变质岩潜山裂缝型储层精细预测技术——以渤海海域A油田为例

田 涛，李少轩，高 阳，韦 红

(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300459)

渤海湾盆地已发现的变质岩潜山油气田中，裂缝储层是油气的主要储层类型[1]。由于变质岩潜山储层受风化、多期次构造运动的共同控制，储层的非均质性极强。潜山埋藏深，地震资料分辨率低、品质差，对储层的刻画存在较大的困难，从而约束了变质岩潜山油气藏的进一步勘探和开发效果。

目前，国内外学者在裂缝储层刻画中主要使用以下几类方法：基于野外露头直接观测裂缝的发育情况，结合取心资料进行裂缝储层的描述；从成像测井资料上开展裂缝解释，基于HTI介质的P波方位各向异性的裂缝预测方法[2-3]；基于叠后属性裂缝检测技术等方法[4-6]。本文综合应用地质、钻井、地震资料，首先在垂向上对储层进行分类，结合裂缝储层的地震响应特征优选出针对性的技术对储层进行精细预测，结果与研究区内钻井资料吻合较好，为研究区下一步的高效开发提供了强有力的技术保障。

1 区域概况

A油田位于渤海湾盆地渤中凹陷西南部，西部与埕北低凸起相邻，南部与黄河口凹陷相接，东南部与渤南低凸起相邻，整体上呈现凹中隆的构造背景，具有多凹供烃的特点。另外，研究区断裂系统较为复杂，受南北向走滑断层及近东西向张性断层的共同控制，为圈闭的形成和油气运移提供了良好的条件，成藏条件优越[7]。已钻井表明，研究区自下而上分别发育太古界、中生界和新生界地层，太古界潜山地层是主要含油气层系。太古界变质岩潜山由于长期遭受风化、淋滤、剥蚀，发育大量的构造缝、风化缝等，储集物性较好。

2 储层表征技术流程

与碎屑岩储层相比，变质岩潜山裂缝储层更为复杂，纵向上不具有成层性且储层界面不明确，平面上储层的发育情况具有较强的非均质性，距离很近的两口井储层发育情况可能完全不同。变质岩储层的品质受母岩的矿物成分、埋深、风化时间、古地貌位置和构造运动等多种因素的共同影响，进一步加大了预测的精度和难度。综合岩心、铸体薄片和测井资料，将研究区变质岩潜山裂缝型储层自上而下分为风化裂缝带和内幕裂缝带(图1)。

图1 变质岩潜山储层发育模式

风化裂缝带受风化作用较强，储层中发育大量的溶蚀孔缝。构造抬升导致潜山暴露地表，在长期的风化作用下潜山顶部形成大量风化淋滤孔以及沿裂缝的溶蚀孔扩大孔，储集空间类型为孔隙型和裂缝-孔隙型。这类储层物性较好，主要位于潜山面以下200 m以内，在地震剖面上表现为较连续的强轴；内幕裂缝带主要受构造应力作用发育构造裂缝，地震资料上主要表现为杂乱反射的地震相特征，局部地区还会出现高角度强反射。本文充分挖掘目的层段的叠后地震资料信息，总结出一套针对研究区垂向裂缝发育特征的技术流程(图2)。

图2 变质岩裂缝型储层表征技术流程

3 裂缝型储层地震响应机理

地震反射波在地表受到激发后向下传播过程中受到震源、接收条件、地层结构、波阻抗差异等多种因素的影响。通过弹性波的传播理论可知，地震波在地下介质传播时遇到波阻抗界面就会产生反射波，反射波的振幅与反射界面的反射系数大小成正比，因此可以通过振幅值的大小定性甚至半定量地判断地下储层发育情况。岩石物理分析表明，太古界变质岩潜山具有高速、高密、高波阻抗的特征，太古界上覆地层相对于太古界具有低速、低密、低阻抗特征，因此在地震剖面上变质岩潜山顶面往往表现为“两谷夹一峰”的地震响应特征(正极性地震资料)。由于波阻抗差异较大，波峰的能量往往较强，易于全区追踪解释。

针对潜山储层的特点构建了风化裂缝带、内幕裂缝带及风化裂缝带与内幕裂缝带共存的地质模型(图3a)：A区为风化裂缝带发育区，B区风化裂缝带与内幕裂缝带都较为发育，C区为内幕裂缝带发育区，其余区域为未风化且无裂缝存在的变质岩地层，模型中假定上覆围岩的速度和密度在横向上不发生变化。对模型进行正演模拟后可以看到，由于潜山地层与上覆地层具有较大的波阻抗差异，潜山顶面的地震反射能量较强，容易识别。风化裂缝带和内幕裂缝带地震反射同相轴的强度和波形特征都发生了一定的变化：①在风化裂缝带(A区)由于波阻抗差异变小，子波主瓣和下旁瓣能量都变弱(图3b)，说明可以通过潜山面能量的变化来识别储层是否发育；②风化裂缝带与内幕裂缝带都发育的区域(B区)，潜山面处地震同相轴发生不同程度的扭曲，同时反射能量要弱于原状地层，内幕区域由于高角度断裂的存在，在模拟结果上表现为高角度反射；③内幕裂缝带(C区)发育区，在潜山顶部地震同相轴的反射强度也发生了一定的减弱和扭曲，潜山内部产生很多高陡反射和杂乱反射，因此潜山内幕的地震反射特征可以有效判断内幕储层的发育情况。

图3 裂缝正演模型(a)及模拟结果(b)

4 叠后地震属性的裂缝型储层预测

地震属性是指从地震数据中变换得出的与地震波几何学、运动学、动力学及统计特征有关的具体参数值,包含地震数据的所有信息[8]。这些信息既可直接度量,又可通过基于逻辑或实践的推理而得到。地震属性分析技术被广泛应用于构造解释、地层岩性解释、储层评价、油藏特征描述以及油藏流体动态检测等各个领域[9]。从运动学与动力学的角度,将地震属性分为振幅、频率、相位、能量、波形、相关和衰减等多个类别[10]。

由于地震属性与所预测目标之间的关系复杂,不同地质条件和不同储层类型对所预测对象敏感的地震属性不完全相同,即使在同一地质条件、同一类型储层,预测目标地质体不同,敏感地震属性也可能有所差异，因此有必要对敏感的地震属性进行优选。基于地质条件和地震资料的特点，提取了最大振幅、能量半衰时、弧长和瞬时相位等多种地震属性，常规属性上对储层刻画也不尽相同，根据与已钻井的吻合关系来看，研究区弧长属性具有较好的效果。弧长属性显示(图4)，靠近南部边界断层高部位为储层发育区，向低部位储层变差，这与研究区裂缝发育规律也是一致的。而最大振幅、能量半衰时和瞬时相位属性在平面上无明显变化规律且与已钻井的吻合较差。总体上来看，虽然常规属性对裂缝具有一定的刻画效果，但刻画精度还不足以指导开发井的部署和实施。

图4 弧长属性

5 基于裂缝检测技术的储层预测

根据调研结果及研究区实际情况开展了多种裂缝预测方法研究，实践证明构造导向的相干、三维曲率、边缘检测和蚂蚁追踪技术对裂缝都具有较好的刻画效果(图5)。传统相干体在运算时不考虑地层倾角的影响，本文引入基于构造导向的相干，用地层倾角来约束相干的运算方向，从而使结果更加真实可靠。图5a是研究区的构造导向相干切片，相干切片与已钻井具有非常好的对应关系，高部位A2、A3和A4井的裂缝要明显好于A1、A5井。曲率、边缘检测、蚂蚁体切片与基于构造导向的相干对裂缝的反映基本一致，但细节方面有一定的区别。蚂蚁体切片可以较好地反映裂缝的有利发育区及精细的裂缝密度和裂缝发育方向(图5d)。

图5 裂缝检测平面属性

6 基于绕射波的裂缝型储层预测

在常规地震勘探中最有价值的地震波是反射波，这是目前研究构造和储层最为常用的地震信息，在特殊岩性体或构造的识别中绕射波也具有重要价值。地震波在地表激发后向下传播过程中，反射波及绕射波的形成受地下地质体和地震子波波长的共同控制。地震波向下传播过程中，当子波波长远小于地质体时会产生反射波，当子波长度与地质体的大小接近或基本一致时会产生绕射波。由此可见，当地震波传播过程中遇到介质突变或横向非连续性构造等非均质地层时将产生绕射波[10]。研究区潜山裂缝型储层埋藏较深(大于4 500 m)，地震资料的分辨率较低，而裂缝型储层或微小断裂的规模较小，即地质体的尺度要小于地震波的波长。因此，运用绕射波开展储层的研究是非常有利的[11]。

叠后地震资料中绕射波提取的主要思想是通过识别绕射波与反射波的传播路径差异，进行绕射波信息的针对性提取。依据叠后地震资料中绕射波运动学及动力学特征，采用主成分分析技术进行绕射波信息的提取。PCA(主成分分析技术)是一种常用的数据分析方法，主要应用在数据压缩、多尺度降维等多个方面[12]，将该方法引入到反射波和绕射波波场的分离，通过两种波场振幅值、空间分布和传播规律的差异进行波场有效分离。

PCA算法通过线性变换将原始数据变换为一组各维度线性无关的表示，可用于提取数据的主要特征分量。该方法将所要处理的目标数据分离为相互正交的数据，如果数据在每个正交基上投影后的方差最大，那么同样满足在正交基所构成的平面上投影距离最大。PCA算法的简化计算公式如下:

K=PCPT

(1)

式中：K为特征值矩阵；C为多维向量X的协方差矩阵，为实对称矩阵可相似对角化；P为C的特征向量向量之间相互垂直；T为转置。

根据上面的方法对地震数据进行绕射波提取。常规地震资料中构造高部位潜山内幕带高角度反射特征并不明显(图6a)，但是存在明显的绕射或散射现象，这也说明了构造高部位潜山内幕储层是较为发育的。在绕射波剖面中(图6b)可以看到，进行绕射信息分离后，目标区会保留裂缝系统所产生的绕射波。

图6 常规地震剖面与绕射波剖面对比

潜山内幕地震资料有效信号的能量较弱，为了压制噪音，在提取属性时通常选取较大的时窗。从绕射波平面属性(图7)上可以看到，属性值在古地貌高的地方较强即储层较为发育，古地貌低的地方较弱即储层较差。因此，得到的裂缝型储层的平面展布范围与该区整体的地质认识高度一致，可靠性较强。

图7 绕射波平面属性

7 结论

(1)风化裂缝带的储层较为发育时，潜山面波峰和下波谷的能量会减弱，因此可以通过潜山表面的能量变化定性判断风化裂缝带储层的发育情况。

(2)内幕裂缝带发育时，高角度的裂缝地震资料上会出现高角度或杂乱反射，通过内幕带的反射特征可以较好地定性分析内幕带储层。

(3)基于正演模拟结果，从潜山裂缝地震响应机理出发，提出了通过PCA进行地震绕射信息分离的计算方法，并形成了基于地震绕射波数据的裂缝储层预测方法。