斷塊油氣藏分形體系及其控油氣作用

宋金鑫，慈帥華，歐陽(yáng)莉，張方方，張振宇

（1.中國(guó)石油西部鉆探吐哈錄井工程公司，新疆鄯善　838202；2.中國(guó)石化江蘇油田采油一廠，江蘇揚(yáng)州　225265）

斷塊油氣藏分形體系及其控油氣作用

宋金鑫1，慈帥華1，歐陽(yáng)莉1，張方方1，張振宇2

（1.中國(guó)石油西部鉆探吐哈錄井工程公司，新疆鄯善838202；2.中國(guó)石化江蘇油田采油一廠，江蘇揚(yáng)州225265）

分形幾何學(xué)在地質(zhì)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用為地質(zhì)現(xiàn)象研究提供了新的研究手段。分形分維值可以定量描述斷裂分布的復(fù)雜性，分維值越大，斷裂體系越復(fù)雜，越有利于油氣的運(yùn)移。本文通過(guò)對(duì)高郵凹陷T30、T40構(gòu)造反射層斷裂體系分維值的計(jì)算，發(fā)現(xiàn)各個(gè)反射層斷裂體系具有良好的分形特征，而且分維高值區(qū)與油田分布相對(duì)應(yīng)。本文指出分維高值區(qū)為高郵凹陷下一步油氣勘探的重點(diǎn)地區(qū)。本文的研究思路在分形幾何學(xué)在復(fù)雜斷塊油氣藏的運(yùn)用中具有一定的借鑒意義。

分形理論；高郵凹陷；油氣分布；斷塊

“分形”理論于1975年被法國(guó)數(shù)學(xué)家曼德布羅特（B.B.Mandelbrot）首次提出［1］。分維值是分形幾何學(xué)中的一個(gè)十分重要的參數(shù)，是幾何對(duì)象復(fù)雜程度的標(biāo)志［2］。

分形幾何學(xué)已應(yīng)用于地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域，尤其是在研究油氣斷裂體系方面［3-5］。我國(guó)東部油田多為復(fù)雜斷塊油氣藏，斷裂體系作為油氣主要的運(yùn)移、聚集通道，其分形特征研究有重要的理論意義和實(shí)際意義。本文以高郵凹陷為例，探討分形體系在斷塊油氣藏中的應(yīng)用。

1　研究區(qū)構(gòu)造背景

高郵凹陷位于蘇北盆地東臺(tái)坳陷中部［6，7］，發(fā)育北東東向、北東向、北西向三組斷裂，高郵凹陷主要反射層有T20、T23、T25、T30、T33、T40等［8］，前人研究表明斷裂體系分維值與油田分布存在相關(guān)性［9］，因此研究各個(gè)反射面斷裂體系分形特征具有重要的實(shí)際意義。為探討高郵凹陷斷裂體系分形與油田分布關(guān)系，本文重點(diǎn)以T30、T40反射面為例說(shuō)明。

2　斷裂體系的分維值計(jì)算

為方便統(tǒng)計(jì)覆蓋網(wǎng)格內(nèi)斷層數(shù)目，選取1.5、2.5、3.5、5、10（cm）的網(wǎng)格覆蓋全區(qū)［10］，從建立的雙對(duì)數(shù)圖中直線的斜率即可讀出斷裂的分維值。lnN（L）與lnL顯示了良好的直線關(guān)系（見(jiàn)圖1），相關(guān)系數(shù)均在0.99以上，表明各反射層斷裂體系在不同標(biāo)度值下具有很好的分形特征。

圖1　T30、T40與lnL的相關(guān)性

3　各構(gòu)造反射層斷裂體系分維值研究

3.1各構(gòu)造反射層構(gòu)造單元的劃分

為更加精確地研究各構(gòu)造反射層各個(gè)高郵凹陷構(gòu)造單元分形特征，將構(gòu)造反射層劃分為不同的小區(qū)塊并分別編號(hào)最終得到等值線圖。根據(jù)高郵凹陷斷裂級(jí)別特征及分形研究的合理性、可行性，沒(méi)有將延伸長(zhǎng)、斷距大、活動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)的一級(jí)大斷裂考慮在內(nèi)。

3.2T30、T40構(gòu)造反射層斷層體系分形特征

T30反射層斷裂體系分維值普遍較大，其分維高值區(qū)主要分布在深凹帶、真武斷階帶中部、斜坡帶的中部及西部，其分維值都在1.4以上；低值區(qū)主要分布在斜坡帶東部、真武斷階帶西部，其分維值在1.2左右，吳堡斷階帶斷層發(fā)育較為簡(jiǎn)單，分維值僅在0.9～1.1。T40反射層斷裂體系分維高值區(qū)（分維值1.4以上）占據(jù)大部分區(qū)塊，斜坡帶東部、西部（柘垛低凸起）其分維值高達(dá)1.5以上，斜坡帶中部分維值較低，在1.3～1.4；真武斷階帶西部分維值在1.4左右，至中部分維值高達(dá)1.5以上，真武斷階帶東部分維值偏低在1.3左右；吳堡斷階帶附近分維值在1.3～1.4。

3.3高郵凹陷斷裂體系復(fù)雜程度時(shí)空變化

從T30、T40反射層分型維數(shù)等值線圖上可以看出等值線延伸方向基本與研究區(qū)內(nèi)斷層走向基本一致，在各個(gè)構(gòu)造反射層內(nèi)不同構(gòu)造單元，分維值呈漸變變化。為了進(jìn)一步了解斷層復(fù)雜程度在時(shí)空上的變化規(guī)律，本文對(duì)分形維數(shù)進(jìn)行了分區(qū)統(tǒng)計(jì)（見(jiàn)表1）。

表1　高郵凹陷各反射層分維值統(tǒng)計(jì)表

表2　高郵凹陷第三系反射層不同構(gòu)造單元分形維數(shù)

對(duì)比各反射層的平均分形維數(shù)，明顯可見(jiàn)其數(shù)值向淺層變小，表明高郵凹陷內(nèi)由早至晚總體上斷裂的復(fù)雜程度是降低的。然而，由于后形成的斷層總是向下層切入，也會(huì)造成較深層斷層的復(fù)雜程度增加。

本文也對(duì)高郵凹陷分次構(gòu)造單元進(jìn)行了分形維數(shù)的統(tǒng)計(jì)（見(jiàn)表2），顯示了斷層復(fù)雜程度在時(shí)空上的變化。一方面仍然顯示各次級(jí)單元由早至晚斷層復(fù)雜程度是總體降低的；另一方面，其顯示斷層的復(fù)雜程度在南斷階最大，北斜坡次之，而深凹帶最低。從時(shí)期上看，在戴南-三垛期斷層復(fù)雜程度在深凹帶最大，南斷階次之，而北斜坡最低。

3.4高郵凹陷分形特征及其與油氣分布的關(guān)系

高郵勘探形勢(shì)圖表明，高郵凹陷已知油田主要分布在斜坡帶中部、深凹帶及真武斷階帶中部。通過(guò)T30、T40反射層分維等值線圖與之相比較，發(fā)現(xiàn)分維值大小與油田分布對(duì)應(yīng)較好，分維高值區(qū)基本對(duì)應(yīng)主要油田的分布。因此可根據(jù)表2來(lái)預(yù)測(cè)油氣分布。建議將各個(gè)反射層不同構(gòu)造單元中斷裂體系分形維數(shù)屬于中偏高、高的區(qū)域作為高郵凹陷下一步油氣勘探的重點(diǎn)。

4結(jié)論

（1）高郵凹陷斷裂體系的分布具有良好的分形特征，凹陷內(nèi)由早至晚總體上斷裂體系的復(fù)雜程度是降低的。

（2）高郵凹陷T30、T40反射層斷裂體系分維高值區(qū)與已知油田的分布有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。各個(gè)反射層不同構(gòu)造單元中斷裂體系分形維數(shù)屬于中偏高、高的區(qū)域作為高郵凹陷下一步油氣勘探的重點(diǎn)。

［1］B.B.Mandelbrot.What is fractal，and why fractal should matter to the petroleum geologist［J］.AAPG Bulletin，1991，75（3）∶628-629.

［2］ 張飛燕，等.分形概念及其在構(gòu)造地質(zhì)研究中的應(yīng)用［J］.中國(guó)煤炭地質(zhì)，2008，20（3）：16-19.

［3］ 平田隆幸.斷層與分維數(shù)［J］.地震地質(zhì)譯叢，1990，12（1）∶53-56.

［4］ 謝和平.脆性材料裂紋擴(kuò)展的分形運(yùn)動(dòng)學(xué)［J］.力學(xué)學(xué)報(bào)，1994，26（6）：757-762.

［5］ 孫巖，萬(wàn)玲，張喜惠.新疆塔里木北部地區(qū)壓、扭、張破裂面分維數(shù)D值的測(cè)算［J］.地質(zhì)論評(píng)，1997，43（2）：162-165.

［6］ 易順民，唐輝明.活動(dòng)斷裂的分形結(jié)構(gòu)特征［J］.地球科學(xué)，1995，20（1）：58-62.

［7］ 徐兵.塔里木盆地塔中地區(qū)斷裂分形特征［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2007，14（4）：35-37.

［8］ 蘇浙皖閩油氣區(qū)石油地質(zhì)志編寫組編.中國(guó)石油地質(zhì)志（蘇浙皖閩油氣區(qū)）卷八［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1992.

［9］ 沈忠民，馮祖鈞，周光甲，等.斷層體系分維與油田分布［J］.地球科學(xué)，1995，20（1）：73-77.

［10］ 王域輝，廖淑華.分形與石油［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1994.

Fractal characteristic application on faults system of oil reservoir

SONG Jinxin1，CI Shuaihua1，OUYANG Li1，ZHANG Fangfang1，ZHANG Zhenyu2
（1.Tuha Mud Logging Engineering Company of CNPC WDEC，Shanshan Xinjiang 838202，China；2.Oil Production Plant 1 of CNPC Jiangsu Oilfield，Yangzhou Jiangsu 225265，China）

Fractal theory，which is applied in the field of geology，has offered a new method for the study of geological phenomenon.Fractal dimension can be used to describe the complexities of faults system distribution.With bigger fractal dimension，the fault complex show more sophisticate，and more favorable for migration of oil&gas.This paper concludes that the structural reflectors（T30、T40）show good fractal characteristic and the areas with bigger fractal dimension are in accordance with oil-producing blocks，based on the calculation of fractal dimension.Also，this paper predicts the potential profitable target of oil&gas accumulation to be the areas with bigger fractal dimensions.This paper provides the meaningful train of thought about the application of fractal theory in the fault-complicated oil field.

fractal theory；Gaoyou depression；oil and gas distribution；faults

TE122.1

A

1673-5285（2016）05-0101-03

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.05.026

2016－04-18

宋金鑫，工程師，畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京）地質(zhì)工程專業(yè)，現(xiàn)于中國(guó)石油西部鉆探吐哈錄井工程公司從事錄井解釋評(píng)價(jià)工作，郵箱：allenchis@163.com。