断层和裂缝尺度识别的地球物理方法探讨

2011-04-26 03:57潘仁芳油气资源与勘探技术教育部重点实验室长江大学湖北荆州434023
长江大学学报(自科版) 2011年7期
关键词:测井电阻率尺度

潘仁芳 (油气资源与勘探技术教育部重点实验室(长江大学),湖北荆州434023)

金吉能 (长江大学地球科学学院,湖北荆州434023)

断层和裂缝的识别和预测是构造解释和储层表征工作中的重要部分。就地球物理研究方面,近年来发展起了很多断层和裂缝的识别方法。由于受作用影响的不同,断层和裂缝形成了不同的尺度和规模。这样就大大增加了断层和裂缝识别的难度和精度,尤其在小断层和裂缝方面。为了提高识别的精度,可采用不同的方法来识别不同尺度的断层和裂缝。通过认识断层和裂缝的尺度特征和分类,讨论出其在不同尺度下的典型识别方法以及实际应用性。为此,笔者认为对这一认识和想法进行探讨是有必要的。

1 断层和裂缝的尺度特征和分类

断层和裂缝主要是由区域构造作用形成的,受构造规模和时间的影响往往会形成不同大小和规模的断裂带;也有些是沉积和成岩过程中形成的小断层和细微裂缝。这种发育规模和大小及其地球物理响应上的差异就是断层和裂缝的尺度特征。

依据上述尺度特征,可将断层和裂缝分别进行尺度分类。其详细分类及特征情况如表1所示。

表1 断层和裂缝的尺度分类和特征

2 断层识别方法

2.1 大断层的识别

大断层由于错断距离很大,在地震剖面和水平时间切片上可以用肉眼就能明显地识别和辨认出来。地震剖面上断层反映纵向上的变化,常见的断层标志主要包括反射同向轴突然减小、波组和波系错断、反射层产状突变、狭长的波形杂乱带以及断面波的出现等;而水平时间切片上断层反映横向上的变化,主要有同向轴错断、同向轴走向和宽度突变等断层特征[1]。因此,找准断层标志和特征就能对大断层进行有效地识别和解释。

2.2 小断层的识别

断层解释中,经常会遇到解释层位段同向轴发生分叉、合并、扭曲、强相位转换等现象。一般情况下,这些现象都是小断层的表现 ,故可作为小断层的识别标志[1]。然而,在实际剖面上小断层的表现不够明显,很容易被误认和忽略。为了更好地识别小断层的发育情况,通常可采用地震相干分析技术[2]来实现。

地震相干分析技术在地震资料解释和储层预测中已被广泛应用,其基本原理是通过计算多地震道之间或不同地震道与标准道间的相似系数,运用多道相似性原则找出波形特征变化与相似系数的关系,并根据相似系数的变化规律来识别和描述引起地震道间波形特征变化的断层、裂缝等地质因素。在三维相干数据体中具有一定规则的低相干值的空间展布特征能直观展示断层,特别是小断层在平面上的发育情况,且具有较高的可靠性[3]。某工区1700ms处的水平相干切片图如图1所示。从图1中除了能分辨出主要断裂的分布情况外,也能清晰分辨出一些常规构造解释难以发现的小断层及其附近岩层的破裂程度。

图1 某工区1700ms处的水平相干切片图

3 裂缝识别方法

3.1 大尺度裂缝的识别

裂缝识别的地球物理方法很多,除了地震相干技术及其改进方法外,还包括声波全波列测井[4]、成像测井[5,6]、地层倾角测井[5]等测井方法以及P波方位各向异性[3]、多波多分量[3]、多尺度边缘检测[7]和VSP裂缝检测[8]等地震方法。对比上述方法,可发现多方位AVO裂缝识别方法实用性强,应用效果明显[9,10]。依据大尺度裂缝的尺度特征,可采用该方法来识别大尺度裂缝。

在砂泥岩、碳酸盐岩的沉积地层中,裂缝的不均匀分布是造成地层方位各向异性的主要原因。当地震波在裂缝性地层中传播时,以不同方位入射的地震波在速度和振幅上也表现出明显的方向性差异,即速度和振幅各向异性。这种差异具体表现为从三维地震道集资料中分析出的不同方向上的属性参数变化,其中AVO属性参数变化最为敏感。通过预测这些属性参数的变化分布来达到对地层裂缝识别的目的。多方位AVO裂缝识别方法正是基于以上原理来对裂缝属性 (即裂缝走向和裂缝密度)进行识别和预测的。

图2 AVO斜率G属性的差异平面预测图

某目的层段AVO斜率G属性的差异平面预测图如图2所示。图2中色棒正负极值分别代表该属性差异的正负异常值。负异常的差值反映的是垂直主测线方向的北西向裂缝,正异常的差值反映的是平行主测线方向的北东向裂缝。现场实践证明,预测的裂缝分布与实际情况基本符合[9]。

3.2 微小裂缝的识别

对于微小裂缝来说,由于其发育规模和尺度相比较小,采用地震方法不容易对其进行有效识别,这主要是由于受地震垂向分辨率低的影响,而测井的分辨率高,则能弥补地震方法上的缺陷。因此,可利用测井识别方法对井筒周围处的微小裂缝进行有效识别。在测井识别方法中,由于成像测井识别裂缝的精度较高,因而广泛应用于作业现场。

图3 微电阻率成像测井识别出的裂缝

成像测井方法根据裂缝发育处与围岩的电阻率差异来识别裂缝。具体地说,在钻井时井筒周围处于开启状态的有效缝容易被钻井液侵入。除泥岩外,由于其他岩类的电阻率都比钻井液的电阻率大得多,这样在有效裂缝发育处的电阻率就相对较低,因而可以在电阻率井壁图像上清晰地反映出来,而且当井壁岩石和钻井液电阻率的差异越大,裂缝就越容易识别。实际测井输出的电阻率图像是沿井壁正北方向向右的展开图,完整平直的有效裂缝在电阻率图像上是1个波长的正弦曲线[6](见图3)。根据正弦曲线的特征和分布,可以确定有效裂缝的方位和倾角。这样在利用成像测井方法测试的井段内,可以获得井孔范围内裂缝的三维分布特征。

3 结 语

由于断层和裂缝受不同程度构造运动的影响所形成的规模和大小不同,加之不同地球物理方法存在分辨率和保真度的差异,导致在断层和裂缝的识别上存在尺度上的差别。因此,有必要采用不同方法来识别不同尺度的断层和裂缝。在断层识别上,利用地震剖面和水平切片来解释出大断层,采用相干分析方法来识别小断层;在裂缝识别上,主要采用多方位AVO方法识别大尺度裂缝的发育特征,采用成像测井方法来识别微小裂缝的特征情况。实际应用表明,上述方法在相应尺度断层和裂缝上的识别效果较好,可以为地震解释和储层表征工作提供参考。

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