辛109斷塊低序級斷層識別及其構造特征

2019-10-24 00:56:34車雄偉楊建磊

中國石油大學勝利學院學報 2019年3期

孫肖,車雄偉,李蕭,楊建磊

(1.中國石油大學勝利學院油氣工程學院,山東東營 257061;2.中國石化勝利油田分公司東辛采油廠地質研究所,山東東營 257094)

低序級斷層是影響注采關系的最重要因素,是油田注水開發中需考慮的首要地質條件,其在斷層規模、斷層封閉性及斷層組合樣式等方面均對油藏開發有不同程度的重要影響[1-3]。辛109斷塊是辛鎮構造帶上的典型區塊,屬于多種沉積特征、多種構造樣式、多種斷裂系統、多種油藏類型特點的復式油氣聚集區,其中斷層多,斷塊小,構造復雜,且低序級斷層落實程度差。受該油藏復雜構造的影響,對構造認識不清,使得注采井網難以完善,動態注采對應差、注水效果不理想的矛盾日漸突出,致使油田提早進入產量遞減期。因此針對辛109斷塊的低序級斷層,在精細地層對比基礎上,利用斷層加強處理、井震結合、相干體技術、螞蟻追蹤等關鍵技術,識別出研究區多條低序級斷層,并進一步研究其構造特征,為重新認識老區塊,發現新的有利圈閉和明確含油范圍,深度開發及老區滾動奠定重要基礎。

1 區域地質概況

辛鎮構造帶整體位于東營凹陷內,構造上位于中央隆起斷裂背斜帶的中東段。辛109斷塊是辛鎮構造帶上的典型區塊(圖1),平面上與辛23、辛1、辛15、辛120等4個斷塊區自北向南呈平行式分布,剖面上呈現負花狀或復式地塹構造。

據鉆井及錄井資料顯示,研究區主要發育有古近系東營組、沙河街組、孔店組,新近系明化鎮組、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、蒸發巖、礁灰巖、厚層暗色泥巖、三角洲砂巖、粒屑灰巖,其中含油層系為沙三段、沙二下、沙二上、沙一段、東營組和館陶組,主力含油層系為沙二上段和沙二下段。基于前人的地層對比結果,結合研究區儲層發育情況及油田精細開發的實際需要,將沙一、沙二段地層劃分為21個砂層組、139個小層,其中含油砂層組20個、含油小層101個,對比斷點474個,14個小層細分為37個韻律層。同時結合區塊內RT曲線和SP曲線,以沉積演化規律為指導,建立“砂—灰—泥”的三角洲沉積“三元模式”,即沿物源方向,巖性變化呈一定規律,依次為砂巖—灰質砂巖—灰質泥巖等,中間過渡有砂質灰巖、灰巖、泥質灰巖等,夾層變化依次為物性夾層—灰質夾層—泥質夾層等。

圖1 辛109斷塊區域構造位置

2 低序級斷層定義

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

低序級斷層分布不均,多集中于盆地陡坡帶、中央隆起帶等部位的褶皺、斷裂發育區,是局部構造應力場的產物。受不同性質構造應力場的影響,不同構造位置可在剖面呈“Y”字型、階梯狀、反“入”字型、地塹型、正花狀、負花狀等多種低序級斷層組合樣式(表1)。

表1 低序級斷層常見剖面組合樣式及主要特征

3 辛109斷塊低序級斷層識別

低序級斷層規模小,其可識別性與地震信噪比、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系。因此常規的地球物理方法難以有效識別低序級斷層。辛109斷塊實際地震資料中,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、同相軸相對連續,斷點反映較清晰。地震頻譜分析結果顯示,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,能可靠分辨出相當砂層組厚度。筆者在前述精細地層對比基礎上,利用斷層加強處理、井震結合、相干體技術、螞蟻追蹤等關鍵技術,識別出研究區多條低序級斷層,并進一步研究其構造特征,以期為重新認識老區塊及油區深度開發奠定重要基礎。

3.1 斷層加強處理

構造導向濾波技術是有效利用地質目標體的傾角和方位角信息提高屬性預測精確性和目標探測能力的重要方法,其在提高地震數據體信噪比、保持原地震信號基本狀態不變的前提下,更加突出同相軸的不連續性,提供更強的斷層、裂縫影像效果,有助于微小斷層的識別[6-7]。斷層加強處理,即為利用構造導向濾波技術沿地震反射界面的傾向和走向,采用各向異性擴散平滑算法,在保護斷層或巖性邊界信息的基礎上,提高同相軸中止處的側向分辨率,使斷層尖銳性得到改善。過辛109-7井的地震剖面清晰顯示,斷層加強處理后斷層解釋精度顯著提高(圖2)。對比斷層加強處理前、后的地震剖面發現,原始地震剖面中地震同相軸多表現為撓曲特征,低序級斷層識別難度較大(圖2(a)),經斷層加強處理后地震剖面中地震同相軸能量集中,且同相軸呈明顯錯斷,斷點更加清晰,斷層反映更加清晰收斂(圖2(b)),低序級斷層易于識別,數量明顯增加,大大提高了斷層解釋的精確性。

圖2 過X109-7剖面斷層加強處理前后對比示意圖

3.2 井震結合技術

大量生產實踐證明,近年來低序級斷層的識別取得了很大進展[8-9],但由于受到地震數據體品質、分辨率及地震響應等諸多因素的影響,利用一種技術或方法識別低序級斷層仍存在嚴重多解性。因此探索基于井震結合的低序級斷層識別技術與方法尤為重要。在典型復雜斷塊油藏辛109斷塊中,充分利用井點地震數據縱向分辨率高的優勢,準確井點斷點對比,多井進行全層位標定,確定低序級斷層的地震識別標志,多方面挖掘“井震結合”,最大限度上降低低序級斷層識別的多解性。圖3中,過辛109-65井的地震剖面顯示,本應連續沉積的Es21～Es23內部具有突變特征,出現約15 m的地層缺失,結合井上對比出的斷點數據,可有效識別出低序級斷層。同時利用井深2 103 m處對比出的斷點數據,結合層位解釋追蹤識別出一條傾向N的低序級斷層,斷開層位Es21～Es23,斷距15 m,平面上延伸距離約260 m。

圖3 X109-65井震結合識別低序級斷層示意圖

3.3 相干體技術

地震相干是在假設地層連續,且橫向上地質、地球物理參數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)相似程度的測量[10]。相干體解釋技術,則是通過量化處理地震相干屬性,生成可解釋的斷層和隱蔽地層構造圖像,突出顯示不相干的地震數據,用于解釋斷層、巖性異常體等地質現象。當出現斷層、地層巖性突變、特殊地質體時,地震道之間的波形特征會發生變化,進而導致局部道與道之間的相關性發生突變[11]。地層邊界、特殊巖性體的不連續性則會進一步得到相關值低的輪廓。通過提取三維相關屬性體,便可將三維反射振幅數據體轉換成三維相似系數或相關值的數據體。此過程基本排除了解釋人員的經驗及主觀判斷的參與,完全依賴于數據體的相干程度差別,從而大大提高了解釋結果可靠性。

基于上述技術,可對相干算法進一步改進,將地震數據體微分成無數個三維子體進行分析計算,對任意道進行三維體屬性及相似分析,估算其相干性。改進后的三維體屬性相干算法提供了一個更好的地震相干性測量方法,其以三維相似性為基礎,使用任意大小的分析時窗,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。此技術可更有效地應用于復雜斷塊油藏中低序級斷層的識別,既實現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,同時彌補了常規識別方法的不足,對小斷層及特殊巖性體的處理更為清晰,全面實現精細化。以辛109斷塊為例,1 790 ms的相干切片顯示,連續的地震反射發生錯斷或扭動時,其波形相似性發生明顯變化,連續性變差。規模較大的斷層極易識別,而相對隱蔽、平面延伸不長,且斷距很小的低序級斷層,常常在構造解釋中被忽略。辛109斷塊新數據體地震解釋斷裂與相干切片對比結果顯示,依據連續性變化可劃分相干低值區,從而有效識別區內低序級斷層(圖4)。

圖4 辛109斷塊1 790 ms新數據體地震解釋斷裂與相干切片對比

3.4 螞蟻追蹤技術

螞蟻追蹤技術是以螞蟻算法為依據產生的一種斷層自動解釋技術。其基于路徑最優化原理,在追蹤識別斷層過程中,根據研究區地震數據體資料及所需追蹤識別斷層的實際情況,設定人工螞蟻參數并隨機散播在地震體中;當部分人工螞蟻發現識別出滿足條件的斷層時,會號召周圍更多的人工螞蟻在此斷層處標記,并繼續追蹤識別其余可能存在斷層痕跡的區域直到完成整個研究區的斷層識別,最后獲得一個痕跡清晰的斷層螞蟻屬性體[12]。與其他斷層識別技術相比,螞蟻追蹤技術的優勢在于可針對不同級別、形態特征的斷層設定追蹤參數進行精細刻畫,尤其是對低序級斷層的反應較強,無需人工逐一解釋,減少人為或其他因素對斷層識別的影響,從而大大提高了斷層解釋的精度和效率。

在辛109斷塊的低序級斷層識別過程中,針對研究區斷裂系統復雜、具有高精度三維地震體資料的特點,通過構造平滑技術等預處理方法加強地震反射波連續性,降低排除其他噪音干擾的影響;同時采用較常規的方差屬性方法,將地震屬性體內的不連續點,即“邊緣”進行強化,減少其可能帶來的解釋誤差。在此基礎上,結合辛109斷塊實際地質情況進行人工干預,設置參數進行產狀提取和斷片評估和篩選,提取辛109斷塊符合研究條件斷片,獲得三維斷裂系統?；诖?在辛109斷塊獲得了一個低噪音、具有清晰斷層痕跡的螞蟻數據體(圖5、6),更加有效地識別出了研究區的低序級斷層。

圖5 螞蟻追蹤技術處理前后地震剖面對比:辛109斷塊INLine1352

綜上所述,斷層的解釋與層位追蹤可以同時進行,并隨時在兩種解釋狀態下切換,檢查、驗證、組合等工作相應也是同步進行的。斷層解釋與識別是綜合應用了以上多種技術與方法,可用任意測線解釋縱、橫時間剖面不易識別的斷層,以及檢查斷層解釋的正確性。

圖6 辛109斷塊1 900～2 050 ms各時窗螞蟻體水平切片分析

4 辛109斷塊低序級斷層構造特征

4.1 辛109斷塊低序級斷層識別與認識

辛109斷塊主體構造部位發育辛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?？傮w來看,斷層發育繼承性較好,形成時期短,平面延伸幾百米,斷層落差最大可達130～350 m,規模上屬高序級斷層中的三級斷層,控制了研究區典型反向斷鼻構造帶的形成?；诖?筆者利用斷層加強處理、井震結合、相干體切片、螞蟻追蹤等多種低序級斷層識別的關鍵技術,結合研究區大量三維地震資料解釋,對辛109斷塊低序級斷層進行了詳細的構造解析,在原解釋結果基礎上新識別、解釋低序級斷層10條,并進一步對其構造特征取得了系統認識(表2)。

表2 辛109斷塊新識別低序級斷層構造特征

4.2 辛109斷塊新老構造對比

與辛109斷塊原解釋結果對比發現,整體構造形態和斷裂系統未發生明顯變化,主要邊界斷層及分塊斷層延伸長度大、落差大,分布規律較強,不同組系間的相互交切對斷裂帶具有明顯的分隔作用,整體鼻狀構造形態一致;但局部構造特征存在一定變化,具體體現在低序級斷層解釋與斷層組合形態兩個方面。

(1)低序級斷層解釋。辛109斷塊低序級斷層解釋與識別過程中,在原解釋結果基礎上新識別低序級斷層10條。以辛109-23井北附近為例,通過對識別目標進行相干切片瀏覽,同時結合屬性分析,在辛109-23井北部識別一條近EW向低序級斷層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。辛109斷塊低序級斷層解釋與識別過程中,通過對過辛6-25井的Inline1351南北向地震剖面Es13底面層位解釋,新識別低序級斷層fb1,且低序級斷層fb1與原解釋斷層F1平面組合后,展布形態發生改變(圖8)。其中F1斷層繼續向東延伸,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。