利用角度域信息精細識別深層碳酸鹽巖縫洞型儲層

關鍵詞：角度域，相干體，主頻，時頻譜，縫洞型儲層，超深層，內部構型，儲層描述 中圖分類號：P631 文獻標識碼：A DOI：10.13810/j.cnki.issn.1000-7210.20240230

Abstract：Distinct from horizontally layered sedimentary reservoirs，fracture-cavity reservoirs feature vertical strikeslipand disolution.In seismic exploration，seismic signals received at different anglescontain diferent reservoir information，which provides advantages for a fine description of fracture-cavity reservoirs.To this end，this study proposes a novel method for fine identification offracture-cavity reservoirs by utilizing angle domain information. By extracting angle domain data，this approach expands the data sources and directions for seismic-based detailed descriptions of such reservoirs.Firstly，the seismic reflection characteristicsof fracturecavity reservoirs in the study area are analyzed by adopting full-azimuth data slices，folowed bya comparison of the cross-sectional features of the reservoirs across different azimuthal data.Next，the internal architecture is delineated by employing the maximum amplitude atributefrom small-angle data，while fault connectivity is assessed by leveraging the dominant frequency attribute derived from full-azimuth data.Finally，the maximum amplitude attribute corresponding to the energy cluster center inlarge-angle data is extracted to predict the oilbearing property and connectivity.The results are as follows.（1） The coherence attributes of full-azimuth data can more clearly delineate the contours offracture-cavity reservoirs.（2） Compared with large-angle data，smallangledata can delineate the internal architecture of the reservoirs.（3）Frequency domain information can effectivelyidentifyfault connectivityand hydrocarbon connectivity.In China，deep andultra-deep fracture-cavity reservoirs are typically explored by adopting large-array acquisition，which provides favorable angle-domain data conditions. The proposed method can serve as a reference for application in similar exploration areas.

Keywords： angle domain，coherence，dominant frequency，time-frequency spectrum，fracture-cavity reservoir，ultra-deep layer，internal architecture，reservoir description

桂志鵬，張軍華，張銀濤，等，利用角度域信息精細識別深層碳酸鹽巖縫洞型儲層[J].石油地球物理勘探， 2025，60（4） ：998-1006.

GUI Zhipeng， ZHANG Junhua， ZHANG Yintao，et al. Fine identification of deep carbonate fracture-cavity reservoirs using angle domain information[J]. Oil Geophysical Prospecting，2025，60（4）：998-1006.

0 引言

碳酸鹽巖縫洞型儲層，或形象地稱之為斷溶體，是碳酸鹽巖地層在近直立走滑斷層作用下，產生斷層或裂縫，后經溶蝕、充填、上覆地層壓實、深埋等作用，形成的以走滑斷層、裂縫、溶洞、孔洞、暗河等若干地質要素組合的特殊碳酸鹽巖儲層[1]。

塔里木盆地超深層碳酸鹽巖縫洞型儲層含有豐富的油氣資源，是近年來增儲上產的重要領域，受到越來越多業界學者的關注[2-5]。由于縫洞型油藏縱、橫向非均質性強，儲層分布特征與以往層狀沉積有根本性的差別，常規方法預測效果不理想。

沿用層狀沉積及勘探理論與方法，眾多研究人員開展了碳酸鹽巖縫洞型儲層研究，并在實際應用中取得了一定的效果。何建軍等把多種地震波動力學屬性融合成一種綜合屬性對碳酸鹽巖儲層縫洞單元進行劃分；部分學者利用多種優勢地震屬性識別縫洞型儲層[7-9]；陳軍等[10]分析不同成因儲層的地震響應特征，確定“串珠\"和“片狀\"強反射儲層的AVO敏感屬性為 P×G ；曹俊興等[11]在總結深層碳酸鹽巖儲層亮點和低頻陰影分析含氣性檢測的特征與難點后，提出了基于地震紋理分析的縫洞型儲層烴類檢測技術；隨著深度學習技術的發展，李鳳磊等[2利用深度殘差網絡提高了縫洞型儲層的預測精度。

沉積地層與縫洞型儲層成像有所不同，對于水平層狀介質，小角度數據能量更加集中，對偏移成像更有利[13]；對于縫洞型儲層這樣的深層或超深層\"立式\"地質體，小角度數據散射嚴重不利于偏移歸位，而大角度偏移成像比較有利。已有學者注意到了縫洞型儲層特殊的成像問題，開展了方位角、波場分離等方面的研究。史飛洲等[14]、姜曉宇等[15-16]利用全方位散射成像來提高縫洞型儲層識別精度；李宗杰等[17利用全方位局部角度域偏移成像技術實現了順北油氣田的精確成像，有效突出了縫洞型儲層的能量；楊繼東等[8利用生成對抗網絡實現了反射波與繞射波的運動學識別和分離，利用分離后的道集進行疊加成像，有效提高了縫洞型儲層的成像精度。但是，對于縫洞型儲層不同角度偏移疊加資料的對比分析、優勢屬性的提取、油氣綜合解釋與預測，相關研究及應用還很少。

本文基于角度域地震數據包含的豐富儲層信息，提出一種利用角度域信息識別碳酸鹽巖縫洞型儲層的方法。首先，利用全角度數據開展縫洞型儲層輪廓的刻畫；其次，利用小角度數據開展縫洞型儲層的內部構型研究；最后，利用大角度數據開展油藏連通性分析。實際應用表明，該方法可以較好地刻畫縫洞型儲層的輪廓及內部構型，并落實油藏的連通性。該方法對其他地區的縫洞型儲層識別具有較好的借鑒意義。

1縫洞型儲層振幅屬性分析

塔里木油田某超深層碳酸鹽巖油藏X井區主力油層為奧陶系一間房組儲層，埋深大于 7000m ，屬于超深層縫洞型儲層。利用油田的CRP（CommonReflectionPoint）道集資料和三維速度場，先將其轉換到角度域，然后進行角度域疊加試驗，比較疊加效果，最終完成道集優選。圖1為入射角寬度為12^° （相鄰兩組不疊合）遠道做了切除的道集選取實例。本文選取小角度（中心角 6^° 和大角度（中心角30^°， 道集開展相關研究。

圖1角度域道集展示及角度選取說明

藍色為 0～12^° 范圍的角度域數據，中心角為6°；粉色為 12～24^° 范圍的角度域數據，中心角為 18^° ；綠色為 24～36^° 范圍的角度域數據，中心角為 30^° 。

1. 1 縫洞型儲層振幅屬性切片特征

圖2為全角度偏移疊加資料儲層頂面 TO₃t 下延 40ms 的振幅沿層切片。由圖可見，黑色或紅色圓洞狀能量團是縫洞型儲層在地震切片上的典型反射特征，儲層呈現從井區的東北角到西南角條帶狀分布特征，進一步反映了井區主走滑斷層方向。過W10井還可以看到近南北向另一個縫洞型儲層的展布特征。

圖2研究區井點位置與縫洞型儲層振幅切片特征

紅色字號井為高產井；藍色字體井為低產出水井；粉紅色字體的井為中等產量的油井。圖中XLine1和Line1為后續兩條示例測線位置。

圖3過W1井不同角度剖面縫洞型儲層反射特征

1.2縫洞型儲層剖面特征

選擇過W1高產油井和X低產出水井（線號為1971，不在圖2范圍內，道號與W1井相同）的東西向測線XLine1（圖2的不同角度域剖面進行對比分析。圖3a為全角度偏移疊加剖面，無論是X井還是W1井，縫洞型儲層均具有較明顯的“串珠”特征，但無法區分含油或含水特性；圖3b為小角度剖面，“串珠\"所在同相軸變窄，頻率明顯提高，同時W1井“串珠”反射能量相對減弱，但X井“串珠”反射能量仍然較強，基本沒有變化；圖3c為大角度剖面，“串珠”所在同相軸明顯變寬，頻率降低，但X井“串珠”反射特征略有減弱或基本無變化，而W1井“串珠”反射能量有所增強，“串珠\"體變大。

圖4過W11井不同角度剖面縫洞型儲層反射特征

圖4為過低產出水井W11的南北向主測線Line1小角度與大角度剖面。顯然，大角度剖面中W11井“串珠”反射能量較小角度剖面明顯減弱，這與圖3的分析結論基本一致。該結論提供了一個新的啟發，對于超深層縫洞型儲層，含油與含水兩種不同情形呈現不同的AVO特征。據此，基于大、小角度剖面中“串珠”反射能量強弱變化特性可以進行縫洞型儲層含油水特性預測。

2 縫洞型儲層相干屬性及輪廓預測

2.1縫洞型儲層相干屬性的物理含義

碳酸鹽巖縫洞型儲層在地震剖面中通常具有典型“串珠\"狀反射特征（圖5a），“串珠\"中心對應縫洞型儲層核部，“串珠”大小可反映縫洞型儲層大小、物性好壞。大的溶洞能量強，小縫、小孔能量弱，含油特別是含氣后的能量強[19]。

相干分析技術作為檢測斷層、裂縫、古河道等特殊地質體重要手段之一[20]，對于縫洞型儲層的邊緣檢測同樣具有良好的效果。圖5b為過W11井的相干體剖面。由圖可見，層狀地層由于比較相似，成為大值的綠色背景，相干屬性的小值對應的是縫洞型儲層的兩個邊緣。顯然，縫洞型儲層邊緣或輪廓應用\"雙邊緣法\"來識別，其核部在兩個邊緣的中心，邊界在兩邊相干小值處。

圖5全角度剖面縫洞型儲層相干特征分析

2.2縫洞型儲層輪廓刻畫

圖6為針對不同角度數據的相干屬性體，是分別沿圖3a所示的解釋層位 TO₃t 向下 30ms 、ΔTO_1-2y2 向上 40ms 提取整個井區縫洞型儲層集中發育段相干屬性的均方根切片。由圖可見，小角度數據切片由于地層分辨率較高，背景噪聲較多，不利于縫洞型儲層邊界刻畫；大角度和全角度均較好地反映了縫洞型儲層的輪廓。相對而言，全角度資料信噪比更高，可以作為評價縫洞型儲層邊界的最佳數據體。

圖6不同角度數據相干屬性均方根值切片

由圖6c可見，北東向主干走滑斷層（見圖6c中黑色虛線）清晰可見，在W3、W4井點處斷層呈現拉分結構，特別是右側斷層，相干雙邊緣特征非常明顯。將色標范圍取 0.05～0.40 ，這時把相干屬性邊界繪出來（圖6c中紅色虛線），其輪廓反映了縫洞型儲層集中發育的范圍，最窄處為 150m （圖6c黃色箭頭所在位置），其中拉分構造的雙核結構寬度可達900m （圖6c紅色箭頭所在位置），以上認識與現代喀斯特地貌一致[21]。

3縫洞型儲層內部構型及連通性分析

3.1縫洞型儲層最大振幅屬性及內部構型刻畫

通過圖3b的分析已知，小角度資料分辨率較高，圖7為不同角度振幅數據體的最大振幅屬性（與圖6屬性相同時窗）。由圖可見，在具有較高分辨率的小角度切片中（圖7a），拉分構造內部可進一步確定6個小斷層（圖7a中黑色箭頭）；進一步對比大、小角度切片振幅變化不難發現，對于低產出水井區，隨著角度增加最大振幅總體由強變弱（圖7中黃色箭頭）；對于溶洞發育的高產井區，隨著角度增加最大振幅由較強變為更強（圖7中紅色箭頭）。

圖7不同角度數據最大振幅屬性切片

3.2縫洞型儲層主頻屬性及斷層連通性分析

對圖3c所示的大角度地震剖面逐道進行頻譜分析得到 f^-x 振幅譜剖面（圖8）。由圖8可見，在中高頻段，縫洞型儲層的頻率更為復雜。主要的地層背景頻率在 10Hz 左右，其他與縫洞型儲層同一頻率范圍、比較零散的中高頻信號對應水平層的沉積地層和隨機噪聲。

圖8f-x振幅譜剖面

為了更好地分析縫洞型儲層主頻及振幅譜的變化，從圖8中抽取縫洞型儲層發育、“串珠”反射顯著的低產出水井（位置 ① ）高產井（位置 ③ 和無“串珠”反射特征（位置 ② ）的振幅譜曲線。由圖9a可見，無論低產水井還是高產油井主頻接近，大致為13.7Hz ；而低產水井（藍色曲線）同時還有一個21.5Hz 的高值頻率，而高產油井（紅色曲線）次峰值頻率為 25.4Hz 。結合振幅譜與 f^-x 譜曲線分析，高產油井呈現高頻衰減的基本特征，與理論相符。綠色曲線反映的是地層背景的振幅譜，其主頻較低，為 9.8Hz ，主要對應 ΔTO₃t 大套蓋層及下伏的背景地層。圖9b為小角度數據體對應位置的振幅譜，可見低產井振幅較強，結論與圖3b一致；高產井振幅譜相對較小，與地層背景耦合也較嚴重，不利于頻率域的儲層預測。圖9c為全角度數據對應位置的振幅譜，頻譜差異性處于小角度和大角度之間。相對來說，在大角度數據體上，低產井和高產井高頻端的譜模態特征差異最大，后續將進一步開展研究。

圖9過井道和測試道的振幅譜

圖10為整個井區的小角度、大角度和全角度主頻屬性。小角度資料剖面分辨率較高，地層背景主頻與縫洞型儲層主頻相近，就會導致切片上兩者之間耦合嚴重，無法有效區分。而大角度與全角度資料主頻相近，切片上圖形整體比較相似。所得認識與圖9分析一致。由圖10還可以觀察到，全角度主干斷裂走向非常清晰，大角度資料對走滑斷裂拉分構造的右下側刻畫比較清晰（圖10b中黑色箭頭位置）。無論是大角度資料還是全角度資料，都可以清楚看到W10、W11兩口低產出水井與主干斷裂不連通（圖10c中紅色箭頭位置），全角度資料中高產井與深大斷裂都有較好的關聯，但大角度資料中W3井與大斷裂的關聯性不明確。總體來說，全角度資料可以較好地表征縫洞型儲層的發育特征，但主頻屬性無法分辨溶洞所含流體類型。此外，根據油藏參數，W1和W2井的流體不相通，這個現象主頻屬性無法說明，為此還需進一步研究對縫洞型儲層物理意義更明確的時頻譜。

3.3縫洞型儲層時頻譜屬性及含油性與連通性 預測

通過前面的討論可知，縫洞型儲層整體是一段中高頻的信息，主頻可以大致表征縫洞型儲層的存在，但不能識別流體，連通性評價效果也有待改進。對圖8右端W1高產井所在道進行廣義S變換[22]，結果如圖11所示。由圖可見，“串珠”對應的時頻譜，能量集中，縱向范圍上能夠較好對應，而主頻只能反映“串珠\"的部分頻率信息。

通過對大角度數據體提取能量團中心對應的最大振幅屬性來表征縫洞型儲層，結果如圖12a所示。由圖可見，W1井、W2井為獨立的縫洞型儲層，互不連通。W1井、W2井的油藏靜態壓力變化情況進一步驗證兩口井的儲層不連通（圖12b）。高產井W4的儲層平面連通性較好，同時W3井和W6井、W7井和W8井的儲層平面連通性較好。W10、W11兩口井所在位置的屬性值偏低，分布范圍較小（圖12a），也證明了這兩處井油氣含量低，與實鉆情況吻合。

圖10不同角度主頻屬性對比

圖11縫洞型儲層時頻譜特征

圖12縫洞型儲層含油性及連通關系預測

結合角度域原始振幅變化信息（圖7、主頻信息（圖10），確定了4個有利目標，分別為 ① / ② 、 ③ 和④ 所指示的位置（圖12a）。

4結論

本文利用不同角度域偏移疊加數據體的振幅屬性、相干屬性和時頻屬性開展碳酸鹽巖縫洞型儲層研究，得出以下幾點認識：

（1）對于小角度數據，低產出水井“串珠\"特征完整、能量強，而高產油井“串珠”反射相對較弱。而大角度數據，低產出水井“串珠”范圍變小，能量變弱，但高產油井的“串珠”范圍變大、能量增強。

（2）小角度數據相干地層背景噪聲較多，不宜用于縫洞型儲層的識別，全角度資料信噪比更高，可以作為評價縫洞型儲層邊界（輪廓）的最佳數據體。

（3）大角度數據的主頻屬性可以用于判識主干斷層與分支斷層的連通關系，但對于流體性質還無法判斷；而利用大角度數據時頻譜的最大振幅信息，可以較好判別流體的連通性，其大值分布區可有效指示了有利儲層。

本文方法能夠較好地識別縫洞型儲層，可為其他地區縫洞型儲層識別提供參考。

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（本文編輯：張偉）

作者簡介

桂志鵬博士研究生，1995年生；2016年獲安徽理工大學勘查技術與工程專業學士學位，2020年獲中國石油大學（華東）地球物理學專業碩士學位；現在中國石油大學（華東）攻讀地質工程專業博士學位，主要從事地震資料解釋方面的相關研究。