基于地震响应的裂缝可预测性“三度”评价模式建立及应用

郝志伟，卢 贞，时秀朋

(1.中国石化胜利油田分公司 勘探开发研究院，山东 东营 257000；2.中国石化胜利油田分公司 东胜公司，山东 东营 257000)

影响利用地震资料预测火成岩裂缝分布可靠程度的因素众多，包括裂缝自身分布状态、地震资料品质、裂缝与地震反射之间对应关系、预测技术的适用性等[1-2]。例如，由于裂缝张开程度以及地震反射各向异性差异，垂直(或大角度)发育裂缝会比低角度(甚至水平)裂缝更加容易预测；地震资料信噪比较高时，裂缝预测可靠程度会更高；在钻井密集地区，地震资料结合钻、测井资料会比钻井稀少地区预测裂缝更加可靠。以往研究多是对影响裂缝预测可靠程度的单一因素进行分析[3-4]。笔者对几项因素进行综合考虑，来分析裂缝地震预测的可靠程度。

1 研究区岩性特征

研究区位于准噶尔盆地西北缘，包括哈山和车排子两地区。哈山地区石炭系在地表大面积出露，受达尔布特断裂控制，呈北东向带状分布，岩性主要为岛弧相关的火山岩、近物源沉积物、浅海与半深海沉积物。哈山地区钻遇的岩性主要有熔岩类和火山碎屑岩类，岩石类型主要有熔岩类的玄武岩、安山岩、流纹岩、粗面岩、响岩等，火山碎屑岩类的凝灰岩、火山角砾岩等。研究区改造作用强烈，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，因此研究区内火山岩为一套有利储层。

车排子地区石炭系岩性为火山角砾岩、凝灰岩、玄武岩和安山岩，沉积岩类储层不发育。石炭系主要发育下统太勒古拉组、上统包古图组和希贝库拉斯组，每个组具有不同的岩石组合类型。其中包古图组主要发育沉积岩，野外观察到巨厚层的灰黑色粉砂质泥岩层。太勒古拉组和西北库拉斯组主要为火成岩地层，是石炭系可能的储层发育地层。

2 研究区裂缝发育特征分析

综合岩心、薄片、测井分析结果，对研究区裂缝参数进行统计分析，主要内容包括裂缝发育规模评价、裂缝密度以及裂缝产状特点。

(1)裂缝规模。裂缝间距为同组裂缝间的垂直距离。裂缝间距与裂缝密度呈倒数关系。由于岩心取心半径的限制，同组高角度大裂缝很难统计，只在个别构造裂缝密集段可能测得大裂缝的间距。实际上，每一组构造裂缝由不同规模的裂缝组成，规模大的构造裂缝，其延伸长度、切穿深度及间距都较大；反之，规模小的构造裂缝，其延伸长度、切穿深度和间距均较小，每一组构造裂缝的总平均间距是不同规模裂缝叠加的结果。

通过研究区岩心观察发现，准西北缘石炭系火山岩均发育多期裂缝，哈山地区和车排子地区裂缝发育规模基本一致，裂缝间距为1～10 cm，主要分布区间为2～5 cm，裂缝发育密度普遍较大；裂缝高度为10～40 cm，主要分布区间为20～50 cm，整体较小；裂缝发育长度最大为6 m，主要分布区间为3～4 m之间，单条裂缝的发育规模并不大。

(2)裂缝密度。裂缝密度是反映裂缝发育程度的最基本参数，一般用体积裂缝密度、面积裂缝密度、线裂缝密度等来表示。体积裂缝密度指单位体积里裂缝的累计面积，面积裂缝密度指单位面积里所有裂缝的累计长度，线裂缝密度指单位长度上裂缝的条数，是岩心观察的常用参数。

统计结果显示，哈山西地区石炭系凝灰岩的裂缝密度约为9～12 条/m，火山角砾岩、安山岩、碳质泥岩次之，裂缝密度约为5～6条/m，玄武岩裂缝密度最小(图1)。车排子地区石炭系凝灰岩裂缝密度约为7～9 条/m，玄武岩、碳质泥岩、安山岩次之，裂缝密度为2～4条/m，火山角砾岩裂缝密度最小。在岩性上，哈山西地区和车排子地区均以凝灰岩裂缝最为发育，但就裂缝密度而言，哈山地区的裂缝密度整体相对较大。

图1 哈山西石炭系不同岩性裂缝密度统计

(3)裂缝产状。裂缝产状主要包括裂缝倾角和裂缝走向，对裂缝产状的统计分析可以为后续裂缝预测的技术适用性分析奠定基础，同时也可以初步明确研究区的应力场特征。准西北缘不同地区裂缝倾角的统计显示，哈山西地区裂缝倾角从30°至90°均见发育，主要分布区间为70°～80°(图2)，而车排子地区裂缝倾角则主要分布区间为40°～80°。因此，整个准西北缘地区虽然裂缝倾角分布范围不尽相同，但是都具有倾角大、断面陡的特征。

图2 哈山西地区裂缝倾角统计

整个准西北缘裂缝走向基本一致，都是以NE—SW向为主，与现今该地区的最大水平主应力方向相垂直，仅车排子地区同时发育少量近EW向的裂缝。综上裂缝参数统计，总结准西北缘的裂缝发育特征(表1)。

表1 准西北缘不同地区裂缝发育特征对比

3 裂缝地震响应特征分析

通过岩心观察和成像测井识别裂缝发育段，并通过合成地震记录将裂缝发育段在地震剖面上进行标定。由过井地震剖面可以看出，准西北缘地区裂缝段在叠后地震剖面上主要以空白—杂乱反射为主，不同的是哈山西地区裂缝发育段与解释的断裂系统分布表现出密切相关，而车排子地区裂缝段虽然同样发育在断裂附近，但是裂缝与石炭系不整合面伴生关系更加明显(图3)。

图3 车排子过P61井-P661井地震剖面

地震反射子波波长为速度与频率的比值，频率越高，波长越短，在地震剖面上识别的精度也就越高。以频率50 Hz为例，火山岩速度为5 000 m/s，则地震剖面上子波的调谐厚度为5 ms，垂向上识别的最小厚度为25 m，而通过前述实钻裂缝发育特征分析可知，准西北缘裂缝发育长度最大为6 m，一般为3～4 m，通过叠后地震资料无法识别小尺度单条裂缝。

值得注意的是，与断裂相关的裂缝发育带一般具有较大的展布规模，其大小主要受控于断裂规模和应力强度，裂缝聚集带地层的速度、密度均会产生一定的影响，并与裂缝不发育区域形成一定的物性差别，因此裂缝富集区与非裂缝富集区在地震剖面上有一定的区别。

密度大的裂缝集中发育带在地震中响应明显，稀疏分布的裂缝在地震记录中响应微弱。裂缝倾角较大时，在叠前分方位角地震响应中异常明显。在裂缝倾角较小时，由于地层的压实，会使得裂缝的张开度下降，地震响应不明显；裂缝的长度和宽度的变化在地震反射中产生的响应不明显。

4 影响裂缝地震预测准确程度的因素

影响裂缝地震预测是否可靠的因素众多，结合准噶尔盆地西北缘火成岩裂缝的特征，筛选裂缝角度、密度、钻井密度以及地震资料品质等4个因素进行研究(表2)。其中，裂缝密度影响裂缝与围岩的岩石物理差异，差异越大，裂缝越容易被预测。裂缝角度影响地震波场各向异性差异，裂缝倾角越大，裂缝越容易被预测[5]。钻井密度决定空间井外推可靠性，钻井密度越大，参考资料越多，预测准确度越高。同时，地震资料品质越好，裂缝预测的准确度会越高[6]。综合考虑4个因素对于预测的影响程度，重要程度依次为地震资料品质、裂缝密度、钻井密度、裂缝角度。

表2 影响裂缝预测的因素评价指标及权重赋值表

5 裂缝可预测性综合评价模式的建立及应用

5.1 裂缝可预测性综合评价模型建立

为更好地量化不同研究区、不同层系裂缝储层的可预测性及预测可靠度，建立裂缝储层“三度”综合评价模式。“三度”即裂缝密度、裂缝角度以及钻井密度(图4)。给定权重及分级指标(表2)：地震资料信噪比权重约为0.4，是影响裂缝可预测性的最重要因素；裂缝密度权重约为0.3，是影响裂缝可预测性的另一重要项；裂缝倾角和钻井密度权重均约为0.15，是相对次要的两项因素。

图4 裂缝储层“三度”综合评价模型

5.2 裂缝可预测性综合评价模式在研究区的应用

对准噶尔盆地西北缘车排子、哈山地区石炭系发育火成岩裂缝可预测性进行评价，依次计算各地区裂缝的可预测性综合指标(表3)。以车排子风化壳裂缝为例，裂缝密度为3～10条/m，属于裂缝密度较大的区带。裂缝倾角为40°～70°，由于存在较多的溶蚀裂缝，所以裂缝的倾角中等。由于该区目的层埋深相对较浅，而且含油相对丰富，所以该区钻井密度大于0.2口/km2。车排子地区浅层地震资料信噪比为2～5，依据“三度”综合评价的模型，分别将以上4项参数进行赋值，并依据权重计算综合可预测性指标，计算车排子风化壳裂缝的可预测性指标为0.7，属于相对较高的可预测性。从表4中可以看出，由于不同区带裂缝所发育的类型、埋藏深度、地震资料品质、钻井等因素的差异，其裂缝预测的可靠程度也存在差异。其中车排子风化壳以及哈山中浅层裂缝可预测性最高，哈山深层裂缝可预测性为0.5，属中等。车排子深层裂缝可预测性为0.3，属于最难以预测的裂缝。

表3 不同地区裂缝综合评价

6 结 论

(1)在分析准噶尔盆地西北缘车排子和哈山地区石炭系火成岩裂缝各项参数与地震反射之间关系的基础上，总结影响裂缝地震综合预测可靠程度的各项因素，尝试给定各因素的影响权重，其中地震资料品质约为0.4，裂缝密度权重约为0.3，钻井密度权重约为0.15，裂缝角度权重约为0.15，建立“三度”裂缝可预测性评价模型。

(2)在研究区内，车排子风化壳裂缝、哈山中浅层裂缝能够进行地震综合预测，预测所得到的结果可信度较高，而哈山深层裂缝地震可预测性偏差，车排子深层裂缝最难以进行准确的地震预测。