斷層分段生長定量判別標(biāo)準(zhǔn)的建立及其地質(zhì)意義 ——以松遼盆地杏北開發(fā)區(qū)薩爾圖油層為例

王海學(xué)，李明輝，沈忠山，付曉飛，程志遠(yuǎn)，王彪

1) 東北石油大學(xué)，地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江大慶，163318； 2)大慶榆樹林油田開發(fā)有限責(zé)任公司地質(zhì)研究所，黑龍江大慶，163453；3)大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠地質(zhì)大隊(duì)，黑龍江大慶，163511

內(nèi)容提要: 為了降低地震斷層解釋中的不確定性，以松遼盆地杏北開發(fā)區(qū)三維地震資料為靶區(qū)，以斷層“轉(zhuǎn)換位移/離距(D/S)”為基礎(chǔ)，建立了斷層平面分段生長定量判別標(biāo)準(zhǔn)，其中，側(cè)列疊覆、開始破壞和完全破壞3個(gè)階段的臨界D/S分別為0.27和1。研究結(jié)果表明，① 杏北開發(fā)區(qū)278+273斷層是由278斷層和273斷層側(cè)列疊覆組成，同時(shí)驗(yàn)證了斷層分段生長定量判別標(biāo)準(zhǔn)的可靠性；② 斷圈類型由單斷下盤翹傾型斷圈校正為側(cè)列疊覆斷層孤立型斷圈，同時(shí)斷圈范圍也明顯變??；③ 斷層封閉性評價(jià)由整體評價(jià)校正為278斷層和273斷層分別獨(dú)立評價(jià)。因此，斷層組合校正對油氣田勘探開發(fā)方案的精確部署具有重要的指導(dǎo)意義。

斷層是油氣田勘探開發(fā)過程中重要的構(gòu)造，近年來主要側(cè)重于研究斷裂在油氣成藏中的作用(付廣等，2010；孫同文等，2012；付曉飛等，2012)。然而，由于地震分辨率限制，地震解釋中經(jīng)常忽略一種重要的地質(zhì)現(xiàn)象——斷層分段生長。裂陷盆地?cái)鄬臃侄紊L具有普遍性(Peacock，1991；Trudgill et al.，1994；Cartwright et al.，1995；Kim et al.，2005；Yang Minghui et al.，2008；王海學(xué)等，2013)，分段生長是裂陷盆地?cái)鄬有纬裳莼^程必不可少的階段，主要經(jīng)歷三個(gè)階段：孤立成核階段、“軟連接”階段和“硬連接”階段，不同生長階段伴隨不同類型斷圈的形成。斷圈的劃分與巖層區(qū)域傾向(Kim et al.，2005)和斷層分段生長組合方式具有密切關(guān)系，在巖層區(qū)域傾向一定條件下(以反向斷層為例)，分段生長斷裂可能表現(xiàn)為四種類型斷圈：單斷上盤斷彎遮擋型、單斷下盤翹傾型(Childs et al.，1995)、側(cè)列疊覆斷層共控型(Childs et al.，1995)和側(cè)列疊覆斷層孤立型斷圈；同時(shí)斷圈類型劃分是封閉性評價(jià)的基礎(chǔ)，即斷層組合模式不同直接影響斷圈類型劃分和封閉性評價(jià)。針對這一問題，本文欲以松遼盆地杏北地區(qū)薩爾圖油層為例，結(jié)合轉(zhuǎn)換(relay)位移(即疊覆段斷層系的位移之和)與離距(separation)的關(guān)系(Soliva et al.，2004，2008)、疊覆段最大長度與斷層系總長度的關(guān)系(Acocella et al.，2000，2005)、差異伸展量或伸展系數(shù)以及斷層系總長度與離距的關(guān)系等相關(guān)參數(shù)研究，建立一套平面斷層分段生長連接標(biāo)準(zhǔn)，厘定斷層組合方式的正確性，明確斷圈類型，從而為封閉性評價(jià)奠定基礎(chǔ)，同時(shí)為有效降低油氣勘探開發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)性提供理論和方法的指導(dǎo)。

1 斷層分段生長定量判別標(biāo)準(zhǔn)的建立

圖1 “軟連接”和“硬連接”斷層相關(guān)術(shù)語Fig. 1 The related terminology of “soft-linkage” and “hard-linkage” fault(a) “軟連接”組合斷層；(b) “硬連接”組合斷層(a) “soft-linkage” assemblage fault；(b) “hard-linkage” assemblage fault

斷層分段生長具有普遍性，由于地震分辨率限制，常見分段生長的兩條斷裂被解釋成一條斷裂的現(xiàn)象。為了有效降低斷層解釋的不確定性，結(jié)合Soliva等(2004)等的研究成果，提出了應(yīng)用“轉(zhuǎn)換位移(D)/離距(S)”定量厘定斷層生長階段的方法——斷層分段生長定量判別標(biāo)準(zhǔn)。然而，不同斷層生長階段轉(zhuǎn)換位移和離距的確定具有一定差異，對于“軟連接”側(cè)列疊覆斷層，轉(zhuǎn)換位移(D)是指疊覆斷層段中心處兩條斷層位移之和，離距是指疊覆斷層段中心處兩斷層間的垂直距離(Soliva et al.，2004，2008)(圖1a)；對于硬連接斷層，轉(zhuǎn)換位移是斷層A與消亡(abandoned)斷層B疊覆段中心處兩條斷層位移之和，離距是指斷層A與消亡(abandoned)斷層B疊覆段中心處兩條斷層間的距離(圖1b)；如果由于地震分辨率限制，消亡斷層B可能不發(fā)育，轉(zhuǎn)換位移等于斷層走向突變段中部位移，離距等于近平行段斷層間的距離的一半(圖1)。

圖2 斷層分段生長定量判別標(biāo)準(zhǔn)Fig. 2 The quantitative discrimination criterion of fault segmentation growth

結(jié)合國內(nèi)外已發(fā)表斷層相關(guān)數(shù)據(jù)(Soliva et al.，2004，2008)，以松遼盆地三維地震數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，統(tǒng)計(jì)斷層轉(zhuǎn)換位移(D)與離距(S)數(shù)據(jù)，完善斷層分段生長連接定量判別標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)D/S小于0.27時(shí)，斷層段處于側(cè)列疊覆階段——“軟連接”階段，兩斷層相互作用，其間具有典型轉(zhuǎn)換斜坡特征；當(dāng)D/S介于0.27～1時(shí)，處于開始破裂階段——“軟連接”階段，斷層疊覆區(qū)開始發(fā)育次級斷層或彼此開始相互生長連接；當(dāng)D/S大于1時(shí)，斷裂處于完全破裂階段——“硬連接”階段，兩斷層生長連接形成一條規(guī)模較大的斷層，即劃分為側(cè)列疊覆、開始破壞和完全破壞3個(gè)階段(圖2)。

2 分段生長斷層的識(shí)別及平面組合校正

圖3 松遼盆地杏北區(qū)塊校正前和校正后278+273斷層分布特征Fig. 3 The distribution characteristic of fault 278+273 before and after correction in Xingbei Block, Songliao Basin(a)校正前斷裂分布；(b)校正后斷裂分布(a)Distribution of fault before correction；(b)Distribution of fault after correction

表1 278+273斷層轉(zhuǎn)換位移與離距關(guān)系Table 1 The relationship between separation and relay displacement of 278+273 fault

圖4 薩爾圖油層頂面278+273斷層斷距—距離曲線Fig. 4 The throw—distance curve of 278+273 fault in top surface of Saertu reservoirs

杏北開發(fā)區(qū)278+273斷層原始解釋為兩條硬連接斷層，278斷層發(fā)育末端消亡斷層，斷層下盤發(fā)育1個(gè)斷圈，其上盤與消亡斷層相交部位發(fā)育一個(gè)小斷圈(圖3a)。從278+273斷層斷距—距離曲線來看，該斷層為典型分段生長斷層，發(fā)育4個(gè)斷層分段生長點(diǎn)(分別為①、②、③和④)，表現(xiàn)為5段式生長特征(圖4)。基于斷層分段生長定量判別標(biāo)準(zhǔn)，杏北開發(fā)區(qū)278+273斷裂在③號(hào)分段點(diǎn)(Trace1021)D/S為0.55(表1)，兩斷層在薩爾圖油層頂面應(yīng)處于“軟連接”階段——開始破裂階段；結(jié)合過疊覆區(qū)地震精細(xì)解釋，證實(shí)278和273斷裂疊覆區(qū)地震反射連續(xù)(圖5)，因此，該斷層是由278斷層和273斷裂側(cè)列疊覆組成(圖3b)。而①、②和④號(hào)分段生長點(diǎn)D/S值均大于1(表1)，處于“硬連接”階段。

圖5 松遼盆地杏北地區(qū)典型地震剖面(平面位置如圖3b)Fig. 5 The typical seismic profile in the Xingbei block, Songliao Basin(The plane position as shown in figure 3b)

3 斷層組合校正的地質(zhì)意義

圖6 斷層平面組合對斷圈類型劃分和封閉性評價(jià)的影響Fig. 6 The effect of fault plane assemblage on classification of fault-trap type and sealing evaluation

油田勘探實(shí)踐表明：斷層組合校正是斷圈類型劃分及封閉性評價(jià)的基礎(chǔ)。從杏北開發(fā)區(qū)典型實(shí)例可以看出，斷層校正前278+273斷層下盤發(fā)育一個(gè)整體翹傾斷圈，上盤與消亡斷層形成一個(gè)斷彎遮擋型斷圈(圖3a，圖6)；斷層組合校正后，該斷層明顯是由278斷層和273斷層側(cè)列疊覆組成，斷圈類型由單斷下盤翹傾型斷圈校正為側(cè)列疊覆斷層孤立型斷圈，其中278斷層下盤發(fā)育3個(gè)斷圈，273斷層下盤發(fā)育一個(gè)斷圈(圖3b，圖6)。

同時(shí)斷圈類型劃分是封閉性評價(jià)的基礎(chǔ)(付曉飛等，2011)，即斷層組合校正也影響斷層側(cè)向封閉性定量評價(jià)。斷層組合校正前，278+273斷層下盤封閉性按照1個(gè)斷圈整體評價(jià)，該斷層上盤需要考慮進(jìn)一步消亡斷層側(cè)向封閉能力；經(jīng)斷層組合校正后，需要分別評價(jià)278斷層和273斷層的封閉能力(圖3，圖6)，因此斷層組合校正明顯制約著油氣田勘探開發(fā)方案的精確部署。

4 結(jié)論

(1)完善了斷裂平面分段生長連接定量判別標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)D/S小于0.27時(shí)，斷層段處于側(cè)列疊覆階段——“軟連接”階段，當(dāng)D/S介于0.27～1時(shí)，處于開始破裂階段——“軟連接”階段，當(dāng)D/S大于1時(shí)，斷裂處于完全破裂階段——“硬連接”階段；建立了一套快捷有效的斷層組合定量校正方法。

(2)應(yīng)用斷層分段生長定量判別標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合斷距—距離曲線和地震剖面特征分析，認(rèn)為278+273斷裂是由278斷層和273斷層側(cè)列疊覆組成；斷圈類型由單斷下盤翹傾型斷圈校正為側(cè)列疊覆斷層孤立型斷圈。

(3)斷層組合校正是斷圈類型劃分和封閉性評價(jià)的基礎(chǔ)，明顯制約著油氣田勘探開發(fā)的精確部署，應(yīng)用斷層分段生長定量判別標(biāo)準(zhǔn)可以有效降低油氣田勘探開發(fā)的斷圈風(fēng)險(xiǎn)性。