砂泥互層斷點(diǎn)組合類(lèi)型及其合理性分析
——以大慶長(zhǎng)垣薩爾圖油田為例

劉淑芬 馮耀國(guó) 鞏 磊 焦 通 盛志成

(①東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江大慶 163318； ②大慶油田有限責(zé)任公司采油二廠，黑龍江大慶 163514)

0 引言

斷點(diǎn)組合率是衡量復(fù)雜斷塊斷層模型構(gòu)建精度的重要指標(biāo)。在復(fù)雜構(gòu)造帶的斷裂解釋過(guò)程中，斷點(diǎn)歸屬的合理性至關(guān)重要。在油田開(kāi)發(fā)階段斷點(diǎn)準(zhǔn)確歸屬直接影響斷裂形態(tài)精確刻畫(huà)、斷裂樣式判別、斷裂邊部定向井軌跡設(shè)計(jì)、注采井網(wǎng)合理布置。因此，對(duì)鉆井過(guò)程中遇到的斷點(diǎn)準(zhǔn)確歸屬，合理分析斷層樣式和斷點(diǎn)組合方案，提高斷層的地震解釋精度是復(fù)雜斷塊油藏描述的重要工作。

前人主要利用地震技術(shù)刻畫(huà)斷層[1-6]、研究斷裂空間組合樣式等[7]，對(duì)于井點(diǎn)鉆遇斷點(diǎn)，尤其是“一井多斷”、地震不能識(shí)別斷點(diǎn)的組合方法及其合理性暫缺乏系統(tǒng)性的分析。復(fù)雜斷塊內(nèi)斷層組合樣式多樣，地層的脆塑性差異、斷裂成因機(jī)制、斷層幾何形態(tài)特征等均會(huì)增加斷點(diǎn)數(shù)量而加大斷點(diǎn)組合難度。為此，基于對(duì)復(fù)雜斷塊斷點(diǎn)歸屬的認(rèn)識(shí)，在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，筆者從斷裂組合形態(tài)、斷裂二分結(jié)構(gòu)、斷層垂向分段生長(zhǎng)等方面歸納了斷距小于5m的砂泥互層斷點(diǎn)組合類(lèi)型，并分析了各類(lèi)斷點(diǎn)組合的合理性，有效提高了砂泥互層小斷距斷點(diǎn)組合率。

1 斷點(diǎn)組合類(lèi)型

通過(guò)深入分析砂泥互層中斷距小于5m的典型斷塊斷點(diǎn)數(shù)據(jù)和斷裂樣式，總結(jié)出斷裂相交、單一斷裂破碎帶、斷裂垂向分段、地震斷層端部等4類(lèi)斷點(diǎn)組合類(lèi)型，建立了相應(yīng)成因機(jī)制的斷點(diǎn)組合三維、平面、剖面對(duì)應(yīng)關(guān)系(圖1)。

圖1 斷點(diǎn)組合類(lèi)型

1.1 “一井多斷”斷點(diǎn)組合

“一井多斷”是指單口井點(diǎn)在開(kāi)發(fā)層系內(nèi)至少出現(xiàn)兩個(gè)以上斷點(diǎn)，依據(jù)相鄰斷點(diǎn)間距離及井點(diǎn)鉆遇地層性質(zhì)將斷點(diǎn)組合細(xì)分為3類(lèi)。

1.1.1 斷裂相交組合

兩條斷層在某部位相交，平面上表現(xiàn)為一條次級(jí)斷層B終止于另一主干斷層A。剖面上單井點(diǎn)分別鉆遇兩條斷層斷點(diǎn)，依據(jù)兩條斷層的傾向，可以細(xì)分為4種組合方式：①A上盤(pán)與B反向相交；②A下盤(pán)與B反向相交；③A上盤(pán)與B同向相交；④A下盤(pán)與B同向相交。

1.1.2 單一斷裂破碎帶

斷層具有二分結(jié)構(gòu)，即中心部位的斷層核及其周?chē)臄鄬悠扑閹8]，其中破碎帶是由多組不同類(lèi)型的裂縫、變形帶和次級(jí)斷層組成的具有一定寬度的帶。在砂泥互層剖面上，若井點(diǎn)鉆遇斷層核(斷距大的斷點(diǎn))附近破碎帶，則斷層核斷點(diǎn)與破碎帶斷點(diǎn)的斷距、斷點(diǎn)間距等均具確定的定量關(guān)系。

1.1.3 斷裂垂向分段

斷裂垂向分段主要是由于巖層能干性差異所致[9]，根據(jù)斷點(diǎn)成因細(xì)分為：①釋放型。井點(diǎn)鉆遇兩個(gè)斷點(diǎn)部位位于砂泥互層，且斷距大小相當(dāng)，剖面上兩條斷面傾向一致，互相平行；②壓縮型。井點(diǎn)鉆遇斷點(diǎn)位于大套泥巖層(塑性層)，斷面近水平。

1.2 零散斷點(diǎn)組合

這種零散斷點(diǎn)斷距一般小于5m，低于地震資料分辨率，其中地震斷層端部的零散斷點(diǎn)多落在斷層延伸方向上，為亞地震斷層過(guò)程帶內(nèi)斷點(diǎn)。

2 斷點(diǎn)組合類(lèi)型合理性分析

2.1 斷裂相交組合類(lèi)型

同期或不同期次的斷裂在空間上交切，依據(jù)交切方式的不同而形成不同的組合方式，當(dāng)井點(diǎn)鉆遇多條斷裂時(shí)，表現(xiàn)為斷點(diǎn)間距大、斷距差異大。兩條斷層在某部位相交，平面上一條次級(jí)斷層B終止于另一主干斷層A。剖面上單井點(diǎn)分別鉆遇兩條斷層斷點(diǎn)，斷點(diǎn)1(位于A，斷距大)與斷點(diǎn)2(位于B，斷距小)的間距較大(通常大于A的破碎帶范圍)，依據(jù)交切方式的不同而形成不同的組合方式：①A上盤(pán)與B反向相交組合。斷點(diǎn)2位于斷點(diǎn)1上方，在垂直斷層走向剖面上呈“Y”字型組合；②A上盤(pán)與B同向相交組合。斷點(diǎn)2位于斷點(diǎn)1上方，在垂直斷層A的走向剖面上呈倒置“Y”字型組合，在垂直斷層B的走向剖面上呈“Y”字型組合；③A下盤(pán)與B同向相交組合。斷點(diǎn)2位于斷點(diǎn)1下方，在垂直斷層A的走向剖面上呈傾斜“Y”字型組合，在垂直斷層B的走向剖面上呈倒置“Y”字型組合；④A下盤(pán)與B反向相交組合。斷點(diǎn)2位于斷點(diǎn)1下方，在剖面上兩條斷層呈倒置“Y”字型組合。

2.2 單一斷裂破碎帶組合類(lèi)型

破碎帶是靠近斷層核由多組不同類(lèi)型的裂縫、變形帶和次級(jí)斷層組成的具有一定寬度的帶(圖1)，破碎帶存在廣泛的巖石變形[10]。根據(jù)斷裂斷距與破碎帶厚度的近似比值(約為10：1)，由斷距換算破碎帶厚度，如果知道斷層與地層的夾角θ(斷層傾角)，則根據(jù)已知斷裂破碎帶視厚度d與真厚度h的關(guān)系

h=dcosθ

(1)

計(jì)算斷裂破碎帶視厚度(圖2)。當(dāng)井點(diǎn)鉆遇的多個(gè)斷點(diǎn)深度間距l(xiāng)≤d時(shí)，可將此類(lèi)斷點(diǎn)歸屬為斷裂的破碎帶斷點(diǎn)。

2.3 斷裂垂向分段組合類(lèi)型

斷層垂向分段生長(zhǎng)取決于巖石能干性差異，斷層向上傳播過(guò)程中，弱能干性巖層吸收大量應(yīng)變，普遍在塑性層形成強(qiáng)制褶皺(斷層傳播褶皺)，整體表現(xiàn)為單斜構(gòu)造特征[11-15]。壓縮型普遍為多期疊加活動(dòng)的結(jié)果，主要發(fā)育于厚層泥巖(松遼盆地青山口組泥巖層)的地質(zhì)條件下；釋放型通常表現(xiàn)為同期活動(dòng)特征，且廣泛發(fā)育在砂泥薄互層中(圖3)。由于地震分辨率的限制，三維垂向疊覆帶規(guī)模太小而難以觀察，Rykkelid等[16]根據(jù)巖層旋轉(zhuǎn)特征有效判定斷層與褶皺的關(guān)系。若斷層具有多期活動(dòng)特征，且隨著斷層滑動(dòng)增大地層逐漸傾斜，巖層傾向具有一致性，斷層彎曲部位發(fā)育典型的小型微幅度背斜構(gòu)造，則該斷層屬于壓縮型，在主斷裂附近出現(xiàn)，且斷點(diǎn)位于大套塑性地層內(nèi)部，斷點(diǎn)附近明顯的褶皺變形是該類(lèi)型的主要標(biāo)志；若斷層下盤(pán)出現(xiàn)局部巖層“逆旋轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，與其上、下部巖層傾向存在明顯差異，井點(diǎn)鉆遇相鄰斷點(diǎn)斷距大小相當(dāng)，則斷層具有典型釋放型分段生長(zhǎng)疊覆特征。

圖2 斷裂破碎帶視厚度與真厚度關(guān)系

2.4 斷層端部組合類(lèi)型

由斷層核和多組不同類(lèi)型的裂縫、變形帶和次級(jí)斷層組合成具有一定寬度的帶(圖1)，孤立斷層斷距等值線圖整體呈橢圓形，中心斷層核位移最大，向斷層末端逐漸減小至斷點(diǎn)位移為零[17]。地震可識(shí)別斷層稱(chēng)之為地震斷層，地震斷層末端點(diǎn)是地震分辨斷層的極限位置[18](圖4)。通過(guò)地震斷層繪制斷層斷距—距離曲線圖，建立斷層位移梯度估算斷層尾部的長(zhǎng)度。位于斷層延伸方向上、且符合斷層斷距—距離曲線規(guī)律的斷點(diǎn)屬于地震斷層端部斷點(diǎn)。

圖3 斷層垂向分段生長(zhǎng)擴(kuò)展類(lèi)型

圖4 斷層尾部長(zhǎng)度計(jì)算方法示意圖

3 實(shí)例分析

南二、南三區(qū)位于大慶長(zhǎng)垣薩爾圖背斜構(gòu)造，該背斜樞紐為北北東向，背斜西翼陡、東翼緩，地層傾角小于4.2°。薩爾圖油層頂面主要發(fā)育北北西向和北東東向兩組斷裂，北北西向斷裂為長(zhǎng)期發(fā)育斷裂，北東東向斷裂為晚期形成斷裂，北北東向斷裂斷面傾角為60°～70°。兩組斷裂互相切割，夾角近90°，形成復(fù)雜的交叉斷塊(圖5)。目前該區(qū)塊斷距大于5m的斷點(diǎn)組合率為90.3%，斷距小于5m的斷點(diǎn)組合率為77.3%，密井網(wǎng)條件下未組合斷點(diǎn)歸屬不清，困擾油田開(kāi)發(fā)。

圖5 研究區(qū)薩爾圖油層頂面構(gòu)造特征(a)薩爾圖油層頂面構(gòu)造圖； (b)地震剖面

3.1 斷裂相交組合實(shí)例

在北北西向斷裂形成的斷階帶上，局部構(gòu)造變形嚴(yán)重(圖6、圖7)。

N2-30-P222井鉆遇斷點(diǎn)1(斷距為44.6m、斷點(diǎn)深度為1150.2m)、斷點(diǎn)2(斷距為2.4m、斷點(diǎn)深度為980.2m)，斷點(diǎn)間距為170m，在兩條斷裂走向剖面上次級(jí)斷裂B在主斷裂A上盤(pán)一側(cè)GⅡ1層位處地震反射同相軸錯(cuò)斷明顯，A、B傾向相反，形成“Y”字型組合(圖6a)。G174-49井鉆遇斷點(diǎn)1(斷距為168.8m、斷點(diǎn)深度為772.0m，位于葡萄花油層)、斷點(diǎn)2(斷距為3.4m、斷點(diǎn)深度為913.6m，位于高臺(tái)子油層)，在兩條斷裂走向剖面上B與A反向相交，B在GⅡ1油層上部出現(xiàn)同相軸扭曲、相位轉(zhuǎn)換，A下盤(pán)與B反向相交，形成倒“Y”型斷裂組合(圖6b)。

選取垂直主干斷裂的剖面，當(dāng)A上盤(pán)與B同傾向、且A傾角小于B時(shí)，N2-D1-224井在SⅡ油層位置出現(xiàn)斷點(diǎn)(斷距為3.2m)，同相軸錯(cuò)斷(圖7a)。

圖6 兩條反向相交斷裂斷點(diǎn)組合剖面(左、中)、平面特征(右)(a)主干斷層A上盤(pán)與次級(jí)斷層B反向相交； (b)主干斷層A下盤(pán)與次級(jí)斷層B反向相交

在垂直于次級(jí)斷裂的走向剖面上，當(dāng)A傾角小于B時(shí)，地震剖面特征清晰，即當(dāng)A下盤(pán)與B同向相交時(shí)，B同相軸錯(cuò)斷不明顯(圖7b)。

3.2 單一斷裂破碎帶組合實(shí)例

研究區(qū)斷裂最大斷距不超過(guò)150m，根據(jù)斷裂斷距與破碎帶厚度的近似比值(10∶1，圖2)可知，斷裂破碎帶最大厚度不大于20m。若斷裂傾角為60°～70°，由式(1)計(jì)算出的靶區(qū)斷裂最大視厚度小于40m。統(tǒng)計(jì)“一井多斷”斷點(diǎn)間距可知，約75%的斷點(diǎn)間距小于40m，屬主干斷裂破碎帶(圖8)，此類(lèi)斷點(diǎn)斷距小于5m，由于在地震剖面上位于大斷裂附近，同相軸多呈扭曲特征。

3.3 斷裂垂向分段組合實(shí)例

研究區(qū)油層具三角洲前緣沉積特征，主要產(chǎn)油層段單層砂巖厚度小于5m，統(tǒng)計(jì)各沉積單元內(nèi)部泥質(zhì)含量(圖9a)可知：薩爾圖油層組SⅡ的砂地比平均值為0.48；葡萄花油層組砂地比平均值為0.46；高臺(tái)子油層組內(nèi)部砂地比相對(duì)較低，平均值為0.33，GⅣ單元除上部單元局部出現(xiàn)0.40的高值外，基本為低值(不超過(guò)0.20)。砂泥互層砂地比的相對(duì)低值部位表現(xiàn)為弱能干性，在形變過(guò)程中呈相對(duì)塑性。依據(jù)區(qū)內(nèi)井點(diǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，可以從主力目標(biāo)層內(nèi)劃分出SⅢ8-10、GⅡ2-GⅡ3和GⅣ7-GⅣ18等3套弱能干性力學(xué)層序，即3套弱能干性層序控制著斷層垂向分段生長(zhǎng)的部位。薩爾圖、葡萄花油層以砂泥薄互層出現(xiàn)，G187-54井在SⅢ油層附近斷距分別為5.4m(斷點(diǎn)2)和4.4m(斷點(diǎn)1)，斷距差異不大，弱能干性地層出現(xiàn)局部同相軸扭曲，表現(xiàn)為釋放型分段斷裂特征(圖9b)；在相對(duì)厚度較大的高臺(tái)子下部(GⅣ)地層中，斷裂多期活動(dòng)形成斷裂端部塑性地層局部小背斜，分段斷裂疊覆部位地層以擠壓形變?yōu)橹鳎琋1-6-P221井在GⅣ層鉆遇斷距為12.6m的斷點(diǎn)，斷點(diǎn)位于斷裂上盤(pán)局部隆起部位，上部斷距較大的斷裂在GⅣ塑性層段斷面呈水平，與早期形成的下部斷裂表現(xiàn)為壓縮性分段斷裂特征(圖9c)。

圖7 兩條同向相交斷裂斷點(diǎn)組合剖面(左、中)、平面特征(右)(a)主干斷層A上盤(pán)與次級(jí)斷層B同向相交； (b)主干斷層A下盤(pán)與次級(jí)斷層B同向相交

圖8 “一井多斷”破碎帶斷點(diǎn)組合剖面(左)與斷點(diǎn)間距統(tǒng)計(jì)圖(右)

3.4 斷層端部組合實(shí)例

將各井點(diǎn)鉆遇斷點(diǎn)數(shù)據(jù)投影到各層頂面構(gòu)造位置，如果井點(diǎn)斷點(diǎn)位于地震斷層走向延長(zhǎng)線上，且井點(diǎn)斷距符合斷層位移梯度變化，如N3-D11-426井在SⅡ油層只鉆遇一個(gè)斷距為2.8m的斷點(diǎn)，通過(guò)繪制鄰近斷裂f1的斷距—距離曲線圖(圖10)，距地震斷層極限點(diǎn)80m位置出現(xiàn)2.2m斷距，與位于f1斷層走向延長(zhǎng)線上的N3-D11-426井鉆遇的2.8m斷距的斷點(diǎn)吻合。對(duì)于零散分布的孤立斷點(diǎn)，通過(guò)分析鄰近斷層斷距梯度變化，可有效組合地震斷層端部斷點(diǎn)。

應(yīng)用以上方法對(duì)研究區(qū)斷點(diǎn)重新組合，新組合斷距為5～10m的斷點(diǎn)52個(gè)，整體斷點(diǎn)組合率達(dá)到93.3%，斷距小于5m斷點(diǎn)的組合率為81.8%，為斷層特征分析、斷層模型構(gòu)建以及斷裂邊部剩余油挖潛提供了精確的斷層數(shù)據(jù)。

圖9 垂向分段斷層斷點(diǎn)組合實(shí)例(a)力學(xué)層序分析圖； (b)釋放型； (c)壓縮型

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)分析砂泥互層中斷距小于5m的斷點(diǎn)特征，總結(jié)“一井多斷”、零散斷點(diǎn)組合類(lèi)型，確定斷點(diǎn)組合剖面特征。并結(jié)合斷層生長(zhǎng)機(jī)制分析相交斷裂、單一斷裂破碎帶、斷裂垂向分段和斷層端部等四種組合類(lèi)型的合理性。在構(gòu)造復(fù)雜的交叉斷塊斷點(diǎn)組合分析過(guò)程中，充分分析斷點(diǎn)斷距大小、斷點(diǎn)間距、斷點(diǎn)發(fā)育部位(能干性差異)和地震響應(yīng)特征，確定不同地層、地震資料條件下斷點(diǎn)組合類(lèi)型，可以提高斷點(diǎn)組合率，降低斷層解釋的不確定性。