裂縫檢測分析方法在碳酸鹽巖巖溶儲層中的應用

胡君毅，周 路

（西南石油大學 地球科學與技術學院，四川成都 610500）

1 工區概況

研究區位于四川盆地西北部，其主體部分在四川北部低平斷褶帶，北為四川省廣元市，西北部是龍門山推覆體構造帶，其東邊就是南江縣，包括廣元、劍閣、旺蒼等地。從構造上看位于米倉山山前斷褶構造帶，面積約1 300km2。其地面構造形態較簡單，總體上看是一個大型背斜，軸向為北東-南西向，屬于一個地臺北部邊緣凹陷局部構造。在工區東北部是整個工區斷裂發育最多的地方，斷層識別的難度非常大。川西北地區的茅口組沉積穩定，埋深超過5 000m，地層厚度變化較大，該區域厚度最大近320m，最薄的地方約190m，屬于薄儲層。茅口組主要巖性是含有灰色生物碎屑灰巖，灰巖夾白云巖，有些地方其頂部是一套灰色硅質頁巖。

2 巖性概況和儲層特征

碳酸鹽巖屬于三大巖類中的沉積巖，常見的主要是石灰巖和白云巖這兩種，成分主要是方解石和白云石等其他多種碳酸鹽礦物。碳酸鹽巖大多數是在海洋環境中形成，稱為海相碳酸鹽巖，而少數在陸地環境中形成的為陸相碳酸鹽巖。碳酸鹽巖儲量非常大，普遍埋藏較深，基本上廣泛分布于古生界和中生界。

在我國西南地區的四川盆地和新疆地區的塔里木盆地，都發育著大量碳酸鹽巖，經歷了五六十年的勘探發展，古生界和中生界碳酸鹽巖中的含油氣儲層越來越多被發現，高產井越來越多，預測儲量逐年增加。深入對碳酸鹽巖的研究已經成為越來越多地質勘探研究人員的共識，其重要性越來越受重視。

在碳酸鹽巖研究方面，我國明顯落后于國外的學者。在20世紀70年代就已經出版過一些專著，其中以《碳酸鹽巖沉積物的成巖作用》和《碳酸鹽巖》為代表，對人們認識碳酸鹽巖沉積作用及巖石學有系統的概括和總結。而到了20世紀80年代國外學者又出版了《碳酸鹽巖沉積學》，更加推動了人們對碳酸鹽巖的研究發展。與此同時，我國學者對于碳酸鹽巖沉積學的研究也開始取得了階段性的發展，許多新理論新技術被提出并取得了較大的影響。

而在碳酸鹽巖縫洞型儲層的研究方面，有以下幾點，一是根據巖心資料的實驗，描述儲層儲集空間類型并分類；二是對碳酸鹽巖縫洞型儲層的沉積環境以及沉積特征的研究；三是碳酸鹽巖儲層的識別刻畫以及預測研究；四是厘清地層的構造演化和縫洞型儲層之間的關系，為今后的碳酸鹽巖儲層的預測提供指導依據；五是對碳酸鹽巖儲層油氣成藏的研究，碳酸鹽巖儲層地質背景和儲層類型復雜多樣，橫向非均質性極強，這方面的研究工作難度較大，因此對于碳酸鹽巖儲層預測工作有重要影響。

對預測裂縫的研究工作，國外學者在20世紀20年代就開始了相關的研究，而相比于國外，我國的研究工作直到20世紀70年代才處于剛起步的階段，時間上遠遠落后于國外，直到20世紀90年代我國關于碳酸鹽巖儲層裂縫的研究工作開始有了較大的進展。而在碳酸鹽巖裂縫的研究工作中，胡明等提出了用“古構造應力場數值模擬方法”來對四川盆地碳酸鹽巖裂縫分布進行預測。對裂縫的研究包括野外識別及地質類比法，構造應力場預測，測井方法和地震方法以及基于非線性裂縫預測技術等。

3 構形屬性原理

地震屬性是以地震數據為基礎，對地震數據經過一系列數學變化得到的地震波關系式，用以度量地震波的物理特征。地震屬性分析技術能夠更加高效的刻畫出地震數據中的重要信息，并與地質資料相結合，是地震資料構造解釋和儲層預測工作中不可缺少的重要環節[1-2]。常見的地震屬性有振幅類屬性，例如最大振幅、均方根振幅等，復地震道屬性比如瞬時振幅屬性、瞬時相位屬性和瞬時頻率屬性，時間序列統計屬性例如能量半衰時，相關統計屬性例如主極值振幅屬性和極小值振幅屬性等。

由于縫洞型儲層在橫向上具有極強的非均質性，儲層大多數表現出的是低孔隙度、低滲透率，儲集空間非常復雜，要實現精確預測的目的，單靠曲率一種屬性來進行預測是非常困難的，而在斷裂帶發育的地方，要想精細刻畫出裂縫的展布特征，相干技術也無法滿足科研需求。這就指示油氣勘探研究工作者探索更好的技術來刻畫裂縫，與曲率屬性結合起來，與實際地質測井等資料進行綜合研究分析。

構形屬性是結合了近年來從圖像處理領域引入到地震解釋中的一種新的屬性分析方法——結構張量分析，通過疊后地震振幅數據的梯度向量構建結構梯度張量，對該張量進行特征值分解獲取其特征值和特征向量，根據特征值的圖像結構含義，對不同紋理特征的沉積地貌單元進行刻畫[3-4]。其實質是將地震數據視為圖像，通過識別地震圖像中的不同紋理單元（如層狀紋理、雜亂紋理等），實現對河道等沉積地貌進行刻畫。

4 實際數據裂縫檢測

將該方法應用于產氣井井區的碳酸鹽巖溶含氣儲層預測中，利用結構張量分析法對整個工區數據進行屬性提取，得到茅三段斷層因子剖面與頂部含氣層斷層因子切片，如圖1、圖2所示。

圖1 過L004-X2-L16-L4-L004-X1井斷層因子剖面

圖2 龍門山地區茅口三段頂部斷層因子切片

從斷層因子剖面中可以看出，L16 井，L004-X1 井和L004-X2 井三口高產井裂縫非常發育，而L4 井低產井附近裂縫也有較好的顯示，但是裂縫發育程度明顯不如L16井和L004-X2井和L004-X1井這3口高產井。平面上，茅口組頂部含氣層的斷層因子可以看出，主要呈塊狀或帶狀分布，指示了裂縫顯示非常好的地方，結合L16井，L004-X1井和L004-X2井高產天然氣，可以推斷出與地質資料相符合，即裂縫發育好的儲層有更大的可能富集天然氣。另外茅口組頂部橫向上的斷層因子數值差異明顯，在裂縫非常發育的區域都能非常好地表征出來，能較好地刻畫出裂縫儲集體的邊界范圍，也反映了深層海相碳酸鹽巖儲層橫向上非均質性強，難以找到規律。

5 結論

1）研究區內茅口組主要為巖溶裂縫型儲層，裂縫發育分布廣泛，有較大規模的裂縫發育帶，其儲層的孔隙，除了原生孔隙及次生孔隙和孔洞外，裂隙起了重要的作用。裂隙不僅增加孔隙度，更重要的是增加滲透性。裂隙常常把原生孔隙和次生孔隙連接起來，形成滲濾-儲集系統。因此在研究區裂縫型碳酸鹽巖儲層中，裂隙的發育程度往往決定了該地區油氣產量。

2）根據裂縫型儲層的滲濾-儲集特點可以分為兩類：一類是巖石中粒間孔隙很小，孔隙性及滲透性都是裂隙產生的，也就是真正意義上的裂縫型儲層；另一類是有適當數量的粒間孔隙，裂隙主要促使滲透性大大增高。裂縫型儲層主要與后期構造活動有關，石油的聚集與背斜上裂隙的密集程度有關。

3）可以引入梯度結構張量方法，用于刻畫巖溶儲層的輪廓，然后再對其單一特征值及組合特征值進行斷溶體輪廓刻畫效果的對比分析。結論認為，地震預測裂縫成果與鉆井、測井、測試等成果匹配良好，為該區天然氣開發井的部署與調整提供了依據。

4）在地震資料效果不好的碳酸鹽巖儲層預測研究工作中，可以根據實際地質情況利用梯度結構張量屬性，能達到更好的效果，可較清楚地反映地下不同構造特征，而將三個特征向量進行有機組合構建一種混沌度量，可以帶來的最直接的好處就是，可以一定程度上降低彎曲地層的影響，為后面提高有效識別斷層和裂縫展布范圍的精確度。此外，如果該地區斷裂極為發育，形成機制復雜，還可以考慮根據局部構造特征構建基于各向異性介質的梯度結構張量，對初始梯度矩陣場求平均，用來提高檢測結果的分辨率，達到研究工作的要求。