疊后地震屬性在頁巖氣井區(qū)裂縫帶預(yù)測(cè)上的應(yīng)用

冉登偉 周小軍

西南石油大學(xué)地球與科學(xué)技術(shù)學(xué)院 四川 成都 610500

現(xiàn)今，國(guó)內(nèi)常規(guī)油氣藏勘探已經(jīng)步入尾聲，一系列非常規(guī)油氣藏的勘探開發(fā)將會(huì)是接下來的主力攻堅(jiān)方向，針對(duì)頁巖氣藏的研究是當(dāng)前油氣資源勘探開發(fā)領(lǐng)域的熱點(diǎn)。頁巖氣是不同于常規(guī)油氣藏的一種裂縫型油氣藏[1]，主體存于暗色泥頁巖及高碳質(zhì)泥頁巖當(dāng)中，具有低孔隙度及滲透率。對(duì)于更深層頁巖氣由于上覆地層壓力增大，使得其更是具有超低孔滲條件，此時(shí)對(duì)頁巖氣勘探開發(fā)不僅要考慮巖性、物性、孔滲條件等靜態(tài)參數(shù)，更是不可忽略構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的斷裂及相關(guān)裂縫對(duì)頁巖氣儲(chǔ)層的影響。前人研究認(rèn)為斷裂及相關(guān)裂縫一方面可以成為頁巖氣運(yùn)移通道，另一方面能夠一定程度提高其孔滲條件[2-3]，也就是裂縫發(fā)育情況往往預(yù)示著頁巖氣井的產(chǎn)能高低。但是，在勘探開發(fā)過程中人們發(fā)現(xiàn)在遇到斷裂帶的部位，套管容易變形及損壞[4]，造成不小的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重制約了當(dāng)前頁巖氣的開采效率，因此明確油井區(qū)裂縫帶的發(fā)育情況顯得尤為重要。

以川南自貢某頁巖氣區(qū)鉆井平臺(tái)疊后地震資料為基礎(chǔ)，利用各種疊后地震屬性對(duì)工區(qū)的裂縫帶進(jìn)行預(yù)測(cè)，明確斷裂帶的發(fā)育分布情況，為指導(dǎo)井位部署提供依據(jù)，減少套變風(fēng)險(xiǎn)。

1 斷層和裂縫的關(guān)系

斷層是地殼受到構(gòu)造應(yīng)力，沿著斷層面發(fā)生明顯位移的變形構(gòu)造，根據(jù)斷層兩盤相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向劃分為不同性質(zhì)斷層，斷層沿著斷層面傾向發(fā)生滑動(dòng)形成正、逆斷層，沿著斷層面走向滑動(dòng)形成走滑斷層。三種斷層的形成具有不同應(yīng)力背景，當(dāng)最大主應(yīng)力σ1在垂向位置，中間主應(yīng)力σ2及最小主應(yīng)力σ3處在水平面上，且σ3垂直斷層走向，此時(shí)在三組主應(yīng)力作用下形成正斷層（圖1a）；當(dāng)σ1、σ2同時(shí)處在水平面上，σ3處在垂向位置，且σ1垂直斷層走向時(shí)，此時(shí)在三組主應(yīng)力作用下形成逆斷層構(gòu)造（圖1b）；當(dāng)σ1、σ3位處水平面，σ2處在垂向位置，且σ1與斷層走向斜交的時(shí)候，此時(shí)三組主應(yīng)力作用下形成走滑斷層，見圖1c，σ1方位不同可以形成左行、右行兩種走滑斷層。

圖1 不同類型斷層應(yīng)力狀態(tài)

裂縫是地殼受到構(gòu)造應(yīng)力作用后，沿著裂縫破裂面兩側(cè)巖層并未發(fā)生明顯位移的變形構(gòu)造，這是其與斷層最根本的區(qū)別。從力學(xué)成因上來看裂縫分為剪切縫和張裂縫，當(dāng)巖石受到大于其抗剪強(qiáng)度時(shí)候形成剪切縫，當(dāng)巖石受到大其抗壓強(qiáng)度時(shí)候形成張裂縫。根據(jù)構(gòu)造成因又有構(gòu)造縫、非構(gòu)造縫之分。

在實(shí)際地質(zhì)環(huán)境中斷層和裂縫往往同時(shí)出現(xiàn)，單一的斷層或者裂縫獨(dú)自出現(xiàn)的情況極少，一系列裂縫在一定地質(zhì)背景下發(fā)生了連通，有可能形成新的斷裂帶，而隨著已經(jīng)形成斷裂帶的進(jìn)一步發(fā)育又可以激活形成新的裂縫。但是，不管是斷層還是裂縫構(gòu)造，它們的破裂面都是構(gòu)造的薄弱面，當(dāng)實(shí)際鉆井鉆遇時(shí)，應(yīng)該高度重視，以此減少甚至避免套變的發(fā)生。

2 疊后地震屬性

地震屬性是地震數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)學(xué)變換得到的地震波幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)或者統(tǒng)計(jì)學(xué)特征，分為疊前和疊后地震屬性，共炮檢波接收信號(hào)經(jīng)過動(dòng)、靜校正疊加處理后得到的三維或者二維地震數(shù)據(jù)體，既疊后地震數(shù)據(jù)體，通過對(duì)疊后地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行地震屬性提取得到疊后地震屬性，反之，未校正得到是疊前地震屬性。常用于預(yù)測(cè)裂縫帶的有相干、曲率、螞蟻體、等疊后地震屬性。

2.1 相干屬性

相干屬性通過分析相鄰地震道振幅、頻率、相位等地震波參數(shù)的差異，進(jìn)而突出地震波空間上的不連續(xù)性，以此原理來刻畫識(shí)別斷層及裂縫。20世紀(jì)90年代以來經(jīng)歷了C1、C2及C3三代相干體屬性算法[5]。相干體屬性常用來判識(shí)大斷裂帶，對(duì)小斷層及裂縫的使用效果不如螞蟻體、曲率等疊后地震屬性。

2.2 曲率屬性

曲率屬性是一類疊后地震幾何屬性，其表示地層層面某處的彎曲程度，曲率越大，巖層面彎曲幅度越大，發(fā)育斷層、裂縫可能性更高，曲率越小預(yù)示巖層面彎曲幅度小，越為平坦，發(fā)育斷層和裂縫的可能性越小，見圖2[6-7]。同時(shí)值得注意的是由于曲率屬性原理的制約，褶皺、皺曲等在曲率平面圖上也會(huì)異常顯示，此時(shí)應(yīng)該結(jié)合地震剖面解釋去排除這些異常現(xiàn)象，提高斷層、裂縫識(shí)別的精準(zhǔn)度。

圖2 基本構(gòu)造及其曲率值

2.3 螞蟻體屬性

螞蟻體屬性是仿生自然界螞蟻覓食行為，螞蟻覓食途中進(jìn)行信息上的交流，選擇最優(yōu)覓食路徑。螞蟻體屬性就是在這種螞蟻算法下，基于方差體、相干體等不連續(xù)地震屬性體的基礎(chǔ)上，搜索裂縫的一類疊后地震屬性方法。在斷裂預(yù)測(cè)過程中，螞蟻體屬性的基本原理是將非常多的電子螞蟻釋放在不連續(xù)的地震屬性之中，一般是方差或者相干，使每一只螞蟻都沿著可能的裂縫發(fā)育路徑往前推進(jìn)，一旦某條路徑達(dá)到先前設(shè)定的要求時(shí)，就釋放一定量的電子信息素，相反，則不會(huì)釋放或釋放非常少量的信息素。受到劑量比較大的信息素的引誘，在一定空間中的其它電子螞蟻就會(huì)沿著該條路徑往前推進(jìn)，直到最后完成裂縫的識(shí)別，而其余達(dá)不到既定要求的路徑就很難被識(shí)別出來，最終會(huì)得到一個(gè)具有信噪比高、裂縫軌跡比較清晰的三維螞蟻體屬性，以此來進(jìn)行裂縫預(yù)測(cè)[8]。

對(duì)高陡構(gòu)造區(qū)螞蟻體屬性的提取復(fù)雜，在構(gòu)造平滑基礎(chǔ)上，再提取了方差體屬性，最后通過自定義螞蟻體提取參數(shù)完成，摒棄了常用自動(dòng)螞蟻?zhàn)粉櫡椒ǎ源_保裂縫預(yù)測(cè)精度。螞蟻體屬性對(duì)微小斷層及裂縫識(shí)別效果好，但是對(duì)于大斷層識(shí)別不如相干曲率等屬性。

3 實(shí)際應(yīng)用效果

以川東南自貢215井區(qū)H3鉆井平臺(tái)疊合地震數(shù)據(jù)體為基礎(chǔ)，同時(shí)對(duì)研究區(qū)奧陶系五峰組頂面沿層提取相干、螞蟻體、曲率疊后屬性，可見相干屬性對(duì)識(shí)別相對(duì)大斷裂帶效果最好，斷裂形態(tài)連續(xù)清晰，斷裂位置合理，但是缺失了部分小的斷層及對(duì)裂縫識(shí)別效果差，識(shí)別出裂縫零星分布見圖3a；沿層螞蟻體屬性對(duì)裂縫識(shí)別效果最好，裂縫的形態(tài)刻畫清楚，雖然也識(shí)別出了大斷層，但是斷層走向太過筆直，與實(shí)際地質(zhì)情況有細(xì)微差別，可能是受到大斷層邊緣的影響，見圖3b。曲率屬性平面圖顯示的大斷裂與相干屬性圖一致，可以明顯看到工區(qū)8條大的斷裂帶，曲率屬性雖然顯示的裂縫位置與螞蟻體屬性相當(dāng)，但是其邊緣不清晰，走向多變，對(duì)裂縫的刻畫并沒有螞蟻體屬性好，見圖3c。

因此，綜合相干、曲率屬性判別工區(qū)大斷裂帶，利用螞蟻體屬性識(shí)別工區(qū)裂縫帶，取得如下成果：工區(qū)O3w頂發(fā)育7個(gè)（F1～F7）NE向和1個(gè)（F8）NNE向的斷裂帶，裂縫主要發(fā)育在大斷裂之間，走向明確，走向多為NE、NNE、NNW向，裂縫長(zhǎng)度差異大，見圖4。

圖4 自215H3平臺(tái)O3w頂斷裂帶疊加裂縫

4 結(jié)束語

1）相干、曲率疊后地震屬性很好預(yù)測(cè)了該工區(qū)O3w頂主要大的斷裂帶，螞蟻體沿層切片很好的預(yù)測(cè)了裂縫的發(fā)育分布，疊后地震屬性應(yīng)用效果好。

2）自215H3平臺(tái)O3w頂發(fā)育8個(gè)大的斷裂帶，裂縫主要分布在斷裂帶之間，走向多為NE、NNE、NNW，其長(zhǎng)度差別大。