莺山地区营城组火山岩储层的裂缝预测

张明学, 张 鹏, 胡玉双

(东北石油大学 地球科学学院， 黑龙江 大庆 163318)

莺山地区营城组火山岩储层的裂缝预测

张明学, 张 鹏, 胡玉双

(东北石油大学 地球科学学院， 黑龙江 大庆 163318)

火山岩岩石种类复杂多样，空间分布状况不均衡，岩性横向变化快，火山岩油气藏的勘探难度很大。考虑火山岩的物性致密及受构造运动等因素的影响，通过改造火山岩可为油气提供良好的储集体，形成裂缝类油气藏。基于三维地震资料，采用相干体、倾角检测、蚂蚁体和曲率体属性方法对莺山地区进行裂缝预测。研究表明：研究区主要发育有三组拉张性质的断裂带，走向分别为北东向、北北东向和近南北向。裂缝预测结果与已有油井资料、解释成果和实际生产数据相比，该预测方法效果较好。

莺山地区； 蚂蚁体； 曲率体； 裂缝预测； 火山岩

0 引 言

火山岩岩石种类复杂多样，空间分布状况不均衡，岩性横向变化快[1-2]。火山岩储层受岩相控制,由于岩相空间变化很快，随之，储层物性在空间上的快变化，增加了识别难度。此外，地震波受到火山岩的屏蔽作用，这造成了火山岩内部地震反射特征不明显和低信噪比,也加大了储层预测的难度，火山岩勘探技术成为当今石油技术研究的难点[3]。火山的构造活动对原有油气藏具有破坏、改善和形成的多重效应[4]。经过构造作用改造的火山岩不仅可以为油气提供良好储集场所，还可以成为封闭油气的盖层，同时火山活动中产生的热效应对烃源岩有催熟作用[5]。火山岩储层厚、规模大、单井产量高、含油气丰度好，勘探开发前景巨大。

火山岩储集层物性致密，岩石脆性，在构造变形过程中会产生大量的构造裂缝，既扩大了储集空间增加了孔隙度，又连通了原有的孔隙改善了渗透性。裂缝发育区不仅是油气有效的储集空间，也是油气运移的主要通道[6-7]，还对油气成藏与分布起主要控制作用。因此，在火山岩油气勘探研究中，裂缝的预测成为寻找油气有利区的关键问题。在我国，裂缝型储层和数量比例更为突出，其油气产量占整个石油天然气产量的一半以上，与裂缝型油气藏相关的技术研究正成为目前石油领域内的热点及难点。要把握裂缝型储层的分布情况，就必须能够准确预测裂缝的发育程度和方向。了解岩石中裂缝的发育特征，对气藏开采、运移和监测等都具有十分重要的意义[8]。

利用钻井、录井和测井资料进行火山岩裂缝识别与评价的研究成果较多,在气田开发中起到重要的作用，但这些方法只针对有井周围的裂缝研究有效。对于井间乃至无井区，基于地震资料预测裂缝的井间分布规律是一种有效手段，具有实际的应用意义[9-10]。笔者主要基于三维地震资料，采用相干体等多种技术手段对莺山地区营城组火山岩裂缝特征进行平面展布预测，分析裂缝的分布规律，寻找储集层裂缝分布有利区，为下一步火山岩油气藏的勘探和开发提供依据。

1 地质概况

莺山断陷位于松辽盆地北部深层构造东南断陷区如图1所示，与中部对青山凸起和双城凹陷表现为两凹一凸的构造格局。莺山地区经历了强烈的构造运动，形成了复杂的断裂和构造，主要表现为受基底深大断裂控制的特征。莺山断陷营城组地层主要发育火山岩，根据火山岩喷发旋回，以明显的地震反射特征差异和不同的岩性组合为标志，将营城组地层划分成三个旋回，见图2。营城组火山岩岩性以酸性流纹岩、凝灰岩、火山角砾岩等为主，岩相主要有爆发相和溢流相，具备较好的储集能力，下部发育薄层的英安岩和安山岩。钻井资料显示，研究区火山岩发生强烈的蚀变作用，石英、碳酸盐等将原有孔隙和裂缝充填，储层物性条件较差，但由于成岩后生作用强烈，经风化、淋滤、蚀变形成次生溶孔，且裂缝发育，起到较好的沟通作用，具备较好的储集能力，因此工区内火山岩为一套有利储层。

莺山断陷沙河子组岩性以泥岩为主，夹杂细砂岩和泥岩互层，属湖沼相-扇三角洲相沉积，其间发育火山岩相，厚度较大，烃源岩地层平均厚度为500 m，分布面积为350 km2，有机质丰度高。营城组火山岩为研究区深层油气资源勘探的主力储集层，沙河子组是主要的烃源岩发育层系，营城组火山岩直接覆盖在沙河子组烃源岩之上，在营城组火山岩之上发育一套厚度稳定范围较大的沉积岩作为盖层，具备良好的下生上储式的空间匹配关系，该区营城组火山岩储层为以裂缝-孔隙型双重介质为主的低孔低渗非均质储层。

图1 莺山地区构造位置

裂缝一般具有多尺度性，其本身可以作为油气储集的空间，也可以对储层进行后期改造，作为油气运移的通道，研究裂缝的发育程度对油气的聚集和产出意义重大。应用地震资料开展储层预测具有横向分辨率高、实现井间分布描述、宏观分布规律清楚等特点，裂缝发育带往往会引起地震波出现异常(振幅、频率、相位等特征发生变化)[11-12]。因此，选用敏感的地球物理方法，检测地震波振幅、频率、相位等属性的异常变化，可以较好地预测裂缝发育带，研究裂缝特征。

图2 火山岩喷发旋回划分

2 叠后地震资料裂缝预测

2.1 相干体及倾角检测技术识别裂缝

相干体技术是通过地震信息得到各道之间的相关性，以对比每一地震道与周围地震道的波形相似性，从而描述地层、岩性的横向非均匀性。目前较好的相干算法主要为基于地震波能量归一化的多道相关性计算。大尺度的相干属性提取能有效指导断层解释，判断断层组合以及相互切割关系，而小尺度的相干能反映出在大断裂旁存在的裂缝发育区。倾角检测技术利用的是最大相似的平滑程度和倾角值，在三维数据体中，通过计算同相轴的梯度，可以得到地层的局部倾角，也可以得到某一点振幅的方差，在地层中有裂缝、断层和岩性等异常变化时，会使振幅方差变大，这样就可以达到裂缝识别发育带的目的。

基于三维地震数据进行相干体计算及倾角检测，分别提取旋回I、旋回II和旋回III的相干切片和倾角检测图。从提取的相干体沿层切片和倾角检测结果显示来看，以旋回III为例，在旋回III的相干体切片上，研究区中部和南部出现大片阴影带，见图3a，为相关性较差的区域，预测为裂缝相对发育的区域，而在旋回III倾角检测图上相应的部位出现白色和暗色条带,如图3b所示，为倾角值发生突变的部位，预测为裂缝相对发育的区域，与相干体结果显示出相同的规律，验证了相干体预测裂缝分布区域的合理性。使用相干体和倾角检测相结合的方法，初步了解了研究区裂缝的分布规律。

a 相干体切片

b 倾角检测

2.2 蚂蚁体技术识别裂缝

蚂蚁算法基于叠后地震资料微裂缝预测技术，对小尺度裂缝的识别有很好的效果。它是以蚂蚁计算方法的正反馈特性为依据，建立具有群体智能优化搜索方法的模型，进行断裂的追踪和识别。地震勘探研究中，在地震数据体或相干体中散播大量的电子蚂蚁，使某单个蚂蚁沿满足条件处追踪，同时释放信息素，吸引其它蚂蚁依次往下追踪，直到不再满足条件时停止追踪。在计算得到初始蚂蚁属性后，根据其相干显示结果，统计出大断层走向、倾向和倾角等产状要素信息，分析区域的构造应力场特征，初步得到裂缝的整体空间展布形态。然后通过过滤原则(如当上覆地层重力和压力为主要影响因素时，裂缝和小断层以在垂向上发育为主；同时，层位痕迹一般为低倾角响应，因此各方向均需滤去较小的倾角)，得到最终的预测结果。

通过上述方法得到研究区蚂蚁属性体，分析发现：在剖面上，裂缝特征清晰，裂缝表现为高角度、杂乱分布的特征；提取各旋回的沿层切片(以旋回II为例)，在蚂蚁体属性切片上，可见明显的裂缝分布(黑色为裂缝)，裂缝主要集中在工区中北部和南部，呈北北东、北东和近南北向的三组条带状分布的特征，如图4所示。

图4 旋回II蚂蚁体切片

2.3 曲率体属性识别裂缝

地层在受力过程中发生褶皱或弯曲变形，曲率体属性与裂缝两者之间的关系就是这一过程的反映，因此构造曲率是研究脆性地层形变构造裂缝的一种有效方法，它能够比较准确地反映和预测构造裂缝的分布特征。但是由于单纯基于等时构造的二维层面曲率属性由于没有利用数据体的方位信息，因而对噪声十分敏感。等时构造图的构建受多因素的影响，容易产生层位交点的非闭合现象，因此，二维曲率属性准确性和精度常常不能满足要求。

研究中，所采用的三维曲率体属性直接由叠后地震数据体的方位信息计算得到，可以准确刻画地下地质体构造形态、地层弯曲变形程度、区域应力场分布及断裂特征。以旋回II为例，研究区北部、中部、南部成片的混杂的密集区(曲率值较大)，为裂缝发育的条带，这与上述蚂蚁体属性预测的裂缝分布规律相一致，见图5。

图5 旋回II曲率属性体切片

3 裂缝预测效果

利用相干体、倾角检测、曲率体和蚂蚁体属性多种技术相结合，完成对研究区营城组地层3个旋回裂缝发育带的预测研究。在旋回Ⅰ，裂缝发育区主要分布在工区北部，在构造图上等值线密度由高到低的转换部位以及断裂的交叉部位，表现为受构造和火山机构共同控制的特征；YS2和YS4井北部，在构造图上等值线密度高，构造变化快部位，表现为受构造作用的高导缝特征；而东南角和西南角，在构造图上等值线密度不高、构造变化缓慢部位，表现为受火山机构和深大断裂控制的特征。工区中部裂缝不发育。在旋回Ⅱ，裂缝发育区主要分布在工区中北部和南部，在工区中北部，在构造图上等值线密度由高到低的转换部位、工区断裂带及其交叉部位，表现为受构造和火山口双重控制特征；工区南部，主要在工区大断层以及小断层控制下的断裂带两端及其交叉部位，表现为受构造和火山口双重控制特征；与旋回I相比，裂缝带范围有所减小，北部裂缝带有向西迁移的趋势。在旋回Ⅲ，裂缝发育区主要分布在工区西北部和南部，在工区西北部，在构造图上等值线密度高，构造变化快部位，表现为受构造作用的高导缝特征；工区南部，在构造图上等值线密度由高到低的转换部位、工区断裂带及其交叉部位，表现为受构造和火山口双重控制特征。

裂缝预测结果结合该区构造特征研究表明，研究区发育三组走向为北北东、北东和近南北向的裂缝带，即西部裂缝带、中部裂缝带和东部裂缝带，如图6所示。

图6 断裂平面分布

4 裂缝预测效果分析

莺山地区营城组火山岩储存FMI测井信息见表1。FMI成像图见图7。利用FMI测井解释结果，可以得到裂缝的倾向、走向和倾角等信息以及高分辨率井壁图像，对井点周围的储层裂缝研究十分有效[13]。通过分析研究区已有FMI测井资料发现(表1，图7)，YS2井和YS4井裂缝发育程度较高，密度较大，SS10井裂缝不发育。其中，YS2井高导缝和微裂缝较为发育，断层走向为北西-南东向；YS4裂缝类型以高导缝为主，走向近东西向。总体看来，裂缝的主要类型为高导缝，断层伴生的张性缝和微裂缝在断裂密集区有一定程度的发育。对比预测结果可以发现，裂缝的分布及密度与FMI测井解释结果基本一致。

图7 莺深2井FMI成像

YS2和YS4井区断裂发育程度高，而SS10井周围断裂不发育。表2是研究区生产数据。表2显示，YS2和YS4井试油结果为气水同层，SS10井为差气层，说明预测结果和单井产能相吻合。

表1 地层划分及参数

表2 莺山地区营城组火山岩储层试油信息

Table 2 Testing information table of volcanic reservoirs of Yingcheng formation Yinngshan area

井号试油井段层号Vw/m3Vg/m3试油结果YS23770.2～3786.26123.2102362气水同层YS44253.6～4270.310216.642067气水同层SS102696.4～2712.17302037差气层

5 结 论

(1) 综合利用相干体、倾角检测、曲率体和蚂蚁体相结合的方法可以有效预测莺山地区火山岩储层裂缝的分布特征，预测结果的实现过程完全基于地震资料，人为因素少，结果较为客观，结合已有井资料表明预测效果较好。

(2) 基于地震数据得到的火山岩储层裂缝预测结果横向分辨率高，实现了井间裂缝预测，并具有裂缝空间分布规律清楚的特点。

(3) 研究区发育三组裂缝密集带，即西部裂缝带、中部裂缝带和东部裂缝带，走向分别为北东向、北北东向和近南北向。在营城组地层的各旋回中，裂缝带表现出不同的特征，并具有向西迁移的趋势。裂缝的主要类型为高导缝，断层伴生的张性缝和微裂缝有一定程度的发育。

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(编辑 晁晓筠 校对 李德根)

Prediction of fractures of volcanic reservior of Yingcheng Formation in Yingshan area

ZhangMingxue,ZhangPeng,HuYushuang

(College of Earth Sciences Institute, Northeast Petroleum University, Daqing 163318, China)

The exploration of volcanic rock reservoir is rendered more difficult by the underlying characteristics behind volcanic rocks, such as more complex and diverse types, unbalanced regional distribution, lithology laterally quick change. Despite the large density，volcanoes, subjected to the action of factors such as tectonic transformation, tend to produce the epigenetic cracks, contributing to an improved permeability condition of volcanic rocks. The modified volcanic rocks occur as good reservoirs for oil and gas, forming fracture reservoir. This paper introduces the prediction of fracture in Yingshan area in the study area, using 3D seismic data, together with coherence, dip detection, ant and curvature attributes. The study shows that developed in the study area are mainly three tensile fault zones with the trend of NNE, NE, and nearly NS. Comparing the prediction results with well data, interpretation results, production data, and the actual production data yields a better prediction result.

Yingshan area; ant cube; curvature cube; fracture prediction; volcano rock

2016-07-29；

2017-03-28

东北石油大学研究生创新科研项目(YJSCX2016-006NEPU)

张明学(1961-)，男，辽宁省建平人，教授，博士，研究方向：层序地层学和地震资料综合解释研究，E-mail:zmxdqpi@163.com。

10.3969/j.issn.2095-7262.2017.05.010

P631.4

2095-7262(2017)05-0493-06

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