地震断裂检测技术在塔河油田南部碳酸盐岩储层及油藏预测中的应用

刘 群，李海英，邓光校

(中国石化西北分公司勘探开发研究院，新疆乌鲁木齐830011)

近几年塔河油田开展了大面积三维地震的二次采集，由于采集设备的快速发展，以及三维地震观测系统设计、激发、采集方式的日趋完善，使得地震资料的品质得到了较大幅度的提高，从而为各种断裂检测方法的应用提供了良好的资料基础，本文以塔河油田南部桑塔木南三维地震二次采集资料，面积546.75 km2断裂预测成果为例进行论述。

1 断裂发育的背景及特点

塔河油田在地质历史时期经历了加里东期、海西期、印支－燕山期及喜马拉雅期等多期次构造运动，使塔河油田形成了复杂断裂构造系统［1－5］。奥陶系碳酸盐岩断层以直立走滑断层为主，大部分断层断入基底，垂直断距较小。塔河地区南部由北北东向、近南北向、北东东向3组断裂体系交互构成(图1)，其中加里东早期—加里东中期，在南北挤压应力的作用下，形成的北北东向走滑断裂最发育，延伸长度大、分布广;其次是加里东晚期－海西早期形成的近南北向走滑断裂，对早期的北东东向断裂形成切割;海西晚期在北西－南东向挤压应力作用下，伴随阿克库勒凸起的，形成了北东东向断裂，此组断层规模相对较小。

图1 桑塔木南三维工区一间房顶面断裂平面分布Fig.1 Plane view of fracture distribution on the top Yijianfang Formation in south Songtamu 3D acreage

2 碳酸盐岩断裂地震检测技术

2.1 本征值算法相干断裂检测技术

相干算法到目前为止经历了3代发展，即相关算法、相似算法、本征值算法［6－8］，其精细程度每一步都得到了很大的提高，塔河油田近几年利用Pardigm软件精细相干本征值算法，在碳酸盐岩的裂缝检测及岩溶河道刻画上，取得了很好的应用效果。本征值算法原理是两道振幅值交会，可以确定一个主方向轴和一个最小方向轴。当两道完全一致时，所有样点将按主方向轴排列成一条直线;当两道完全相反(振幅大小表征的波形)时，所有样点将按最小方向轴排列成一条直线。用两个不同比例的向量分别表示主轴和最小方向轴，一般情况下，长向量沿主轴方向，短向量沿最小方向轴方向。在线性代数中，这两个向量对应协方差矩阵中的特征值(本征值)，称为本征向量。可以利用线性代数的矩阵运算很容易计算本征值，用它作为表征波形差别的参数。

塔河油田南部桑塔木南二次采集三维资料，地震资料品质很好，通过对其应用Pardigm软件模块进行本征值相干体处理，通过沿T74反射波(中奥陶统一间房组顶面)进行相干值提取，可以清晰看到，塔河南部中奥陶统一间房组顶面三组主干断裂的平面展布形态(图2)。北北东向断裂普遍发育，且延伸长度较长，横向宽度较宽;南北向断裂横向宽度较窄，且切割早期的北北东向断裂;北东东向断裂发育规模不大、数量较少。本征值精细相干的优点是对检测规模相对较大的断裂很有优势，断裂格架非常清楚。

2.2 蚂蚁体追踪断裂检测技术

蚂蚁追踪算法是模拟自然界中真实蚁群的觅食行为而产生的一种新型仿生类优化算法，基于蚂蚁算法的原理［9－11］，由斯伦贝谢公司在 Petrel软件中推出了一种断裂自动分析和识别的智能系统。该技术的基本原理如下:在地震数据体中播撒大量的“蚂蚁”，当“蚂蚁”在地震属性体中发现满足预设断裂条件的断裂痕迹时它将“释放”某种信号，召集其他区域的“蚂蚁”集中在该断裂处对其进行解释，直到完成该断裂的识别。而其它不满足断裂条件的断裂痕迹将不进行标注。最后将获得一个低噪音、具有清晰断裂痕迹的数据体。

蚂蚁体断裂智能检测精度相对较高，能够检测到尺度较小的断裂，但对地震资料的品质要求较高，高品质的资料，可以获得很好的检测效果，塔河油田南部桑塔木南三维地震资料由于是二次重新采集的资料，面元较小(25 m×25 m)，覆盖次数较高(96次)，因此资料品质很好，应用Petrel软件蚂蚁体断裂检测技术，取得了非常好的应用效果，对规模较大的断层轮廓刻画不如本征值相干，但对细小断裂的精细刻画要比本征值相干精度高，可以看到碳酸盐岩小型断裂的平面展布规律(图3)，特别是北东东向小型断裂相比本征值相干数量增加了很多，但在工区的东部缺少了南北向断裂，将二者结合起来指导断裂的解释具有很好的互补效果。

图2 桑塔木南三维工区一间房组顶面本征值相干平面图Fig.2 Plane view of eigen coherent on the top Yijianfang Formation in south Songtamu 3D acreage

图3 桑塔木南三维工区一间房组顶面蚂蚁体断裂检测平面图Fig.3 Plane view of ant tracking fracture detection on the top Yijianfang Formation in south Songtamu 3D acreage

3 断裂检测技术的综合应用及效果

参考本征值相干(图2)、蚂蚁体断裂检测(图3)平面展布特征成果，对塔河油田南部桑塔木南三维区中奥陶统一间房组碳酸盐岩储层进行了断裂综合解释，取得了很好的解释效果，解释结果见图1，通过断裂的综合解释，对塔河油田南部地区断裂的展布形态、形成期次有了较为清楚的认识。将解释的断裂多边形(蓝线条)与振幅变化率碳酸盐岩储层预测结果(红黄色条带)叠合(图4)，可以清楚地看到碳酸盐岩储层沿断裂发育的规律特征，基于此规律，南部地区在井位部署时沿断裂带进行部署。

塔河油田南部斜坡区奥陶系油气主要沿断裂带进行充注，油气充注程度低，油层薄，油水关系复杂，如何在断裂带上寻找局部油气富集的油藏是关键［12－20］，必须结合地形、断裂、储层等因素综合考虑。在断裂检测及储层预测的基础上，结合前期实钻井的资料，总结了两种与断裂相关度较高油气富集模式:主干断裂上倾封挡型、分支断裂上倾封挡型。主干断裂封挡型为主干断裂的上倾方向断裂发生终止，致密碳酸盐岩基岩对油气形成封挡，在断裂的终止部位油气发生聚集成藏(图4，图5)，如S1181井累产原油达14.5×104t;分支断裂上倾封挡型，为主干断裂储层非常发育，对向高部位运移的油气缺乏封挡，形成通路，而在主干断裂上的分支断裂上倾方向致密灰岩对油气形成封挡，油气聚集成藏(图4)，如S1102井累产原油2×104t。

图4 桑塔木三维一间房组顶面断裂多边形与振幅变化率属性叠合平面图Fig.4 Overlay map of plane fault polygon and amplitude variation rate on the top Yijianfang Formation in south Songtamu 3D acreage

图5 过S1181井地震剖面Fig.5 Seismic profile tied to Well S1181

据此认识在塔河油田南部桑塔木二次采集三维区部署了一批勘探开发井约24口，其中产油井14口、气井3口，油水同出2口，气水同出1口，水井4口，在塔河油田南部油水关系复杂的地区，取得了较好的勘探效果(图4)。

4 结论

应用二次采集高品质桑塔木南三维地震资料，使本征值相干、蚂蚁体追踪断裂检测技术，在碳酸盐岩断裂检测方面得到了充分发挥，应用检测结果结合剖面对断裂进行了很好的解释，断裂解释成果配合储层预测成果，总结了油田斜坡区油气富集的两种模式，即主干断裂上倾封挡型、分支断裂上倾封挡型，为寻找隐蔽断控缝洞型油藏提供了依据，在实际勘探中也取得了较好的效果。但是也应看到，由于塔河油田南部地区埋深较大(大于6 000 m)，地震资料分辨率较低，很多断控油藏上倾方向的封挡性并不是很好判别，且不同断裂其油气充注强度也不同，给断控缝洞型油藏的预测带来了一定的困难，因此随着地震勘探技术的进步，还需不断提高地震资料的精度及断裂检测的精度，同时加强多学科综合研究，提高钻探的成功率。

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