渤海灣盆地沾化凹陷新生界斷層精細表征及地質意義

姚秀田，王 超，閆 森，王明鵬，李 婉

（中國石化勝利油田分公司孤島采油廠，山東東營 257231）

0 引言

中國東部斷塊型油田經過幾十年的注水開發，歷經多輪井網加密優化調整、水動力調整、三次采油等優化，大部分含水率已高于95%，可采儲量采出程度也已超過70%［1-2］，整體進入高含水、高采出階段，剩余油分布更加分散龐雜，挖潛挑戰不斷增大［3］。隨著勘探開發程度的深化，油藏規模越來越小，越來越碎，單個油氣藏規模有限［4］，高序級構造圈閉油藏開發越來越難。復雜斷塊油田的調整余地、開發效果和效益均逐年降低，剩余油挖潛空間越來越?。?］。因此，亟待通過新的構造研究思路，尋找新的隱蔽型圈閉［6］，進一步明確復雜斷塊油田的剩余油富集規律和分布特征，這對于尋找新的挖潛方向意義重大［7-8］。

復雜構造油田斷層的準確識別與定位一直是油田勘探開發中的難題，以往做了大量探索，開發出了許多斷層精細描述表征方法。如基于“井斷點引導”三維互動斷層精細解釋的井-震聯合斷層精細表征技術［9］和精確定位斷層的剖面法、公式法、交點法［10］，以斷層總滑距的X，Y，Z分量來刻畫斷距的方法［11］，基于地震分頻多屬性融合的斷層高精度識別方法［12］等等。還有諸多研究從隱性斷層和隱蔽圈閉角度，通過總結隱性斷層在地震剖面上的表現特征和構造樣式，形成了隱性斷層表征及識別等系列關鍵地質認識與技術［4，6］。這些方法不但提高了斷層及周邊潛力區的精準定位與識別，同時還兼顧地質、工程、地面等多個方面研究，為開發方案設計優化、穩產等油田開發全過程提供了科學依據［13］。對于開發后期的復雜斷塊油田，雖然開發地質認識程度越來越精細，但仍然有不少微小斷層或隱蔽性斷層未能實現精確識別、定位和解釋，對油田開發方案優化調整和開發效果帶來了一定影響。雖然目前對斷層發育初期地質特征表征已成熟，但對于微小斷層、隱蔽性斷層的識別與表征仍無統一的參照標準，對微小斷層識別和發育規律的認識尚存在一定爭議，特別是關于油田開發實踐中微小斷層的構造特征與分布規律，及其對剩余油二次富集的控制作用更是鮮有研究。

墾西斷塊油田是渤海灣盆地沾化凹陷中部的一個斷鼻背斜構造，為一典型進入高含水期的復雜斷塊型油田，斷層極其發育，但受地質分層認識局限和地震資料品質影響，有一些分層和斷層仍未能實現精確定位與表征，許多小微斷層或隱性斷層的認識仍然存在盲區［14-15］。開發后期，隱蔽性小微斷層的發育導致了剩余油分布的多樣化、碎片化、復雜化，加大了層間矛盾和井網優化調整難度［3］。高含水期油田開發實踐經驗表明，復雜斷塊型油田斷層構造的延伸區、繼承區仍是“屋脊式”剩余油的最佳富集區［5，16-17］，因此若能進一步精準識別斷層異常，對主控斷層、微小斷層的斷點位置實現精確定位及外推，不僅能支持層系井網優化調整，還可進一步識別剩余油富集分布區［7］，擴大剩余油潛力挖掘領域，提高油田開發效益。因此，以渤海灣盆地沾化凹陷復雜斷塊油田為例，采用地質和井-震解釋相結合，對縱橫剖面、連井剖面、相干數據體等資料進行綜合分析，通過標志層的重新認識與追蹤解釋，分析隱蔽性小微斷層發育特征和控制因素，建立小微斷層識別標志等，形成一套關于小微斷層的構造識別思路與方法，分析探討隱蔽性小微斷層剩余油二次富集作用，以期為斷塊型油田開發后期剩余油滾動挖潛提供新思路。

1 地質概況

渤海灣盆地是在華北陸塊基底之上發育的中—新生代張性復雜斷塊盆地，盆地內新生代斷裂活動強烈，斷層體系復雜，主控斷層是以北東向為主的走滑體系，與之對應的北東東向、東西向以及北西向斷層構成次級斷層體系［18-20］，形成了復雜的復合構造樣式和復式油氣藏聚集帶［21-23］。沾化凹陷位于渤海灣盆地濟陽坳陷東北部，夾持于郯廬斷裂帶與滄東—蘭聊斷裂帶之間，為一個新生界的拉張斷陷盆地，北以埕東斷裂為界，南部地層區域性抬升超覆過渡于陳家莊凸起之上。沾化凹陷的形成和演化主要受燕山期和喜山期構造運動的影響，主軸方向為北東向，總體上呈“北斷南超”的斷陷構造格局。沾化凹陷內部斷裂發育，受燕山運動所派生的左旋剪切應力場影響，形成了羅西斷層、孤西斷層和五號樁斷層等多條北西向早期控盆斷裂帶［18］；喜山期受郯廬斷裂帶由左旋走滑轉為右旋剪切的右旋應力場作用的影響，產生了一系列派生的北東向、北東東向斷裂，并切割了早期北西向斷裂［24］。平面上斷層表現為弧形或鋸齒形、“S”形、直線形等樣式（圖1a）?？v向上館陶組內及館陶組與明化鎮組之間發育了多個微小角度或平行不整合接觸，形成了由一系列淺層斷裂構造如花狀構造、“Y”字形構造等組成的網格狀復雜斷塊構造樣式［14，18］。

圖1 渤海灣盆地沾化凹陷新生界斷裂體系分布（a）及巖性地層綜合柱狀圖（b）Fig.1 Faults system distribution of Cenozoic（a）and stratigraphic column（b）in Zhanhua Sag，Bohai Bay Basin

墾西斷塊油田構造位置處于渤海灣盆地沾化凹陷中部、孤島凸起西南傾末端，北以孤北斷層為界與渤南洼陷主體相鄰，南以三合村洼陷為界與陳家莊凸起毗鄰［25］。受燕山期和喜山期構造運動的影響，墾西斷塊形成了由多個半地塹和低凸起組成的隆凹相間的復式半地塹構造樣式［14，26-27］。墾西斷塊油田主要含油層系為新近系館陶組砂層和古近系東營組砂層（圖1b）。其中，館陶組是由墾西斷裂的“Y”形分支斷層控制形成的大型斷鼻狀構造，斷層發育，構造復雜；東營組是墾西斷裂的逆牽引滾動背斜構造，整體具有“西高東低、北高南低”的特點。館陶組斷鼻構造軸向接近垂直于墾71 斷塊北部斷層，翼部較寬緩，地層傾角為2o～5o；東營組西部低序級斷層發育，中部和東部構造簡單平緩，地層傾角為3o～8o。墾71 斷塊開發層系以主力層為主，同時最大程度兼顧非主力層井網的完善性，經過長期的頂部、腰部注水開發，開發后期主力層采出程度高、含水率也高，而非主力層井網不完善，嚴重的氣竄、水竄對剩余油進行了復雜切割，導致油水關系和剩余油分布均較復雜，識別難度大。此外，油、水井作業頻繁以及井網不完善，造成井間干擾嚴重，對油層的控制程度差，井間和層間矛盾突出。因此，亟待進行剩余油分布規律再認識和井網優化調整，以提高開發效率。

2 斷層組合樣式

沾化凹陷的復雜斷層網格化特征是歷經多期構造應力場轉換與疊加所致，各期次的斷層分布和組合特征既表現出差異性，又體現出對早期斷層發育特征的繼承性，造成了斷塊型油藏斷層兩側巖層對接關系比較復雜，組合樣式多樣［28］。墾71 斷塊是墾西油田的主力區塊，位于墾西斷裂帶下盤，是由墾西大斷裂及與其相交的“Y”形反向逆牽引背斜和斷鼻構造組成的復合構造［29］。斷面形態有平面式、座椅式和鏟式等，組合形式表現為階梯狀、“入”字形、“Y”字形及復式半地塹等樣式（圖2）。根據剖面上斷層斷面與兩側巖層不同樣式的組合特征，可劃分為脊狀、谷狀、同傾向半脊半谷狀、逆傾向半脊半谷狀以及平行狀等5 種基本組合形式（表1），斷層兩側地層形態主要分為構造脊和構造谷2 種樣式。斷層兩側巖層上傾方向指向斷層面構成脊狀樣式，背離斷層面則為谷狀樣式，斷層面一側地層上傾方向背離斷層面而另一側指向斷層面構成同傾向半脊半谷狀樣式，斷面兩側地層上傾方向均背離斷面則為反傾向半脊半谷狀樣式，斷面兩側地層走向與斷面走向平行為平行狀樣式。通過三維地震剖面解釋，發現研究區斷層斷面與兩側巖層關系主要為同傾向半脊半谷狀樣式，少量脊狀樣式和谷狀樣式，還有一些為平行狀樣式［30］。雖然從斷層的組合樣式上來看，這些斷層發育具有較強的規律性和特征性，但在復雜斷塊油田中，這些斷層以小微斷層居多。對于這類小微斷層的精確表征還有很多挑戰，因為其在井位的斷點難以準確解釋或缺失，在地震剖面上的同相軸也可能只呈現出細微變化，難以識別和確定斷點位置，因此給該類斷層的精確識別與定位增加了難度，需要在不斷提高油藏地質精確認識的基礎上，綜合分析解釋，才能給出斷層的精準表征。

表1 渤海灣盆地沾化凹陷復雜斷塊斷層兩側巖層對接組合基本樣式［28］Table 1 Basic strata docking combination on both sides of faults in complex fault block of Zhanhua Sag，Bohai Bay Basin

圖2 渤海灣盆地墾西油田過K112-K59 井地震剖面斷裂特征Fig.2 Fault characteristics in seismic section across well K112 to K59 in Kenxi oilfield，Bohai Bay Basin

3 斷層精細表征

3.1 斷層地震識別表征流程

復雜斷塊油田的斷層發育較多，地震同相軸反射特征一般不是很明顯。為了提高斷層的識別和解釋精度，以地質分層為指導，在標志層層位精細標定、地震反射同相軸變異特征分析與識別的基礎上，從縱/橫骨干剖面的標志層追蹤解釋出發，對墾西油田標志反射層進行了全面解釋和篩查，建立了一套小微斷層精細識別與表征方法流程（圖3）。在流程解釋過程中，根據高—中—低序級斷層次序，在確定中—高序級也就是主干斷層解釋和精確標定的基礎上，再依據主干斷層的發育樣式、發育過程和機制及其對次級斷層的影響和控制作用，對低序級斷層包括小微斷層、隱蔽性斷層進行二次精細識別與標定。具體流程為：首先對關鍵井的鉆井/測井數據進行精細重新標定和分層，然后在地震剖面上進行全區追蹤，準確確定斷層的斷點位置和斷面形態，確保地震剖面層位解釋與地質分層數據、斷點數據的一致性和吻合性；對于斜井則通過過井典型地震剖面的同相軸特征進行標定和約束解釋，保證地震剖面解釋層位和井地質分層數據相一致；最后結合相干切片，進一步校驗斷層平面組合特征和斷面空間展布特征的合理性。

圖3 渤海灣盆地沾化凹陷墾西油田斷層精細識別與表征解釋方法流程Fig.3 Interpretation process of fine fault identification and characterization of Kenxi oilfield in Zhanhua Sag，Bohai Bay Basin

3.2 斷層識別與定位標志

復雜斷塊構造中的斷層表征定位不精確有其潛在的影響因素，分析其不確定性的制約因素、精確認識和識別異常標志特征，有利于進一步解決不同開發階段中油藏地質認識的不足、盲點及誤區，可為提高斷層精確解釋的正確性與合理性奠定基礎［10］。斷層定位不準確主要是由于對地質認識的不到位和對地震資料的識別不準確所導致，也與測井和地震資料上沒有響應有關，因為當斷層位移量小于地震資料的分辨能力時，斷層本就不易被識別。地質因素主要是由與斷層定位描述相關的控制標志層位標定和認識不準確性決定，而地震資料品質的橫向分辨不高、同相軸連續性差等都會導致斷點縱向定位不夠準確。因此，需要從層位標定追蹤和地震資料的解釋以及斷層樣式和機制等方面入手，同時結合開發井網、開發層系等特征綜合分析，解決斷層準確識別與定位問題。

3.2.1 標志層的變動

由于標志層認識的修正，關鍵井位斷層斷點解釋定位不準確，致使斷點位置誤差較大，甚至根本無法有效判定斷點位置。在已開發斷塊型油藏的老井篩查中發現，控制斷層的井位標志層深度位置仍存在變動，這種斷層往往是高序級的主干斷層。如在GN4-5 井中，由于測井曲線上并無斷層特征，剖面上的上下層位特征不明顯，館陶組上段Ng5層的劃分位置仍不夠精準。結合測井、錄井資料及區域地層特征綜合解釋判斷，本應是標志層Ng5層的粉砂巖層，之前卻解釋成了Ng3層的粉砂巖層（圖4a），原方案中的標志層Ng5層的位置偏下，因此造成斷層位置下移，構造發生變化（圖4b），圈閉幅度和面積減小。新解釋方案中斷點上移，斷面也上移，圈閉幅度和面積均發生了變化。

圖4 渤海灣盆地沾化凹陷中部GN4-5 井斷點位置認識變化（a）及斷層解釋方案變化（b）Fig.4 Recognition variation of fault breakpoint position（a）and new fault interpretation scheme in seismic section（b）of well GN4-5 in central Zhanhua Sag，Bohai Bay Basin

3.2.2 地震同相軸錯亂

大型主干斷層常常會伴生微小斷層或微幅度的假構造，地震剖面上表現為在接近斷層面附近的同相軸特征往往顯示出上拉扭曲、扭動等現象，在遠離主干斷層一定距離后又出現同相軸微錯斷特征，如圖5 中為具有代表性的同相軸微扭曲、微扭動和微錯斷特征。由于在關鍵井位缺乏標志性斷點信息，這種地震剖面上的同相軸變動現象一般會被解釋為“假斷層”，尤其以小微斷層居多。當斷層位移量很小，地震同相軸擾動微弱或沒有時，小微斷層往往被稱為隱蔽性斷層［6］，不易被識別，有時還被認為是巖性油氣藏結構［4］，因此往往缺乏準確認識和解釋。在開展墾西斷塊油田加密井網的井-震聯合斷層精細解釋與篩查過程中，發現了一系列鉆穿這類“假斷層”的井，其地層對比均未反映出斷點的存在，但在地震剖面上又確實顯示出有小斷層存在的同相軸微弱擾動特征。因此對于這類斷層的準確表征，需要通過井-震聯合及精確的標志層位標定，以及井網失控特征，進一步精細刻畫小斷層斷點位置，提高斷層定位與表征精度。

圖5 渤海灣盆地沾化凹陷低序級斷層在地震剖面上的同相軸微扭曲、微扭動（a）和微錯斷（b）現象Fig.5 Event variation characteristics of micro-twist，micro-distortion（a）and micro-misalignment（b）of low-order faults in seismic sections in Zhanhua Sag，Bohai Bay Basin

3.3 斷層解釋

3.3.1 主干斷層識別解釋

沾化凹陷內落差較大的斷層即主干斷層一般都比較容易標定，在確定好標志層位置后，依據地震剖面中反射波（或波組）的不連續性、同相軸錯斷、同相軸數目增減以及地層產狀變化等特征，就可以精確地確定斷層位置及斷面形態。因此，主干斷層的精確表征主要是基于標志層位解釋和精確標定與追蹤。首先以代表性井位，通過井-震結合確定主要標志層，對Ng4，Ng6，Ng7，Ed2底共4 個反射層進行了標定，其主要地震反射特征為：Ng4底為一個中等—強相位波峰，連續性中等；Ng6底為一個中—強相位之上的弱相位波峰，能量稍弱，連續性較好；Ng7底與下伏地層呈平行不整合接觸，地震上為2個中—強相位的頂部波峰，能量中等，連續較好；Ed2底為一組（2～3 個）中—強反射強相位下部中強波谷，能量較強，連續性較好。綜合來看，Ng7，Ed2底這2 個地震反射層的反射特征較好，易于進行全區解釋追蹤，而Ng4，Ng6底2 個反射層的反射特征較差，需要利用地震波組合特征進行全區解釋追蹤。對Ng4，Ng6，Ng7和Ed2層位在剖面上進行了全區追蹤解釋，然后再依據同相軸錯斷特征和地層特征，識別解釋斷點位置和斷面形態，解釋出主干斷層F1，F2，F14，從而獲得精確的斷層解釋結果（圖6）。

3.3.2 小微斷層識別與精細解釋

落差較小的低級序斷層即小微斷層一般斷點特征比較模糊，不易分辨。斷層附近同相軸品質較差，同相軸斷續，不連續性明顯，常發生同相軸的扭曲、分叉、合并等現象，造成斷層標志層位追蹤標定不準確，給斷層精細解釋造成很大困擾。小微斷層往往經歷了多期構造運動的疊加改造，斷層組系樣式多，交錯切割關系復雜。因此，在此類小微斷層解釋過程中，必須結合油田斷塊構造發育演化歷史，通過地震-地質聯合，對標志層位進行準確對比和追蹤標定，通過井上斷點確認與地震剖面同相軸屬性結合，地震剖面上主要依據同相軸錯斷、同相軸數目突然增減、同相軸形狀和產狀突變等特征，重點依據低序級斷層識別標識：同相軸微扭動、同相軸微扭曲、同相軸微錯等標志特征，確保斷層兩側標志層位的斷點個數、斷點位置與地震剖面同相軸解釋相一致，對斷層位置、斷層剖面形態、斷層切割地層等斷層基本形態作出準確合理的解釋，從而確定斷點及斷層位置。依據同相軸微扭曲、微扭動和微錯斷特征，形成了小微斷層的識別與解釋方案（圖7）。由此可見，這類斷層主要分布在主干斷層的兩側，以“Y”形斷層中部發育較多，斷層兩側巖層對接樣式以同傾向的脊狀、半脊半谷狀樣式為主，可能與繼承性斷層發育機制有關。因此繼承性斷層發育導致的同相軸微扭動、微扭曲、微錯特征，為這類斷層的識別和定位提供了關鍵性標志。

3.3.3 斷層平面組合

在大斷層、小微斷層的斷點精細識別與定位基礎上，考慮區域斷層平面組合與分布特征，通過加密縱橫地震剖面測線的精細解釋，準確識別地震剖面上每條斷層的斷點和斷面位置，并根據相鄰測線剖面的相似性和一致性，分層系對斷層的平面組合形態進行分析解釋；再結合相干切片進行對比和校驗，仔細推敲各個層級與序級斷層的斷點位置、斷面形態、延伸長度及組合方式等，確保各個層系斷層平面組合樣式的合理性與一致性；最后，對Ng2+3，Ng4，Ng6，Ng7，Ed2底面等5 個標志反射層的平面斷層組合進行垂向疊合，進一步校驗斷層平面組合樣式與斷層空間立體展布樣式的合理性，獲得理想的斷層平面疊合立體模型（圖8）。該模型中的小微斷層的分布更加合理，“Y”形斷層中間部位的小微斷層刻畫更加精確、準確。

圖8 渤海灣盆地沾化凹陷墾西斷塊斷層平面疊合模型Fig.8 Plane superposed model of faults in Kenxi fault block of Zhanhua Sag，Bohai Bay Basin

4 地質意義

4.1 斷層邊部剩余油挖潛

斷塊油田的斷層邊部往往是剩余油富集區域。通過地質-井-震聯合精準確定斷層的三維空間分布形態，可將斷層邊部原來的“模糊區”“風險區”識別為“剩余油富集潛力區”，擴大深度挖潛增儲方向。斷層邊部的構造圈閉一般定義為斷層在空間上對油層具有封閉遮擋作用的空間范圍，也即斷層面與相鄰油層頂、底界面相交線的平面投影圍成的一個閉合三維空間區域［9］，這往往也是剩余油的有利富集區。通過對斷層斷點的精確識別與定位以及斷層面的可靠落實，高含水斷塊油田的這個三維空間仍有可觀的剩余油富集分布潛力，是重要的挖潛對象。因此通過斷層精細表征，基于斷層疊合模型，可實現斷層兩側外擴新增地質儲量潛力評估，并實現新增產能實施方案。基于本文斷層解釋方法，通過利用新三維地震資料，詳細落實標志層和斷點，建立斷層模型進行挖潛和井網優化調整，在墾西油田發現了剩余油聚集潛力區23 個，新增儲量266×104t，增打水平井11 口，增打直斜井15 口，增打側鉆井12 口；實現新建產能4.4×104t，取得了很好的挖潛開發效果。同時在孤島油田的應用實踐中，利用新三維地震資料，通過斷點重新解釋定位，也實現了孤島油田南北兩側斷層外擴范圍達50～200 m，新增儲量358×104t，實施產能方案5 個，新建產能6.1×104t（圖9）。

圖9 渤海灣盆地孤島油田斷層邊部外擴新增潛力區分布Fig.9 Distribution of new potential areas in fault edge expansion section in Gudao oilfield，Bohai Bay Basin

4.2 構造組合優化

對斷點、斷層組合的重新認識，特別是新增的小微斷層組合，使得油藏構造格局發生變化，原來的注采井網已不能滿足新構造格局的需要，開發效果受到影響。本次研究中針對沾化凹陷墾西斷塊油田的Ng7頂層構造，通過斷層精細構造解釋，重新落實了2 條斷層，新識別解釋出4 條小微斷層。在沾化凹陷墾西斷塊油田新Ng7頂面微構造圖中（圖10），斷層對油藏的控制更加明顯，斷層構造及其邊部外擴區域與無斷層控制區域的井網密度、水驅控制程度對比結果顯示，受以往斷層及斷層邊部解釋模糊或缺乏斷層控制以及井位躲避斷層、斷層斷失、斷層遮擋等因素影響，有斷層斷邊區域與無斷層控制區域相比，具有低井網密度、低水驅控制程度、低采出程度，而高含油飽和度等特征，反映出斷層邊部剩余油相對富集，但又缺乏井網控制，也造成了井網不完善、井間與層間矛盾突出等問題，因而成為高含水斷塊型油田剩余油進一步挖潛的重點目標區［9］，包括井網優化挖潛和儲量增加挖潛。因此，依據新的斷層精細表征方案，針對斷層控制或斷邊區域所謂“屋脊式”剩余油分布聚集區進行綜合調整挖潛，可明確調整方向，為實施整體治理和優化完善井網布局提供基礎依據，能夠真正實現油田的提速提效開發。

圖10 渤海灣盆地沾化凹陷墾西油田原Ng7頂面微構造圖（a）和精細小微斷層解釋獲得的新Ng7頂面微構造圖（b）對比Fig.10 Structural map comparison of old microstructure of Ng7 top surface（a）and new microstructure of Ng7 top surface after small and micro fault fine interpretation scheme（b）in Kenxi oilfield of Zhanhua sag，Bohai Bay Basin

5 結論

（1）渤海灣盆地沾化凹陷高含水期復雜斷塊油田斷層組合樣式復雜，小微斷層發育，通過基于斷點識別、斷面解釋、斷層平面組合驗證、斷層空間疊合建模等多技術聯動方法，可提高各主干斷層、小微斷層的斷點識別與定位精度，加強斷層在平面上和空間上的組合樣式與形態的合理性，使得斷點位置、斷層平面組合樣式及斷層空間疊合分布特征更加合理，斷層空間展布模型更加精確，形成了井-震聯合斷層精細表征方法。

（2）沾化凹陷復雜斷塊油藏地震剖面上繼承性斷層發育導致的同相軸微扭動、微扭曲、微錯斷等為小微斷層發育的重要特征，是小微斷層精細表征的關鍵性標志。

（3）斷層精細表征認為沾化凹陷復雜斷塊油藏斷層的斷邊“盲區”和“模糊區”為剩余油富集的潛力區，為剩余油分布規律的認識提供了依據，實現了斷層兩側外擴新增地質儲量，進一步明確了斷層斷邊區“屋脊式”剩余油分布挖潛方向和開發方案調整方向，為優化井網布局、實施精準治理及開展合理井型組合等提供了科學依據。