周東紅

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海石油研究院 天津 300452)

渤中凹陷作為渤海油田油氣發(fā)現(xiàn)主戰(zhàn)場，經(jīng)過40多年的勘探，在新近系以及古近系發(fā)現(xiàn)了數(shù)量眾多的油氣田，儲量規(guī)模占總發(fā)現(xiàn)的94%，而潛山儲量發(fā)現(xiàn)僅占6%，類比鄰區(qū)地質(zhì)條件相似的冀中凹陷、遼河凹陷，潛山儲量發(fā)現(xiàn)占比分別達到59.7%和20.3%。隨著中淺層勘探程度的提高，中淺層尋找規(guī)模較大的構(gòu)造圈閉難度越來越高，位于凹陷區(qū)的深埋潛山正逐漸成為渤海油田的重點勘探領(lǐng)域之一。

近些年來，中國海油在渤中凹陷開展了一系列的勘探研究工作，明確了位于渤中凹陷西南部的渤中19-6構(gòu)造區(qū)具有發(fā)育規(guī)模性潛山構(gòu)造圈閉的條件[1]。但由于該區(qū)構(gòu)造平均埋深大于4 500 m，且處于郯廬斷裂和張蓬斷裂的應(yīng)力疊加區(qū)，斷裂系統(tǒng)極復(fù)雜，裂縫型儲層非均質(zhì)極強；加之該區(qū)潛山之上新生界地層中還發(fā)育多期火山巖，受多期火山巖屏蔽影響，地震資料品質(zhì)差，導(dǎo)致渤中19-6深埋潛山在勘探階段的儲層預(yù)測面臨巨大挑戰(zhàn)。

針對渤中19-6深埋潛山儲層預(yù)測難度大的問題，本文在借鑒國內(nèi)外類似變質(zhì)巖潛山地震勘探關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合該區(qū)資料基礎(chǔ)及地質(zhì)特點，從凹陷區(qū)火山巖下伏地層地震波能量屏蔽補償、潛山風(fēng)化裂縫帶、內(nèi)幕裂縫帶儲層地震預(yù)測等方面開展研究，綜合利用基于相位一致性分析的微斷裂刻畫技術(shù)、基于古地貌約束的疊前彈性參數(shù)融合技術(shù)、基于曲波變換的內(nèi)幕大尺度斷裂增強處理技術(shù)、基于繞射波分離的小尺度裂縫帶預(yù)測技術(shù)，提高了變質(zhì)巖潛山裂縫儲層的預(yù)測精度，形成了渤海海域變質(zhì)巖潛山地震勘探關(guān)鍵技術(shù)體系，并在渤中19-6大型凝析氣田實際勘探評價過程中取得了良好的應(yīng)用效果。

1 太古界變質(zhì)巖潛山風(fēng)化裂縫帶儲層預(yù)測技術(shù)

在儲層預(yù)測過程中，地震資料品質(zhì)直接決定了儲層預(yù)測成果的預(yù)測能力與可靠性。由于渤中19-6構(gòu)造中深層火山巖發(fā)育，構(gòu)造區(qū)約70%面積受高速火山巖屏蔽影響，造成下伏潛山地層反射振幅明顯變?nèi)酰瑢乐赜绊懞罄m(xù)儲層預(yù)測的精度。目前業(yè)界大都采用基于均方根振幅增益控制的方式或者基于已鉆井統(tǒng)計的分頻補償方法進行解決[2-3]。前一種方法破壞了振幅之間的相對能量關(guān)系，是一種不保幅的處理手段；后一種方法采用基于已鉆井合成地震記錄統(tǒng)計特征進行補償，不可避免地忽略了由于不同偏移距路徑差異對反射能量的影響，加之受限于研究區(qū)已鉆井?dāng)?shù)量少等因素，其適用性及保幅性均不理想。因此本文采用了基于射線路徑的復(fù)雜地質(zhì)體下伏地層振幅補償技術(shù)對火山巖下伏地層反射能量進行補償處理。經(jīng)過補償處理后，潛山地層真實反射能量得到恢復(fù)，潛山內(nèi)幕斷裂成像更加清楚，提高了特殊地質(zhì)體覆蓋區(qū)地震資料保真度，為后續(xù)深埋潛山儲層精細表征奠定了資料基礎(chǔ)。

1.1 基于相位一致性分析的微斷裂刻畫技術(shù)

風(fēng)化帶儲層發(fā)育情況和微斷裂及裂縫展布相關(guān)，在微斷裂及裂縫的地震刻畫方面，以曲率、螞蟻體等為代表的地震幾何屬性得到廣泛應(yīng)用。然而，渤中19-6潛山上覆地層為超壓低速泥巖，上、下地層分界面波阻抗差異大，導(dǎo)致地震剖面上產(chǎn)生強振幅反射，這種由強波阻抗差引起的強反射會“淹沒”裂縫對地震子波波形的改造作用，這種情況下利用基于振幅信息的地震不連續(xù)性檢測會存在多解性[4]。

為此，引入基于相位一致性分析的微斷裂識別方法。相位一致性是信號中各個頻率成分的相位相似度的一種度量方式，是一個無量綱的量，其本質(zhì)雖然仍是基于地震信號的不連續(xù)性檢測，但與常規(guī)方法不同，該方法主要利用相位信息，認為地震信號中不同頻率的傅里葉分量相位最一致的點為特征點，其在時間域具有不連續(xù)性特征。因此可以通過相位一致性分析進行地震不連續(xù)性檢測，不受地震振幅的橫向變化影響，也無需低通濾波去噪[5]。

對于一維信號f(x)，其傅里葉展開式為

f(x)=∑nAncos(nωx+φn0)=∑nAncos(φn(x))

(1)

式(1)中：An為第n個傅里葉展開分量的振幅值；ω為角頻率；φn0為第n個分量的相位偏移量或初始相位；φn(x)表示位置x處的第n個傅里葉分量的局部相位。

則相位一致性度量函數(shù)定義為

(2)

圖1為渤中19-6構(gòu)造北1塊沿層提取的相位一致性屬性與常規(guī)傾角相干屬性的對比。新方法刻畫的裂縫細節(jié)更加豐富，集中發(fā)育帶展布特征清晰，而常規(guī)相干受強振幅影響，未能有效刻畫風(fēng)化帶裂縫發(fā)育規(guī)律。同時，圖1a中BZ19-6-4井位于高PC值處，預(yù)測裂縫發(fā)育，實鉆揭示該井風(fēng)化帶發(fā)育儲層119 m，凈毛比達92%，且測試獲得高產(chǎn)，有效證實了新方法的可靠性。

圖1 相位一致性(a)與傾角相干(b)切片對比 Fig.1 Slice comparison of phase consistency (a)and dip-scanning coherent (b)

1.2 基于古地貌約束的疊前彈性參數(shù)融合技術(shù)

巖石物理分析表明，風(fēng)化裂縫帶儲層具有低橫波阻抗、低密度特征，利用疊前彈性參數(shù)反演可以預(yù)測風(fēng)化裂縫帶儲層展布。首先以裂縫總孔隙度曲線作為目標曲線，橫波阻抗曲線與密度曲線作為計算曲線，通過參與計算曲線的線性匹配關(guān)系模擬目標曲線，并與先驗?zāi)繕饲€進行誤差分析。基于最小誤差原則，構(gòu)建基于橫波阻抗和密度雙參數(shù)融合的風(fēng)化帶儲層敏感因子為

F=2.53×10-5SI-0.172 9Rho+0.71

(3)

式(3)中：F為儲層敏感因子；SI為橫波阻抗，kg·m-3·m·s-1；Rho為密度，g·cm-3。

然后，通過稀疏脈沖反演方法得到橫波阻抗及密度參數(shù)體，進而得到最終儲層敏感因子體。圖2為疊前反演得到的儲層敏感因子剖面，靠近潛山頂面低敏感因子區(qū)為有利儲層發(fā)育區(qū)，其與潛山內(nèi)幕裂縫帶能明顯區(qū)分開，并且與已鉆井吻合較好。

圖2 疊前儲層敏感因子反演剖面Fig.2 Pre-stack inversion profile of reservoir sensitivity factor

渤中19-6潛山埋深大，地震疊前道集有效入射角范圍小，加之海上勘探階段鉆井少，潛山疊前反演多解性強，單一疊前彈性參數(shù)屬性具有一定局限性。從儲層地質(zhì)成因分析看，變質(zhì)巖風(fēng)化帶儲層發(fā)育程度及分布特征受地貌形態(tài)影響較大，古地貌的高部位風(fēng)化淋濾作用更強，更有利于儲層發(fā)育，這一認識與現(xiàn)有的已鉆井結(jié)果相吻合[6-7]。因此，在綜合地質(zhì)成因、地震響應(yīng)特征的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于古地貌的多屬性融合技術(shù)。首先通過印模法分析潛山上覆古近系地層厚度的鏡像關(guān)系，識別古地貌單元；然后沿潛山頂面風(fēng)化帶提取疊前儲層敏感因子反演屬性，并將其與古地貌信息進行線性融合，形成了以疊前橫波阻抗、密度和潛山古地貌參數(shù)3種數(shù)據(jù)聯(lián)合的預(yù)測思路和計算方法，即

(4)

式(4)中：F為融合后的優(yōu)質(zhì)儲層指示屬性；T為古地貌；k為古地貌融合系數(shù)，用于調(diào)節(jié)古地貌約束程度，可結(jié)合鉆井在0～5范圍取值。

圖3a為渤中19-6構(gòu)造新生界沉積之前的古地貌，可見在印支—古近紀，渤中19-6構(gòu)造整體具有北高南低的特征，其中北塊BZ19-6-47井區(qū)和南塊BZ19-6-12Sa井區(qū)均為古地貌高部位，其風(fēng)化淋濾作用更強，更有利于風(fēng)化帶儲層發(fā)育。將上述地質(zhì)規(guī)律融入疊前儲層敏感因子反演結(jié)果(圖3b)，得到古地貌約束后的預(yù)測結(jié)果(圖3c)。從圖中可見，對于鉆井揭示的風(fēng)化裂縫帶儲層整體發(fā)育的BZ19-6-47井區(qū)，融合后的新屬性明顯表現(xiàn)出一個整體發(fā)育的特征，與鉆井吻合更好。在南塊鉆井揭示古地貌高部位的BZ19-6-1井比BZ19-6-3井儲層更發(fā)育，這種差異在融合后的新屬性上表現(xiàn)明顯?？傊?，融合后的屬性比單一的疊前儲層敏感因子反演結(jié)果更符合地質(zhì)規(guī)律，預(yù)測精度得到明顯提升。

圖3 渤中19-6構(gòu)造古地貌(a)及古地貌約束前(b)后(c)疊前儲層預(yù)測結(jié)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 太古界變質(zhì)巖潛山內(nèi)幕裂縫帶儲層預(yù)測技術(shù)

渤中19-6太古界潛山自印支期以來經(jīng)歷了多期構(gòu)造運動，產(chǎn)生的不同走向的裂縫組成裂縫網(wǎng)絡(luò)，為后期油氣聚集提供了良好的儲集場所。內(nèi)幕裂縫由于埋深較深，鉆探難度大，探井?dāng)?shù)量少[8]。潛山內(nèi)幕裂縫的存在與內(nèi)幕裂隙發(fā)育有較大聯(lián)系，微觀尺度裂隙發(fā)育方向存在一致性，而發(fā)育密度較高時，在宏觀上表現(xiàn)為大的裂縫發(fā)育特征。

圖4為建立的不同尺度的潛山內(nèi)幕裂縫的正演模型，其中圖4a為具有不同裂縫寬度的大尺度潛山內(nèi)幕斷裂模型，圖4c為中、小尺度密集型微斷裂及裂縫模型，圖4b、d分別為對應(yīng)的正演偏移剖面。正演結(jié)果表明:變質(zhì)巖潛山內(nèi)幕斷裂或大尺度裂隙帶發(fā)育是產(chǎn)生高角度地震反射的主控因素;低頻、高陡、中強連續(xù)反射特征，是大尺度內(nèi)幕斷裂發(fā)育區(qū)帶的直接指示特征。中尺度密集型和小尺度彌散型裂隙發(fā)育會導(dǎo)致地震同相軸連續(xù)性變差，具有明顯斷續(xù)反射特征，表明其是產(chǎn)生地震散射或繞射的主控因素，散射或繞射波的強弱與中、小尺度裂縫發(fā)育程度有較好的一致性。

注：圖中數(shù)值為斷裂帶寬度，m。圖4 不同尺度潛山內(nèi)幕斷裂模型及正演分析Fig.4 Fracture models and forward modeling of buried-hill at different scales

從渤中19-6構(gòu)造地震剖面來看，潛山內(nèi)幕地層存在大量的高陡連續(xù)反射特征，這種反射特征在某些位置表現(xiàn)為高陡斜交叉反射，與正演分析結(jié)論相符。由于潛山內(nèi)幕埋深大，地震資料品質(zhì)差，潛山內(nèi)幕有效反射受其他信號干擾嚴重，潛山裂縫表征存在較大困難。如何增強潛山內(nèi)幕斷層響應(yīng)、挖掘繞射波信息是渤中19-6構(gòu)造當(dāng)前勘探階段內(nèi)幕裂縫儲層預(yù)測的關(guān)鍵。

2.1 基于曲波變換的內(nèi)幕斷裂增強處理技術(shù)

經(jīng)歷多期構(gòu)造活動的改造，潛山內(nèi)幕結(jié)構(gòu)和構(gòu)造樣式往往復(fù)雜多樣，而內(nèi)幕地震資料一般存在地震照明不均、信噪比低、斷面成像不清等問題，常規(guī)斷層增強濾波技術(shù)(如各向異性擴散濾波、構(gòu)造導(dǎo)向濾波)更適用于層狀地層的斷層增強，對于塊狀地層低信噪比條件下的潛山內(nèi)幕斷層，難以有效提升潛山內(nèi)幕斷裂成像效果。

本文提出了基于曲波變換的內(nèi)幕大尺度斷裂反射波增強技術(shù)。曲波變換是在小波理論基礎(chǔ)上發(fā)展出來的一種適合表征各向異性的多尺度方法。曲波是通過在小波基函數(shù)的基礎(chǔ)上添加一個表征方向的參數(shù)得到的，所以它不但和小波一樣有局部時頻分析的能力，而且還具有很強的方向選擇和辨識的能力，可以非常有效地表示信號中具有方向性的奇異特性[9-10]。

對地震信號而言，模型正演表明通過曲波變換能夠以較低的冗余度對地震資料進行尺度分解和角度分解，這種分解對本區(qū)潛山內(nèi)幕的資料處理具有重要意義。通過高精度曲波變換，在曲波域進行地震數(shù)據(jù)的不同尺度分解，并針對不同尺度給出不同的重構(gòu)系數(shù)，主要是通過對反映大尺度斷裂信息的粗尺度數(shù)據(jù)給予更大權(quán)重系數(shù)，使重構(gòu)后的數(shù)據(jù)能夠突出大斷裂信息。再對重構(gòu)后數(shù)據(jù)進行第二次曲波變換，得到不同角度數(shù)據(jù)體。為了突出高角度的斷層信息，重點對中高角度數(shù)據(jù)體進行非線性各向異性擴散濾波處理，使其在保持斷裂邊界信息的前提下去除隨機噪音，最后將不同角度的地震數(shù)據(jù)線性相加，得到內(nèi)幕大尺度斷裂增強后的數(shù)據(jù)。

圖5為內(nèi)幕斷層增強處理前后的剖面對比。在常規(guī)地震剖面上，由于內(nèi)幕資料成像質(zhì)量差、信噪比低，導(dǎo)致潛山內(nèi)幕呈雜亂反射，無明顯斷裂響應(yīng)。傾角、曲率等屬性也難以有效刻畫出其平面展布特征。經(jīng)過增強處理后的數(shù)據(jù)，潛山內(nèi)幕隨機噪音得到良好的壓制，內(nèi)幕斷層邊界特征和復(fù)雜構(gòu)造特征得到大幅增強，不同斷塊內(nèi)大尺度斷裂儲層發(fā)育差異性明顯，從而有效指示了渤中19-6構(gòu)造區(qū)內(nèi)幕斷裂發(fā)育帶平面展布特征，進而明確了潛山內(nèi)幕裂縫儲層發(fā)育的宏觀規(guī)律。

圖5 內(nèi)幕斷層增強處理前(a)后(b)地震剖面對比Fig.5 Comparison of seismic profiles before (a)and after (b)inner fault enhancement processing

2.2 基于繞射波分離的小尺度裂縫預(yù)測技術(shù)

裂縫型油氣藏中，構(gòu)造裂縫系統(tǒng)可以視為多個小尺度地質(zhì)體的集合，由于其地震信號能量較弱，致使常規(guī)的反射波預(yù)測方法對裂縫系統(tǒng)的識別并不敏感。前人研究已經(jīng)證實，繞射波場可以較好地描述小尺度地質(zhì)體，當(dāng)?shù)刭|(zhì)體的空間尺度接近或小于地震反射數(shù)據(jù)分辨率時(一般小于λ/4)，從地震數(shù)據(jù)中分離的繞射波數(shù)據(jù)能夠精細刻畫小尺度地質(zhì)體。本文提出了基于主成分分析技術(shù)的繞射波提取方法，通常主成分分析技術(shù)(PCA)應(yīng)用在多尺度分析、數(shù)據(jù)降維壓縮等方面，本文將其引入到反射波與繞射波波場分離中，通過2種波場振幅幅值差別和空間分布差異的特點進行波場分離[11-14]。

基于目標區(qū)三維地震數(shù)據(jù)提取繞射波數(shù)據(jù)，對比反射剖面(圖6a)和對應(yīng)的繞射剖面(圖6b)可以得出，在常規(guī)地震反射剖面上可以分辨出較為連續(xù)的反射同相軸，對于常規(guī)的構(gòu)造解釋工作，只能對較大級別斷層進行解釋，無法對裂縫系統(tǒng)的空間分布進行描述。但是在分離的繞射波剖面中可以看出，進行繞射信息分離后，目標區(qū)會保留由于裂縫系統(tǒng)所產(chǎn)生的繞射波。11井附近高角度反射特征并不明顯，但是存在明顯的繞射或散射現(xiàn)象。

圖6 BZ19-6-11井區(qū)反射波(a)與繞射波(b)剖面對比Fig.6 Comparison of the profile of the reflection (a) and the diffraction (b) cross the BZ19-6-11

通過在繞射波數(shù)據(jù)體上提取振幅類屬性對目標區(qū)中小尺度裂縫分布進行描述，得到裂縫密度預(yù)測結(jié)果如圖7所示(紅色為裂縫高密度分布區(qū))。繞射波能量主要分布在2個走滑斷裂相夾持的區(qū)域和斷裂相對較發(fā)育的一些區(qū)域，此區(qū)域構(gòu)造變形強烈，裂縫相對發(fā)育。鉆井統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示繞射波屬性預(yù)測成功率達87%，有力地證明了繞射裂縫預(yù)測結(jié)果能夠較好地描述工區(qū)內(nèi)裂縫的分布規(guī)律，同時提取的裂縫信息與構(gòu)造解釋中的深大斷裂有很好的耦合及伴生關(guān)系，為該區(qū)構(gòu)造裂縫發(fā)育的地質(zhì)認識及下一步潛力區(qū)劃定提供了重要依據(jù)。

圖7 基于繞射數(shù)據(jù)體的潛山內(nèi)幕裂縫密度預(yù)測結(jié)果Fig.7 Fracture density prediction of buried hill interior based on diffraction data volume

3 應(yīng)用成效及推廣價值

渤中19-6千億方級凝析氣田的發(fā)現(xiàn)突破了富油型盆地難以尋找大氣田的認識。該氣田的勘探歷程可分為發(fā)現(xiàn)、初步評價、整體評價3個階段，其中在發(fā)現(xiàn)階段地球物理研究以尋找規(guī)模性構(gòu)造圈閉為主，初步評價階段地球物理研究以潛山風(fēng)化裂縫帶儲層預(yù)測為主，而整體評價階段地球物理研究則以潛山內(nèi)幕及風(fēng)化裂縫帶儲層綜合預(yù)測為主。因此，本文提出的深埋潛山儲層預(yù)測關(guān)鍵技術(shù)成功助推了渤中19-6大氣田的發(fā)現(xiàn)。

同時，本文針對中深層復(fù)雜儲層提出的儲層預(yù)測技術(shù)預(yù)測系列，為渤海類似地質(zhì)條件的深埋潛山的勘探評價，乃至中國近海海域其他盆地勘探進軍深層，提供了地球物理技術(shù)支撐。如：近期利用該套技術(shù)預(yù)測渤海海域428潛山、曹妃甸12-8構(gòu)造、渤中8-3構(gòu)造、渤中22-23等多個構(gòu)造區(qū)深層優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育，勘探潛力巨大，為下一步勘探目標優(yōu)選提供了參考。

4 結(jié)論

環(huán)渤中凹陷深埋變質(zhì)巖潛山儲層垂向具有明顯分帶性，從潛山頂面向下，依次可分為風(fēng)化裂縫帶、致密帶、內(nèi)幕裂縫帶和基巖帶，其中風(fēng)化裂縫帶和內(nèi)幕裂縫帶為儲層發(fā)育段。綜合利用基于相位一致性分析的微斷裂刻畫技術(shù)、基于古地貌約束的疊前彈性參數(shù)融合技術(shù)、基于曲波變換的內(nèi)幕大尺度斷裂增強處理技術(shù)、基于繞射波分離的小尺度裂縫帶預(yù)測技術(shù)，提高了變質(zhì)巖潛山裂縫儲層的預(yù)測精度，該套技術(shù)體系有效指導(dǎo)了渤中19-6千億方大氣田的勘探評價，對渤海類似地質(zhì)條件的深埋變質(zhì)巖潛山的勘探評價具有一定的借鑒意義。