金湖凹陷阜二段斷裂信息維特征與油氣藏分布

劉敬壽，杜全偉，戴俊生

(1.中國石油大學，山東 青島 266555；2.東北石油大學，黑龍江 大慶 163318)

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金湖凹陷阜二段斷裂信息維特征與油氣藏分布

劉敬壽1，杜全偉2，戴俊生1

(1.中國石油大學，山東 青島 266555；2.東北石油大學，黑龍江 大慶 163318)

金湖凹陷油氣運移、聚集、成藏與斷裂的展布、發育程度密切相關。為了認識斷裂發育區油氣分布規律以及斷裂對油氣富集程度的控制作用，運用分形理論對金湖凹陷斷裂體系進行研究，利用研究區已落實的油氣藏分布，分析斷裂與油氣分布關系。結果表明，斷裂面積信息維在1.530～1.685之間有利于大油藏形成和保存；斷裂信息維在1.655～1.832之間的高值區，斷塊被進一步分割復雜化，導致油氣分布支離破碎，使得油氣藏小而碎；有利于油氣聚集成藏的分維下限值為1.483。應用信息維法對斷裂體系分維計算結果表明，斷裂面積信息維高值區與油氣藏分布區吻合較好。在此基礎上，分析預測了金湖凹陷下一步勘探優選區。

面積信息維；斷裂分形；油氣藏分布；阜二段；金湖凹陷

引 言

在斷裂構造的研究中，人們已經逐漸認識到斷裂在幾何形態、運動形式以及成因特征上具有統計意義的自相似性。根據分形理論的定義，分維可以進一步劃分為容量維、信息維以及關聯維等，在斷裂構造地質復雜性描述中，又以容量維和信息維最為實用[1-5]。然而，已發表的研究成果表明[4-8]，采用簡單數盒子計算斷裂的容量維值，無法區別不同規模的斷裂在平面上、剖面上的延伸規律。

目前，金湖凹陷已落實的近百個油氣藏，以斷鼻和斷塊油氣藏為主[9]，斷裂構造是影響該類油氣藏形成的主控因素之一，油氣分布與斷裂有密切關系，因此，研究斷裂構造分布特征及其對油氣藏分布的控制作用，對該區油氣進一步勘探具有指導意義。

1 金湖凹陷地質概況

金湖凹陷構造上位于蘇北盆地東臺坳陷的西部，西起張八嶺隆起，東至菱塘橋、柳堡2個低凸起，西北鄰建湖隆起，南抵天長凸起。在阜寧組地層沉積時期，研究區逐漸形成南陡北緩、南斷北超的箕形凹陷；阜寧晚期吳堡運動后，北東走向的斷裂發育；多期構造運動疊合，研究區自西向東主要發育西部斜坡帶、石—港斷裂帶、汊澗西斜坡帶、卞閔楊構造帶以及寶應斜坡帶等多個正向構造單元[9-11]。

金湖凹陷烴源巖主要分布在阜二段、阜四段，構造上位于楊村、石港斷裂的下降盤，斷裂活動性影響烴源巖發育、分布以及成熟度[9-10]；金湖凹陷烴源巖大量生烴、排烴期為三垛組沉積時期[12-13]；受早期基底斷裂影響以及多期構造活動疊加作用，使金湖凹陷斷裂發育多種構造樣式；金湖凹陷油氣沿著傾斜的地層發生側向運移；垂向上，油氣沿楊村、崔莊、石港、銅城斷層等主干斷層運移，受斷層的遮擋、封堵作用，形成斷塊、斷鼻油氣藏[10-12]。

2 斷裂面積信息維原理與設計

2.1 信息維計算原理

信息維(D)：容量維只考慮了數據集F中小網格數目，卻沒有考慮不同邊長ε的小網格內覆蓋的點數，因此，引入信息維D的概念：

(1)

式中：Pi為每個信息點落入第i個小網格的概率。

如公式(1)所示，當I(ε)=lnN(ε)時，信息維與數箱子計算的容量維是一致的，由此可見，信息維是容量維的一個推廣。容量維、信息維均可采用網格覆蓋法計算，與容量維不同之處是信息維需計算斷裂跡線落入每個小網格中的概率。

2.2 網格單元邊長的選取

在斷裂分形評價中，關鍵問題[4-6]是如何合理確定統計單元邊長r，即斷裂在一定的尺度變化范圍內存在自相似性。通過不斷變換分形統計單元邊長r，并分別用邊長為r/3、r/4、r/5、r/6、r/7、r/8(不同邊長ε)的小網格覆蓋，統計信息維大于1.0的統計單元數目n，平均分維值為Dave(表1)，在統計單元中，統計相關系數R2大于0.97(具有較高自相似性)的統計單元數目m，依據n、m，參數φ表示為：

φ (2)

由表1、圖1可以得出，隨著r的增大，Dave、φ逐漸增大，但斜率逐漸減??；即r值越大，斷裂的自相似性越高，但不同統計單元的差異性也越小。因此，在滿足φ大于90%的基礎上，選擇合適的r值滿足計算精度要求。綜合分析后確定統計單元邊長r為10 km。

圖1 統計單元邊長與φ的關系

3 金湖凹陷斷裂面積信息維分布

統計單元內斷裂面積，信息維在一定程度上反映了斷裂的規模、斷裂延伸長度(斷裂構造連通性)，是斷裂密度、延伸長度、規模、組合形式以及動力學機制的綜合量化指標，可以作為描述斷裂構造復雜程度的一個定量參數，并且統計單元的非均勻性、差異性與油氣分布有著密切的內在聯系。將網格邊長與統計結果在雙對數坐標系中擬合，得到金湖凹陷斷裂分形特征曲線。在該網格單元邊長下，網格邊長與統計結果有較好的線性關系，變量間的相關系數R2在0.999以上，反映了金湖凹陷斷裂系統分布具有的良好統計自相似性，從而使得在該區用分形方法研究斷裂系統復雜性以及探討其與油氣藏分布的關系成為可能。

如圖2所示，在一級、二級斷層發育、構造活動強烈、張扭性斷裂帶發育的地區，斷裂延伸長度較大，并且小斷層或次級斷層較多，斷裂密集，平面組合樣式復雜，信息維高；反之，在構造活動較弱地區，小斷層或次級斷層也相應較少，斷裂稀疏，平面組合樣式簡單，信息維低。阜二段斷裂信息維整體呈環帶狀分布，西部分維為高值，東部為低值；在呂梁—半塔一線、金湖—閔橋一線、楊村—汊澗一線、大同—張鋪地區、銅城以及汜水以北地區斷裂信息值為高值；在金湖—界首一線、寶應、界牌、馬壩地區斷裂信息維為低值。

圖2 金湖凹陷阜二段斷裂面積信息維等值線

4 斷裂面積信息維與油氣藏分布

在金湖凹陷，油氣的垂直輸導途徑主要為斷裂，烴源巖主要發育在阜二段及阜四段，大量生烴、排烴期為三垛組沉積時期[9-10]。因此，在金湖凹陷，從阜二段斷裂信息維的角度研究油氣成藏具有良好的理論基礎。斷裂面積信息維包含斷裂規模、連通性等因素，這些均與油氣的分布和保存有密切的內在聯系；在統計單元信息維高值區，往往是古應力集中或者釋放、平面上或者剖面上斷裂連續性較好的區域，深源油氣向上運移的通道條件好，從而為油氣運移、聚集提供了有利的運移通道和遮擋成藏場所；而信息維低值區，斷裂空間復雜性小、連通性差，很難為深源油氣聚集提供良好的運移、遮擋條件；另外，在斷控裂縫區，斷層分形法[7-8，13]也是定量描述儲層構造裂縫發育程度的有效手段，在分維高值區，儲層構造裂縫發育，能夠改善低滲透儲層的滲流條件，為油氣運移以及現今油氣開發提供有利條件。

在研究區已落實的近百個油氣藏中，將計算的油藏平面閉合面積作為油藏的大小，結合江蘇油田對該區的勘探開發認識，將閉合面積大于2 km2的油氣藏作為大油氣藏，小于2 km2作為小油氣藏。如圖3所示，有利于大油藏形成、保存的斷裂面積分維D為1.530～1.685，由于斷裂發育使得斷塊進一步分割、破碎，往往使油氣藏支離破碎；在斷裂分維D大于1.685時，不利于大型油氣藏的保存；在小油氣藏分布中，油藏聚集保存的分維下限值D為1.483，其中，25個小油氣藏的分維D為1.483～1.640，64個小油氣藏的分維D為1.655～1.832，在斷裂分維高值區，總體以小型油氣藏為主。應用面積信息維對不同區域的斷裂體系分形計算結果表明，信息維高值區與油氣藏分布區吻合性較好。

圖3 斷裂面積信息維與油藏閉合面積關系

綜合分析認為，在金湖凹陷[14-15]，油氣優勢成藏區帶仍然以主干斷裂及其控制的信息維高值區為主，金湖凹陷西斜坡、石港斷層南部斷裂系、銅城斷裂帶、崔莊構造變換帶、汊澗西斜坡和閔橋地區也是目前油氣勘探開發的重點區域；在汜水以北地區斷裂構造信息維高，目前勘探程度較低，因此，在進一步落實生、儲、蓋、圈閉的情況下，推測其可能是下一步油氣勘探優選的目標區(圖4)。

圖4 金湖凹陷阜二段有利勘探目標區

5 結 論

(1) 斷裂面積信息維克服了簡單容量維法在表征復雜程度方面的不足，其包含了斷裂間距、斷裂形態、分布均勻性等地質因素，反映了斷裂平面上和剖面上的延伸規律，并能區別統計單元內不同級別的斷裂。

(2) 通過對近百個油氣藏的統計分析表明，有利于大油藏形成和保存的斷裂面積信息維D為1.530～1.685；有利于小油氣藏分布的信息維D為1.655～1.832，油藏聚集保存的信息維下限為1.483；利用斷裂面積信息維對不同區域的斷裂體系分維進行計算表明，斷裂體系分維高值區與油氣藏分布區存在著較好的一致性。

(3) 在金湖凹陷斷裂信息維高值區，斷裂起雙重作用，一方面信息維高值區裂縫發育，能夠改善低滲透儲層滲流能力，有利于斷塊、斷鼻圈閉的形成，在平面上和剖面上連通油源，遮擋油氣成藏；另一方面在斷裂維數高值區，斷裂分割含油氣斷塊，使得油氣藏較分散、較小。

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編輯 黃華彪

20141227；改稿日期：20150228

國家科技重大專項“東海深層強非均質性大型氣田有效開發關鍵技術研究”(2015ZX05073-004)

劉敬壽(1989-)，男，2013年畢業于中國石油大學(華東)資源勘查工程專業，現為該校地質學專業在讀碩士研究生，主要從事構造解析及裂縫預測研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.03.010

TE122.2

A

1006-6535(2015)03-0042-04