井震結(jié)合“一井多斷”小斷層特征研究

楊柏

(中石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712)

?

井震結(jié)合“一井多斷”小斷層特征研究

楊柏

(中石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712)

以薩爾圖油田薩爾圖、葡萄花、高臺(tái)子油層為研究對(duì)象，運(yùn)用測(cè)井、地震資料識(shí)別小斷層，分析小斷層的力學(xué)形成機(jī)制，研究“一井多斷”小斷層的分布特征，為油田開(kāi)發(fā)提供指導(dǎo)。研究表明：小斷層處地震反射波同相軸發(fā)生細(xì)微錯(cuò)開(kāi)、分叉、合并等現(xiàn)象；裂縫的產(chǎn)生是形成斷層的前提和基礎(chǔ)，小斷層的形成受構(gòu)造應(yīng)力和巖體力學(xué)因素影響；小斷層內(nèi)各斷點(diǎn)間距離相差不大，小斷層在縱向上斷距的相差較小；小斷層在平面上主要分布于斷層帶的內(nèi)部和邊部，呈成帶性；縱向上與大斷層成組出現(xiàn)，呈派生性；構(gòu)造應(yīng)力是小斷層形成的主要因素。

小斷層；地震反射特征；分布特征

小斷層通常是指斷距小于10m，橫向上的延伸長(zhǎng)度一般不超過(guò)500m的斷層。由于地震資料分辨率限制，在一般勘探階段的地震資料解釋過(guò)程中，利用常規(guī)的斷層判別標(biāo)準(zhǔn)難以識(shí)別、發(fā)現(xiàn)小斷層[1]。有關(guān)小斷層的研究主要集中在煤系地層[2]。在油田開(kāi)發(fā)中，小斷層能夠?qū)е掠途⑺苄Р睢a(chǎn)液量低，損壞生產(chǎn)井套管，影響油田生產(chǎn)。地層對(duì)比過(guò)程中常常發(fā)現(xiàn)一口井發(fā)育多個(gè)小斷層，但受地震資料分辨率低的影響，以往對(duì)該類(lèi)小斷層的研究較少。

薩爾圖油田北二西區(qū)位于薩爾圖油田北部背斜構(gòu)造西部，構(gòu)造較為平緩，地層傾角為3°左右，地形平坦。該區(qū)斷層較多，均為正斷層。其中三維地震資料解釋斷層走向均為北北西向，斷層最大延伸長(zhǎng)度為6.6km，最小延伸長(zhǎng)度只有0.5km，最大斷距92.0m，最小斷距1.2m，斷層平均傾角為52°。筆者運(yùn)用地震和測(cè)井資料，對(duì)研究區(qū)主要產(chǎn)油層(薩爾圖、葡萄花、高臺(tái)子油層)“一井多斷”小斷層的分布特征和地震反射特征進(jìn)行了詳細(xì)研究[3]，為今后的地質(zhì)研究和地震解釋工作提供依據(jù)，為油田開(kāi)發(fā)工作提供指導(dǎo)。

1 井震結(jié)合小斷層確定方法

1.1 小斷層的測(cè)井響應(yīng)特征

充分發(fā)揮測(cè)井資料在縱向上的高分辨率特點(diǎn)，運(yùn)用“旋回對(duì)比，分級(jí)控制”的原則，由大到小逐漸控制、逐級(jí)對(duì)比的方法[4]進(jìn)行地層對(duì)比：用標(biāo)準(zhǔn)層控制劃分、對(duì)比油層組，用3級(jí)旋回劃分、對(duì)比砂層組，以4級(jí)旋回劃分、對(duì)比小層。

圖1 薩爾圖油田斷層發(fā)育處地層對(duì)比圖

圖2 小斷層的地震反射波特征

在地層對(duì)比過(guò)程中識(shí)別和確定小斷層的存在。主要通過(guò)以下標(biāo)志識(shí)別斷層：①地層的重復(fù)與缺失，如圖1中B井小層缺失，說(shuō)明發(fā)育斷層；②近距離內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)層的高程相差懸殊；③近距離內(nèi)同層厚度突然變化。研究區(qū)的小斷層處主要表現(xiàn)為地層發(fā)生缺失或突然變薄，或者近距離內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)層的相對(duì)高程差較明顯。

1.2 小斷層的地震響應(yīng)特征

小斷層處的地震反射波動(dòng)力學(xué)特征會(huì)發(fā)生一些變化，如反射波同相軸發(fā)生細(xì)微錯(cuò)開(kāi)、分叉、合并、不光滑扭曲、振幅突然變?nèi)酢?qiáng)相位轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象，反射波能量、頻率、相位發(fā)生變化等[5，6]。上述特征都是對(duì)小斷層進(jìn)行拾取和組合的有力根據(jù)。另外，在小斷層發(fā)育處，構(gòu)造屬性體(相干體、方差體、螞蟻體、曲率體、傾角體等)出現(xiàn)異常，地震水平切片同向軸水平錯(cuò)斷(圖2)。

2 小斷層形成的力學(xué)機(jī)制

圖3 裂隙面應(yīng)力分析

構(gòu)造物理學(xué)研究[7，8]認(rèn)為，斷層起緣于裂縫。當(dāng)巖石的應(yīng)力、應(yīng)變達(dá)到一定程度，巖石就會(huì)發(fā)生破壞，形成裂縫。裂縫的產(chǎn)生是形成斷層的前提和基礎(chǔ)，從裂縫發(fā)展到斷層還需要一定的力學(xué)條件，即在產(chǎn)生破裂的同時(shí)或在其之后巖體因?yàn)橛辛肆芽p，受力的作用產(chǎn)生相對(duì)位移，就形成斷層[8]。

如圖3所示，巖石體中已有的一條裂縫(AB)縱剖面，該剖面所受水平張應(yīng)力為σ1，垂直應(yīng)力為σ3。由于裂縫AB的上、下盤(pán)之間的摩擦力遠(yuǎn)小于完整巖石的內(nèi)聚力，因此可以忽略不計(jì)。在σ1、σ3作用下，裂縫AB在AB面上的受力分解為σx和σy。如果σ1為張應(yīng)力，且大到一定程度，使兩盤(pán)巖體發(fā)生形變，并產(chǎn)生相對(duì)位移，則形成正斷層。如果σ1為壓應(yīng)力，σ1、σ3在AB方向的合應(yīng)力分為2種情況：當(dāng)σy作用方向由B指向A時(shí)，且大到一定程度，使兩盤(pán)巖體發(fā)生形變并產(chǎn)生相對(duì)位移，則形成正斷層；當(dāng)σy作用方向由A指向B時(shí)，且大到一定程度，使兩盤(pán)巖體發(fā)生形變并產(chǎn)生相對(duì)位移，則形成逆斷層。

影響斷層的形成因素還有巖體力學(xué)性質(zhì)。對(duì)于一大套層狀地層來(lái)說(shuō)，每層巖體的力學(xué)性質(zhì)并不一樣；各層巖體內(nèi)部的不同巖性的力學(xué)性質(zhì)也不一樣。當(dāng)層狀結(jié)構(gòu)巖體受到構(gòu)造應(yīng)力作用時(shí)，它所呈現(xiàn)的力學(xué)現(xiàn)象除了與各層巖石本身的力學(xué)性質(zhì)有關(guān)外，還與層狀巖石組成的復(fù)合巖體結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性有關(guān)[9～11]。巖體內(nèi)的結(jié)構(gòu)面及其控制下形成的巖體結(jié)構(gòu)，控制著巖體的變形、破壞機(jī)制和力學(xué)特征參數(shù)[12～16]。

因此，小斷層的形成，受構(gòu)造應(yīng)力和巖體力學(xué)兩方面因素影響。

3 小斷層的分布及斷距特征

通過(guò)地層對(duì)比發(fā)現(xiàn)，地層在小斷層處缺失(見(jiàn)表1)，表明研究區(qū)的小斷層為正斷層，小斷層的性質(zhì)相同，其特征主要表現(xiàn)在以下4個(gè)方面。

表1 小斷層斷距及斷點(diǎn)分布特征

注：缺失層位符號(hào)中，S、P、G分別代表薩爾圖油層、葡萄花油層、高臺(tái)子油層；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ代表油組序號(hào)；下標(biāo)代表砂層序號(hào)。

圖4 研究區(qū)發(fā)育小斷層的井位平面分布圖

1)近距離性 同一口井的小斷層之間的垂直距離小于70m，絕大多數(shù)的垂直距離小于40m，各個(gè)小斷層在縱向上分布相對(duì)集中；3個(gè)或3個(gè)以上相鄰的小斷層各斷點(diǎn)間距離相差不大，呈現(xiàn)出距離相近的特征。

2)近斷距性 在同一口井(如F井)中，小斷層的斷距相差較小，常常呈現(xiàn)出近斷距性。

3)成帶性 小斷層在平面上主要分布于斷層帶的內(nèi)部和邊部，呈成帶性(圖4)。說(shuō)明小斷層形成于應(yīng)力比較集中的區(qū)域。一般來(lái)說(shuō)，“一井多斷”小斷層周?chē)木舶l(fā)育單個(gè)小斷層，有的可能是“一井多斷”小斷層的延伸。

4)派生性 在縱向上，小斷層往往與大斷層伴生，距離大斷層較近。小斷層與大斷層成組出現(xiàn)，說(shuō)明小斷層是在較大的構(gòu)造應(yīng)力下派生的。在大的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中，大斷層沿?cái)鄬用姘l(fā)生相對(duì)移動(dòng)，對(duì)巖層產(chǎn)生擠壓和拖拽作用，巖層在拉張應(yīng)力和擠壓應(yīng)力次一級(jí)應(yīng)力場(chǎng)作用下，在斷層兩側(cè)發(fā)生彎曲、褶皺，最終在巖層薄弱區(qū)發(fā)生脆性破裂，形成小斷層。構(gòu)造應(yīng)力是小斷層形成的主要因素。

綜上研究認(rèn)為，一井多個(gè)斷點(diǎn)現(xiàn)象的產(chǎn)生主要有兩種原因：一是大斷層伴生的小斷層：二是斷裂破碎帶內(nèi)發(fā)育多個(gè)小斷距斷點(diǎn)。

4 結(jié)論

1)裂縫的產(chǎn)生是形成斷層的前提和基礎(chǔ)。裂縫處，如果巖石體受張應(yīng)力作用，兩盤(pán)巖體發(fā)生形變，并產(chǎn)生相對(duì)位移，則形成正斷層；如果巖石體受壓應(yīng)力作用，視沿裂縫面的合應(yīng)力的方向，形成正斷層或逆斷層。斷層的形成主要受構(gòu)造應(yīng)力和巖體力學(xué)兩方面因素的影響。

2)小斷層處地震反射波同相軸發(fā)生細(xì)微錯(cuò)開(kāi)、分叉、合并、不光滑扭曲、振幅突然變?nèi)醯痊F(xiàn)象。

3)各斷點(diǎn)間距離相差不大，小斷層間呈現(xiàn)出距離相近的特征；小斷層在縱向上斷距相差較小，呈近斷距性；小斷層在平面上主要分布于斷層帶的內(nèi)部和邊部，呈成帶性；縱向上與大斷層成組出現(xiàn)，呈現(xiàn)出派生性；構(gòu)造應(yīng)力是小斷層形成的主要因素。

[1]王彥輝，王歡，李綱.小斷層的識(shí)別方法[J].大慶石油地質(zhì)與開(kāi)發(fā)，2000，19(5)：31～32.

[2]王恩營(yíng).煤炭開(kāi)采中小斷層研究的幾個(gè)問(wèn)題[J].中國(guó)礦業(yè)，2006，15(8)：60～62.

[3]房寶才，王長(zhǎng)生，劉卿，等.微小斷層識(shí)別及其對(duì)窄薄砂體油田開(kāi)發(fā)的影響[J].大慶石油地質(zhì)與開(kāi)發(fā)，2003，22(6)：24～26.

[4]趙宗舉．油氣系統(tǒng)成因分類(lèi)及其勘探思路[J]．石油與天然氣地質(zhì)，2006，27(1)：16～17.

[5]刁瑞，尚新民，芮擁軍，等.時(shí)頻域譜模擬反褶積方法研究[J]．巖性油氣藏，2013，25(1)：119～120.

[6]王彥君，魏東濤，潘建國(guó)，等.一種斷層相關(guān)褶皺定量建模的方法及應(yīng)用[J]．巖性油氣藏，2012，24(4)：101～102.

[7]馬謹(jǐn).構(gòu)造物理學(xué)概論[M].北京：地震出版社，1987.

[8]肖樹(shù)芳.巖體力學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社，1999.

[9]唐詩(shī)佳，彭恩生，孫振家.脆性斷層形成的遞進(jìn)連通模型[J].長(zhǎng)春科技大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，29 (4)：330～333.

[10]王宏圖.層狀復(fù)合巖體力學(xué)的相似模擬[J].礦山壓力與頂板管理，1999，22 (2)：81～83.

[11]劉佑榮，唐輝明.固體力學(xué)[M].武漢：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，1998：67～75.

[13]黃國(guó)明，黃潤(rùn)秋.復(fù)雜巖體結(jié)構(gòu)的幾何描述[J].成都理工學(xué)院學(xué)報(bào)，1998，25 (4)：552～558.

[13]唐春安，劉紅元，秦四清，等.非均勻性對(duì)巖石介質(zhì)中裂紋擴(kuò)展模式影響[J].地球物理學(xué)報(bào)，2000，43 (1)：116-121.

[14]Ladeira F L，Price N J.Relationship between fracture spacing and bed thickness[J].Journal of Structural Geology，1981，3(2)：179～183.

[15]Bai Taixu，Pollard D D.Fracture spacing in layered rocks：a new explanation based on the stress transition [J].Journal of Structural Geology，2000，22(1)：43～57.

[16]Narr W，Suppe J.Joint spacing in sedimentary rocks[J].Journal of Structural Geology，1991，13(9)： 1037～1048.

[編輯] 龔丹

2016-01-24

國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)(2008ZX05009)。

楊柏(1982-)，男，碩士，工程師，現(xiàn)從事井震結(jié)合儲(chǔ)層描述工作，hj-0120@163.com。

P631.44

A

1673-1409(2016)32-0050-04

[引著格式]楊柏.井震結(jié)合“一井多斷”小斷層特征研究[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版),2016,13(32):50～53.