耿福蘭

（中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），北京 100083）

南堡凹陷潛山油氣勘探在2004年取得重大突破，部署在南堡2號(hào)潛山構(gòu)造上的LPN1井在奧陶系碳酸鹽巖風(fēng)化殼獲得高產(chǎn)工業(yè)油氣流，成為南堡潛山的第一口發(fā)現(xiàn)井。為了對(duì)南堡凹陷區(qū)域構(gòu)造進(jìn)行更準(zhǔn)確的整體評(píng)價(jià)，加速潛山油氣勘探開發(fā)進(jìn)程，在先后逐塊完成南堡凹陷陸區(qū)和灘海高精度三維地震二次采集的基礎(chǔ)上，2007年初完成了南堡全凹陷2 400km2三維地震資料的大連片疊前時(shí)間偏移處理。

基于完整的高品質(zhì)三維地震數(shù)據(jù)體和已有鉆井、測(cè)井資料，許多物探專家對(duì)南堡凹陷主要儲(chǔ)集層系開展了儲(chǔ)層預(yù)測(cè)研究。劉萱等［1］利用疊前反演技術(shù)開展南堡1號(hào)、2號(hào)構(gòu)造中、淺層砂巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)研究；劉淑華等［2］應(yīng)用儲(chǔ)層特征曲線重構(gòu)技術(shù)進(jìn)行測(cè)井約束地震反演，預(yù)測(cè)南堡凹陷中、淺層砂巖儲(chǔ)層的空間分布；王擁軍等［3］研究了南堡凹陷奧陶系潛山巖溶塌陷體的識(shí)別標(biāo)志、發(fā)育演化成因及其分布的有利區(qū)帶；楊曉利等［4］在古構(gòu)造緩坡區(qū)相帶約束下，應(yīng)用地震多屬性融合技術(shù)對(duì)南堡奧陶系潛山頂部風(fēng)化殼裂縫儲(chǔ)層的有利發(fā)育段進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

我們以南堡2號(hào)潛山為研究對(duì)象，以非均質(zhì)性強(qiáng)的奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層為目標(biāo)，基于寬方位角采集的地震資料，結(jié)合研究區(qū)已有鉆探成果，開展碳酸鹽巖縫洞型儲(chǔ)層地震綜合預(yù)測(cè)研究。在地震資料保幅處理和構(gòu)造精細(xì)解釋的基礎(chǔ)上，進(jìn)行基于各向異性等效介質(zhì)理論的疊前裂縫預(yù)測(cè)，以及基于構(gòu)造曲率屬性的疊后裂縫預(yù)測(cè)和基于衰減梯度屬性的疊后溶蝕孔洞檢測(cè)。最后對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果作綜合對(duì)比分析，并與FMI成像測(cè)井解釋結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證，從而最大限度地降低單一方法預(yù)測(cè)的不確定性，為圈定研究區(qū)內(nèi)裂縫發(fā)育的有利目標(biāo)區(qū)提供可靠依據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況和勘探難點(diǎn)

南堡凹陷是渤海灣盆地黃驊坳陷西北部一個(gè)北斷南超的箕狀凹陷，整體面積1 932km2，其中海域面積為1 000km2。南堡凹陷發(fā)育5 個(gè)潛山構(gòu)造帶，主要分布在西南莊斷層、高柳斷層以南的灘海區(qū)域（圖1），環(huán)繞主要生油次凹，生儲(chǔ)蓋組合條件優(yōu)越。其中的南堡1號(hào)、2號(hào)、5號(hào)等奧陶系構(gòu)造潛山是南堡凹陷重要的勘探目標(biāo)，勘探目的層為潛山頂面的奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層。多旋回構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的沉積間斷使?jié)撋巾斆嬉兹芪g性的碳酸鹽巖地層得以充分的風(fēng)化、淋濾，形成大面積連通性良好的儲(chǔ)集體，為油氣運(yùn)移和聚集成藏創(chuàng)造了極為有利的條件。

南堡2號(hào)潛山位于南堡凹陷中南部的南堡2號(hào)構(gòu)造帶（圖1），屬奧陶系斷塊型古潛山，北東向與近東西向的兩組深大基底斷裂將潛山分割成南北兩個(gè)斷鼻構(gòu)造。潛山頂面埋深為4 000～6 000m，幅度約2 000m，圈閉面積約38km2。潛山上段地層為奧陶系碳酸鹽巖，直接與古近系不整合接觸。已有鉆探成果揭示，南堡凹陷奧陶系潛山頂面剝蝕程度不同，地層橫向變化大，縱向上存在多套儲(chǔ)蓋組合；有利儲(chǔ)集空間主要是以斷裂裂縫、溶蝕孔洞為主的孔、縫、洞系統(tǒng)，具有非均質(zhì)性強(qiáng)，縱、橫向變化大的特點(diǎn)。從研究區(qū)內(nèi)3口井測(cè)井資料解釋結(jié)果的統(tǒng)計(jì)（表1）可以看出，南堡2號(hào)潛山奧陶系儲(chǔ)集空間類型以孔洞—裂縫型或裂縫—孔洞型為主，高角度裂縫最為發(fā)育。

圖1 南堡凹陷主要構(gòu)造格局及南堡2號(hào)構(gòu)造帶位置

表1 南堡2號(hào)潛山奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)集空間類型

從對(duì)南堡潛山的研究現(xiàn)狀來看，潛山勘探目前存在的問題主要體現(xiàn)以下幾個(gè)方面：①潛山埋藏深，上覆地層速度橫向變化大，潛山頂面埋深預(yù)測(cè)誤差大；②多期構(gòu)造活動(dòng)導(dǎo)致潛山地層分布變化較大，難以準(zhǔn)確描述地層展布特征，潛山內(nèi)幕斷層也不易識(shí)別；③碳酸鹽巖縫洞型儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，縱、橫向變化大，且在對(duì)應(yīng)的地震剖面上無“串珠狀”反射，有效縫洞發(fā)育區(qū)預(yù)測(cè)難度大。第一口發(fā)現(xiàn)井LPN1井在奧陶系碳酸鹽巖風(fēng)化殼獲高產(chǎn)工業(yè)油流之后，在構(gòu)造高點(diǎn)鉆探了2口探井，雖然見到不同級(jí)別的油氣顯示，但均未獲得工業(yè)油氣流［4］，可見目的層段碳酸鹽巖縫洞型儲(chǔ)層橫向變化復(fù)雜，常規(guī)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)效果不理想。所以，奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層裂縫孔洞的有效預(yù)測(cè)是南堡2號(hào)潛山勘探開發(fā)的關(guān)鍵所在。

2 疊前各向異性裂縫預(yù)測(cè)

針對(duì)南堡2號(hào)潛山頂部碳酸鹽巖儲(chǔ)層高角度裂縫發(fā)育的實(shí)際狀況，疊前裂縫預(yù)測(cè)選用基于各向異性等效介質(zhì)理論的地震P波方位各向異性分析技術(shù)。地震資料的方位角—偏移距分析表明，在偏移距200～2 500m，0～360°的方位角均有較均勻的道集分布，與目的層埋深相近，說明在此段偏移距范圍內(nèi)地震資料滿足疊前各向異性裂縫預(yù)測(cè)所需的寬方位角條件。

為了滿足裂縫預(yù)測(cè)的要求，對(duì)寬方位地震資料進(jìn)行了保幅處理，目的是提高信噪比和相對(duì)保幅保真。關(guān)鍵處理步驟包括：①采用疊前多域去噪方法壓制噪聲干擾，提高信噪比；②通過地表一致性子波處理消除因地表激發(fā)、接收條件變化引起的地震子波相位變化；③實(shí)施地表一致性振幅處理，補(bǔ)償不同激發(fā)與接收點(diǎn)的能量差異；④通過近地表初至層析靜校正和剩余靜校正解決靜校正問題；⑤通過精細(xì)速度分析和疊前時(shí)間偏移實(shí)現(xiàn)高精度成像。基于保幅處理后的地震資料進(jìn)行構(gòu)造精細(xì)解釋，落實(shí)潛山頂面和斷裂格局（圖2），提供準(zhǔn)確層位。

圖2 南堡2號(hào)潛山奧陶系頂面等t0圖（a）和構(gòu)造（b）

疊前各向異性裂縫預(yù)測(cè)首先是進(jìn)行方位各向異性巖石物理正演模擬分析。基于南堡2號(hào)潛山已有鉆井資料和巖石物理理論，建立關(guān)鍵井的裂縫儲(chǔ)層地質(zhì)模型和巖石物理模型；通過地質(zhì)模型正演模擬計(jì)算反射P 波地震響應(yīng)，分析由裂縫引起的地震屬性（振幅、頻率）隨偏移距和方位角的變化特征［5］；根據(jù)巖石物理模型計(jì)算裂縫儲(chǔ)層段的巖石彈性張量和各向異性等效參數(shù)，建立起裂縫發(fā)育特征與地震方位各向異性之間的關(guān)系。

南堡2號(hào)潛山頂部奧陶系為一大規(guī)模的不整合面風(fēng)化殼，由表1中3口井的測(cè)井資料解釋結(jié)果可知，潛山頂部奧陶系儲(chǔ)層主要為高角度裂縫。圖3是LPN1井方位各向異性巖石物理正演模擬結(jié)果（充油模型），表明該井方位振幅橢圓的短軸代表了裂縫方向，含油時(shí)的橢圓扁率為1.089。

圖3 LPN1井方位各向異性巖石物理正演模擬結(jié)果（充油模型）

然后是抽取不同方位角的地震道集數(shù)據(jù)體進(jìn)行方位各向異性分析。在確認(rèn)所抽取方位角道集對(duì)應(yīng)的偏移距范圍內(nèi)目的層覆蓋次數(shù)盡量均衡的前提下，要消除近偏移距噪聲的影響，還要選擇一個(gè)合適的遠(yuǎn)偏移距，覆蓋0～360°方位角。方位角的分選原則是覆蓋次數(shù)高的范圍內(nèi)角度較為密集，覆蓋次數(shù)低的部分較為稀疏。通過方位角—偏移距分析，在對(duì)應(yīng)200～2 500m 的偏移距范圍內(nèi)將疊前地震數(shù)據(jù)分選為5個(gè)方位角度：0～46°，46°～76°，76°～106°，106°～136°，136°～180°，對(duì)應(yīng)的中心角分別為23°，61°，91°，121°，158°。據(jù)此，對(duì)疊前地震振幅數(shù)據(jù)體抽取了5 個(gè)方位角振幅CMP 道集數(shù)據(jù)體，通過處理亦可獲得方位角頻率道集數(shù)據(jù)體［6］，分別進(jìn)行各向異性等效參數(shù)計(jì)算，分析儲(chǔ)層裂縫引起的方位各向異性特征。

最后是裂縫發(fā)育程度和裂縫方向分布的解釋與成圖?；诜轿唤堑卣饘傩詳?shù)據(jù)體，從潛山頂面向下開30ms時(shí)窗計(jì)算各向異性等效參數(shù)，進(jìn)行各向異性分析，獲得南堡2號(hào)潛山頂面奧陶系儲(chǔ)層的裂縫發(fā)育程度（圖4a，紅色表示裂縫相對(duì)發(fā)育）和裂縫方向分布（圖4b）預(yù)測(cè)圖。從與測(cè)井資料的對(duì)比來看，LPN1 井和NP280 井的疊前預(yù)測(cè)結(jié)果與FMI 成像測(cè)井結(jié)果吻合較好。圖5 給出了NP280井裂縫發(fā)育程度預(yù)測(cè)結(jié)果與FMI成像測(cè)井解釋結(jié)果的對(duì)比。

圖4 南堡2號(hào)潛山頂面向下30ms疊前各向異性預(yù)測(cè)的裂縫發(fā)育程度（a）和裂縫方向分布（b）

圖5 NP280井奧陶系頂部（4 493～4 605m）裂縫發(fā)育程度疊前預(yù)測(cè)結(jié)果（a）與FMI成像測(cè)井解釋結(jié)果（b）

3 疊后裂縫和孔洞預(yù)測(cè)及結(jié)果對(duì)比

3.1 基于曲率屬性的疊后裂縫預(yù)測(cè)

構(gòu)造曲率是研究脆性地層形變構(gòu)造裂縫的一種有效方法，它能夠比較準(zhǔn)確地反映和預(yù)測(cè)構(gòu)造裂縫的發(fā)育［7］。已有研究表明，曲率體屬性將是繼相干屬性之后，又一用于構(gòu)造解釋和裂縫預(yù)測(cè)的有力手段［8－10］。

南堡2號(hào)潛山頂面向下為奧陶系下馬家溝組地層。該套地層的頂面（即潛山面）在研究區(qū)內(nèi)與下伏地層產(chǎn)狀基本一致，潛山面的構(gòu)造形態(tài)基本與地層界面一樣，反映了構(gòu)造形變特點(diǎn)，故可以利用曲率法進(jìn)行裂縫預(yù)測(cè)（圖6）。

圖6 南堡2號(hào)潛山頂面向下30ms曲率屬性

采用離散方法計(jì)算傾角（地震傾角的單位是m／ms），傾角可以檢測(cè)大尺度的斷裂；然后對(duì)傾角進(jìn)行一階求導(dǎo)，得到曲率。曲率檢測(cè)的是形變體應(yīng)力集中的區(qū)域，與研究區(qū)可能形成的微斷裂或者裂縫帶相關(guān)。圖6 是南堡2 號(hào)潛山頂面向下開30ms時(shí)窗計(jì)算的曲率屬性，曲率值越大（即圖中顏色越深）表征形變應(yīng)力越集中，裂縫發(fā)育的可能性越大。從圖7中可以看到，LPN1井儲(chǔ)層段頂部裂縫最發(fā)育，預(yù)測(cè)結(jié)果與FMI成像測(cè)井結(jié)果吻合較好。

3.2 疊后衰減梯度屬性檢測(cè)溶蝕孔洞

圖7 LPN1井奧陶系（4 035～4 215m）裂縫發(fā)育程度曲率預(yù)測(cè)結(jié)果（a）與FMI成像測(cè)井解釋結(jié)果（b）對(duì)比

理論研究表明，與致密的地質(zhì)體相比，當(dāng)?shù)刭|(zhì)體中含流體如水、油或氣時(shí)，會(huì)引起地震波的散射和地震能量的衰減。當(dāng)儲(chǔ)層中孔隙比較發(fā)育而且飽含氣時(shí)，地震波中高頻能量衰減要比低頻能量衰減大。通過提取高頻端的衰減梯度屬性，可以間接地檢測(cè)儲(chǔ)層含氣發(fā)育特征。實(shí)際工作中常用衰減梯度屬性來檢測(cè)碳酸鹽巖儲(chǔ)層溶蝕孔洞的發(fā)育程度。從衰減梯度預(yù)測(cè)結(jié)果（圖8，紅色代表孔洞相對(duì)較發(fā)育）來看，NP2－82井孔洞最為發(fā)育。

圖8 NP2－82井奧陶系衰減梯度剖面（溶蝕孔洞預(yù)測(cè)剖面）

3.3 疊后裂縫和孔洞預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)比

從圖8中可以看到NP2－82井疊后衰減梯度屬性預(yù)測(cè)的溶蝕孔洞非常發(fā)育，而圖9中NP2－82井疊后曲率屬性預(yù)測(cè)結(jié)果顯示裂縫不發(fā)育，但其FMI解釋結(jié)果上裂縫比較發(fā)育。我們知道FMI成像測(cè)井觀測(cè)到的都是小尺度的裂縫，是不是NP2－82井中儲(chǔ)層段僅發(fā)育有溶蝕孔洞和小尺度的裂縫呢？為了求證我們的推測(cè)，將曲率裂縫預(yù)測(cè)的結(jié)果定性地分為大、?。ㄏ鄬?duì)）兩種規(guī)模的裂縫顯示（圖10），劃分標(biāo)準(zhǔn)主要是參考研究區(qū)幾口井的相對(duì)情況以及曲率屬性的經(jīng)驗(yàn)值。從圖10a 和圖10b可以看出，NP2－82井小裂縫比較發(fā)育，而大裂縫不發(fā)育。

圖9 NP2－82井奧陶系（4 880～4 960m）曲率屬性預(yù)測(cè)的裂縫發(fā)育程度（a）和FMI成像測(cè)井解釋結(jié)果（b）對(duì)比

圖10 南堡2號(hào)潛山奧陶系頂面向下20ms曲率屬性預(yù)測(cè)的相對(duì)小裂縫（a）和大裂縫（b）顯示

疊后裂縫和孔洞預(yù)測(cè)結(jié)果的對(duì)比分析表明，NP2－82井奧陶系儲(chǔ)層段孔洞非常發(fā)育，相對(duì)的小裂縫比較發(fā)育，而有效的大裂縫不發(fā)育，揭示該井奧陶系儲(chǔ)集空間類型是裂縫—孔隙型。這恰恰解釋了該井中途測(cè)試產(chǎn)油86.8t／d，氣32×104m3／d，而很快就減到目前的油0.08t／d，氣10.2m3／d。換言之，僅孔隙發(fā)育的碳酸鹽巖儲(chǔ)層可以高產(chǎn)但是很難穩(wěn)產(chǎn)，如果能達(dá)到既高產(chǎn)又穩(wěn)產(chǎn)，那么一定是有效的大裂縫和孔隙、溶洞都很發(fā)育。

4 預(yù)測(cè)效果綜合分析和有利目標(biāo)預(yù)測(cè)

4.1 疊前、疊后預(yù)測(cè)效果綜合分析

綜合分析分別利用基于不同理論的疊前、疊后裂縫預(yù)測(cè)方法及疊后孔洞預(yù)測(cè)方法的預(yù)測(cè)效果。圖11a 是疊前各向異性裂縫預(yù)測(cè)的連井剖面；圖11b是疊后曲率屬性裂縫預(yù)測(cè)的連井剖面；圖11c是疊后衰減梯度屬性孔洞預(yù)測(cè)的連井剖面。對(duì)比圖11a（紅色表示裂縫較發(fā)育，藍(lán)色表示裂縫不發(fā)育）和圖11b可以看出：疊前、疊后方法預(yù)測(cè)的LPN1井裂縫均較發(fā)育，該井初期產(chǎn)量及穩(wěn)產(chǎn)產(chǎn)量均較好；NP280井裂縫均較發(fā)育，該井初期試產(chǎn)產(chǎn)量較好（產(chǎn)氣），因故一直沒有投產(chǎn)；NP2－82井裂縫不發(fā)育，孔洞比較發(fā)育（圖11c），該井試產(chǎn)初期產(chǎn)量高，但衰減很快；NP288 井裂縫均不發(fā)育，該井試油效果很差。

圖11 疊前各向異性裂縫預(yù)測(cè)連井剖面（a）、疊后曲率屬性裂縫預(yù)測(cè)連井剖面（b）以及疊后衰減梯度屬性溶蝕孔洞預(yù)測(cè)連井剖面（c）

4.2 研究區(qū)有利目標(biāo)預(yù)測(cè)

通過預(yù)測(cè)成果的綜合分析及構(gòu)造位置優(yōu)選，指出了研究區(qū)裂縫發(fā)育的有利目標(biāo)（圖12a和圖12b中藍(lán)圈所示，對(duì)應(yīng)圖11a和圖11b剖面中藍(lán)圈標(biāo)注區(qū)域），建議開發(fā)井位部署可以優(yōu)先考慮在該位置上鉆。

圖12 疊前預(yù)測(cè)（a）和疊后預(yù)測(cè)（b）的裂縫發(fā)育有利目標(biāo)（藍(lán)圈所示）位置

5 結(jié)束語

針對(duì)南堡2號(hào)潛山頂部奧陶系非均質(zhì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層的地質(zhì)特點(diǎn)和勘探需求，基于寬方位角采集的地震資料，結(jié)合已有的鉆井、測(cè)井資料，開展了碳酸鹽巖縫洞型儲(chǔ)層的地震綜合預(yù)測(cè)研究。在地震資料保幅處理和構(gòu)造精細(xì)解釋的基礎(chǔ)上，分別進(jìn)行了基于各向異性原理的疊前裂縫預(yù)測(cè)和基于構(gòu)造曲率屬性的疊后裂縫預(yù)測(cè)，以及基于衰減梯度屬性的疊后溶蝕孔洞檢測(cè)。通過疊前、疊后預(yù)測(cè)結(jié)果的對(duì)比分析，以及FMI成像測(cè)井解釋結(jié)果和鉆井實(shí)際生產(chǎn)效果的驗(yàn)證，證明了研究思路的正確性和所用預(yù)測(cè)方法的有效性。結(jié)合構(gòu)造位置的優(yōu)選，指出了南堡2號(hào)潛山奧陶系儲(chǔ)層裂縫發(fā)育的有利目標(biāo)區(qū)位置。

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