王國順，劉建中，柳林旺

(1.中國石油化工股份有限公司華北分公司研究院，鄭州 450006;2.北京科若思技術開發(fā)股份有限公司，北京 100087)

1 前言

微地震監(jiān)測技術是直接記錄地下微地震，以對地下裂縫、應力狀態(tài)、壓力分布進行判斷的技術[1]。地下廣泛分布著地震，震級越小，頻度越大;微地震是指－2級以下震級的地震。由于微地震是自然發(fā)生或人類施工誘發(fā)的應力場調(diào)整，是地下裂縫相對活動的產(chǎn)物，無需人類激發(fā)，因此，微地震監(jiān)測技術又被稱為無源微地震監(jiān)測技術。國內(nèi)廣泛使用微地震監(jiān)測技術監(jiān)測油田壓裂、注水過程，以判斷壓裂、注水效果，壓裂裂縫方向，注水前緣優(yōu)勢方向。在油田開發(fā)、可溶性礦開采、核廢料處理、礦山安全監(jiān)測等領域均有重要應用。困擾在人們面前的一個重要問題是監(jiān)測結(jié)果來自地下幾百至幾千米，正確性沒有旁證。

依據(jù)記錄到的微地震波初至符號，可以做出震源機制解，為油田壓裂裂縫、注水前緣監(jiān)測結(jié)果提供了一個由監(jiān)測資料本身給出的旁證，既可以用來判斷壓裂、注水效果，又可以判斷壓裂、注水前緣方向的正確性，解決了微地震監(jiān)測領域的一個重要難題[2]。

由于震源機制結(jié)果不依賴于地下的速度模型，僅與監(jiān)測臺站位置有關，如果一個震源節(jié)面方向沿著監(jiān)測到的人工裂縫方向或注水前緣方向，就可以證明監(jiān)測給出的方向是正確的。

壓裂希望出現(xiàn)新縫，監(jiān)測到張性震源機制，表示壓裂效果好;注水希望沿著老縫，監(jiān)測到剪切性震源機制，表示注水效果好。

2 現(xiàn)場監(jiān)測

由監(jiān)測結(jié)果獲得可以分辨出初至符號的地震波形是做出震源機制結(jié)果的前提，如何從地面監(jiān)測中獲得可以分辨出初至符號的微地震波形是實施此項技術的關鍵。提高監(jiān)測水平、合理的儀器設計是必由之路。北京科若思技術開發(fā)股份有限公司在野外監(jiān)測中記錄到了質(zhì)量良好的微地震波形，從而為做出震源機制解提供了可能。

由微地震記錄做出的震源機制性質(zhì)可以分為兩類:張性震源機制，剪切性震源機制。張性震源機制表示壓裂、注水過程中出現(xiàn)新縫;兩條震源節(jié)面包圍區(qū)內(nèi)的初至符號是負號，兩條震源節(jié)面包圍區(qū)外的初至符號是正號，兩條震源節(jié)面的平均方向是張開裂縫方向。剪切性震源機制表示壓裂、注水過程中，裂縫擴展沿著老縫;兩條震源節(jié)面把初至符號切成彼此相對的4個區(qū)，兩條震源節(jié)面的一條是裂縫方向，另一條是輔助節(jié)面。記錄到的初至符號越多，對節(jié)面走向的約束就越強，震源機制結(jié)果也越可靠。

鎮(zhèn)涇油田深度2 000 m，用微地震監(jiān)測技術及研發(fā)的儀器在鎮(zhèn)涇油田監(jiān)測了油田壓裂、注水施工過程，多次記錄到清晰的微地震波形，做出震源機制。

3 紅河26－7井壓裂的記錄波形與震源機制

紅河26－7井是壓裂井，圖1是紅河26－7井壓裂時記錄到的微地震波形。12道記錄信號，有9道可以看清初動，從而做出震源機制結(jié)果(見圖2)。圖2表明的震源機制結(jié)果是剪切性質(zhì)，有兩條節(jié)面，把初至為正、為負的監(jiān)測點切分到4個象限，初至為正、為負的監(jiān)測點呈對角分布。這表明壓裂裂縫沿著老裂縫擴展，壓裂效果不好。圖3是監(jiān)測給出的人工裂縫方向，為北西向。比較圖2、圖3，圖2中兩條節(jié)面中的一條(灰色)沿著人工裂縫方向，證明由微地震監(jiān)測結(jié)果獲得的人工裂縫方向是可靠的。

圖1 紅河26－7井壓裂時記錄到的微地震波形Fig.1 Waveform of microseismic of Honghe 26 －7 hydraulic fracturing

圖2 紅河26－7井壓裂時記錄到的微地震波形的震源機制結(jié)果Fig.2 Mechanism of microseismic of Honghe 26－7 hydraulic fracturing

圖3 紅河26－7井壓裂裂縫方向Fig.3 Direction of hydraulic fracturingof Honghe 26－7

4 紅河371井壓裂記錄到的波形及震源機制

紅河371井是壓裂井，圖4是紅河371井壓裂記錄到的波形，由此作出紅河371井壓裂的震源機制(見圖5)。紅河371井的震源機制是張性震源，人工裂縫沿著新縫張開，壓裂效果較好。初動為正、為負的記錄點分別沿一條線分布，分布著負號監(jiān)測點的一條線是膨脹節(jié)面，應該是張開裂縫的走向方向。圖6是微地震監(jiān)測給出的紅河371井的人工裂縫方向，比較圖5、圖6，震源節(jié)面中的膨脹節(jié)面大體沿著人工裂縫方向，證明監(jiān)測到的人工裂縫方向是正確的。圖6中畫圈的點是做出震源機制節(jié)面的點。

圖4 紅河371井壓裂時記錄到的微地震波形Fig.4 Waveform of microseismic of Honghe 371 hydraulic fracturing

圖5 紅河371井壓裂記錄波形的震源機制圖Fig.5 Mechanism of microseismic ofHonghe 371 hydraulic fracturing

圖6 紅河371井壓裂裂縫方向Fig.6 Direction of hydraulicfracturing of Honghe 371

5 鎮(zhèn)涇21井注水記錄到的波形及震源機制

鎮(zhèn)涇21井是注水井，圖7是監(jiān)測鎮(zhèn)涇21井注水記錄到的微地震波形。12道信號中有9道可以分辨出初動符號，做出震源機制(見圖8)。圖8表明的震源機制是剪切性質(zhì)，有兩條節(jié)面，把初動為正、為負的監(jiān)測點切分到4個象限，初動為正、為負的監(jiān)測點呈對角分布。這表明壓裂裂縫沿著老裂縫擴展，注水效果較好。圖9是監(jiān)測給出的注水前緣方向，為北西西向。比較圖8、圖9，圖8中兩條節(jié)面中的一條(灰色)沿著注水前緣方向，證明由微地震監(jiān)測結(jié)果獲得的注水前緣方向是可靠的。

圖7 鎮(zhèn)涇21井注水記錄到的微地震波形Fig.7 Waveform of microseismic of Zhengjing 21 water-flooding

圖8 鎮(zhèn)涇21井注水的震源機制結(jié)果Fig.8 Mechanism of microseismicof Zhengjing 21 water-flooding

圖9 鎮(zhèn)涇21井注水前緣方向Fig.9 Direction of Zhengjing 21 water-flooding

6 結(jié)語

該研究解決了微地震監(jiān)測領域的一個重要難題，由微地震監(jiān)測資料本身為微地震監(jiān)測結(jié)果的可靠性提供了旁證，促進了微地震監(jiān)測技術的發(fā)展。

用地面微地震監(jiān)測記錄結(jié)合震源機制結(jié)果可以判斷壓裂、注水效果，可以提高油田開發(fā)效益。

用地面微地震監(jiān)測記錄給出的震源機制結(jié)果可以判斷壓裂、注水方向的可靠性，提高了微地震監(jiān)測技術的適用領域。

[1]劉建中，孫慶友，許國明.油氣田儲層裂縫研究[M].北京:石油工業(yè)出版社，2008.

[2]許忠淮，劉玉芬，張郢珍.京、津、唐、張地區(qū)地震應力場的方向特征[J].地震學報，1979，1(2):121 －132.