【摘要】：碳酸鹽巖油藏是世界上儲量最多的油藏,據統計,全球已發現的945個大型油氣田中,有300多個油田屬碳酸鹽巖油藏,儲量占47%；全球碳酸鹽巖油藏的油氣產量約占世界油氣總產量的60%。但碳酸鹽巖油藏同時也是預測難度最大的油藏。近年來,我國在碳酸鹽巖油藏勘探和開發中取得了明顯的進展,先后在塔中、塔北地區奧陶系發現了油氣高產富集區,碳酸鹽巖油藏的儲量在中國石油儲量中也占到了很大的比重,例如塔河油田、輪古油田、塔中坡折帶地區的奧陶系灰巖油藏,鷹山組風化殼的勘探也獲得了重大突破,使塔里木盆地臺盆區碳酸鹽巖油氣勘探成為了目前中國石油重要的勘探領域。塔里木輪古油田是我國目前碳酸鹽巖油藏的大型油田之一,制約油田勘探開發的關鍵問題主要是碳酸鹽巖縫洞系統發育及分布規律預測。縫洞系統的預測是世界性的難題,尤其是中國碳酸鹽巖孔洞縫三重介質體系在國外也鮮有類似,目前并沒有有效通用的預測手段。近年來,碳酸鹽巖油氣藏勘探技術受到普遍重視,勘探中也見到一定效果,但關鍵技術仍未突破,建立碳酸鹽巖縫洞系統的地質模型是碳酸鹽巖儲層分布預測的關鍵問題。因此,對輪古地區奧陶系巖溶管道進行三維地質建模,特別是對巖溶縫洞儲集系統體系和研究方法進行深入探討,對于發展中國海相碳酸鹽巖油氣地質理論,確定塔里木盆地碳酸鹽巖油氣勘探方向,將有效的推動碳酸鹽巖油氣勘探開發。本論文以塔里木盆地輪古油田奧陶系為重點解剖對象,充分運用地震、地質、測井、錄井、物性等資料,以碳酸鹽巖儲層地質學理論為指導,結合巖溶水文學等理論和技術方法,在裂縫模型、初始層模型等條件的約束下,尋找一套綜合多學科建立復雜碳酸鹽巖巖溶管道系統的三維地質模型的方法,為塔里木油田奧陶系縫洞型油藏勘探及評價部署提供重要的理論指導和技術支持。選題密切追蹤建模國際前沿和熱點,進行巖溶管道系統建模的工作研究,將不僅推動縫洞型碳酸鹽巖儲層研究向定量化、精細化的方向發展,而且將豐富儲層建模技術的理論和應用,具有明顯的理論和實際意義。取得的主要認識如下：1.區域性的地層產狀影響巖溶洞穴的發育在對工區地震剖面上的洞道進行追蹤時,可以發現一部分洞道是順層發育的,明顯受巖層產狀控制,這種洞道與Ford的四狀態模式是相吻合的。從地下水動力學角度說明徑流帶的地下水運動受區域性排泄基準面和巖層傾向的雙重控制,因此需要將巖層的傾斜方位信息作為自動追蹤算法的一個約束條件來確保巖溶洞穴的發育方向與構造情況一致。2.高線性體密度條帶指示巖溶洞道的發育方向線性體密度是一種反映斷裂裂縫帶等線性構造密集程度的參數,最初用以分析探礦產及能源賦存和工程地質及地震地質的構造條件,后用來預測現今巖溶系統中連接落水洞和巖溶泉的洞穴路徑。該方法基于巖溶管道會優先選擇巖層裂紋化程度高的路徑發育,因此可以推斷出高的線狀體密度可以指示出巖溶管道的存在性。不同與現今巖溶,本文線性體密度法引入到古巖溶系統的巖溶管道預測中,該方法涉及的一些參數,如入水口和排水口位置的確定,地層傾斜方位信息和初始線性體密度DL,無法采用現今巖溶中的技術手段獲取,論文依據現有資料對參數做相應修改。(1)運用實際應用中將鉆遇洞穴的井點或地震剖面上有明顯串珠狀反射特征的點,作為預設洞道“起點”和“終點”或約束點。(2)采用恢復巖溶古地貌背景下的地層層面的傾角和方位角屬性來反映古巖溶地質構造特征。由于奧陶系頂面(Tg52)受風化和大氣淡水淋濾侵蝕等物理化學作用影響不能反映巖溶時期地層的構造形態,研究中選擇潛山內幕鷹一段-鷹二段界面(Tg53-1)提取地層傾斜方位信息。(3)采取螞蟻追蹤法獲取初始線性體密度DL。對螞蟻追蹤數據體進行沿層(Tg53-1)瞬時振幅屬性提取,建立20mx20m的網格,網格的屬性作為初始線性體密度DL。高線性體密度值只能代表巖溶洞道更可能沿該條帶發育,因此線性體密度法預測巖溶洞道需要其他參數進行約束。針對目前地震屬性預測洞道的主觀性和不確定性,本文提出運用以反映斷裂信息的螞蟻追蹤屬性為基礎,裂縫的各向異性和地層傾斜方位為約束條件的線性體密度法,在地震振幅屬性預測洞道的基礎上,具體對某段屬性上刻畫的洞道選取相應時間深度作切片計算線性體密度,可以修正并完善振幅屬性預測洞道,從而使巖溶洞道的預測更為準確且有據可循。3.建立輪古油田中斜坡區初始層的劃分原則并對工區劃分出3個初始層Lowe認為徑流帶條件下,巖溶管道將優先沿著有限數量的沉積地層發育,這種特定的沉積地層即為初始層。初始層的劃分需要遵循以下原則：(1)選擇標準層標準層應該為巖溶發育后沉積的相對穩定的地層,這樣計算的洞穴與標準層之間的距離能準確的反映巖溶作用時期的洞穴發育特征,從而有效的區分巖溶作用期次。中斜坡區鉆井上鷹山組洞穴一般位于鷹一段內,通過對鷹山組各個地震層位進行詳細分析,選取Tg53-2即鷹二段底為標準層,該層巖性為純灰巖,相對于Tg52(大型不整合面)和Tg53-1(鷹一段底)更穩定,為巖溶作用后相對穩定的地層,地震上可識別追蹤。(2)計算洞穴與標準層的之間的垂向距離采用鉆井、測井及地震識別洞穴的方法統計研究區洞穴發育情況,主要統計徑流帶洞穴尺度大于2米的洞穴。徑流帶一般被滲流帶侵入,所以洞底比洞頂能更好的代表初始層準確位置。計算Tg53-2鷹二段底面(標準層)的地層傾角,從而得到洞底與標準層的垂向距離。由統計結果繪制與垂向距離相關的洞穴所占比例圖。圖中三個峰值代表相較于地層中均勻分布的洞穴峰值處具有更高的洞穴密度,代表巖溶發育集中的層,為研究區巖溶發育的3個初始層。初始層位于Tg53-2鷹二段底面往上65ms處,其次使85ms,最遠的是105ms(該處與不整合面之間的距離最短),可以通過對Tg53-2選取3個小時窗建立初始層面。4.初始層與洞穴層具有很好的對應關系通過對中斜坡區巖溶水文學分析,根據奧陶系巖溶地貌侵蝕階地、河流主裂點及上覆石炭系地層上超相位終止等現象,結合該區區巖溶古地貌特點,對中斜坡區劃分五個巖溶臺面,研究工區主要分布在臺面2、臺面3和臺面4上。這3個臺面相對應的洞穴層正好與劃分的3個初始層相吻合,即這3個初始層分別對應于第一洞穴層,第二洞穴層和第三洞穴層,表明初始層與洞穴層具有很好的對應關系。5.建立研究工區裂縫隨機模型本次研究在Tg52內部選取鷹山組鷹二段底面Tg53-2層位來反映輪古地區海西早期古構造形態,即構造模型的頂面為潛山不整合面Tg52,底面為Tg53-。采用螞蟻追蹤識別斷裂及裂縫,同時八次迭代螞蟻追蹤的結果,減少螞蟻體中的小的不連續,保留大的斷裂信息,從而反映主要的斷裂及裂縫趨勢。用方差體、最大負曲率體及距斷裂距離通過神經網絡聚類分析擬合的特征屬性和變差函數為約束條件,通過克里金插值的方式計算出研究區的裂縫密度體綜合多屬性約束下的裂縫密度體和裂縫數據分析數據,將其輸入裂縫建模軟件,計算出多個等概率的離散裂縫網絡模型實現,并從中優選出最符合實際情況的實現。6.編程實現最短路徑方法指定兩點間最小能量路徑的提取將裂縫網絡的軌跡線轉換為灰度圖像,使其表現出顯著區分于圖像背景的線狀特征,對該線狀特征利用快速行進與最短路徑方法實現指定兩點間最小能量路徑的提取。該方法屬于半自動提取方法,僅需借助特征種子點作為先驗知識,提取的裂縫為連續的線狀特征對象。同時,為了提高提取效率,設定有效鞍點判定使得可以實現人工干預結果的目的。7.綜合地震振幅屬性、線性體密度結果和隨機離散裂縫網絡模型預測巖溶洞道綜合地震振幅屬性、線性體密度結果和隨機離散裂縫網絡模型預測巖溶洞道具有一個分級的概念：首先通過地震振幅屬性刻畫地震能分辨出的洞道；然后對于地震分辨率識別不出的洞道,對比線性體密度的條帶狀特征確定離散的振幅屬性高值間的連通路徑；由于線性體密度代表的是巖溶洞道的發育趨勢,并且其主要輸入數據之一也是地震數據,而裂縫代表了一個更小尺度的規模,具有人工干預隨機結果并優選、受地震分辨率影響小等優點,根據變差函數等分析模擬出的隨機離散裂縫網絡模型通過快速行進算法的追蹤可以更精細的刻畫屬性圖上不連續的洞道路徑。8.優選地震屬性融合雕刻得到研究區巖溶管道三維模型綜合均方根振幅、瞬時頻率和瞬時相位屬性,使用最小二乘法擬合出最能反映巖溶管道的融合屬性體,并通過多井統計確定了洞道雕刻的門限值。在平面上通過刻畫的巖溶管道路徑對雕刻體進行約束,得到研究區巖溶管道的三維地質模型。從鉆井驗證結果來看,洞穴尺度越大,與模型一致性越好。研究區內鉆遇10米以上洞穴的井僅有LN18井,與巖溶管道模型吻合程度較好。鉆遇2米-10米洞穴的井有LG1井、LG801井、LG6井和LN8井,其中LG1、LG801、LG6井均穿過模型結果,吻合度也較好,且這三口井截穿模型位置均為模型的線條位置,即綜合地震振幅、線性體密度和快速行進算法預測出的結果,說明該方法對預測分辨率以下巖溶管道有較好的效果。論文綜合了巖溶水地質文學中成熟的理論模型和地球物理方法中三維可視化交互的優勢,從洞穴成因角度出發,遵循巖溶洞道最小功能原理,最大可能運用已有資料為約束條件,建立更為準確的巖溶管道網絡模型,主要有以下兩個創新點：1、將線性體密度這種反映斷裂裂縫帶等線性構造密集程度的參數引入到古巖溶洞道預測中來,以反映斷裂信息的螞蟻追蹤屬性為基礎,裂縫的各向異性和地層傾斜方位為約束條件的線性體密度法。傳統的地震振幅屬性預測洞道方法在洞道尺度小于10米的區域會出現不連續特征,人工刻畫時存在一定的主觀性和不確定性。在地震振幅屬性預測洞道的基礎上,通過線性體密度驗證并修正該結果,使巖溶洞道的預測更準確且有據可循,結果更加真實有效。2、在碳酸鹽巖沉積地層中,某些特定的層面對洞穴的形成起到非常重要的作用,這些層面被稱為初始層。依據研究區洞穴尺度及與標準層垂向距離統計分析,找出工區內3個初始層。以初始層為底面小時窗提取地震振幅屬性大致確定洞道的分布范圍。基于優選的隨機離散裂縫模型,以巖溶水文和初始層為約束條件,采用快速行進算法得到任意兩點間最小能量圖,結合地震振幅屬性和線性體密度方法,進一步細化巖溶管道平面路徑的追蹤結果。
【學位授予單位】：中國地質大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：P618.13;P628.3

【參考文獻】

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1 陳學時,易萬霞,盧文忠;中國油氣田古巖溶與油氣儲層[J];沉積學報;2004年02期

2 劉建國;影象線性體密度-中心對稱度綜合統計分析方法及其在古火山巖區地質研究中的應用[J];地球科學;1985年04期

3 劉顯鳳;吳楠;蔡忠賢;趙文光;李源;;新疆西克爾地區碳酸鹽巖層系垂向裂縫層控發育模式[J];地球科學(中國地質大學學報);2011年06期

4 王光杰,陳東,趙愛華,陳云;多波多分量地震探測技術[J];地球物理學進展;2000年01期

5 敬榮中,鮑光淑,陳紹裘;地球物理聯合反演研究綜述[J];地球物理學進展;2003年03期

6 劉瑞林,楊峰平,信毅,王正允;動態波形匹配預測火山巖地層的橫向變化[J];地球物理學進展;2004年04期

7 漆立新;顧漢明;李宗杰;魯新便;;基于地震波振幅分辨塔河油田溶洞最小高度的理論探討[J];地球物理學進展;2008年05期

8 何登發;周新源;楊海軍;管樹巍;張朝軍;;塔里木盆地克拉通內古隆起的成因機制與構造類型[J];地學前緣;2008年02期

9 呂修祥;李建交;汪偉光;;海相碳酸鹽巖儲層對斷裂活動的響應[J];地質科技情報;2009年03期

10 呂景英;用波形分析法預測塔河油田碳酸鹽巖儲層[J];勘探地球物理進展;2004年02期

本文編號：2774316