断-貌双控渤中26-6油田太古界潜山储层综合预测

Fault-Landform Double Controlled Archean Buried-Hill Reservoir Integrated Prediction for BZ26-6 Oil Field, Bohai Bay

摘要

渤中26-6油田太古界潜山储层品质受风化程度与裂缝发育共同控制，为实现储层评价与储量动用，形成基于断-貌双控的太古界潜山储层综合预测技术. 潜山上覆地层时代关系与沉积厚度决定了潜山风化剥蚀程度，基于此通过古地貌恢复实现储层风化程度平面分区. 印支期形成的近东-西向高角度断裂与印支至喜山期长期活动的边界正断层对油田裂缝发育起重要控制作用，基于Radon变换与蚂蚁体技术实现裂缝发育平面预测. 以风化程度平面分区为低频，裂缝发育平面预测为高频，利用高阶小波变换技术实现高、低频信息有效融合，综合表征储层品质. 基于融合属性将储层划分为I类、II-1类与II-2类，I类储层品质最佳，为东营组地层沉积之前太古界潜山持续出露同时裂缝带发育区域. II-1类储层品质次之，为沙河街组地层沉积之前太古界潜山持续出露同时裂缝带发育区域. II-2类与II-1类储层品质接近，为东营组地层沉积之前太古界潜山持续出露但裂缝带一般发育区域. 分类结果与测井及测试资料认识吻合，指导建立了油田储量动用策略，证实基于风化及裂缝发育主控因素开展地震储层预测，并基于属性融合方法实现结果综合的太古界潜山储层技术思路具有实用意义.

关键词

太古界潜山 / 古地貌 / 风化程度 / 高角度断裂 / 裂缝预测 / 属性融合 / 小波变换 / 石油地质

Key words

Archean buried hill / ancient landform / weathering degree / high-anglefault / fracture prediction / attribute fusion / wavelet transform / petroleum geology

渤中26-6油田是继渤中19-6气田之后渤南低凸起新发现的又一大型潜山油气田，油田主要含油气层段位于太古界变质岩潜山储层，储层品质受风化程度与裂缝发育共同控制，横向变化剧烈，井距在1~2 km的3口已钻探井储层厚度差异超过250 m. 古地貌恢复是表征潜山储层风化剥蚀程度的主要技术，渤海海域3个潜山构造储层发育厚度与上覆地层厚度及时代关系证实古地貌对变质岩潜山储层的发育程度具有重要控制作用（周心怀等，2022）. 范廷恩等（2021）利用时间地层厚度方法有效圈定了渤中19-6气田风化带有利区. 然而，现有利用古地貌恢复的潜山风化带有利区研究多为宏观定性分析，基于古地貌半定量预测潜山风化程度的研究鲜有报道. 裂缝发育是控制潜山储层品质的另一个重要因素（吕丁友等，2009；李建平等，2014；徐长贵等，2019；薛永安等，2020；张志军等，2021；徐珂等，2022），地震裂缝预测技术是潜山储层预测研究的核心内容之一，地震裂缝预测包括叠前、叠后两大类方法，可实现对大、中尺度裂缝带的有效预测（王建花等，2021；范廷恩等，2022；印兴耀等，2022）. 叠前裂缝预测结果描述裂缝带的尺度更加精细，但完全基于振幅、速度等方位各向异性或方位杨氏模量近似公式，区域地质模式认识难以干预预测过程，常导致预测结果缺乏地质意义. 范廷恩等（2022）考虑高角度断裂对裂缝发育的主控作用，将提取的高陡反射信息映射为叠前宽方位振幅方位各向异性预测中的先验权重，有效改善了叠前裂缝预测结果与区域地质认识的吻合. 叠后裂缝预测技术主要描述宏观、大尺度裂缝带（姜晓宇等，2020；李蒙等，2020；刘振峰等，2021），能够根据地质主控因素选择相应地球物理技术，从而一定程度上提升预测结果地质意义. 当地层构造作用是裂缝发育主控因素时，面曲率属性通过刻画地层变形程度能够较好地预测大尺度裂缝带（刘俊州等，2021）. 以区域断裂主要发育方向与角度为约束，断裂似然体、蚂蚁体、人工智能断裂检测等技术预测的微断裂带较为落实（杨勉等，2014；王威等，2021）. 渤海太古界潜山内幕高角度断裂是裂缝发育的主控因素，高陡反射刻画技术与绕射波属性能够有效预测潜山构造缝富集区带（张志军等，2021；范廷恩等，2022）. 但是，裂缝预测结果主要反映具有高频特性的裂缝发育信息，而古地貌反映具有低频背景特性的风化有利区信息，潜山储层品质受裂缝发育与风化程度共同控制，综合考虑上述高、低频信息的潜山储层综合预测研究鲜有报道.

为综合考虑风化程度与裂缝发育对储层品质影响，实现储层有效评价与储量动用，本文形成断-貌双控太古界潜山储层综合预测技术. 潜山上覆沉积地层厚度与时代关系控制潜山风化剥蚀程度，通过古地貌恢复梳理潜山上覆地层时代关系，形成考虑风化程度的储层平面分类. 印支期形成的近东-西向高角度断裂与印支至喜山期长期活动的南倾边界正断层对油田裂缝发育起重要控制作用，利用Radon变换与蚂蚁体技术预测裂缝带平面分布. 以风化程度预测结果作为低频背景，裂缝发育平面预测结果作为高频信息，利用高阶小波变换技术实现低频与高频信息的有效融合，基于融合属性实现储层分类，综合表征储层品质.

1 地质概况

渤中26-6油田位于渤南低凸起西段，西距渤中19-6气田约32 km，与渤中19-6构造同处于印支期挤压形成的大型古隆起带之上（谢玉洪等，2018；施和生等，2019），南北夹持于黄河口和渤中两大富烃凹陷，成藏位置优越（图1）. 油田构造主体区整体较为平缓，呈现为西高东低，中间鞍部的三段式格局，发育东、西两个局部高点，西高点较东高点高75 m.

本区主要经历印支、燕山及喜山三期构造运动，其中印支期是影响潜山储层发育的关键时期. 印支期受近SN向挤压作用形成了近EW轴向的褶皱构造，抬升隆起地层遭受风化剥蚀，构造主应力方向近NNE向，断裂发育以近NWW向逆冲断裂为主. 燕山期受NWW向挤压作用影响，构造持续抬升，西北侧的渤中19-6构造处于逆冲挤压前锋带，整体西高东低，构造主应力方向近NW向，断裂发育以近NE向压扭剪切性断裂为主. 喜山早期区域整体受SN向伸展构造作用控制，在本区右旋走滑运动下构造反转，渤中19-6构造率先深埋（埋深4 000~5 500 m），渤中26-6构造持续风化剥蚀，断裂发育以近NWW向张性断裂与近NEE向张扭剪切性断裂为主. 喜山晚期进入相对平静的全面拗陷埋藏期，随着新生代地层快速沉降，渤中26-6潜山深埋定型（埋深3 600~4 100 m），形成潜山现今构造格局.

2 古地貌恢复与潜山风化程度平面预测

钻井揭示渤中26-6油田主体区太古界变质岩潜山之上依次上覆古近系东营组、新近系馆陶组、明化镇组、以及第四系平原组地层沉积，局部区域上覆古生界、中生界、古近系沙河街组地层沉积. 潜山上覆沉积地层厚度与时代关系控制潜山风化剥蚀程度，全区追踪解释太古界潜山顶面（Tg₈），中生界地层顶面（T₈），古近系沙河街组地层顶面（T₃）以及东营组地层顶面（T₂）共4套层位，地层缺失区域借用下伏更老地层的层位解释，利用时间地层厚度方法梳理潜山上覆地层时代关系（图2）.

图3分别展示了中生界地层沉积末期潜山古地形（利用Tg₈与T₈时间地层厚度得到）、沙河街组地层沉积末期中生界古地形（利用T₈与T₃时间地层厚度得到）以及东营组沉积末期沙河街组古地形（利用T₃与T₂时间地层厚度得到）. 沙河街组地层沉积之前（图3a），太古界潜山主要出露于区域中部，表现为南高北低构造格局，向北构造逐渐变低，依次沉积古生界、中生界地层. 东营组地层沉积之前（图3b），区域整体表现为北高南低构造格局，油田主体区太古界潜山持续遭受风化剥蚀. 东营组沉积末期（图3c），太古界潜山均被上覆沉积地层覆盖，再无出露.

对比3张古地形图同时结合图2地震剖面能够看到：

油田中部未沉积古生界、中生界以及古近系沙河街组地层. 潜山出露时间最长，风化剥蚀程度最强. 同时东营组地层厚度进一步反映潜山风化剥蚀程度变化，东营组地层沉积越薄风化程度越强.

油田北部沉积了古生界、中生界地层，但未沉积古近系沙河街组地层. 说明在古生界、中生界地层填平补齐后，沙河街组地层沉积期间，油田北部可能因构造运动处于构造高部位，未接受沙河街组地层沉积. 也可能受风化作用沉积的沙河街组地层被剥蚀. 无论何种原因，油田北部区域因为沉积古生界、中生界地层，导致潜山出露时间最短，风化程度最弱. 同时古生界、中生界地层厚度进一步反映风化剥蚀程度变化.

油田南部及中西部区域未沉积古生界、中生界地层，但沉积古近系沙河街组地层. 因此南部及中西部区域潜山风化剥蚀程度介于中部与北部之间，风化程度中等. 同时沙河街组地层沉积厚度进一步反映风化剥蚀程度变化.

基于上述分析形成基于时间地层厚度的太古界潜山风化程度平面分类，如图4所示，强风化程度区为东营组地层沉积之前，太古界潜山持续出露遭受风化剥蚀区域（图4a）. 中风化程度区为沙河街组地层沉积之前，太古界潜山持续出露遭受风化剥蚀区域（图4b）. 弱风化区为潜山上覆有中生界、古生界地层区域（图4c），其中既沉积中生界又沉积古生界地层区域潜山风化程度最弱，只沉积中生界地层区域潜山风化程度稍强.

基于逻辑运算与数学变换对上述3类风化程度预测结果进行融合（图5），形成考虑潜山风化程度的储层平面分类属性，作为反映潜山储层品质的相对低频信息，具体实现过程为：

Arc _{a ， b} ｛min［（ r ₁ -a ₁）/b ₁］=c ₁｝，
Arc _{a ， b} ｛max［（ r ₁ -a ₁）/b ₁］=c ₂｝，
Arc _{a , b} ｛min［( r ₂ -a ₂)/b ₂］=c ₂｝,(1)
Arc _{a ， b} ｛max［（ r ₂ -a ₂）/b ₂］=c ₃｝，
Arc _{a ， b} ｛min［（ r ₃ -a ₃）/b ₃］=c ₃｝，
Arc _{a ， b} ｛max［（ r ₃ -a ₃）/b ₃］=c ₄｝，

其中：Arc _{a ， b} 表示反求a，b参数；min（），max（）代表取最小、最大值函数； r ₁， r ₂， r ₃ 分别代表图4强风化区、中风化区、弱风化区预测结果；c ₁~c ₄为预先设定的融合属性值域的节点值，有c _{1 <}c ₂ <c ₃ <c ₄；a ₁，a ₂，a ₃与b ₁，b ₂，b ₃为待求解的比例系数. 根据式（1）求解得到a，b比例系数后，按照 r’=（ r -a）/b分别对图3结果进行变换，从而实现了变换后强风化区、中风化区、弱风化区预测结果的值域分别为［c ₁，c ₂］，［c ₂，c ₃］，［c ₃，c ₄］，之后对结果取并集即实现属性融合.

3 断层期次划分与裂缝地震预测

结合断层活动时间、控制作用、空间规模、断层性质将油田内主要断裂划分为4类（图6）. （1）潜山内幕断层：受印支早期近SN向挤压作用形成，印支期活动，以近EW与NWW向展布为主，对圈闭、构造无明显控制作用，对潜山裂缝发育起重要控制作用，地震剖面上整体表现为高陡、强振幅、断续反射特征（图7）； （2）早期活动断层：印支期形成，印支期至燕山期活动，以近SN向展布为主，控制潜山整体圈闭形态，对裂缝发育影响相对较小； （3）长期活动断层：印支-燕山-喜山期受挤压-走滑拉张-挤压构造旋回作用控制而长期活动，以南倾为主，近NW走向为主，为控制圈闭形态的边界断层（见图6与图7中Fa、Fb），对潜山裂缝发育具有重要控制作用； （4）晚期活动断层：喜山期之后开始活动，进一步将潜山断裂系统复杂化，对裂缝发育影响有限.

潜山内幕高角度断裂与印支-燕山-喜山期长期活动的南倾边界正断层是渤中26-6太古界潜山储层构造缝发育主控断裂. 通过野外露头调研，类比现代花岗岩地貌表明：渤中19-6、渤中26-6地震剖面潜山内幕高陡反射与高角度断裂密切相关. 高陡反射主要成因为高角度及垂直的断裂节理面，裂缝依附在节理面上发育，节理控制裂缝整体发育格局. 断裂节理面历经沉降、活化形成潜山断裂系统，对应现在地震剖面上看到的潜山内幕高陡反射. 同时，渤中19-6气田开发实践证实潜山优质储层地震相具有内幕断面清晰、强振幅、高陡断续反射特征，高陡反射发育部位探井钻遇储层厚度、生产测试情况普遍较好. 而在渤中26-6油田（图8），地震剖面上2井附近高陡反射特征明显，这与2井钻遇太古界潜山储层厚度达310，净毛比（储层段厚度/钻进潜山厚度）达0.39吻合，4井附近高陡反射发育程度一般，这与4井钻遇储层厚度仅105 m，净毛比为0.30相吻合. 进一步说明地震高陡反射特征明显部位潜山裂缝性储层更加发育，即高角度断裂是控制渤中26-6潜山裂缝发育的重要因素.

实现高角度断裂与长期发育的南倾边界断层的地震刻画表征是预测潜山裂缝发育带的关键. 针对潜山内幕断裂在地震剖面上表现为高陡、断续的形态特征，利用Radon变换技术从三维地震资料中预测高陡反射. 该技术广泛应用于地震信号处理领域，包括地震反射同向轴识别、数据保幅重建等（Sabbione et al.， 2016；Gholami et al.， 2018），通过对数据沿给定空间路径积分，能够追踪地震数据中具有特定形态的反射信号，将原始时-空域信号分解为Radon域稀疏散点. 通过进一步阈值化处理再反Radon变换至时-空域，从而实现高陡反射与非高陡反射信号的有效分离. Radon变换公式可表达为：

m ( p_x , p_y , \tau ) = \sum _x \sum _{y}d(x,y,t=\tau +p_{x}x+p_{y}y) . (2)

反Radon变换公式为：

d ( x , y , t ) = \sum _{p_x} \sum _{p_y}m(p_x,p_y,\tau =t-p_{x}x-p_{y}y) , (3)

其中：m为三维地震数据体d的Radon域变换结果，x，y，t分别代表主测线、联络测线、时间方向，p_x，p_{y ，} τ分别代表主测线方向斜率、联络测线方向斜率、时间截距. 通过Fourier变换可将式（3）写为矩阵-向量系统：

其中： d 为时-空域三维地震数据； L 为Radon变换算子矩阵； m 为 d 经过Radon变换后得到的Radon域系数矩阵. 利用最小二乘反演框架求解得到式（4）中系数矩阵 m，进一步通过阈值处理在Radon域中压制非高陡反射信号，最后对阈值结果进行反Radon变换，得到时-空域高陡反射信号刻画结果. 连井地震剖面与对应Radon变换高陡反射刻画结果（图8）表明：Radon变换技术有效刻画了潜山内幕高陡反射，与地震剖面吻合度较高.

基于Radon变换成果提取平面属性预测潜山内幕高陡反射平面展布（图9a），结果与各井钻遇太古界潜山储层厚度整体较为吻合. 同时利用蚂蚁体技术从地震资料中追踪微断裂带平面分布（图9b），蚂蚁体属性与Radon变换高陡反射刻画属性具有一致性，均反映出2井区为裂缝带集中发育区域，同时靠近边界断层裂缝带相对更为发育，此外，蚂蚁体属性显示裂缝主要发育方向为近EW及NE向，这与裂缝主控断层发育方向一致. 结合高陡反射刻画属性与蚂蚁体属性，融合形成反映潜山裂缝发育程度的综合预测属性（图9c），整体反映相对高频的裂缝发育程度平面变化.

\mathit{d} = \mathit{L} \mathit{m} . (4)

4 基于高阶小波变换的太古界潜山储层综合预测

实现反映低频背景信息的潜山风化程度预测属性（图5）与反映高频细节信息的裂缝发育预测属性（图9c）有效融合，对于综合预测渤中26-6油田太古界潜山储层品质，指导其储量动用具有重要意义. 基于小波变换的多属性融合技术能够较好地捕捉信号轮廓特征，具有灵活局部性与方向性，以及多尺度信息表征优势，近年来在图像融合领域应用广泛（李芳等，2014；吴海波等，2014；谢成芳等，2014；汤韦等，2022）. 本文基于高阶Haar小波变换实现上述两种属性预测结果融合.

属性融合流程如图10所示，首先利用Haar小波变换将潜山风化程度预测属性与裂缝发育预测属性进行多级分解，得到两种属性的低频子带系数与不同尺度、不同方向的高频子带系数. 进一步分别设计低频子带系数与高频子带系数融合规则，将分解得到的潜山风化程度预测属性、裂缝发育预测属性的低频、高频子带系数分别按照低频融合规则与高频融合规则进行融合，得到Haar小波域的低频子带、高频子带融合结果，最后利用Haar小波反变换得到x-y域两种属性最终融合效果.

经过高阶Haar小波分解得到的两种属性的低频与高频子带系数分别为：

( L_{\mathrm{1}} , H_{\mathrm{1}}^{\mathrm{h}} , H_{\mathrm{1}}^{\mathrm{v}} , H_{\mathrm{1}}^{\mathrm{d}} ) , ( L_{\mathrm{2}} , H_{\mathrm{2}}^{\mathrm{h}} , H_{\mathrm{2}}^{\mathrm{v}} , H_{\mathrm{2}}^{\mathrm{d}} ),(5)

其中： ( L_k , H_k^{\mathrm{h}} , H_k^{\mathrm{v}} , H_k^{\mathrm{d}} )代表第k（k=1，2）种属性变换后的子带系数；L代表低频子带系数；H ^h，H ^v，H ^d分别代表沿水平方向、垂直方向与对角线方向的高频子带系数. 通过试错法优选两种预测属性在低频子带与高频子带融合的最佳权重配比，得到在低频子带与高频子带中，潜山风化程度预测属性与裂缝发育预测属性分别按照7∶3与3∶7加权融合能得到较好的融合效果（图11）.

融合属性综合考虑了风化程度与裂缝发育对太古界潜山储层品质的影响，基于融合属性圈定出油田范围内储层品质较好的I、II-1、II-2类储层展布范围，结合地震与Radon变换高陡反射刻画成果的剖面标定（图12）能看到：I类储层主要分布于2井区，这类储层整体表现为东营组地层沉积之前太古界潜山持续出露遭受风化剥蚀，同时高角度断裂带发育，储层品质最佳. II-1类储层主要分布于2井南部断层以南以及3井区，表现为太古界潜山上覆沉积有沙河街组地层，风化剥蚀程度受到一定程度影响，但高角度断裂带较为发育，储层品质次之. II-2类储层主要分布于2井区北侧及西北部，这类储层表现为东营组地层沉积之前太古界潜山持续出露遭受风化剥蚀，但裂缝带发育程度一般，储层品质接近II-1类储层. 利用生产测试资料验证储层分类结果合理性：2井测试日产油达325方，有效厚度超200 m，这与2井位于潜山持续出露区，同时高角度断裂发育（图12），储层品质最佳的认识相一致. 3井测试日产油达300方，有效厚度约100 m，3井周围风化程度弱于2井，但高角度断裂发育（图12），这解释了3井测试储层有效厚度低于2井，但日产油量基本相当. 基于融合属性的储层分类结果指导建立了渤中26-6油田储量动用策略.

5 结论

渤中26-6油田太古界潜山上覆地层时代关系与沉积厚度控制潜山风化程度，古近系东营组地层沉积之前太古界潜山持续出露区域风化程度最强，太古界潜山上覆古近系沙河街组地层沉积区域风化程度次之，太古界潜山上覆中生界、古生界地层沉积区域风化程度最弱. 印支期形成的近东-西向高角度断裂与印支至喜山期长期活动的边界正断层是油田裂缝发育的主控断裂.

通过古地貌恢复形成的储层平面分类能较好地反映潜山风化程度，利用Radon变换与蚂蚁体技术形成的裂缝预测属性能较好地反映裂缝发育程度. 基于高阶小波变换，以风化程度预测结果作为低频，裂缝发育平面预测结果作为高频，形成的融合地震属性能综合表征太古界潜山储层品质.

利用风化及裂缝发育主控因素驱动地震储层预测并进行结果融合的太古界潜山储层综合预测思路具有一定实用意义.

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基金资助

中国海油集团公司十四五重大科技项目(KJGG2022-0700)