基于断层识别技术的构造演化分析及有利圈闭识别

吴志华

(中国石化胜利油田分公司 勘探开发研究院，山东 东营 257015)

近年来，已经在Z凹陷发现多个油田，并逐渐投入开发，并且在D区块的断垒带见到良好的油气显示，获得工业油流。D区块断层非常发育，断裂活动对于油气运移和储存起到关键作用，而不同级别、不同类别的断层，起到的作用也大不相同。对研究区断裂系统的认识关系到该地区进一步的勘探与开发，是当前工作的重点及难点。在构造研究过程中，断层的解释以及组合是判断油气圈闭的重要步骤。D地区断层非常复杂，低序级断层非常发育，断层间组合关系难以确定，常规地震剖面断层解释难以满足研究精度需求。研究充分利用三维地震资料，运用断层增强技术，提高地震资料品质，结合相干体剖面及切片，结合断层的地震剖面特征，落实断裂系统分布，并对构造演化过程进行分析，为后期的圈闭识别及井位设计提供可靠依据[1-2]。

1 地质背景

D区块构造上位于G盆地中部，Z凹陷的西北部，以背斜带与断阶带为主要特征，油气十分富集，是Z凹陷内增储的重要阵地(图1)。Z凹陷是在古生界褶皱基底上发育起来的中生代凹陷，本区自下而上发育的地层包括古生界基底、侏罗系、白垩系、古近系、新近系和第四系。其中中生界白垩系是该区域主要的含油气层，可进一步细分为下白垩统的ZG组、下ZB组、上ZB组和上白垩统SY组、BY组(图2)。

图1 Z凹陷区域构造位置

从构造上看本区整体上是一个北高南低、西高东低的长条形断背斜构造(图1)，区域上包含西北部D地区及西南部两个构造高点，南北两侧被NE—SW走向的大断层控制。D地区位于Z凹陷西北部，是Z凹陷的重要油气富集区。主要发育一系列NE走向西倾断裂，东部发育NNE走向同生断裂，两组断层交互形成一系列复杂断块(图3)。研究区位于隆起构造带，根据构造特征可将研究区划分为西部背斜构造带、中部背斜断阶构造带、东部洼槽带构造带。西部隆起断阶带由一系列反向断层将断鼻切割成若干个断块。

图2 Z凹陷地层层序

图3 D地区下ZB组断层纲要

研究区构造上分为前陆期、裂谷断陷期、断陷期和坳陷期几个主要的发育阶段。白垩系之前长期处于隆升、不断遭受剥蚀的状态，因此在白垩系底部及白垩系上、下统之间均为不整合接触。至早白垩世研究区开始受到区域拉张作用影响，塑造了当今的构造格局。

从沉积上看，下白垩统水体自下而上逐渐变深，早期发育大规模的扇三角洲相沉积。同时受到大规模火山喷发作用以及剧烈的断层活动影响，形成一套火山沉积。下ZB组是研究的主要目的层，该时期的地层岩性主要为含砾砂岩、细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩与泥岩，地层储集性能较好。下ZB组沉积晚期，研究区由浅湖逐渐转变为较深湖环境，岩性由含砾砂岩、细砂岩、粉砂岩逐步转变为泥岩沉积。在下ZB组沉积时期沉积相对稳定，为后期油气成藏奠定了基础。上ZB组沉积时期碎屑物沉降速率增快，导致湖区逐渐缩小，直至消失。

2 断层识别及断裂特征分析

2.1 基于断层加强技术的断层识别

D地区断裂体系复杂，发育有正断层、逆断层、走滑断层、同生断层等多种样式，断层倾向发育东倾断裂和西倾断裂，走向上整体具有NNE走向断裂体系特征，局部发育NW走向断裂(图3)。断层在研究区的油气成藏作用中不仅起到油气输导作用，还形成多个断块圈闭，油气聚集成藏，因此需要进一步加深对断裂系统的认识。

对于精细断裂解释而言，研究区三维地震资料品质有待提高。研究采用基于多属性的断层增强处理技术，首先对地震资料进行解释性处理，突显断裂特征，辅助精细断裂解释；其次，依据地震反射同相轴中段、扭动、相变等现象落实低序级断层；最后结合振幅切片、相干体切片以及断层增强体相干切片进行断层组合。

叠后断层增强处理技术是断层解释的重要方法，目的是突出地震剖面上的不连续性特征，这往往是断点的响应[3-5]。然而由于采集过程中不可避免的噪音的存在，往往会影响到断层增强处理的效果。因此首先需要对原始资料进行采集脚印的去除以及提高分辨率处理，以免噪音对相干、断层增强体产生干扰[5]。研究采用叠后多道处理，F-K滤波技术达到压制噪音、提高资料信噪比的效果。

从处理的结果可以看出，原始地震剖面中的噪音已经得到很好的消除，振幅关系过渡自然(图4)。

第二步，在去噪后的地震资料应用构造导向滤波技术，将倾角控制和滤波技术相结合，改进原始地震资料品质，突出目标地质体的边缘特征，有利于构造目标的精细解释[4]。

图4 原始地震剖面与去噪后地震剖面对比

倾角控制是通过扫描并计算主测线和联络测线所有地震采样点的一对正交倾角属性，从而获得每个样点处带有倾角和方位角信息的数据体，最后沿着地层反射倾角方向进行追踪对比或扫描计算。与普通的边缘检测方式不同，加入倾角和方位角信息的前提下，对每个地震道进行对比计算，计算地震属性的同时保证方向的正确性，提高计算精度与准确度[3-5]。

从应用效果对比图中可以看出，在经过构造导向滤波及断层增强处理之后，没有断裂发育的区域地震同相轴更连续，而在断裂发育的区域地震同相轴断层特征更明显，断棱更清晰，有利于指导低序级断层解释(图5)。

第三步，在初步解释基础上，首先进行D地区的相干体计算，然后剖面结合沿层切片有效地反映断裂的平面展布和断层组合，确定区域断裂系统的展布情况。随后，在地震剖面结合断裂增强相干体解释的基础上，通过提取层位边缘刻画，断裂相干沿层切片，断裂增强沿层切片及常规地震沿层切片等一系列技术手段，相互结合，指导断裂平面组合。

图5 原始地震剖面与断层增强处理后地震剖面对比

由图6可见，经过上述方法对断层信息进行增强后，再次提取得到的相干切片具有更高的信噪比，断裂系统的平面展布特征更加清晰。

2.2 断裂特征分析

根据断层解释结果对D地区断裂系统进行分析。该地区断裂系统复杂(图3)，同时发育有正断层、逆断层、走滑断层、同生断层等多种断层样式，按照断层倾向分为东倾断裂和西倾断裂，走向上整体具有NNE向断裂体系特征，局部发育有近SN向、NW—SE向断裂。按位置、规模以及控藏作用等方面综合考虑，可以将D地区的断裂系统划分为以下4类：

(1)西部控盆断裂。西部边界断层走向为NE向，延伸距离较大，仅在研究区内延伸距离就超过17 km，属于北部逆冲带，形成南、北两大背斜带，背斜构造又被一系列逆掩断层复杂化。

(2)中部同生断层。中部断裂以同沉积断层为主要特点，一系列的NE走向断层控制着洼陷带的形成。断层分段发育，研究区南部发育规模较大，断距为400 m，向北断层规模逐渐减小，原先的断层落差逐渐减小至消亡，而其东部的断层落差逐渐增大，成为控带断层。

(3)中部西倾断裂。此类断层在研究区内有呈NE走向雁列式排列。此类断裂受多期构造活动影响，早期中生代沉积时期表现为正断层，后期受到构造反转挤压，局部变为逆冲走滑断层，在南部表现为正断层，向北逐渐过渡到逆断层。南、北两大背斜构造被一系列逆掩断层和少数正断层复杂化，这些断层属于三级断层。正断层发育在背斜构造的左翼，被两根北西向调节断层错开，向NE方向偏移。

图6 ZG组断裂平面组合

(4)东部洼陷带断层。东部多数发育小规模低序级断层，形成原因多与局部应力作用有关，多数以高级别断层的补偿断层的方式出现，与大断层呈现出斜交或平行的特征，平面则呈现出网状断块构造样式。

图7 研究区NE-SW向地震剖面

3 区域构造演化分析及有利圈闭识别

3.1 区域构造演化分析

(1)断陷期。ZG期是断陷形成的初始阶段，又分为早、晚两个阶段，即ZG早、晚期。在NW向区域拉张作用的影响下，东西部边界断层同期发生，凹陷形态由此产生。由于EW向两条边界断层活动差异性较大，其中区块中段活动较为强烈，南北区域活动强度较弱，因此在凹陷中部形成范围较广的沉降区域，地层向两端厚度逐渐减薄，并且形态呈现出向上翘倾的趋势。由于该时期来自断裂带的物源非常充足，沉积物快速沉降，因此水下扇、扇三角洲沉积发育。最大沉降幅度达2 650 m。

伴随凹陷的发育，出现部分同沉积断层，ZG晚期断裂活动逐渐减弱。在断裂活动逐渐减弱及ZG早期沉积填平补齐作用下，凹陷内地势逐渐趋于平缓，在ZG晚期，湖盆发生较大规模湖扩，沉积了100～400 m暗色泥岩。凹陷内ZG组为“粗—细”的正旋回。

下ZB沉积时期，湖盆分布范围再次扩张，此时湖相沉积分布广泛，由于物源补充速度小于基底沉降速度，形成大面积浅—深湖相泥岩沉积。该沉积时期，区域构造应力发生剧烈变化，凹陷南部洼槽区的断阶带构造形态发生改变，基底发生局部抬升，导致其上覆沉积体产生塑性形变，形成背斜等构造形态，为后期油气成藏提供有利场所。相对于南部断阶带的地层抬升，中部洼陷区由于差异压实作用影响，断层活动异常剧烈，洼陷区形态愈加明显，沉积厚度增大。同时，西南断层发育，致使地层向西南翘倾，西南斜坡形成，同时反向断层开始发育。下ZB沉积后期断裂活动较弱，新生断层相对较少，多以反向补偿及应力平衡断层为主，断层规模较小。

上ZB沉积时期，边界断层活动已基本停止，凹陷内部的断裂发育特征大多数延续下ZB组断裂的活动特征，这一时期，随着构造活动整体减弱，全凹陷沉积作用进入广域浅水湖盆发育阶段，汇水洼地向凹陷中心收缩，进积式扇体发育。至上ZB末期，由于受燕山中期运动影响，Ⅱ级、Ⅲ级断层剧烈活动，由此形成断垒带和斜坡带及一系列复杂的构造样式，统一的湖盆在该时期解体(图8)。

图8 D地区构造演化模式

(2)坳陷期。晚白垩期，凹陷整体抬升，在凹陷西缘，浅部地层由于挤压应力作用具反转背斜形态。凹陷西缘的地层抬升幅度较大，遭受到严重剥蚀，形成大范围的削截型地层不整合面构造特征。

在早白垩纪末的燕山中期运动影响下，已经形成了一系列古地形高点，与油气运移期相互配置，因此认为继承性发育的构造圈闭成藏是最有利的，从构造角度分析，中部断垒带的构造—岩性圈闭最利于成藏。

3.2 有利圈闭识别

D地区断垒带位于研究区中部，被断层分割为多个断块。位置上紧邻西部生烃洼陷，油源充足；目的层下ZB组沉积相带有利，储层厚度大、面积广，储集条件优越；断裂发育，复杂的断裂系统为油气运移提供立体的沟通渠道；圈闭形成时间较早，具有很好的时空配置关系。该构造背景下目前已有工业油气发现，实钻井证实该带具有良好的成藏条件，具有较大的勘探开发潜力。

另外在东部洼陷带沿着同生断裂发育一系列断块圈闭，伴随断层产生一系列逆牵引背斜，构造条件有利；储层、油源直接对接，断裂提供运移通道，运聚条件好，亦形成有利圈闭(图9)。

图9 D地区下ZB组顶面构造

在上述两个有利构造带内按照圈闭规模、落实程度、储层条件、成藏条件进行综合评价，进行圈闭优选，进而指导井位部署。

4 结 论

(1)研究区断裂系统复杂，根据构造特征可将研究区划分为西部背斜构造带、中部背斜断阶带以及东部洼槽带3个主要构造带。

(2)应用断层增强技术有效突出地震资料的断层特征，识别出更多的低序级断层，有效提高断层解释精度及准确度，为研究区断裂特征分析提供依据。

(3)构造演化分析为研究区有利圈闭的识别提供重要依据。中部背斜断阶带圈闭落实，储集条件优越，成藏条件较好，具备较大勘探开发潜力；东部洼槽带紧邻油源，储盖组合良好，也具有较大的勘探潜力。