基于地震響應的裂縫可預測性“三度”評價模式建立及應用

郝志偉，盧 貞，時秀朋

(1.中國石化勝利油田分公司 勘探開發研究院，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測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、地震資料品質、裂縫與地震反射之間對應關系、預測技術的適用性等[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)發育裂縫會比低角度(甚至水平)裂縫更加容易預測；地震資料信噪比較高時，裂縫預測可靠程度會更高；在鉆井密集地區，地震資料結合鉆、測井資料會比鉆井稀少地區預測裂縫更加可靠。以往研究多是對影響裂縫預測可靠程度的單一因素進行分析[3-4]。筆者對幾項因素進行綜合考慮，來分析裂縫地震預測的可靠程度。

1 研究區巖性特征

研究區位于準噶爾盆地西北緣，包括哈山和車排子兩地區。哈山地區石炭系在地表大面積出露，受達爾布特斷裂控制，呈北東向帶狀分布，巖性主要為島弧相關的火山巖、近物源沉積物、淺海與半深海沉積物。哈山地區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巖、火山角礫巖等。研究區改造作用強烈，經風化、淋濾、蝕變形成次生溶孔，且裂縫發育，起到較好的溝通作用，因此研究區內火山巖為一套有利儲層。

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

2 研究區裂縫發育特征分析

綜合巖心、薄片、測井分析結果，對研究區裂縫參數進行統計分析，主要內容包括裂縫發育規模評價、裂縫密度以及裂縫產狀特點。

(1)裂縫規模。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關系。由于巖心取心半徑的限制，同組高角度大裂縫很難統計，只在個別構造裂縫密集段可能測得大裂縫的間距。實際上，每一組構造裂縫由不同規模的裂縫組成，規模大的構造裂縫，其延伸長度、切穿深度及間距都較大；反之，規模小的構造裂縫，其延伸長度、切穿深度和間距均較小，每一組構造裂縫的總平均間距是不同規模裂縫疊加的結果。

通過研究區巖心觀察發現，準西北緣石炭系火山巖均發育多期裂縫，哈山地區和車排子地區裂縫發育規模基本一致，裂縫間距為1～10 cm，主要分布區間為2～5 cm，裂縫發育密度普遍較大；裂縫高度為10～40 cm，主要分布區間為20～50 cm，整體較小；裂縫發育長度最大為6 m，主要分布區間為3～4 m之間，單條裂縫的發育規模并不大。

(2)裂縫密度。裂縫密度是反映裂縫發育程度的最基本參數，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面積，面積裂縫密度指單位面積里所有裂縫的累計長度，線裂縫密度指單位長度上裂縫的條數，是巖心觀察的常用參數。

統計結果顯示，哈山西地區石炭系凝灰巖的裂縫密度約為9～12 條/m，火山角礫巖、安山巖、碳質泥巖次之，裂縫密度約為5～6條/m，玄武巖裂縫密度最小(圖1)。車排子地區石炭系凝灰巖裂縫密度約為7～9 條/m，玄武巖、碳質泥巖、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，哈山西地區和車排子地區均以凝灰巖裂縫最為發育，但就裂縫密度而言，哈山地區的裂縫密度整體相對較大。

圖1 哈山西石炭系不同巖性裂縫密度統計

(3)裂縫產狀。裂縫產狀主要包括裂縫傾角和裂縫走向，對裂縫產狀的統計分析可以為后續裂縫預測的技術適用性分析奠定基礎，同時也可以初步明確研究區的應力場特征。準西北緣不同地區裂縫傾角的統計顯示，哈山西地區裂縫傾角從30°至90°均見發育，主要分布區間為70°～80°(圖2)，而車排子地區裂縫傾角則主要分布區間為40°～80°。因此，整個準西北緣地區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 哈山西地區裂縫傾角統計

整個準西北緣裂縫走向基本一致，都是以NE—SW向為主，與現今該地區的最大水平主應力方向相垂直，僅車排子地區同時發育少量近EW向的裂縫。綜上裂縫參數統計，總結準西北緣的裂縫發育特征(表1)。

表1 準西北緣不同地區裂縫發育特征對比

3 裂縫地震響應特征分析

通過巖心觀察和成像測井識別裂縫發育段，并通過合成地震記錄將裂縫發育段在地震剖面上進行標定。由過井地震剖面可以看出，準西北緣地區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裂縫發育段與解釋的斷裂系統分布表現出密切相關，而車排子地區裂縫段雖然同樣發育在斷裂附近，但是裂縫與石炭系不整合面伴生關系更加明顯(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諧厚度為5 ms，垂向上識別的最小厚度為25 m，而通過前述實鉆裂縫發育特征分析可知，準西北緣裂縫發育長度最大為6 m，一般為3～4 m，通過疊后地震資料無法識別小尺度單條裂縫。

值得注意的是，與斷裂相關的裂縫發育帶一般具有較大的展布規模，其大小主要受控于斷裂規模和應力強度，裂縫聚集帶地層的速度、密度均會產生一定的影響，并與裂縫不發育區域形成一定的物性差別，因此裂縫富集區與非裂縫富集區在地震剖面上有一定的區別。

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

4 影響裂縫地震預測準確程度的因素

影響裂縫地震預測是否可靠的因素眾多，結合準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等4個因素進行研究(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，裂縫越容易被預測。裂縫角度影響地震波場各向異性差異，裂縫傾角越大，裂縫越容易被預測[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，預測準確度越高。同時，地震資料品質越好，裂縫預測的準確度會越高[6]。綜合考慮4個因素對于預測的影響程度，重要程度依次為地震資料品質、裂縫密度、鉆井密度、裂縫角度。

表2 影響裂縫預測的因素評價指標及權重賦值表

5 裂縫可預測性綜合評價模式的建立及應用

5.1 裂縫可預測性綜合評價模型建立

為更好地量化不同研究區、不同層系裂縫儲層的可預測性及預測可靠度，建立裂縫儲層“三度”綜合評價模式。“三度”即裂縫密度、裂縫角度以及鉆井密度(圖4)。給定權重及分級指標(表2)：地震資料信噪比權重約為0.4，是影響裂縫可預測性的最重要因素；裂縫密度權重約為0.3，是影響裂縫可預測性的另一重要項；裂縫傾角和鉆井密度權重均約為0.15，是相對次要的兩項因素。

圖4 裂縫儲層“三度”綜合評價模型

5.2 裂縫可預測性綜合評價模式在研究區的應用

對準噶爾盆地西北緣車排子、哈山地區石炭系發育火成巖裂縫可預測性進行評價，依次計算各地區裂縫的可預測性綜合指標(表3)。以車排子風化殼裂縫為例，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。由于該區目的層埋深相對較淺，而且含油相對豐富，所以該區鉆井密度大于0.2口/km2。車排子地區淺層地震資料信噪比為2～5，依據“三度”綜合評價的模型，分別將以上4項參數進行賦值，并依據權重計算綜合可預測性指標，計算車排子風化殼裂縫的可預測性指標為0.7，屬于相對較高的可預測性。從表4中可以看出，由于不同區帶裂縫所發育的類型、埋藏深度、地震資料品質、鉆井等因素的差異，其裂縫預測的可靠程度也存在差異。其中車排子風化殼以及哈山中淺層裂縫可預測性最高，哈山深層裂縫可預測性為0.5，屬中等。車排子深層裂縫可預測性為0.3，屬于最難以預測的裂縫。

表3 不同地區裂縫綜合評價

6 結 論

(1)在分析準噶爾盆地西北緣車排子和哈山地區石炭系火成巖裂縫各項參數與地震反射之間關系的基礎上，總結影響裂縫地震綜合預測可靠程度的各項因素，嘗試給定各因素的影響權重，其中地震資料品質約為0.4，裂縫密度權重約為0.3，鉆井密度權重約為0.15，裂縫角度權重約為0.15，建立“三度”裂縫可預測性評價模型。

(2)在研究區內，車排子風化殼裂縫、哈山中淺層裂縫能夠進行地震綜合預測，預測所得到的結果可信度較高，而哈山深層裂縫地震可預測性偏差，車排子深層裂縫最難以進行準確的地震預測。