復雜斷塊油田小微地質體地震識別與應用

周宗良，夏國朝，張會卿，張凡磊，計璐璐

(1.中國石油大港油田 勘探開發(fā)研究院，天津 300280；2.中國石油大學 油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249;3.中國石油大學 地球科學學院，北京 102249)

1 引 言

黃驊坳陷屬于渤海灣陸相斷陷含油氣盆地，盆內不同性質、不同級別的斷裂廣泛發(fā)育，為復雜斷塊油藏發(fā)育區(qū)。眾多斷裂在空間上切割砂體、遮擋油氣，從而形成我國東部典型的復雜斷塊油田。在盆地油氣勘探開發(fā)的早中期，斷層研究的重點大多針對演化時間長、規(guī)模尺度大、斷裂級別高的深大斷裂，當油田開發(fā)進入高含水期，油田開發(fā)地質人員則把研究重點放在了形成時間短、規(guī)模尺度小的小微斷裂?！靶　奔吹图壭驍鄬?、“微”幅度構造、“薄”儲層和“單”砂體及其內部構型等，已上升為油水運動規(guī)律和剩余油分布的主控因素；準確表征“小尺度”地質體是老油田完善注采關系和高效挖潛剩余油的關鍵；“小尺度”地質體表征的重點和難點在井間，需要系統(tǒng)地闡述并準確表征小微地質體，才能進一步挖掘剩余油，成為老油田進一步提高采收率的關鍵[1,2]。

在低級序斷層的研究方面，羅群等[3]分析了低序級斷層的成因類型、組合模式及地質意義；趙紅兵等[4]利用三維地震資料精細解釋、密井網多井精細地層對比以及開發(fā)動態(tài)分析技術建立了低級序斷層分布模型；何胡軍等[5]利用基于小波變換的多尺度邊緣檢測技術開展了對低級序斷層的識別；張昕等[6]通過地震數(shù)據(jù)高頻響應增強處理及螞蟻體地震屬性的提取，對低級序斷層進行了識別和描述；戴俊生等[7]應用螞蟻追蹤技術實現(xiàn)了較好的應用效果；劉顯太等[8]應用相干體、多尺度分頻、曲率屬性、地震屬性融合與RGB顯示進行低序級斷層的識別描述；張岳[9]基于全卷積神經網絡的斷層識別方法與研究區(qū)構造模式、專家經驗等進行融合，從而精確識別了地震中的低級序斷層；朱劍兵[10]通過小波變換分頻方法將地震數(shù)據(jù)相位信息分離，并采用混合傾角掃描和保邊邊緣檢測方法進行相位變化的識別，實現(xiàn)對低序級斷層的識別。在微構造的分析方面，陳廣軍等[11]探討了在解釋階段研究低幅度構造的可行性及其思路和方法；蒲玉國[12]對復雜斷裂油田小構造進行了系統(tǒng)的分析研究，總結出了小構造研究描述的基本模式；黃龍威[13]摸索了微構造油藏的成藏規(guī)律和勘探方法；姜秀清等[14]、代金友等[15]、栗亮[16]劃分了微構造的主要類型，分析了微構造的特點、形成原因及對油井生產的影響。但上述學者多將研究重點放在低級序斷層或微構造的其中某一方面，而沒有系統(tǒng)開展包括低級序斷層、微構造、薄儲層和小油砂體在內的“小尺度”地質體的闡述。本文結合研究區(qū)實際情況，在闡述小微地質體概念及構成要素的基礎上，系統(tǒng)開展了低級序斷層的識別、微構造的成因類型、控藏機制，為復雜斷塊老油田進一步提高采收率奠定了理論基礎。

2 小微地質體定義

我國東部陸相斷陷盆地中，斷塊油氣田數(shù)量多、分布廣，大港油田作為復雜斷塊油田的典型代表，受不同規(guī)模、不同方向、不同時期的斷層相互切割、錯綜復雜，多物源、多期次沉積的共同作用，導致不同類型的小微地質體廣泛發(fā)育。港東油田經過多年注水開發(fā)，目前整體已進入高含水開發(fā)中后期，剩余油高度分散，主力砂體、主體部位水淹嚴重。低級序斷層、微構造、薄儲層、單砂體及其內部構型成為控制油水運動和剩余油分布規(guī)律的主要因素[17,18]。這些地質體普遍尺度較小，低級序斷層平面延伸長度多為1 km以下，微構造高程差多小于15 m，薄儲層則通常低于地震垂向分辨率等，因此可以統(tǒng)稱為小微地質體。

小微地質體中，小高點、小鼻狀、小斷鼻、小斷塊油氣藏、小構造巖性體、單一小巖性體都容易聚集剩余油，形成小油砂體。在開發(fā)工作中，確定小油砂體的規(guī)模和級別，對于開發(fā)過程中制定合理的技術對策意義重大。依據(jù)大港油田含油砂體特征，結合砂體內控制井量化砂體規(guī)模，完成小油砂體級別劃分。結合大港復雜斷塊油田地質特征，根據(jù)井網井距、注采井網面積確定小油砂體量化標準。以港東油田為例，目前井網形式為五點法井網，井距為150 m×150 m。以此推算，1口井控制砂體為五級砂體，面積小于0.045 km2；2口井控制砂體為四級砂體，面積為0.045 km2；3口井控制砂體為三級砂體，面積為0.075 km2(圖1a)；五點單井組控制砂體為二級砂體，面積為0.102 km2(圖1b)；4個以上五點單井組控制的砂體為一級砂體，面積大于0.252 km2(表1)。本次通過統(tǒng)計油砂體數(shù)量及概率分布，參考業(yè)界陳瑞[19]等2006年關于小油砂體的論述，最終確定將面積≤0.102 km2作為小油砂體的量化標準。因此，三、四、五級砂體都屬于小油砂體。

表1 含油砂體級別劃分標準

根據(jù)上述砂體級別大小劃分，定義小微地質體是指受斷層、巖性單一因素或共同作用形成的小規(guī)模地質體，小微地質體可定義為面積小于0.1 km2，相當于三級砂體～五級砂體，構造幅度小于15 m，斷層斷距小于10 m的地質體。構成小微地質體主要要素有低級序斷層、微構造、巖性邊界，具體包括“小”斷層(即低級序斷層)、“微”幅度構造(微構造)、“薄”儲層和“小”油砂體等。

3 低級序斷層識別

3.1 斷層分級及低級序斷層

斷裂作為地質體中發(fā)生明顯位移的一種破裂構造，演化程度不同導致斷裂大小尺度不一，根據(jù)其發(fā)育演化經歷了微裂紋、裂縫、裂隙、節(jié)理、小微斷層、深大斷裂乃至大裂谷等，規(guī)模級別差異也很大，其對油氣成藏的控制作用也有很大不同，根據(jù)斷層延伸長度、斷距大小、斷層特征將斷層劃分為6級(表2)。二級斷層發(fā)育時間長，斷距大，延伸距離長，控制地層沉積，也是油氣富集的關鍵，三、四級斷層是各斷塊之間的分界斷層，一般活動期較短，對局部圈閉形成和油氣分布起著一定的控制作用[20]。

表2 不同級別斷層劃分標準及特征

低級序斷層是相對于高級序斷層提出的概念，任何級序的斷層相對于比其級序高的斷層都可稱為低級序斷層，低級序斷層多為高級序斷層的派生斷層。在油田開發(fā)研究中，低級序斷層特指在斷層級別中四級以下的小斷層(包括四級、五級及可識別的六級斷層)，雖然這些小斷層對地層沉積模式和油氣聚集基本不起作用，但它們對油水關系以及開發(fā)中后期剩余油分布起著重要的控制作用。通過利用高分辨率地震數(shù)據(jù)體，在骨架斷裂系統(tǒng)的約束下精細刻畫小微地質體，發(fā)現(xiàn)許多被低級序斷層、巖性分割的低動用、或未動用的小微油藏，因此研究低級序斷層對于開發(fā)中后期分析剩余油、提高采收率至關重要。

3.2 低級序斷層地震響應特征

通過建立地質模型進行正演分析，結果表明，斷距10 m的斷層表現(xiàn)為地震反射同相軸錯斷，斷距5 m的斷層表現(xiàn)為同相軸的膝折、相位及振幅突變；斷距3 m及3 m以下斷層表現(xiàn)為同相軸的撓曲特征(圖2)?？傮w而言，10 m以下低級序斷層具有很大的隱蔽性，致使其在常規(guī)地震剖面上難以識別[21]，需要進行斷層增強處理。

圖2 斷距10 m以下低級序斷層的地震響應特征Fig.2 Seismic response characteristics of low-grade faults with a fault throw of less than 10 m

3.3 低級序斷層識別方法及應用

在低級序斷層識別方面，前人主要是在井間對比確定斷點的基礎上，利用常規(guī)地震剖面解釋、傾角、方差、相干分析等地球物理方法，結合動態(tài)信息驗證，對斷距10 m以上斷層的識別效果較好。但由于受地震資料品質、算法可靠性等因素影響，單一地球物理方法難以有效表征斷距10 m以下斷層的幾何形態(tài)、組合關系。針對上述問題，筆者在多年的復雜斷塊油田開發(fā)地質實踐中，應用多種不同的方法開展了系統(tǒng)的針對低級序斷層增強處理的研究與比較，總結形成多地球物理手段相融合的低級序斷層識別方法，可概括為：首先進行分方位疊加處理與地層傾角分析，之后開展地震濾波處理與邊緣檢測增強斷層信息，最后應用螞蟻體技術識別低級序斷層。具體方法如下：

第一步，開展不同方位角數(shù)據(jù)差異分析，進行分方位疊加處理；利用不同方位地震資料的各向異性特征，識別不同走向斷層。分方位疊加數(shù)據(jù)表明，垂直方位數(shù)據(jù)體東西向斷層更加明顯，平行方位數(shù)據(jù)體南北向斷層更加明顯。

第二步，開展地層傾角分析。地質目標體在構造地質學上有走向和傾向兩個方向屬性，借助地層傾角屬性進行斷層和地質體邊界的刻畫，能夠清楚地展示差異壓實作用或者地震反射的細微變化特征[22]。

第三步，利用地震濾波處理增強斷層信息。常用方法有構造導向濾波和邊緣保護平滑濾波。構造導向濾波采用“各向異性擴散”平滑操作，只平滑連續(xù)的地震同相軸，而針對不連續(xù)的地震同相軸則不作平滑[23,24]。邊緣保護平滑濾波則能夠在邊緣保護的前提下，對圖像進行平滑。濾波前后剖面對比表明，構造導向濾波剖面相比原始剖面斷口更加清晰，進行邊緣保護平滑濾波后斷層信息進一步顯著增強(圖3)。

圖3 濾波處理后剖面與原始剖面對比Fig.3 Comparison of the filtered section and the original-section

第四步，邊緣檢測增強斷層識別效果。斷層、小斷裂等特殊地質體具有不連續(xù)特性，經過邊緣檢測增強處理后，不連續(xù)特性更加凸顯。

第五步，利用螞蟻體技術識別低級序斷層。螞蟻追蹤原理為：每只螞蟻沿斷裂處進行追蹤，并釋放信息素以吸引其他螞蟻，形成正反饋機制，完成整個三維地震體的斷裂追蹤，獲得一個低噪音、具有清晰斷裂痕跡的螞蟻屬性體。對比螞蟻體與構造導向濾波剖面發(fā)現(xiàn)(圖4)，二者都能較好地識別大斷層，區(qū)別在于構造導向濾波剖面中小斷層不明顯，螞蟻體剖面中小斷裂得到進一步增強。

圖4 原始地震剖面與螞蟻體剖面對比Fig.4 Comparison of original seismic section and ant-body section

近年來大港油田聯(lián)合應用多地球物理手段，逐級放大斷層信息，采用井震藏聯(lián)合驗證、精準組合斷裂系統(tǒng)；解決10 m以下斷距斷層識別和組合的技術難題，為準確認識和挖掘低級序斷層控制的剩余油潛力打下基礎。

4 微構造類型與精細描述

微構造由李興國在20世紀80年代提出，并將其定義為宏觀構造背景之下，油層頂?shù)酌娴奈⑿推鸱兓纬傻臉嬙焯卣鱗25,26]。在深入開展本區(qū)微構造特征的基礎上，結合前人的研究成果，將油層微構造分為3種類型：正向微構造，即砂層在形狀上相對向上凸起，包括較小的高點、鼻隆狀構造和斷鼻構造等；負向微構造，即砂層形狀為相對下凹形，包括小的低點、斷溝、溝槽和向斜等；斜面微構造，即砂層傾斜形狀，也可單獨出現(xiàn)，常位于正、負向構造之間，如小斜面和小階地等。

正向微構造上的油井處于相對的構造高部位，主要為向上驅油，正向微構造容易形成剩余油富集區(qū)，是油田開發(fā)研究的重要目標；負向微構造上的油井處于構造低部位，主要為向下驅油；斜向微構造上的油井，上方來水為下驅，下方來水為上驅，介于兩者之間，重力分異對其有利有弊[27,28]。

4.1 正向微構造形態(tài)分類

正向微構造形成的小微油藏按構造形態(tài)可劃分以下8種類型：單砂體局部微高油藏、構造撓曲油藏、上傾尖滅末端油藏、微斷鼻頂部油藏、壘式斷角油藏、塹式斷角油藏、順向斷層高油藏、反向斷層高油藏圖5。

圖5 正向微構造形成的小微油藏分類Fig.5 Classification of small and micro reservoirs formed by positive microstructures

1)單砂體局部微高油藏，小高點指儲層頂?shù)灼鸱螒B(tài)與周圍地形相比相對較高，而等值線又閉合的微地貌單元。其幅度一般為1～5 m，閉合面積一般小于0.2 km2(圖5a)。

2)構造撓曲油藏，撓曲是在水平或平緩的巖層中，由一般巖層突然變陡而表現(xiàn)出的膝狀彎曲，或是由于巖層翹曲或其他和緩變形所形成的彎曲，構造撓曲油藏往往因為水動力與撓曲構造聯(lián)合形成(圖5b)。

3)上傾尖滅末端油藏，單一小巖性體在上傾方向尖滅，是指在斷層不發(fā)育的地區(qū)，砂巖在河道裹挾和水動力的共同作用下，沉積形成的小規(guī)模河道砂體(圖5c)。

4)微斷鼻頂部油藏，小鼻狀指儲層頂?shù)灼鸱螒B(tài)與周圍地形相比相對較高，而等值線不完全閉合的微地貌單元。傾角一般小于3°，面積一般為0.3～0.4 km2。在小斷鼻構造頂部形成油氣聚集(圖5d)。

5)壘式斷角油藏，指在復雜斷塊區(qū)，兩條反向、斷面相對傾背正斷層夾持現(xiàn)成的小高，往往是形成油氣縱向上沿不同級序斷層向上運移，再在平面上受多條低級序斷層封堵，從而形成的油氣富集區(qū)(圖5e)。

6)塹式斷角油藏，指在復雜斷塊區(qū)，兩條反向、斷面相對傾向正斷層夾持現(xiàn)成的小高，往往是形成油氣縱向上沿不同級序斷層向上運移，再在平面上受多條低級序斷層封堵，從而形成的油氣富集區(qū)(圖5f)。

7)順向斷層高油藏，順向斷塊圈閉是由順向斷層、順向地層構成的構造、巖性-構造圈閉聚集形成的油藏，這些斷層往往是一些低級序斷層組成(圖5g)。

8)反向斷層高油藏，反向斷塊圈閉是由順向斷層、反向地層構成的構造、巖性-構造圈閉聚集形成的屋脊式油藏，這些斷層往往是一些低級序斷層組成(圖5h)。

4.2 微構造精細描述

微構造研究目的是闡明沉積單元的頂?shù)仔螒B(tài)及其對油氣水運動規(guī)律的影響和控制作用，預測開發(fā)過程中剩余油分布，是老油田控水穩(wěn)油的一項重要綜合技術。在微構造研究中首先是對研究區(qū)逐口井進行海拔高度、補心高度及井斜的校正，然后利用基于密井網資料的小層對比結果，以2 m等高線對油砂層頂面做構造等值圖，精細地刻畫出油層頂?shù)椎臉嬙煨螒B(tài)，突出油層的微構造特征[29-31]。對港東油田13個單砂層的微構造進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)本區(qū)的油層微型構造主要有三種類型：塹式斷角油藏、斷層-巖性油藏、微斷鼻構造油藏，其中以斷層-巖性油藏及微斷鼻構造油藏為主(圖6)。圈閉面積最小0.024 km2，最大0.15 km2；閉合幅度最小3 m，最大15 m。微構造具有圈閉面積小、構造幅度低等特點，大的面積可超過0.1 km2，幅度可達10 m，小的面積只有0.01 km2，幅度只有2 m，對油氣富集及油井生產有很大影響。通常和低級序斷層相伴而生，且往往處于斷層的附近，多為微小斷塊和微幅背斜，因此低級序斷層的準確識別往往是發(fā)現(xiàn)微構造的關鍵。

圖6 GD油田不同類型微構造油藏Fig.6 Different types of microstructural reservoirs in Gangdong oilfield

4.3 斷—砂控藏機制與模式

由于地表沉降作用及補償作用的不均衡性，導致歧口凹陷北部沉積體系的主要河床與三角洲沉積集中發(fā)育于港東斷層下降盤一帶。差異壓實作用系指由于沉積物組合比例的不同，表現(xiàn)出差異壓實作用所形成的構造、沉積物厚度在橫向上的變化[32]。如港東東營組入湖三角洲在向湖的平緩斜坡上，在三角洲平原帶與前緣帶的過渡帶沉積體，形成砂巖、泥巖層退積疊覆式或進積疊覆式，橫向上砂泥比例出現(xiàn)差異發(fā)生兩種現(xiàn)象：

1)在靠近前緣帶的過渡帶，沉積坡度較大，低砂泥比區(qū)易形成差異壓實作用的重力作用。在差異壓實作用大的情況下，容易伴生同生小正斷層。

2)在巖性變化較大區(qū)域，如砂泥比較大,且沉積相對平坦區(qū)域，重力作用很難造成沉積物大幅度滑動，表現(xiàn)在三角洲整體差異壓實構造形成小幅度背斜與鼻狀構造，同生斷層并不發(fā)育。

如圖7所示，D7-13-1井Ed1-1段泥巖發(fā)育夾薄層砂巖，D6-15-1井Ed1-1則為砂巖發(fā)育段，形成垂向疊覆加積河口壩沉積，兩井間形成巖性變化較大的薄弱帶，很明顯由于沉積-成巖作用時期差異壓實和重力滑脫作用形成了同生性質的小微斷層、小幅度壓實構造雛型，斷-砂控制進一步形成了多樣化油氣藏類型，平面上、縱向上廣泛分布小而富集剩余油的高產高效小微油藏。

5 結 論

1)在復雜斷塊油田的高含水開發(fā)中后期，準確表征小微地質體成為復雜斷塊老油田剩余油高效挖潛的關鍵。小微地質體是受斷層、巖性單一因素或共同作用形成的小規(guī)模地質體，主要構成要素有低級序斷層、微構造、巖性邊界。

2)通過高分辨率地震資料的精細構造解釋與研究，形成了多地球物理手段相融合的低級序斷層識別方法，以有效表征斷距10 m以下斷層的幾何形態(tài)、組合關系。

3)微構造可分為正向、負向、斜面微構造3類，其中正向微構造容易形成剩余油富集區(qū)，是油田開發(fā)研究的重要目標，按構造形態(tài)可分為8種主要類型。

4)通過微構造的構造形態(tài)、組合關系精細描述與成因機制分析，指出低級序斷層對開發(fā)中后期剩余油分布起著重要的控制作用，低級序斷層的準確識別往往是發(fā)現(xiàn)微構造的關鍵。