基于模糊數(shù)學(xué)方法的潿西南凹陷D洼斷圈成藏條件評(píng)價(jià)

黃蘇衛(wèi)，戚家振，劉 峰

（中國(guó)石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司勘探開發(fā)研究院，上海 200120）

北部灣盆地主體位于北部灣海域，經(jīng)歷多起構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，斷裂發(fā)育[1-2]。潿西南凹陷位于北部灣盆地北部坳陷（圖1），發(fā)育A、B、C、D四個(gè)洼，以流沙港組二段為主力烴源巖，儲(chǔ)集層涉及基底風(fēng)化殼、長(zhǎng)流組、流沙港組、潿洲組和下洋組。斷裂的發(fā)育和演化十分復(fù)雜，斷裂相關(guān)圈閉主要包括斷塊、斷背斜、斷鼻、背斜等，生儲(chǔ)蓋組合類型可劃分為下生上儲(chǔ)、自生自儲(chǔ)、上生下儲(chǔ)三種類型。斷裂相關(guān)圈閉于始新世-漸新世形成，至漸新世末定型，油氣成藏期主要為中中新世—現(xiàn)今[2-3]，可見(jiàn)圈閉定型期早于油氣充注期，時(shí)間匹配有利。勘探實(shí)踐表明，北部灣盆地的主要凹陷及周緣已發(fā)現(xiàn)的圈閉，除少數(shù)為上第三系的披覆背斜、地層超覆等巖性圈閉外，其中與斷裂有關(guān)的占 70%，主要形成于盆地裂陷期，分布在古近系潿洲組和流沙港組，已發(fā)現(xiàn)油氣藏以斷裂封堵油氣藏為主，且沿主要斷裂分布（圖2），其地質(zhì)儲(chǔ)量占凹陷已發(fā)現(xiàn)地質(zhì)儲(chǔ)量的80%以上[3-10]。

潿西南凹陷D洼位于潿西南凹陷西南緣，目前鉆探多口鉆井，平面上不同構(gòu)造，甚至同一構(gòu)造不同斷塊，含油氣性差異巨大；垂向上不同儲(chǔ)蓋組合，甚至是同一斷塊含油氣性差異巨大。因而，在實(shí)際勘探部署中，針對(duì)不同斷圈，只開展油氣成藏條件定性評(píng)價(jià)，對(duì)斷圈的成藏條件及其優(yōu)劣的相對(duì)順序卻是一個(gè)模糊概念，不利于優(yōu)選排隊(duì)。前人在不同盆地，針對(duì)不同地質(zhì)因素，如烴源條件、圈閉條件、儲(chǔ)層條件和區(qū)帶優(yōu)選等，利用模糊數(shù)學(xué)進(jìn)行過(guò)定量，并取得了很好的效果[11-14]。因而，在潿西南凹陷D洼利用模糊數(shù)學(xué)方法開展?jié)藿M和流沙港組斷圈成藏條件定量評(píng)價(jià)，便于目標(biāo)的優(yōu)選排隊(duì)，提高勘探部署的效率。

1 方法及原理

模糊數(shù)學(xué)方法是研究和處理模糊體系規(guī)律的理論和方法，普通集合論只取0或1兩個(gè)值的特征函數(shù)，由模糊數(shù)學(xué)方法處理，轉(zhuǎn)換為在（0，1）區(qū)間上取值的隸屬函數(shù)。圈閉相對(duì)優(yōu)劣的評(píng)價(jià)思路與之十分相近，借助模糊數(shù)學(xué)方法可使圈閉成藏條件評(píng)價(jià)定量化。

基于模糊數(shù)學(xué)方法的斷圈成藏條件定量評(píng)價(jià)中，首先應(yīng)根據(jù)成藏過(guò)程設(shè)定地質(zhì)要素評(píng)價(jià)體系，確定評(píng)價(jià)要素，然后再根據(jù)各要素成藏過(guò)程中控制作用的大小，賦予各評(píng)價(jià)要素相應(yīng)的權(quán)重，然后根據(jù)專家打分法確定各要素的隸屬度（評(píng)價(jià)級(jí)別），最后，通過(guò)模糊數(shù)學(xué)運(yùn)算得出評(píng)價(jià)結(jié)果。

根據(jù)模糊數(shù)學(xué)原理建立的斷圈成藏條件評(píng)價(jià)模型為：

選取斷圈油氣成藏控制因素的評(píng)價(jià)參數(shù)構(gòu)成因素集合U，令

U=(U1，U2，U3，…Un) （n為控制因素個(gè)數(shù)）

若評(píng)價(jià)時(shí)用m個(gè)級(jí)別，則可設(shè)評(píng)價(jià)集合為V，令

V=(Vl，V2, V3，…Vm)

實(shí)際勘探中，考慮到每個(gè)因素在油氣成藏過(guò)程中控制作用必然存在差異，設(shè)U上的模糊集合A為評(píng)價(jià)因素的權(quán)重分配，即：A=(a1，a2，a3，…an)，且∑ai=1。在用n個(gè)評(píng)價(jià)參數(shù)評(píng)價(jià)斷圈含油氣性時(shí)，還須定義從U到V的n個(gè)模糊映射R，依此變換矩陣R建立集合U與集合V之間的關(guān)系。

對(duì)斷圈油氣成藏的綜合評(píng)價(jià)，所引用的地質(zhì)因素基本上都是相對(duì)關(guān)系或是定性的描述，為了統(tǒng)一，采用子集R (Ui)將這些定性描述轉(zhuǎn)化為定量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算評(píng)判，若評(píng)價(jià)集合V分為好、較好、中等、差四個(gè)級(jí)別，則按照表1中的評(píng)語(yǔ)級(jí)別表示子集R (Ui)。

表1 四級(jí)別評(píng)語(yǔ)表Table 1 Four-level evaluation table

評(píng)價(jià)參數(shù)的權(quán)重分配A與綜合評(píng)判變換矩陣R的合成，稱為斷圈的綜合評(píng)判，即B=A·R。若評(píng)價(jià)集合V分為4級(jí)，即C=[l，2，3，4]，則可求出斷圈油氣成藏的綜合評(píng)價(jià)值D=B·CT，最后根據(jù)D值大小就可以確定斷圈含油氣性的等級(jí)或者進(jìn)行排隊(duì)優(yōu)選。

2 控制因素及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

斷圈油氣成藏過(guò)程中，受到多方面因素的控制，例如烴源巖發(fā)育情況、儲(chǔ)層發(fā)育情況、斷裂封閉性等。潿西南凹陷D洼流二段優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育，為研究區(qū)內(nèi)各斷圈油氣成藏提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)[15]。以前人研究為基礎(chǔ)，本次評(píng)價(jià)考慮到不同儲(chǔ)蓋組合斷圈中儲(chǔ)層發(fā)育特征[6-8]、油氣充注特征[2,6-9,16]、斷裂垂向和側(cè)向封閉特征[6,8,17]控制斷圈油氣成藏，主要從這四個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.1 儲(chǔ)層特征及評(píng)價(jià)

潿西南凹陷D洼古近系發(fā)育長(zhǎng)流組、流沙港組和潿洲組陸相砂巖，主要沉積類型有三角洲平原、前緣及濁積砂；新近系發(fā)育下洋組、角尾組海相砂巖[6-7]。目前D洼勘探中上組合以下洋組和角尾組海相砂巖為主要目的層，中組合以潿洲組三段和四段三角洲平原分支河道砂體以及三角洲前緣水下分流河道砂體為主要目的層，下組合以流三段扇三角洲和流二段濁積砂體以及長(zhǎng)流組河流-洪積相砂體為主要目的層。從實(shí)鉆井各沉積相相帶物性統(tǒng)計(jì)來(lái)看，中新統(tǒng)海相砂體物性最好，中組合潿洲組三段三角洲平原分支河道砂體物性好，潿四段三角洲前緣近端砂體物性次之，三角洲前緣遠(yuǎn)端砂體物性偏差；下組合流二段濁積砂體物性較流三段扇三角洲砂體偏好，但鉆探揭示砂體分布的連續(xù)性及砂體厚度，流三段較流二段明顯偏好，長(zhǎng)流組河流-洪積相，泥質(zhì)含量高，多為泥石流沉積，故物性條件最差（表2）。

表2 D洼鉆井儲(chǔ)層物性特征及模糊評(píng)價(jià)結(jié)果Table 2 Reservoir physical property and fuzzy evaluation results in D sub-sag

2.2 充注特征及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

斷裂在含油氣盆地內(nèi)油氣的運(yùn)聚成藏中起著非常重要的作用，許多學(xué)者都曾做過(guò)研究和探討，但多數(shù)僅集中在斷裂本身對(duì)油氣運(yùn)聚成藏所起作用的研究[18-22]。然而，由于斷裂與源巖、儲(chǔ)層空間配置關(guān)系不同，其對(duì)油氣運(yùn)聚的作用形式和程度必然存在差異[23]。從宏觀上講，研究區(qū)內(nèi)斷塊圈閉與烴源巖主要有“源上”和“源下”兩種疊置關(guān)系，油氣充注方式主要存在垂向充注和側(cè)向充注兩種，分別對(duì)應(yīng)源內(nèi)和源外兩種斷圈。其中垂向充注中又可分為“垂向正注”（有利）和“垂向倒注”（不利）兩種，由輸導(dǎo)斷裂與地層產(chǎn)狀的配置關(guān)系決定。同時(shí)，在進(jìn)行斷圈垂向充注評(píng)價(jià)時(shí)，還應(yīng)考慮斷圈是否具備側(cè)向充注（側(cè)向運(yùn)移）作為補(bǔ)充。

潿西南凹陷D洼有效烴源巖的分布主要集中在洼南部，D洼東部斜坡帶和北部處于有效烴源巖外[7]，主要發(fā)育源外側(cè)向充注模式；D洼西部陡坡帶位于有效烴源巖區(qū)內(nèi)，主要發(fā)育垂向充注，進(jìn)一步根據(jù)斷圈目的層產(chǎn)狀與輸導(dǎo)斷裂產(chǎn)狀配置關(guān)系，分析各圈閉油氣垂向充注的方式，并分析是否具備油氣側(cè)向充注條件，最終總結(jié)油氣注入方式及模糊評(píng)價(jià)等級(jí)（圖3）。

圖3 D洼斷圈充注方式與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Fig. 3 Charging methods of fault-related traps and fuzzy evaluation standard in D Sub-sag

2.3 斷裂側(cè)向封堵特征及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

斷層封閉性是指斷層與地層兩者物性的各向異性相配合，形成能夠使油氣聚集的新的物性和壓力系統(tǒng)，斷層封閉的本質(zhì)就是斷裂帶與圍巖之間的差異滲透能力造成的，根據(jù)引起斷裂帶與圍巖差異滲透能力的因素，可將斷層封閉類型劃分為對(duì)接封閉、斷層巖封閉以及膠結(jié)封閉三種類型。

研究區(qū)內(nèi)涉及斷裂封堵的主要目的層有潿洲組和流沙港組，其中流沙港組儲(chǔ)層主要發(fā)育在流三段，其上發(fā)育流二段大套泥巖，下部發(fā)育陸相混雜堆積的長(zhǎng)流組地層。斷層作用使流三段儲(chǔ)層與流二段泥巖（反向斷層）或者與長(zhǎng)流組和基巖 （正向斷層）對(duì)接。封閉類型主要為對(duì)接封閉，封堵性優(yōu)劣受對(duì)盤巖性及斷裂性質(zhì)控制，下組合流沙港組內(nèi)順向斷層對(duì)盤巖性多為長(zhǎng)流組洪積相混雜堆積，反向斷層對(duì)盤巖性為流二段厚層泥巖，且理論分析和實(shí)例分析均表明反向斷裂側(cè)向封堵性優(yōu)于順向斷層。因而，反向斷層側(cè)向封堵性評(píng)價(jià)為好，順向斷層側(cè)向封堵性評(píng)價(jià)中等-差（圖4）。

圖4 研究區(qū)斷裂封閉類型Fig. 4 Types of fault sealing in the study area

潿洲組儲(chǔ)層主要在潿三段和潿四段發(fā)育，屬于砂泥互層型地層，砂質(zhì)含量較高，主要的側(cè)向封閉類型為斷層巖封閉，斷層巖封閉能力與斷層斷距和斷裂兩盤砂泥巖百分含量密切相關(guān)，本質(zhì)是受滲透能力的相對(duì)關(guān)系控制。如果斷層巖滲透能力低于圍巖儲(chǔ)層，斷層起封堵作用，反之?dāng)鄬悠疠攲?dǎo)作用。斷層封閉能力可利用斷-儲(chǔ)排替壓力差法進(jìn)行評(píng)價(jià)。斷層巖的碎屑物質(zhì)組成或泥質(zhì)含量以及斷層巖的成巖程度決定了其排替壓力，其中斷層巖的成巖程度由斷點(diǎn)所承受的斷面壓力控制，且斷面壓力可由斷點(diǎn)埋深和斷層傾角計(jì)算獲得。因而，只要獲取了與斷層巖泥質(zhì)含量相同且承受靜巖壓力與斷面壓力相同的沉積地層的排替壓力，可將此沉積地層的排替壓力類比斷層巖的排替壓力，進(jìn)行斷層封閉性的評(píng)價(jià)。至此，該斷點(diǎn)處的斷層封閉性便可定量取得，基于以上思路，來(lái)評(píng)價(jià)斷層側(cè)向的封閉性。

首先根據(jù)WZ油田巖心樣品排替壓力分析測(cè)試結(jié)果（表3），建立排替壓力與深度和泥質(zhì)含量之間的關(guān)系（圖5），建立回歸公式：

圖5 WZ油田排替壓力隨泥質(zhì)含量及埋深變化關(guān)系Fig. 5 Relationship between displacement pressure and mud content and buried depth in WZ Oilfield

表3 D6井巖心樣品實(shí)測(cè)排替壓力及測(cè)井計(jì)算泥質(zhì)含量Table 3 Measured displacement pressure and mud content calculated by logging of core samples from Well D6

式中：Pb為儲(chǔ)層排替壓力，MPa；Pd為斷裂帶內(nèi)排替壓力，MPa；Vsh為儲(chǔ)層泥質(zhì)含量，小數(shù)；SGR為砂層組斷層泥比率，小數(shù)；h為埋深，m；θ為斷層傾角，°。

其次，根據(jù)式（2）和式（3）計(jì)算儲(chǔ)層排替壓力和斷層巖排替壓力；最后根據(jù)計(jì)算結(jié)果比較儲(chǔ)層排替壓力和斷層巖排替壓力相對(duì)大小。如果Pd＜Pb，斷層不具備封閉能力；如果Pd＞Pb，斷層具備封閉能力，根據(jù)排替壓力差值，利用式（4）計(jì)算其控制的烴柱高度值。

式中：H為烴柱高度，m；ρo為油密度（kg/m3）；ρw為水密度，kg/m3；g為重力加速度，9.8 m/s2；ΔP為斷-儲(chǔ)排替壓力差（Pd-Pb），MPa。

為了提高斷裂側(cè)向封閉能力評(píng)價(jià)的效率，以D3潿三段四套砂層組鉆井巖性為代表，利用斷距窮舉法評(píng)價(jià)斷裂在不同斷距情況下側(cè)向封閉性評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示，W3Ⅰ砂層組整體封閉性較差；W3 II砂層組在斷距100～300 m時(shí)，側(cè)向封閉性相對(duì)較好；W3 III砂層組在斷距100 m左右時(shí)，封閉性相對(duì)最好；W3 Ⅳ砂層組在斷距200 m時(shí)，側(cè)向封堵性相對(duì)較好，且所有砂層組隨埋深增加，斷裂的側(cè)向封堵性逐漸變強(qiáng)（圖6）。

圖6 利用斷-儲(chǔ)排替壓力差法計(jì)算D洼陡坡帶斷裂不同斷距封閉烴柱高度Fig. 6 Calculation of sealed hydrocarbon column heights with different fault distance by fault-reservoir displacement pressure in the steep slope belt in D Sub-sag

綜合下組合和中組合斷裂側(cè)向封閉類型和封閉能力的評(píng)價(jià)，制定了研究區(qū)內(nèi)斷裂側(cè)向封堵能力的模糊評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（表4）。

表4 控圈斷裂側(cè)向封閉性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 4 Evaluation criteria for fault lateral sealing

2.4 斷-蓋耦合垂向封蓋能力評(píng)價(jià)

油氣勘探實(shí)踐表明，斷裂不僅破壞蓋層橫向分布連續(xù)性，同時(shí)也會(huì)降低蓋層對(duì)油氣的保存能力。從時(shí)間先后來(lái)區(qū)分，可劃分為成藏期以前斷裂活動(dòng)對(duì)蓋層的破壞以及成藏后斷裂對(duì)泥巖蓋層的破壞，成藏期以前蓋層的破壞程度控制了油氣能否在區(qū)域蓋層下有效富集；成藏期后的蓋層破壞決定了蓋層下油氣的逸散程度。潿西探區(qū)D洼發(fā)育上、中、下三套儲(chǔ)蓋組合，油氣成藏期主要為中中新世—現(xiàn)今[2-3]，之后全區(qū)幾乎未經(jīng)受強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，斷裂活動(dòng)基本停止，因而斷裂對(duì)各儲(chǔ)蓋組合中蓋層的破壞程度，決定了油氣能否在相應(yīng)的儲(chǔ)層中進(jìn)行有效的側(cè)向運(yùn)移和富集。若斷裂對(duì)泥巖蓋層綜合破壞程度較大，蓋層被完全錯(cuò)斷，蓋層將無(wú)法對(duì)油氣進(jìn)行封蓋，油氣可能沿?cái)鄬映掷m(xù)向上運(yùn)移至淺層儲(chǔ)蓋組合或者直接逸散；若斷裂未將泥巖蓋層完全錯(cuò)斷，蓋層仍具有一定的橫向分布連續(xù)性，油氣可能既發(fā)生向上的垂向運(yùn)移，也發(fā)生側(cè)向分流。斷裂對(duì)泥巖蓋層連續(xù)性的破壞程度，可用蓋層的斷接厚度來(lái)評(píng)價(jià)，即蓋層被錯(cuò)斷后仍保持連接的殘余厚度，斷接厚度越大，垂向封蓋性越強(qiáng)。

研究區(qū)內(nèi)上組合角尾組區(qū)域蓋層未受到斷裂破壞，區(qū)域分布連續(xù)，厚度大，封蓋性能良好；中組合中WZ油田內(nèi)實(shí)際鉆井結(jié)果統(tǒng)計(jì)顯示（圖7），潿二段區(qū)域蓋層斷接厚度大于100 m時(shí)，緊鄰蓋層高產(chǎn)油層發(fā)育（D4井）；小于30 m時(shí)，發(fā)育油水同層，直至累計(jì)泥巖蓋層斷接厚度近50 m時(shí)，開始發(fā)育油層（D6井）；蓋層被完全斷穿或上升盤泥巖蓋層剝蝕殆盡，僅發(fā)育水層（D5井）。下組合中，流二段區(qū)域蓋層厚度大，且作為研究區(qū)內(nèi)主力烴源巖，物性封閉和超壓封閉發(fā)育，綜合封蓋能力良好[7,16]。因而，研究區(qū)內(nèi)斷-蓋耦合封蓋能力綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表5。

圖7 WZ油田油氣發(fā)現(xiàn)井潿二段斷接厚度統(tǒng)計(jì)Fig. 7 Statistical analysis on the juxtaposition thickness of Wei 2 Member in the oil and gas discovery wells in WZ Oilfield

表5 控圈斷裂及區(qū)域蓋層斷-蓋耦合封蓋能力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 5 Evaluation criteria for spatial matching types between faults and caprocks

3 評(píng)價(jià)控制因素權(quán)重

在模糊綜合評(píng)判過(guò)程中，不同因素控制程度不同，因而權(quán)重的分配是關(guān)鍵，它必須是各個(gè)因素在綜合評(píng)判過(guò)程中地位或作用的真實(shí)反映，否則，將直接影響到綜合評(píng)判的結(jié)果。實(shí)際操作中，不可否認(rèn)，專家經(jīng)驗(yàn)法分配的權(quán)重，一定程度上能反映實(shí)際情況，但往往帶有一定主觀性，忽略某些客觀情況，評(píng)判結(jié)果一定程度上“失真”，采用統(tǒng)計(jì)方法確定權(quán)重，更加準(zhǔn)確合理。首先利用公式E=R·CT對(duì)已鉆圈閉各控制單因素的得分進(jìn)行求取，得到斷圈各控制因素得分集合E，然后對(duì)每項(xiàng)控制單因素得分進(jìn)行累加，再用加權(quán)平均法計(jì)算其所占的權(quán)重值，最終得到各因素權(quán)重A為（0.280，0.272，0.244，0.204），其計(jì)算過(guò)程見(jiàn)表6。

表6 已鉆圈閉油氣成藏控制單因素得分表Table 6 Score of the controlling factor of hydrocarbon accumulation in drilled traps

4 定量評(píng)價(jià)結(jié)果

通過(guò)以上斷圈油氣成藏條件的分析及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的建立，并獲取其各項(xiàng)因素在油氣成藏過(guò)程中所占的權(quán)重，就可以對(duì)斷圈油氣成藏的綜合評(píng)價(jià)值（D）進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)對(duì)表5中層圈閉進(jìn)行計(jì)算，得到各個(gè)層圈閉成藏綜合評(píng)價(jià)值。其中，成功井綜合評(píng)價(jià)值最小值D成功min=0.807，半成功井綜合評(píng)價(jià)值最小值D半成功min=0.691，失利井綜合評(píng)價(jià)值最大值D失利max=0.618，以此三個(gè)值為斷圈成藏評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的界限，制定斷圈評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)D≤0.618為超高風(fēng)險(xiǎn)斷圈，當(dāng)0.618＜D≤0.691時(shí)為高風(fēng)險(xiǎn)圈閉，當(dāng)0.691＜D＜0.807時(shí)為中等風(fēng)險(xiǎn)圈閉，當(dāng)D≥0.807時(shí)為低風(fēng)險(xiǎn)圈閉。

5 結(jié)論

（1）采用模糊數(shù)學(xué)方法，建立了潿西南凹陷D洼斷圈成藏定量評(píng)價(jià)模型，當(dāng)D≤0.618為超高風(fēng)險(xiǎn)斷圈，當(dāng)0.618＜D≤0.691時(shí)為高風(fēng)險(xiǎn)圈閉，當(dāng)0.691＜D＜0.807時(shí)為中等風(fēng)險(xiǎn)圈閉，當(dāng)D≥0.807時(shí)為低風(fēng)險(xiǎn)圈閉。

（2）潿西南凹陷D洼目前較主凹勘探程度相對(duì)較低，隨著今后勘探程度的加深，地質(zhì)認(rèn)識(shí)不斷深入，評(píng)價(jià)控制因素的選取以及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的制定需要逐步的完善，盡量避免評(píng)價(jià)中的主觀影響，更加真實(shí)準(zhǔn)確地反應(yīng)斷圈的成藏風(fēng)險(xiǎn)。