基于體曲率屬性的縫洞型碳酸鹽巖儲層預測

張宏偉，劉賀，吳占奎，聶慧麗，王帥 中石油東方地球物理勘探有限責任公司

研究院地質(zhì)研究中心，河北 涿州072750

1968年Murray G.H.首次提出構造面曲率的概念，并在裂縫定量分析中得以應用。接下來的幾十年中，眾多學者在多方面推動了構造面曲率分析方法，從理論出發(fā)提出多種曲率概念（主曲率、高斯曲率、最大、最小曲率等），并應用到確定異常高變形構造帶、界定斷層以及分析斷層幾何特征等方面。通過平均曲率與傾角曲率對比分析、相干屬性與曲率屬性的結合分析等方法在判斷斷層、裂縫性質(zhì)以及刻畫河道等方面發(fā)揮了重要作用［1～7］。

近年來，國內(nèi)在曲率屬性研究方面得到了快速發(fā)展，取得了不少研究成果［8～14］，但大多應用于構造解釋中，較少應用于儲層預測，而且關于應用曲率屬性預測碳酸鹽巖儲層的研究少之又少。為此，筆者詳細研究了不同類型體曲率屬性在碳酸鹽巖儲層預測中的應用效果。

1 方法與原理

1.1 曲率屬性的概念與地質(zhì)意義

數(shù)學上曲率是曲線在某一點的彎曲程度的數(shù)值，表明曲線偏離直線的程度。曲率越大，表示曲線的彎曲程度越大。如果曲線彎曲褶皺劇烈，曲率就較大；而對于直線，不管是水平或傾斜，其曲率都是零。一般具有背斜特征時定義曲率為正值，而向斜特征定義曲率為負值［14］。

三維空間曲率的概念得到延伸，在數(shù)學上，一條曲線可用一個平面切割界面而構建，因此對于三維情況，在任意方向可得到一個曲率，即可得到無數(shù)個法線曲率［15］。

曲率屬性是對曲線偏離直線程度的量化，通過曲率分析可以消除局部的傾角影響；曲率屬性用于描述地質(zhì)體的幾何變化，與地震反射體的彎曲程度相對應，對巖層的彎曲、褶皺和裂縫、斷層等反應敏感，是尋找地質(zhì)體構造特征的有效手段。同時能很好地反映由沉積作用或低級序斷層引起的波形變化。

1.2 曲率屬性的提取方法

曲率屬性計算結果又分為構造曲率和振幅曲率2種。構造曲率是對地震數(shù)據(jù)時間進行橫向二階求導得到，輸入數(shù)據(jù)為地層傾角。根據(jù)三維地震解釋層位計算得到的曲率，反映的是解釋層位上任意一點的彎曲程度。振幅曲率是對地震數(shù)據(jù)振幅進行橫向二階求導得到，輸入數(shù)據(jù)為相干能量梯度。像構造曲率一樣，振幅曲率也能提供許多有用的地質(zhì)信息。提取振幅曲率對振幅變化比較敏感的儲層進行解釋。

2 應用實例

2.1 地質(zhì)背景

冀中坳陷霸縣凹陷文安斜坡目的層為薊縣系霧迷山組到奧陶系潛山碳酸鹽巖儲層，地層沉積總厚度達7000m。根據(jù)前人的地質(zhì)研究成果［14］，研究區(qū)碳酸鹽巖建設性成巖作用以白云石化作用和溶解作用為主，且研究區(qū)儲層以孔縫洞復合型為主，主要是由后期構造運動以及地層水的溶蝕作用形成［14］。目前已發(fā)現(xiàn)薊縣系霧迷山組、青白口系、寒武系、奧陶系等4套潛山碳酸鹽巖含油氣層系，潛山油氣藏探明石油儲量5824.19×104t，天然氣儲量199×108m3。區(qū)內(nèi)潛山油氣藏儲量占已發(fā)現(xiàn)儲量的55%以上［16］。為了認清研究區(qū)碳酸鹽巖孔縫洞的分布特征，開拓油田勘探的新局面，有必要在研究區(qū)展開關于縫洞分布特征的相關研究。

2.2 儲集空間類型及特征

通過巖心鑄體薄片（圖1）觀察鑒定，霸縣凹陷潛山以裂縫發(fā)育為主，包括構造縫和溶蝕縫；還發(fā)育白云石化作用形成的晶間孔以及溶解作用形成的溶孔和溶洞。多數(shù)裂縫傾角較大，為開啟縫，充填程度較高，縫中含油；沿裂縫及節(jié)理發(fā)育少量中小型溶孔和溶洞，大洞穴不發(fā)育。薄片鏡下可見樹枝狀、網(wǎng)狀等細微裂縫以及不規(guī)則狀溶孔。鑄體薄片鑒定結果表明，研究區(qū)潛山碳酸鹽巖縫洞型儲層較為發(fā)育，儲集性能好，但儲層具有較強的非均質(zhì)性，分布隱蔽性強，隨機性大。

2.3 應用效果分析

1）孔洞儲層分布 在地震剖面上同相軸振幅的變化，如彎曲錯斷、點狀、短軸狀、弱振幅雜亂反射以及似串珠狀等不規(guī)則地震反射結構特征為潛山內(nèi)幕孔洞單元的表現(xiàn)（見圖2），分析認為對振幅變化較敏感的振幅曲率能很好地刻畫孔洞分布。應用Geoeast軟件屬性提取模塊的分數(shù)導數(shù)濾波法，提取的振幅曲率（最負振幅曲率）可以有效預測孔洞的可能發(fā)育區(qū)。通過與多尺度分數(shù)導數(shù)指數(shù)（λ）濾波算法的能量曲率聯(lián)合應用，能排除陡傾角剝蝕面的能量曲率變化，有效落實縫洞的位置及縫洞的大小。

從奧陶系頂面下250m最負振幅曲率（圖3）上可以看到，奧陶系剝蝕區(qū)曲率異常值呈大小不等團狀分布，這證實是剖面上似串珠狀、短軸狀、強振幅雜亂反射的平面反映，預測為溶洞，預測最大溶洞面積0.37km2。小尺度曲率屬性反映出溶洞的范圍，大尺度曲率屬性更能刻畫溶洞的細節(jié)。

能量曲率屬性不僅在奧陶系剝蝕區(qū)有明顯的溶洞響應，在石炭－二疊系覆蓋區(qū)的斷層附近也有小型曲率異常存在，推測為后期沿斷層、裂縫溶蝕形成的小型溶洞。

2）裂縫型儲層預測 碳酸鹽巖裂縫型儲層預測，一般是建立在斷層預測的基礎上的，而斷層在常規(guī)地震剖面上表現(xiàn)為同相軸的變化、扭曲、振幅突變的特點。構造體曲率屬性主要分析以目標點為中心的時窗內(nèi)的相鄰地震道波形相似性（相位變化），以檢測地震道不連續(xù)變化的信息，進而識別斷層和其他地質(zhì)異常構造。特別是在多窗口進行傾角和方位角掃描的基礎上的構造體曲率（最正曲率）能提供更為穩(wěn)定的估算結果，更有利于平面上儲層的預測。

圖1 潛山碳酸鹽巖儲集空間鑄體薄片

圖2 霸縣凹陷縫洞體地震剖面

圖4為文安斜坡南段奧陶系構造曲率屬性裂縫檢測結果，可見斷層或線狀構造及與之伴生的微裂縫發(fā)育區(qū)在最大正曲率屬性上具有明顯的分類、分帶特征，表現(xiàn)為線條狀或網(wǎng)狀的曲率屬性異常。曲率高值區(qū)位于奧陶系剝蝕區(qū)，北東向展布，預測為裂縫發(fā)育區(qū)；曲率低值區(qū)位于石炭－二疊系覆蓋的地區(qū)，呈北東向條帶狀，在北東向斷層附近，為裂縫較發(fā)育區(qū)，是斷層控制的裂縫、溶蝕縫發(fā)育區(qū)。S8井以西、WG2井以南方向的空白區(qū)域即曲率低值區(qū)，預測為裂縫較不發(fā)育區(qū)或致密帶，與相干屬性（圖5）預測的致密帶基本一致。對比圖4與圖5可以明顯看出，最正曲率屬性上異常特征更加明顯，裂縫細節(jié)的刻畫也較清晰。

圖3 奧陶系頂面下250m最負振幅曲率

3 結語

針對霸縣凹陷文安斜坡潛山碳酸鹽巖縫洞性儲層預測中的難點問題，筆者采用了基于體曲率屬性的裂縫檢測方法，縫洞檢測可靠性得以提高。同時作為一種新的技術方法應用到了霸縣凹陷碳酸鹽巖儲層預測中，取得了良好效果。該次研究工作取得了以下幾點認識：

1）曲率體屬性有著明確的物理意義，能反映常規(guī)地震屬性之外的重要信息，在識別碳酸鹽巖縫洞型儲層的發(fā)育特征上比傳統(tǒng)方法有明顯的優(yōu)勢。

2）針對碳酸鹽巖發(fā)育區(qū)，經(jīng)研究認為，構造曲率（最正曲率）對裂縫發(fā)育帶識別效果較好，振幅曲率（最負曲率）對溶洞的識別效果較好。

圖4 奧陶系頂面下100m最正曲率屬性

圖5 奧陶系頂面下250m基于傾角掃描的相干屬性

3）通過與多尺度分數(shù)導數(shù)指數(shù)（λ）濾波算法的振幅曲率聯(lián)合應用，能排除陡傾角剝蝕面的能量曲率變化，有效落實縫洞的位置及縫洞的大小。

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