构造运动和岩性质控下的基岩裂缝识别与预测方法研究

周 妍，孙海霞

（中国石油吉林油田地球物理勘探研究院，吉林松原138000）

吉林油田的油气勘探开发始于上世纪50年代，随着勘探开发的不断深入，在中央坳陷区以常规构造油气藏勘探开发占主导地位的时代已过了高峰期，勘探难度越来越大，勘探开发的重点转移到裂缝型油气藏［1-5］。裂缝型油气藏研究是近几十年来石油勘探研究的重要领域之一，研究热点也由成藏条件及规律［6-7］、储层裂缝描述［8-10］等向基岩内幕裂缝储集空间延伸。基岩油气藏的主要储集空间是裂缝发育段，为实现该类油气藏的有效勘探开发，需要有效地预测裂缝段的发育情况。

基岩受到后期的压实及变质，导致原生孔隙相对不发育，因此以裂缝型储层为主。由于受到区域构造的作用，储层主要为构造缝，不同的岩性受构造应力所产生的变量不同，形成的裂缝发育程度和密度也不同。

目前常用的识别和预测裂缝的方法、理论和技术主要分为：

①地质方法：岩心或野外露头观测，直观观察裂缝的发育特征。但岩心露头资料少，测量不便；

②地震方法：相干、多波勘探技术，可以全面反映裂缝分布规律，但预测结果只能得到区域上裂缝发育的大体部位，不能精细地描述出裂缝发育情况；

③测井方法：裂缝对不同的测井曲线有不同的影响，如双侧向曲线幅度差受裂缝角度控制、微侧向电阻率曲线会出现低阻异常、声波时差随裂缝角度的增加而降低等。预测精度高却无法用任何单一常规测井方法来识别裂缝，而且只能应用单井，不能对平面上的裂缝分布做有效预测。

1 构造演化

梨树断陷［11-14］怀德地区地层结构样式受控于整个松辽盆地的形成演化，需要先分析松辽盆地的构造特征。

1.1 松辽盆地区域构造特征

松辽盆地属于大陆板块内裂谷盆地，形成于晚中生代主动板块边缘的裂谷作用。早二叠世末晚海西运动使中朝板块与西伯利亚板块发生碰撞，形成统一的欧亚板块，从晚三叠世以来，松辽盆地形成于环太平洋构造域发展演化的背景之下，主要受两种构造动力控制和影响：

①地壳深部地幔物质的热动力变化，上地幔上穹隆引起大陆壳初始张裂，形成一系列NE、NNE 向断裂；

②太平洋板块向欧亚大陆东缘俯冲的挤压作用，形成NE、NNE、NW 向的主断裂和近SN、近EW向的伴生断裂。

两种构造动力转化造成松辽盆地在发展演化过程中具有张力和压力两重性，整体表现为早期裂谷、中期坳陷、晚期褶皱的构造特征。松辽盆地构造演化史可分为热隆升、裂陷、拗陷和萎缩褶皱四个阶段。

1.2 怀德区域构造特征

怀德地区的形成、演化过程与整个松辽盆地相同，火石岭组沉积时期为初始断裂形成时期，此时早期断裂开始活动，受NW—SE 向拉张应力作用，形成一系列NNE、NE 向断层。采用平衡剖面［15-19］法恢复怀德地区的构造演化史如图1，中部基岩潜山带于断陷形成前已存在，火石岭组早期一直出露地表未接受沉积，潜山两侧为火石岭组沉积地层；火石岭组后期，火石岭组地层沉积覆盖于基岩潜山上；从沙河子组沉积到现今，基岩潜山带未遭受破坏，处于构造高部位，其主要对接地层为火石岭组；东部基岩潜山带在火石岭组末期，由于受走滑断裂的影响，在走滑断裂东部的上升盘形成基岩潜山带，沙河子组到嫩江组末期，走滑断裂多期运动，走滑断裂断距不断增加，形成现今的构造特征。

图1 怀德地区构造演化史

1.3 怀德基岩现今顶面构造特征

怀德基岩经过构造运动受NW—SE 向拉张应力作用，形成一系列NNE、NE 向主断裂，后期又产生近NW、近SN 向的伴生断裂，不对称的区域应力场导致局部断裂具有走滑-拉张性质（图2为垂直断层走向切剖面）。

图2 怀德地区地震剖面

2 优势岩性预测

松辽盆地基底为拼合基底，岩性复杂，主要为前震旦系花岗片麻岩和片岩、早古生代绢云母-绿泥石片麻岩、石英片麻岩和千枚岩、晚古生代板岩、结晶灰岩以及分别相当于加里东、海西、燕山构造运动幕的花岗侵入岩。梨树断陷钻遇基岩24口井，钻井揭示基底岩性多样，主要岩性类别分为火成岩和变质岩两大类，其中板岩、片岩、花岗岩、火山岩均发育。

2.1 岩性地震响应

不同的岩性在地震剖面上会显示不同的特征。JG1 井基底岩性为花岗岩，在剖面上分析其地震响应特征为中等—弱振幅、低频、平直连续，局部甚至表现为空白反射，地震轴构造较缓，如图3所示。

图3 JG1井井震联合剖面

同理，可以得到其他不同岩性的地震响应特征：

片岩：弱振幅、低频、杂乱中等—弱连续、地震轴构造变化较大；

火山岩：弱振幅、低频、波形杂乱、絮状反射；

板岩：弱振幅、中高频、地震轴连续（图4）。

图4 不同岩性的地震响应特征

过不同岩性钻井建立连井剖面，验证其地震响应与岩性的关系，同上述总结相吻合，响应特征明显，如图5所示，说明可以利用地震响应来进行岩性预测。

图5 过不同岩性的地震连井剖面

2.2 多属性融合划分岩性

基于上述分析，结合地震属性提取（图6），认为单一的地震属性无法更精细地识别岩性。

图6 怀德地区不同地震属性

提取的属性中平均瞬时频率是相位的导数，表示以时间为函数的瞬时相位的变化率。均方根振幅（RMS）是将振幅平方的平均值再进行开方，所以对特别大的振幅值很敏感。反射强度斜率计算过程中将每一输入道进行反射强度的转换，用最小二乘法回归拟合反射强度值的曲线，其斜率即为所求属性。主频F1是能量谱中低频段的峰值，通过更多的振幅谱特征，主频系列可以揭示与地层或岩性有关的频率趋势。

总结地震响应特征，发现综合利用两种或两种以上的地震属性，可以将不同的岩性进行划分，因此采用多属性融合的方法进行岩性划分：振幅统计类属性能够指示反射波强弱，用于地层岩性相变分析，识别火成岩等；复数道统计类属性可以帮助分析气体、岩性、裂缝等特征；频谱统计属性揭示岩性引起的子波变化等。融合过程中优选与地震数据相关性最好的属性，包括RMS、最大波峰振幅、平均波峰振幅、最大绝对值振幅、主频系列，得到图7 所示的岩性划分剖面。

图7 岩性划分剖面

2.3 裂缝优势岩性确定

梨树断陷钻遇基岩井24口，钻井揭示基底岩性多样，储层类型为裂缝型、孔隙-裂缝型，埋深较浅，一般在1 000～2 000 m，油气显示厚度为50～200 m。本区的花岗岩局部侵入分布范围相对集中，并且与基底断裂的延伸方向及断裂活动特征关系密切。根据裂缝常规测井识别方法，总结了24口井的裂缝发育程度（表1），发现花岗岩裂缝发育较好，是裂缝发育的优势岩性。

表1 梨树断陷基岩裂缝发育程度统计表

3 怀德基岩裂缝预测

对怀德地区进行相干属性提取时，发现工区的西北部有成片的阴影带，但构造解释和测井评价发现其裂缝不发育，对其进行倾角属性和波形聚类属性（图8）分析，发现西北部倾角较大、波形杂乱，所以相干属性上会出现成片区域，并不是裂缝的存在引起的。

针对怀德工区的花岗岩分布带，采用叠后振幅方位分解法进行裂缝预测，基本原理为：如果地下存在由构造运动产生的断层和裂缝发育带，会引起地震波速度在空间方向上发生变化，导致叠后地震数据的旅行时和振幅沿不同的方向发生变化。如果利用方向滤波器对时间切片或沿层切片进行方向分解，可突出这种方向性特征，获得有助于检测裂缝发育带的裂缝指示因子及裂缝发育带走向，如图9 所示裂缝发育带主要集中于断层发育处，裂缝走向主要为NE、NNE 向，与构造运动分析结论相符。结合构造运动、岩性预测和裂缝预测综合分析，划分出裂缝发育区（图10）。

图8 倾角属性和波形聚类属性

选取实钻井Y17 井进行怀德西地区预测的基底裂缝发育情况验证：深度2 000～2 500 m 棕红色花岗岩及灰色花岗岩，预测结论为裂缝发育；图11的成像测井数据显示为裂缝发育。因此实钻验证符合预测结果。

图9 裂缝指示因子及裂缝发育带走向

图10 怀德西地区基底裂缝发育综合预测成果

图11 Y17井成像测井

由此认为该方法在怀德西地区基岩裂缝的识别与预测方面具有较好的应用效果，符合地质规律，可以尝试在其他地区进行推广验证。

4 结论

裂缝预测是目前深层勘探亟需解决的问题，本文分析了怀德基岩的构造演化史，采用多属性融合法划分出优势岩性，进行一系列裂缝预测研究，通过研究得出以下认识：

（1）构造运动影响裂缝走向，裂缝发育带主要集中于断层发育处；

（2）可以采用多属性融合的方法划分不同岩性特征：振幅统计类属性识别火成岩；复数道统计类属性可以帮助分析气体、岩性、裂缝等特征；频谱统计属性揭示岩性引起的子波变化等。

（3）井震联合分析裂缝发育优势岩性为花岗岩，发育地区在怀德地区的中部洼槽带，由小宽走滑断层以东至缓坡带断块群。