GeoEast软件体曲率属性技术在碳酸盐岩断裂研究中的应用

2016-06-27李树珍李相文张建伟

石油地质与工程 2016年2期

关键词：碳酸盐岩刻画曲率

李树珍，李相文，张建伟，赵　婧，李　梁，李　涛

(1.西安石油大学，陕西西安 710065;2.中国石油东方地球物理公司)

GeoEast软件体曲率属性技术在碳酸盐岩断裂研究中的应用

李树珍1，2，李相文2，张建伟2，赵婧2，李梁2，李涛2

(1.西安石油大学，陕西西安 710065;2.中国石油东方地球物理公司)

摘要：塔里木盆地塔中、塔北地区走滑断裂非常发育，对碳酸盐岩缝洞型储层具有明显的控制作用，但断距极小，常规解释时无法对比追踪，平面断裂组合难度极大。体曲率属性对地震同相轴的小挠曲、小褶皱、凸起、差异压实等变形特征具有很好的指示作用。GeoEast解释系统可对地震数据及曲率等属性开展空间立体化融合解释，已经在塔里木盆地地震资料一体化解释中得到广泛应用。针对塔里木盆地不同地区的地质特征，通过多参数优化，多种属性对比分析，优选优势曲率属性指导断裂的精细刻画，研究断裂对本区储层及油气的控制作用，在勘探开发中取得明显效果。

关键词：塔里木盆地；地震曲率属性；碳酸盐岩；走滑断裂

1引言

众所周知，相干属性能清晰刻画断点比较干脆的断裂，但对断点不干脆的断裂反映较为模糊，曲率属性则恰好相反。而塔中、塔北地区普遍发育走滑断裂，走滑断裂在地震剖面上表现为挠曲的反射特征，断点不干脆，相干识别起来比较困难。正是基于这二点，解释人员尝试用GeoEast特色体曲率属性识别走滑断裂，取得了较好效果。

GeoEast是地震数据处理与解释协同工作的一体化软件系统，已经成为塔里木盆地地震处理与解释的主流软件平台。GeoEast系统解释部分具有强大的多属性交互分析功能，其中体曲率属性是本系统为精细刻画断裂、裂缝、河道等地质特征所开发的特色解释技术。本次研究的重点是应用GeoEast系统的多功能解释方式，通过对曲率属性的专题研究，对研究区的断裂进行精细刻画，进一步搞清研究区内的断裂展布特征、裂缝横向变化规律，梳理油源断裂的展布特征，为高效井位的部署奠定基础。

2GeoEast体曲率属性及其应用

2.1地震曲率属性

二维曲率是描述曲线上任一点的弯曲程度，它是一个圆半径的倒数[5-6]，可以反映一个弧形的弯曲程度。数学上，曲率的二维概念很容易推广到三维，对于三维情况，在任意方向可得到一个曲率，因此可得到无数个法线曲率。曲率于1994年被引入到地质构造研究领域[7]；2001年Roberts首次把曲率属性应用于勘探工作中[5]，并逐渐受到应用。应用表明，曲率属性可以不同程度反映断层、线性特征、局部形状等信息，对断层的解释工作有明显效果。

二维曲率的表达式为：

(1)

在几何地震学中，三维地震反射体在空间上的任意反射点r(x,z,y)可以认为是时间标量u(t,x,y)，那么梯度grad(u)反映的是反射面沿着不同方向的变化率，即反射面沿着方向矢量所在的法截面截取曲线的一阶导数，其结果为该反射点的视倾角向量[8]：

(2)

式中，p、q、r分别为沿x、y和t方向上的视倾角分量。将地震数据扫描所得的视倾角数据p、q带入式(1)中，得到沿x坐标方向和y坐标方向的曲率分量为[8]：

(3)

GeoEast系统中，把曲率属性分为构造曲率和振幅曲率两大类[9]。构造曲率是根据三维地震解释的层位计算得到的曲率，反映的是解释层位上任意一点的弯曲程度。振幅曲率是对地震数据振幅进行横向二阶求导得到的，像构造曲率一样，振幅曲率也能提供许多有用地质信息。

中医强调整体观念，认为人体是一个统一的整体，各脏腑之间存在关联，可从整体、联系、发展的辨证观点看待疾病的发生和发展[8-10]，而喉源性咳嗽的中医辨证分型具有其特殊性，可与中医学中的急喉痹、慢喉痹进行区分，但临床上关于喉源性咳嗽中医辨证分型的研究报道相对较少，中医辨证分型尚无统一标准[11，12]。本研究通过对国内近年来喉源性咳嗽的相关文献进行检索、总结后发现，喉源性咳嗽的中医辨证分型主要为风邪犯肺型、卫表不固型、脾虚痰浊型、阴虚火旺型，分别占比38.17%、31.67%、17.50%、12.67%，这提示我们可根据喉源性咳嗽的中医辨证分型对其实施辨证论治。

2.2曲率属性的计算与优选

众所周知，计算曲率需要对函数求偏导，因此，求偏导的方法决定了曲率的计算方法，主要有差分法、常规傅氏变换法和分波数的傅氏分析法[10]。根据Roberts(2001)的算法，由构造面拟合的二次趋势面的一般表达式为式(4)。由此可以导出平均曲率Kmean(式5)、高斯曲率Kgauss(式6)、主曲率(式7)等一系列关于构造曲面本身的曲率属性值[5-8]。目前有较多的曲率属性算法源代码是开放的，但是很多参数的设置对预测效果影响较大。

g(x,y)=ax+by2+cxy+dx+ey+f

(4)

(5)

(6)

(7)

在曲面的每个点，一般存在两个互相垂直的切方向,使得它们对应的法曲率K1和K2是该点所有法曲率中的最大和最小值，称为主曲率。主曲率K1和K2的算术平均值称为曲面的平均曲率；平均曲率描述了曲面在一点处的平均弯曲程度，其极值出现处通常代表曲面最为扭曲的地方。

主曲率K1和K2的乘积称为曲面于该点的高斯曲率，有时也叫总曲率。它反映了曲面的一般弯曲程度。高斯曲率在一个界面上没有变化，表示界面是等量弯曲(Roberts，2001)。由于高斯曲率的这种性质，它可以作为刻画断层的一种方法。

由于曲率属性类别众多，不同曲率属性的应用条件和效果均不同，本研究主要针对断裂精细研究，对断裂刻画有利的曲率属性是研究的重点。GeoEast除了提供多种曲率供解释人员选择，还首次提出了多尺度曲率的概念。多尺度曲率主要通过修改滤波参数中的分数导数指数和Lambda值(道间距的整数倍)来实现，分数导数指数通常取值0.25，0.5，0.75，其值越小，所刻画的断裂尺度越大；Lambda值越大，反映出的断裂或裂缝越连续，反之亦然。大尺度曲率反映横向沿展距离较大的断裂，小尺度曲率对小断裂、微断裂的刻画更为清晰。塔北地区的碳酸盐岩储层发育规律与油气富集程度和断裂密切相关，对断裂刻画精度要求非常高，各级断裂的精度对井位部署、井轨迹设计、井位钻进都具有重要的指导意义。

3应用实例

在前期的研究中，已经明确哈拉哈塘地区发育有大量走滑断裂，而且大部分断裂落差都很小；其平面分布表现为“X”型剪切特征。

研究中，选取塔北哈拉哈塘局部A区进行测试，一是研究区为全方位高密度采集地震资料，资料对“X”形剪切断裂的刻画比较清楚；二是试验区面积80 km2，曲率属性的计算速度快，利于参数优化，提高效率。针对本区的地质地震特征以及特定的地质任务，首先对构造曲率属性进行优选；参数测试中，有针对性地选取8种塔里木盆地主流应用曲率进行优选。图1为A区内一间房组不同种曲率沿层切片对比图。图中(a)和(b)所反映的断裂特征更明显，特别是K1主曲率属性对A区南部北西方向断裂的刻画更精细，(c)和(d)对河道体系刻画更加清楚。

针对哈拉哈塘地区B区块的断裂进行研究。由于塔北A区的断裂特征与B区非常相似，因此选取K1主曲率属性指导断裂解释。对北东-南西向的走滑断裂和北西-南东向的走滑断裂刻画更清楚详尽，能很好地补充相干属性对哈拉哈塘地区走滑断裂的不足(图2)。通过构造曲率属性与相干属性的综合应用，采取由浅至深，定“根”理“枝”立体式的解释方式，断裂解释的精度明显提高。

图1　塔北A区一间房组不同种曲率沿层切片对比

在GeoEast曲率属性指导下，结合剖面断裂精细解释，使平剖断裂组合的解释效率大幅提升。图3为B区GeoEast刻画断裂与储层叠后平面图和对应地震剖面，平面断裂组合结果与储层预测平面图相叠合；储层发育规律非常明显清楚，主要沿着B区内走滑断裂发育，特别是在花状断裂发育区，与在一间房组沉积后的沉积间断期间，通过大气淡水沿断裂扩溶溶蚀形成大型缝洞体的地质认识不谋而合。另外，图3中叠前深度域偏移处理剖面显示，断裂多为直通寒武系-震旦系基底，为本区主要的油源断裂；红色断裂为加里东期断裂，绿色断裂为海西期断裂。在精断裂研究的基础上，结合断裂与储层的空间关系，优选了一批针对缝洞体系高部位钻探的开发井点。目前钻探成功率为89%，累计产油量大于5 000 t的井所占比例为成功井的55%，累计产油量大于7 000 t所占比例为成功井的45%，相比之前的39%和27%均有大幅提高。借鉴B区的