裂缝检测分析方法在碳酸盐岩岩溶储层中的应用

胡君毅，周 路

（西南石油大学 地球科学与技术学院，四川成都 610500）

1 工区概况

研究区位于四川盆地西北部，其主体部分在四川北部低平断褶带，北为四川省广元市，西北部是龙门山推覆体构造带，其东边就是南江县，包括广元、剑阁、旺苍等地。从构造上看位于米仓山山前断褶构造带，面积约1 300km2。其地面构造形态较简单，总体上看是一个大型背斜，轴向为北东-南西向，属于一个地台北部边缘凹陷局部构造。在工区东北部是整个工区断裂发育最多的地方，断层识别的难度非常大。川西北地区的茅口组沉积稳定，埋深超过5 000m，地层厚度变化较大，该区域厚度最大近320m，最薄的地方约190m，属于薄储层。茅口组主要岩性是含有灰色生物碎屑灰岩，灰岩夹白云岩，有些地方其顶部是一套灰色硅质页岩。

2 岩性概况和储层特征

碳酸盐岩属于三大岩类中的沉积岩，常见的主要是石灰岩和白云岩这两种，成分主要是方解石和白云石等其他多种碳酸盐矿物。碳酸盐岩大多数是在海洋环境中形成，称为海相碳酸盐岩，而少数在陆地环境中形成的为陆相碳酸盐岩。碳酸盐岩储量非常大，普遍埋藏较深，基本上广泛分布于古生界和中生界。

在我国西南地区的四川盆地和新疆地区的塔里木盆地，都发育着大量碳酸盐岩，经历了五六十年的勘探发展，古生界和中生界碳酸盐岩中的含油气储层越来越多被发现，高产井越来越多，预测储量逐年增加。深入对碳酸盐岩的研究已经成为越来越多地质勘探研究人员的共识，其重要性越来越受重视。

在碳酸盐岩研究方面，我国明显落后于国外的学者。在20世纪70年代就已经出版过一些专著，其中以《碳酸盐岩沉积物的成岩作用》和《碳酸盐岩》为代表，对人们认识碳酸盐岩沉积作用及岩石学有系统的概括和总结。而到了20世纪80年代国外学者又出版了《碳酸盐岩沉积学》，更加推动了人们对碳酸盐岩的研究发展。与此同时，我国学者对于碳酸盐岩沉积学的研究也开始取得了阶段性的发展，许多新理论新技术被提出并取得了较大的影响。

而在碳酸盐岩缝洞型储层的研究方面，有以下几点，一是根据岩心资料的实验，描述储层储集空间类型并分类；二是对碳酸盐岩缝洞型储层的沉积环境以及沉积特征的研究；三是碳酸盐岩储层的识别刻画以及预测研究；四是厘清地层的构造演化和缝洞型储层之间的关系，为今后的碳酸盐岩储层的预测提供指导依据；五是对碳酸盐岩储层油气成藏的研究，碳酸盐岩储层地质背景和储层类型复杂多样，横向非均质性极强，这方面的研究工作难度较大，因此对于碳酸盐岩储层预测工作有重要影响。

对预测裂缝的研究工作，国外学者在20世纪20年代就开始了相关的研究，而相比于国外，我国的研究工作直到20世纪70年代才处于刚起步的阶段，时间上远远落后于国外，直到20世纪90年代我国关于碳酸盐岩储层裂缝的研究工作开始有了较大的进展。而在碳酸盐岩裂缝的研究工作中，胡明等提出了用“古构造应力场数值模拟方法”来对四川盆地碳酸盐岩裂缝分布进行预测。对裂缝的研究包括野外识别及地质类比法，构造应力场预测，测井方法和地震方法以及基于非线性裂缝预测技术等。

3 构形属性原理

地震属性是以地震数据为基础，对地震数据经过一系列数学变化得到的地震波关系式，用以度量地震波的物理特征。地震属性分析技术能够更加高效的刻画出地震数据中的重要信息，并与地质资料相结合，是地震资料构造解释和储层预测工作中不可缺少的重要环节[1-2]。常见的地震属性有振幅类属性，例如最大振幅、均方根振幅等，复地震道属性比如瞬时振幅属性、瞬时相位属性和瞬时频率属性，时间序列统计属性例如能量半衰时，相关统计属性例如主极值振幅属性和极小值振幅属性等。

由于缝洞型储层在横向上具有极强的非均质性，储层大多数表现出的是低孔隙度、低渗透率，储集空间非常复杂，要实现精确预测的目的，单靠曲率一种属性来进行预测是非常困难的，而在断裂带发育的地方，要想精细刻画出裂缝的展布特征，相干技术也无法满足科研需求。这就指示油气勘探研究工作者探索更好的技术来刻画裂缝，与曲率属性结合起来，与实际地质测井等资料进行综合研究分析。

构形属性是结合了近年来从图像处理领域引入到地震解释中的一种新的属性分析方法——结构张量分析，通过叠后地震振幅数据的梯度向量构建结构梯度张量，对该张量进行特征值分解获取其特征值和特征向量，根据特征值的图像结构含义，对不同纹理特征的沉积地貌单元进行刻画[3-4]。其实质是将地震数据视为图像，通过识别地震图像中的不同纹理单元（如层状纹理、杂乱纹理等），实现对河道等沉积地貌进行刻画。

4 实际数据裂缝检测

将该方法应用于产气井井区的碳酸盐岩溶含气储层预测中，利用结构张量分析法对整个工区数据进行属性提取，得到茅三段断层因子剖面与顶部含气层断层因子切片，如图1、图2所示。

图1 过L004-X2-L16-L4-L004-X1井断层因子剖面

图2 龙门山地区茅口三段顶部断层因子切片

从断层因子剖面中可以看出，L16 井，L004-X1 井和L004-X2 井三口高产井裂缝非常发育，而L4 井低产井附近裂缝也有较好的显示，但是裂缝发育程度明显不如L16井和L004-X2井和L004-X1井这3口高产井。平面上，茅口组顶部含气层的断层因子可以看出，主要呈块状或带状分布，指示了裂缝显示非常好的地方，结合L16井，L004-X1井和L004-X2井高产天然气，可以推断出与地质资料相符合，即裂缝发育好的储层有更大的可能富集天然气。另外茅口组顶部横向上的断层因子数值差异明显，在裂缝非常发育的区域都能非常好地表征出来，能较好地刻画出裂缝储集体的边界范围，也反映了深层海相碳酸盐岩储层横向上非均质性强，难以找到规律。

5 结论

1）研究区内茅口组主要为岩溶裂缝型储层，裂缝发育分布广泛，有较大规模的裂缝发育带，其储层的孔隙，除了原生孔隙及次生孔隙和孔洞外，裂隙起了重要的作用。裂隙不仅增加孔隙度，更重要的是增加渗透性。裂隙常常把原生孔隙和次生孔隙连接起来，形成渗滤-储集系统。因此在研究区裂缝型碳酸盐岩储层中，裂隙的发育程度往往决定了该地区油气产量。

2）根据裂缝型储层的渗滤-储集特点可以分为两类：一类是岩石中粒间孔隙很小，孔隙性及渗透性都是裂隙产生的，也就是真正意义上的裂缝型储层；另一类是有适当数量的粒间孔隙，裂隙主要促使渗透性大大增高。裂缝型储层主要与后期构造活动有关，石油的聚集与背斜上裂隙的密集程度有关。

3）可以引入梯度结构张量方法，用于刻画岩溶储层的轮廓，然后再对其单一特征值及组合特征值进行断溶体轮廓刻画效果的对比分析。结论认为，地震预测裂缝成果与钻井、测井、测试等成果匹配良好，为该区天然气开发井的部署与调整提供了依据。

4）在地震资料效果不好的碳酸盐岩储层预测研究工作中，可以根据实际地质情况利用梯度结构张量属性，能达到更好的效果，可较清楚地反映地下不同构造特征，而将三个特征向量进行有机组合构建一种混沌度量，可以带来的最直接的好处就是，可以一定程度上降低弯曲地层的影响，为后面提高有效识别断层和裂缝展布范围的精确度。此外，如果该地区断裂极为发育，形成机制复杂，还可以考虑根据局部构造特征构建基于各向异性介质的梯度结构张量，对初始梯度矩阵场求平均，用来提高检测结果的分辨率，达到研究工作的要求。