惠民凹陷臨南洼陷T6反射層斷裂分形特征與有利儲層預測

馬驍騏，倪金龍*，張　凱，王智敏

（1.山東科技大學山東省沉積成礦作用與沉積礦產(chǎn)重點實驗室，山東青島266510；2.中國石化勝利油田分公司臨盤采油廠，山東德州251507）

惠民凹陷臨南洼陷T6反射層斷裂分形特征與有利儲層預測

馬驍騏1，倪金龍1*，張凱1，王智敏2

（1.山東科技大學山東省沉積成礦作用與沉積礦產(chǎn)重點實驗室，山東青島266510；2.中國石化勝利油田分公司臨盤采油廠，山東德州251507）

斷裂活動對于油氣的運移與聚集至關重要，然而伴隨斷裂活動形成的大量裂縫對于儲集空間的改善，及由此而形成的有利儲層的預測卻沒有引起足夠的重視?；诜中螏缀螌W的基本理論與方法，對惠民凹陷臨南洼陷T6反射層（沙三段中亞段）斷裂分形特征進行了定量分析，結(jié)合已知油氣藏的分布及沉積相特征，探討了斷裂分維值的特征及其與油氣儲集空間分布之間的聯(lián)系，并對由于斷裂活動形成的有利儲層的分布進行了預測。結(jié)果表明，研究區(qū)斷裂構(gòu)造在0.1875～1.5區(qū)間內(nèi)具有良好的自相似性，相關系數(shù)大多大于0.970；且分維值越大，斷裂發(fā)育的復雜程度越高。斷裂分維值的變化特征與斷裂的發(fā)育規(guī)律具有相關性，研究區(qū)中部洼陷的有利儲層主要分布于分維值為1.1～1.4的等值線閉合圈內(nèi)，南、北兩側(cè)有利儲層分布于分維值大于1.2的等值線閉合圈內(nèi)；斷裂分維值為0.8～1.4的斷裂構(gòu)造部位是該區(qū)油氣聚集的優(yōu)勢區(qū)，分維值大于1.4的部位是油氣運移的區(qū)域；結(jié)合沉積相特征，預測夏224井區(qū)以西、夏53井區(qū)以南、街斜201井區(qū)以南等是目前油氣勘探的有利區(qū)帶。

T6反射層 沙三段中亞段 斷裂分形特征 分維值 有利儲層 臨南洼陷

分形幾何學由法國數(shù)學家Mandelbrot創(chuàng)立［1］，主要用于研究一些具有相似性的不規(guī)則曲線、具有自仿射性的分形集、具有自反演性的不規(guī)則圖形等。近年來，分形理論中的相似性特點被應用到自然科學與社會科學等多個領域，并為自然界中不規(guī)則的、高度復雜的非線性現(xiàn)象提供了一種定量的描述手段［2-3］。其中，分形理論在地質(zhì)領域的廣泛應用主要體現(xiàn)在油氣勘探、運移、儲集和預測等方面［4-7］，如斷裂性質(zhì)及走向與分形維數(shù)的關系［8］、斷裂體系的分形特征與深源氣的運移條件［5］、斷裂分形特征與油氣盆地的分布關系［9］等。

臨南洼陷是惠民凹陷一個重要的次級構(gòu)造單元，洼陷內(nèi)及周緣是勝利油區(qū)一個重要的產(chǎn)油區(qū)［10］。目前，臨南洼陷已發(fā)現(xiàn)的油氣藏大多為構(gòu)造油氣藏及少量的隱蔽油氣藏。隨著勘探的不斷深入，尋找新的油氣藏迫在眉睫?；谟蜌獬刹氐幕纠碚摚己玫膬邮怯蜌獠匦纬傻囊粋€必要條件，如連通性好的砂巖。然而，裂縫的廣泛發(fā)育可以改善連通性弱的巖石，如泥巖、灰?guī)r等，使其具備儲層條件。因此，裂縫型儲層也是油田勘探的一個重要目標。但是裂縫既可以改善儲層特征，也可以作為油氣運移的通道，因此尋找有利的構(gòu)造儲集空間是急需解決的問題。斷裂的分形幾何學研究表明，可以根據(jù)已經(jīng)識別出的斷裂特征推測未知的斷裂發(fā)育情況，結(jié)合已知油氣藏的特征與分布情況［11-13］，可以預測有利儲層分布區(qū)?；谂R南洼陷沙河街組T6反射層（沙三段中亞段）斷裂分布特征，根據(jù)分形幾何學理論，結(jié)合油氣藏分布、沉積相發(fā)育特征等方面的綜合分析，預測了有利儲層的可能發(fā)育位置。

1　區(qū)域地質(zhì)概況

臨南洼陷位于惠民凹陷西南部，惠民凹陷中央隆起帶與曲堤地壘之間，是惠民凹陷最為重要的洼陷之一，發(fā)育臨南斜坡帶、夏口斷裂帶、臨南洼陷帶和中央隆起帶4個次級構(gòu)造單元（圖1）。研究區(qū)斷裂為北北東向，形態(tài)和規(guī)模受北傾的臨商斷裂帶和南傾的夏口斷層控制。在洼陷的形成過程中，發(fā)育了完整的古近系和新近系，由下到上依次為孔店組、沙河街組、東營組、館陶組和明化鎮(zhèn)組［14］。其中，沙三段形成了多套生、儲、蓋組合，從當前已探明的油氣藏來看，有利儲層與斷裂構(gòu)造有密切關系。

圖1　臨南洼陷區(qū)域構(gòu)造綱要Fig.1　StructureoutlinemapoftheLinnansubsag

2　斷裂系統(tǒng)分維值計算

巖石所受地應力超過臨界值后會產(chǎn)生破裂，并且產(chǎn)生位移，進而形成斷裂［15-16］。從幾何學角度進行觀察，斷層的空間特征實質(zhì)上是一系列無規(guī)則展布的面狀幾何體或線狀集合，可將這些無規(guī)則形狀的幾何集合視為分形體，根據(jù)分形幾何學的方法定量求取分形體空間分布特征的分維值［7］。分維值作為分形幾何學中一個重要的評價參數(shù)，可以通過盒維、信息維、關聯(lián)維等方法［17-20］進行計算。筆者采用最常用的盒維法［3］，具體做法是以不同尺度（r）的正方形格子依次覆蓋斷裂平面分布圖，統(tǒng)計出覆蓋分形體所需的盒子數(shù)（I（r）），并根據(jù)計算得到一系列；在雙對數(shù)坐標系中，用最小二乘法對lnr—lnI（r）的關系進行表征，可以借助相關系數(shù)來判斷這種線性關系的關聯(lián)性，相關系數(shù)越趨近于1表明關聯(lián)性越好，而該直線的斜率就是所求的分維值（D）［21］。

將臨南洼陷T6反射層斷裂平面分布圖以實際邊長為3km×3km的正方形劃分出127個評價方格（圖2），并以實際邊長分別為1.5，0.75，0.375，0.1875km的方格覆蓋，求出各評價方格的分維值（表1）。從表1可以看出，各個評價方格的分維值為0.575～1.683，相關系數(shù)大部分大于0.970，說明斷裂復雜程度與分維值具有良好的線性關系，進而表明研究區(qū)斷裂構(gòu)造具有良好的自似性和分形分布特征。各評價方格分維值不同表明各單元格內(nèi)斷裂發(fā)育在分形幾何特征上存在差異。82，83，96，97，98號方格內(nèi)有不同走向的三、四級斷裂密集發(fā)育，分維值為1.142～1.683；而斷裂發(fā)育相對較少的115，116，127號方格分維值均小于1.000，這驗證了分維值體現(xiàn)斷裂構(gòu)造復雜程度的結(jié)論［18］。

圖2　臨南洼陷斷裂分形特征評價單元劃分Fig.2　Theassessmentunitdivisiondiagramoffractal dimensionoffractureintheLinnansubsag

表1　臨南洼陷T6反射層斷裂分維值統(tǒng)計Table1　Thefractaldimensionstatisticsoffracturein thereflectionlayerT6，Linnansubsag

3　斷裂分形特征與儲層分布

3.1儲層分布與斷裂系統(tǒng)分維值的關系

斷裂系統(tǒng)分維值表征了含油氣盆地中不同時期構(gòu)造演化的強弱及斷裂發(fā)育的疊置性和新生性，而斷裂對油氣的聚集有明顯的控制作用［22-24］。因此，斷裂的分維值必然與儲層分布之間存在某種聯(lián)系，探尋二者之間的聯(lián)系，可以作為評價油氣分布和富集規(guī)律的一個重要參數(shù)［8］。

圖3　臨南洼陷沙三段中亞段沉積相、油氣藏分布與斷裂分維值等值線疊合及有利儲層預測Fig.3　Acompositemapofsedimentaryfacies，hydrocarbondistribution，fractaldimensioncontouroffractureandfavorable reservoirpredictionforthemiddlesectionofthethirdmemberofShahejieFormationinLinnansubsag

基于臨南洼陷T6反射層已探明油氣藏的分布與斷裂分維值等值線疊合結(jié)果（圖3），從洼陷內(nèi)油氣藏宏觀分布趨勢來看，分維值大于1.2形成的等值線閉合圈有10個，其中8個與已探明油氣藏重合；洼陷北部有利儲層主要分布在分維值大于1.2的等值線閉合圈內(nèi)或偏北靠近中央隆起帶翼部；洼陷南部有利儲層總體分布在分維值大于1.2的等值線閉合圈內(nèi)或偏南靠近夏口斷層部位；洼陷中部有利儲層主要分布在分維值為1.1～1.4的等值線閉合圈內(nèi)。

根據(jù)現(xiàn)有鉆井資料，并結(jié)合沙三段中亞段沉積相發(fā)育特征（圖3）發(fā)現(xiàn)，油氣主要分布在三角洲前緣亞相和淺湖亞相。臨97和夏斜98井區(qū)位于與前三角洲毗鄰的淺湖亞相，其斷裂分維值為0.8～1.3；商59、商543、臨102和夏70井區(qū)位于三角洲前緣亞相，其斷裂分維值為0.8～1.4；夏斜521和夏53井區(qū)位于三角洲平原邊緣，與三角洲前緣毗鄰，其斷裂分維值為1.0～1.4。以上規(guī)律表明，臨南洼陷有利儲層的分布與斷裂分維特征的聯(lián)系主要表現(xiàn)為：斷裂分維值為0.8～1.4有利于裂縫型儲層的形成。將斷裂分維值與沉積相、巖石成分和結(jié)構(gòu)等因素互相結(jié)合，可以得出進一步的規(guī)律：臨南洼陷淺湖亞相斷裂分維值為0.8～1.3有利于儲集空間的改善；三角洲前緣亞相斷裂分維值為0.8～1.4有利于儲集空間的改善；三角洲平原亞相斷裂分維值為1.0～1.4有利于儲集空間的改善。上述現(xiàn)象產(chǎn)生的原因可能與不同沉積亞相巖石成分的均一性、粒度、孔隙度等差異有關，對于分選性較好的砂巖，不需要較高的斷裂分維值就可以有良好的儲集性能，但是對于分選性不好的砂巖來說，如淺湖亞相沉積巖，較高的斷裂分維值意味著儲集空間的有效改善。但斷裂對儲集空間的改善不是無限度的，如果斷裂分維值過高（如大于1.4），則可能導致小型裂縫貫穿形成較大規(guī)模的斷裂，從而形成油氣運移的通道，不利于油氣藏的聚集。

3.2有利儲層預測

含油氣盆地斷裂分形特征研究的重要目的，就是通過分析斷裂體系分形特征與已知油氣藏儲集空間存在的相互關系，進而預測盆地中潛在的油氣分布和富集的有利區(qū)域［5］。臨南洼陷街斜201井區(qū)以南地區(qū)處于淺湖亞相和三角洲前緣亞相內(nèi)，其斷裂分維值為1.068～1.210；夏224井區(qū)位于三角洲前緣亞相內(nèi)，并處于斷裂分維值為1.128～1.432的等值線閉合圈內(nèi)；夏53井區(qū)以南地區(qū)與夏斜521井區(qū)、夏53井區(qū)同處于三角洲平原亞相內(nèi)，且構(gòu)造部位相同，處于斷裂分維值為1.0～1.2的等值線閉合圈內(nèi)。通過綜合分析分形特征與構(gòu)造帶、沉積相組合3方面的因素認為，街斜201井區(qū)以南、夏224井區(qū)以西、夏53井區(qū)以南地區(qū)可作為臨南洼陷未來有利儲層的重點勘探地區(qū)（圖3）。

4　結(jié)論

在方格尺度為0.1875～1.5km時，利用盒維法計算的惠民凹陷臨南洼陷T6反射層（沙三段中亞段）各評價單元的分維值為0.575～1.683，相關系數(shù)多大于0.970，說明斷裂發(fā)育具有良好的分維自似性，分形特征明顯，應用分形理論研究臨南洼陷T6反射層（沙三段中亞段）斷裂系統(tǒng)的空間分布是可行的。斷裂分維值形成的等值線圈閉與油氣分布在界定范圍內(nèi)有一致性。斷裂分維值為0.8～1.4有利于裂縫型儲層的形成；分維值大于1.4時，斷裂對改善油氣通道的運移作用大于儲集作用。臨南洼陷沙三段中亞段油氣成藏區(qū)多集中在三角洲前緣亞相、淺湖亞相。其中，分布于淺湖亞相的油氣藏更能體現(xiàn)斷裂對儲層的改善作用。預測街斜201井區(qū)以南、夏224井區(qū)以西、夏53井區(qū)以南等地區(qū)是有利儲層的分布區(qū)。

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編輯經(jīng)雅麗

Fractalcharacteristicsoffractureandfavorable reservoirpredictionofseismicreflectionlayer T6inLinnansubsag，Huiminsag

MaXiaoqi1，NiJinlong1，ZhangKai1，WangZhimin2

（1.ShandongProvincialKeyLaboratoryofDepositionalMineralization&SedimentaryMinerals，ShandongUniversityof ScienceandTechnology，QingdaoCity，ShandongProvince，266510，China；2.LinpanOilProductionPlant，ShengliOilfieldCompany，SINOPEC，DezhouCity，ShandongProvince，251507，China）

Faultingisessentialforthemigrationandaccumulationofoilandgas.However，expandingspaceofreservoirresultedfromanumberofcracksbeingformedwithfaultingandthepredictionoffavorablereservoirformedhavenotbeen paidenoughattention.Basedonthebasictheoriesandmethodsoffractalgeometry，thefractalfracturecharacteristicsof theseismicreflectionlayerT6inLinnansubsagofHuiminsag，BohaiBayBasin（middlesectionofthethirdmemberofShahejieFormation）hasbeenanalyzedquantitatively.Therelationshipbetweenfractaldimensionvaluesoffractureandthe provedoilandgasreservoirsdistributionhasbeendiscussedandthefavorablereservoirspaceresultedfromfaultinghas beenpredicted.Theresultsshowthatthefaultstructuresintheresearchareawithinthemeasurementsectionof0.1875-1.5kmhavegoodself-similarityandthecorrelationcoefficientsaregenerallyabove0.970.Thelargerthevalueoffractal dimension，themorecomplexthefaultstructure.Thefractaldimensionvaluecorrelateswiththefracturedevelopment.Thefavorablereservoirinthemiddleofthesagdistributeswithintheclosedcontoursrangingfrom1.1to1.4.Thefavorablereservoirinthesouthandthenorthofthesagdistributeswithintheclosedcontoursabove1.2.Thefaultstructurepositions withfractaldimensionsbetween0.8and1.4inthisareaaretheadvantageareasforoilandgasaccumulation，andthepositionswithfractaldimensionsabove1.4aretheareasforoilandgasmigration.Thearea，whereiswesttoWellXia224and southtoWellXia53andWellJiexie201，ispredictedtobethefavorablecrackforhydrocarbonexplorationcombiningwith sedimentaryfeatures.

seismicreflectionlayerT6；fmiddlesectionofthethirdmemberofShahejieFormation；fractalfracturecharacteristics；dimensionvalue；favorablereservoir；Linnansubsag

TE111.2

A

1009-9603（2015）01-0052-05

2014-11-05。

馬驍騏（1988—），男，山東梁山人，在讀碩士研究生，從事構(gòu)造地質(zhì)學研究。聯(lián)系電話：18764271521，E-mail：58763789@qq.com。

倪金龍（1974—），男，安徽桐城人，副教授，博士，從事構(gòu)造地質(zhì)學相關教學與研究。聯(lián)系電話：15954813207，E-mail：nijlqd@163.com。

山東省自然科學基金項目“濟陽坳陷惠民—東營凹陷中央隆起帶差異隆升機制研究”（ZR2013DM007），山東省沉積成礦作用與沉積礦產(chǎn)實驗室項目“東營—惠民凹陷中央隆起帶剝蝕量恢復及隆升差異研究”（DMSM201005）。