叠后地震属性在页岩气井区裂缝带预测上的应用

冉登伟 周小军

西南石油大学地球与科学技术学院 四川 成都 610500

现今，国内常规油气藏勘探已经步入尾声，一系列非常规油气藏的勘探开发将会是接下来的主力攻坚方向，针对页岩气藏的研究是当前油气资源勘探开发领域的热点。页岩气是不同于常规油气藏的一种裂缝型油气藏[1]，主体存于暗色泥页岩及高碳质泥页岩当中，具有低孔隙度及渗透率。对于更深层页岩气由于上覆地层压力增大，使得其更是具有超低孔渗条件，此时对页岩气勘探开发不仅要考虑岩性、物性、孔渗条件等静态参数，更是不可忽略构造运动形成的断裂及相关裂缝对页岩气储层的影响。前人研究认为断裂及相关裂缝一方面可以成为页岩气运移通道，另一方面能够一定程度提高其孔渗条件[2-3]，也就是裂缝发育情况往往预示着页岩气井的产能高低。但是，在勘探开发过程中人们发现在遇到断裂带的部位，套管容易变形及损坏[4]，造成不小的经济损失，严重制约了当前页岩气的开采效率，因此明确油井区裂缝带的发育情况显得尤为重要。

以川南自贡某页岩气区钻井平台叠后地震资料为基础，利用各种叠后地震属性对工区的裂缝带进行预测，明确断裂带的发育分布情况，为指导井位部署提供依据，减少套变风险。

1 断层和裂缝的关系

断层是地壳受到构造应力，沿着断层面发生明显位移的变形构造，根据断层两盘相对运动方向划分为不同性质断层，断层沿着断层面倾向发生滑动形成正、逆断层，沿着断层面走向滑动形成走滑断层。三种断层的形成具有不同应力背景，当最大主应力σ1在垂向位置，中间主应力σ2及最小主应力σ3处在水平面上，且σ3垂直断层走向，此时在三组主应力作用下形成正断层（图1a）；当σ1、σ2同时处在水平面上，σ3处在垂向位置，且σ1垂直断层走向时，此时在三组主应力作用下形成逆断层构造（图1b）；当σ1、σ3位处水平面，σ2处在垂向位置，且σ1与断层走向斜交的时候，此时三组主应力作用下形成走滑断层，见图1c，σ1方位不同可以形成左行、右行两种走滑断层。

图1 不同类型断层应力状态

裂缝是地壳受到构造应力作用后，沿着裂缝破裂面两侧岩层并未发生明显位移的变形构造，这是其与断层最根本的区别。从力学成因上来看裂缝分为剪切缝和张裂缝，当岩石受到大于其抗剪强度时候形成剪切缝，当岩石受到大其抗压强度时候形成张裂缝。根据构造成因又有构造缝、非构造缝之分。

在实际地质环境中断层和裂缝往往同时出现，单一的断层或者裂缝独自出现的情况极少，一系列裂缝在一定地质背景下发生了连通，有可能形成新的断裂带，而随着已经形成断裂带的进一步发育又可以激活形成新的裂缝。但是，不管是断层还是裂缝构造，它们的破裂面都是构造的薄弱面，当实际钻井钻遇时，应该高度重视，以此减少甚至避免套变的发生。

2 叠后地震属性

地震属性是地震数据经数学变换得到的地震波几何学、运动学、动力学或者统计学特征，分为叠前和叠后地震属性，共炮检波接收信号经过动、静校正叠加处理后得到的三维或者二维地震数据体，既叠后地震数据体，通过对叠后地震数据体进行地震属性提取得到叠后地震属性，反之，未校正得到是叠前地震属性。常用于预测裂缝带的有相干、曲率、蚂蚁体、等叠后地震属性。

2.1 相干属性

相干属性通过分析相邻地震道振幅、频率、相位等地震波参数的差异，进而突出地震波空间上的不连续性，以此原理来刻画识别断层及裂缝。20世纪90年代以来经历了C1、C2及C3三代相干体属性算法[5]。相干体属性常用来判识大断裂带，对小断层及裂缝的使用效果不如蚂蚁体、曲率等叠后地震属性。

2.2 曲率属性

曲率属性是一类叠后地震几何属性，其表示地层层面某处的弯曲程度，曲率越大，岩层面弯曲幅度越大，发育断层、裂缝可能性更高，曲率越小预示岩层面弯曲幅度小，越为平坦，发育断层和裂缝的可能性越小，见图2[6-7]。同时值得注意的是由于曲率属性原理的制约，褶皱、皱曲等在曲率平面图上也会异常显示，此时应该结合地震剖面解释去排除这些异常现象，提高断层、裂缝识别的精准度。

图2 基本构造及其曲率值

2.3 蚂蚁体属性

蚂蚁体属性是仿生自然界蚂蚁觅食行为，蚂蚁觅食途中进行信息上的交流，选择最优觅食路径。蚂蚁体属性就是在这种蚂蚁算法下，基于方差体、相干体等不连续地震属性体的基础上，搜索裂缝的一类叠后地震属性方法。在断裂预测过程中，蚂蚁体属性的基本原理是将非常多的电子蚂蚁释放在不连续的地震属性之中，一般是方差或者相干，使每一只蚂蚁都沿着可能的裂缝发育路径往前推进，一旦某条路径达到先前设定的要求时，就释放一定量的电子信息素，相反，则不会释放或释放非常少量的信息素。受到剂量比较大的信息素的引诱，在一定空间中的其它电子蚂蚁就会沿着该条路径往前推进，直到最后完成裂缝的识别，而其余达不到既定要求的路径就很难被识别出来，最终会得到一个具有信噪比高、裂缝轨迹比较清晰的三维蚂蚁体属性，以此来进行裂缝预测[8]。

对高陡构造区蚂蚁体属性的提取复杂，在构造平滑基础上，再提取了方差体属性，最后通过自定义蚂蚁体提取参数完成，摒弃了常用自动蚂蚁追踪方法，以确保裂缝预测精度。蚂蚁体属性对微小断层及裂缝识别效果好，但是对于大断层识别不如相干曲率等属性。

3 实际应用效果

以川东南自贡215井区H3钻井平台叠合地震数据体为基础，同时对研究区奥陶系五峰组顶面沿层提取相干、蚂蚁体、曲率叠后属性，可见相干属性对识别相对大断裂带效果最好，断裂形态连续清晰，断裂位置合理，但是缺失了部分小的断层及对裂缝识别效果差，识别出裂缝零星分布见图3a；沿层蚂蚁体属性对裂缝识别效果最好，裂缝的形态刻画清楚，虽然也识别出了大断层，但是断层走向太过笔直，与实际地质情况有细微差别，可能是受到大断层边缘的影响，见图3b。曲率属性平面图显示的大断裂与相干属性图一致，可以明显看到工区8条大的断裂带，曲率属性虽然显示的裂缝位置与蚂蚁体属性相当，但是其边缘不清晰，走向多变，对裂缝的刻画并没有蚂蚁体属性好，见图3c。

因此，综合相干、曲率属性判别工区大断裂带，利用蚂蚁体属性识别工区裂缝带，取得如下成果：工区O3w顶发育7个（F1～F7）NE向和1个（F8）NNE向的断裂带，裂缝主要发育在大断裂之间，走向明确，走向多为NE、NNE、NNW向，裂缝长度差异大，见图4。

图4 自215H3平台O3w顶断裂带叠加裂缝

4 结束语

1）相干、曲率叠后地震属性很好预测了该工区O3w顶主要大的断裂带，蚂蚁体沿层切片很好的预测了裂缝的发育分布，叠后地震属性应用效果好。

2）自215H3平台O3w顶发育8个大的断裂带，裂缝主要分布在断裂带之间，走向多为NE、NNE、NNW，其长度差别大。