變質(zhì)巖潛山儲層地震波組特征分析與應(yīng)用

張吉昌，劉增濤，薛大力，王強，濮孟蕾，楊杰

（中國石油遼河油田公司，遼寧 沈陽 110316）

0 引言

世界范圍眾多類型的油氣藏勘探中［1］，潛山油氣藏的勘探占有舉足輕重的地位，是尋找新油田的一個重要領(lǐng)域。目前在大民屯凹陷已發(fā)現(xiàn)15個變質(zhì)巖古潛山油氣藏，探明儲量達到了億噸級以上。

以構(gòu)造裂縫為主的潛山變質(zhì)巖儲層與孔隙型砂巖儲層的研究理論、技術(shù)存在明顯差異。常規(guī)潛山儲層裂縫預(yù)測技術(shù)主要是對地震資料進行疊后處理，提取各種屬性來達到預(yù)測裂縫的目的；構(gòu)造裂縫為主的古潛山油氣藏通常構(gòu)造比較復(fù)雜，地震資料品質(zhì)不高［2-4］，且受處理算法及主觀因素制約，對裂縫分布規(guī)律的刻畫精度相對較低，制約了構(gòu)造裂縫為主的古潛山油氣藏勘探開發(fā)。利用地震波組直接識別裂縫目前還沒相關(guān)研究，主要原因是變質(zhì)巖潛山埋藏深，構(gòu)造復(fù)雜，上覆致密層和風化殼對潛山內(nèi)幕地震波產(chǎn)生嚴重屏蔽效應(yīng)，造成變質(zhì)巖內(nèi)幕地震反射弱，地震資料分辨率低。

大民屯凹陷2001—2005年采用寬方位、高覆蓋次數(shù)及小面元進行地震資料二次采集，地震品質(zhì)比較好，為利用地震波組特征研究變質(zhì)巖潛山裂縫分布特征提供了條件。通過研究得出了裂縫儲層與地震波組特征的關(guān)系，達到了利用地震波組特征直接預(yù)測變質(zhì)巖潛山有利儲層的目的。

1 理論基礎(chǔ)

變質(zhì)巖潛山儲層不同的裂縫空間展布對應(yīng)不同的地震響應(yīng)和波形特征。變質(zhì)巖基質(zhì)孔隙度較低，基本沒有波阻抗差異，造成在變質(zhì)巖內(nèi)幕的反射相當弱，甚至無反射。當連續(xù)的地震反射發(fā)生錯斷或扭動時，波形的相似性發(fā)生變化，連續(xù)性變差［5-6］。如果內(nèi)幕發(fā)育有縫洞及巖性變化時，波阻抗突然變化，造成反射系數(shù)急劇增大，在縫洞體與圍巖的接觸部位可形成強烈的繞射源［7-8］，反映到疊后地震資料上，就是振幅突然變大或局部出現(xiàn)與基質(zhì)反射極不一致的反射特征。為進一步認識裂縫與地震波組的關(guān)系，重點開展了以下研究。

1.1 構(gòu)造裂縫的地震波運動特征

當裂縫存在時，尤其是當裂縫未被充填而飽含地下流體時，流體與致密巖石的物理性質(zhì)差異導致物性界面（波阻抗差）的存在，引起儲集層地震波反射特征改變。裂縫發(fā)育帶對地震波速度和振幅有較大影響，能直接導致地震波組特征的變化［9］。

1.1.1 裂縫發(fā)育帶地震波傳播速度

地震波傳播速度主要與巖層性質(zhì)有關(guān)。在裂縫性油氣藏中，儲集層內(nèi)引起地震波速度下降的主要原因就是裂縫的發(fā)育和孔隙流體的存在。在大多數(shù)沉積巖中，當孔隙度為0時，地層速度最大；當孔隙度為1（100%）時，地層速度最小。致密變質(zhì)巖儲層孔隙度很小，大多不超過10%，故地層速度較高。在裂縫發(fā)育帶，孔隙度增大，裂縫中飽含流體，所以地層速度明顯降低［10］。

1.1.2 裂縫發(fā)育帶地震波振幅

影響地震波振幅改變的因素很多，在具體研究的目的層段中，其激發(fā)條件、接收條件、各種噪聲的干擾及吸收衰減等基本相似，故在致密層內(nèi)部振幅明顯變化的主要原因是存在裂縫。反射波的振幅與介質(zhì)的波阻抗之差呈正比關(guān)系，在致密巖層內(nèi)部，反射振幅一般很低；當巖層中發(fā)育裂縫時，巖石塊體與裂縫體系之間波阻抗差增加，反射振幅明顯變大，導致波組特征發(fā)生局部改變。

1.2 變質(zhì)巖波阻抗

針對大民屯凹陷變質(zhì)巖潛山儲層，充分利用已完鉆井的資料，詳細分析了骨架巖石的特征與波阻抗值變化的關(guān)系。

變質(zhì)巖潛山巖性比較復(fù)雜，儲集巖主要有片麻巖、混合花崗巖、變粒巖、淺粒巖等；非儲集巖主要為后期侵入巖，巖石類型有輝綠巖、煌斑巖、角閃巖等。對不同巖性的波阻抗進行了統(tǒng)計，不同巖性波阻抗值變化比較大。其中，片麻巖波阻抗最小，角閃巖波阻抗最大。片麻巖波阻抗在12 000～16 000 g/cm3·m/s，平均14 000 g/cm3·m/s；混合巖波阻抗在 13 000～15 600 g/cm3·m/s，平均14 500 g/cm3·m/s；基巖巖脈波阻抗在14 000～17 500 g/cm3·m/s，平均 15 500 g/cm3·m/s；變粒巖波阻抗在15 000～18 000 g/cm3·m/s，平均 16 500 g/cm3·m/s；角閃巖波阻抗在15 000～19 500 g/cm3·m/s，平均17 000 g/cm3·m/s。當潛山儲層巖性發(fā)生變化時，波阻抗也發(fā)生變化，必將在地震響應(yīng)上產(chǎn)生一個反射界面，具體反射特征取決于不同的巖性組合關(guān)系。

1.3 物理模擬分析

建立正演模型，利用物理模擬技術(shù)，進一步認識裂縫與地震反射的關(guān)系，為利用地震反射特征識別裂縫提供依據(jù)。

1）第一潛山儲層地質(zhì)模型：裂縫間距不固定，包括100，50，20，10m；裂縫角度固定，參考大民屯凹陷變質(zhì)巖儲層裂縫，以中、高角度為主；裂縫長度固定，為210 m。

裂縫存在時，地震反射有相應(yīng)的反射特征，裂縫角度與地震反射角度基本一致；裂縫間距100，50 m時，裂縫可分辨；裂縫間距20，10 m時，每組裂縫變成一個同相軸，不可分辨。實際潛山裂縫間距將更小，所以地震反射為一組裂縫的綜合響應(yīng)，代表的是一個裂縫帶，而不是單一裂縫。

2）第二潛山儲層地質(zhì)模型：均質(zhì)潛山儲層，高角度裂縫帶，裂縫角度45°，裂縫長度210 m，間距10 m，。

裂縫發(fā)育帶的頂面、底面可以形成假的反射同相軸，通常會誤認為是地層反射造成的。另外，隨著裂縫間距的減小，頂、底的反射強度增加；存在高角度裂縫時，地震資料呈高角度、雜亂反射。地質(zhì)界面對潛山內(nèi)幕的地震反射特征影響不大，即使沒有地質(zhì)反射界面，裂縫發(fā)育帶反射特征與之前有地質(zhì)反射界面基本是一致的，且裂縫發(fā)育帶的頂面、底面均可以形成假反射同相軸。

2 變質(zhì)巖潛山地震波組特征

理論分析及物理模擬研究后，初步確定了潛山儲層的裂縫發(fā)育程度決定地震波組的形態(tài)。如何利用地震波組特征直接識別裂縫發(fā)育程度，就成了有待解決的問題。研究中采用地質(zhì)統(tǒng)計學，通過統(tǒng)計鉆井資料、油井單井產(chǎn)量與地震反射的關(guān)系，達到了利用地震反射直接識別裂縫發(fā)育程度的目的。

針對大民屯凹陷變質(zhì)巖潛山，開展精細層位標定研究［11］，實現(xiàn)井震結(jié)合。利用5口井VSP資料及60口井的合成地震資料，對目標層段地震反射波組進行綜合標定，建立完鉆井和投產(chǎn)井井段裂縫發(fā)育特征、產(chǎn)量與地震波組特征的關(guān)系［12-21］，達到地震反射波組地質(zhì)屬性的統(tǒng)一、可靠。統(tǒng)計不同產(chǎn)能井的地震波組特征，建立了5類地震波組特征及裂縫發(fā)育模型（見圖1）。

圖1 勝西潛山不同特征地震波形對應(yīng)地質(zhì)現(xiàn)象

2.1 空白反射型

該類地震波形反射顯示地質(zhì)體為致密巨厚巖體，巖性均一，構(gòu)造裂縫不發(fā)育或者僅有少數(shù)微裂縫發(fā)育。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)16口井發(fā)育該類反射特征，實鉆資料及測井資料顯示該類反射區(qū)為致密混合花崗巖體，內(nèi)部構(gòu)造裂縫不發(fā)育。該類地震反射特征區(qū)域地震波速度最大，單井平均值在5330～5700m/s，總平均值為5590 m/s；波阻抗最大，單井平均值在13 900～15 100 g/cm3·m/s，總平均值 14 400 g/cm3·m/s。

2.2 平直連續(xù)反射型

該類地震波形反射特征顯示地質(zhì)體巖層平行，構(gòu)造活動弱，構(gòu)造裂縫不發(fā)育。勝西潛山地層為多混合變質(zhì)巖類，由層狀砂巖與侵入巖類混合變質(zhì)而成，部分區(qū)域仍保留有較明顯的層狀特征。平直連續(xù)反射顯示了地層的層狀特征保存較為完整，后期構(gòu)造運動沒有波及到該類反射區(qū)，巖層形成后沒有經(jīng)過彎曲變形或錯斷。根據(jù)構(gòu)造裂縫形成機理，該類巖石內(nèi)部很難形成構(gòu)造大裂縫，僅發(fā)育原生孔隙。

統(tǒng)計中，12口井具有該類地震波形反射特征，該類油井一般投產(chǎn)后產(chǎn)能比較低。該類反射特征的區(qū)域地震波速度比較大，單井平均值在5370～5650m/s，總平均值5 480 m/s；波阻抗值較大，單井平均值13 500～14 600 g/cm3·m/s，總平均值 14000g/cm3·m/s。

2.3 錯斷反射型

該類地震波形反射特征顯示地質(zhì)體為小斷層伴生裂縫，斷裂區(qū)裂縫十分發(fā)育［13］。在層狀巖性及斷層影響下，地震軸呈明顯錯斷反射，錯斷越多，深度越大，構(gòu)造裂縫越發(fā)育。由于斷層規(guī)模小，基本沒有斷面波反射。

統(tǒng)計中，10口井發(fā)育該類地震波形反射特征，油井投產(chǎn)后一般可獲得高產(chǎn)，產(chǎn)油量為20～40 t/d，平均一個錯斷軸15 t/d。該類反射特征區(qū)域地震波速度較小，單井平均值在5100～5450m/s，總平均值5 260 m/s；波阻抗較小，單井平均值在13600～14700g/cm3·m/s，總平均值 13 900 g/cm3·m/s。

2.4 不連續(xù)雜亂反射型

該類地震波形反射特征顯示地質(zhì)體內(nèi)部裂縫十分發(fā)育。勝西潛山脆性巖體（如淺粒巖、混合花崗巖類）遇褶皺，地層強烈變形，巖體易發(fā)生破裂，形成張裂縫，裂縫連通性好。

研究中，18口井具有該類地震波形反射特征，產(chǎn)油量20～50 t/d。該類反射特征區(qū)域地震波速度也較小，單井平均值在5 100～5 600 m/s，總平均值為5 300 m/s；波阻抗與錯段反射類型基本一致，單井平均值在13 200～14 900 g/cm3·m/s，總平均值 13 900 g/cm3·m/s。

2.5 斷面波反射型

該類地震波形反射特征顯示了與大斷裂有關(guān)的伴生裂縫［14］，這類裂縫裂縫開度大、延長距離長，在地震剖面上有明顯類似斷面波反射。變質(zhì)巖層狀區(qū)域受層理及宏觀裂縫影響，地震反射特征為斷面波+不連續(xù)反射。塊狀混合巖因沒有層理影響，地震反射特征為單一的斷面波反射。

研究中，9口井具有該類反射特征，產(chǎn)油量在50～150 t/d。該類反射特征區(qū)域地震波速度最小，單井平均5 100～5 330 m/s，總平均值 5 230 m/s；波阻抗最小，單井平均值為13 200～14 200 g/cm3·m/s，總平均值13 700 g/cm3·m/s。

3 實例

勝西潛山儲層非均質(zhì)性非常強，裂縫分布規(guī)律研究難度非常大［15］，該區(qū)從 1983年開始勘探，至2007年累計實施13口直井，均未獲得工業(yè)油流，勘探一直處于停滯狀態(tài)。2008年開展利用地震波組特征分析裂縫預(yù)測研究，在勝西潛山劃分出了5類地震反射特征的平面分布（見圖2），總結(jié)出了裂縫分布規(guī)律。

圖2 勝西潛山地震反射特征的平面分布

平面上，勝西潛山北段的勝601塊及南段的沈628塊裂縫發(fā)育程度最高，中部的沈630塊及沈629塊裂縫發(fā)育程度較差；縱向上，潛山面以下50～200 m，裂縫發(fā)育程度最高。

在裂縫分布認識基礎(chǔ)上，采用勘探開發(fā)一體化的立體開發(fā)模式，在裂縫集中發(fā)育區(qū)優(yōu)先實施新井；同時，為鉆遇更多的有利地震波組區(qū)，大規(guī)模采用復(fù)雜結(jié)構(gòu)井［16］，保證了潛山有利儲層鉆遇率，提高了單井產(chǎn)量。截至2013年5月，勝西變質(zhì)巖潛山裂縫發(fā)育區(qū)共計部署滾動探井20口，開發(fā)井41口，其中復(fù)雜結(jié)構(gòu)井60口。探井成功率達到了92%，遠高于該區(qū)周邊平均探井成功率，2011年整體報新增探明石油地質(zhì)儲量2×107t以上，新建產(chǎn)能1.35×105t，實現(xiàn)了增儲與建產(chǎn)同步。

研究也發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)的局部地震資料存在信噪比低、分辨率低、內(nèi)幕反射品質(zhì)差或無反射等問題，造成部分井產(chǎn)量與地震反射吻合性差。其解決方案為采用合理的處理方案，只針對潛山進行處理會改善潛山內(nèi)幕的反射特征［17-22］，可準確反映地下構(gòu)造形態(tài)與地質(zhì)體的物理屬性，會使該方法的準確性更高，應(yīng)用前景更加廣闊。

4 結(jié)束語

巖性變化帶或裂縫發(fā)育的部位，波阻抗發(fā)生變化，地震反射上有不同程度的響應(yīng)，使利用地震資料預(yù)測潛山巖性變化和有利的儲集帶成為可能。地震反射波形特征是地質(zhì)體特征的直觀反映，是井間裂縫預(yù)測的有效技術(shù)手段。該方法在勝西潛山應(yīng)用取得較好的效果，對其他變質(zhì)巖潛山勘探開發(fā)工作具有指導意義。

［1］王志紅.大民屯凹陷縫洞性儲層綜合評價方法研究［J］.特種油氣藏，2006，13（1）：30-31.

［2］李軍，張軍華，韓雙.復(fù)雜斷塊油藏地震精細描述技術(shù)研究［J］.斷塊油氣田，2013，9（5）：580-584.

［3］張攀，胡明，何冰.東營凹陷太古界基巖儲層主控因素分析［J］.斷塊油氣田，2011，18（1）：18-21.

［4］杜永明，余騰孝，郝建龍.塔里木盆地玉北地區(qū)斷裂特征及控制作用［J］.斷塊油氣田，2013，3（2）：170-174.

［5］孫明江，路慎強，劉彤濱.復(fù)雜斷塊油藏的地震識別與描述［J］.斷塊油氣田，2003，10（6）：4-6.

［6］靳志霞，游小淼.綜合地震技術(shù)在深層油氣勘探中的應(yīng)用［J］.斷塊油氣田，2003，10（5）：47-49.

［7］李明生，朱紅梅，邸秀蓮.榮興屯地區(qū)中生界火山巖儲層特征及其地球物理響應(yīng)研究［J］.斷塊油氣田，2007，14（2）：1-4.

［8］陸基孟.地震勘探原理［M］.東營：石油大學出版社，2001：85-120.

［9］Yilmaz O.地震資料分析［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2006：101-115.

［10］殷芮，黃偉.應(yīng)用地應(yīng)力模擬技術(shù)研究斷塊區(qū)剩余油分布［J］.特種油氣藏，2006，13（6）：55-60.

［11］楊飛，彭大鈞，唐實秋.地震反演在潛山油藏預(yù)測中的應(yīng)用［J］.石油實驗地質(zhì)，2004，26（4）：402-408.

［12］劉小旭，胡勇，朱斌.儲層應(yīng)力敏感性影響因素研究［J］.特種油氣藏，2006，13（3）：18-21.

［13］田崇魯.儲層構(gòu)造裂縫定量預(yù)測技術(shù)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1994：10-50.

［14］張吉昌，田國清，劉建中.儲層構(gòu)造裂縫的分形分析［J］.石油勘探與開發(fā)，1996，23（4）：65-67.

［15］薛大力，張吉昌，劉增濤.屬性分析在靜安堡潛山西側(cè)滾動勘探部署研究中的應(yīng)用［J］.石油地質(zhì)與工程，2011，25（增刊 1）：1-2.

［16］劉月田，張吉昌.各向異性油藏水平井網(wǎng)穩(wěn)定滲流與產(chǎn)能分析［J］.石油勘探與開發(fā)，2004，31（1）：94-96.

［17］張文坡，郭平，高艷.疊前時間偏移技術(shù)在遼河油田的應(yīng)用［J］.特種油氣藏，2007，14（2）：10-13.

［18］黃鴻光，陸永潮，鄒卓超.瓊東南盆地松南三維區(qū)臺緣礁地震沉積學研究［J］.石油實驗地質(zhì)，2012，34（1）：25-29.

［19］張兆輝,蘇明軍,劉化清,等.精細地震層序地層分析技術(shù)及應(yīng)用：以渤海灣盆地歧口凹陷濱海地區(qū)為例［J］.石油實驗地質(zhì)，2012，34（6）： 648-652.

［20］馬海.Fillippone地層壓力預(yù)測方法的改進及應(yīng)用［J］.石油鉆探技術(shù)，2012，40（6）：56-61.

［21］嚴永新，張馳，常炳章，等.準噶爾盆地春光區(qū)塊地震預(yù)測技術(shù)應(yīng)用［J］.石油實驗地質(zhì)，2013，35（1）：104-107.

［22］李顯貴，勞華珊，范菊芳.模型正演技術(shù)在疊前深度偏移中的應(yīng)用［J］.特種油氣藏，2006，13（4）：39-41.