任丘油田注水與誘發地震的關系及應用

摘要華北油田長期開發產生頻繁的誘發地震活動，本文通過對油田地震活動特征的分析，并通過對任11井區的記錄資料數據的統計，判斷出注水是油田地震活動產生的根本原因，進而深入分析注水誘發地震的地質基礎；從而找出對油田注水誘發地震可控性的措施并提出合理的對策，以有效地控制或減少油田地震活動，減輕地震災害損失。

關鍵詞 任丘油田 誘發地震 注水 地質基礎

中圖分類號：P315文獻標識碼：A

Relations Between Induced Earthquake Oilfield Flooding and Application

CHEN Xiaoling[1]， FU Lijun[2]

([1]North China Petroleum Administration Bureau， Renqiu， Hebei 062552;

[2] Housing and Urban and Rural Construction Bureau of Renqiu City， Renqiu， Hebei 062550)

AbstractNorth China oilfield 's long-term development produce frequent trigger seismic activity， this paper analyses the characteristics of oilfield 's seismic activity， and through the summary of the data recorded statistic of 11 area in Renqiu， results that water flooding is the basic reason for triggering seismic activity， then further more explore the geological basis， so as to find out the controllability for oilfield water flooding and puts forward the measures to control the reasonable countermeasures， in oder to reduce seismic losses.

Key wordsRenqiu oilfield; induced earthquake; water flood; geological basis

華北油田位于河北平原中部，所處構造位于冀中坳陷、任西大斷裂東側，呈北東—南西向條帶狀態分布，含油面積10km2，油田于1976年投入開發，同年底開始采用人工注水驅油生產，1977年后注水井和注水量激增，到1980年注水量升到峰值。這種注水驅油方式引起了油田內部頻繁的地震活動，僅1980年前后的3年中，在油區內發生了ML2級以上地震近20次，這些地震基本上沿著油田開發區活動，而任丘地區在油田未投入開發前幾十年都沒有發生過地震，因此我們通過各種數據找出了油田地震活動的一些特征。

1 油田地震活動特征

地震活動規律表現在多方面，本文試從以下幾個方面進行分析：

（1）地震頻度特征：油田附近地區從1970-1976年，從未發生過有感地震，亦未發現ML≥2級地震記載，但從油田投入開發生產以后不到兩年，即開始發生有感地震，自1977-1988年的12年間共發生ML≥2地震97次，其中地震頻度較高的有4年，最高的為1986年達53次， 1987年11次；1979年和1981年各7次。頻度較高的日期有3個，亦發生在1986年，日頻度分別為10月19日4次、11月15日4次和12月2日4次。

（2）地震強度特征：從總體來看，油田地震強度較小，多數地震在ML≥3級以下，從相對強度變化來看，ML≥4級的地震僅發生一次，即為1987年6月2日5級地震；ML≥3.0—3.9級的地震發生8次，其中較大的為任11井區發生的1979年5月26日3.9級和同年12月18日3.7級地震；ML≥2.0—2.9級的地震發生88次。

（3）地震烈度特征：油田地震烈度一般較高，發生ML≥2級的地震即有明顯感覺，地震烈度達Ⅳ-Ⅵ度，通過對5次不同強度的具有完整等烈度線的地震烈度記載的47次地震作回歸分析，得到注水誘發地震的震級與烈度I0關系式：ML=1.05I0-1.83。

（4）地震分區特征：參照油田開發分區情況，從地震發生數目多少來看，任11井是12次，強度是ML3.9級，任11井區地震分布面積大。

（5）震源深度特征：根據油田地震記錄，采用方位角法測定，根據油田地震的地聲顯著、震感較強等綜合判定，油田地震的震源深度較淺，與油田生產深度（3~4km）基本一致，遠小于構造地震的震源深度。

（6）尾波衰減特征：根據對華北油田1986-1989年的29次地震測定得到尾波衰減的Q值在45~118之間，平均值為75，這與國內外其他地區地表淺源地震的測定結果相近，由此顯示油田地區不是異常區，而油田地震的基本原因在于油田開發生產。

除此之外還對P波初動、地震波形等數據進行了分析，從這些特征可以斷定油田地震的產生不是因為天然構造地震

引起的，而是人為開發生產引起的誘發地震。

2 油田注水誘發地震的剖析

（1）油田地震活動出現于油田開發生產地區及某些特殊部位，華北油田霧迷山組油藏為碳酸鹽巖油藏，其特點是深井、高溫、高壓、產液量高，隨著開發時間的推移，地層壓力下降，產液量減少，為補充地層壓力，故采用注水增效措施，但因此也帶來了新的問題－注水誘發地震活動頻繁，從而引起了油田領導和地震監測部門的高度重視，在油田各注水井點建立數據采集點和地震站觀測記錄，晝夜不間斷地監測。我們通過對任11井區的觀測，采用注水量、地層總壓降、注水井數、地震強度等幾項要素來研究注水與地震的關系。（見圖１）

任11井區注水與地震的關系：圖中給出了任11井區生產開發動態曲線，由此可見四個顯著特征：第一，注水井投注后一、二年內發生地震較多，如1979年4~9月有3口井投注，二年內發生地震8次；，1984年8月投注1口井，一年內發生5次地震；第二，大量注水期間及注水量持續增大期間發生地震較多，如1977年5月至1981年4月期間，月注水量高達20*104m3以上，發生地震7次，3次ML≥3級地震亦在此期間發生；1984年底起月注水量連續增加半年，發生地震5次，其他時段僅僅發生3次不到2級的地震；第三，地層壓力上升期間發生地震較多、較大，如地層壓力從1979-1981年持續上升，其間發生地震9次，且3次ML≥3級地震亦在此期間發生；第四，地層壓力下降期間無地震發生，如1976年初至1977年6月，地層壓力下降幅度高達2.4Mpa左右，未發生一次地震。

圖1任11井區注水與地震的關系圖

由上圖華北油田11井區注水與地震的相關情況可得出，發生地震較多、較大的基本因素（或指標）有三項：一是增加注水井后的一、二年時間；二是大量注水及持續增加注水量時間段；三是地層壓力由低到高的持續上升時間段，反之亦然。

（2）注水誘發地震的地質基礎。注水誘發地震還與地層構造相關。華北油田霧迷山組油藏被四條近東西向的斷層橫切，形成高低不同的幾個山頭。潛山內幕構造是一個西側被主斷層切割的半背斜構造，出露地層南老北新，反映內幕構造南高北低。據240口井對比，鉆遇斷點233個，組合成大小正斷層85條，斷層均屬張性正斷層，斷距幾十米到幾百米，按走向分為北西向（有67條，斷距數米至數十米），北東向（7條，斷距300~150m），北北東向（7條，斷距300~600m），近東西向（4條，斷距250~500m）等4組，它們不起遮擋作用，而使油藏縱橫連通。

產油層屬于中元古界薊縣系霧迷山組，地層巖性主要是碳酸鹽巖，以隱藻白云巖為主，顆（晶）粒白云巖次之，并夾泥質、含泥質白云巖。任11井區主要就是由隱藻白云巖夾硅質、泥質白云巖組成。這種巖石有一定強度，也有一定脆性，且斷裂構造縱橫交錯，支離破碎，整體強度小。由于注水之后，破壞了地層的原始壓力，迫使老斷層重新活動，便發生了地震，有的還形成新斷層。又因為這種地層結構松散，整體性差，所以不具備形成大震震源體積的條件，誘發地震的斷裂較小、較淺則是油田誘發地震強度不大的主要原因，油田地震多發生在次級中、小規模斷裂附近，在哪注水，就在哪個區塊發生小面積的小地震活動，反映出油田注水作用僅能推動中、小斷裂活動，故誘發地震的強度多在ML3級以下，遠低于天然構造地震的強度，震源深度多在數公里之內，震中分布僅限于油田注水附近地區，震級小、震源淺，感覺明顯，但發生破壞性地震的可能性小。由此我們認為，碳酸鹽巖和斷裂構造可能是注水誘發地震特有的地質基礎。

3 油田注水誘發地震的防控及應用

從上述分析看出，誘發地震的根本原因是注水。一是新井投注；二是增注；三是大量持續注水。當注水井投注后的一定時間段，地震發生較多，注水量的相對變化與地震直接相關（見圖2）。

圖2油田注水井地震與構造分布示意圖

通過多年觀測與實踐證實：減注、少注則少震或停震，但油田從生產考慮，不可能停止注水，而為防止頻繁的地震給人民生活和油田生產造成的危害，可采取有效的控注防震措施。因為地震發生不單是注水，而與地層、構造相關，所以應根據各區塊的地層條件適當控制注水量或合理調整注水井可避免地震的發生。

由于油田地區建筑物地質基礎較差，且油田開發生產又增加了新的不穩定因素，很多人認為油田采油井那么多，會不會是把油采空了就形成地震呢？其實并不是這樣的，油田誘發地震一般主要發生在注水井周圍，因而要對注水井區附近的建筑采用抗震級別高的材料，對新建建筑要進行抗震設計，對已經存在的建筑要普遍進行抗震加固；對于重要的工程建筑，采用更高的抗震設防標準，爭取做到在發生地震時，大震不倒，小震不壞，最大限度地保證油田正常生產，減輕地震災害。

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