疊后地震屬性在頁巖氣井區裂縫帶預測上的應用

冉登偉 周小軍

西南石油大學地球與科學技術學院 四川 成都 610500

現今，國內常規油氣藏勘探已經步入尾聲，一系列非常規油氣藏的勘探開發將會是接下來的主力攻堅方向，針對頁巖氣藏的研究是當前油氣資源勘探開發領域的熱點。頁巖氣是不同于常規油氣藏的一種裂縫型油氣藏[1]，主體存于暗色泥頁巖及高碳質泥頁巖當中，具有低孔隙度及滲透率。對于更深層頁巖氣由于上覆地層壓力增大，使得其更是具有超低孔滲條件，此時對頁巖氣勘探開發不僅要考慮巖性、物性、孔滲條件等靜態參數，更是不可忽略構造運動形成的斷裂及相關裂縫對頁巖氣儲層的影響。前人研究認為斷裂及相關裂縫一方面可以成為頁巖氣運移通道，另一方面能夠一定程度提高其孔滲條件[2-3]，也就是裂縫發育情況往往預示著頁巖氣井的產能高低。但是，在勘探開發過程中人們發現在遇到斷裂帶的部位，套管容易變形及損壞[4]，造成不小的經濟損失，嚴重制約了當前頁巖氣的開采效率，因此明確油井區裂縫帶的發育情況顯得尤為重要。

以川南自貢某頁巖氣區鉆井平臺疊后地震資料為基礎，利用各種疊后地震屬性對工區的裂縫帶進行預測，明確斷裂帶的發育分布情況，為指導井位部署提供依據，減少套變風險。

1 斷層和裂縫的關系

斷層是地殼受到構造應力，沿著斷層面發生明顯位移的變形構造，根據斷層兩盤相對運動方向劃分為不同性質斷層，斷層沿著斷層面傾向發生滑動形成正、逆斷層，沿著斷層面走向滑動形成走滑斷層。三種斷層的形成具有不同應力背景，當最大主應力σ1在垂向位置，中間主應力σ2及最小主應力σ3處在水平面上，且σ3垂直斷層走向，此時在三組主應力作用下形成正斷層（圖1a）；當σ1、σ2同時處在水平面上，σ3處在垂向位置，且σ1垂直斷層走向時，此時在三組主應力作用下形成逆斷層構造（圖1b）；當σ1、σ3位處水平面，σ2處在垂向位置，且σ1與斷層走向斜交的時候，此時三組主應力作用下形成走滑斷層，見圖1c，σ1方位不同可以形成左行、右行兩種走滑斷層。

圖1 不同類型斷層應力狀態

裂縫是地殼受到構造應力作用后，沿著裂縫破裂面兩側巖層并未發生明顯位移的變形構造，這是其與斷層最根本的區別。從力學成因上來看裂縫分為剪切縫和張裂縫，當巖石受到大于其抗剪強度時候形成剪切縫，當巖石受到大其抗壓強度時候形成張裂縫。根據構造成因又有構造縫、非構造縫之分。

在實際地質環境中斷層和裂縫往往同時出現，單一的斷層或者裂縫獨自出現的情況極少，一系列裂縫在一定地質背景下發生了連通，有可能形成新的斷裂帶，而隨著已經形成斷裂帶的進一步發育又可以激活形成新的裂縫。但是，不管是斷層還是裂縫構造，它們的破裂面都是構造的薄弱面，當實際鉆井鉆遇時，應該高度重視，以此減少甚至避免套變的發生。

2 疊后地震屬性

地震屬性是地震數據經數學變換得到的地震波幾何學、運動學、動力學或者統計學特征，分為疊前和疊后地震屬性，共炮檢波接收信號經過動、靜校正疊加處理后得到的三維或者二維地震數據體，既疊后地震數據體，通過對疊后地震數據體進行地震屬性提取得到疊后地震屬性，反之，未校正得到是疊前地震屬性。常用于預測裂縫帶的有相干、曲率、螞蟻體、等疊后地震屬性。

2.1 相干屬性

相干屬性通過分析相鄰地震道振幅、頻率、相位等地震波參數的差異，進而突出地震波空間上的不連續性，以此原理來刻畫識別斷層及裂縫。20世紀90年代以來經歷了C1、C2及C3三代相干體屬性算法[5]。相干體屬性常用來判識大斷裂帶，對小斷層及裂縫的使用效果不如螞蟻體、曲率等疊后地震屬性。

2.2 曲率屬性

曲率屬性是一類疊后地震幾何屬性，其表示地層層面某處的彎曲程度，曲率越大，巖層面彎曲幅度越大，發育斷層、裂縫可能性更高，曲率越小預示巖層面彎曲幅度小，越為平坦，發育斷層和裂縫的可能性越小，見圖2[6-7]。同時值得注意的是由于曲率屬性原理的制約，褶皺、皺曲等在曲率平面圖上也會異常顯示，此時應該結合地震剖面解釋去排除這些異?，F象，提高斷層、裂縫識別的精準度。

圖2 基本構造及其曲率值

2.3 螞蟻體屬性

螞蟻體屬性是仿生自然界螞蟻覓食行為，螞蟻覓食途中進行信息上的交流，選擇最優覓食路徑。螞蟻體屬性就是在這種螞蟻算法下，基于方差體、相干體等不連續地震屬性體的基礎上，搜索裂縫的一類疊后地震屬性方法。在斷裂預測過程中，螞蟻體屬性的基本原理是將非常多的電子螞蟻釋放在不連續的地震屬性之中，一般是方差或者相干，使每一只螞蟻都沿著可能的裂縫發育路徑往前推進，一旦某條路徑達到先前設定的要求時，就釋放一定量的電子信息素，相反，則不會釋放或釋放非常少量的信息素。受到劑量比較大的信息素的引誘，在一定空間中的其它電子螞蟻就會沿著該條路徑往前推進，直到最后完成裂縫的識別，而其余達不到既定要求的路徑就很難被識別出來，最終會得到一個具有信噪比高、裂縫軌跡比較清晰的三維螞蟻體屬性，以此來進行裂縫預測[8]。

對高陡構造區螞蟻體屬性的提取復雜，在構造平滑基礎上，再提取了方差體屬性，最后通過自定義螞蟻體提取參數完成，摒棄了常用自動螞蟻追蹤方法，以確保裂縫預測精度。螞蟻體屬性對微小斷層及裂縫識別效果好，但是對于大斷層識別不如相干曲率等屬性。

3 實際應用效果

以川東南自貢215井區H3鉆井平臺疊合地震數據體為基礎，同時對研究區奧陶系五峰組頂面沿層提取相干、螞蟻體、曲率疊后屬性，可見相干屬性對識別相對大斷裂帶效果最好，斷裂形態連續清晰，斷裂位置合理，但是缺失了部分小的斷層及對裂縫識別效果差，識別出裂縫零星分布見圖3a；沿層螞蟻體屬性對裂縫識別效果最好，裂縫的形態刻畫清楚，雖然也識別出了大斷層，但是斷層走向太過筆直，與實際地質情況有細微差別，可能是受到大斷層邊緣的影響，見圖3b。曲率屬性平面圖顯示的大斷裂與相干屬性圖一致，可以明顯看到工區8條大的斷裂帶，曲率屬性雖然顯示的裂縫位置與螞蟻體屬性相當，但是其邊緣不清晰，走向多變，對裂縫的刻畫并沒有螞蟻體屬性好，見圖3c。

因此，綜合相干、曲率屬性判別工區大斷裂帶，利用螞蟻體屬性識別工區裂縫帶，取得如下成果：工區O3w頂發育7個（F1～F7）NE向和1個（F8）NNE向的斷裂帶，裂縫主要發育在大斷裂之間，走向明確，走向多為NE、NNE、NNW向，裂縫長度差異大，見圖4。

圖4 自215H3平臺O3w頂斷裂帶疊加裂縫

4 結束語

1）相干、曲率疊后地震屬性很好預測了該工區O3w頂主要大的斷裂帶，螞蟻體沿層切片很好的預測了裂縫的發育分布，疊后地震屬性應用效果好。

2）自215H3平臺O3w頂發育8個大的斷裂帶，裂縫主要分布在斷裂帶之間，走向多為NE、NNE、NNW，其長度差別大。