樂東氣田斷層分布特征及其對產能的影響

周家雄 劉巍

中海石油（中國）有限公司湛江分公司

樂東氣田位于中國南海北部大陸架西區的鶯歌海盆地中央凹陷帶南部，是中國南海在生產的主力氣田之一。該氣田構造屬于泥底辟成因，而泥底辟［1－2］為鶯歌海盆地的一種特殊構造，何家雄等［3－7］從20世紀90年代開始對鶯歌海盆地泥底辟的成因及演化做了詳細研究，認為在差異重力作用和盆地沉降過程中施加于沉積層的壓應力作用下，泥巖物質轉變為高塑性黏流體，這些塑性流體向上拱形成上侵刺穿或未刺穿上覆地層的泥底辟構造。

樂東15－1構造在發育過程中，由于底辟能量不足，導致本構造為“未刺穿型”泥底辟構造（圖1），構造呈典型的穹隆背斜（圖2）形態。在背斜形成過程中，上覆地層發育了一系列張性斷層，這些斷層在剖面上呈“花”狀分布，平面上則以底辟為中心向四周呈放射狀展布（圖3）。斷層將樂東15－1穹隆背斜分隔成多個斷塊，但各斷塊之間是否為獨立氣藏，開發后是否會連通等問題成為開發井部署的難點。因此，如何準確描述斷層，并在此基礎上制訂最優化的開發方案已成為樂東氣田開發研究的重點。

圖1 樂東15－1構造地震顯示剖面圖

1 穹隆背斜的斷層特點及其影響

樂東15－1構造底辟的活動［8］分為兩個期次，導致斷層的發育也分為兩個期次。第一個活動期次是在新近系晚期，在第四紀前結束；因此，受本期底辟活動影響而發育的斷層組在新近紀以后也基本停止活動（圖4－b），該組斷層走向近似南北向（圖3）；到第四紀早期，底辟活動加劇，發育更多斷層且斷距較之前發育的斷層增大（圖4－a）；第四紀中晚期以后，泥底辟活動漸趨減弱或停滯，斷層活動也基本停止。第四紀發育的斷層以穹隆背斜的中心為圓點，向四周放射狀分布，且均為正斷層。南北向的斷層由于形成時間相對較早，被后期近東西向的斷層切割。

圖2 樂東15－1典型穹隆構造三維顯示圖

圖3 樂東15－1構造方差體斷裂顯示圖

圖4 樂東15－1構造斷裂演化史顯示圖

樂東15－1構造中的每條斷層因其所處位置的差異，所受泥底辟應力的作用也存在差異。因此，各斷層的特征和活動強度也各不相同。總體上說，斷距在背斜頂部最大，向翼部斷距逐漸變小直至消失，斷層延伸長度最大約6．5km，落差為0～180m。

研究認為［9］：在泥底辟活動過程中發育的斷層，由于塑性流體的活動，造成斷層泥在斷面上的涂抹較為均勻，而大幅提升了斷層的側向封堵能力。地震資料顯示并經鉆井資料所證實，放射狀分布的斷層將樂東氣田平面上分隔多個氣藏，背斜北部各斷塊氣藏間的氣水界面不同、氣體的組分也存在差異，這樣的氣藏分布導致了開發井的動用效率低，難以提高氣田開發的采收率。在背斜南部1、3、4井區從地震屬性平面圖分析應該屬同一氣藏，且利用常規資料和方法解釋得到的斷層分布圖也顯示，各塊低部位的氣藏是連通的，基本可以判斷為同一氣藏（圖5）。但1、3、4井資料顯示各井的氣體組分差異較大，其中1井CO2含量16．7%、4井CO2含量70．4%、3井CO2含量79．7%，難以劃歸為同一氣藏。因此，推測還存在一些常規手段和方法無法解釋的小斷層或微斷層將背斜南部分隔成至少3個獨立氣藏，而這些可疑微、小斷層的不確定性就嚴重影響對氣田的認識和生產井的合理部署。

圖5 樂東氣田Ⅱ氣組均方根振幅圖

2 多體融合的斷層精細刻畫

斷裂系統在地震中主要表現為反射層位的錯斷和位移、地震剖面橫向上振幅不連續、斷層兩側反射振幅存在明顯差異、地震反射同相軸發生畸變或出現空白斷層帶、沿斷面有明顯斷面波等現象。斷距大的斷層在地震剖面上容易識別和解釋，但當出現斷裂系統較復雜、斷距小、斷層產狀與地層平行等情況時，常規的斷層解釋方法就會出現解釋效率低、可信度差等問題。尤其對于一些斷距小于地震分辨率的小斷層和微斷層［10］，在地震剖面上的難以精確識別，需要采用一些“非常規”的方法和手段來識別和解釋。筆者在研究過程中針對3種特殊的斷層處理和解釋方法進行了流程或方法的改進。

2．1 小波變換相干體微斷層識別

Bahorich［11］等人于1995年提出地震相干數據的處理方法，該方法是在地震振幅體上進行相干計算［12－13］。利用相干體或方差體輔助斷層解釋是目前斷層解釋中應用最廣泛的方法之一，但由于兩者都是根據相鄰道之間進行相關計算獲得，信噪比會直接影響處理得到相干體的質量，尤其斷層兩側地震信號信噪比相對低時，相干體顯示的斷點就會模糊；另外當斷層斷距較小時，在相干切片上往往無法可靠識別。

圖3所示為樂東氣田常規方差體切片，依據圖3能夠基本識別大斷層的走向及相互切割關系。但是受信噪比影響，斷面較寬、斷點不確定性大、微斷層無法準確識別，氣田平面的分塊等問題還存在多解性。為了解決樂東氣田微、小斷層的識別問題，筆者采用了小波變換進行頻譜分解［14］的方法來開展斷層研究。

圖6 樂東15－1構造相干體切片圖（1 300ms）

為解決信噪比對斷層斷點成像的影響，研究先采用小波做分頻處理，分析各頻帶的信噪比水平；然后利用f—K去噪的方法針對處于目的層段優勢頻帶范圍的地震資料開展去噪處理；最后對經去噪處理的優勢頻帶地震資料做地震相干處理，所得到的相干切片如圖6所示。圖中各斷層的斷點得到了有效收斂，斷面明顯較圖3變窄，斷層解釋不確定性大幅降低。對比圖3和圖6可以清楚地發現，各斷層末梢處斷層斷距變小，圖3難以有效識別，而圖6則清晰可辨。因此，小波變換相干體［15］在微、小斷層識別方面更為合理和可靠。此外，利用分頻相干體還能解釋出更清晰的 “氣水界面”，降低氣田開發的風險。

2．2 單頻相位體斷裂分析

信號的頻譜由振幅譜、相位譜組成。譜分解技術可通過離散傅里葉變換，將地震資料從時間域轉換到頻率域，利用不同的頻率體研究斷層、河道、砂體等的分布。因振幅譜計算方便且顯示效果較好，地震解釋人員常用振幅譜進行儲層和斷層的識別。而地震相位受震源、地層吸收、儲層流體變化、地層幾何形態與結構等多種因素影響，表現更加復雜，地震相位在相同砂體中會因物性、流體等變化而變化。此外，還因為地震相位定量解釋基于目前技術手段存在較大的多解性，并且相位譜的常規計算及顯示方法很難滿足解釋要求，故地震相位信息往往被地震解釋人員所忽略。

實際上，相位特性有其獨特的應用優勢［16］。陳波［17］等認為相位調諧體可以應用于地質體邊界的識別，以小斷層和巖性突變的識別效果最為顯著。在傾斜分界面傾斜程度、地層曲率、頻率等發生變化后地震相位會有所響應，即在地層發生錯斷后，局部同相軸會出現的變化，相應的相位譜也會有所改變。

常規商業軟件中采用基于Hillbert變換的瞬時屬性提取。瞬時相位表示在所選樣點上各道的相位值，以度或弧度來表示。因其瞬時特性依賴于地震資料信噪比，并且其全頻段特征受巖性、流體等多因素影響，所以相位信息應用效果較差。對小斷層而言，微弱的反射特征被低頻信息所覆蓋。筆者在研究過程中發現通過譜分解獲得的高頻資料更加適合小斷層及微構造識別和解釋。具體研究流程是對譜分解處理獲得的高頻資料進行瞬時相位體處理，并在目的層段開展等時切片的分析和解釋。

圖7是樂東15－1氣田80Hz單頻相位體切片，圖中可以看到，原地震剖面所識別斷層延長線上，相位資料還明顯發生扭動或錯斷，因此可解釋出常規資料和方法無法識別的微、小斷距的斷層，使得原有多條斷層的解釋方案向外延伸，致背斜構造北部的平面分塊更可靠，背斜的南部也在橫向上分成了4～5個斷塊，合理的解釋了構造南部各井氣體組分差異的原因。

2．3 螞蟻追蹤技術微斷層刻畫

圖7 樂東15－1構造單頻相位體切片圖（80Hz）

螞蟻追蹤算法［18－19］起源于20世紀90年代初，學者們根據螞蟻集體覓食的行為提出一種基于生物模擬的地震不連續性檢測方法。遵循類似于螞蟻在其巢穴和食物源之間，利用可吸引螞蟻的信息素傳達信息，以尋找最短路徑的原理，在地震體中設定大量這樣的電子“螞蟻”，并讓每個“螞蟻”沿著可能的斷層面向前移動，同時發出“信息素”。沿斷層前移的“螞蟻”應該能夠追蹤斷層面，若遇到預期的斷層面將用“信息素”做出非常明顯的標記。

“螞蟻追蹤”算法建立了一種突出斷層面特征的新型斷層解釋技術，該項技術是圖像處理技術在三維地震資料處理中的延伸，包括圖像邊緣銳化、反射段連續性增強和邊緣追蹤等技術。在三維地震數據分析及應用中，它可以提高地震數據中的空間地震波速度及反射強度突變面（斷層、尖滅等）識別精度，通過壓制噪聲和保持非斷層同相軸來顯著改善斷層及裂縫的地震表征，增強地震資料中的空間不連續性檢測精度，優化應用三維地震資料。

螞蟻追蹤算法的應用優勢在于可以快速、高效、自動化解釋斷裂系統。但實際地震資料中，有很多非斷層因素引起的同相軸間斷，如儲層物性、流體變化、地層傾角和地震采集腳印等，在螞蟻體切片中都會出現明顯的斷層特征，而導致斷層的錯誤解釋。為了減少斷層錯誤解釋的概率，筆者在研究過程中對常規螞蟻追蹤研究流程進行了改進。工作中首先是對輸入地震資料進行去噪、平滑等預處理，或原始資料特殊處理后的方差體數據體進行去噪處理，再開展螞蟻追蹤處理，然后在穹隆背斜形成過程的應力指導下進行斷層、微斷層的識別和解釋。圖8為研究所獲得的螞蟻體切片，從圖8中可見常規手段解釋斷層的延長線方向的微、小斷層清晰可辨，解釋不確定性大幅降低。

圖8 樂東15－1構造螞蟻體切片圖（1 300ms）

如前所述，筆者工作中采用的3種改進方法均能有效地提高斷層，特別是微、小的解釋精度，但單一的方法有時還是會難以給出最優解釋方案。因此，工作中結合了常規的斷層解釋方法和這3種特殊的解釋手段，經多體綜合解釋得到樂東15－1穹隆背斜構造的斷層空間展布和組合關系，這為氣田的開發方案優化提供了可靠的基礎。圖9是結合筆者斷層描述結果優化前后的樂東15－1氣田開發井對比圖，從圖9中可以看到，優化后的井位規避了生產井鉆到斷面的風險，同時確保了每個儲量規模大且又相對獨立的斷塊均有生產井動用到。此外，在生產井軌跡優化過程中還考慮到了斷面空間分布對后期生產井側鉆的影響。

圖9 樂東氣田生產井優化前后對比圖

3 應用展望

業界對斷層及微斷層的精確識別做過很多相關研究和實踐［20－21］，多屬性或多體融合解釋技術是解決微斷裂定量解釋的關鍵。因本區儲層埋深較淺，地震信噪比較高，儲層流體對地震響應影響較大，故針對樂東15－1穹隆背斜構造開展的斷層精細描述效果較好，研究成果對氣田日常生產管理、動態分析、地質儲量計算、開發井位部署以及后期生產調整都起到關鍵指導作用。

筆者所采用的3種改進的斷層識別和解釋方法較常規解釋方法具有更強的識別能力，這些改進的技術可推廣應用到各類斷塊油氣藏 。在技術應用的進一步改進方面，未來可嘗試針對不同偏移距的地震資料開展斷層的精細研究。此外，為了增強地震資料對斷層的識別能力，采用高密度三維地震提高資料橫向分辨率的方法應該是未來發展的趨勢。

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