乐东气田断层分布特征及其对产能的影响

周家雄 刘巍

中海石油（中国）有限公司湛江分公司

乐东气田位于中国南海北部大陆架西区的莺歌海盆地中央凹陷带南部，是中国南海在生产的主力气田之一。该气田构造属于泥底辟成因，而泥底辟［1－2］为莺歌海盆地的一种特殊构造，何家雄等［3－7］从20世纪90年代开始对莺歌海盆地泥底辟的成因及演化做了详细研究，认为在差异重力作用和盆地沉降过程中施加于沉积层的压应力作用下，泥岩物质转变为高塑性黏流体，这些塑性流体向上拱形成上侵刺穿或未刺穿上覆地层的泥底辟构造。

乐东15－1构造在发育过程中，由于底辟能量不足，导致本构造为“未刺穿型”泥底辟构造（图1），构造呈典型的穹隆背斜（图2）形态。在背斜形成过程中，上覆地层发育了一系列张性断层，这些断层在剖面上呈“花”状分布，平面上则以底辟为中心向四周呈放射状展布（图3）。断层将乐东15－1穹隆背斜分隔成多个断块，但各断块之间是否为独立气藏，开发后是否会连通等问题成为开发井部署的难点。因此，如何准确描述断层，并在此基础上制订最优化的开发方案已成为乐东气田开发研究的重点。

图1 乐东15－1构造地震显示剖面图

1 穹隆背斜的断层特点及其影响

乐东15－1构造底辟的活动［8］分为两个期次，导致断层的发育也分为两个期次。第一个活动期次是在新近系晚期，在第四纪前结束；因此，受本期底辟活动影响而发育的断层组在新近纪以后也基本停止活动（图4－b），该组断层走向近似南北向（图3）；到第四纪早期，底辟活动加剧，发育更多断层且断距较之前发育的断层增大（图4－a）；第四纪中晚期以后，泥底辟活动渐趋减弱或停滞，断层活动也基本停止。第四纪发育的断层以穹隆背斜的中心为圆点，向四周放射状分布，且均为正断层。南北向的断层由于形成时间相对较早，被后期近东西向的断层切割。

图2 乐东15－1典型穹隆构造三维显示图

图3 乐东15－1构造方差体断裂显示图

图4 乐东15－1构造断裂演化史显示图

乐东15－1构造中的每条断层因其所处位置的差异，所受泥底辟应力的作用也存在差异。因此，各断层的特征和活动强度也各不相同。总体上说，断距在背斜顶部最大，向翼部断距逐渐变小直至消失，断层延伸长度最大约6．5km，落差为0～180m。

研究认为［9］：在泥底辟活动过程中发育的断层，由于塑性流体的活动，造成断层泥在断面上的涂抹较为均匀，而大幅提升了断层的侧向封堵能力。地震资料显示并经钻井资料所证实，放射状分布的断层将乐东气田平面上分隔多个气藏，背斜北部各断块气藏间的气水界面不同、气体的组分也存在差异，这样的气藏分布导致了开发井的动用效率低，难以提高气田开发的采收率。在背斜南部1、3、4井区从地震属性平面图分析应该属同一气藏，且利用常规资料和方法解释得到的断层分布图也显示，各块低部位的气藏是连通的，基本可以判断为同一气藏（图5）。但1、3、4井资料显示各井的气体组分差异较大，其中1井CO2含量16．7%、4井CO2含量70．4%、3井CO2含量79．7%，难以划归为同一气藏。因此，推测还存在一些常规手段和方法无法解释的小断层或微断层将背斜南部分隔成至少3个独立气藏，而这些可疑微、小断层的不确定性就严重影响对气田的认识和生产井的合理部署。

图5 乐东气田Ⅱ气组均方根振幅图

2 多体融合的断层精细刻画

断裂系统在地震中主要表现为反射层位的错断和位移、地震剖面横向上振幅不连续、断层两侧反射振幅存在明显差异、地震反射同相轴发生畸变或出现空白断层带、沿断面有明显断面波等现象。断距大的断层在地震剖面上容易识别和解释，但当出现断裂系统较复杂、断距小、断层产状与地层平行等情况时，常规的断层解释方法就会出现解释效率低、可信度差等问题。尤其对于一些断距小于地震分辨率的小断层和微断层［10］，在地震剖面上的难以精确识别，需要采用一些“非常规”的方法和手段来识别和解释。笔者在研究过程中针对3种特殊的断层处理和解释方法进行了流程或方法的改进。

2．1 小波变换相干体微断层识别

Bahorich［11］等人于1995年提出地震相干数据的处理方法，该方法是在地震振幅体上进行相干计算［12－13］。利用相干体或方差体辅助断层解释是目前断层解释中应用最广泛的方法之一，但由于两者都是根据相邻道之间进行相关计算获得，信噪比会直接影响处理得到相干体的质量，尤其断层两侧地震信号信噪比相对低时，相干体显示的断点就会模糊；另外当断层断距较小时，在相干切片上往往无法可靠识别。

图3所示为乐东气田常规方差体切片，依据图3能够基本识别大断层的走向及相互切割关系。但是受信噪比影响，断面较宽、断点不确定性大、微断层无法准确识别，气田平面的分块等问题还存在多解性。为了解决乐东气田微、小断层的识别问题，笔者采用了小波变换进行频谱分解［14］的方法来开展断层研究。

图6 乐东15－1构造相干体切片图（1 300ms）

为解决信噪比对断层断点成像的影响，研究先采用小波做分频处理，分析各频带的信噪比水平；然后利用f—K去噪的方法针对处于目的层段优势频带范围的地震资料开展去噪处理；最后对经去噪处理的优势频带地震资料做地震相干处理，所得到的相干切片如图6所示。图中各断层的断点得到了有效收敛，断面明显较图3变窄，断层解释不确定性大幅降低。对比图3和图6可以清楚地发现，各断层末梢处断层断距变小，图3难以有效识别，而图6则清晰可辨。因此，小波变换相干体［15］在微、小断层识别方面更为合理和可靠。此外，利用分频相干体还能解释出更清晰的 “气水界面”，降低气田开发的风险。

2．2 单频相位体断裂分析

信号的频谱由振幅谱、相位谱组成。谱分解技术可通过离散傅里叶变换，将地震资料从时间域转换到频率域，利用不同的频率体研究断层、河道、砂体等的分布。因振幅谱计算方便且显示效果较好，地震解释人员常用振幅谱进行储层和断层的识别。而地震相位受震源、地层吸收、储层流体变化、地层几何形态与结构等多种因素影响，表现更加复杂，地震相位在相同砂体中会因物性、流体等变化而变化。此外，还因为地震相位定量解释基于目前技术手段存在较大的多解性，并且相位谱的常规计算及显示方法很难满足解释要求，故地震相位信息往往被地震解释人员所忽略。

实际上，相位特性有其独特的应用优势［16］。陈波［17］等认为相位调谐体可以应用于地质体边界的识别，以小断层和岩性突变的识别效果最为显著。在倾斜分界面倾斜程度、地层曲率、频率等发生变化后地震相位会有所响应，即在地层发生错断后，局部同相轴会出现的变化，相应的相位谱也会有所改变。

常规商业软件中采用基于Hillbert变换的瞬时属性提取。瞬时相位表示在所选样点上各道的相位值，以度或弧度来表示。因其瞬时特性依赖于地震资料信噪比，并且其全频段特征受岩性、流体等多因素影响，所以相位信息应用效果较差。对小断层而言，微弱的反射特征被低频信息所覆盖。笔者在研究过程中发现通过谱分解获得的高频资料更加适合小断层及微构造识别和解释。具体研究流程是对谱分解处理获得的高频资料进行瞬时相位体处理，并在目的层段开展等时切片的分析和解释。

图7是乐东15－1气田80Hz单频相位体切片，图中可以看到，原地震剖面所识别断层延长线上，相位资料还明显发生扭动或错断，因此可解释出常规资料和方法无法识别的微、小断距的断层，使得原有多条断层的解释方案向外延伸，致背斜构造北部的平面分块更可靠，背斜的南部也在横向上分成了4～5个断块，合理的解释了构造南部各井气体组分差异的原因。

2．3 蚂蚁追踪技术微断层刻画

图7 乐东15－1构造单频相位体切片图（80Hz）

蚂蚁追踪算法［18－19］起源于20世纪90年代初，学者们根据蚂蚁集体觅食的行为提出一种基于生物模拟的地震不连续性检测方法。遵循类似于蚂蚁在其巢穴和食物源之间，利用可吸引蚂蚁的信息素传达信息，以寻找最短路径的原理，在地震体中设定大量这样的电子“蚂蚁”，并让每个“蚂蚁”沿着可能的断层面向前移动，同时发出“信息素”。沿断层前移的“蚂蚁”应该能够追踪断层面，若遇到预期的断层面将用“信息素”做出非常明显的标记。

“蚂蚁追踪”算法建立了一种突出断层面特征的新型断层解释技术，该项技术是图像处理技术在三维地震资料处理中的延伸，包括图像边缘锐化、反射段连续性增强和边缘追踪等技术。在三维地震数据分析及应用中，它可以提高地震数据中的空间地震波速度及反射强度突变面（断层、尖灭等）识别精度，通过压制噪声和保持非断层同相轴来显著改善断层及裂缝的地震表征，增强地震资料中的空间不连续性检测精度，优化应用三维地震资料。

蚂蚁追踪算法的应用优势在于可以快速、高效、自动化解释断裂系统。但实际地震资料中，有很多非断层因素引起的同相轴间断，如储层物性、流体变化、地层倾角和地震采集脚印等，在蚂蚁体切片中都会出现明显的断层特征，而导致断层的错误解释。为了减少断层错误解释的概率，笔者在研究过程中对常规蚂蚁追踪研究流程进行了改进。工作中首先是对输入地震资料进行去噪、平滑等预处理，或原始资料特殊处理后的方差体数据体进行去噪处理，再开展蚂蚁追踪处理，然后在穹隆背斜形成过程的应力指导下进行断层、微断层的识别和解释。图8为研究所获得的蚂蚁体切片，从图8中可见常规手段解释断层的延长线方向的微、小断层清晰可辨，解释不确定性大幅降低。

图8 乐东15－1构造蚂蚁体切片图（1 300ms）

如前所述，笔者工作中采用的3种改进方法均能有效地提高断层，特别是微、小的解释精度，但单一的方法有时还是会难以给出最优解释方案。因此，工作中结合了常规的断层解释方法和这3种特殊的解释手段，经多体综合解释得到乐东15－1穹隆背斜构造的断层空间展布和组合关系，这为气田的开发方案优化提供了可靠的基础。图9是结合笔者断层描述结果优化前后的乐东15－1气田开发井对比图，从图9中可以看到，优化后的井位规避了生产井钻到断面的风险，同时确保了每个储量规模大且又相对独立的断块均有生产井动用到。此外，在生产井轨迹优化过程中还考虑到了断面空间分布对后期生产井侧钻的影响。

图9 乐东气田生产井优化前后对比图

3 应用展望

业界对断层及微断层的精确识别做过很多相关研究和实践［20－21］，多属性或多体融合解释技术是解决微断裂定量解释的关键。因本区储层埋深较浅，地震信噪比较高，储层流体对地震响应影响较大，故针对乐东15－1穹隆背斜构造开展的断层精细描述效果较好，研究成果对气田日常生产管理、动态分析、地质储量计算、开发井位部署以及后期生产调整都起到关键指导作用。

笔者所采用的3种改进的断层识别和解释方法较常规解释方法具有更强的识别能力，这些改进的技术可推广应用到各类断块油气藏 。在技术应用的进一步改进方面，未来可尝试针对不同偏移距的地震资料开展断层的精细研究。此外，为了增强地震资料对断层的识别能力，采用高密度三维地震提高资料横向分辨率的方法应该是未来发展的趋势。

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