金湖凹陷阜二段斷裂信息維特征與油氣藏分布

劉敬壽，杜全偉，戴俊生

(1.中國石油大學(xué)，山東 青島 266555；2.東北石油大學(xué)，黑龍江 大慶 163318)

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金湖凹陷阜二段斷裂信息維特征與油氣藏分布

劉敬壽1，杜全偉2，戴俊生1

(1.中國石油大學(xué)，山東 青島 266555；2.東北石油大學(xué)，黑龍江 大慶 163318)

金湖凹陷油氣運移、聚集、成藏與斷裂的展布、發(fā)育程度密切相關(guān)。為了認識斷裂發(fā)育區(qū)油氣分布規(guī)律以及斷裂對油氣富集程度的控制作用，運用分形理論對金湖凹陷斷裂體系進行研究，利用研究區(qū)已落實的油氣藏分布，分析斷裂與油氣分布關(guān)系。結(jié)果表明，斷裂面積信息維在1.530～1.685之間有利于大油藏形成和保存；斷裂信息維在1.655～1.832之間的高值區(qū)，斷塊被進一步分割復(fù)雜化，導(dǎo)致油氣分布支離破碎，使得油氣藏小而碎；有利于油氣聚集成藏的分維下限值為1.483。應(yīng)用信息維法對斷裂體系分維計算結(jié)果表明，斷裂面積信息維高值區(qū)與油氣藏分布區(qū)吻合較好。在此基礎(chǔ)上，分析預(yù)測了金湖凹陷下一步勘探優(yōu)選區(qū)。

面積信息維；斷裂分形；油氣藏分布；阜二段；金湖凹陷

引 言

在斷裂構(gòu)造的研究中，人們已經(jīng)逐漸認識到斷裂在幾何形態(tài)、運動形式以及成因特征上具有統(tǒng)計意義的自相似性。根據(jù)分形理論的定義，分維可以進一步劃分為容量維、信息維以及關(guān)聯(lián)維等，在斷裂構(gòu)造地質(zhì)復(fù)雜性描述中，又以容量維和信息維最為實用[1-5]。然而，已發(fā)表的研究成果表明[4-8]，采用簡單數(shù)盒子計算斷裂的容量維值，無法區(qū)別不同規(guī)模的斷裂在平面上、剖面上的延伸規(guī)律。

目前，金湖凹陷已落實的近百個油氣藏，以斷鼻和斷塊油氣藏為主[9]，斷裂構(gòu)造是影響該類油氣藏形成的主控因素之一，油氣分布與斷裂有密切關(guān)系，因此，研究斷裂構(gòu)造分布特征及其對油氣藏分布的控制作用，對該區(qū)油氣進一步勘探具有指導(dǎo)意義。

1 金湖凹陷地質(zhì)概況

金湖凹陷構(gòu)造上位于蘇北盆地東臺坳陷的西部，西起張八嶺隆起，東至菱塘橋、柳堡2個低凸起，西北鄰建湖隆起，南抵天長凸起。在阜寧組地層沉積時期，研究區(qū)逐漸形成南陡北緩、南斷北超的箕形凹陷；阜寧晚期吳堡運動后，北東走向的斷裂發(fā)育；多期構(gòu)造運動疊合，研究區(qū)自西向東主要發(fā)育西部斜坡帶、石—港斷裂帶、汊澗西斜坡帶、卞閔楊構(gòu)造帶以及寶應(yīng)斜坡帶等多個正向構(gòu)造單元[9-11]。

金湖凹陷烴源巖主要分布在阜二段、阜四段，構(gòu)造上位于楊村、石港斷裂的下降盤，斷裂活動性影響烴源巖發(fā)育、分布以及成熟度[9-10]；金湖凹陷烴源巖大量生烴、排烴期為三垛組沉積時期[12-13]；受早期基底斷裂影響以及多期構(gòu)造活動疊加作用，使金湖凹陷斷裂發(fā)育多種構(gòu)造樣式；金湖凹陷油氣沿著傾斜的地層發(fā)生側(cè)向運移；垂向上，油氣沿楊村、崔莊、石港、銅城斷層等主干斷層運移，受斷層的遮擋、封堵作用，形成斷塊、斷鼻油氣藏[10-12]。

2 斷裂面積信息維原理與設(shè)計

2.1 信息維計算原理

信息維(D)：容量維只考慮了數(shù)據(jù)集F中小網(wǎng)格數(shù)目，卻沒有考慮不同邊長ε的小網(wǎng)格內(nèi)覆蓋的點數(shù)，因此，引入信息維D的概念：

(1)

式中：Pi為每個信息點落入第i個小網(wǎng)格的概率。

如公式(1)所示，當I(ε)=lnN(ε)時，信息維與數(shù)箱子計算的容量維是一致的，由此可見，信息維是容量維的一個推廣。容量維、信息維均可采用網(wǎng)格覆蓋法計算，與容量維不同之處是信息維需計算斷裂跡線落入每個小網(wǎng)格中的概率。

2.2 網(wǎng)格單元邊長的選取

在斷裂分形評價中，關(guān)鍵問題[4-6]是如何合理確定統(tǒng)計單元邊長r，即斷裂在一定的尺度變化范圍內(nèi)存在自相似性。通過不斷變換分形統(tǒng)計單元邊長r，并分別用邊長為r/3、r/4、r/5、r/6、r/7、r/8(不同邊長ε)的小網(wǎng)格覆蓋，統(tǒng)計信息維大于1.0的統(tǒng)計單元數(shù)目n，平均分維值為Dave(表1)，在統(tǒng)計單元中，統(tǒng)計相關(guān)系數(shù)R2大于0.97(具有較高自相似性)的統(tǒng)計單元數(shù)目m，依據(jù)n、m，參數(shù)φ表示為：

φ (2)

由表1、圖1可以得出，隨著r的增大，Dave、φ逐漸增大，但斜率逐漸減小；即r值越大，斷裂的自相似性越高，但不同統(tǒng)計單元的差異性也越小。因此，在滿足φ大于90%的基礎(chǔ)上，選擇合適的r值滿足計算精度要求。綜合分析后確定統(tǒng)計單元邊長r為10 km。

圖1 統(tǒng)計單元邊長與φ的關(guān)系

3 金湖凹陷斷裂面積信息維分布

統(tǒng)計單元內(nèi)斷裂面積，信息維在一定程度上反映了斷裂的規(guī)模、斷裂延伸長度(斷裂構(gòu)造連通性)，是斷裂密度、延伸長度、規(guī)模、組合形式以及動力學(xué)機制的綜合量化指標，可以作為描述斷裂構(gòu)造復(fù)雜程度的一個定量參數(shù)，并且統(tǒng)計單元的非均勻性、差異性與油氣分布有著密切的內(nèi)在聯(lián)系。將網(wǎng)格邊長與統(tǒng)計結(jié)果在雙對數(shù)坐標系中擬合，得到金湖凹陷斷裂分形特征曲線。在該網(wǎng)格單元邊長下，網(wǎng)格邊長與統(tǒng)計結(jié)果有較好的線性關(guān)系，變量間的相關(guān)系數(shù)R2在0.999以上，反映了金湖凹陷斷裂系統(tǒng)分布具有的良好統(tǒng)計自相似性，從而使得在該區(qū)用分形方法研究斷裂系統(tǒng)復(fù)雜性以及探討其與油氣藏分布的關(guān)系成為可能。

如圖2所示，在一級、二級斷層發(fā)育、構(gòu)造活動強烈、張扭性斷裂帶發(fā)育的地區(qū)，斷裂延伸長度較大，并且小斷層或次級斷層較多，斷裂密集，平面組合樣式復(fù)雜，信息維高；反之，在構(gòu)造活動較弱地區(qū)，小斷層或次級斷層也相應(yīng)較少，斷裂稀疏，平面組合樣式簡單，信息維低。阜二段斷裂信息維整體呈環(huán)帶狀分布，西部分維為高值，東部為低值；在呂梁—半塔一線、金湖—閔橋一線、楊村—汊澗一線、大同—張鋪地區(qū)、銅城以及汜水以北地區(qū)斷裂信息值為高值；在金湖—界首一線、寶應(yīng)、界牌、馬壩地區(qū)斷裂信息維為低值。

圖2 金湖凹陷阜二段斷裂面積信息維等值線

4 斷裂面積信息維與油氣藏分布

在金湖凹陷，油氣的垂直輸導(dǎo)途徑主要為斷裂，烴源巖主要發(fā)育在阜二段及阜四段，大量生烴、排烴期為三垛組沉積時期[9-10]。因此，在金湖凹陷，從阜二段斷裂信息維的角度研究油氣成藏具有良好的理論基礎(chǔ)。斷裂面積信息維包含斷裂規(guī)模、連通性等因素，這些均與油氣的分布和保存有密切的內(nèi)在聯(lián)系；在統(tǒng)計單元信息維高值區(qū)，往往是古應(yīng)力集中或者釋放、平面上或者剖面上斷裂連續(xù)性較好的區(qū)域，深源油氣向上運移的通道條件好，從而為油氣運移、聚集提供了有利的運移通道和遮擋成藏場所；而信息維低值區(qū)，斷裂空間復(fù)雜性小、連通性差，很難為深源油氣聚集提供良好的運移、遮擋條件；另外，在斷控裂縫區(qū)，斷層分形法[7-8，13]也是定量描述儲層構(gòu)造裂縫發(fā)育程度的有效手段，在分維高值區(qū)，儲層構(gòu)造裂縫發(fā)育，能夠改善低滲透儲層的滲流條件，為油氣運移以及現(xiàn)今油氣開發(fā)提供有利條件。

在研究區(qū)已落實的近百個油氣藏中，將計算的油藏平面閉合面積作為油藏的大小，結(jié)合江蘇油田對該區(qū)的勘探開發(fā)認識，將閉合面積大于2 km2的油氣藏作為大油氣藏，小于2 km2作為小油氣藏。如圖3所示，有利于大油藏形成、保存的斷裂面積分維D為1.530～1.685，由于斷裂發(fā)育使得斷塊進一步分割、破碎，往往使油氣藏支離破碎；在斷裂分維D大于1.685時，不利于大型油氣藏的保存；在小油氣藏分布中，油藏聚集保存的分維下限值D為1.483，其中，25個小油氣藏的分維D為1.483～1.640，64個小油氣藏的分維D為1.655～1.832，在斷裂分維高值區(qū)，總體以小型油氣藏為主。應(yīng)用面積信息維對不同區(qū)域的斷裂體系分形計算結(jié)果表明，信息維高值區(qū)與油氣藏分布區(qū)吻合性較好。

圖3 斷裂面積信息維與油藏閉合面積關(guān)系

綜合分析認為，在金湖凹陷[14-15]，油氣優(yōu)勢成藏區(qū)帶仍然以主干斷裂及其控制的信息維高值區(qū)為主，金湖凹陷西斜坡、石港斷層南部斷裂系、銅城斷裂帶、崔莊構(gòu)造變換帶、汊澗西斜坡和閔橋地區(qū)也是目前油氣勘探開發(fā)的重點區(qū)域；在汜水以北地區(qū)斷裂構(gòu)造信息維高，目前勘探程度較低，因此，在進一步落實生、儲、蓋、圈閉的情況下，推測其可能是下一步油氣勘探優(yōu)選的目標區(qū)(圖4)。

圖4 金湖凹陷阜二段有利勘探目標區(qū)

5 結(jié) 論

(1) 斷裂面積信息維克服了簡單容量維法在表征復(fù)雜程度方面的不足，其包含了斷裂間距、斷裂形態(tài)、分布均勻性等地質(zhì)因素，反映了斷裂平面上和剖面上的延伸規(guī)律，并能區(qū)別統(tǒng)計單元內(nèi)不同級別的斷裂。

(2) 通過對近百個油氣藏的統(tǒng)計分析表明，有利于大油藏形成和保存的斷裂面積信息維D為1.530～1.685；有利于小油氣藏分布的信息維D為1.655～1.832，油藏聚集保存的信息維下限為1.483；利用斷裂面積信息維對不同區(qū)域的斷裂體系分維進行計算表明，斷裂體系分維高值區(qū)與油氣藏分布區(qū)存在著較好的一致性。

(3) 在金湖凹陷斷裂信息維高值區(qū)，斷裂起雙重作用，一方面信息維高值區(qū)裂縫發(fā)育，能夠改善低滲透儲層滲流能力，有利于斷塊、斷鼻圈閉的形成，在平面上和剖面上連通油源，遮擋油氣成藏；另一方面在斷裂維數(shù)高值區(qū)，斷裂分割含油氣斷塊，使得油氣藏較分散、較小。

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編輯 黃華彪

20141227；改稿日期：20150228

國家科技重大專項“東海深層強非均質(zhì)性大型氣田有效開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究”(2015ZX05073-004)

劉敬壽(1989-)，男，2013年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)資源勘查工程專業(yè)，現(xiàn)為該校地質(zhì)學(xué)專業(yè)在讀碩士研究生，主要從事構(gòu)造解析及裂縫預(yù)測研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.03.010

TE122.2

A

1006-6535(2015)03-0042-04