任丘油田注水與誘發(fā)地震的關(guān)系及應(yīng)用

摘要華北油田長期開發(fā)產(chǎn)生頻繁的誘發(fā)地震活動，本文通過對油田地震活動特征的分析，并通過對任11井區(qū)的記錄資料數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，判斷出注水是油田地震活動產(chǎn)生的根本原因，進(jìn)而深入分析注水誘發(fā)地震的地質(zhì)基礎(chǔ)；從而找出對油田注水誘發(fā)地震可控性的措施并提出合理的對策，以有效地控制或減少油田地震活動，減輕地震災(zāi)害損失。

關(guān)鍵詞 任丘油田 誘發(fā)地震 注水 地質(zhì)基礎(chǔ)

中圖分類號：P315文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Relations Between Induced Earthquake Oilfield Flooding and Application

CHEN Xiaoling[1]， FU Lijun[2]

([1]North China Petroleum Administration Bureau， Renqiu， Hebei 062552;

[2] Housing and Urban and Rural Construction Bureau of Renqiu City， Renqiu， Hebei 062550)

AbstractNorth China oilfield 's long-term development produce frequent trigger seismic activity， this paper analyses the characteristics of oilfield 's seismic activity， and through the summary of the data recorded statistic of 11 area in Renqiu， results that water flooding is the basic reason for triggering seismic activity， then further more explore the geological basis， so as to find out the controllability for oilfield water flooding and puts forward the measures to control the reasonable countermeasures， in oder to reduce seismic losses.

Key wordsRenqiu oilfield; induced earthquake; water flood; geological basis

華北油田位于河北平原中部，所處構(gòu)造位于冀中坳陷、任西大斷裂東側(cè)，呈北東—南西向條帶狀態(tài)分布，含油面積10km2，油田于1976年投入開發(fā)，同年底開始采用人工注水驅(qū)油生產(chǎn)，1977年后注水井和注水量激增，到1980年注水量升到峰值。這種注水驅(qū)油方式引起了油田內(nèi)部頻繁的地震活動，僅1980年前后的3年中，在油區(qū)內(nèi)發(fā)生了ML2級以上地震近20次，這些地震基本上沿著油田開發(fā)區(qū)活動，而任丘地區(qū)在油田未投入開發(fā)前幾十年都沒有發(fā)生過地震，因此我們通過各種數(shù)據(jù)找出了油田地震活動的一些特征。

1 油田地震活動特征

地震活動規(guī)律表現(xiàn)在多方面，本文試從以下幾個方面進(jìn)行分析：

（1）地震頻度特征：油田附近地區(qū)從1970-1976年，從未發(fā)生過有感地震，亦未發(fā)現(xiàn)ML≥2級地震記載，但從油田投入開發(fā)生產(chǎn)以后不到兩年，即開始發(fā)生有感地震，自1977-1988年的12年間共發(fā)生ML≥2地震97次，其中地震頻度較高的有4年，最高的為1986年達(dá)53次， 1987年11次；1979年和1981年各7次。頻度較高的日期有3個，亦發(fā)生在1986年，日頻度分別為10月19日4次、11月15日4次和12月2日4次。

（2）地震強(qiáng)度特征：從總體來看，油田地震強(qiáng)度較小，多數(shù)地震在ML≥3級以下，從相對強(qiáng)度變化來看，ML≥4級的地震僅發(fā)生一次，即為1987年6月2日5級地震；ML≥3.0—3.9級的地震發(fā)生8次，其中較大的為任11井區(qū)發(fā)生的1979年5月26日3.9級和同年12月18日3.7級地震；ML≥2.0—2.9級的地震發(fā)生88次。

（3）地震烈度特征：油田地震烈度一般較高，發(fā)生ML≥2級的地震即有明顯感覺，地震烈度達(dá)Ⅳ-Ⅵ度，通過對5次不同強(qiáng)度的具有完整等烈度線的地震烈度記載的47次地震作回歸分析，得到注水誘發(fā)地震的震級與烈度I0關(guān)系式：ML=1.05I0-1.83。

（4）地震分區(qū)特征：參照油田開發(fā)分區(qū)情況，從地震發(fā)生數(shù)目多少來看，任11井是12次，強(qiáng)度是ML3.9級，任11井區(qū)地震分布面積大。

（5）震源深度特征：根據(jù)油田地震記錄，采用方位角法測定，根據(jù)油田地震的地聲顯著、震感較強(qiáng)等綜合判定，油田地震的震源深度較淺，與油田生產(chǎn)深度（3~4km）基本一致，遠(yuǎn)小于構(gòu)造地震的震源深度。

（6）尾波衰減特征：根據(jù)對華北油田1986-1989年的29次地震測定得到尾波衰減的Q值在45~118之間，平均值為75，這與國內(nèi)外其他地區(qū)地表淺源地震的測定結(jié)果相近，由此顯示油田地區(qū)不是異常區(qū)，而油田地震的基本原因在于油田開發(fā)生產(chǎn)。

除此之外還對P波初動、地震波形等數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，從這些特征可以斷定油田地震的產(chǎn)生不是因?yàn)樘烊粯?gòu)造地震

引起的，而是人為開發(fā)生產(chǎn)引起的誘發(fā)地震。

2 油田注水誘發(fā)地震的剖析

（1）油田地震活動出現(xiàn)于油田開發(fā)生產(chǎn)地區(qū)及某些特殊部位，華北油田霧迷山組油藏為碳酸鹽巖油藏，其特點(diǎn)是深井、高溫、高壓、產(chǎn)液量高，隨著開發(fā)時間的推移，地層壓力下降，產(chǎn)液量減少，為補(bǔ)充地層壓力，故采用注水增效措施，但因此也帶來了新的問題－注水誘發(fā)地震活動頻繁，從而引起了油田領(lǐng)導(dǎo)和地震監(jiān)測部門的高度重視，在油田各注水井點(diǎn)建立數(shù)據(jù)采集點(diǎn)和地震站觀測記錄，晝夜不間斷地監(jiān)測。我們通過對任11井區(qū)的觀測，采用注水量、地層總壓降、注水井?dāng)?shù)、地震強(qiáng)度等幾項要素來研究注水與地震的關(guān)系。（見圖１）

任11井區(qū)注水與地震的關(guān)系：圖中給出了任11井區(qū)生產(chǎn)開發(fā)動態(tài)曲線，由此可見四個顯著特征：第一，注水井投注后一、二年內(nèi)發(fā)生地震較多，如1979年4~9月有3口井投注，二年內(nèi)發(fā)生地震8次；，1984年8月投注1口井，一年內(nèi)發(fā)生5次地震；第二，大量注水期間及注水量持續(xù)增大期間發(fā)生地震較多，如1977年5月至1981年4月期間，月注水量高達(dá)20*104m3以上，發(fā)生地震7次，3次ML≥3級地震亦在此期間發(fā)生；1984年底起月注水量連續(xù)增加半年，發(fā)生地震5次，其他時段僅僅發(fā)生3次不到2級的地震；第三，地層壓力上升期間發(fā)生地震較多、較大，如地層壓力從1979-1981年持續(xù)上升，其間發(fā)生地震9次，且3次ML≥3級地震亦在此期間發(fā)生；第四，地層壓力下降期間無地震發(fā)生，如1976年初至1977年6月，地層壓力下降幅度高達(dá)2.4Mpa左右，未發(fā)生一次地震。

圖1任11井區(qū)注水與地震的關(guān)系圖

由上圖華北油田11井區(qū)注水與地震的相關(guān)情況可得出，發(fā)生地震較多、較大的基本因素（或指標(biāo)）有三項：一是增加注水井后的一、二年時間；二是大量注水及持續(xù)增加注水量時間段；三是地層壓力由低到高的持續(xù)上升時間段，反之亦然。

（2）注水誘發(fā)地震的地質(zhì)基礎(chǔ)。注水誘發(fā)地震還與地層構(gòu)造相關(guān)。華北油田霧迷山組油藏被四條近東西向的斷層橫切，形成高低不同的幾個山頭。潛山內(nèi)幕構(gòu)造是一個西側(cè)被主斷層切割的半背斜構(gòu)造，出露地層南老北新，反映內(nèi)幕構(gòu)造南高北低。據(jù)240口井對比，鉆遇斷點(diǎn)233個，組合成大小正斷層85條，斷層均屬張性正斷層，斷距幾十米到幾百米，按走向分為北西向（有67條，斷距數(shù)米至數(shù)十米），北東向（7條，斷距300~150m），北北東向（7條，斷距300~600m），近東西向（4條，斷距250~500m）等4組，它們不起遮擋作用，而使油藏縱橫連通。

產(chǎn)油層屬于中元古界薊縣系霧迷山組，地層巖性主要是碳酸鹽巖，以隱藻白云巖為主，顆（晶）粒白云巖次之，并夾泥質(zhì)、含泥質(zhì)白云巖。任11井區(qū)主要就是由隱藻白云巖夾硅質(zhì)、泥質(zhì)白云巖組成。這種巖石有一定強(qiáng)度，也有一定脆性，且斷裂構(gòu)造縱橫交錯，支離破碎，整體強(qiáng)度小。由于注水之后，破壞了地層的原始壓力，迫使老斷層重新活動，便發(fā)生了地震，有的還形成新斷層。又因?yàn)檫@種地層結(jié)構(gòu)松散，整體性差，所以不具備形成大震震源體積的條件，誘發(fā)地震的斷裂較小、較淺則是油田誘發(fā)地震強(qiáng)度不大的主要原因，油田地震多發(fā)生在次級中、小規(guī)模斷裂附近，在哪注水，就在哪個區(qū)塊發(fā)生小面積的小地震活動，反映出油田注水作用僅能推動中、小斷裂活動，故誘發(fā)地震的強(qiáng)度多在ML3級以下，遠(yuǎn)低于天然構(gòu)造地震的強(qiáng)度，震源深度多在數(shù)公里之內(nèi)，震中分布僅限于油田注水附近地區(qū)，震級小、震源淺，感覺明顯，但發(fā)生破壞性地震的可能性小。由此我們認(rèn)為，碳酸鹽巖和斷裂構(gòu)造可能是注水誘發(fā)地震特有的地質(zhì)基礎(chǔ)。

3 油田注水誘發(fā)地震的防控及應(yīng)用

從上述分析看出，誘發(fā)地震的根本原因是注水。一是新井投注；二是增注；三是大量持續(xù)注水。當(dāng)注水井投注后的一定時間段，地震發(fā)生較多，注水量的相對變化與地震直接相關(guān)（見圖2）。

圖2油田注水井地震與構(gòu)造分布示意圖

通過多年觀測與實(shí)踐證實(shí)：減注、少注則少震或停震，但油田從生產(chǎn)考慮，不可能停止注水，而為防止頻繁的地震給人民生活和油田生產(chǎn)造成的危害，可采取有效的控注防震措施。因?yàn)榈卣鸢l(fā)生不單是注水，而與地層、構(gòu)造相關(guān)，所以應(yīng)根據(jù)各區(qū)塊的地層條件適當(dāng)控制注水量或合理調(diào)整注水井可避免地震的發(fā)生。

由于油田地區(qū)建筑物地質(zhì)基礎(chǔ)較差，且油田開發(fā)生產(chǎn)又增加了新的不穩(wěn)定因素，很多人認(rèn)為油田采油井那么多，會不會是把油采空了就形成地震呢？其實(shí)并不是這樣的，油田誘發(fā)地震一般主要發(fā)生在注水井周圍，因而要對注水井區(qū)附近的建筑采用抗震級別高的材料，對新建建筑要進(jìn)行抗震設(shè)計，對已經(jīng)存在的建筑要普遍進(jìn)行抗震加固；對于重要的工程建筑，采用更高的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，爭取做到在發(fā)生地震時，大震不倒，小震不壞，最大限度地保證油田正常生產(chǎn)，減輕地震災(zāi)害。

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