孫 肖,車雄偉,李 蕭,楊建磊

(1.中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院 油氣工程學(xué)院,山東 東營(yíng) 257061;2.中國(guó)石化勝利油田分公司 東辛采油廠地質(zhì)研究所,山東 東營(yíng) 257094)

低序級(jí)斷層是影響注采關(guān)系的最重要因素,是油田注水開(kāi)發(fā)中需考慮的首要地質(zhì)條件,其在斷層規(guī)模、斷層封閉性及斷層組合樣式等方面均對(duì)油藏開(kāi)發(fā)有不同程度的重要影響[1-3]。辛109斷塊是辛鎮(zhèn)構(gòu)造帶上的典型區(qū)塊,屬于多種沉積特征、多種構(gòu)造樣式、多種斷裂系統(tǒng)、多種油藏類型特點(diǎn)的復(fù)式油氣聚集區(qū),其中斷層多,斷塊小,構(gòu)造復(fù)雜,且低序級(jí)斷層落實(shí)程度差。受該油藏復(fù)雜構(gòu)造的影響,對(duì)構(gòu)造認(rèn)識(shí)不清,使得注采井網(wǎng)難以完善,動(dòng)態(tài)注采對(duì)應(yīng)差、注水效果不理想的矛盾日漸突出,致使油田提早進(jìn)入產(chǎn)量遞減期。因此針對(duì)辛109斷塊的低序級(jí)斷層,在精細(xì)地層對(duì)比基礎(chǔ)上,利用斷層加強(qiáng)處理、井震結(jié)合、相干體技術(shù)、螞蟻?zhàn)粉櫟汝P(guān)鍵技術(shù),識(shí)別出研究區(qū)多條低序級(jí)斷層,并進(jìn)一步研究其構(gòu)造特征,為重新認(rèn)識(shí)老區(qū)塊,發(fā)現(xiàn)新的有利圈閉和明確含油范圍,深度開(kāi)發(fā)及老區(qū)滾動(dòng)奠定重要基礎(chǔ)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

辛鎮(zhèn)構(gòu)造帶整體位于東營(yíng)凹陷內(nèi),構(gòu)造上位于中央隆起斷裂背斜帶的中東段。辛109斷塊是辛鎮(zhèn)構(gòu)造帶上的典型區(qū)塊(圖1),平面上與辛23、辛1、辛15、辛120等4個(gè)斷塊區(qū)自北向南呈平行式分布,剖面上呈現(xiàn)負(fù)花狀或復(fù)式地塹構(gòu)造。

據(jù)鉆井及錄井資料顯示,研究區(qū)主要發(fā)育有古近系東營(yíng)組、沙河街組、孔店組,新近系明化鎮(zhèn)組、館陶組,第四系平原組。古近系和新近系巖性序列特征主要為紅色砂泥巖、蒸發(fā)巖、礁灰?guī)r、厚層暗色泥巖、三角洲砂巖、粒屑灰?guī)r,其中含油層系為沙三段、沙二下、沙二上、沙一段、東營(yíng)組和館陶組,主力含油層系為沙二上段和沙二下段?；谇叭说牡貙訉?duì)比結(jié)果,結(jié)合研究區(qū)儲(chǔ)層發(fā)育情況及油田精細(xì)開(kāi)發(fā)的實(shí)際需要,將沙一、沙二段地層劃分為21個(gè)砂層組、139個(gè)小層,其中含油砂層組20個(gè)、含油小層101個(gè),對(duì)比斷點(diǎn)474個(gè),14個(gè)小層細(xì)分為37個(gè)韻律層。同時(shí)結(jié)合區(qū)塊內(nèi)RT曲線和SP曲線,以沉積演化規(guī)律為指導(dǎo),建立“砂—灰—泥”的三角洲沉積“三元模式”,即沿物源方向,巖性變化呈一定規(guī)律,依次為砂巖—灰質(zhì)砂巖—灰質(zhì)泥巖等,中間過(guò)渡有砂質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r等,夾層變化依次為物性?shī)A層—灰質(zhì)夾層—泥質(zhì)夾層等。

圖1 辛109斷塊區(qū)域構(gòu)造位置

2 低序級(jí)斷層定義

斷層級(jí)別劃分通常是以斷層規(guī)模及其對(duì)油氣的控制能力為依據(jù),具體可劃分為5級(jí)[4-5]。其中一級(jí)斷層控制凹陷內(nèi)油氣聚集,多為凹陷邊界;二級(jí)斷層平行于盆內(nèi)構(gòu)造線,控制構(gòu)造帶的油氣成藏;三級(jí)斷層多為斷塊區(qū)邊界;四級(jí)斷層將斷塊區(qū)內(nèi)部劃分為多個(gè)油水系統(tǒng),落差多小于50 m;五級(jí)斷層落差較小,小至1～2 m,最大不超過(guò)幾十米,僅局部控制油水分布。一級(jí)—三級(jí)斷層平面規(guī)模較大,斷層落差可達(dá)100 m,四級(jí)—五級(jí)斷層平面延伸較短,斷層落差小于100 m。將四級(jí)、五級(jí)斷層定義為低序級(jí)斷層。

低序級(jí)斷層分布不均,多集中于盆地陡坡帶、中央隆起帶等部位的褶皺、斷裂發(fā)育區(qū),是局部構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的產(chǎn)物。受不同性質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的影響,不同構(gòu)造位置可在剖面呈“Y”字型、階梯狀、反“入”字型、地塹型、正花狀、負(fù)花狀等多種低序級(jí)斷層組合樣式(表1)。

表1 低序級(jí)斷層常見(jiàn)剖面組合樣式及主要特征

3 辛109斷塊低序級(jí)斷層識(shí)別

低序級(jí)斷層規(guī)模小,其可識(shí)別性與地震信噪比、地震頻帶寬度、地震資料主頻以及斷層落差等因素均有直接關(guān)系。因此常規(guī)的地球物理方法難以有效識(shí)別低序級(jí)斷層。辛109斷塊實(shí)際地震資料中,目的層段沙一—沙二段含油砂層組介于1.5～2.2 s之間,地震信噪比較高、同相軸相對(duì)連續(xù),斷點(diǎn)反映較清晰。地震頻譜分析結(jié)果顯示,頻帶寬度為10～50 Hz,主頻為28 Hz,層速度為2 800～3 400 m/s,縱向分辨率為25～30 m,能可靠分辨出相當(dāng)砂層組厚度。筆者在前述精細(xì)地層對(duì)比基礎(chǔ)上,利用斷層加強(qiáng)處理、井震結(jié)合、相干體技術(shù)、螞蟻?zhàn)粉櫟汝P(guān)鍵技術(shù),識(shí)別出研究區(qū)多條低序級(jí)斷層,并進(jìn)一步研究其構(gòu)造特征,以期為重新認(rèn)識(shí)老區(qū)塊及油區(qū)深度開(kāi)發(fā)奠定重要基礎(chǔ)。

3.1 斷層加強(qiáng)處理

構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波技術(shù)是有效利用地質(zhì)目標(biāo)體的傾角和方位角信息提高屬性預(yù)測(cè)精確性和目標(biāo)探測(cè)能力的重要方法,其在提高地震數(shù)據(jù)體信噪比、保持原地震信號(hào)基本狀態(tài)不變的前提下,更加突出同相軸的不連續(xù)性,提供更強(qiáng)的斷層、裂縫影像效果,有助于微小斷層的識(shí)別[6-7]。斷層加強(qiáng)處理,即為利用構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波技術(shù)沿地震反射界面的傾向和走向,采用各向異性擴(kuò)散平滑算法,在保護(hù)斷層或巖性邊界信息的基礎(chǔ)上,提高同相軸中止處的側(cè)向分辨率,使斷層尖銳性得到改善。過(guò)辛109-7井的地震剖面清晰顯示,斷層加強(qiáng)處理后斷層解釋精度顯著提高(圖2)。對(duì)比斷層加強(qiáng)處理前、后的地震剖面發(fā)現(xiàn),原始地震剖面中地震同相軸多表現(xiàn)為撓曲特征,低序級(jí)斷層識(shí)別難度較大(圖2(a)),經(jīng)斷層加強(qiáng)處理后地震剖面中地震同相軸能量集中,且同相軸呈明顯錯(cuò)斷,斷點(diǎn)更加清晰,斷層反映更加清晰收斂(圖2(b)),低序級(jí)斷層易于識(shí)別,數(shù)量明顯增加,大大提高了斷層解釋的精確性。

圖2 過(guò)X109-7剖面斷層加強(qiáng)處理前后對(duì)比示意圖

3.2 井震結(jié)合技術(shù)

大量生產(chǎn)實(shí)踐證明,近年來(lái)低序級(jí)斷層的識(shí)別取得了很大進(jìn)展[8-9],但由于受到地震數(shù)據(jù)體品質(zhì)、分辨率及地震響應(yīng)等諸多因素的影響,利用一種技術(shù)或方法識(shí)別低序級(jí)斷層仍存在嚴(yán)重多解性。因此探索基于井震結(jié)合的低序級(jí)斷層識(shí)別技術(shù)與方法尤為重要。在典型復(fù)雜斷塊油藏辛109斷塊中,充分利用井點(diǎn)地震數(shù)據(jù)縱向分辨率高的優(yōu)勢(shì),準(zhǔn)確井點(diǎn)斷點(diǎn)對(duì)比,多井進(jìn)行全層位標(biāo)定,確定低序級(jí)斷層的地震識(shí)別標(biāo)志,多方面挖掘“井震結(jié)合”,最大限度上降低低序級(jí)斷層識(shí)別的多解性。圖3中,過(guò)辛109-65井的地震剖面顯示,本應(yīng)連續(xù)沉積的Es21～Es23內(nèi)部具有突變特征,出現(xiàn)約15 m的地層缺失,結(jié)合井上對(duì)比出的斷點(diǎn)數(shù)據(jù),可有效識(shí)別出低序級(jí)斷層。同時(shí)利用井深2 103 m處對(duì)比出的斷點(diǎn)數(shù)據(jù),結(jié)合層位解釋追蹤識(shí)別出一條傾向N的低序級(jí)斷層,斷開(kāi)層位Es21～Es23,斷距15 m,平面上延伸距離約260 m。

圖3 X109-65井震結(jié)合識(shí)別低序級(jí)斷層示意圖

3.3 相干體技術(shù)

地震相干是在假設(shè)地層連續(xù),且橫向上地質(zhì)、地球物理參數(shù)變化不大的前提條件下,定量研究地震道之間的波形相似性,即對(duì)相鄰地震道之間地震屬性(如:波形、振幅、頻率、相位等)相似程度的測(cè)量[10]。相干體解釋技術(shù),則是通過(guò)量化處理地震相干屬性,生成可解釋的斷層和隱蔽地層構(gòu)造圖像,突出顯示不相干的地震數(shù)據(jù),用于解釋斷層、巖性異常體等地質(zhì)現(xiàn)象。當(dāng)出現(xiàn)斷層、地層巖性突變、特殊地質(zhì)體時(shí),地震道之間的波形特征會(huì)發(fā)生變化,進(jìn)而導(dǎo)致局部道與道之間的相關(guān)性發(fā)生突變[11]。地層邊界、特殊巖性體的不連續(xù)性則會(huì)進(jìn)一步得到相關(guān)值低的輪廓。通過(guò)提取三維相關(guān)屬性體,便可將三維反射振幅數(shù)據(jù)體轉(zhuǎn)換成三維相似系數(shù)或相關(guān)值的數(shù)據(jù)體。此過(guò)程基本排除了解釋人員的經(jīng)驗(yàn)及主觀判斷的參與,完全依賴于數(shù)據(jù)體的相干程度差別,從而大大提高了解釋結(jié)果可靠性。

基于上述技術(shù),可對(duì)相干算法進(jìn)一步改進(jìn),將地震數(shù)據(jù)體微分成無(wú)數(shù)個(gè)三維子體進(jìn)行分析計(jì)算,對(duì)任意道進(jìn)行三維體屬性及相似分析,估算其相干性。改進(jìn)后的三維體屬性相干算法提供了一個(gè)更好的地震相干性測(cè)量方法,其以三維相似性為基礎(chǔ),使用任意大小的分析時(shí)窗,在最大橫向分辨率和提高信噪比二者的矛盾與要求間取得平衡。此技術(shù)可更有效地應(yīng)用于復(fù)雜斷塊油藏中低序級(jí)斷層的識(shí)別,既實(shí)現(xiàn)了地震道與道之間相干特征的定量描述,也可將斷層及其組合有效平面化展布,同時(shí)彌補(bǔ)了常規(guī)識(shí)別方法的不足,對(duì)小斷層及特殊巖性體的處理更為清晰,全面實(shí)現(xiàn)精細(xì)化。以辛109斷塊為例,1 790 ms的相干切片顯示,連續(xù)的地震反射發(fā)生錯(cuò)斷或扭動(dòng)時(shí),其波形相似性發(fā)生明顯變化,連續(xù)性變差。規(guī)模較大的斷層極易識(shí)別,而相對(duì)隱蔽、平面延伸不長(zhǎng),且斷距很小的低序級(jí)斷層,常常在構(gòu)造解釋中被忽略。辛109斷塊新數(shù)據(jù)體地震解釋斷裂與相干切片對(duì)比結(jié)果顯示,依據(jù)連續(xù)性變化可劃分相干低值區(qū),從而有效識(shí)別區(qū)內(nèi)低序級(jí)斷層(圖4)。

圖4 辛109斷塊1 790 ms新數(shù)據(jù)體地震解釋斷裂與相干切片對(duì)比

3.4 螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)

螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)是以螞蟻算法為依據(jù)產(chǎn)生的一種斷層自動(dòng)解釋技術(shù)。其基于路徑最優(yōu)化原理,在追蹤識(shí)別斷層過(guò)程中,根據(jù)研究區(qū)地震數(shù)據(jù)體資料及所需追蹤識(shí)別斷層的實(shí)際情況,設(shè)定人工螞蟻參數(shù)并隨機(jī)散播在地震體中;當(dāng)部分人工螞蟻發(fā)現(xiàn)識(shí)別出滿足條件的斷層時(shí),會(huì)號(hào)召周圍更多的人工螞蟻在此斷層處標(biāo)記,并繼續(xù)追蹤識(shí)別其余可能存在斷層痕跡的區(qū)域直到完成整個(gè)研究區(qū)的斷層識(shí)別,最后獲得一個(gè)痕跡清晰的斷層螞蟻屬性體[12]。與其他斷層識(shí)別技術(shù)相比,螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)的優(yōu)勢(shì)在于可針對(duì)不同級(jí)別、形態(tài)特征的斷層設(shè)定追蹤參數(shù)進(jìn)行精細(xì)刻畫(huà),尤其是對(duì)低序級(jí)斷層的反應(yīng)較強(qiáng),無(wú)需人工逐一解釋,減少人為或其他因素對(duì)斷層識(shí)別的影響,從而大大提高了斷層解釋的精度和效率。

在辛109斷塊的低序級(jí)斷層識(shí)別過(guò)程中,針對(duì)研究區(qū)斷裂系統(tǒng)復(fù)雜、具有高精度三維地震體資料的特點(diǎn),通過(guò)構(gòu)造平滑技術(shù)等預(yù)處理方法加強(qiáng)地震反射波連續(xù)性,降低排除其他噪音干擾的影響;同時(shí)采用較常規(guī)的方差屬性方法,將地震屬性體內(nèi)的不連續(xù)點(diǎn),即“邊緣”進(jìn)行強(qiáng)化,減少其可能帶來(lái)的解釋誤差。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合辛109斷塊實(shí)際地質(zhì)情況進(jìn)行人工干預(yù),設(shè)置參數(shù)進(jìn)行產(chǎn)狀提取和斷片評(píng)估和篩選,提取辛109斷塊符合研究條件斷片,獲得三維斷裂系統(tǒng)?；诖?在辛109斷塊獲得了一個(gè)低噪音、具有清晰斷層痕跡的螞蟻數(shù)據(jù)體(圖5、6),更加有效地識(shí)別出了研究區(qū)的低序級(jí)斷層。

圖5 螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)處理前后地震剖面對(duì)比:辛109斷塊INLine1352

綜上所述,斷層的解釋與層位追蹤可以同時(shí)進(jìn)行,并隨時(shí)在兩種解釋狀態(tài)下切換,檢查、驗(yàn)證、組合等工作相應(yīng)也是同步進(jìn)行的。斷層解釋與識(shí)別是綜合應(yīng)用了以上多種技術(shù)與方法,可用任意測(cè)線解釋縱、橫時(shí)間剖面不易識(shí)別的斷層,以及檢查斷層解釋的正確性。

圖6 辛109斷塊1 900～2 050 ms各時(shí)窗螞蟻體水平切片分析

4 辛109斷塊低序級(jí)斷層構(gòu)造特征

4.1 辛109斷塊低序級(jí)斷層識(shí)別與認(rèn)識(shí)

辛109斷塊主體構(gòu)造部位發(fā)育辛120斷層、辛120南斷層、辛109斷層、辛109北斷層、辛6斷層、辛6北斷層等6條主干斷層。斷層平面上近東西向延伸,傾向北,整體呈向北凸出的弧形彎曲,剖面上呈上陡下緩的鏟狀。總體來(lái)看,斷層發(fā)育繼承性較好,形成時(shí)期短,平面延伸幾百米,斷層落差最大可達(dá)130～350 m,規(guī)模上屬高序級(jí)斷層中的三級(jí)斷層,控制了研究區(qū)典型反向斷鼻構(gòu)造帶的形成?；诖?筆者利用斷層加強(qiáng)處理、井震結(jié)合、相干體切片、螞蟻?zhàn)粉櫟榷喾N低序級(jí)斷層識(shí)別的關(guān)鍵技術(shù),結(jié)合研究區(qū)大量三維地震資料解釋,對(duì)辛109斷塊低序級(jí)斷層進(jìn)行了詳細(xì)的構(gòu)造解析,在原解釋結(jié)果基礎(chǔ)上新識(shí)別、解釋低序級(jí)斷層10條,并進(jìn)一步對(duì)其構(gòu)造特征取得了系統(tǒng)認(rèn)識(shí)(表2)。

表2 辛109斷塊新識(shí)別低序級(jí)斷層構(gòu)造特征

4.2 辛109斷塊新老構(gòu)造對(duì)比

與辛109斷塊原解釋結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn),整體構(gòu)造形態(tài)和斷裂系統(tǒng)未發(fā)生明顯變化,主要邊界斷層及分塊斷層延伸長(zhǎng)度大、落差大,分布規(guī)律較強(qiáng),不同組系間的相互交切對(duì)斷裂帶具有明顯的分隔作用,整體鼻狀構(gòu)造形態(tài)一致;但局部構(gòu)造特征存在一定變化,具體體現(xiàn)在低序級(jí)斷層解釋與斷層組合形態(tài)兩個(gè)方面。

(1)低序級(jí)斷層解釋。辛109斷塊低序級(jí)斷層解釋與識(shí)別過(guò)程中,在原解釋結(jié)果基礎(chǔ)上新識(shí)別低序級(jí)斷層10條。以辛109-23井北附近為例,通過(guò)對(duì)識(shí)別目標(biāo)進(jìn)行相干切片瀏覽,同時(shí)結(jié)合屬性分析,在辛109-23井北部識(shí)別一條近EW向低序級(jí)斷層fx1(圖7),傾向向北,其最大斷距15 m,平面延伸距離約200 m。

(2)斷層組合形態(tài)。辛109斷塊低序級(jí)斷層解釋與識(shí)別過(guò)程中,通過(guò)對(duì)過(guò)辛6-25井的Inline1351南北向地震剖面Es13底面層位解釋,新識(shí)別低序級(jí)斷層fb1,且低序級(jí)斷層fb1與原解釋斷層F1平面組合后,展布形態(tài)發(fā)生改變(圖8)。其中F1斷層繼續(xù)向東延伸,且弧度變小,而fb1斷層向西北方向延伸并與F1斷層近似平行展布。

圖7 辛109-23井附近新解釋低序級(jí)斷層特征

圖8 過(guò)辛6-25井的Inline1351南北向地震剖面及斷層組合形態(tài)

5 結(jié) 論

(1)低序級(jí)斷層規(guī)模小,常規(guī)的地球物理方法難以對(duì)其有效識(shí)別。斷層加強(qiáng)處理、井震結(jié)合、相干體技術(shù)、螞蟻?zhàn)粉櫟仁菑?fù)雜斷塊油藏中識(shí)別低序級(jí)斷層的關(guān)鍵技術(shù)。

(2)辛109斷塊低序級(jí)斷層識(shí)別結(jié)果表明,區(qū)內(nèi)低序級(jí)斷層發(fā)育,在原解釋結(jié)果基礎(chǔ)上新增低序級(jí)斷層10條,平面延伸幾百米,斷層最大落差僅5～20 m,規(guī)模上屬低序級(jí)斷層中的五級(jí)斷層。

(3)辛109斷塊新老構(gòu)造對(duì)比表明,整體構(gòu)造形態(tài)和斷裂系統(tǒng)未發(fā)生明顯變化,主要邊界斷層及分塊斷層延伸長(zhǎng)度大、落差大,分布規(guī)律較強(qiáng),不同組系間的相互交切對(duì)斷裂帶具有明顯的分隔作用;但在低序級(jí)斷層解釋、斷層組合形態(tài)等局部構(gòu)造特征存在一定變化。