微小斷層識別技術(shù)在南陽凹陷馬店地區(qū)的應(yīng)用

朱煜華,馬　榮,賈艷霞,范鳳英,張曉亮

(中國石化河南油田分公司物探研究院，河南鄭州 450048)

微小斷層識別技術(shù)在南陽凹陷馬店地區(qū)的應(yīng)用

朱煜華,馬榮,賈艷霞,范鳳英,張曉亮

(中國石化河南油田分公司物探研究院，河南鄭州 450048)

摘要：隨著南陽凹陷滾動勘探的不斷深入，對成藏起著控制性作用的微小斷層成為勘探開發(fā)研究的重點，這類斷層級別較低斷距較小或因地震資料品質(zhì)較差而難以發(fā)現(xiàn)。利用地震地質(zhì)綜合研究方法，基于高精度三維地震資料，應(yīng)用地震正演模型、傾角+方位角+沿層振幅聯(lián)合屬性、螞蟻體算法等微小斷層識別技術(shù)，有助于重新認識區(qū)域構(gòu)造格局、油藏類型和油氣成藏規(guī)律，對構(gòu)造復(fù)雜地區(qū)滾動勘探開發(fā)、擴大儲量規(guī)模具有較大的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：南陽凹陷；構(gòu)造解釋；復(fù)雜斷塊；微小斷層；螞蟻體

馬店地區(qū)位于南陽凹陷東部張店鼻狀構(gòu)造帶東翼，沉積物源主要來自北東方向的社旗低凸起，儲層主要受金華-張店三角洲砂體控制，主要發(fā)育三角洲前緣亞相水下分流河道、河口壩和前緣席狀砂等沉積微相；張店鼻狀隆起形成時間早于南陽凹陷大量排烴期(核一段至廖莊組沉積末期)，并且鄰近南部牛三門主生油次凹，是油氣運移聚集的有利指向區(qū)。馬店地區(qū)是拉張應(yīng)力釋放區(qū)，斷層發(fā)育，受斷層規(guī)模、活動期次、產(chǎn)狀不一等影響，構(gòu)造破碎，圈閉隱蔽性強，成為南陽凹陷深化勘探的難點。

1隱蔽油氣藏勘探難點

1．1構(gòu)造破碎、斷塊小，微小斷層發(fā)育

勘探實踐表明：馬店地區(qū)已發(fā)現(xiàn)的油藏與斷層有關(guān)的占到90%，特別是數(shù)量眾多、對成藏起著關(guān)鍵性作用、隱蔽性較強的微小斷層。微小斷層常常伴隨著主控斷裂，對局部應(yīng)力起著調(diào)節(jié)作用，斷距一般小于20 m，延伸距離小于1 km，常規(guī)地震解釋手段難以識別，與不同級別斷層縱橫交錯、相互切割，形成不同規(guī)模的復(fù)雜斷塊群，在構(gòu)造有利部位形成小、碎、貧、散的斷鼻斷塊構(gòu)造油藏。此外，微小斷層的存在，進一步導(dǎo)致油水關(guān)系復(fù)雜化，加大了該區(qū)的勘探開發(fā)難度。

1.2斷裂組合方式復(fù)雜多變，多解性強

受復(fù)雜斷裂系統(tǒng)及地震資料品質(zhì)影響，不同級別斷層在構(gòu)造解釋中組合樣式復(fù)雜多變，存在多解性。馬店地區(qū)主要發(fā)育有階梯狀、地塹式、地壘式、 "Y"字型、"人"字型等多種斷裂組合樣式，而不同組合樣式對油氣成藏起著至關(guān)重要的作用。微小斷層的存在進一步增加了構(gòu)造解釋的難度。

2微小斷層識別技術(shù)應(yīng)用[1-7]

2.1斷層正演模擬技術(shù)研究

如何精確地識別區(qū)內(nèi)斷層(尤其是微小斷層)和合理組合斷裂系統(tǒng)，是該區(qū)勘探開發(fā)要解決的首要問題之一。為此設(shè)計了10 m、20 m、30 m、40 m、50 m不同斷距的斷層地質(zhì)模型，結(jié)合實際鉆井給出相應(yīng)的地層速度。在19 Hz主頻雷克子波無噪音干擾下，利用射線追蹤法進行正演模型分析研究，驗證理論條件下地震可分辨的斷層斷距大小(圖1、圖2)。地震子波頻率為19 Hz、10 m斷距時，僅能看到地震同相軸呈連續(xù)或微弱的扭動反射特征，進一步驗證剖面上同相軸微小的扭動都有可能是斷層的表現(xiàn)；斷距大于20 m以上的斷層，地震反射同相軸明顯斷開。但實際地震資料由于受各種噪音影響，斷層識別能力要比理想模型明顯降低。

2.2傾角+方位角+沿層振幅聯(lián)合屬性

傾角、方位角可用來衡量地層和構(gòu)造的方位變化情況。傾角通?？梢灾甘狙芯繀^(qū)內(nèi)的不連續(xù)性，而方位角通?？梢酝怀鲅芯繀^(qū)內(nèi)的連續(xù)區(qū)域(保持同一方位)。通過優(yōu)化參數(shù)設(shè)置，把兩種地震屬性體混合起來，可以更加突出構(gòu)造變化的細節(jié)。

均方根振幅對特別大的振幅非常敏感，用來反映巖性、地層層序變化、不整合、斷層、流體變化等。通過實際應(yīng)用，隱藏在地震數(shù)據(jù)中的斷層、地層等地質(zhì)信息通過傾角、方位角、均方根振幅混合屬性得到明顯加強，較清晰地勾畫出斷層的空間展布特征和地下構(gòu)造形態(tài)。

圖1　正演模型提高對微小斷層識別

圖2　正演模型分析提高對微小斷層識別

2.3螞蟻體算法

螞蟻追蹤法是通過在地震數(shù)據(jù)體中播撒大量電子螞蟻，對斷層異常值進行追蹤，同時釋放斷層信息素，以信息素作為通訊介質(zhì)傳遞信息，召集一定范圍內(nèi)的其他螞蟻集中過來，共同協(xié)作進行斷層的識別、追蹤，最后生成一個低噪聲、具有清晰斷層軌跡的數(shù)據(jù)體。螞蟻追蹤算法能自動根據(jù)斷層屬性生成斷層面，實現(xiàn)過程中重點關(guān)注以下幾個因素：

(1)初始邊界范圍：指一個螞蟻在一次搜索中所能涉及的范圍，它決定了采樣點數(shù)。采樣點的數(shù)量對運算時間影響很大，同時也控制了螞蟻的分布密度，密度越大精度越高。研究區(qū)域有大斷層時可選較大值(5×7個)，而針對小斷裂或裂縫則選較小值(3×4個)。

(2)螞蟻追蹤軌跡偏離度：螞蟻在做斷層軌跡搜索時應(yīng)該總是朝信息素多的地方走，但是單只螞蟻可能會犯小概率錯誤，不能確保往信息素最多的點移動，這一偏離就形成了搜索面。若斷層值偏離該方向超出了給定值(如15°)，螞蟻就中斷對它的搜索。

(3)非法步數(shù)與合法步數(shù)：非法步數(shù)指螞蟻在捕捉到斷層信息前允許走的沒有捕捉到斷層信息的無效步數(shù)。非法步數(shù)越大，搜索到的連接點延續(xù)得就越遠；合法步數(shù)越小，則停頓的動作就越少，連結(jié)起來的就越多。

(4)停止門檻值:指一個螞蟻全部搜尋空間經(jīng)歷的非法步的百分比。針對研究區(qū)內(nèi)小及微小斷層或裂縫時宜用較小停止門檻值。

(5)數(shù)據(jù)體產(chǎn)狀控制：生成初始螞蟻體后，根據(jù)相干體顯示結(jié)果，統(tǒng)計出大斷層走向、傾向和傾角等產(chǎn)狀參數(shù)信息，分析區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場特征，得到裂縫發(fā)育空間展布形態(tài)，確定過濾原則。具體操作上，Petrel的Stereonet模塊提供所需的產(chǎn)狀控制餅狀圖，圖中半徑大小表示傾角，徑線方向表示方位角，設(shè)置合理步長，在特定區(qū)域通過點選控制，過濾不合適的產(chǎn)狀組合(圖3)。

結(jié)合T4層的地震解釋結(jié)果,得到人工地震解釋的T4層斷層與螞蟻追蹤得到的T4層斷裂屬性體對比分布圖。圖中清晰地看出,通過優(yōu)化螞蟻體追蹤參數(shù)，能夠很好的識別出N144井高部位北東向的斷裂，結(jié)果與鉆探情況相吻合。但螞蟻追蹤結(jié)果同樣存在較多的干擾信息,如一些低幅度地震反射信息，存在誤導(dǎo)作用，一定要結(jié)合實際地震剖面，從多方向多種地震剖面顯示手段來驗證是否是微小斷層。

2.4井震結(jié)合提高鉆探成功率

隱蔽性斷層的存在會使油水關(guān)系復(fù)雜?？衫每碧介_發(fā)動態(tài)、靜態(tài)資料來識別井間微小斷層，解決復(fù)雜斷塊已鉆井之間的矛盾，提高鉆探成功率。在整理L19井區(qū)已鉆井資料時發(fā)現(xiàn)L19井區(qū)周圍井顯示豐富，但是在地震剖面上構(gòu)造高部位地震同相軸反射連續(xù)，個別地方存在輕微扭動，不存在波組特征明顯的斷層。使用微小斷層識別技術(shù)，最終落實構(gòu)造高部位隱蔽性小斷層的存在，部署的N144井取得了多層良好的油氣顯示，通過對H2Ⅱ10和H2Ⅲ2小層合試，獲得日產(chǎn)19.9 t高產(chǎn)工業(yè)油流，取得較好的勘探效果(圖4)。

3隱蔽油藏勘探效果

利用隱蔽性斷層識別技術(shù)對馬店地區(qū)開展精細構(gòu)造解釋與圈閉評價工作，結(jié)合動態(tài)、靜態(tài)資料開展綜合分析工作，共發(fā)現(xiàn)斷鼻、斷塊圈閉23個，總?cè)﹂]面積49.44 km2，圈閉資源量350×104t。利用該解釋成果部署了一批評價井，均取得較好的顯示效果。N144井綜合解釋174.3 m/91層，其中油層8.8 m/5層，差油層4.2 m/3層，水層41.9 m/18層，干層119.4 m/65層。對其H2Ⅱ10(3)、H2Ⅲ2(2)小層試油，試獲日產(chǎn)19.9 t高產(chǎn)工業(yè)油流，新增含油面積0.7 km2,上交預(yù)測儲量55×104t。N137-1完井后共見65 m/14層熒光顯示，電測解釋油層16.3 m/7層，新發(fā)現(xiàn)的3個油層(H2Ⅱ7、H2Ⅲ4、H3Ⅰ2小層)顯示較好，放噴最高日產(chǎn)油54.9 t，新增含油面積0.4 km2,預(yù)測新增石油地質(zhì)儲量22.3×104t。

圖3　處理前(左)后(右)螞蟻體等時切片效果對比圖

圖4　通過隱蔽性斷層識別手段證實了F1號斷層存在

4結(jié)論

(1)馬店地區(qū)是拉張應(yīng)力釋放區(qū)，構(gòu)造破碎、多方向、多級別斷層發(fā)育，油氣成藏條件復(fù)雜。在研究區(qū)發(fā)育一系列由北東轉(zhuǎn)近東西向、北西轉(zhuǎn)近東西向弧形南掉斷層，是滾動背斜形成的良好條件，地壘、地塹、斷鼻、反向屋脊斷塊等多種斷塊類型也為油氣聚集形成了較好的圈閉條件。針對隱蔽性較強的微小斷層開展精細構(gòu)造解釋仍是東部斷陷湖盆構(gòu)造復(fù)雜區(qū)塊研究的基礎(chǔ)。

(2)受斷裂系統(tǒng)復(fù)雜性影響和地震資料品質(zhì)的限制，復(fù)雜斷塊地區(qū)存在隱蔽性小斷層識別難度較大、地震解釋多解性強、低序級斷層在常規(guī)地震剖面難以識別、單井鉆遇小斷層平面無法控制、小斷層空間形態(tài)不清楚等問題。在高精度三維地震資料基礎(chǔ)上，針對目標(biāo)區(qū)塊面臨的難點選擇突破點，積極嘗試物探技術(shù)，優(yōu)化參數(shù)設(shè)置，結(jié)合開發(fā)動態(tài)、靜態(tài)資料相互驗證，完成對隱蔽性強的微小斷層的識別，是行之有效的研究方法。

參考文獻

[1]陸基孟，王永剛.地震勘探原理[M].北京：石油工業(yè)出版社,2009:237-247.

[2]劉澤容.斷塊群油氣藏形成機制和構(gòu)造模式[M].北京：石油工業(yè)出版社,1998:7-15.

[3]張永華. 分步法解釋技術(shù)在南陽油田高分辨率三維地震勘探中的應(yīng)用[J].石油物探,2000,39(1):98-105.

[4]孫樂，王志章.基于螞蟻算法的斷裂追蹤技術(shù)在烏夏地區(qū)的應(yīng)用[J].斷塊油氣田，2014,21(6):716-721.

[5]周賞.小斷層綜合解釋技術(shù)及其應(yīng)用[J].石油地球物理勘探,2012，47 (增刊1)：54-58.

[6]趙雨晴，徐照營，院紅玉，等.南陽凹陷馬店地區(qū)高精度三維地震技術(shù)與效果[J].石油地質(zhì)與工程，2015,29(3):55-57.

[7]宋力，宋慧瑩.復(fù)雜斷塊油藏精細地質(zhì)研究中幾項關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用[J].石油地質(zhì)與工程，2015,29(3):90-94.

編輯：王金旗

文章編號：1673-8217(2016)03-0025-04

收稿日期：2016-01-30

作者簡介：朱煜華，1988年生，2011年畢業(yè)于長江大學(xué)勘查技術(shù)與工程(物探)專業(yè)，現(xiàn)從事油氣勘探綜合研究工作。

中圖分類號：P631.4

文獻標(biāo)識碼：A