渤海油田深埋潜山储层预测关键技术研究*——以渤中19-6潜山为例

周东红

(中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海石油研究院 天津 300452)

渤中凹陷作为渤海油田油气发现主战场，经过40多年的勘探，在新近系以及古近系发现了数量众多的油气田，储量规模占总发现的94%，而潜山储量发现仅占6%，类比邻区地质条件相似的冀中凹陷、辽河凹陷，潜山储量发现占比分别达到59.7%和20.3%。随着中浅层勘探程度的提高，中浅层寻找规模较大的构造圈闭难度越来越高，位于凹陷区的深埋潜山正逐渐成为渤海油田的重点勘探领域之一。

近些年来，中国海油在渤中凹陷开展了一系列的勘探研究工作，明确了位于渤中凹陷西南部的渤中19-6构造区具有发育规模性潜山构造圈闭的条件[1]。但由于该区构造平均埋深大于4 500 m，且处于郯庐断裂和张蓬断裂的应力叠加区，断裂系统极复杂，裂缝型储层非均质极强；加之该区潜山之上新生界地层中还发育多期火山岩，受多期火山岩屏蔽影响，地震资料品质差，导致渤中19-6深埋潜山在勘探阶段的储层预测面临巨大挑战。

针对渤中19-6深埋潜山储层预测难度大的问题，本文在借鉴国内外类似变质岩潜山地震勘探关键技术的基础上，结合该区资料基础及地质特点，从凹陷区火山岩下伏地层地震波能量屏蔽补偿、潜山风化裂缝带、内幕裂缝带储层地震预测等方面开展研究，综合利用基于相位一致性分析的微断裂刻画技术、基于古地貌约束的叠前弹性参数融合技术、基于曲波变换的内幕大尺度断裂增强处理技术、基于绕射波分离的小尺度裂缝带预测技术，提高了变质岩潜山裂缝储层的预测精度，形成了渤海海域变质岩潜山地震勘探关键技术体系，并在渤中19-6大型凝析气田实际勘探评价过程中取得了良好的应用效果。

1 太古界变质岩潜山风化裂缝带储层预测技术

在储层预测过程中，地震资料品质直接决定了储层预测成果的预测能力与可靠性。由于渤中19-6构造中深层火山岩发育，构造区约70%面积受高速火山岩屏蔽影响，造成下伏潜山地层反射振幅明显变弱，将严重影响后续储层预测的精度。目前业界大都采用基于均方根振幅增益控制的方式或者基于已钻井统计的分频补偿方法进行解决[2-3]。前一种方法破坏了振幅之间的相对能量关系，是一种不保幅的处理手段；后一种方法采用基于已钻井合成地震记录统计特征进行补偿，不可避免地忽略了由于不同偏移距路径差异对反射能量的影响，加之受限于研究区已钻井数量少等因素，其适用性及保幅性均不理想。因此本文采用了基于射线路径的复杂地质体下伏地层振幅补偿技术对火山岩下伏地层反射能量进行补偿处理。经过补偿处理后，潜山地层真实反射能量得到恢复，潜山内幕断裂成像更加清楚，提高了特殊地质体覆盖区地震资料保真度，为后续深埋潜山储层精细表征奠定了资料基础。

1.1 基于相位一致性分析的微断裂刻画技术

风化带储层发育情况和微断裂及裂缝展布相关，在微断裂及裂缝的地震刻画方面，以曲率、蚂蚁体等为代表的地震几何属性得到广泛应用。然而，渤中19-6潜山上覆地层为超压低速泥岩，上、下地层分界面波阻抗差异大，导致地震剖面上产生强振幅反射，这种由强波阻抗差引起的强反射会“淹没”裂缝对地震子波波形的改造作用，这种情况下利用基于振幅信息的地震不连续性检测会存在多解性[4]。

为此，引入基于相位一致性分析的微断裂识别方法。相位一致性是信号中各个频率成分的相位相似度的一种度量方式，是一个无量纲的量，其本质虽然仍是基于地震信号的不连续性检测，但与常规方法不同，该方法主要利用相位信息，认为地震信号中不同频率的傅里叶分量相位最一致的点为特征点，其在时间域具有不连续性特征。因此可以通过相位一致性分析进行地震不连续性检测，不受地震振幅的横向变化影响，也无需低通滤波去噪[5]。

对于一维信号f(x)，其傅里叶展开式为

f(x)=∑nAncos(nωx+φn0)=∑nAncos(φn(x))

(1)

式(1)中：An为第n个傅里叶展开分量的振幅值；ω为角频率；φn0为第n个分量的相位偏移量或初始相位；φn(x)表示位置x处的第n个傅里叶分量的局部相位。

则相位一致性度量函数定义为

(2)

图1为渤中19-6构造北1块沿层提取的相位一致性属性与常规倾角相干属性的对比。新方法刻画的裂缝细节更加丰富，集中发育带展布特征清晰，而常规相干受强振幅影响，未能有效刻画风化带裂缝发育规律。同时，图1a中BZ19-6-4井位于高PC值处，预测裂缝发育，实钻揭示该井风化带发育储层119 m，净毛比达92%，且测试获得高产，有效证实了新方法的可靠性。

图1 相位一致性(a)与倾角相干(b)切片对比 Fig.1 Slice comparison of phase consistency (a)and dip-scanning coherent (b)

1.2 基于古地貌约束的叠前弹性参数融合技术

岩石物理分析表明，风化裂缝带储层具有低横波阻抗、低密度特征，利用叠前弹性参数反演可以预测风化裂缝带储层展布。首先以裂缝总孔隙度曲线作为目标曲线，横波阻抗曲线与密度曲线作为计算曲线，通过参与计算曲线的线性匹配关系模拟目标曲线，并与先验目标曲线进行误差分析。基于最小误差原则，构建基于横波阻抗和密度双参数融合的风化带储层敏感因子为

F=2.53×10-5SI-0.172 9Rho+0.71

(3)

式(3)中：F为储层敏感因子；SI为横波阻抗，kg·m-3·m·s-1；Rho为密度，g·cm-3。

然后，通过稀疏脉冲反演方法得到横波阻抗及密度参数体，进而得到最终储层敏感因子体。图2为叠前反演得到的储层敏感因子剖面，靠近潜山顶面低敏感因子区为有利储层发育区，其与潜山内幕裂缝带能明显区分开，并且与已钻井吻合较好。

图2 叠前储层敏感因子反演剖面Fig.2 Pre-stack inversion profile of reservoir sensitivity factor

渤中19-6潜山埋深大，地震叠前道集有效入射角范围小，加之海上勘探阶段钻井少，潜山叠前反演多解性强，单一叠前弹性参数属性具有一定局限性。从储层地质成因分析看，变质岩风化带储层发育程度及分布特征受地貌形态影响较大，古地貌的高部位风化淋滤作用更强，更有利于储层发育，这一认识与现有的已钻井结果相吻合[6-7]。因此，在综合地质成因、地震响应特征的基础上，构建了基于古地貌的多属性融合技术。首先通过印模法分析潜山上覆古近系地层厚度的镜像关系，识别古地貌单元；然后沿潜山顶面风化带提取叠前储层敏感因子反演属性，并将其与古地貌信息进行线性融合，形成了以叠前横波阻抗、密度和潜山古地貌参数3种数据联合的预测思路和计算方法，即

(4)

式(4)中：F为融合后的优质储层指示属性；T为古地貌；k为古地貌融合系数，用于调节古地貌约束程度，可结合钻井在0～5范围取值。

图3a为渤中19-6构造新生界沉积之前的古地貌，可见在印支—古近纪，渤中19-6构造整体具有北高南低的特征，其中北块BZ19-6-47井区和南块BZ19-6-12Sa井区均为古地貌高部位，其风化淋滤作用更强，更有利于风化带储层发育。将上述地质规律融入叠前储层敏感因子反演结果(图3b)，得到古地貌约束后的预测结果(图3c)。从图中可见，对于钻井揭示的风化裂缝带储层整体发育的BZ19-6-47井区，融合后的新属性明显表现出一个整体发育的特征，与钻井吻合更好。在南块钻井揭示古地貌高部位的BZ19-6-1井比BZ19-6-3井储层更发育，这种差异在融合后的新属性上表现明显。总之，融合后的属性比单一的叠前储层敏感因子反演结果更符合地质规律，预测精度得到明显提升。

图3 渤中19-6构造古地貌(a)及古地貌约束前(b)后(c)叠前储层预测结果Fig.3 Palaeo-geomorphology of BZ19-6 structure (a) and the pre-stack reservoir prediction results before (b) and after (c) constrained of palaeo-geomorphology

2 太古界变质岩潜山内幕裂缝带储层预测技术

渤中19-6太古界潜山自印支期以来经历了多期构造运动，产生的不同走向的裂缝组成裂缝网络，为后期油气聚集提供了良好的储集场所。内幕裂缝由于埋深较深，钻探难度大，探井数量少[8]。潜山内幕裂缝的存在与内幕裂隙发育有较大联系，微观尺度裂隙发育方向存在一致性，而发育密度较高时，在宏观上表现为大的裂缝发育特征。

图4为建立的不同尺度的潜山内幕裂缝的正演模型，其中图4a为具有不同裂缝宽度的大尺度潜山内幕断裂模型，图4c为中、小尺度密集型微断裂及裂缝模型，图4b、d分别为对应的正演偏移剖面。正演结果表明:变质岩潜山内幕断裂或大尺度裂隙带发育是产生高角度地震反射的主控因素;低频、高陡、中强连续反射特征，是大尺度内幕断裂发育区带的直接指示特征。中尺度密集型和小尺度弥散型裂隙发育会导致地震同相轴连续性变差，具有明显断续反射特征，表明其是产生地震散射或绕射的主控因素，散射或绕射波的强弱与中、小尺度裂缝发育程度有较好的一致性。

注：图中数值为断裂带宽度，m。图4 不同尺度潜山内幕断裂模型及正演分析Fig.4 Fracture models and forward modeling of buried-hill at different scales

从渤中19-6构造地震剖面来看，潜山内幕地层存在大量的高陡连续反射特征，这种反射特征在某些位置表现为高陡斜交叉反射，与正演分析结论相符。由于潜山内幕埋深大，地震资料品质差，潜山内幕有效反射受其他信号干扰严重，潜山裂缝表征存在较大困难。如何增强潜山内幕断层响应、挖掘绕射波信息是渤中19-6构造当前勘探阶段内幕裂缝储层预测的关键。

2.1 基于曲波变换的内幕断裂增强处理技术

经历多期构造活动的改造，潜山内幕结构和构造样式往往复杂多样，而内幕地震资料一般存在地震照明不均、信噪比低、断面成像不清等问题，常规断层增强滤波技术(如各向异性扩散滤波、构造导向滤波)更适用于层状地层的断层增强，对于块状地层低信噪比条件下的潜山内幕断层，难以有效提升潜山内幕断裂成像效果。

本文提出了基于曲波变换的内幕大尺度断裂反射波增强技术。曲波变换是在小波理论基础上发展出来的一种适合表征各向异性的多尺度方法。曲波是通过在小波基函数的基础上添加一个表征方向的参数得到的，所以它不但和小波一样有局部时频分析的能力，而且还具有很强的方向选择和辨识的能力，可以非常有效地表示信号中具有方向性的奇异特性[9-10]。

对地震信号而言，模型正演表明通过曲波变换能够以较低的冗余度对地震资料进行尺度分解和角度分解，这种分解对本区潜山内幕的资料处理具有重要意义。通过高精度曲波变换，在曲波域进行地震数据的不同尺度分解，并针对不同尺度给出不同的重构系数，主要是通过对反映大尺度断裂信息的粗尺度数据给予更大权重系数，使重构后的数据能够突出大断裂信息。再对重构后数据进行第二次曲波变换，得到不同角度数据体。为了突出高角度的断层信息，重点对中高角度数据体进行非线性各向异性扩散滤波处理，使其在保持断裂边界信息的前提下去除随机噪音，最后将不同角度的地震数据线性相加，得到内幕大尺度断裂增强后的数据。

图5为内幕断层增强处理前后的剖面对比。在常规地震剖面上，由于内幕资料成像质量差、信噪比低，导致潜山内幕呈杂乱反射，无明显断裂响应。倾角、曲率等属性也难以有效刻画出其平面展布特征。经过增强处理后的数据，潜山内幕随机噪音得到良好的压制，内幕断层边界特征和复杂构造特征得到大幅增强，不同断块内大尺度断裂储层发育差异性明显，从而有效指示了渤中19-6构造区内幕断裂发育带平面展布特征，进而明确了潜山内幕裂缝储层发育的宏观规律。

图5 内幕断层增强处理前(a)后(b)地震剖面对比Fig.5 Comparison of seismic profiles before (a)and after (b)inner fault enhancement processing

2.2 基于绕射波分离的小尺度裂缝预测技术

裂缝型油气藏中，构造裂缝系统可以视为多个小尺度地质体的集合，由于其地震信号能量较弱，致使常规的反射波预测方法对裂缝系统的识别并不敏感。前人研究已经证实，绕射波场可以较好地描述小尺度地质体，当地质体的空间尺度接近或小于地震反射数据分辨率时(一般小于λ/4)，从地震数据中分离的绕射波数据能够精细刻画小尺度地质体。本文提出了基于主成分分析技术的绕射波提取方法，通常主成分分析技术(PCA)应用在多尺度分析、数据降维压缩等方面，本文将其引入到反射波与绕射波波场分离中，通过2种波场振幅幅值差别和空间分布差异的特点进行波场分离[11-14]。

基于目标区三维地震数据提取绕射波数据，对比反射剖面(图6a)和对应的绕射剖面(图6b)可以得出，在常规地震反射剖面上可以分辨出较为连续的反射同相轴，对于常规的构造解释工作，只能对较大级别断层进行解释，无法对裂缝系统的空间分布进行描述。但是在分离的绕射波剖面中可以看出，进行绕射信息分离后，目标区会保留由于裂缝系统所产生的绕射波。11井附近高角度反射特征并不明显，但是存在明显的绕射或散射现象。

图6 BZ19-6-11井区反射波(a)与绕射波(b)剖面对比Fig.6 Comparison of the profile of the reflection (a) and the diffraction (b) cross the BZ19-6-11

通过在绕射波数据体上提取振幅类属性对目标区中小尺度裂缝分布进行描述，得到裂缝密度预测结果如图7所示(红色为裂缝高密度分布区)。绕射波能量主要分布在2个走滑断裂相夹持的区域和断裂相对较发育的一些区域，此区域构造变形强烈，裂缝相对发育。钻井统计数据显示绕射波属性预测成功率达87%，有力地证明了绕射裂缝预测结果能够较好地描述工区内裂缝的分布规律，同时提取的裂缝信息与构造解释中的深大断裂有很好的耦合及伴生关系，为该区构造裂缝发育的地质认识及下一步潜力区划定提供了重要依据。

图7 基于绕射数据体的潜山内幕裂缝密度预测结果Fig.7 Fracture density prediction of buried hill interior based on diffraction data volume

3 应用成效及推广价值

渤中19-6千亿方级凝析气田的发现突破了富油型盆地难以寻找大气田的认识。该气田的勘探历程可分为发现、初步评价、整体评价3个阶段，其中在发现阶段地球物理研究以寻找规模性构造圈闭为主，初步评价阶段地球物理研究以潜山风化裂缝带储层预测为主，而整体评价阶段地球物理研究则以潜山内幕及风化裂缝带储层综合预测为主。因此，本文提出的深埋潜山储层预测关键技术成功助推了渤中19-6大气田的发现。

同时，本文针对中深层复杂储层提出的储层预测技术预测系列，为渤海类似地质条件的深埋潜山的勘探评价，乃至中国近海海域其他盆地勘探进军深层，提供了地球物理技术支撑。如：近期利用该套技术预测渤海海域428潜山、曹妃甸12-8构造、渤中8-3构造、渤中22-23等多个构造区深层优质储层发育，勘探潜力巨大，为下一步勘探目标优选提供了参考。

4 结论

环渤中凹陷深埋变质岩潜山储层垂向具有明显分带性，从潜山顶面向下，依次可分为风化裂缝带、致密带、内幕裂缝带和基岩带，其中风化裂缝带和内幕裂缝带为储层发育段。综合利用基于相位一致性分析的微断裂刻画技术、基于古地貌约束的叠前弹性参数融合技术、基于曲波变换的内幕大尺度断裂增强处理技术、基于绕射波分离的小尺度裂缝带预测技术，提高了变质岩潜山裂缝储层的预测精度，该套技术体系有效指导了渤中19-6千亿方大气田的勘探评价，对渤海类似地质条件的深埋变质岩潜山的勘探评价具有一定的借鉴意义。