旋轉(zhuǎn)斷層在王集油田的識別和應(yīng)用
——以W15井區(qū)為例

張 云，李曉娜，李偉才，王 芳，劉士夢

(1.中國石化河南油田分公司勘探開發(fā)研究院，河南南陽 473132；2.河南省提高石油采收率重點(diǎn)實驗室，河南南陽 473132)

王集油田位于泌陽凹陷北部斜坡帶的中段，總體上為一由東南向西北方向逐漸抬升的寬緩鼻狀構(gòu)造，發(fā)育一系列北東向和北北東向的正斷層。受廖莊組沉積末期區(qū)域隆升影響，泌陽凹陷東緣、南緣邊界斷層交匯處下陷，基底斷裂反扭共同形成了扭動-撕裂型北北東向張扭性斷裂，北東向斷裂的順扭作用則形成北西向的次級斷層[1-2]，導(dǎo)致研究區(qū)內(nèi)斷層極為發(fā)育，相互交叉切割，斷點(diǎn)組合難度大。核桃園組核三段下部受高能沉積環(huán)境和地層深度等原因影響，地震資料信噪比低，反射波同相軸橫向變化大、無連續(xù)性，地層產(chǎn)狀變化劇烈，層位閉合難度較大[3-4]，給構(gòu)造精細(xì)研究帶來很大困難。

1 概況

王集油田共發(fā)育10條北東向的三級斷裂，西翼發(fā)育的f1-f6號斷層傾向南東，東翼發(fā)育的f7-f10號斷層傾向北西，共同作用形成了軸部的地塹構(gòu)造。

王集油田地層層序正常，自上而下鉆穿地層為新近系的平原組+鳳凰鎮(zhèn)組、古近系的廖莊組、核桃園組、大倉房-玉皇頂組(未鉆穿)。核桃園組分為核一段(Eh1)、核二段(Eh2)和核三段(Eh3)。

W15井區(qū)位于王集油田鼻狀構(gòu)造的軸部，為幾組掉向相反的斷層夾持所形成的地塹。研究區(qū)內(nèi)斷層發(fā)育，受斷層切割影響，斷塊破碎、圈閉含油面積小，含油層位主要為古近系核桃園組核三段Ⅲ油組(Eh3Ⅲ)。

2 研究思路及方法

W15井區(qū)為f6、f7號斷層夾持所形成的地塹，地層自南向北逐漸抬升，中間發(fā)育一條近南北走向、傾向向西的層間調(diào)節(jié)斷層f6-3。但近兩年在W15井區(qū)新完鉆兩口井的鉆井資料與原地質(zhì)認(rèn)識不符，主要表現(xiàn)在以下兩個方面。

(1)構(gòu)造不符。新完鉆井EW23-2井的Eh3Ⅲ6層頂實鉆井深比W15井淺9.5 m，而原構(gòu)造顯示，EW23-2井位于W15井的低部位；地層對比結(jié)果顯示，EW27-2井Eh3Ⅲ6層頂未斷失，但在原構(gòu)造上該井被f7號斷層斷失(圖1)。

(2)油水關(guān)系不符。在Eh3Ⅲ6層頂原構(gòu)造上，比W15井構(gòu)造位置低的EW23-2井和EW27-2井投產(chǎn)Eh3Ⅲ6小層均為油層，而W15井試油結(jié)論為同層，表現(xiàn)出油水關(guān)系矛盾(圖1)。

圖1 研究區(qū)原構(gòu)造

為了更好地認(rèn)識研究區(qū)構(gòu)造特征、解決油水關(guān)系矛盾的問題，對研究區(qū)開展了地質(zhì)特征再認(rèn)識，在小層細(xì)分對比復(fù)查的基礎(chǔ)上，選取合理的網(wǎng)狀剖面，結(jié)合地震資料進(jìn)行斷點(diǎn)組合，保證斷點(diǎn)閉合、地層閉合。同時，結(jié)合區(qū)域成藏背景，建立斷裂模式，指導(dǎo)構(gòu)造恢復(fù)[5-8]。在構(gòu)造初步恢復(fù)后，利用斷面圖、生產(chǎn)資料等反復(fù)驗證構(gòu)造的準(zhǔn)確性，使其不斷接近地下真實情況[9-14]。

2.1 地層對比復(fù)查

地層對比是石油天然氣開發(fā)的重要基礎(chǔ)工作，主要是根據(jù)不同地區(qū)或不同剖面地層的各種屬性或特性進(jìn)行比較，確定地層單位的地質(zhì)年代或地層單位的對應(yīng)關(guān)系和分布規(guī)律。

地層對比主要遵循以下兩個原則：一是地層物質(zhì)屬性相當(dāng)?shù)脑瓌t，由于地層的屬性或劃分依據(jù)不同，所劃分的地層單位也不一致；二是不同類型或不同地層單位的地層對比不一致的原則，由于地層單位不同，或者說地層對比的屬性不同，對比的界線不可能一致。

地層對比常用的方法有：巖石學(xué)方法、生物地層對比法、構(gòu)造運(yùn)動面對比法、同位素年齡測定法、磁性地層對比法等。

W15井區(qū)已經(jīng)投入開發(fā)多年，地層對比復(fù)查主要采用巖石學(xué)方法，根據(jù)已確定的8個在全區(qū)穩(wěn)定分布的泥巖標(biāo)志層，對研究區(qū)所有井的地層對比結(jié)果進(jìn)行重新復(fù)核。結(jié)果顯示，有2口井?dāng)帱c(diǎn)發(fā)生了變化，新增6個斷點(diǎn)，斷點(diǎn)的深度及斷失層位變化見表1。

表1 王集油田W15井區(qū)斷點(diǎn)變化統(tǒng)計

2.2 斷點(diǎn)組合

斷裂指當(dāng)巖層受到外力作用，發(fā)生機(jī)械破裂而形成的構(gòu)造，包括斷層、裂縫、裂隙、劈理等。巖層或巖體沿斷裂面發(fā)生顯著位移的構(gòu)造叫斷層，斷層在油氣藏中廣泛分布，其規(guī)模大小不一，對油氣的聚集和運(yùn)移有著重要的影響，因此必須對油氣藏中的斷層產(chǎn)狀進(jìn)行認(rèn)識。

當(dāng)油氣井鉆遇斷層時，在單井剖面上某個深度表現(xiàn)出地層的缺失或重復(fù)，該深度點(diǎn)即為斷點(diǎn)。剖面法是地質(zhì)學(xué)中常用來定位斷層的方法，主要是通過繪制過井點(diǎn)的地質(zhì)剖面，對剖面上斷點(diǎn)進(jìn)行組合，將同一條斷裂活動產(chǎn)生的斷點(diǎn)聯(lián)系起來，以確定每條斷層的性質(zhì)、分布狀況及其相互關(guān)系。

2.2.1 網(wǎng)狀剖面選取

網(wǎng)狀剖面的選取需滿足以下幾個方面：①剖面線盡可能與斷層垂直，能更真實地反映斷層的產(chǎn)狀；②剖面線上的井盡可能選用直井，或斜度較小的井，以減少井軌跡投影對斷點(diǎn)組合的影響；③要求剖面閉合，以實現(xiàn)研究區(qū)的地層閉合、斷層閉合(圖2)。

圖2 研究區(qū)剖面線位置

2.2.2 斷點(diǎn)組合關(guān)系確定

斷點(diǎn)組合一般遵循以下原則：①充分利用地震資料；②相鄰斷點(diǎn)落差差別很大(相差3倍以上時)，需先研究差別的原因，再決定是否相連；③若斷層兩側(cè)地層產(chǎn)狀相似或基本相似，則可以相連，若斷層兩側(cè)地層產(chǎn)狀發(fā)生突變，應(yīng)先分析其成因，再考慮是否相連；④在一組平行的剖面中，相同的兩條斷層的切割關(guān)系，表現(xiàn)出一致性。

研究區(qū)核三段Ⅳ油組以上地層地震品質(zhì)較好，可參考地震資料進(jìn)行斷點(diǎn)組合[15-16]，主控斷層f6、f7號斷層在地震剖面中同相軸錯斷明顯，通過參考地震資料，對剖面線上井位的斷點(diǎn)進(jìn)行歸位；深層地震資料品質(zhì)較差，斷層交切關(guān)系不明顯，可根據(jù)斷層的傾向，將斷距相近的斷點(diǎn)連起來(圖3a)。研究結(jié)果表明，研究區(qū)從淺到深發(fā)育三組“y”字型組合關(guān)系的斷層(圖3b)。

圖3 研究區(qū)地震剖面和構(gòu)造剖面

2.3 斷裂模式建立

結(jié)合地震資料，利用剖面法對斷點(diǎn)進(jìn)行初步組合，f7號斷層面中出現(xiàn)斷距為22.0 m的異常點(diǎn)，且對構(gòu)造進(jìn)行初步恢復(fù)后，該斷層上下盤的地層傾向由北西向變化為南東向，與常規(guī)的斷層上下盤地層具有繼承性的認(rèn)知不符。通過對f7號斷層上下盤的地層產(chǎn)狀研究，發(fā)現(xiàn)斷面中間出現(xiàn)斷層斷距較小的樞紐點(diǎn)，且斷層下盤地層發(fā)生旋轉(zhuǎn)，兩盤地層產(chǎn)狀差異大，認(rèn)為f7號斷層具備旋轉(zhuǎn)斷層的特征。

旋轉(zhuǎn)斷層是斷盤發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的斷層[17-18]，其旋轉(zhuǎn)方式有三種：①旋轉(zhuǎn)軸平行斷層面走向，并且位于一側(cè)斷盤中(模式一、模式二)；②旋轉(zhuǎn)軸垂直于斷層面，各處的位移矢量從旋轉(zhuǎn)軸向外逐漸變大(模式三、模式四)；③旋轉(zhuǎn)軸位于斷層的一端，表現(xiàn)為橫切斷層走向的各個剖面上的位移量不同(模式五)(圖4)。

圖4 旋轉(zhuǎn)斷層斷裂模式

2.4 斷點(diǎn)組合關(guān)系驗證

斷點(diǎn)組合后，繪制出f7號斷層斷面圖，并根據(jù)斷面圖的形態(tài)初步判斷斷點(diǎn)組合的正確性。該條斷層斷面平滑，無明顯異常點(diǎn)，呈北東走向，平面上局部發(fā)生弧形偏轉(zhuǎn)，傾向約312°，斷層傾角為32°～43°，由淺到深呈現(xiàn)出由陡變緩再變陡的趨勢，斷距為21.0～322.0 m(圖5)。

圖5 f7號斷層斷面

2.5 斷裂模式應(yīng)用及構(gòu)造特征驗證

f7號斷層整體呈北東走向，傾向北西，斷層傾角由淺到深逐漸變小，剖面中呈現(xiàn)上陡下緩的“鏟型”。在地塹中心復(fù)雜應(yīng)力作用下，f7號斷層下盤在模式二、模式四共同作用下發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，下盤地層傾向相對上盤發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，斷距突變的異常點(diǎn)即為旋轉(zhuǎn)斷層的樞紐點(diǎn)。在該斷裂模式的指導(dǎo)下，對研究區(qū)的構(gòu)造進(jìn)行恢復(fù)，f7號斷層上盤地層發(fā)生偏轉(zhuǎn)，地層傾向北西，與下盤地層繼承性較差。該構(gòu)造解釋結(jié)果解決了Eh3Ⅲ6層頂上構(gòu)造關(guān)系和油水關(guān)系矛盾的問題。隨后，在研究區(qū)部署了1口新井W15-1井，該井實鉆結(jié)果與新的構(gòu)造解釋相符，證明新的構(gòu)造解釋是正確的(圖6)。

圖6 研究區(qū)Eh3Ⅲ6層頂面構(gòu)造及平面分布

3 結(jié)論

(1)研究復(fù)雜斷塊油田構(gòu)造特征時，若斷層上下盤地層傾向發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，考慮旋轉(zhuǎn)斷層發(fā)育。

(2)結(jié)合區(qū)塊成藏背景，建立斷裂模式，指導(dǎo)斷裂系統(tǒng)研究。

(3)通過研究認(rèn)為王集油田W15井區(qū)f7號斷層為旋轉(zhuǎn)斷層，使得斷層上盤地層傾向發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)。王集油田斷點(diǎn)組合多解性的特征，決定了該區(qū)的構(gòu)造恢復(fù)是一個反復(fù)過程，不斷地對斷點(diǎn)組合結(jié)果進(jìn)行反復(fù)驗證，使其不斷接近地下真實情況。