螞蟻追蹤技術(shù)在裂縫預(yù)測中的應(yīng)用
——以青西油田下溝組為例

周　文,尹太舉,張亞春,李偉強,王冬冬

（1.長江大學地球科學學院，武漢430100；2.長江大學地球環(huán)境與水資源學院，武漢430100）

螞蟻追蹤技術(shù)在裂縫預(yù)測中的應(yīng)用
——以青西油田下溝組為例

周文1,尹太舉1,張亞春2,李偉強1,王冬冬1

（1.長江大學地球科學學院，武漢430100；2.長江大學地球環(huán)境與水資源學院，武漢430100）

青西油田下白堊統(tǒng)下溝組儲層主要為低孔、低滲的泥云巖和砂礫巖，其裂縫是油氣滲流的重要通道，且對油氣的富集起到控制作用。利用螞蟻追蹤技術(shù)及成像測井資料對青西油田的裂縫發(fā)育情況進行分析，預(yù)測青西油田下溝組裂縫的分布規(guī)律并建立青西油田的裂縫模型。結(jié)果表明：研究區(qū)主要發(fā)育北東—南西走向和北西—南東走向2組裂縫，且裂縫發(fā)育程度較高的部位主要位于青西油田的北西部、北東部及南東部；高產(chǎn)井大多位于裂縫發(fā)育程度較高的區(qū)域。因此，裂縫發(fā)育較集中的區(qū)域是后期油氣勘探開發(fā)研究的重點區(qū)域。

螞蟻追蹤；成像測井；裂縫預(yù)測；裂縫建模；青西油田

0　引言

青西油田位于酒泉盆地青西凹陷東部的青南次凹，由窟窿山油藏和柳溝莊油藏組成，窟窿山油藏為主體油藏，是酒泉盆地的主力生產(chǎn)油田。青西油田油氣主要產(chǎn)自下白堊統(tǒng)下溝組。筆者在前人［1-2］研究的基礎(chǔ)上，通過構(gòu)造分析發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域自早白堊世以來先后經(jīng)歷了燕山運動和喜馬拉雅運動，發(fā)育了3期5組主斷層，并誘導(dǎo)產(chǎn)生了大量次級斷層。其中窟窿山地區(qū)和柳溝莊地區(qū)的高角度斷層及其次生斷層控制了該區(qū)域裂縫的形成與分布。下溝組儲層主要為砂礫巖和泥云巖等脆性巖層，窟窿山地區(qū)以砂礫巖儲層為主，柳溝莊地區(qū)以泥云巖儲層為主，在斷層活動下均易形成裂縫［3］。筆者結(jié)合青西油田低孔、低滲，以及隆6、隆8、隆15等區(qū)塊高產(chǎn)油的特征，并根據(jù)成像測井資料進行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，裂縫是該油田的重要儲集空間和油氣滲流的主要通道。因此，研究儲層裂縫的空間分布特征和發(fā)育規(guī)律可對儲層的評價及油氣勘探提供依據(jù)。

[15] Hasan Alwi, Dendy Sugono, Politik Bahasa:Rumusan Seminar Politik Bahasa, Jakarta: Pusat Bahasa, 2003, pp. xii-xiv.

王崇孝等［4］利用構(gòu)造曲率分析并結(jié)合建模方法建立了窟窿山地區(qū)的裂縫密度模型，該模型表征了裂縫的分布密度，但未刻畫出裂縫的延伸樣式和組合關(guān)系。王時林等［5］結(jié)合曲率法、巖石破裂程度預(yù)測以及地震道不連續(xù)性檢測方法進行裂縫預(yù)測，得到了裂縫的發(fā)育程度，但未刻畫出裂縫的延伸方向和開度。張欣［6］利用螞蟻追蹤技術(shù)在平湖油田進行大尺度斷層的自動解釋，并得到較好的解釋結(jié)果。李振華等［7］利用螞蟻追蹤技術(shù)對小斷塊進行解釋，并對螞蟻追蹤得到的結(jié)果進行驗證，發(fā)現(xiàn)利用該技術(shù)能有效解決微小斷裂的識別。張淑娟等［8］、劉雷頌等［9］及程超等［10］分別利用螞蟻追蹤技術(shù)進行裂縫研究，并結(jié)合地震解釋資料和成像測井資料對得到的結(jié)果進行驗證，結(jié)果均表明，利用螞蟻追蹤技術(shù)進行裂縫預(yù)測的結(jié)果較為準確。其中張淑娟等［8］利用螞蟻追蹤技術(shù)得到的結(jié)果進行了裂縫建模，得到了該研究區(qū)的裂縫模型，但他們在利用螞蟻追蹤時，主要將其作為構(gòu)造解釋或刻畫裂縫的手段，并未將其對區(qū)域性裂縫的預(yù)測作用利用起來。梁宇濤等［11］雖然將螞蟻追蹤技術(shù)應(yīng)用到裂縫建模技術(shù)上來，但只是將螞蟻屬性體作為一個約束條件得到一個裂縫的隨機模型。

因此，筆者在前人［8-11］研究的基礎(chǔ)上，基于地震資料，利用螞蟻追蹤技術(shù)，結(jié)合成像測井資料和生產(chǎn)動態(tài)資料，評價并預(yù)測青西油田下溝組泥云巖和砂礫巖儲層裂縫的分布規(guī)律及發(fā)育程度，同時利用確定性建模的方法，建立研究區(qū)的確定性裂縫模型。

1　螞蟻屬性體的計算及驗證

螞蟻追蹤技術(shù)是一種基于螞蟻算法的仿生物學技術(shù)，最早由意大利學者Dorigo等［12-13］提出。該算法是一種隨機優(yōu)化算法，具有大規(guī)模并行處理、自學習、自組織、自適應(yīng)性以及通用性強的優(yōu)點［14］。螞蟻追蹤技術(shù)相對于常規(guī)地震解釋方法，能夠自動識別并分析斷裂系統(tǒng)，減少了人為主觀上的干預(yù)，具有速度快和精度高的特點。

大自然總是慷慨地饋贈給我們豐富的木材資源，為我們的創(chuàng)作奉獻無限的動力和靈感。材質(zhì)中所蘊含的能量，為創(chuàng)作者的體悟、認知、創(chuàng)作過程開啟了新的亮點。從另一方面說，藝術(shù)家的情思，也彰顯了材質(zhì)本身的表現(xiàn)語言。

1.1螞蟻屬性體的生成

陶瓷山水畫同中國山水畫一樣，利用富有變化的線條來描繪山水，把料色的濃淡虛實與曲折、具有節(jié)奏感的線條相結(jié)合，用獨特的藝術(shù)手法，將山水樹石的質(zhì)感、云霧繚繞的動感展現(xiàn)出來，在質(zhì)地潔白的陶瓷上表現(xiàn)出生動的藝術(shù)形象。要做到這一點，就要對真山真水進行深入的觀察和研究，以客觀事物中汲取創(chuàng)作元素，忠實于所描繪的對象，進行分析、研究、評價，在頭腦中加工改造，達到取之于自然，而超于自然的境地，正如隋唐時期的畫家張璪，所說的一句名言“外師造化，中得心源”。因此陶瓷山水畫創(chuàng)作既是對古人的學習和傳承，也是對西方繪畫理念的吸收。

遼寧銷售針對定向群體客戶，制定差異化促銷方案。如利用“春耕惠農(nóng)”政策開展油卡非潤互動促銷，進一步挖掘了農(nóng)業(yè)客戶對潤滑油的潛在需求。今年春耕期間，鐵嶺分公司50多名加油站經(jīng)理對周邊971個村屯進行了劃片走訪，特別是加強與農(nóng)村合作社等大客戶的聯(lián)系，登記潤滑油客戶306個。走進政府農(nóng)機博覽會，宣傳春耕惠農(nóng)政策，發(fā)放傳單5000份，現(xiàn)場擺置昆侖潤滑油，當場賣出機油30多桶。截至9月20日，鐵嶺分公司店銷潤滑油243.3噸，同比增長344.79%。

Petrel軟件中的方差體即相當于Land Mark軟件或其他軟件中的相干體。圖6中顏色較深的位置表示斷裂。從圖6可以看出，研究區(qū)北西部和南東部有明顯的斷裂，但是斷裂條數(shù)、延伸長度、連續(xù)性以及組合關(guān)系不太清晰，只能大致判斷出斷裂的走向，局部一些小的斷裂有好的組合關(guān)系。圖5則可以清晰地反映出斷裂條數(shù)、走向、延伸長度、連續(xù)性及組合關(guān)系，而且在圖6中南東部未表示出的斷裂在圖5中也有清晰表征。對比圖5和圖6發(fā)現(xiàn)，螞蟻屬性體能夠清晰地反映出斷裂在平面上的分布樣式、延伸長度、組合關(guān)系及走向等。

第1步：對原始地震數(shù)據(jù)體進行構(gòu)造平滑處理。其目的在于降低或消減地震數(shù)據(jù)中的隨機噪音干擾，提高信噪比，增強地震反射同相軸的連續(xù)性。

第2步：計算方差體。在構(gòu)造平滑處理的基礎(chǔ)上，通過計算地震方差體來增強斷裂邊緣，突出地震數(shù)據(jù)中的不連續(xù)信號。這種不連續(xù)信號表示該位置處可能存在斷裂，其反映在方差體上是顏色較深的位置（圖1）。

日前曝光的湖北某地級市公務(wù)員夏某筆試、面試總成績第一名，卻沒有被湖北省國家保密局錄用，為此，在信訪無果后，他狀告湖北省保密局被駁回。針對夏某的信訪，湖北省保密局書面回復(fù)稱，沒有錄用她，是因為被錄取同志“在崗位適合度方面更好”。不知何謂“崗位適合度”？與“蘿卜招聘”又有何異？這就不禁讓人想到“說你行，你就行；說你不行，行也不行”的獨斷專行選人用人的遮丑布。如果不想選用你，怎么也要找一堆理由來敷衍和搪塞你，即便你有天大的委屈和冤枉，那也是無濟于事。因為選人用人的主動權(quán)就是掌握在極個別少數(shù)人手里。

圖1　青西油田方差體切片與原始地震體切片F(xiàn)ig.1　Comparison between variance slice and original seismic slice in Qingxi Oilfield

第3步：生成螞蟻屬性體。在對地震資料進行上述2步處理后，通過設(shè)定適當?shù)奈浵亝?shù)，利用螞蟻追蹤技術(shù)對方差體進行追蹤計算，得到螞蟻屬性體。追蹤參數(shù)主要為種子點、覓食路線偏移度、螞蟻搜索步長、非法步長、合法步長及搜索終止門限值等（表1）。

表1　螞蟻追蹤各參數(shù)的意義及設(shè)置范圍Table 1　The parameters definition of ant tracking and setting range

筆者按照上述步驟，并結(jié)合青西油田的構(gòu)造特征，對各追蹤參數(shù)進行設(shè)定。研究區(qū)主要發(fā)育一系列較大的斷層，斷層的連續(xù)性較好，因此初步估計這些斷層誘導(dǎo)形成的裂縫較發(fā)育，且延伸性和連續(xù)性均較好。設(shè)置種子點參數(shù)時，若該值越小，則可能將地震同相軸錯誤地識別為斷層的概率越大，為降低這種概率，并增加螞蟻的搜索能力，將種子點取值為7；研究區(qū)的巖性以脆性巖石為主，因此形成的斷裂彎曲度通常較小，將覓食路線偏移度設(shè)定為1；為了準確反映小斷裂的空間分布樣式，將螞蟻搜索步長設(shè)定為4；為了詳盡地描述出研究區(qū)的裂縫，將最終的非法步長設(shè)定為3，使得螞蟻能夠盡可能地追蹤出存在的裂縫（圖2）；為了保證追蹤出來的裂縫的準確性和連續(xù)性，將合法步長和搜索終止門限值分別設(shè)定為2和25，追蹤得到了能充分表征青西油田斷裂系統(tǒng)的螞蟻屬性體，螞蟻追蹤數(shù)據(jù)體的值域區(qū)間為（1，-1），其中深色部位表示斷裂系統(tǒng)發(fā)育的位置（圖2）。

圖2　青西油田螞蟻屬性體Fig.2　The ant attribute volume of Qingxi Oilfield

1.2裂縫的驗證

分析青西油田約110口井的成像測井資料發(fā)現(xiàn)，該區(qū)裂縫大量發(fā)育，且以高角度裂縫和垂直裂縫發(fā)育為主，僅發(fā)育少量低角度裂縫和水平裂縫。以青1-9井為例，其成像測井資料顯示，在4 230～4 386 m處，裂縫集中發(fā)育，平均裂縫密度1.17條/m。結(jié)合測井解釋資料發(fā)現(xiàn)，在含油層段裂縫密度達到4.5條/m，而在其他解釋為干層的層段，裂縫密度較低。青1-9井儲層以低孔、低滲的泥云巖儲層為主，結(jié)合其測井解釋資料，判斷該地區(qū)油藏為裂縫型油藏。

圖3為過青西油田青1-9井的螞蟻追蹤屬性剖面與成像測井解釋結(jié)果對比圖，其中螞蟻追蹤屬性剖面中的深色區(qū)域代表斷裂發(fā)育帶。分析常規(guī)測井解釋資料和成像測井解釋資料發(fā)現(xiàn)，4 283～4 289 m處裂縫發(fā)育，而在螞蟻追蹤屬性剖面上，相應(yīng)層段顯示為深色，表示該層段裂縫發(fā)育。這說明螞蟻追蹤技術(shù)在斷裂系統(tǒng)解釋上準確性較高。

圖4為青西油田窟窿山—柳溝莊—鴨兒峽油藏剖面圖。青西凹陷半深湖—深湖相沉積的泥質(zhì)白云巖和白云質(zhì)泥巖既是儲集層，也是良好的烴源巖。據(jù)地球化學實驗數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，青南次凹下溝組地層泥云巖有機碳質(zhì)量分數(shù)為0.4%～3.54%，平均為1.41%，生烴潛力為0.06～23.32mg/g，平均為5.87mg/g，生烴潛力大于6 mg/g的烴源巖比例占39%。在埋藏深度大于4 000 m的地層中，泥云巖不斷生烴，生成的油氣沿著斷層或裂縫向上或側(cè)向運移至泥云巖裂縫和砂礫巖中并聚集成藏。圖5中Q2-36井位于窟窿山油藏南東部，儲層以砂礫巖為主，泥云巖次之。該區(qū)域裂縫較發(fā)育，但以微小裂縫為主，這可能導(dǎo)致烴源巖生成的油氣無法運移至該位置，且此處儲集的原油可能是由泥云巖自生自儲形成，因此其產(chǎn)量低。圖5中隆4井自2000年射孔投產(chǎn)到2011年，累計產(chǎn)油24.46萬t，從圖中可看出，該井鉆遇層位裂縫發(fā)育，且裂縫延伸性較好。隆4井位于隆8井和隆1井之間（圖4），分析可知，該區(qū)塊油藏是下部烴源巖生烴后，液態(tài)烴沿區(qū)塊兩端的斷層及裂縫運移至該位置聚集形成，同時隆4井鉆遇層位裂縫發(fā)育，因此其產(chǎn)量高。

圖3　青西油田青1-9井螞蟻追蹤屬性剖面與成像測井解釋結(jié)果對比Fig.3　The ant tracking attribute section compared with log interpretation in Qing 1-9 well in Qingxi Oilfield

圖4　青西油田窟窿山—柳溝莊—鴨兒峽油藏剖面Fig.4　The reservoir section of Kulongshan-Liugouzhuang-Yaerxia reservoir in Qingxi Oilfield

從圖5中可以看出，累計產(chǎn)量超過10萬t的油井均位于裂縫發(fā)育密集區(qū)域。鑒于青西油田屬于低孔、低滲儲層，而其獲得高產(chǎn)油井的原因很可能是因為裂縫的存在而改善了儲層的物性，這表明螞蟻追蹤屬性體對裂縫的表征準確性較高。在裂縫發(fā)育密集區(qū)域的某些部位，也存在累計產(chǎn)油量為0.7萬t左右的井，這可能是由于該井附近儲層的油氣沿裂縫運移到其他區(qū)域聚集的原因。雖然還有待驗證，但也表明了裂縫的存在對油氣的運移和聚集具有控制作用。

圖5　青西油田螞蟻屬性體切片與油井累產(chǎn)油疊加圖（t=-2 436 ms）Fig.5　The overlay chart of ant attribute volume slice with cumulative production of oil well

利用螞蟻追蹤技術(shù)計算螞蟻屬性體的步驟主要分為3步。

⑩邱磊:《地方政府競爭影響經(jīng)濟增長的動力機制研究》，《安徽大學學報》(哲學社會科學版)2017年第3期;傅強、朱浩:《中央政府主導(dǎo)下的地方政府競爭機制——解釋中國經(jīng)濟增長的制度視角》，《公共管理學報》2013年第1期。

通過分析螞蟻屬性體不同時間的等時切片，可以得出斷裂的平面展布樣式及其發(fā)育規(guī)律。由圖7可以看出，青西油田下溝組主要發(fā)育北東—南西走向和北西—南東走向2組裂縫。其中北西—南東走向的裂縫主要發(fā)育于研究區(qū)的北西部，一直延伸到研究區(qū)中部，而在南東部則只在較淺的層位發(fā)育；北東—南西走向的裂縫主要發(fā)育于研究區(qū)的北東部，少量延伸到研究區(qū)中部，與另一組裂縫相交。隨著深度加深，北東—南西走向的裂縫先是逐漸增多，然后減少，最后逐漸消失，表明該走向的裂縫主要發(fā)育于研究區(qū)儲層的中淺層部位，而北西—南東走向的裂縫密度則逐漸減小，但裂縫規(guī)?；颈３植蛔?。

圖6　青西油田方差屬性體切片（t=-2 436 ms）Fig.6　The variance volume slice in Qingxi Oilfield

圖7　青西油田螞蟻屬性體不同時間的水平切片F(xiàn)ig.7　The time slice of ant tracking attribute volume in Qingxi Oilfield

2　螞蟻追蹤技術(shù)的應(yīng)用

2.1裂縫發(fā)育規(guī)律的預(yù)測

那天晚上，偉翔小孩子一樣跟我講了很多話。他說：“那段日子，我簡直絕望極了，不能給自己心愛的女人幸福的生活，讓她那么受委屈，我覺得自己是個最窩囊最沒有用的男人。我總感覺我欠你的，所以，回到家里看到你的臉色不好，我就連大氣都不敢喘……”

通過分析研究區(qū)的構(gòu)造運動、斷層分布（圖8）和螞蟻屬性體切片發(fā)現(xiàn)，裂縫發(fā)育程度較高的南東部、北東部及北西部均是構(gòu)造活動活躍的區(qū)域。喜馬拉雅運動期，由于強烈的構(gòu)造運動，尤其是南部祁連山逆沖推覆體向北的推覆作用，在窟窿山地區(qū)形成了北西西向逆沖斷層和北北東向斷層，并伴生了大量次級斷層，這些斷層促進了該區(qū)域裂縫的發(fā)育。對螞蟻屬性體切片進行觀察發(fā)現(xiàn)，這些構(gòu)造運動活躍的區(qū)域是裂縫發(fā)育密集區(qū)，與實際情況較吻合，表明螞蟻屬性體對該區(qū)域的裂縫預(yù)測較準確。

圖8　青西油田斷層分布Fig.8　The fault distribution in Qingxi Oilfield

2.2裂縫模型的建立

筆者在地震資料解釋的基礎(chǔ)上，利用螞蟻追蹤技術(shù)，首先對原始地震資料再次進行解釋得到螞蟻屬性體，對螞蟻屬性體進行斷片自動提取，得到該區(qū)域的斷片；然后采用人工交互的方式對提取的斷片進行篩選和編輯，得到三維斷裂模型；最后將三維斷裂模型作為硬條件，利用確定性建模方法，建立確定性裂縫模型。

裂縫開度=裂縫長度×常數(shù)（統(tǒng)計均值或標準偏差）（1）

古代有學者就有“溫故而知新”這一說法。其實，我們體育教師可以在新舊知識、技術(shù)、技能之間架起一座橋梁，使學生在“溫故”之時，導(dǎo)入以舊引新，學新聯(lián)舊、新舊類比。如：水平二的《前滾翻》教學時，我們可以在準備活動中復(fù)習各種滾翻練習，引出團身這一要點，為新授前滾翻技術(shù)服務(wù)。這種以舊引新的方式是我們教師常用的形式，在學生已有的知識、技術(shù)、技能的基礎(chǔ)上，充分利用學習的正遷移，循序漸進地順勢延伸過渡。

利用地震解釋數(shù)據(jù)、地質(zhì)分層數(shù)據(jù)及時深關(guān)系，建立研究區(qū)的速度模型，并對螞蟻屬性體進行時深轉(zhuǎn)換，得到深度域的螞蟻屬性體。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用Petrel軟件的斷片自動提取技術(shù)從螞蟻屬性體中提取斷片。在斷片提取過程中需進行參數(shù)設(shè)置（表2），參數(shù)設(shè)置的準確與否，決定了提取出的斷片是否詳盡。由于研究區(qū)構(gòu)造活動活躍，因此斷層大量發(fā)育，為盡可能地提取出斷層及裂縫信息，將提取采樣距離設(shè)置為20，提取樣本初始值設(shè)置為50%。研究區(qū)斷層及裂縫通常為大尺度，所以將提取采樣的下限值取為70%，觀察斷層分布（參見圖8）發(fā)現(xiàn)，斷層大部分彎曲程度較小，且研究區(qū)為脆性巖層，因此將偏離斷片的范圍取值為7，連通性約束取值為2，最小斷片大小設(shè)置為500，將斷片最小采樣設(shè)置為10，最終提取出螞蟻屬性體中的斷片。