断层破碎带的建模方法和意义

李少华 ，王利 ，王军 ，李君

(1.长江大学地球科学学院，湖北 武汉 430100；2.非常规油气湖北省协同创新中心，湖北 武汉 430100；3.中国石油吉林油田分公司，吉林 松原 138000；4.中国石化胜利油田分公司地质科学研究院，山东 东营 257015；5.长江大学地球环境与水资源学院，湖北 武汉 430100）

0 引言

在传统地质建模中，通常将断层破碎带当作一个面来处理，没有考虑到断层具有一定的体积，在这种情况下只能通过分析断层两边断块的岩性来判断其性质，无法明确地将断层的结构和属性表示出来，而且通过这种方法获得的断层性质可靠性较差。

前人［1-3］提出了断层破碎带的概念，认为断裂带由破碎带和诱导裂缝带组成，阐述了不同性质地层的断裂带结构特点，并且认为断层破碎带以断层岩和伴生裂缝发育为主要特征。根据露头观测结果，金强等［4］提出断层破碎带由断面充填物和派生裂缝组成，断面充填物和派生裂缝可以沿断面对称分布或不对称分布，且提出了识别方法。

目前，在断块油田的开发中，研究人员越来越重视断层破碎带，这不仅是因为其结构复杂难以识别，还因为它对控制储层中流体的流动路径具有重要作用。在地质建模中，断层是建立构造模型的核心，也是建立地质模型骨架必不可少的部分。传统建模将断层当作一个面，而不是一个具有一定结构和属性的构造带，显然与地表露头显示的地质现象不相符。为此，有必要将断层破碎带的概念引入地质建模中。

1 断层破碎带的内部结构

构造活动造成地层发生拉张性或挤压性破碎，主应力带就是主断层面分布区，两盘破碎产生的各种岩块等物质充填在发生断裂的2断层面之间的空隙中，后期发生胶结，形成断面充填物。另外，由于应力带的不均匀分布，在断层面附近也可能产生派生裂缝。

露头研究表明，断层破碎带主要由断面充填物和派生裂缝组成。然而，在不同性质的地层中，断层破碎带的发育结构不同、发育规模不同，断层破碎带的宽度也不同［5］。断层面附近的断面充填物和派生裂缝呈对称或不对称状态分布，其内部结构类型见图1。其中，a是对称的完整断层破碎带结构，在断层面之间是断面充填物，两边有呈对称分布的派生裂缝；b，c都是不完整的破碎带结构形式，b中2断层面之间只有断面充填物，而c中则只含派生裂缝；d是不对称的完整断层破碎带结构。断面充填物的边界是主要的断裂面，而破碎带边界则是视研究区的具体情况而定。断层性质不同，断面充填物和派生裂缝的发育程度也不同［5］。

图1 断层破碎带结构组合形式

2 断层破碎带建模方法

为了对断层内部结构进行表征，对断层封堵性进行更可靠的预测，本文在断层破碎带概念的基础上提出了一种新的建模方法。该方法与传统建模的区别在于，储层地质建模中，断层破碎带建模的地质概念和构造建模阶段不同。

在A.Skorstad等［6-8］的研究中提到了一种断层破碎带建模方法。其具体做法是：首先，根据传统的地质建模方法，将研究区进行网格化；然后，将断层面两边等个数的网格当作断层破碎带，并将这一部分加密后单独进行网格化；最后，将断层破碎带当作一个单独的区域进行属性模拟。在此基础上，本文提出：在研究区进行网格化处理之前，将2条断层面所圈定的部分当作断层破碎带，断层面之间的距离由断层破碎带的范围决定；然后在断层破碎带中，将其中的断面充填物与裂缝带作为单独的区域进行表征，由此可以表示断层破碎带内部断面充填物与裂缝带的不同组合模式；模拟断层破碎带内部的属性，最终建立了符合实际的地质模型。

新的建模方法原理如图2所示。其中，a，b，c均是把断层作为一个带来考虑的，根据识别出的断层破碎带的不同结构类型和断层面的分布位置作出了对断层破碎带的建模处理；d是把断层作为一个断层面时的建模处理情况。

图2 断层破碎带建模处理方式

在对断层破碎带进行建模时，主要以断层面的位置和断层破碎带的结构组合形式确定其处理方式。分述如下：

1）当断层面在如图1a或1b所示位置时，即当断层面都在断层破碎带中间或断层破碎带只含有断面充填物时，可采用图2a所示的建模处理方式，将含有破碎带的整个区域都表示为该地层的断层破碎带区。

2）当断层面在如图1c所示位置时，即不完整结构的断层破碎带只含有裂缝发育带，而且断层面与上盘相连而断层破碎带边界与下盘相连时，可以采用图2b所示的建模处理方式，即将与下盘相连的破碎带区域当作断层破碎带处理。

3）当断层面在如图1d所示位置时，即具有完整不对称结构的断层破碎带，而且断层面与下盘相连而断层破碎带边界与上盘相连时，可以采用图2c所示的建模处理方式，即将与上盘相连的破碎带区域当作断层破碎带处理。

4）图2d则是将断层当作面时的建模处理方式，即不含断层破碎带。

在利用地震和测井资料识别出断层破碎带的具体结构形态后，根据实际情况采用上述建模处理方法进行结构建模。断层破碎带当作一个面和当作一个带时，建模的处理方法不一样。具体实现过程如下：将断层破碎带当作面处理时，可以用断层线构建出一个代表该断层的断层面（见图3a）；而断层破碎带被当作一个复杂带处理时，将断层破碎带的边界由2个断层面表示，在2个断层面之间的条带区即为断层破碎带区，断层面之间的距离由断层破碎带的范围决定（见图3b）。

图3 断层的处理形式

根据断层破碎带不同的结构类型及相应的处理方式，可以得到图4所示的模拟结果：图4a是具有完整对称破碎带结构时采用图2a的建模处理方式而模拟得到的结果；图4b是具有只含断面充填物的不完整结构时也采用图2a的建模处理方式所得到的模拟结果；图4c是具有完整不对称结构时应用图2b中的建模处理方式所得到的模拟结果；图4d是具有完整不对称结构时应用图2c中的建模处理方式所得到的模拟结果；图4e则是将断层破碎带当作一个面时的模拟结果。

图4 断层破碎带组合形式模拟结果

3 断层破碎带建模的应用及意义

对于实际工区，在运用地震、测井等方法定性识别出地下断层破碎带的位置和大小后，针对断层破碎带内的测井响应，采用定量识别的方法对断层破碎带的内部结构进行识别。在此基础上，按照上述建模方法进行断层破碎带的建模，根据断层破碎带边界和主断面之间的位置关系及断层破碎带内部的组合结构，对断层破碎带的垂向体积大小采用不同的处理方式，从而建立含断层破碎带的地质体模型。根据地质上一系列的断层封闭性研究方法［9-12］研究断层破碎带的封堵性，按照断层破碎带建模方法和断层垂向体积大小处理方式，建立与地质上认识的断层封堵性相一致的地质模型，从而为后期油藏数值模拟提供一个与地下真实情况更相符的地质模型。

过去，以“断层两盘砂泥对置断层封闭，断层两盘砂岩对置则断层开启”的观点来处理断层两盘的封堵性［13］，之后，又出现了“断层的封闭性应该取决于断层破碎带内部的充填物与两盘岩层的排替压力差”的观点［14-15］，这都难以真实反映断层封闭性。而今，提出了“储层-断层破碎带-储层”的对接模式［4］，通过这种模式和两盘岩层的排替压力差的结合，才能更真实地反映断层的封闭性。金强等［4］对断层破碎带结构进行了识别，并将“储层-断层破碎带-储层”的对接模式与两盘岩层的排替压力差进行结合，分析判断了每条断层在各个地层中的连通性和每条断层各个部分的连通性。在地质认识的基础上，确定断层破碎带结构类型后，可以通过上述建模方法得出具有破碎带结构形式的模型；识别出断层破碎带在各个地层、各个部分的封堵性后，可以将断层破碎带的封堵性作为2种极端属性值来进行确定性建模。以具有完整破碎带结构的模型为例，建立了属性模型（见图5）。

图5 断层破碎带封堵性显示结果

图5a显示的是沿着断层破碎带一边具有封闭性，孔隙度可以赋值为0，而另一边是开启的，可以把孔隙度赋一个高值来实现；图5b显示的是断层破碎带在地层上半部分具有开启性，而下半部分具有封闭性。利用这种方法，可以灵活处理各种复杂情况，更真实地表现断层对流体运动的影响。

4 结论

1）断层破碎带在地质建模中往往只被当作一个断层面进行处理，而在露头显示中呈带状分布，具有一定的体积。为了对断层破碎带的结构和属性进行有效表征，需要将断层破碎带作为一个复杂带而不是一个面进行建模。

2）根据不同的断层面位置和断层破碎带结构形式，采用不同的建模处理方式，可以更好地对断层内部结构进行表征。

3）本文提出的断层破碎带建模新方法，能较好地表征断层破碎带的内部结构，描述复杂的断层封堵性，有利于提高流体预测的精度。

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