毕研斌 龙胜祥 刘彬
（中国石化石油勘探开发研究院，北京100083）
摘要 以岩心裂缝发育特征为依据，利用叠前地震方位各向异性技术，对通南巴构造嘉陵江组二段和飞仙关组三段储层裂缝发育密度和方向进行了区域上的预测，掌握了目的层的储层裂缝分布规律。通过已钻井录井全烃检测和频率衰减梯度剖面对比，对频率衰减梯度用于预测储层含气性的可行性进行了分析，并对研究目的层的含气性进行了全区预测。研究表明，嘉陵江组二段和飞仙关组三段储层在平面上和纵向上具有不同的含气分布特征：嘉陵江组二段气藏面积大、单一气藏发育；飞仙关组三段单一气藏面积相对较小，但纵向上具有多气藏发育和异位叠加的特征。综合裂缝预测和含气性预测成果分析，通南巴地区碳酸盐岩储层存在以裂缝-孔隙型和孔隙型为主的两种不同的储集类型。研究成果对于该地区的进一步勘探和井位部署具有较强的指导意义。
关键词 通南巴地区 碳酸盐岩 叠前地震 方位各向异性 裂缝预测 频率衰减梯度含气性预测
Prediction of Fracture and Gas Distribution in TNB Area
BI Yan-bin，LONG Sheng-xiang，LIU Bin
（Exploration ＆ Production Research Institute，SINOPEC，Beijing100083）
Abstract On the basis of investigating fracture feature in well core，areal fracture intensity and developed orientin in the 2ndmember of Jialingjiang formation and the 3rdmember of Feixianguan formation is predicted in TNB region，and favorable fracture developing region is discovered by means of prestack seismic anisotropic technique，which gives the guidance in ongoing well suite deployment and gas analysis in the reservoir.Aiming at the characteristics of payzone，the feasibility to forecasting gas distribution with frequency attenuation gradient is analyzed by comparison between gas logging test data and frequency attenuation gradient profile，and areal gas distribution is detected.The result shows that there is the different gas-bearing characteristic horizontally and vertically between the 2ndmember of Jialingjiang formation and the 3rdmember of Feixianguan formation.The T1j2gas reservoir is characterized by single reservoir and wider area，while the T1f3formation develops multi-reservoir superposed vertically，and each gas reservoir has smaller area.By summarizing the above predicted fracture and gas distribution result，carbonate rock reservoir are characterized by two different reservoir types，i.e porous and fractured-porous reservoir.The achievement will give an important guidance for ongoing exploration and well site deployment in TNB area.
Key words TNB structure carbonate rock prestack seismic data anisotropic technique fracture distribution prediction frequency attenuation gradient gas distribution prediction
通南巴区块位于四川盆地东北部，是中石化近期勘探的重点区块之一。尽管天然气勘探已获得了重大突破，但整体勘探程度仍较低，勘探工作仍面临着一些需要研究解决的问题：该区块面积大，钻至目的层的探井少，储层裂缝分布特征还不够清楚；目的层埋藏深，钻井成本大，在含气性预测的基础上，提高钻井成功率至关重要。本文针对以上相关问题，对目的层的储层裂缝及含气性进行了区域上的预测和分析，以期对该区块的进一步有效勘探提供一定的指导。研究范围选取通南巴地区河坝场三维地震工区，自西南向东北方向，依次发育牛羊坪、河坝场、母家梁、新场坝、丘家坪和马路背等6个局部构造。
1 储层地质特征
S82井和H1井钻井揭示，通南巴构造的主要产气层为下三叠统嘉陵江组二段和飞仙关组三段。
嘉陵江组二段属蒸发台地相的浅滩-蒸发坪沉积，在通南巴地区分布广泛，岩性由砂屑白云岩、溶孔白云岩、膏岩呈薄互层状组合而成。H1井嘉陵江组二段含气储层岩性为砂屑白云岩，气层埋深4500m左右，厚度为12.4m，平均孔隙度为3.17%。飞仙关组三段岩性主要为鲕粒灰岩、砂屑灰岩，属浅海开阔台地相和潮坪相沉积。H1井飞仙关组三段含气储层岩性为溶孔鲕粒灰岩，气层埋深5000m 左右，厚度为14m，平均孔隙度为4.93%。储层研究表明，嘉陵江组二段和飞仙关组三段储层均不同程度地经历了成岩后生作用的影响，特别是白云石化及溶蚀作用，存在粒间孔及粒间溶孔、晶间孔及晶间溶孔、铸模孔和粒内溶孔等多种储集空间类型。总体来看，该区碳酸盐岩储层具有埋藏深、厚度薄、低孔低渗和孔隙结构复杂等特征。
钻井岩心和野外露头观察表明，通南巴构造总体上裂缝比较发育。裂缝产状以斜交缝及垂直缝为主，水平缝相对较少。裂缝中既有充填缝，也有半充填缝和未充填缝，其中，以充填缝占绝大部分。由于在地质历史时期中，通南巴地区经历了多期构造运动影响，由此也形成了与各期活动相对应的局部构造及裂缝系统，表现为多期裂缝组合的分布格局。
2 储层裂缝分布预测研究
近年来，地球物理方法已成为研究储层裂缝分布的重要方法之一。基于地球物理理论预测裂缝的方法有多种［1，2］，如多分量勘探、S波勘探、VSP地震和P波勘探等。根据地震波的传播理论，S波比P波对裂缝产生的方位各向异性具有更强的敏感性，但S波数据通常较P波数据的信噪比及分辨率低，而且S波的采集和处理成本也比P波高得多，因此，限制了S波研究裂缝的实用性。井中地震VSP作为一种特殊的“测井”手段，本身也存在探测面积小的问题。随着裂缝研究技术的不断探索，目前，人们越来越青睐于利用P波资料研究裂缝的分布，尤其是利用3D叠前地震数据已成为研究裂缝分布的一种热门技术。
2.1 地震方位各向异性方法预测储层裂缝的理论基础
地震波是一种弹性波，其传播速度主要与地层性质有关，如埋藏深度、构造发育程度、岩石的成分、物性、孔隙发育程度、流体性质和流体饱和度等。而裂缝发育带的存在会加剧地震波的吸收衰减，引起地震属性的各向异性。Maria和Bruce等曾对地震纵波资料用于裂缝密度和方位的预测问题进行了研究和探讨［3，4］。
Mallick（1991，1996，1998）和Craft（1997）指出，利用P波反射振幅和速度随方位角和偏移距的变化函数可以检测裂缝，即利用振幅随方位角变化（RVA）和速度随方位角变化（VVA）识别裂缝的方位和密度。这种关系可以用振幅随方位角变化（RVA）和速度随方位角变化（VVA）规律来表述，如图1 所示［5］。反射P波通过裂缝介质时，在固定炮检距的情况下，反射振幅（R）和速度（V）随方位角的变化是炮检方向与裂缝走向的夹角θ的余弦函数，反射振幅和速度随方位角的变化可用解析式表示为：
R=Ar+Br·cos2θ （1）
V=Av+Bv·cos2θ （2）
式中：R为反射振幅；V为方位速度；Ar，Av分别为振幅、速度的偏置因子，即Ar为均匀介质下的振幅，Av为均匀介质下的速度；Br，Bv分别为振幅和速度的调制因子，即分别为定偏移距下的振幅和速度随方位角的变化量。它们都是裂缝密度的函数。
图1中的φ为裂缝走向与正北方向的夹角；α为炮检方向与正北方向的夹角，存在关系θ=φ-α。
式（1）和式（2）可近似地用一椭圆表示（图2）。当炮检方向与裂缝走向平行时，振幅和速度最大（A+B）；当炮检方向与裂缝走向垂直时，振幅和速度最小（A-B）。而（A+B）/（A-B）则反映了裂缝的密度。这是利用叠前地震资料预测储层裂缝分布的理论依据。
图1 炮检方位与裂缝方向关系示意图
图2 地震属性沿裂缝不同方向变化示意图
2.2 叠前地震储层裂缝分布预测研究
利用叠前地震预测裂缝分布的思路是：通过岩石物理正演模拟，确定裂缝介质条件下的地震属性各向异性响应特征。优选地震属性，提取相应的方位属性数据体。在方位各向异性特征分析的基础上，对目的层的裂缝密度和方向进行计算。最后，结合储层地质特征，对目的层的裂缝特征进行综合分析。
2.2.1 叠前地震资料裂缝预测的可行性
利用叠前地震信息预测裂缝分布的前提是，地震数据为全方位角地震采集，并且具有较高的叠加次数和信噪比。本次研究三维地震为宽方位角采集，面元大小为25m×25m，满覆盖次数达到90次，地震资料品质较好，信噪比和分辨率较高，保幅性好。因此，这套地震数据有利于选择合适的偏移距和方位角提取相应的角道集数据体，适合于进行叠前裂缝预测研究。
2.2.2 层位标定及时窗选取
利用声波测井曲线，制作地震合成记录，通过与井旁道地震剖面的波组对比，进行地震层位的精确标定。H1井标定后，嘉陵江组二段底界的双程时间为2004ms，飞仙关组四段底界的双程时间为2105ms；S82井标定嘉陵江组二段底界的双程时间为1884ms。在考虑储层厚度和平面稳定性因素的基础上，选取嘉陵江组二段储层的时窗为嘉陵江组二段底以上12～21ms，飞仙关组三段储层的时窗为飞仙关组四段底以下22～31ms，时窗范围均为9ms。
2.2.3 裂缝性储层各向异性岩石物理模型
图3为井-震标定后H1井嘉陵江组二段储层的岩石物理正演模型。图中右上部的关系曲线反映了归一化振幅随方位角和偏移距的变化特征，图中右下部的椭圆为含气模型、入射角30°时的方位振幅椭圆。岩石物理正演模拟结果表明，方位振幅椭圆的短轴代表了裂缝走向，为利用叠前方位地震数据预测目的层裂缝发育方向提供了依据。
图3 嘉陵江组二段岩石物理正演模型
2.2.4 频率方位角道集数据体的形成
近年来的研究和应用表明，在利用叠前地震属性开展裂缝研究时，频率属性在反映裂缝密度和流体信息方面具有较高的敏感性［6］。沿裂缝走向方向，高频部分被吸收衰减得慢，而沿着裂缝的法向方向，高频部分被吸收衰减得快。裂缝越发育，频率沿不同方位角的变化就越明显，当裂缝含有油气时，这种差异会表现得更加明显。因此，分析由裂缝和所含流体引起的频率方位各向异性，可以有效地预测储层中具开启特征裂缝的发育状况，这对于天然气藏的勘探更有实际意义。
利用叠前地震预测裂缝分布，一个重要的环节就是方位数据体的提取。在对通南巴地区地震数据采集参数分析的基础上，本次研究利用储层裂缝综合预测软件FRS，在0～180°（180°～360°之间的采集相当于0～180°的采集）范围内，以30°为间隔，采用100m×100m的超面元，在400～3000m偏移距范围内，对叠前地震振幅数据体进行了6个等方位角的道集数据体的提取，以尽量使每个方位间隔的叠加数据体具有较均匀的覆盖次数。在此基础上，对6个方位角道集数据体进行组合，形成具有方位信息的叠后方位角振幅数据体AZI amp。
利用已提取的叠前振幅方位角道集数据体（AZI_amp），通过小波变换算法计算频率属性数据体，形成具有方位信息的频率属性数据体（AZI_FUL_FRQ）。对计算的方位角频率进行分析，得到频率的方位角椭圆在空间的变化。定义频率椭圆的扁率为长轴与短轴之比，则该值的大小反映了频率的各向异性强度，其值越大，说明与储集流体有关的开启性裂缝越发育。
2.2.5 储层裂缝分布预测及分析
本文采用的储层裂缝综合预测软件FRS中的Fracture Analysis模块，对方位频率属性数据体（AZI_FUL_FRQ）进行了计算，得到储层裂缝发育密度和方向。根据预测结果，嘉陵江组二段储层的裂缝发育密度和方向特点如下：
（1）H1井和S82井的嘉陵江组二段储层均处于裂缝比较发育的部位，这与岩心观察的结果是一致的，说明预测结果是较为可靠的。从区域预测来看，与流体有关的开启性裂缝发育程度存在一定的分区性。在通南巴背斜的长轴方向上，母家梁构造以东地区，裂缝相对发育；以西地区裂缝发育程度较差。分析其原因是，与喜马拉雅期该地区所受的构造应力作用有关，越往东北部地区，经受的构造作用强度越大；越往西南部地区，经受的构造作用强度越小。沿背斜的短轴方向，翼部的裂缝发育程度大于轴部的裂缝发育程度，这主要是由于在背斜构造的两翼出现明显的坡折带，在背斜的横剖面上呈现出箱形褶皱的特征，翼部的应变程度大于背斜的轴部地区。
（2）与局部构造匹配起来分析，裂缝相对发育区有两种情况：①在通南巴背斜构造的两翼地层较陡部位和局部构造转折端裂缝相对发育；②在断层的尾部裂缝相对发育。从构造理论分析，这些部位是构造应力比较集中的部位。
（3）裂缝方位的全区统计表明，NE-SW方向为裂缝发育的优势方位，与局部构造和断层的走向是一致的。之所以表现为单一的方向，分析认为，这是由于裂缝预测工区面积过大，预测裂缝方位的全区统计受到“平均”效应的缘故。在局部构造应力作用的影响下，不同构造部位裂缝的发育方向还是有一定的差异性的，如图4所示。S82井附近嘉陵江组二段储层的预测裂缝方向表现为NEE-SWW和NNE-SSW两组主要展布方向（圆圈内“小”玫瑰花图表示预测裂缝方位所占比例），与嘉陵江组岩心利用古地磁定向技术测得的裂缝方向是一致的（见图4中“大”玫瑰花图）。
图4 嘉陵江组二段储层裂缝预测方向与岩心古地磁定向检测方向对比
3 含气性预测研究
从地震勘探原理上说，有多种应用于油气预测的地震方法。从具体应用角度出发，可分为直接预测方法和间接预测方法两大类。直接预测方法是指以反射振幅和频率为属性信息的预测方法，包括亮点、低频效应、相位反转现象和振幅随炮检距变化（AVO）技术等。间接预测方法是指需要对地震信息做进一步的处理才能进行油气预测的方法，如频谱分析技术、聚类分析技术、模式识别技术等［7］。这些方法均不同程度地应用于储层油气预测工作中，并收到了一定的效果。但对于研究目的层埋藏深、储层厚度薄、地质构造复杂等特殊地质条件，上述油气预测方法不同程度地受到影响，实用性降低。首先，反射振幅由于受激发接收条件、波前扩散、吸收衰减、反射界面的几何效应以及地层岩性等多种因素的影响，利用该类属性进行油气预测时，一般认为存在较强的多解性，容易产生识别上的“陷阱”；其次，油气层并不都是表现为亮点，有时甚至表现为平点或暗点，使得利用亮点技术预测油气受到影响；而AVO技术在深层油气预测中也遇到了一定的困难，尤其是对于薄层，AVO特征常常不够明显。间接预测方法亦存在算法比较复杂、属性之间有时相关性不强等实际问题。近年来的研究和应用表明，频率衰减属性在油气预测中有着较强的敏感性和应用价值。
3.1 频率衰减属性预测含气性的依据
衰减是地震波在地下介质传播中总能量的损失，是介质内在的属性。引起地震波衰减的因素是介质中固体与固体、固体与流体、流体与流体界面之间的能量耗损［12］。理论研究和实际应用表明，在地质体中，如果孔隙发育，充填油、气、水时，会造成高频衰减加剧，地震反射吸收加大（尤其对于含气的情况）［8～12］。
Dilay和Eastwood在研究时间滞后三维地震资料的注汽井附近部分饱和气和地震波衰减之间的关系时发现，注汽期间井周围处于高温高压环境，气饱和趋于零。在油气生产期，井况恢复正常温度和压力，此时井中气体体积比注汽期间增加了5%左右。注汽期和油气生产期，井周围的地震资料在产气层都出现明显的高频衰减，而远离井的地震资料没有出现这种高频衰减，说明这种高频衰减是一种内部衰减，是岩石孔隙中气体和周围介质相互作用、相互摩擦的结果［13］。高频衰减程度与含气饱和度的大小是正相关的，如果定义频率衰减梯度（ATN_GRT）作为表征高频衰减程度的指标，则含气富集程度越高，频率衰减梯度（本身为负值，这里描述取绝对值，以下同）越大，相反亦然。
为了验证频率衰减梯度属性用于本区含气性预测的可行性，本文将通南巴地区H1井的全烃检测值和相应深度的频率衰减梯度值进行了对比，图5和图6分别是H1井嘉陵江组至飞仙关组录井全烃检测值与频率衰减梯度值随深度的变化图（为了充分显示各深度点全烃检测值的分布情况，对全烃检测值采用了对数刻度）。两图对比显示，全烃检测高值部位与频率衰减梯度高值部位具有很好的对应性，说明应用频率衰减梯度属性（ATNGRT）预测储层的含气性是可行的，而且是比较可靠的。
图5 H1井全烃含量随深度变化图
图6 H1井频率衰减梯度随深度变化图
3.2 含气性预测研究
3.2.1 气层频率衰减特征
在井-震精细标定的基础上，对目的层频率衰减梯度属性数据体进行了沿层提取。图7为沿H1井主测线（inline645）剖面的频率衰减梯度剖面（黄→红色为相对高值）和地震剖面对比图。从图中可以看出，产气层均很好地对应着频率衰减梯度高值，相对高频率衰减梯度分布在剖面上呈较好的成层性，反映出嘉陵江组二段气层和飞仙关组三段气层总体上表现为层状气藏。对比频率衰减梯度和地震剖面可见，产气层（对应高频率衰减梯度部位）均标定在地震反射的波谷处，而气层的上、下界面则表现为地震波的强反射（以嘉陵江组二段砂屑滩气层反射为特征）或反射轴分叉现象（以飞仙关组三段鲕粒滩气层反射为特征）。这说明，频率衰减梯度属性不仅对储层含气性有较好的反映，而且与地震反射特征也有较好的对应关系。
图7 沿H1井主测线嘉陵江组二段、飞仙关组三段
3.2.2 含气性分布预测与分析
在井-震精细标定的基础上，为了分析嘉陵江组二段和飞仙关组三段气层在平面和纵向上的分布规律，在研究中，沿标定的气层段向上和向下以5ms为间隔，进行了逐段时窗的沿层频率衰减梯度数据体的提取。图8至图10分别为飞仙关组四段底以下10～15ms和25～30ms及55～60ms时窗的沿层频率衰减梯度平面分布特征（其他时窗成果图略）。
图8 飞仙关组三段储层频率衰减梯度平面图（飞仙关组四段底向下10～15ms）
图9 飞仙关组三段储层频率衰减梯度平面图（飞仙关组四段底向下25～30ms）
图10 飞仙关组三段储层频率衰减梯度平面图（飞仙关组四段底向下55～60ms）
综合分析通南巴地区嘉陵江组二段和飞仙关组三段剖面和平面频率衰减梯度分布特征可见，目的层的气层分布具有以下特点：
（1）嘉陵江组二段储层含气有利部位分布在三维地震工区的牛羊坪、河坝场、丘家坪和马路背构造一带，成片分布，面积大。5ms等间隔时窗的频率衰减梯度值分布对比表明，在纵向上，沿H1井钻井揭示的嘉陵江组二气层段，向上和向下频率衰减梯度值均迅速减小至异常显示完全消失，这些特征说明嘉陵江组二段气层在平面上分布面积大，但纵向上气藏单一。这与储层预测成果所反映的特征是一致的，研究表明，嘉陵江组二段砂屑滩在整个通南巴构造带有着稳定的发育和分布，溶孔砂屑白云岩可作为良好储层。
（2）飞仙关组三段5ms等间隔时窗的频率衰减梯度值分布图（图8 至图10）反映出，飞仙关组三段储层含气有利部位分布在牛羊坪、河坝场和马路背构造靠近通南巴背斜构造轴部一带，但这些有利部位并不成片分布，而是在不同的层位呈局部分布，反映出飞仙关组三段具有单一气藏面积相对较小、纵向上多气藏发育和异位叠加的特征。这与储层预测成果所反映出的飞仙关组三段鲕粒滩灰岩储层只在局部构造发育的结论也是一致的。从图9来看，时窗内的飞仙关组三段气层（H1井钻井揭示气层段）分布面积较小，而向上漂移15ms左右（图8）和向下漂移30ms左右（图10）的层段处，频率衰减梯度异常区面积明显增加，这些区域应是飞仙关组三段储层勘探的有利部位。
4 结论
（1）叠前地震方位各向异性预测技术是目前预测裂缝分布比较理想的方法，它不仅能够预测区域上裂缝相对发育区的分布和裂缝的展布方向，而且与其他许多预测方法（如构造应力场模拟方法）相比，其优点还在于，利用频率属性数据体能够对“与流体有关的、具有开启特征”的裂缝发育状况进行预测。
（2）频率衰减梯度属性是一种预测储层含气性的有效而实用的属性，有着较强的研究和应用价值。研究表明，通南巴地区嘉陵江组二段和飞仙关组三段气藏在平面和纵向上具有不同的含气分布特征。井位部署不仅应考虑平面上的气藏分布特征，而且要考虑气层在纵向上的分布特点，以最大程度地钻遇有效气层；同时应考虑储层裂缝的发育情况，在储层裂缝相对发育区和含气性异常区部署井位，以最大程度地实现天然气藏的高效勘探和开发。
（3）综合储层裂缝预测和含气性预测成果分析认为，通南巴地区碳酸盐岩储层存在以裂缝-孔隙型和孔隙型为主的两种不同的储集类型，其中，河坝场构造以西地区以孔隙型储集类型为主，新场坝构造以东地区以裂缝-孔隙型储集类型为主，这对于不同储集类型气藏的勘探和分析有一定的指导意义。
致谢 研究工作得到马殿仁、冯琼、刘国萍、刘建党和李辛子等同志的帮助，表示衷心的感谢。
参考文献
［1］陈佳梁，兰素清等.裂缝性储层的预测方法及应用.勘探地球物理进展，2004，27（1）：35～40.
［2］季玉新.用地震资料检测裂缝性油气藏的方法.勘探地球物理进展，2002，25（5）：28～35.
［3］Maria A Perez，et al.Fracture detection in a carbonate reservoir using a variety of seismic methods.Geophysics.1999，64（4）：1266～1276.
［4］Bruce S，Geoffrey C，et al.3-D seismic horizon-based approaches to fracture-swarm sweet spot definition in tight-gas reservoirs.The Leading Edge，January，2002：28～35.
［5］曲寿利，季玉新，王鑫等.全方位P波属性裂缝检测方法.石油地球物理勘探，2001，36（4）：391～397.
［6］Feng Shen，Jesus Sierra，et al.Azimuthal offset-dependent attributes applied to fracture detection in a carbonate reservoir.Geophysics.2002，67（2）：355～364.
［7］董敏煜.地震勘探.北京：石油工业出版社，2004.
［8］孙渊，李津.地震多参数储层及油气预测应用研究［J］.西安工程学院学报，1998，20（1）：55～60.
［9］黄中玉，王于静，苏永昌.一种新的地震波衰减分析方法.石油地球物理勘探，2000，35（6）：769～773.
［10］许多，李显贵，刘殊，王斌.合兴场地震资料吸收油气预测研究.物探化探计算技术，2000，22（1）：56～58.
［11］谢凤兰，李俊珍.吸收系数在WJ构造储层横向预测中的应用.石油物探，1997，36（1）：77～82.
［12］朱红涛.分频吸收系数技术在莺歌海盆地乐东地区储层横向预测中的应用.天然气勘探与开发，2002，25（4）：62～67.
［13］Dilay A，Eastwood J.Spectral analysis applied to seismic monitoring of thermal recovery.The Leading Edge，1995，14（11）：1117～1122.