相干体技术在川东北油气勘探中的应用

胡伟光

(中国石油化工股份有限公司 勘探南方分公司研究院,四川成都 610041)

0 前言

随着油气勘探工作的进一步深化,地震综合研究目标也逐步深入到复杂构造的精细解释和储层的定量化方面。如何解决好这方面问题,给物探工作者提出了更新、更高的要求[1]。

近几年随着地球物理与石油地质学的进一步结合,地球物理学家们又开发出许多实用的,利用地震资料进行综合解释的辅助性软件。这不仅减少了综合解释中的经验成份,加大了技术依据,降低了钻探风险,而且还大大提高了解释效率,提高了地震资料的利用率,解决了一些地质问题,产生了一定的经济效益,同时也展示了地球物理勘探技术在今后油气勘探中的应用潜力。

1 基本原理

1.1 相干体分析技术

相干体技术是近几年推出的用于地震资料解释分析的实用技术,对识别细微的岩层横向非均一性、断裂特征,以及预测裂缝及其发育带较为有效。相干体技术的实质,就是利用地震信息计算出各道之间的相关性,突出不相关的异常现象,从三维数据体出发,选用相应、有效的计算方法实现相干数据体的转换,进而展现出断裂特征和预测裂缝发育带的平面分布。

在相干数据体的转换过程中,通过计算纵向和横向上局部的波形相似性,可以得到三维地震相关性的估计值。被断层面切开的小范围内的地震道,通常与相邻道有不同的特征,进而导致局部的道与道之间相关性的突变。沿一张时间切片计算每个网格点上的相关值,就能得到沿着断层的低相关值的轮廓,对一系列时间切片重复这一过程,这些轮廓就成为断面。通过三维相关属性体的提取,就可以把三维反射振幅数据体转换成三维的相关系数的数据体[2]。

1.2 相干处理的关键参数及选择方法

1.2.1 子体的选取

子体是以计算点为中心的一个立方体。为了保证有一个好的分辨率,通常在横向上选3道～7道,在纵向上(时间)可根据地质情况合理选取时窗。对信噪比高的资料,可开小时窗,以达到最大分辨率;对信噪比低的资料,可适当增大时窗;对于陡倾角、近于垂直的断层,可把垂向时窗选大一些。

1.2.2 倾角、方位角扫描范围及扫描步长的确定

倾角扫描的范围为-89°～+89°(规定向下倾方向为正,向上倾方向为负),方位角扫描的范围为0°～179°(方位角扫描为对称扫描)。适当减小倾角和方位角的扫描范围,可以减少计算时间。扫描的步长一般可选择5°～15°,选择的步长越小,处理的结果越精细,但计算时间却成倍增长[3]。

2 应用实例

将相干体技术应用到川东北宣汉～达县三维地震工区和元坝三维地震工区,预测出了元坝工区雷口坡组碳酸盐岩裂缝发育带;识别出了长兴组生物礁[4～5]及志留系河道等岩性异常体的边界;识别出了宣汉～达县三维地震陆相小断层和断层间的关系,准确而有效地解决了常规地震解释中断裂的组合问题,并取得了良好的地质效果。

2.1 预测碳酸盐岩岩溶裂缝发育带

裂缝的发育与构造有关,构造裂缝可以分为二类:①与断层作用有关的裂缝;②与褶皱作用有关的裂缝。通常在地震剖面上解释断层,间接预测裂缝发育带。但由于有些断层,特别是对与裂缝发育关系密切的小断层的解释,在常规剖面上很难识别,在二维地震资料解释中更是如此。对于三维地震资料,应用相干技术就能较好地解决这一问题。

雷口坡组地层位于元坝区块上部陆相地层须家河组和下部海相地层嘉陵江组之间,除YB4井外,YB区块已完钻井YB1井、YB101井、YB102井、YB12井,在雷口坡组均不同程度钻遇良好油气显示,这表明元坝地区海相上部地层雷口坡组具有良好的勘探前景。四川盆地中三叠世末期,在印支运动影响下,盆地整体抬升,海水由北向南退出四川盆地,雷口坡组长期暴露于海平面之上,进入了长达数万年的表生成岩阶段[6]。在须家河组与雷口坡组的沉积间断面上,已成岩的雷口坡组因构造抬升隆起而产生断裂、裂缝、风化剥蚀,增加了地表水的下渗通道,地表大气淡水下渗,使碳酸盐岩和石膏岩产生溶解作用。岩溶主要沿构造裂缝进行侵蚀,发育成较大规模的岩溶带。

为排除因断裂错位而在横向上引发出的非相似性,采用相干体沿层切片的做法即可预测岩溶及裂缝发育程度。如图1所示,可将雷口坡灰岩顶面沿层相干相分类为:白色团块状高相干相是致密地层的反映(YB 21、YB 23等井);黑色条带状或团块状低相干相是岩溶裂缝的反映(YB4、YB5、YB9、YB205等井区);灰色～黑色线状或条带状极低值相干相是各级断层及裂缝发育区的反映。

从图1可见,岩溶发育区基本上与断裂带共生,特别是断层转折或交汇处,则低相干相越强,表明早期构造所造成的裂缝成为岩溶发育的有利条件。YB1井、YB4井、YB101井、YB102井、YB12井就是处在低相干区,通过钻井资料研究,元坝区块雷口坡组顶部低相干区为有利含气储层位置。

图1 元坝地区三维工区雷口坡组灰岩顶面沿层相干切片Fig.1 The coherent horizon slice at the top ofLeikoupo limestone formation in 3D seismic survey of Yuba area

2.2 识别断裂特征

相干体技术是目前所采用的解释断层最有效的方法之一。它能用地震波的相干原理,计算和分析相邻地震道之间地震波形的变化,快速建立起断裂系统在空间的展布形态,用来指导断层的解释和断层在平面上的组合。在解释过程中,采用迭代处理与迭代解释的方法,不断地完善和修正解释方案,使相干处理始终贯穿于资料解释的过程中,确保了断层解释的合理性[7]。

相干体技术描述了地震同相轴的不连续点或突变点,可以清楚地识别断层、地层尖灭等地质现象[8～15]。通过地震资料全三维解释和三维相干数据体处理解释,实现了对川东北宣汉～达县三维工区内断裂系统认识的进一步深化。图2为川东北宣汉～达县陆相三维工区T3x1反射层相干数据体切片,在图2中,深色条状的低相干相特征所处的位置便是断层的响应。由于断层发育,资料品质有限,在地震剖面上断层难以精细追踪解释,而且平面上组合困难,但在相干数据体上切片断层却非常明显(见图3)。

图2 宣汉～达县三维工区陆相T3x1反射层相干数据体切片Fig.2 Coherent data volume slice of T3x1 reflector in 3D survey of Xuanhan-Daxian area

从图3中能够清楚地看出各条断层的形态和展布特征,以此来指导断层的解释和断层在平面上的组合,致使复杂断层组合变得容易起来,也能证明断层解释的正确性。通过相干数据体处理技术,进一步查清了工区内断层的空间展布形态,也了解了该区陆相地层解释的复杂程度。

图3 陆相T3x1反射层相干数据体切片与解释断层叠合图(局部)Fig.3 Map of data volume slice integrated with interpreted faults for T3x1 reflection horizon(part)

从图3可见,切片上的主断层走向为NE—SE向,为深大的断裂。该断裂系统延伸长,切割关系复杂,剖面解释见下页图4,为过pgd-1井—dw102井—mb1井的连井剖面,分别穿越普光、大湾、毛坝三个构造区。工区另外的断层走向为NW—SE向,碰到NE—SE向的大断裂则被断开,该走向断裂在相干体上较为成像清晰,延伸也较长,但在分水岭构造地段断裂组合较难,因断层在此密集分布,另断层切割关系也较为复杂,过分水岭构造的Fen101井剖面见下页图5。在相干数据体切片上,可见该处的断裂系统有扭动现象(见图3西部)。

2.3 识别岩性异常体

通过对地质特殊体如生物礁、河道等进行相干属性分析,也能取得很好的效果。

元坝地区在晚二叠世长兴期,在川东北地区整体下沉的背景下,古地理面貌出现分化,该区西部下沉速度快,沉降幅度大,成为深水区,沉积长兴组硅质岩;东部地区沉降幅度小,为碳酸盐台地沉积环境,在台地与陆棚之间发育台地边缘礁滩及斜坡[16]。从相干数据体切片上可以看出生物礁异常体的分布范围,黑色团块状和条带状低相干区域代表生物礁的反映(见下页图6)。从相干体来看,低相干区东南部比西部强,生物礁与礁前的分界线很明显,而与南部的礁后滩分界不明显,生物礁成排状分布。

元坝地区志留系顶部地层沉积环境处于浅水陆棚区,志留系晚期出现地表抬升的情况,主要是川中古陆隆起,到栖霞组早期则是大规模海侵,造成的快速沉积,使下部的地质现象得以保存。在其后虽然经历了多期构造运动,但断层不发育,也造成该区的沉积现象得以保存。从图7(见下页)可见,河道的低相干体以浅黑色～深灰为主,与河道外的高相干构成强烈反差。河道及其沉积区边缘清楚,河道呈“S”形摆动,在弯曲部位有截弯取直现象。图7中的河道形态和现代的河流形态非常一致,沉积特点也一样。

图4 宣汉～达县三维工区陆相高陡构造带解释Fig.4 The interpretation of high-steep structural zone in 3D survey of Xuanhan-Daxian area

图5 分水岭陆相复杂构造带地震资料解释Fig.5 Seismic interpretation of the continental complex structure of dividing ridge

图6 元坝地区长兴组中部相干数据体切片Fig.6 Coherence data volume slice of the middle Changxing formation in Yuanba area

图7 元坝地区志留系顶部相干数据体切片Fig.7 Coherence data volume slice of the top Silurian of Yuanba area

3 认识与结论

相干体技术已经发展成为油气勘探中一项不可缺少的辅助解释手段。通过对相干体技术的研究及其在多个三维区块中的实际应用,我们取得了以下认识和结论。

(1)相干数据对一些微小的波形变化,以及微小的相位错动很敏感,其识别精度远远超过了肉眼和常规解释的识别精度。因此,相干数据能有效地解决断裂复杂地区常规地震解释中断裂的组合问题,尤其对于中小断裂,它具有解释时间快,平面上定位准确的特点。

(2)三维相干数据体的时间和沿层切片,不仅能清楚地反应断层的空间展布,而且能反应岩性变化区(带)。应用相干数据可以根据地震反射特征,确定出某些岩性异常体的边界,为这些异常体的圈定提供辅助手段。

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