砂泥互层断点组合类型及其合理性分析——以大庆长垣萨尔图油田为例

刘淑芬 冯耀国 巩 磊 焦 通 盛志成

(①东北石油大学地球科学学院，黑龙江大庆 163318； ②大庆油田有限责任公司采油二厂，黑龙江大庆 163514)

0 引言

断点组合率是衡量复杂断块断层模型构建精度的重要指标。在复杂构造带的断裂解释过程中，断点归属的合理性至关重要。在油田开发阶段断点准确归属直接影响断裂形态精确刻画、断裂样式判别、断裂边部定向井轨迹设计、注采井网合理布置。因此，对钻井过程中遇到的断点准确归属，合理分析断层样式和断点组合方案，提高断层的地震解释精度是复杂断块油藏描述的重要工作。

前人主要利用地震技术刻画断层[1-6]、研究断裂空间组合样式等[7]，对于井点钻遇断点，尤其是“一井多断”、地震不能识别断点的组合方法及其合理性暂缺乏系统性的分析。复杂断块内断层组合样式多样，地层的脆塑性差异、断裂成因机制、断层几何形态特征等均会增加断点数量而加大断点组合难度。为此，基于对复杂断块断点归属的认识，在总结前人研究成果的基础上，笔者从断裂组合形态、断裂二分结构、断层垂向分段生长等方面归纳了断距小于5m的砂泥互层断点组合类型，并分析了各类断点组合的合理性，有效提高了砂泥互层小断距断点组合率。

1 断点组合类型

通过深入分析砂泥互层中断距小于5m的典型断块断点数据和断裂样式，总结出断裂相交、单一断裂破碎带、断裂垂向分段、地震断层端部等4类断点组合类型，建立了相应成因机制的断点组合三维、平面、剖面对应关系(图1)。

图1 断点组合类型

1.1 “一井多断”断点组合

“一井多断”是指单口井点在开发层系内至少出现两个以上断点，依据相邻断点间距离及井点钻遇地层性质将断点组合细分为3类。

1.1.1 断裂相交组合

两条断层在某部位相交，平面上表现为一条次级断层B终止于另一主干断层A。剖面上单井点分别钻遇两条断层断点，依据两条断层的倾向，可以细分为4种组合方式：①A上盘与B反向相交；②A下盘与B反向相交；③A上盘与B同向相交；④A下盘与B同向相交。

1.1.2 单一断裂破碎带

断层具有二分结构，即中心部位的断层核及其周围的断层破碎带[8]，其中破碎带是由多组不同类型的裂缝、变形带和次级断层组成的具有一定宽度的带。在砂泥互层剖面上，若井点钻遇断层核(断距大的断点)附近破碎带，则断层核断点与破碎带断点的断距、断点间距等均具确定的定量关系。

1.1.3 断裂垂向分段

断裂垂向分段主要是由于岩层能干性差异所致[9]，根据断点成因细分为：①释放型。井点钻遇两个断点部位位于砂泥互层，且断距大小相当，剖面上两条断面倾向一致，互相平行；②压缩型。井点钻遇断点位于大套泥岩层(塑性层)，断面近水平。

1.2 零散断点组合

这种零散断点断距一般小于5m，低于地震资料分辨率，其中地震断层端部的零散断点多落在断层延伸方向上，为亚地震断层过程带内断点。

2 断点组合类型合理性分析

2.1 断裂相交组合类型

同期或不同期次的断裂在空间上交切，依据交切方式的不同而形成不同的组合方式，当井点钻遇多条断裂时，表现为断点间距大、断距差异大。两条断层在某部位相交，平面上一条次级断层B终止于另一主干断层A。剖面上单井点分别钻遇两条断层断点，断点1(位于A，断距大)与断点2(位于B，断距小)的间距较大(通常大于A的破碎带范围)，依据交切方式的不同而形成不同的组合方式：①A上盘与B反向相交组合。断点2位于断点1上方，在垂直断层走向剖面上呈“Y”字型组合；②A上盘与B同向相交组合。断点2位于断点1上方，在垂直断层A的走向剖面上呈倒置“Y”字型组合，在垂直断层B的走向剖面上呈“Y”字型组合；③A下盘与B同向相交组合。断点2位于断点1下方，在垂直断层A的走向剖面上呈倾斜“Y”字型组合，在垂直断层B的走向剖面上呈倒置“Y”字型组合；④A下盘与B反向相交组合。断点2位于断点1下方，在剖面上两条断层呈倒置“Y”字型组合。

2.2 单一断裂破碎带组合类型

破碎带是靠近断层核由多组不同类型的裂缝、变形带和次级断层组成的具有一定宽度的带(图1)，破碎带存在广泛的岩石变形[10]。根据断裂断距与破碎带厚度的近似比值(约为10：1)，由断距换算破碎带厚度，如果知道断层与地层的夹角θ(断层倾角)，则根据已知断裂破碎带视厚度d与真厚度h的关系

h=dcosθ

(1)

计算断裂破碎带视厚度(图2)。当井点钻遇的多个断点深度间距l≤d时，可将此类断点归属为断裂的破碎带断点。

2.3 断裂垂向分段组合类型

断层垂向分段生长取决于岩石能干性差异，断层向上传播过程中，弱能干性岩层吸收大量应变，普遍在塑性层形成强制褶皱(断层传播褶皱)，整体表现为单斜构造特征[11-15]。压缩型普遍为多期叠加活动的结果，主要发育于厚层泥岩(松辽盆地青山口组泥岩层)的地质条件下；释放型通常表现为同期活动特征，且广泛发育在砂泥薄互层中(图3)。由于地震分辨率的限制，三维垂向叠覆带规模太小而难以观察，Rykkelid等[16]根据岩层旋转特征有效判定断层与褶皱的关系。若断层具有多期活动特征，且随着断层滑动增大地层逐渐倾斜，岩层倾向具有一致性，断层弯曲部位发育典型的小型微幅度背斜构造，则该断层属于压缩型，在主断裂附近出现，且断点位于大套塑性地层内部，断点附近明显的褶皱变形是该类型的主要标志；若断层下盘出现局部岩层“逆旋转”现象，与其上、下部岩层倾向存在明显差异，井点钻遇相邻断点断距大小相当，则断层具有典型释放型分段生长叠覆特征。

图2 断裂破碎带视厚度与真厚度关系

2.4 断层端部组合类型

由断层核和多组不同类型的裂缝、变形带和次级断层组合成具有一定宽度的带(图1)，孤立断层断距等值线图整体呈椭圆形，中心断层核位移最大，向断层末端逐渐减小至断点位移为零[17]。地震可识别断层称之为地震断层，地震断层末端点是地震分辨断层的极限位置[18](图4)。通过地震断层绘制断层断距—距离曲线图，建立断层位移梯度估算断层尾部的长度。位于断层延伸方向上、且符合断层断距—距离曲线规律的断点属于地震断层端部断点。

图3 断层垂向分段生长扩展类型

图4 断层尾部长度计算方法示意图

3 实例分析

南二、南三区位于大庆长垣萨尔图背斜构造，该背斜枢纽为北北东向，背斜西翼陡、东翼缓，地层倾角小于4.2°。萨尔图油层顶面主要发育北北西向和北东东向两组断裂，北北西向断裂为长期发育断裂，北东东向断裂为晚期形成断裂，北北东向断裂断面倾角为60°～70°。两组断裂互相切割，夹角近90°，形成复杂的交叉断块(图5)。目前该区块断距大于5m的断点组合率为90.3%，断距小于5m的断点组合率为77.3%，密井网条件下未组合断点归属不清，困扰油田开发。

图5 研究区萨尔图油层顶面构造特征(a)萨尔图油层顶面构造图； (b)地震剖面

3.1 断裂相交组合实例

在北北西向断裂形成的断阶带上，局部构造变形严重(图6、图7)。

N2-30-P222井钻遇断点1(断距为44.6m、断点深度为1150.2m)、断点2(断距为2.4m、断点深度为980.2m)，断点间距为170m，在两条断裂走向剖面上次级断裂B在主断裂A上盘一侧GⅡ1层位处地震反射同相轴错断明显，A、B倾向相反，形成“Y”字型组合(图6a)。G174-49井钻遇断点1(断距为168.8m、断点深度为772.0m，位于葡萄花油层)、断点2(断距为3.4m、断点深度为913.6m，位于高台子油层)，在两条断裂走向剖面上B与A反向相交，B在GⅡ1油层上部出现同相轴扭曲、相位转换，A下盘与B反向相交，形成倒“Y”型断裂组合(图6b)。

选取垂直主干断裂的剖面，当A上盘与B同倾向、且A倾角小于B时，N2-D1-224井在SⅡ油层位置出现断点(断距为3.2m)，同相轴错断(图7a)。

图6 两条反向相交断裂断点组合剖面(左、中)、平面特征(右)(a)主干断层A上盘与次级断层B反向相交； (b)主干断层A下盘与次级断层B反向相交

在垂直于次级断裂的走向剖面上，当A倾角小于B时，地震剖面特征清晰，即当A下盘与B同向相交时，B同相轴错断不明显(图7b)。

3.2 单一断裂破碎带组合实例

研究区断裂最大断距不超过150m，根据断裂断距与破碎带厚度的近似比值(10∶1，图2)可知，断裂破碎带最大厚度不大于20m。若断裂倾角为60°～70°，由式(1)计算出的靶区断裂最大视厚度小于40m。统计“一井多断”断点间距可知，约75%的断点间距小于40m，属主干断裂破碎带(图8)，此类断点断距小于5m，由于在地震剖面上位于大断裂附近，同相轴多呈扭曲特征。

3.3 断裂垂向分段组合实例

研究区油层具三角洲前缘沉积特征，主要产油层段单层砂岩厚度小于5m，统计各沉积单元内部泥质含量(图9a)可知：萨尔图油层组SⅡ的砂地比平均值为0.48；葡萄花油层组砂地比平均值为0.46；高台子油层组内部砂地比相对较低，平均值为0.33，GⅣ单元除上部单元局部出现0.40的高值外，基本为低值(不超过0.20)。砂泥互层砂地比的相对低值部位表现为弱能干性，在形变过程中呈相对塑性。依据区内井点数据统计结果，可以从主力目标层内划分出SⅢ8-10、GⅡ2-GⅡ3和GⅣ7-GⅣ18等3套弱能干性力学层序，即3套弱能干性层序控制着断层垂向分段生长的部位。萨尔图、葡萄花油层以砂泥薄互层出现，G187-54井在SⅢ油层附近断距分别为5.4m(断点2)和4.4m(断点1)，断距差异不大，弱能干性地层出现局部同相轴扭曲，表现为释放型分段断裂特征(图9b)；在相对厚度较大的高台子下部(GⅣ)地层中，断裂多期活动形成断裂端部塑性地层局部小背斜，分段断裂叠覆部位地层以挤压形变为主，N1-6-P221井在GⅣ层钻遇断距为12.6m的断点，断点位于断裂上盘局部隆起部位，上部断距较大的断裂在GⅣ塑性层段断面呈水平，与早期形成的下部断裂表现为压缩性分段断裂特征(图9c)。

图7 两条同向相交断裂断点组合剖面(左、中)、平面特征(右)(a)主干断层A上盘与次级断层B同向相交； (b)主干断层A下盘与次级断层B同向相交

图8 “一井多断”破碎带断点组合剖面(左)与断点间距统计图(右)

3.4 断层端部组合实例

将各井点钻遇断点数据投影到各层顶面构造位置，如果井点断点位于地震断层走向延长线上，且井点断距符合断层位移梯度变化，如N3-D11-426井在SⅡ油层只钻遇一个断距为2.8m的断点，通过绘制邻近断裂f1的断距—距离曲线图(图10)，距地震断层极限点80m位置出现2.2m断距，与位于f1断层走向延长线上的N3-D11-426井钻遇的2.8m断距的断点吻合。对于零散分布的孤立断点，通过分析邻近断层断距梯度变化，可有效组合地震断层端部断点。

应用以上方法对研究区断点重新组合，新组合断距为5～10m的断点52个，整体断点组合率达到93.3%，断距小于5m断点的组合率为81.8%，为断层特征分析、断层模型构建以及断裂边部剩余油挖潜提供了精确的断层数据。

图9 垂向分段断层断点组合实例(a)力学层序分析图； (b)释放型； (c)压缩型

4 结束语

通过分析砂泥互层中断距小于5m的断点特征，总结“一井多断”、零散断点组合类型，确定断点组合剖面特征。并结合断层生长机制分析相交断裂、单一断裂破碎带、断裂垂向分段和断层端部等四种组合类型的合理性。在构造复杂的交叉断块断点组合分析过程中，充分分析断点断距大小、断点间距、断点发育部位(能干性差异)和地震响应特征，确定不同地层、地震资料条件下断点组合类型，可以提高断点组合率，降低断层解释的不确定性。