張宏國，王 昕，官大勇，宿 雯

渤海渤中A區(qū)斷層差異輸導(dǎo)及控藏作用分析

張宏國，王 昕，官大勇，宿 雯

（中海石油（中國）有限公司天津分公司勘探開發(fā)研究院，天津 300452）

渤中A區(qū)位于渤海海域的渤南低凸起北部斜坡帶，前期勘探重點(diǎn)為潛山與古近系，而新近系的含油氣性日益引起重視。從油氣輸導(dǎo)體系研究入手，明確了斷層垂向輸導(dǎo)油氣是新近系成藏的關(guān)鍵，通過斷層樣式、斷層活動性的分析，認(rèn)為背形負(fù)花狀構(gòu)造及斷層活動差異共同控制新近系差異成藏，并指示構(gòu)造脊部位是油氣優(yōu)勢的運(yùn)移方向。另外，利用分形幾何學(xué)原理，對研究區(qū)斷層分形特征進(jìn)行研究，構(gòu)造脊部位斷層分形分維數(shù)值較高，表明構(gòu)造脊部位油氣運(yùn)移效率較高，佐證了常規(guī)方法的論斷且對斷層輸導(dǎo)體系進(jìn)行半定量-定量的評價。近期鉆井在構(gòu)造脊部位的新近系有良好發(fā)現(xiàn)，證實(shí)了斷層輸導(dǎo)分析的正確性。

渤中A區(qū)；新近系；斷層樣式；斷層活動性；分形分維；構(gòu)造脊

美籍波蘭科學(xué)家曼德布羅特（Mandebrot B B）于1975年首創(chuàng)“分形”術(shù)語[1]，并在1986年將分形定義為組成部分與其整體以某種方式相似的形態(tài)。斷裂作為復(fù)雜的幾何體，其分布與結(jié)構(gòu)具有良好的分形特征，分維數(shù)是描述分形特征的重要參數(shù)。研究表明，斷裂體系的分維數(shù)是描述油氣運(yùn)移、聚集條件的重要參數(shù)，與油氣藏的形成、分布有明顯的相關(guān)性[2,3]。一般地，斷裂體系分維數(shù)較高的區(qū)域，其空間分布復(fù)雜程度較大，油氣運(yùn)移的通道條件較好。

渤海海域新近系成藏主要依靠晚期活動斷層進(jìn)行油氣運(yùn)移，而對于斷層輸導(dǎo)油氣的研究往往通過斷層樣式及斷層活動性進(jìn)行模式化的分析，缺乏定量研究[4-6]。本文在對斷層輸導(dǎo)常規(guī)分析的基礎(chǔ)之上利用斷層分形特征對常規(guī)方法得出的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，給予斷層輸導(dǎo)半定量-定量的評價。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

渤中A區(qū)位于渤海南部的渤南低凸起北部斜坡帶，北臨渤中凹陷，郯廬斷裂西支穿過該區(qū)，受其走滑作用控制基底發(fā)育渤中A1（左）、渤中A2（右）兩大構(gòu)造脊，兩脊之間為走滑調(diào)節(jié)帶（圖1）。深層的潛山及沙河街組是前期勘探重點(diǎn)層系，渤中28-1潛山油田的發(fā)現(xiàn)證實(shí)了T8不整合面為主要的油氣橫向運(yùn)移通道。為擴(kuò)大儲量規(guī)模，新近系的成藏成為研究的重點(diǎn)，而前期鉆井表明新近系油氣富集豐度不同，呈現(xiàn)差異成藏的特點(diǎn)。新近系成藏是斷層垂向輸導(dǎo)油氣的結(jié)果，因此斷層油氣輸導(dǎo)分析是新近系成藏研究的關(guān)鍵。

對于斷層而言，外在的構(gòu)造樣式構(gòu)建油氣運(yùn)移通道，內(nèi)在的活動性決定油氣運(yùn)移能力，而活動時期與主生、排烴期的耦合則是油氣運(yùn)移的基礎(chǔ)。研究區(qū)及圍區(qū)烴源巖的生烴史數(shù)值模擬表明館陶組沉積時期為大量生油期，現(xiàn)已進(jìn)入大量生氣階段[7]。因此，在渤中A區(qū)新近系斷層輸導(dǎo)常規(guī)分析中，斷層構(gòu)造樣式及活動強(qiáng)度是研究重點(diǎn)。

2 斷層輸導(dǎo)油氣差異分析

渤中A區(qū)斷裂主要分為三種，主干走滑斷層（郯廬斷裂西支）、NE或NEE向的調(diào)節(jié)斷層及走向各異的小斷層，其中主干走滑斷層受壓扭作用影響基本無油氣運(yùn)移能力。渤中A1、A2構(gòu)造脊向北延伸至渤中凹陷，T8不整合面是油氣運(yùn)移的初始通道，因此斷層與T8面的接觸關(guān)系直接決定斷層是否具有運(yùn)移能力。根據(jù)斷層與T8面的接觸關(guān)系將斷層分級，Ⅰ級運(yùn)移斷層為切穿T8面的長期活動的調(diào)節(jié)斷層（圖2中F1），是油氣運(yùn)移的主要通道；與Ⅰ級運(yùn)移斷層相交晚期活動的派生斷層為Ⅱ級運(yùn)移斷層（圖2中F2），對油氣起再分配的作用。

圖1 渤中A區(qū)地質(zhì)略圖

圖2 渤中A區(qū)不整合面與斷層組合關(guān)系（a為渤中A1構(gòu)造脊，b為渤中A2構(gòu)造脊）

2.1斷層樣式

2.1.1 斷層與不整合面組合

T8不整合面與Ⅰ級斷層的組合關(guān)系分為順向組合與反向組合兩類，順向組合有利于油氣的運(yùn)聚。從近于平行構(gòu)造脊走向方向的地震剖面來看，渤中A1構(gòu)造脊運(yùn)移斷層與不整合面多為順向組合關(guān)系，且Ⅰ級運(yùn)移斷層發(fā)育（圖2），其油氣運(yùn)移較為通暢。

2.1.2 斷層與砂體組合

斷層樣式控制了斷層—砂體的組合關(guān)系。研究區(qū)斷裂復(fù)雜，樣式多種，識別出背形負(fù)花狀構(gòu)造、翹傾狀地壘、單斜式負(fù)花狀構(gòu)造及向形負(fù)花狀構(gòu)造等4種斷層樣式（圖3）。不同斷層樣式其分布的范圍也不同：背形負(fù)花狀構(gòu)造分布最為廣泛，主要分布在渤中A1構(gòu)造脊以及渤中A2構(gòu)造脊的北段；翹傾狀地壘發(fā)育在調(diào)節(jié)帶；單斜負(fù)花狀發(fā)育在A2構(gòu)造脊的南段；而向形負(fù)花狀小范圍分布于調(diào)節(jié)帶北部。不同斷層的構(gòu)造樣式，油氣運(yùn)移格架不同，優(yōu)勢運(yùn)聚方向也有所不同。

背形負(fù)花狀構(gòu)造有別于典型的負(fù)花狀、正花狀構(gòu)造，為復(fù)合花狀構(gòu)造，對其研究主要集中在渤海灣盆地青東凹陷、南堡凹陷地區(qū)，且多為對成因機(jī)制的探討，其油氣運(yùn)聚方面鮮見分析[8,9]。一般而言，運(yùn)移斷層與砂體組成反向斷層樣式，有利于油氣在砂體中的運(yùn)聚成藏。本文根據(jù)斷層—砂體組合關(guān)系，認(rèn)為背形負(fù)花狀構(gòu)造兩側(cè)調(diào)節(jié)斷層向花心部位集中進(jìn)行油氣運(yùn)聚，翹傾狀地壘與向形負(fù)花狀構(gòu)造向兩側(cè)分散運(yùn)移油氣，單斜負(fù)花狀構(gòu)造受走滑斷層封堵的影響單側(cè)運(yùn)移油氣（圖3）。鑒于供油面積較大，背形負(fù)花狀構(gòu)造最有利于油氣的運(yùn)聚，即構(gòu)造脊部位可能為油氣富集區(qū)。

2.2斷層活動性

斷層活動性直接決定油氣垂向運(yùn)移量的多少，因此斷層活動性是評價斷層油氣輸導(dǎo)能力的重點(diǎn)。斷層活動性分析有斷層斷距、落差、生長指數(shù)及活動速率等方面。一般認(rèn)為，斷層活動速率能較為精確的表征斷層活動性[10]。研究區(qū)處于郯廬斷裂帶西支，受走滑與伸展作用的共同控制，普遍發(fā)育正斷層[11]。研究區(qū)受走滑作用影響，斷層兩側(cè)地層橫向運(yùn)動導(dǎo)致斷層落差、生長指數(shù)及生長速率等普遍出現(xiàn)負(fù)值，所以本次統(tǒng)計T3U、T2、T0層斷層斷距以定性分析斷層活動性，見圖4。

總體來看，新近紀(jì)斷層斷距明顯大于早期斷層，表明運(yùn)移斷層晚期活動性較強(qiáng)，為油氣的晚期運(yùn)移提供了良好的通道與動力。就不同區(qū)帶而言，新近系（T0層）構(gòu)造脊部位斷層斷距介于122～418 m之間，平均值為238 m，而調(diào)節(jié)帶部位在83～414 m之間，平均值為174 m，活動性明顯弱于構(gòu)造脊部位，表明構(gòu)造脊部位油氣運(yùn)移能力較強(qiáng)。

圖3 渤中A區(qū)4種斷層樣式及其運(yùn)移模式（箭頭指示油氣運(yùn)聚方向）

2.3斷層分形特征

上述斷層樣式及活動性分析均是對斷層輸導(dǎo)的定性分析，斷層分形分維數(shù)的計算則提供半定量-定量的評價。本次對研究區(qū)斷裂體系分形分維數(shù)的計算采用應(yīng)用較為廣泛的數(shù)盒子法，計算所得的分維值稱為容量維，也稱盒維數(shù)，其定義是以覆蓋為基礎(chǔ)的[3]。具體做法就是，分別取不同邊長的正方形格子構(gòu)成二維正交網(wǎng)格去覆蓋研究區(qū)域所有斷裂，在不斷改變正方形邊長r的情況下，分別統(tǒng)計出有斷層跡線穿過的網(wǎng)格數(shù)N（r），若N（r）與r滿足如下冪定律關(guān)系：

圖4 渤中A區(qū)新近系Ⅰ級運(yùn)移斷層及其平面活動性

式中：C — 常數(shù)，即所研究的對象為分形；

D — 分維值，在本次實(shí)際研究中上式兩邊取自然對數(shù)得：

在雙對數(shù)坐標(biāo)中，N（r）－r圖是一條直線，式中分維值D表示該條直線斜率。

2.3.1 斷層體系整體分形特征

首先選取渤中A2區(qū)作為研究對象，用邊長（r）為4、2、1、0.5 cm的正方形格子構(gòu)成的二維正交網(wǎng)格去覆蓋渤中A2區(qū)，統(tǒng)計有斷層跡線穿過的網(wǎng)格數(shù)（N（r）），采用最小二乘法對不同反射層進(jìn)行分形分維數(shù)的計算（圖5）。

對正方形邊長r與網(wǎng)格數(shù)N（r）進(jìn)行對數(shù)的線性擬合，相關(guān)系數(shù)均在0.99以上，表明斷層體系具有良好的分形特征（圖5）。從T3M到T02，分維數(shù)由1.297逐漸增至1.883，而且T0與T02反射層分維數(shù)明顯大于深部反射層，表明館陶組與明下段沉積時期斷層體系空間復(fù)雜程度較高，運(yùn)移通道條件較高，油氣運(yùn)移效率較高。斷層晚期分維值較高的特征與斷層活動性有良好的對應(yīng)關(guān)系，也與晚期新構(gòu)造運(yùn)動特征相吻合。

2.3.2 斷層體系不同區(qū)帶分形特征

不同反射層斷層體系的分維數(shù)表征不同時期斷裂體系總體的空間分布復(fù)雜程度及油氣運(yùn)移通道的能力。鑒于研究對象為新近系斷層體系，本文選取T0反射層（館陶組頂面）構(gòu)造圖，對不同區(qū)帶進(jìn)行斷層分維數(shù)的計算，分析斷裂分維數(shù)的區(qū)帶分布特征。

按照區(qū)帶走向，沿NE-SW向分別選取三個單元代表渤中A1構(gòu)造脊、A2構(gòu)造脊及走滑調(diào)節(jié)帶，對每個單元進(jìn)行分維數(shù)的計算，其平均分維數(shù)代表各個區(qū)帶的分形特征。從表1可以看出，斷層體系區(qū)帶分形特征也與斷層活動性有較好的對應(yīng)關(guān)系，構(gòu)造脊部位的斷層分形分維數(shù)及活動性均較大。構(gòu)造脊部位分維數(shù)均在1.50以上，明顯大于調(diào)節(jié)帶部位的1.33，表明構(gòu)造脊部位斷層體系空間分布復(fù)雜程度較高，油氣運(yùn)移通道條件較好。

圖5 渤中A2區(qū)不同反射層Lnr與LnN（r）的相關(guān)性

3 鉆探實(shí)例

近期鉆探的A2-1井，在新近系發(fā)現(xiàn)百余米含油氣層（圖4）。從斷層樣式方面，A2-1構(gòu)造位于渤中A2構(gòu)造脊部位，為單斜式負(fù)花狀構(gòu)造，受走滑斷層側(cè)封在西側(cè)聚集成藏。從斷層活動性看，運(yùn)移斷層為I級斷層，斷層活動強(qiáng)度與垂向油氣富集層位有良好的對應(yīng)關(guān)系，顯示了斷層活動性的控藏作用。該井的鉆探顯示了A2構(gòu)造脊部位斷層較強(qiáng)垂向輸導(dǎo)油氣的能力，同時暗示背形負(fù)花狀構(gòu)造發(fā)育的A1構(gòu)造脊等部位可能具有更好的勘探潛力。

表1 渤中A區(qū)不同區(qū)帶分形分維數(shù)

4 結(jié)論

（1）渤中A構(gòu)造區(qū)油氣垂向運(yùn)移通道通暢，背形負(fù)花狀構(gòu)造、單斜負(fù)花狀構(gòu)造及向形負(fù)花狀構(gòu)造發(fā)育在構(gòu)造脊部位，而翹傾狀地壘發(fā)育在調(diào)節(jié)帶，其中背形負(fù)花狀構(gòu)造最有利于油氣的運(yùn)聚。斷層活動性表現(xiàn)為晚期活動性較強(qiáng)的特點(diǎn)，而且構(gòu)造脊部位斷層活動性強(qiáng)于調(diào)節(jié)帶部位。構(gòu)造脊背形負(fù)花狀構(gòu)造發(fā)育的區(qū)域油氣運(yùn)移條件較好。

（2）斷層體系分形特征分析可以半定量-定量地表征斷層輸導(dǎo)能力，表明斷層體系晚期整體及構(gòu)造脊部位分維數(shù)較大，并且認(rèn)為斷層平均分維數(shù)大于1.5的區(qū)域?yàn)橛蜌庥欣奂瘏^(qū)?？碧綄?shí)踐表明構(gòu)造脊部位單斜負(fù)花狀構(gòu)造含油氣性良好，展現(xiàn)了構(gòu)造脊背形負(fù)花狀構(gòu)造良好的勘探前景。

[1] Mandelbrot B B. The Fractal Geometry of Nature[M]. New York: W H Freeman Company, 1983: 1-486.

[2] 申維．初論分形地質(zhì)學(xué)[J]．世界地質(zhì)，1998，17（4）：75-84.

[3] 江山，劉國勇，云露．塔河油田奧陶系斷裂分形特征及與油氣運(yùn)聚關(guān)系[J]．中南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2010，41（2）：736-741．

[4] 于舒杰，徐大光，康冶，等．?dāng)嘞菖璧赜蜌膺\(yùn)移主要輸導(dǎo)體系及其與油氣分布關(guān)系[J]．大慶石油學(xué)院學(xué)報，2010，34（6）：18-22．

[5] 周心懷，牛成民，滕長宇．環(huán)渤中地區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動期斷裂活動與油氣成藏關(guān)系[J]．石油與天然氣地質(zhì)，2009，30（4）：469-475．

[6] 王應(yīng)斌，薛永安，張友，等．油氣差異聚集原理應(yīng)用效果分析——以黃河口凹陷為例[J]．海洋石油，2010，30（4）：20-25．

[7] 祝春榮，韋阿娟，王保全．油氣運(yùn)聚模擬在目標(biāo)鉆前研究中的成功應(yīng)用——以渤海海域渤中21-22區(qū)為例[J]．海洋石油，2013，33（3）：23-28．

[8] 詹潤，楊貴麗，張盛，等．青東凹陷復(fù)合型花狀構(gòu)造成因分析[J].大地構(gòu)造與成礦學(xué)，2012，36（4）：473-482．

[9] 劉曉峰，董月霞，王華．渤海灣盆地南堡凹陷的背形負(fù)花狀構(gòu)造[J]．地球科學(xué)-中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報，2010，35（6）：1029-1034．

[10] 李勤英，羅風(fēng)芝，苗翠芝．?dāng)鄬踊顒铀俾恃芯糠椒皯?yīng)用探討[J]．?dāng)鄩K油氣田，2000，7（2）：15-17．

[11] 夏慶龍，田立新，周心懷．渤海海域構(gòu)造形成演化與變形機(jī)制[M]．北京：石油工業(yè)出版社，2012：73-78．

勘探六號首次進(jìn)行試油酸化作業(yè)

近日，隨著酸液返排作業(yè)的結(jié)束，上海海洋石油局勘探六號平臺首次試油酸化作業(yè)順利完成。據(jù)介紹，此次勘六酸化作業(yè)采用的是新工藝——自生酸，即將可產(chǎn)生所需酸的組分及相應(yīng)的添加劑同時或交替泵入井內(nèi)，使之在井筒或地層溫度下逐步產(chǎn)生所需要的酸，逐步與地層礦物進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到解堵、增產(chǎn)的酸化工藝。此次酸化作業(yè)中，自生酸各種組分及添加劑使用量超200 m3，各類桶裝液體材料裝滿兩個船次。

摘編自《上海海洋石油》報2014年8月20日

世界前沿技術(shù)：全波形反演技術(shù)

全波形反演技術(shù)方法利用疊前地震波場的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)信息重建地下速度結(jié)構(gòu)，具有揭示復(fù)雜地質(zhì)背景下構(gòu)造與巖性細(xì)節(jié)信息的潛力。隨著油氣勘探復(fù)雜程度的加深，全波形反演技術(shù)將成為改善成像效果、完善速度模型的主要手段，為區(qū)域深部構(gòu)造及成像演化分析、淺表層環(huán)境調(diào)查、宏觀速度場建模與成像、巖性參數(shù)反演提供有力支撐，但由于計算量大，算法不穩(wěn)定等因素，實(shí)際應(yīng)用還有許多困難，一直未能廣泛投入商業(yè)化應(yīng)用。

近年來，隨著計算機(jī)計算能力的不斷提高，全波形反演技術(shù)應(yīng)用也不斷發(fā)展，多家公司都在進(jìn)行全波形反演的研究與試驗(yàn)，特別是聲波全波形反演在實(shí)際中得以應(yīng)用。已經(jīng)有許多實(shí)例證明全波形反演利用地震波場的全部信息，能夠獲得質(zhì)量好的高分辨率速度模型，改進(jìn)成像質(zhì)量，用于精細(xì)地質(zhì)解釋。

目前，全波形反演技術(shù)的研究主要集中在如何利用大偏移距數(shù)據(jù)全波形反演改善深部構(gòu)造成像、如何利用低頻數(shù)據(jù)進(jìn)行全波形反演、如何進(jìn)行彈性波和全波形反演、如何去掉全波形反演中的多次波和繞射波，以及對于全波形反演的一階近似如何快速收斂等方面。隨著計算機(jī)計算能力的不斷提高，這一技術(shù)應(yīng)用將會不斷拓展。

摘編自《中國石油報》2014年8月12日

Analysis of Differential Oil and Gas Migration by Fault and Hydrocarbon Accumulation Controlling Factors in Bozhong A Area of Bohai Sea

ZHANG Hongguo, WANG Xin, GUAN Dayong, SU Wen
（Institute of Exploration and Development of Tianjin Branch of CNOOC Ltd.,Tianjin300452,China）

Bozhong A area is located in the northern slope of Bonan low uplift in Bohai Sea, and the main exploration targets were buried hill and Paleocene in the early exploration period. In recent years, the hydrocarbon bearing conditions of Neocene has attracted great attentions. Through study on the hydrocarbon transformation systems, it has been made clear that hydrocarbon vertical migration through faults is the key factor for hydrocarbon accumulation in the Neocene. Based on analyzing results of fault patterns and activity, it has been concluded that back shaped negative flower structure and fault activity controlled the differential oil and gas accumulation, indicating structural ridges might be the beneficial direction of oil and gas migration. Furthermore, with fractal geometry principle, the fractal feature in the study area has been studied. The fractal dimension value of faults is high in the structural ridges, indicating that hydrocarbon migration efficiency is high in the structural ridges, which confirmed the results from conventional method by semi-quantitative or quantitative evaluation. Recent drilling results in structural ridge had excellent finding of oil and gas bearing layers in Neocene, demonstrating the analyzing results of fault migration mentioned above.

Bozhong A area; Neocene; fault pattern; fault activity; fractal dimension; structural ridge

TE122.2

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2014.03.016

1008-2336（2014）03-0016-06

“十二五”國家科技重大專項“渤海海域大中型油氣田地質(zhì)特征”（2011ZX05023-006-002）資助

2013-11-19；改回日期：2014-02-24

張宏國，男，1986年生，助理工程師，碩士，2012年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）地質(zhì)學(xué)專業(yè)，從事石油地質(zhì)與油氣勘探綜合研究工作。

E-mail：chinaresource@126.com。