何發(fā)岐,黎小偉,張 茹,齊 榮,金東民

(中國石化華北油氣分公司,河南鄭州450006)

隨著油氣勘探開發(fā)的目標(biāo)隱蔽性增強(qiáng),地球物理研究的對象日趨復(fù)雜,其勘探需求不斷推動物探技術(shù)的進(jìn)步,而技術(shù)的進(jìn)步提升了人們對勘探目標(biāo)的地質(zhì)認(rèn)識[1-2]。中國石化在鄂爾多斯盆地的礦權(quán)登記區(qū)塊分散,工區(qū)地形地貌變化大。為實(shí)現(xiàn)油氣效益勘探開發(fā),三維地震成為重要的技術(shù)方法,截止“十三五”末,礦權(quán)區(qū)塊內(nèi)三維地震覆蓋率在50%以上。盆地南部黃土塬區(qū)的地震勘探走過了艱苦的探索階段,區(qū)內(nèi)地震數(shù)據(jù)體品質(zhì)逐漸提高[3],為該區(qū)的油氣勘探開發(fā)提供了重要支撐。但在開發(fā)進(jìn)入規(guī)模化階段后,隨著油價走低,按照復(fù)合砂體描述油氣藏部署的單井產(chǎn)量不高,無效井占比較高。此外,部分技術(shù)人員認(rèn)為盆地構(gòu)造穩(wěn)定、盆內(nèi)斷裂不發(fā)育,因而忽視了構(gòu)造的精細(xì)解釋,使得黃土塬區(qū)的地震資料處理解釋及應(yīng)用走入了低谷。雖然早期勘探認(rèn)為研究區(qū)斷層及裂縫控油,但沒有建立相應(yīng)的地質(zhì)模型,缺少了主觀上合理解釋的主動,加之三維地震資料精度不高,斷裂特征描述不清,以致對斷裂控制油氣聚集的認(rèn)識有限,反推認(rèn)為地震勘探不過關(guān)。本文以盆地南緣鎮(zhèn)涇、彬長區(qū)塊為例,重新建立斷層地質(zhì)模型,客觀評價地震資料品質(zhì),分析斷層構(gòu)造特征,構(gòu)建斷縫體油氣藏認(rèn)識的新理論,指導(dǎo)油氣勘探開發(fā),使得地震勘探在黃土源區(qū)的油氣勘探開發(fā)部署中發(fā)揮出更大作用。

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地內(nèi)賦存豐富的石油、天然氣、煤、鈾等多種礦產(chǎn)。自顯生宙以來經(jīng)歷了整體沉降、坳陷遷移、扭動等5次構(gòu)造演化,是大型的克拉通疊合盆地[4-5]。

鄂爾多斯盆地周緣在加里東早期處于被動陸緣或裂陷伸展?fàn)顟B(tài),寒武紀(jì)—早中奧陶世發(fā)育正斷層,晚期秦嶺向華北克拉通俯沖,產(chǎn)生較短周期的擠壓應(yīng)變。海西運(yùn)動早期,盆地繼承了加里東期的碰撞抬升,并一直持續(xù)到晚石炭世;海西運(yùn)動中期,祁秦海槽、興蒙海槽、賀蘭拗拉槽再度復(fù)活,鄂爾多斯地塊隨之發(fā)生區(qū)域性沉降,開始了華北克拉通內(nèi)坳陷盆地的沉積演化過程。印支期,秦嶺陸陸碰撞造山形成板塊俯沖碰撞造山帶。盆地西南部地區(qū)最大主壓應(yīng)力方位呈NE或NNE向,這與西南緣印支期古六盤山弧形構(gòu)造帶的形成有關(guān)。燕山期盆地構(gòu)造應(yīng)力場具有四周向盆內(nèi)擠壓的特點(diǎn),西南緣主要受特提斯構(gòu)造動力體系作用,該構(gòu)造動力體系通過秦嶺-祁連褶皺帶作用于西南緣,最大主壓應(yīng)力軸呈NE-SW向,產(chǎn)生左行壓扭活動,斷裂具有明顯的走滑性質(zhì)。多期、復(fù)雜的構(gòu)造演化造成地塊呈南北長、東西窄的矩形,位于中國大陸中部,地塊內(nèi)部構(gòu)造單元的劃分表現(xiàn)出強(qiáng)烈的差異性,周邊狹窄的斷塊包圍了廣闊的伊陜斜坡,其西北發(fā)育了銀川、河套拉分盆地,東南側(cè)分別有渭河、汾河拉分盆地(圖1)。

2 典型區(qū)塊地質(zhì)解析及地質(zhì)模型建立

中石化在鄂爾多斯盆地西南緣的彬縣—長武和鎮(zhèn)原—涇川兩個探區(qū)(分別簡稱彬長探區(qū)和鎮(zhèn)涇探區(qū))開展了油氣勘探。彬長探區(qū)橫跨伊陜斜坡、渭北隆起、天環(huán)坳陷3個二級構(gòu)造單元,鎮(zhèn)涇探區(qū)位于天環(huán)坳陷,受盆地邊緣六盤山弧形構(gòu)造帶強(qiáng)烈構(gòu)造變形的影響明顯,同時在地史演化過程中加里東、海西、印支、燕山和喜山等多期構(gòu)造運(yùn)動在不同單元的影響產(chǎn)生的構(gòu)造痕跡存在差異,斷裂是構(gòu)造單元的主要界限。但是前期認(rèn)為這兩個探區(qū)“構(gòu)造不發(fā)育”,與盆地內(nèi)部的認(rèn)識一致。按照巖性油藏的估算方法提交了規(guī)模儲量,從鉆井?dāng)?shù)量和地震勘探實(shí)施情況看,兩個探區(qū)的勘探程度很高,但未能有效開發(fā)。

2.1 三維地震解釋新進(jìn)展

彬長探區(qū)近3000km2,以長武縣為結(jié)合點(diǎn),西北部進(jìn)入天環(huán)凹陷,南部渭北隆起占大部分,東北部的伊陜斜坡是“十二五”勘探重點(diǎn),探區(qū)內(nèi)的勘探成果都集中在此。從2019年開始重新開展了探區(qū)三維地震資料的處理和解釋,結(jié)果發(fā)現(xiàn),從元古代—中生代存在多期斷層活動,斷層類型有正斷層、逆斷層、走滑斷層、反轉(zhuǎn)斷層,組合樣式有伸展構(gòu)造樣式、擠壓構(gòu)造樣式、走滑構(gòu)造樣式、反轉(zhuǎn)構(gòu)造樣式,其中以走滑構(gòu)造樣式為主(圖2)。以斷裂為目標(biāo)開展地震資料處理解釋,在彬長探區(qū)中生界延長組識別出了早勝斷裂帶、永正斷裂帶、榆林子斷裂帶等47個斷裂帶(圖3),方向以NEE向?yàn)橹鳌＿@些斷裂帶平面上呈平行線狀展布,斷裂組合類型有平行式、拉分式、雁列式、馬尾式等,剖面上呈直立高陡產(chǎn)狀,組合樣式為向下部逐漸收斂的具有復(fù)合“Y”型或花狀構(gòu)造,可組合形成地塹式、階梯狀、塹壘式、負(fù)花狀等多種類型。

圖2 鄂爾多斯盆地南部地區(qū)斷層組合樣式

圖3 彬長探區(qū)中生界延長組斷裂帶平面分布

鎮(zhèn)涇探區(qū)實(shí)現(xiàn)了三維地震全覆蓋,經(jīng)過三維地震資料的精細(xì)解釋,在長7油層組底識別出了玉都斷裂帶、索羅斷裂帶、紅河斷裂帶等52個斷裂帶(圖4),這些斷裂帶根據(jù)方向可以分為3組,分別是NW向、NEE向、少數(shù)近東西向。NW向斷裂在剖面和平面上十分清晰,包括玉都大斷裂和南部的索羅斷裂,NEE向斷裂最發(fā)育,整個探區(qū)近乎等間距發(fā)育,呈線狀延伸,產(chǎn)狀以垂直高角度斷裂為主,有逆斷層,局部發(fā)育正斷層,這些斷裂將研究區(qū)整體切割成條帶狀。近東西向斷層發(fā)育在玉都大斷裂的兩側(cè),為伴生小斷層,它們與大斷裂兩側(cè)的NEE向斷層一樣,平面上呈平行雁列分布,屬于大斷裂走滑活動伴生的斷層。

圖4 鎮(zhèn)涇探區(qū)長7油層組底斷裂平面分布

2.2 不同斷距斷裂正演模型的建立

根據(jù)中國石化重點(diǎn)科技項(xiàng)目“鄂爾多斯盆地大中型氣田目標(biāo)評價及勘探關(guān)鍵技術(shù)”攻關(guān)研究成果,在地震-地質(zhì)一體化的基礎(chǔ)上,重新建立了斷裂解釋模型,通過正演模擬建立不同斷距斷裂的地震響應(yīng)特征。模擬結(jié)果表明,斷裂斷距小于5m時,同相軸不發(fā)生變化;斷裂斷距介于5～15m時,同相軸發(fā)生扭動;斷裂斷距大于15m時,同相軸發(fā)生錯斷(圖5)。鄂爾多斯盆地南部鎮(zhèn)涇和彬長探區(qū)斷裂發(fā)育,三維地震剖面上同相軸錯斷、扭動、雜亂等現(xiàn)象是斷裂的反映,弱反射段與裂縫帶有關(guān),而不是地震資料的品質(zhì)問題。

圖5 不同斷距斷裂模型地震正演模擬

2.3 部署驗(yàn)證取得進(jìn)展

“十三五”期間,對三維地震資料重新解釋后發(fā)現(xiàn)探區(qū)內(nèi)發(fā)育多條走滑斷層,在探區(qū)內(nèi)沿斷裂帶部署的水平井自然投產(chǎn),單井日產(chǎn)油量可達(dá)數(shù)十噸,多口井累計產(chǎn)量超萬噸,高產(chǎn)油井的分布明顯受斷裂控制。基于此,我們對探區(qū)內(nèi)油氣成藏類型提出了“斷縫體”油藏[6]的新認(rèn)識并開展了基礎(chǔ)研究,這與以往學(xué)者研究成果[7-10]一致,同時其概念內(nèi)涵有所不同。一些深入的研究確定了斷層與成藏的一般性規(guī)律,但對斷層、裂縫在優(yōu)勢運(yùn)移通道和優(yōu)勢儲集部位的定量方面未能找到證據(jù),對斷縫體在致密性油藏的甜點(diǎn)形成機(jī)理上缺乏深入論述。

3 多方位地震屬性識別斷縫

“十三五”以來,根據(jù)新的地質(zhì)認(rèn)識建立了黃土塬區(qū)三疊系延長組斷縫體油藏地質(zhì)模型,并據(jù)此進(jìn)行了針對性的地震資料的重新處理與解釋,利用常規(guī)地震剖面的斷裂解釋以及多方位地震屬性斷裂解釋結(jié)果,相互印證,得到較為客觀合理的三維地震斷裂解釋成果。

3.1 常規(guī)地震剖面斷層解釋

在常規(guī)地震剖面上,對于規(guī)模較大的斷層,其波阻同相軸錯斷明顯,特征清楚,斷層位置容易確定。而對于規(guī)模較小的斷層,主要根據(jù)同相軸的錯斷、扭曲等特征加以識別。鎮(zhèn)涇、彬長探區(qū)中生界地層在常規(guī)地震剖面上可以看到同相軸明顯錯斷,以此判斷斷裂的走向、傾向及發(fā)育規(guī)模。

鎮(zhèn)涇探區(qū)斷裂高陡,斷距小、隱蔽性強(qiáng)且具走滑性質(zhì),組合形成平行斜列式、“Y”型、反“Y”型、花狀、階梯狀等多種構(gòu)造樣式(圖6)。NW向斷裂斷穿三疊系至白堊系并向淺部地層延伸,斷距15～70m。NEE向斷裂以張性、張扭性為主,發(fā)育一定數(shù)量的轉(zhuǎn)換斷層,垂直斷距10～40m,斷穿上三疊統(tǒng)至中白堊統(tǒng),多種組合形成復(fù)雜斷裂區(qū),燕山中晚期及喜山期強(qiáng)烈構(gòu)造活動對局部構(gòu)造圈閉的形成具有一定的控制作用。

圖6 鎮(zhèn)涇探區(qū)地震解釋剖面

彬長探區(qū)斷裂近直立,斷距小,組合形式主要為地塹式、階梯式和塹壘式。NEE向斷裂以張扭性為主,向下斷穿三疊系地層,向上斷穿白堊系地層并向上延伸,垂直斷距10～40m,地震剖面上T6c(延長組長7段底界面)同相軸錯斷非常明顯,且斷距明顯大于淺部的斷距,反映了多期構(gòu)造活動的疊加改造。

3.2 多方位地震屬性斷層解釋

通過對地震資料的分方位、分頻處理,可以突出斷層在地震剖面上的響應(yīng)特征,綜合應(yīng)用相干體、曲率體、方差體及最大似然屬性等地震屬性數(shù)據(jù)體可以識別斷層。

根據(jù)彬長探區(qū)的斷層和裂縫的發(fā)育模式,地震資料裂縫檢測與識別主要從地層的各向異性特征出發(fā)進(jìn)行,即根據(jù)地震波在不同方向上傳播的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)特征的變化進(jìn)行裂縫檢測。當(dāng)?shù)卣饳M波在含裂縫的各向異性地層中傳播時,其質(zhì)點(diǎn)極化方向與裂縫方向不一致時,質(zhì)點(diǎn)位移就分裂成兩個偏振分量,以不同的速度在介質(zhì)中傳播,稱為快、慢橫波,其時間延遲和振幅差與裂縫方位和密度有關(guān)。此次研究主要采用分方位疊加地震數(shù)據(jù)開展裂縫預(yù)測。

分方位疊前時間偏移(PSTM)處理有助于區(qū)分不同方位角地震波場的差異,據(jù)此可以識別小斷層和裂縫。野外采集的地震數(shù)據(jù)經(jīng)靜校正、時頻域振幅處理、子波統(tǒng)計反褶積、疊前去噪處理后,其信噪比得到有效提高,為后續(xù)的分方位處理提供了很好的數(shù)據(jù)保證。將經(jīng)過預(yù)處理后的地震數(shù)據(jù)在CMP域分4個方位處理,分別是-45°～45°和135°～225°(AZ01)、0°～90°和180°～270°(AZ02)、45°～135°和225°～315°(AZ03)、90°～180°和270°～360°(AZ04)4個角度域。為保證各個方位數(shù)據(jù)一致,根據(jù)地震資料的非縱偏移距為1300m,將縱向偏移距截取為1300m,這樣保證在偏移距1300m內(nèi)縱橫比為1∶1,從而確保各個方位的數(shù)據(jù)覆蓋次數(shù)統(tǒng)一,以進(jìn)行相同條件下的分方位處理。從全方位和4個分方位偏移剖面看,分方位數(shù)據(jù)在刻畫垂直方向斷縫能力較為清晰(圖7),為進(jìn)一步提升小尺度斷縫刻畫能力,對分方位偏移結(jié)果進(jìn)行去低頻處理后,分別得到10～15,15～20,25～30,35～40Hz的數(shù)據(jù)體,不同頻率范圍的疊前時間偏移剖面可以看出其剖面特征發(fā)生較大變化,特別是在分方位分頻的AZ01疊前時間偏移剖面上能夠看出存在與主斷裂方向垂直的小的斷縫體(圖8)。

圖7 連井線全方位常規(guī)疊前時間偏移剖面

圖8 連井線分方位1(AZ01)去低頻后疊前時間偏移剖面

對于斷距較小的斷裂來說,受地震資料分辨率的影響,其識別效果有限,為了突出小斷裂的特征,采用相干、方差、曲率等多種屬性進(jìn)行斷裂識別。利用相干體技術(shù)提取目的層的相干屬性切片,進(jìn)行斷層解釋(圖9a)。采用方差體算法計算數(shù)據(jù)體內(nèi)每個采樣點(diǎn)的方差值,方差體參數(shù)的選取根據(jù)斷層的大小確定,主要是對T6c反射層進(jìn)行斷裂系統(tǒng)解釋并確定斷層組合(圖9b)。小斷層在常規(guī)地震剖面上表現(xiàn)為同相軸的微小變化、扭曲、振幅突然變?nèi)醯忍卣?這些微小的變化在地層曲率屬性剖面上表現(xiàn)為線性構(gòu)造,異常的長度和方向分別代表著斷層的延展長度和斷層的走向(圖9c)。

圖9 彬長探區(qū)延長組長7段底(T6c)相干(a)、方差(b)、曲率(c)屬性識別出的斷裂分布

為了能夠精確解釋出斷裂系統(tǒng),本著“切片定走向,剖面定傾向,共同定產(chǎn)狀”的原則對地震資料進(jìn)行精細(xì)解釋。因此,在解釋過程中,首先做時間切片與相干體切片,通過對切片的分析確定斷層的走向、平面展布以及斷層的切割關(guān)系,然后綜合切片分析結(jié)果與地震剖面進(jìn)行斷層解釋。圖10為研究區(qū)三維可視化斷層解釋成果,可見,研究區(qū)內(nèi)以北東向斷層為主,同時受剪切應(yīng)力影響,局部發(fā)育北西向斷層。

3.3 裂縫識別

最大似然識別裂縫的原理主要基于對地震圖像的相似性分析,根據(jù)HALE提出的面向斷層的相似性理論,通過截取地震圖像的方式來對比分析相鄰地震道反射特征的相似性,其主要通過計算窗口內(nèi)不同角度與方位的地震反射特征的相似系數(shù)來實(shí)現(xiàn)。圖11顯示了利用最大似然裂縫識別方法解釋得到的斷縫體平面展布結(jié)果,可以看出,最大似然平面屬性刻畫小斷裂更加詳細(xì),可反映較低裂縫級別的小斷層,在剖面上對于同相軸錯斷、扭動的位置也可較清晰地識別出斷層及裂縫。彬長探區(qū)裂縫系統(tǒng)的形成分為兩期,第一期形成于印支期,南西向主應(yīng)力,在盆地反作用力下,形成左旋走滑斷層,同時在泥質(zhì)含量低的河道產(chǎn)生一期造縫作用;第二期形成于燕山期,近南北向主應(yīng)力,在盆地反作用力下,在河道內(nèi)產(chǎn)生二期造縫作用。

圖11 最大似然裂縫識別

4 斷縫體空間展布及描述

在地震資料處理解釋和斷層裂縫識別成果的基礎(chǔ)上,對斷縫進(jìn)行立體解釋,結(jié)合地質(zhì)成果和砂體分布,構(gòu)建斷縫體儲層三維空間展布,創(chuàng)新形成斷縫體精細(xì)刻畫與描述技術(shù)。

4.1 斷縫體三維空間展布

在構(gòu)造作用下,致密碎屑巖中發(fā)育的斷層及其伴生的局部脆性破碎帶組合成斷裂系統(tǒng),該斷裂系統(tǒng)是致密、低滲砂巖儲層重要的儲集空間和成藏滲流通道,這種由斷層、伴生的脆性破碎帶及被其改造的致密低滲砂巖共同構(gòu)成的儲集體,稱之為斷縫體(圖12),其上部及側(cè)面均有非滲透泥質(zhì)巖或致密層等封擋。斷層有效溝通源巖,石油可沿斷層垂向或側(cè)向運(yùn)移并進(jìn)入高滲的斷縫體,在上覆頁巖、泥巖等蓋層封堵以及側(cè)向泥巖、致密砂巖遮擋下,形成斷縫體油藏[11]。

圖12 斷縫體油藏空間展布示意

4.2 斷縫體特征刻畫

斷縫體油藏與裂縫型油藏不同,其邊界刻畫和內(nèi)部結(jié)構(gòu)表征難度大,研究區(qū)勘探開發(fā)實(shí)踐表明,以斷縫體油藏理論為指導(dǎo)部署的JH2P9、JH2P43等井,日產(chǎn)油數(shù)十噸,累積產(chǎn)油超萬噸,證實(shí)斷縫體油藏具有勘探潛力,為了評價盆地南部中生界新的致密油甜點(diǎn)類型,對斷縫體組合、響應(yīng)、期次、邊界等特征的刻畫開展了研究。

斷縫體儲層在地震剖面上表現(xiàn)為同相軸錯斷、波形雜亂、振幅降低、頻率降低;裂縫-孔隙型儲層表現(xiàn)為同相軸沒有明顯錯斷、振幅降低、頻率降低;孔隙型致密砂巖儲層表現(xiàn)為同相軸連續(xù)、振幅和頻率穩(wěn)定。在對研究區(qū)地質(zhì)認(rèn)識的基礎(chǔ)上,綜合測井和地震解釋結(jié)果,總結(jié)認(rèn)為,斷縫體在地震剖面上表現(xiàn)為階梯式、塹壘式、花狀式、地塹式和緊閉平移式響應(yīng)特征(圖13)。

圖13 斷縫體剖面響應(yīng)特征

由于斷縫體與斷裂活動密切相關(guān),因此分析斷裂的活動期次可以間接反映斷縫體的活動期次。研究區(qū)受印支運(yùn)動的影響,在近EW方向擠壓應(yīng)力的作用下,鎮(zhèn)涇探區(qū)最先出現(xiàn)NWW向左旋走滑斷層[11-14],同時發(fā)育了近EW向雁列式、拉分地塹和帚狀斷縫體。受燕山運(yùn)動Ⅱ和Ⅲ幕影響,在SW—NE向主壓應(yīng)力作用下,早期NWW向左旋走滑斷層、伴生的雁列式斷層及拉分地塹繼續(xù)發(fā)育,早白堊世末又一次擠壓抬升期,產(chǎn)生NEE向右旋走滑斷層,同時形成相應(yīng)的斷縫體。

將測井解釋結(jié)果加入井震標(biāo)定中,用測井解釋劃分的斷縫類型標(biāo)定斷縫屬性體,從而利用地震資料獲得斷縫體內(nèi)幕不同結(jié)構(gòu)分布的認(rèn)識,通過井震巖電一體分析,探索表征斷縫體內(nèi)幕的地震屬性,進(jìn)而刻畫斷縫體邊界(圖14)。

圖14 斷縫體邊界刻畫

自2019年提出了斷縫體油藏認(rèn)識并針對斷縫體油藏展開勘探以來,不斷深化斷縫體油藏斷砂輸導(dǎo)成藏認(rèn)識,在鎮(zhèn)涇、彬長探區(qū)識別描述了99個斷縫體單元,優(yōu)選3種有利的斷縫體類型展開探評,涇河1801H井、涇河2301H井分別試獲油15t/d和21t/d,為規(guī)模優(yōu)質(zhì)儲層評價奠定了基礎(chǔ)。

5 結(jié)論

鄂爾多斯盆地油氣地震勘探工作復(fù)雜且困難,其資料是地下地質(zhì)體的鏡像映射,在一定程度上反映了地下地質(zhì)體特征?？陀^地評價地震資料品質(zhì),需要正確的地質(zhì)模型指導(dǎo)。鄂爾多斯盆地南部鎮(zhèn)涇探區(qū)、彬長探區(qū)前期的油氣勘探開發(fā)表明,盆地邊緣斷裂普遍發(fā)育,基于該區(qū)的地質(zhì)認(rèn)識和三維地震資料的解釋結(jié)果,建立了符合地下實(shí)際地質(zhì)特征的地質(zhì)模型,利用分頻、分方位地震資料,結(jié)合測井解釋成果,對不同級序斷裂、不同方位裂縫進(jìn)行了精細(xì)解析,得到了對研究區(qū)油氣藏斷縫和構(gòu)造特征的正確認(rèn)識,提出了中生界致密儲層“斷縫體”油藏新類型,形成了一套識別及刻畫斷縫體的技術(shù)和方法。探區(qū)發(fā)育的斷縫體對油藏富集有著明顯控制作用,是該區(qū)致密油高產(chǎn)的一種重要甜點(diǎn)儲層類型,在此理論認(rèn)識指導(dǎo)下,在探區(qū)內(nèi)獲得多個勘探突破。