基于斷層識別技術的構造演化分析及有利圈閉識別

吳志華

(中國石化勝利油田分公司 勘探開發研究院，山東 東營 257015)

近年來，已經在Z凹陷發現多個油田，并逐漸投入開發，并且在D區塊的斷壘帶見到良好的油氣顯示，獲得工業油流。D區塊斷層非常發育，斷裂活動對于油氣運移和儲存起到關鍵作用，而不同級別、不同類別的斷層，起到的作用也大不相同。對研究區斷裂系統的認識關系到該地區進一步的勘探與開發，是當前工作的重點及難點。在構造研究過程中，斷層的解釋以及組合是判斷油氣圈閉的重要步驟。D地區斷層非常復雜，低序級斷層非常發育，斷層間組合關系難以確定，常規地震剖面斷層解釋難以滿足研究精度需求。研究充分利用三維地震資料，運用斷層增強技術，提高地震資料品質，結合相干體剖面及切片，結合斷層的地震剖面特征，落實斷裂系統分布，并對構造演化過程進行分析，為后期的圈閉識別及井位設計提供可靠依據[1-2]。

1 地質背景

D區塊構造上位于G盆地中部，Z凹陷的西北部，以背斜帶與斷階帶為主要特征，油氣十分富集，是Z凹陷內增儲的重要陣地(圖1)。Z凹陷是在古生界褶皺基底上發育起來的中生代凹陷，本區自下而上發育的地層包括古生界基底、侏羅系、白堊系、古近系、新近系和第四系。其中中生界白堊系是該區域主要的含油氣層，可進一步細分為下白堊統的ZG組、下ZB組、上ZB組和上白堊統SY組、BY組(圖2)。

圖1 Z凹陷區域構造位置

從構造上看本區整體上是一個北高南低、西高東低的長條形斷背斜構造(圖1)，區域上包含西北部D地區及西南部兩個構造高點，南北兩側被NE—SW走向的大斷層控制。D地區位于Z凹陷西北部，是Z凹陷的重要油氣富集區。主要發育一系列NE走向西傾斷裂，東部發育NNE走向同生斷裂，兩組斷層交互形成一系列復雜斷塊(圖3)。研究區位于隆起構造帶，根據構造特征可將研究區劃分為西部背斜構造帶、中部背斜斷階構造帶、東部洼槽帶構造帶。西部隆起斷階帶由一系列反向斷層將斷鼻切割成若干個斷塊。

圖2 Z凹陷地層層序

圖3 D地區下ZB組斷層綱要

研究區構造上分為前陸期、裂谷斷陷期、斷陷期和坳陷期幾個主要的發育階段。白堊系之前長期處于隆升、不斷遭受剝蝕的狀態，因此在白堊系底部及白堊系上、下統之間均為不整合接觸。至早白堊世研究區開始受到區域拉張作用影響，塑造了當今的構造格局。

從沉積上看，下白堊統水體自下而上逐漸變深，早期發育大規模的扇三角洲相沉積。同時受到大規模火山噴發作用以及劇烈的斷層活動影響，形成一套火山沉積。下ZB組是研究的主要目的層，該時期的地層巖性主要為含礫砂巖、細砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖與泥巖，地層儲集性能較好。下ZB組沉積晚期，研究區由淺湖逐漸轉變為較深湖環境，巖性由含礫砂巖、細砂巖、粉砂巖逐步轉變為泥巖沉積。在下ZB組沉積時期沉積相對穩定，為后期油氣成藏奠定了基礎。上ZB組沉積時期碎屑物沉降速率增快，導致湖區逐漸縮小，直至消失。

2 斷層識別及斷裂特征分析

2.1 基于斷層加強技術的斷層識別

D地區斷裂體系復雜，發育有正斷層、逆斷層、走滑斷層、同生斷層等多種樣式，斷層傾向發育東傾斷裂和西傾斷裂，走向上整體具有NNE走向斷裂體系特征，局部發育NW走向斷裂(圖3)。斷層在研究區的油氣成藏作用中不僅起到油氣輸導作用，還形成多個斷塊圈閉，油氣聚集成藏，因此需要進一步加深對斷裂系統的認識。

對于精細斷裂解釋而言，研究區三維地震資料品質有待提高。研究采用基于多屬性的斷層增強處理技術，首先對地震資料進行解釋性處理，突顯斷裂特征，輔助精細斷裂解釋；其次，依據地震反射同相軸中段、扭動、相變等現象落實低序級斷層；最后結合振幅切片、相干體切片以及斷層增強體相干切片進行斷層組合。

疊后斷層增強處理技術是斷層解釋的重要方法，目的是突出地震剖面上的不連續性特征，這往往是斷點的響應[3-5]。然而由于采集過程中不可避免的噪音的存在，往往會影響到斷層增強處理的效果。因此首先需要對原始資料進行采集腳印的去除以及提高分辨率處理，以免噪音對相干、斷層增強體產生干擾[5]。研究采用疊后多道處理，F-K濾波技術達到壓制噪音、提高資料信噪比的效果。

從處理的結果可以看出，原始地震剖面中的噪音已經得到很好的消除，振幅關系過渡自然(圖4)。

第二步，在去噪后的地震資料應用構造導向濾波技術，將傾角控制和濾波技術相結合，改進原始地震資料品質，突出目標地質體的邊緣特征，有利于構造目標的精細解釋[4]。

圖4 原始地震剖面與去噪后地震剖面對比

傾角控制是通過掃描并計算主測線和聯絡測線所有地震采樣點的一對正交傾角屬性，從而獲得每個樣點處帶有傾角和方位角信息的數據體，最后沿著地層反射傾角方向進行追蹤對比或掃描計算。與普通的邊緣檢測方式不同，加入傾角和方位角信息的前提下，對每個地震道進行對比計算，計算地震屬性的同時保證方向的正確性，提高計算精度與準確度[3-5]。

從應用效果對比圖中可以看出，在經過構造導向濾波及斷層增強處理之后，沒有斷裂發育的區域地震同相軸更連續，而在斷裂發育的區域地震同相軸斷層特征更明顯，斷棱更清晰，有利于指導低序級斷層解釋(圖5)。

第三步，在初步解釋基礎上，首先進行D地區的相干體計算，然后剖面結合沿層切片有效地反映斷裂的平面展布和斷層組合，確定區域斷裂系統的展布情況。隨后，在地震剖面結合斷裂增強相干體解釋的基礎上，通過提取層位邊緣刻畫，斷裂相干沿層切片，斷裂增強沿層切片及常規地震沿層切片等一系列技術手段，相互結合，指導斷裂平面組合。

圖5 原始地震剖面與斷層增強處理后地震剖面對比

由圖6可見，經過上述方法對斷層信息進行增強后，再次提取得到的相干切片具有更高的信噪比，斷裂系統的平面展布特征更加清晰。

2.2 斷裂特征分析

根據斷層解釋結果對D地區斷裂系統進行分析。該地區斷裂系統復雜(圖3)，同時發育有正斷層、逆斷層、走滑斷層、同生斷層等多種斷層樣式，按照斷層傾向分為東傾斷裂和西傾斷裂，走向上整體具有NNE向斷裂體系特征，局部發育有近SN向、NW—SE向斷裂。按位置、規模以及控藏作用等方面綜合考慮，可以將D地區的斷裂系統劃分為以下4類：

(1)西部控盆斷裂。西部邊界斷層走向為NE向，延伸距離較大，僅在研究區內延伸距離就超過17 km，屬于北部逆沖帶，形成南、北兩大背斜帶，背斜構造又被一系列逆掩斷層復雜化。

(2)中部同生斷層。中部斷裂以同沉積斷層為主要特點，一系列的NE走向斷層控制著洼陷帶的形成。斷層分段發育，研究區南部發育規模較大，斷距為400 m，向北斷層規模逐漸減小，原先的斷層落差逐漸減小至消亡，而其東部的斷層落差逐漸增大，成為控帶斷層。

(3)中部西傾斷裂。此類斷層在研究區內有呈NE走向雁列式排列。此類斷裂受多期構造活動影響，早期中生代沉積時期表現為正斷層，后期受到構造反轉擠壓，局部變為逆沖走滑斷層，在南部表現為正斷層，向北逐漸過渡到逆斷層。南、北兩大背斜構造被一系列逆掩斷層和少數正斷層復雜化，這些斷層屬于三級斷層。正斷層發育在背斜構造的左翼，被兩根北西向調節斷層錯開，向NE方向偏移。

圖6 ZG組斷裂平面組合

(4)東部洼陷帶斷層。東部多數發育小規模低序級斷層，形成原因多與局部應力作用有關，多數以高級別斷層的補償斷層的方式出現，與大斷層呈現出斜交或平行的特征，平面則呈現出網狀斷塊構造樣式。

圖7 研究區NE-SW向地震剖面

3 區域構造演化分析及有利圈閉識別

3.1 區域構造演化分析

(1)斷陷期。ZG期是斷陷形成的初始階段，又分為早、晚兩個階段，即ZG早、晚期。在NW向區域拉張作用的影響下，東西部邊界斷層同期發生，凹陷形態由此產生。由于EW向兩條邊界斷層活動差異性較大，其中區塊中段活動較為強烈，南北區域活動強度較弱，因此在凹陷中部形成范圍較廣的沉降區域，地層向兩端厚度逐漸減薄，并且形態呈現出向上翹傾的趨勢。由于該時期來自斷裂帶的物源非常充足，沉積物快速沉降，因此水下扇、扇三角洲沉積發育。最大沉降幅度達2 650 m。

伴隨凹陷的發育，出現部分同沉積斷層，ZG晚期斷裂活動逐漸減弱。在斷裂活動逐漸減弱及ZG早期沉積填平補齊作用下，凹陷內地勢逐漸趨于平緩，在ZG晚期，湖盆發生較大規模湖擴，沉積了100～400 m暗色泥巖。凹陷內ZG組為“粗—細”的正旋回。

下ZB沉積時期，湖盆分布范圍再次擴張，此時湖相沉積分布廣泛，由于物源補充速度小于基底沉降速度，形成大面積淺—深湖相泥巖沉積。該沉積時期，區域構造應力發生劇烈變化，凹陷南部洼槽區的斷階帶構造形態發生改變，基底發生局部抬升，導致其上覆沉積體產生塑性形變，形成背斜等構造形態，為后期油氣成藏提供有利場所。相對于南部斷階帶的地層抬升，中部洼陷區由于差異壓實作用影響，斷層活動異常劇烈，洼陷區形態愈加明顯，沉積厚度增大。同時，西南斷層發育，致使地層向西南翹傾，西南斜坡形成，同時反向斷層開始發育。下ZB沉積后期斷裂活動較弱，新生斷層相對較少，多以反向補償及應力平衡斷層為主，斷層規模較小。

上ZB沉積時期，邊界斷層活動已基本停止，凹陷內部的斷裂發育特征大多數延續下ZB組斷裂的活動特征，這一時期，隨著構造活動整體減弱，全凹陷沉積作用進入廣域淺水湖盆發育階段，匯水洼地向凹陷中心收縮，進積式扇體發育。至上ZB末期，由于受燕山中期運動影響，Ⅱ級、Ⅲ級斷層劇烈活動，由此形成斷壘帶和斜坡帶及一系列復雜的構造樣式，統一的湖盆在該時期解體(圖8)。

圖8 D地區構造演化模式

(2)坳陷期。晚白堊期，凹陷整體抬升，在凹陷西緣，淺部地層由于擠壓應力作用具反轉背斜形態。凹陷西緣的地層抬升幅度較大，遭受到嚴重剝蝕，形成大范圍的削截型地層不整合面構造特征。

在早白堊紀末的燕山中期運動影響下，已經形成了一系列古地形高點，與油氣運移期相互配置，因此認為繼承性發育的構造圈閉成藏是最有利的，從構造角度分析，中部斷壘帶的構造—巖性圈閉最利于成藏。

3.2 有利圈閉識別

D地區斷壘帶位于研究區中部，被斷層分割為多個斷塊。位置上緊鄰西部生烴洼陷，油源充足；目的層下ZB組沉積相帶有利，儲層厚度大、面積廣，儲集條件優越；斷裂發育，復雜的斷裂系統為油氣運移提供立體的溝通渠道；圈閉形成時間較早，具有很好的時空配置關系。該構造背景下目前已有工業油氣發現，實鉆井證實該帶具有良好的成藏條件，具有較大的勘探開發潛力。

另外在東部洼陷帶沿著同生斷裂發育一系列斷塊圈閉，伴隨斷層產生一系列逆牽引背斜，構造條件有利；儲層、油源直接對接，斷裂提供運移通道，運聚條件好，亦形成有利圈閉(圖9)。

圖9 D地區下ZB組頂面構造

在上述兩個有利構造帶內按照圈閉規模、落實程度、儲層條件、成藏條件進行綜合評價，進行圈閉優選，進而指導井位部署。

4 結 論

(1)研究區斷裂系統復雜，根據構造特征可將研究區劃分為西部背斜構造帶、中部背斜斷階帶以及東部洼槽帶3個主要構造帶。

(2)應用斷層增強技術有效突出地震資料的斷層特征，識別出更多的低序級斷層，有效提高斷層解釋精度及準確度，為研究區斷裂特征分析提供依據。

(3)構造演化分析為研究區有利圈閉的識別提供重要依據。中部背斜斷階帶圈閉落實，儲集條件優越，成藏條件較好，具備較大勘探開發潛力；東部洼槽帶緊鄰油源，儲蓋組合良好，也具有較大的勘探潛力。