砂泥互層斷點組合類型及其合理性分析
——以大慶長垣薩爾圖油田為例

劉淑芬 馮耀國 鞏 磊 焦 通 盛志成

(①東北石油大學地球科學學院，黑龍江大慶 163318； ②大慶油田有限責任公司采油二廠，黑龍江大慶 163514)

0 引言

斷點組合率是衡量復雜斷塊斷層模型構建精度的重要指標。在復雜構造帶的斷裂解釋過程中，斷點歸屬的合理性至關重要。在油田開發階段斷點準確歸屬直接影響斷裂形態精確刻畫、斷裂樣式判別、斷裂邊部定向井軌跡設計、注采井網合理布置。因此，對鉆井過程中遇到的斷點準確歸屬，合理分析斷層樣式和斷點組合方案，提高斷層的地震解釋精度是復雜斷塊油藏描述的重要工作。

前人主要利用地震技術刻畫斷層[1-6]、研究斷裂空間組合樣式等[7]，對于井點鉆遇斷點，尤其是“一井多斷”、地震不能識別斷點的組合方法及其合理性暫缺乏系統性的分析。復雜斷塊內斷層組合樣式多樣，地層的脆塑性差異、斷裂成因機制、斷層幾何形態特征等均會增加斷點數量而加大斷點組合難度。為此，基于對復雜斷塊斷點歸屬的認識，在總結前人研究成果的基礎上，筆者從斷裂組合形態、斷裂二分結構、斷層垂向分段生長等方面歸納了斷距小于5m的砂泥互層斷點組合類型，并分析了各類斷點組合的合理性，有效提高了砂泥互層小斷距斷點組合率。

1 斷點組合類型

通過深入分析砂泥互層中斷距小于5m的典型斷塊斷點數據和斷裂樣式，總結出斷裂相交、單一斷裂破碎帶、斷裂垂向分段、地震斷層端部等4類斷點組合類型，建立了相應成因機制的斷點組合三維、平面、剖面對應關系(圖1)。

圖1 斷點組合類型

1.1 “一井多斷”斷點組合

“一井多斷”是指單口井點在開發層系內至少出現兩個以上斷點，依據相鄰斷點間距離及井點鉆遇地層性質將斷點組合細分為3類。

1.1.1 斷裂相交組合

兩條斷層在某部位相交，平面上表現為一條次級斷層B終止于另一主干斷層A。剖面上單井點分別鉆遇兩條斷層斷點，依據兩條斷層的傾向，可以細分為4種組合方式：①A上盤與B反向相交；②A下盤與B反向相交；③A上盤與B同向相交；④A下盤與B同向相交。

1.1.2 單一斷裂破碎帶

斷層具有二分結構，即中心部位的斷層核及其周圍的斷層破碎帶[8]，其中破碎帶是由多組不同類型的裂縫、變形帶和次級斷層組成的具有一定寬度的帶。在砂泥互層剖面上，若井點鉆遇斷層核(斷距大的斷點)附近破碎帶，則斷層核斷點與破碎帶斷點的斷距、斷點間距等均具確定的定量關系。

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]，根據斷點成因細分為：①釋放型。井點鉆遇兩個斷點部位位于砂泥互層，且斷距大小相當，剖面上兩條斷面傾向一致，互相平行；②壓縮型。井點鉆遇斷點位于大套泥巖層(塑性層)，斷面近水平。

1.2 零散斷點組合

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

2 斷點組合類型合理性分析

2.1 斷裂相交組合類型

同期或不同期次的斷裂在空間上交切，依據交切方式的不同而形成不同的組合方式，當井點鉆遇多條斷裂時，表現為斷點間距大、斷距差異大。兩條斷層在某部位相交，平面上一條次級斷層B終止于另一主干斷層A。剖面上單井點分別鉆遇兩條斷層斷點，斷點1(位于A，斷距大)與斷點2(位于B，斷距小)的間距較大(通常大于A的破碎帶范圍)，依據交切方式的不同而形成不同的組合方式：①A上盤與B反向相交組合。斷點2位于斷點1上方，在垂直斷層走向剖面上呈“Y”字型組合；②A上盤與B同向相交組合。斷點2位于斷點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下盤與B同向相交組合。斷點2位于斷點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下盤與B反向相交組合。斷點2位于斷點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型

破碎帶是靠近斷層核由多組不同類型的裂縫、變形帶和次級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)，則根據已知斷裂破碎帶視厚度d與真厚度h的關系

h=dcosθ

(1)

計算斷裂破碎帶視厚度(圖2)。當井點鉆遇的多個斷點深度間距l≤d時，可將此類斷點歸屬為斷裂的破碎帶斷點。

2.3 斷裂垂向分段組合類型

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

圖2 斷裂破碎帶視厚度與真厚度關系

2.4 斷層端部組合類型

由斷層核和多組不同類型的裂縫、變形帶和次級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位移為零[17]。地震可識別斷層稱之為地震斷層，地震斷層末端點是地震分辨斷層的極限位置[18](圖4)。通過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度。位于斷層延伸方向上、且符合斷層斷距—距離曲線規律的斷點屬于地震斷層端部斷點。

圖3 斷層垂向分段生長擴展類型

圖4 斷層尾部長度計算方法示意圖

3 實例分析

南二、南三區位于大慶長垣薩爾圖背斜構造，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育北北西向和北東東向兩組斷裂，北北西向斷裂為長期發育斷裂，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°，形成復雜的交叉斷塊(圖5)。目前該區塊斷距大于5m的斷點組合率為90.3%，斷距小于5m的斷點組合率為77.3%，密井網條件下未組合斷點歸屬不清，困擾油田開發。

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

3.1 斷裂相交組合實例

在北北西向斷裂形成的斷階帶上，局部構造變形嚴重(圖6、圖7)。

N2-30-P222井鉆遇斷點1(斷距為44.6m、斷點深度為1150.2m)、斷點2(斷距為2.4m、斷點深度為980.2m)，斷點間距為170m，在兩條斷裂走向剖面上次級斷裂B在主斷裂A上盤一側GⅡ1層位處地震反射同相軸錯斷明顯，A、B傾向相反，形成“Y”字型組合(圖6a)。G174-49井鉆遇斷點1(斷距為168.8m、斷點深度為772.0m，位于葡萄花油層)、斷點2(斷距為3.4m、斷點深度為913.6m，位于高臺子油層)，在兩條斷裂走向剖面上B與A反向相交，B在GⅡ1油層上部出現同相軸扭曲、相位轉換，A下盤與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A上盤與B同傾向、且A傾角小于B時，N2-D1-224井在SⅡ油層位置出現斷點(斷距為3.2m)，同相軸錯斷(圖7a)。

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

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

3.2 單一斷裂破碎帶組合實例

研究區斷裂最大斷距不超過150m，根據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)計算出的靶區斷裂最大視厚度小于40m。統計“一井多斷”斷點間距可知，約75%的斷點間距小于40m，屬主干斷裂破碎帶(圖8)，此類斷點斷距小于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例

研究區油層具三角洲前緣沉積特征，主要產油層段單層砂巖厚度小于5m，統計各沉積單元內部泥質含量(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；高臺子油層組內部砂地比相對較低，平均值為0.33，GⅣ單元除上部單元局部出現0.40的高值外，基本為低值(不超過0.20)。砂泥互層砂地比的相對低值部位表現為弱能干性，在形變過程中呈相對塑性。依據區內井點數據統計結果，可以從主力目標層內劃分出SⅢ8-10、GⅡ2-GⅡ3和GⅣ7-GⅣ18等3套弱能干性力學層序，即3套弱能干性層序控制著斷層垂向分段生長的部位。薩爾圖、葡萄花油層以砂泥薄互層出現，G187-54井在SⅢ油層附近斷距分別為5.4m(斷點2)和4.4m(斷點1)，斷距差異不大，弱能干性地層出現局部同相軸扭曲，表現為釋放型分段斷裂特征(圖9b)；在相對厚度較大的高臺子下部(GⅣ)地層中，斷裂多期活動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為主，N1-6-P221井在GⅣ層鉆遇斷距為12.6m的斷點，斷點位于斷裂上盤局部隆起部位，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為壓縮性分段斷裂特征(圖9c)。

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

圖8 “一井多斷”破碎帶斷點組合剖面(左)與斷點間距統計圖(右)

3.4 斷層端部組合實例

將各井點鉆遇斷點數據投影到各層頂面構造位置，如果井點斷點位于地震斷層走向延長線上，且井點斷距符合斷層位移梯度變化，如N3-D11-426井在SⅡ油層只鉆遇一個斷距為2.8m的斷點，通過繪制鄰近斷裂f1的斷距—距離曲線圖(圖10)，距地震斷層極限點80m位置出現2.2m斷距，與位于f1斷層走向延長線上的N3-D11-426井鉆遇的2.8m斷距的斷點吻合。對于零散分布的孤立斷點，通過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。

應用以上方法對研究區斷點重新組合，新組合斷距為5～10m的斷點52個，整體斷點組合率達到93.3%，斷距小于5m斷點的組合率為81.8%，為斷層特征分析、斷層模型構建以及斷裂邊部剩余油挖潛提供了精確的斷層數據。

圖9 垂向分段斷層斷點組合實例(a)力學層序分析圖； (b)釋放型； (c)壓縮型

4 結束語

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