断层分段生长定量判别标准的建立及其地质意义 ——以松辽盆地杏北开发区萨尔图油层为例

2014-04-28王海学李明辉沈忠山付晓飞程志远王彪

地质论评 2014年6期

王海学，李明辉，沈忠山，付晓飞，程志远，王彪

1) 东北石油大学，地球科学学院，黑龙江大庆，163318； 2)大庆榆树林油田开发有限责任公司地质研究所，黑龙江大庆，163453；3)大庆油田有限责任公司第四采油厂地质大队，黑龙江大庆，163511

内容提要: 为了降低地震断层解释中的不确定性，以松辽盆地杏北开发区三维地震资料为靶区，以断层“转换位移/离距(D/S)”为基础，建立了断层平面分段生长定量判别标准，其中，侧列叠覆、开始破坏和完全破坏3个阶段的临界D/S分别为0.27和1。研究结果表明，① 杏北开发区278+273断层是由278断层和273断层侧列叠覆组成，同时验证了断层分段生长定量判别标准的可靠性；② 断圈类型由单断下盘翘倾型断圈校正为侧列叠覆断层孤立型断圈，同时断圈范围也明显变小；③ 断层封闭性评价由整体评价校正为278断层和273断层分别独立评价。因此，断层组合校正对油气田勘探开发方案的精确部署具有重要的指导意义。

断层是油气田勘探开发过程中重要的构造，近年来主要侧重于研究断裂在油气成藏中的作用(付广等，2010；孙同文等，2012；付晓飞等，2012)。然而，由于地震分辨率限制，地震解释中经常忽略一种重要的地质现象——断层分段生长。裂陷盆地断层分段生长具有普遍性(Peacock，1991；Trudgill et al.，1994；Cartwright et al.，1995；Kim et al.，2005；Yang Minghui et al.，2008；王海学等，2013)，分段生长是裂陷盆地断层形成演化过程必不可少的阶段，主要经历三个阶段：孤立成核阶段、“软连接”阶段和“硬连接”阶段，不同生长阶段伴随不同类型断圈的形成。断圈的划分与岩层区域倾向(Kim et al.，2005)和断层分段生长组合方式具有密切关系，在岩层区域倾向一定条件下(以反向断层为例)，分段生长断裂可能表现为四种类型断圈：单断上盘断弯遮挡型、单断下盘翘倾型(Childs et al.，1995)、侧列叠覆断层共控型(Childs et al.，1995)和侧列叠覆断层孤立型断圈；同时断圈类型划分是封闭性评价的基础，即断层组合模式不同直接影响断圈类型划分和封闭性评价。针对这一问题，本文欲以松辽盆地杏北地区萨尔图油层为例，结合转换(relay)位移(即叠覆段断层系的位移之和)与离距(separation)的关系(Soliva et al.，2004，2008)、叠覆段最大长度与断层系总长度的关系(Acocella et al.，2000，2005)、差异伸展量或伸展系数以及断层系总长度与离距的关系等相关参数研究，建立一套平面断层分段生长连接标准，厘定断层组合方式的正确性，明确断圈类型，从而为封闭性评价奠定基础，同时为有效降低油气勘探开发的风险性提供理论和方法的指导。

1 断层分段生长定量判别标准的建立

图1 “软连接”和“硬连接”断层相关术语Fig. 1 The related terminology of “soft-linkage” and “hard-linkage” fault(a) “软连接”组合断层；(b) “硬连接”组合断层(a) “soft-linkage” assemblage fault；(b) “hard-linkage” assemblage fault

断层分段生长具有普遍性，由于地震分辨率限制，常见分段生长的两条断裂被解释成一条断裂的现象。为了有效降低断层解释的不确定性，结合Soliva等(2004)等的研究成果，提出了应用“转换位移(D)/离距(S)”定量厘定断层生长阶段的方法——断层分段生长定量判别标准。然而，不同断层生长阶段转换位移和离距的确定具有一定差异，对于“软连接”侧列叠覆断层，转换位移(D)是指叠覆断层段中心处两条断层位移之和，离距是指叠覆断层段中心处两断层间的垂直距离(Soliva et al.，2004，2008)(图1a)；对于硬连接断层，转换位移是断层A与消亡(abandoned)断层B叠覆段中心处两条断层位移之和，离距是指断层A与消亡(abandoned)断层B叠覆段中心处两条断层间的距离(图1b)；如果由于地震分辨率限制，消亡断层B可能不发育，转换位移等于断层走向突变段中部位移，离距等于近平行段断层间的距离的一半(图1)。

图2 断层分段生长定量判别标准Fig. 2 The quantitative discrimination criterion of fault segmentation growth

结合国内外已发表断层相关数据(Soliva et al.，2004，2008)，以松辽盆地三维地震数据为基础，统计断层转换位移(D)与离距(S)数据，完善断层分段生长连接定量判别标准。当D/S小于0.27时，断层段处于侧列叠覆阶段——“软连接”阶段，两断层相互作用，其间具有典型转换斜坡特征；当D/S介于0.27～1时，处于开始破裂阶段——“软连接”阶段，断层叠覆区开始发育次级断层或彼此开始相互生长连接；当D/S大于1时，断裂处于完全破裂阶段——“硬连接”阶段，两断层生长连接形成一条规模较大的断层，即划分为侧列叠覆、开始破坏和完全破坏3个阶段(图2)。

2 分段生长断层的识别及平面组合校正

图3 松辽盆地杏北区块校正前和校正后278+273断层分布特征Fig. 3 The distribution characteristic of fault 278+273 before and after correction in Xingbei Block, Songliao Basin(a)校正前断裂分布；(b)校正后断裂分布(a)Distribution of fault before correction；(b)Distribution of fault after correction

表1 278+273断层转换位移与离距关系Table 1 The relationship between separation and relay displacement of 278+273 fault

图4 萨尔图油层顶面278+273断层断距—距离曲线Fig. 4 The throw—distance curve of 278+273 fault in top surface of Saertu reservoirs

杏北开发区278+273断层原始解释为两条硬连接断层，278断层发育末端消亡断层，断层下盘发育1个断圈，其上盘与消亡断层相交部位发育一个小断圈(图3a)。从278+273断层断距—距离曲线来看，该断层为典型分段生长断层，发育4个断层分段生长点(分别为①、②、③和④)，表现为5段式生长特征(图4)。基于断层分段生长定量判别标准，杏北开发区278+273断裂在③号分段点(Trace1021)D/S为0.55(表1)，两断层在萨尔图油层顶面应处于“软连接”阶段——开始破裂阶段；结合过叠覆区地震精细解释，证实278和273断裂叠覆区地震反射连续(图5)，因此，该断层是由278断层和273断裂侧列叠覆组成(图3b)。而①、②和④号分段生长点D/S值均大于1(表1)，处于“硬连接”阶段。

图5 松辽盆地杏北地区典型地震剖面(平面位置如图3b)Fig. 5 The typical seismic profile in the Xingbei block, Songliao Basin(The plane position as shown in figure 3b)

3 断层组合校正的地质意义

图6 断层平面组合对断圈类型划分和封闭性评价的影响Fig. 6 The effect of fault plane assemblage on classification of fault-trap type and sealing evaluation

油田勘探实践表明：断层组合校正是断圈类型划分及封闭性评价的基础。从杏北开发区典型实例可以看出，断层校正前278+273断层下盘发育一个整体翘倾断圈，上盘与消亡断层形成一个断弯遮挡型断圈(图3a，图6)；断层组合校正后，该断层明显是由278断层和273断层侧列叠覆组成，断圈类型由单断下盘翘倾型断圈校正为侧列叠覆断层孤立型断圈，其中278断层下盘发育3个断圈，273断层下盘发育一个断圈(图3b，图6)。

同时断圈类型划分是封闭性评价的基础(付晓飞等，2011)，即断层组合校正也影响断层侧向封闭性定量评价。断层组合校正前，278+273断层下盘封闭性按照1个断圈整体评价，该断层上盘需要考虑进一步消亡断层侧向封闭能力；经断层组合校正后，需要分别评价278断层和273断层的封闭能力(图3，图6)，因此断层组合校正明显制约着油气田勘探开发方案的精确部署。