井震結合“一井多斷”小斷層特征研究

楊柏

(中石油大慶油田有限責任公司勘探開發研究院，黑龍江 大慶 163712)

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井震結合“一井多斷”小斷層特征研究

楊柏

(中石油大慶油田有限責任公司勘探開發研究院，黑龍江 大慶 163712)

以薩爾圖油田薩爾圖、葡萄花、高臺子油層為研究對象，運用測井、地震資料識別小斷層，分析小斷層的力學形成機制，研究“一井多斷”小斷層的分布特征，為油田開發提供指導。研究表明：小斷層處地震反射波同相軸發生細微錯開、分叉、合并等現象；裂縫的產生是形成斷層的前提和基礎，小斷層的形成受構造應力和巖體力學因素影響；小斷層內各斷點間距離相差不大，小斷層在縱向上斷距的相差較??；小斷層在平面上主要分布于斷層帶的內部和邊部，呈成帶性；縱向上與大斷層成組出現，呈派生性；構造應力是小斷層形成的主要因素。

小斷層；地震反射特征；分布特征

小斷層通常是指斷距小于10m，橫向上的延伸長度一般不超過500m的斷層。由于地震資料分辨率限制，在一般勘探階段的地震資料解釋過程中，利用常規的斷層判別標準難以識別、發現小斷層[1]。有關小斷層的研究主要集中在煤系地層[2]。在油田開發中，小斷層能夠導致油井注水受效差、產液量低，損壞生產井套管，影響油田生產。地層對比過程中常常發現一口井發育多個小斷層，但受地震資料分辨率低的影響，以往對該類小斷層的研究較少。

薩爾圖油田北二西區位于薩爾圖油田北部背斜構造西部，構造較為平緩，地層傾角為3°左右，地形平坦。該區斷層較多，均為正斷層。其中三維地震資料解釋斷層走向均為北北西向，斷層最大延伸長度為6.6km，最小延伸長度只有0.5km，最大斷距92.0m，最小斷距1.2m，斷層平均傾角為52°。筆者運用地震和測井資料，對研究區主要產油層(薩爾圖、葡萄花、高臺子油層)“一井多斷”小斷層的分布特征和地震反射特征進行了詳細研究[3]，為今后的地質研究和地震解釋工作提供依據，為油田開發工作提供指導。

1 井震結合小斷層確定方法

1.1 小斷層的測井響應特征

充分發揮測井資料在縱向上的高分辨率特點，運用“旋回對比，分級控制”的原則，由大到小逐漸控制、逐級對比的方法[4]進行地層對比：用標準層控制劃分、對比油層組，用3級旋回劃分、對比砂層組，以4級旋回劃分、對比小層。

圖1 薩爾圖油田斷層發育處地層對比圖

圖2 小斷層的地震反射波特征

在地層對比過程中識別和確定小斷層的存在。主要通過以下標志識別斷層：①地層的重復與缺失，如圖1中B井小層缺失，說明發育斷層；②近距離內標準層的高程相差懸殊；③近距離內同層厚度突然變化。研究區的小斷層處主要表現為地層發生缺失或突然變薄，或者近距離內標準層的相對高程差較明顯。

1.2 小斷層的地震響應特征

小斷層處的地震反射波動力學特征會發生一些變化，如反射波同相軸發生細微錯開、分叉、合并、不光滑扭曲、振幅突然變弱、強相位轉換等現象，反射波能量、頻率、相位發生變化等[5，6]。上述特征都是對小斷層進行拾取和組合的有力根據。另外，在小斷層發育處，構造屬性體(相干體、方差體、螞蟻體、曲率體、傾角體等)出現異常，地震水平切片同向軸水平錯斷(圖2)。

2 小斷層形成的力學機制

圖3 裂隙面應力分析

構造物理學研究[7，8]認為，斷層起緣于裂縫。當巖石的應力、應變達到一定程度，巖石就會發生破壞，形成裂縫。裂縫的產生是形成斷層的前提和基礎，從裂縫發展到斷層還需要一定的力學條件，即在產生破裂的同時或在其之后巖體因為有了裂縫，受力的作用產生相對位移，就形成斷層[8]。

如圖3所示，巖石體中已有的一條裂縫(AB)縱剖面，該剖面所受水平張應力為σ1，垂直應力為σ3。由于裂縫AB的上、下盤之間的摩擦力遠小于完整巖石的內聚力，因此可以忽略不計。在σ1、σ3作用下，裂縫AB在AB面上的受力分解為σx和σy。如果σ1為張應力，且大到一定程度，使兩盤巖體發生形變，并產生相對位移，則形成正斷層。如果σ1為壓應力，σ1、σ3在AB方向的合應力分為2種情況：當σy作用方向由B指向A時，且大到一定程度，使兩盤巖體發生形變并產生相對位移，則形成正斷層；當σy作用方向由A指向B時，且大到一定程度，使兩盤巖體發生形變并產生相對位移，則形成逆斷層。

影響斷層的形成因素還有巖體力學性質。對于一大套層狀地層來說，每層巖體的力學性質并不一樣；各層巖體內部的不同巖性的力學性質也不一樣。當層狀結構巖體受到構造應力作用時，它所呈現的力學現象除了與各層巖石本身的力學性質有關外，還與層狀巖石組成的復合巖體結構的力學特性有關[9～11]。巖體內的結構面及其控制下形成的巖體結構，控制著巖體的變形、破壞機制和力學特征參數[12～16]。

因此，小斷層的形成，受構造應力和巖體力學兩方面因素影響。

3 小斷層的分布及斷距特征

通過地層對比發現，地層在小斷層處缺失(見表1)，表明研究區的小斷層為正斷層，小斷層的性質相同，其特征主要表現在以下4個方面。

表1 小斷層斷距及斷點分布特征

注：缺失層位符號中，S、P、G分別代表薩爾圖油層、葡萄花油層、高臺子油層；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ代表油組序號；下標代表砂層序號。

圖4 研究區發育小斷層的井位平面分布圖

1)近距離性 同一口井的小斷層之間的垂直距離小于70m，絕大多數的垂直距離小于40m，各個小斷層在縱向上分布相對集中；3個或3個以上相鄰的小斷層各斷點間距離相差不大，呈現出距離相近的特征。

2)近斷距性 在同一口井(如F井)中，小斷層的斷距相差較小，常常呈現出近斷距性。

3)成帶性 小斷層在平面上主要分布于斷層帶的內部和邊部，呈成帶性(圖4)。說明小斷層形成于應力比較集中的區域。一般來說，“一井多斷”小斷層周圍的井也發育單個小斷層，有的可能是“一井多斷”小斷層的延伸。

4)派生性 在縱向上，小斷層往往與大斷層伴生，距離大斷層較近。小斷層與大斷層成組出現，說明小斷層是在較大的構造應力下派生的。在大的構造運動中，大斷層沿斷層面發生相對移動，對巖層產生擠壓和拖拽作用，巖層在拉張應力和擠壓應力次一級應力場作用下，在斷層兩側發生彎曲、褶皺，最終在巖層薄弱區發生脆性破裂，形成小斷層。構造應力是小斷層形成的主要因素。

綜上研究認為，一井多個斷點現象的產生主要有兩種原因：一是大斷層伴生的小斷層：二是斷裂破碎帶內發育多個小斷距斷點。

4 結論

1)裂縫的產生是形成斷層的前提和基礎。裂縫處，如果巖石體受張應力作用，兩盤巖體發生形變，并產生相對位移，則形成正斷層；如果巖石體受壓應力作用，視沿裂縫面的合應力的方向，形成正斷層或逆斷層。斷層的形成主要受構造應力和巖體力學兩方面因素的影響。

2)小斷層處地震反射波同相軸發生細微錯開、分叉、合并、不光滑扭曲、振幅突然變弱等現象。

3)各斷點間距離相差不大，小斷層間呈現出距離相近的特征；小斷層在縱向上斷距相差較小，呈近斷距性；小斷層在平面上主要分布于斷層帶的內部和邊部，呈成帶性；縱向上與大斷層成組出現，呈現出派生性；構造應力是小斷層形成的主要因素。

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[編輯] 龔丹

2016-01-24

國家科技重大專項(2008ZX05009)。

楊柏(1982-)，男，碩士，工程師，現從事井震結合儲層描述工作，hj-0120@163.com。

P631.44

A

1673-1409(2016)32-0050-04

[引著格式]楊柏.井震結合“一井多斷”小斷層特征研究[J].長江大學學報(自科版),2016,13(32):50～53.