基于地震響應(yīng)的裂縫可預(yù)測(cè)性“三度”評(píng)價(jià)模式建立及應(yīng)用

郝志偉，盧 貞，時(shí)秀朋

(1.中國石化勝利油田分公司 勘探開發(fā)研究院，山東 東營 257000；2.中國石化勝利油田分公司 東勝公司，山東 東營 257000)

影響利用地震資料預(yù)測(cè)火成巖裂縫分布可靠程度的因素眾多，包括裂縫自身分布狀態(tài)、地震資料品質(zhì)、裂縫與地震反射之間對(duì)應(yīng)關(guān)系、預(yù)測(cè)技術(shù)的適用性等[1-2]。例如，由于裂縫張開程度以及地震反射各向異性差異，垂直(或大角度)發(fā)育裂縫會(huì)比低角度(甚至水平)裂縫更加容易預(yù)測(cè)；地震資料信噪比較高時(shí)，裂縫預(yù)測(cè)可靠程度會(huì)更高；在鉆井密集地區(qū)，地震資料結(jié)合鉆、測(cè)井資料會(huì)比鉆井稀少地區(qū)預(yù)測(cè)裂縫更加可靠。以往研究多是對(duì)影響裂縫預(yù)測(cè)可靠程度的單一因素進(jìn)行分析[3-4]。筆者對(duì)幾項(xiàng)因素進(jìn)行綜合考慮，來分析裂縫地震預(yù)測(cè)的可靠程度。

1 研究區(qū)巖性特征

研究區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣，包括哈山和車排子兩地區(qū)。哈山地區(qū)石炭系在地表大面積出露，受達(dá)爾布特?cái)嗔芽刂?，呈北東向帶狀分布，巖性主要為島弧相關(guān)的火山巖、近物源沉積物、淺海與半深海沉積物。哈山地區(qū)鉆遇的巖性主要有熔巖類和火山碎屑巖類，巖石類型主要有熔巖類的玄武巖、安山巖、流紋巖、粗面巖、響巖等，火山碎屑巖類的凝灰?guī)r、火山角礫巖等。研究區(qū)改造作用強(qiáng)烈，經(jīng)風(fēng)化、淋濾、蝕變形成次生溶孔，且裂縫發(fā)育，起到較好的溝通作用，因此研究區(qū)內(nèi)火山巖為一套有利儲(chǔ)層。

車排子地區(qū)石炭系巖性為火山角礫巖、凝灰?guī)r、玄武巖和安山巖，沉積巖類儲(chǔ)層不發(fā)育。石炭系主要發(fā)育下統(tǒng)太勒古拉組、上統(tǒng)包古圖組和希貝庫拉斯組，每個(gè)組具有不同的巖石組合類型。其中包古圖組主要發(fā)育沉積巖，野外觀察到巨厚層的灰黑色粉砂質(zhì)泥巖層。太勒古拉組和西北庫拉斯組主要為火成巖地層，是石炭系可能的儲(chǔ)層發(fā)育地層。

2 研究區(qū)裂縫發(fā)育特征分析

綜合巖心、薄片、測(cè)井分析結(jié)果，對(duì)研究區(qū)裂縫參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，主要內(nèi)容包括裂縫發(fā)育規(guī)模評(píng)價(jià)、裂縫密度以及裂縫產(chǎn)狀特點(diǎn)。

(1)裂縫規(guī)模。裂縫間距為同組裂縫間的垂直距離。裂縫間距與裂縫密度呈倒數(shù)關(guān)系。由于巖心取心半徑的限制，同組高角度大裂縫很難統(tǒng)計(jì)，只在個(gè)別構(gòu)造裂縫密集段可能測(cè)得大裂縫的間距。實(shí)際上，每一組構(gòu)造裂縫由不同規(guī)模的裂縫組成，規(guī)模大的構(gòu)造裂縫，其延伸長度、切穿深度及間距都較大；反之，規(guī)模小的構(gòu)造裂縫，其延伸長度、切穿深度和間距均較小，每一組構(gòu)造裂縫的總平均間距是不同規(guī)模裂縫疊加的結(jié)果。

通過研究區(qū)巖心觀察發(fā)現(xiàn)，準(zhǔn)西北緣石炭系火山巖均發(fā)育多期裂縫，哈山地區(qū)和車排子地區(qū)裂縫發(fā)育規(guī)?；疽恢?，裂縫間距為1～10 cm，主要分布區(qū)間為2～5 cm，裂縫發(fā)育密度普遍較大；裂縫高度為10～40 cm，主要分布區(qū)間為20～50 cm，整體較??；裂縫發(fā)育長度最大為6 m，主要分布區(qū)間為3～4 m之間，單條裂縫的發(fā)育規(guī)模并不大。

(2)裂縫密度。裂縫密度是反映裂縫發(fā)育程度的最基本參數(shù)，一般用體積裂縫密度、面積裂縫密度、線裂縫密度等來表示。體積裂縫密度指單位體積里裂縫的累計(jì)面積，面積裂縫密度指單位面積里所有裂縫的累計(jì)長度，線裂縫密度指單位長度上裂縫的條數(shù)，是巖心觀察的常用參數(shù)。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，哈山西地區(qū)石炭系凝灰?guī)r的裂縫密度約為9～12 條/m，火山角礫巖、安山巖、碳質(zhì)泥巖次之，裂縫密度約為5～6條/m，玄武巖裂縫密度最小(圖1)。車排子地區(qū)石炭系凝灰?guī)r裂縫密度約為7～9 條/m，玄武巖、碳質(zhì)泥巖、安山巖次之，裂縫密度為2～4條/m，火山角礫巖裂縫密度最小。在巖性上，哈山西地區(qū)和車排子地區(qū)均以凝灰?guī)r裂縫最為發(fā)育，但就裂縫密度而言，哈山地區(qū)的裂縫密度整體相對(duì)較大。

圖1 哈山西石炭系不同巖性裂縫密度統(tǒng)計(jì)

(3)裂縫產(chǎn)狀。裂縫產(chǎn)狀主要包括裂縫傾角和裂縫走向，對(duì)裂縫產(chǎn)狀的統(tǒng)計(jì)分析可以為后續(xù)裂縫預(yù)測(cè)的技術(shù)適用性分析奠定基礎(chǔ)，同時(shí)也可以初步明確研究區(qū)的應(yīng)力場特征。準(zhǔn)西北緣不同地區(qū)裂縫傾角的統(tǒng)計(jì)顯示，哈山西地區(qū)裂縫傾角從30°至90°均見發(fā)育，主要分布區(qū)間為70°～80°(圖2)，而車排子地區(qū)裂縫傾角則主要分布區(qū)間為40°～80°。因此，整個(gè)準(zhǔn)西北緣地區(qū)雖然裂縫傾角分布范圍不盡相同，但是都具有傾角大、斷面陡的特征。

圖2 哈山西地區(qū)裂縫傾角統(tǒng)計(jì)

整個(gè)準(zhǔn)西北緣裂縫走向基本一致，都是以NE—SW向?yàn)橹?，與現(xiàn)今該地區(qū)的最大水平主應(yīng)力方向相垂直，僅車排子地區(qū)同時(shí)發(fā)育少量近EW向的裂縫。綜上裂縫參數(shù)統(tǒng)計(jì)，總結(jié)準(zhǔn)西北緣的裂縫發(fā)育特征(表1)。

表1 準(zhǔn)西北緣不同地區(qū)裂縫發(fā)育特征對(duì)比

3 裂縫地震響應(yīng)特征分析

通過巖心觀察和成像測(cè)井識(shí)別裂縫發(fā)育段，并通過合成地震記錄將裂縫發(fā)育段在地震剖面上進(jìn)行標(biāo)定。由過井地震剖面可以看出，準(zhǔn)西北緣地區(qū)裂縫段在疊后地震剖面上主要以空白—雜亂反射為主，不同的是哈山西地區(qū)裂縫發(fā)育段與解釋的斷裂系統(tǒng)分布表現(xiàn)出密切相關(guān)，而車排子地區(qū)裂縫段雖然同樣發(fā)育在斷裂附近，但是裂縫與石炭系不整合面伴生關(guān)系更加明顯(圖3)。

圖3 車排子過P61井-P661井地震剖面

地震反射子波波長為速度與頻率的比值，頻率越高，波長越短，在地震剖面上識(shí)別的精度也就越高。以頻率50 Hz為例，火山巖速度為5 000 m/s，則地震剖面上子波的調(diào)諧厚度為5 ms，垂向上識(shí)別的最小厚度為25 m，而通過前述實(shí)鉆裂縫發(fā)育特征分析可知，準(zhǔn)西北緣裂縫發(fā)育長度最大為6 m，一般為3～4 m，通過疊后地震資料無法識(shí)別小尺度單條裂縫。

值得注意的是，與斷裂相關(guān)的裂縫發(fā)育帶一般具有較大的展布規(guī)模，其大小主要受控于斷裂規(guī)模和應(yīng)力強(qiáng)度，裂縫聚集帶地層的速度、密度均會(huì)產(chǎn)生一定的影響，并與裂縫不發(fā)育區(qū)域形成一定的物性差別，因此裂縫富集區(qū)與非裂縫富集區(qū)在地震剖面上有一定的區(qū)別。

密度大的裂縫集中發(fā)育帶在地震中響應(yīng)明顯，稀疏分布的裂縫在地震記錄中響應(yīng)微弱。裂縫傾角較大時(shí)，在疊前分方位角地震響應(yīng)中異常明顯。在裂縫傾角較小時(shí)，由于地層的壓實(shí)，會(huì)使得裂縫的張開度下降，地震響應(yīng)不明顯；裂縫的長度和寬度的變化在地震反射中產(chǎn)生的響應(yīng)不明顯。

4 影響裂縫地震預(yù)測(cè)準(zhǔn)確程度的因素

影響裂縫地震預(yù)測(cè)是否可靠的因素眾多，結(jié)合準(zhǔn)噶爾盆地西北緣火成巖裂縫的特征，篩選裂縫角度、密度、鉆井密度以及地震資料品質(zhì)等4個(gè)因素進(jìn)行研究(表2)。其中，裂縫密度影響裂縫與圍巖的巖石物理差異，差異越大，裂縫越容易被預(yù)測(cè)。裂縫角度影響地震波場各向異性差異，裂縫傾角越大，裂縫越容易被預(yù)測(cè)[5]。鉆井密度決定空間井外推可靠性，鉆井密度越大，參考資料越多，預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度越高。同時(shí)，地震資料品質(zhì)越好，裂縫預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度會(huì)越高[6]。綜合考慮4個(gè)因素對(duì)于預(yù)測(cè)的影響程度，重要程度依次為地震資料品質(zhì)、裂縫密度、鉆井密度、裂縫角度。

表2 影響裂縫預(yù)測(cè)的因素評(píng)價(jià)指標(biāo)及權(quán)重賦值表

5 裂縫可預(yù)測(cè)性綜合評(píng)價(jià)模式的建立及應(yīng)用

5.1 裂縫可預(yù)測(cè)性綜合評(píng)價(jià)模型建立

為更好地量化不同研究區(qū)、不同層系裂縫儲(chǔ)層的可預(yù)測(cè)性及預(yù)測(cè)可靠度，建立裂縫儲(chǔ)層“三度”綜合評(píng)價(jià)模式?！叭取奔戳芽p密度、裂縫角度以及鉆井密度(圖4)。給定權(quán)重及分級(jí)指標(biāo)(表2)：地震資料信噪比權(quán)重約為0.4，是影響裂縫可預(yù)測(cè)性的最重要因素；裂縫密度權(quán)重約為0.3，是影響裂縫可預(yù)測(cè)性的另一重要項(xiàng)；裂縫傾角和鉆井密度權(quán)重均約為0.15，是相對(duì)次要的兩項(xiàng)因素。

圖4 裂縫儲(chǔ)層“三度”綜合評(píng)價(jià)模型

5.2 裂縫可預(yù)測(cè)性綜合評(píng)價(jià)模式在研究區(qū)的應(yīng)用

對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地西北緣車排子、哈山地區(qū)石炭系發(fā)育火成巖裂縫可預(yù)測(cè)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，依次計(jì)算各地區(qū)裂縫的可預(yù)測(cè)性綜合指標(biāo)(表3)。以車排子風(fēng)化殼裂縫為例，裂縫密度為3～10條/m，屬于裂縫密度較大的區(qū)帶。裂縫傾角為40°～70°，由于存在較多的溶蝕裂縫，所以裂縫的傾角中等。由于該區(qū)目的層埋深相對(duì)較淺，而且含油相對(duì)豐富，所以該區(qū)鉆井密度大于0.2口/km2。車排子地區(qū)淺層地震資料信噪比為2～5，依據(jù)“三度”綜合評(píng)價(jià)的模型，分別將以上4項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行賦值，并依據(jù)權(quán)重計(jì)算綜合可預(yù)測(cè)性指標(biāo)，計(jì)算車排子風(fēng)化殼裂縫的可預(yù)測(cè)性指標(biāo)為0.7，屬于相對(duì)較高的可預(yù)測(cè)性。從表4中可以看出，由于不同區(qū)帶裂縫所發(fā)育的類型、埋藏深度、地震資料品質(zhì)、鉆井等因素的差異，其裂縫預(yù)測(cè)的可靠程度也存在差異。其中車排子風(fēng)化殼以及哈山中淺層裂縫可預(yù)測(cè)性最高，哈山深層裂縫可預(yù)測(cè)性為0.5，屬中等。車排子深層裂縫可預(yù)測(cè)性為0.3，屬于最難以預(yù)測(cè)的裂縫。

表3 不同地區(qū)裂縫綜合評(píng)價(jià)

6 結(jié) 論

(1)在分析準(zhǔn)噶爾盆地西北緣車排子和哈山地區(qū)石炭系火成巖裂縫各項(xiàng)參數(shù)與地震反射之間關(guān)系的基礎(chǔ)上，總結(jié)影響裂縫地震綜合預(yù)測(cè)可靠程度的各項(xiàng)因素，嘗試給定各因素的影響權(quán)重，其中地震資料品質(zhì)約為0.4，裂縫密度權(quán)重約為0.3，鉆井密度權(quán)重約為0.15，裂縫角度權(quán)重約為0.15，建立“三度”裂縫可預(yù)測(cè)性評(píng)價(jià)模型。

(2)在研究區(qū)內(nèi)，車排子風(fēng)化殼裂縫、哈山中淺層裂縫能夠進(jìn)行地震綜合預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)所得到的結(jié)果可信度較高，而哈山深層裂縫地震可預(yù)測(cè)性偏差，車排子深層裂縫最難以進(jìn)行準(zhǔn)確的地震預(yù)測(cè)。