李亞輝

(中國石化江蘇油田分公司勘探處，江蘇揚(yáng)州 225009)

隱蔽性斷層是指那些通過常規(guī)手段難以被發(fā)現(xiàn)的斷層，這類斷層多在斷陷盆地中發(fā)育，主要表現(xiàn)為級別較低、斷距較小或因地震資料品質(zhì)較差而難以發(fā)現(xiàn)的斷層，其在地震響應(yīng)上沒有表現(xiàn)出經(jīng)典的直線或三角形輪廓，多為連續(xù)相位或弱扭動(dòng)反射特征，難以被識別［1-4］。這類斷層常形成一些隱蔽的斷塊圈閉，并控制一定油柱高度的中小型油藏，因此隨著油田勘探的不斷深入，隱蔽性斷層成為了重點(diǎn)勘探目標(biāo)之一。高郵凹陷的斷層在規(guī)模、性質(zhì)及活動(dòng)期等方面均表現(xiàn)出較強(qiáng)的差異性［5-6］，前人將這些斷層分為5級，規(guī)模較大的3級以上斷層均系長期活動(dòng)性斷層，4級及其以下斷層多具短期活動(dòng)性，并具有延伸短和斷距小的特點(diǎn)。這類隱蔽性斷層在常規(guī)地震勘探中難以發(fā)現(xiàn)，在高郵凹陷十分發(fā)育。這類隱蔽性斷層所控制的油藏含油氣帶較窄，加上廣泛分布的火山巖屏蔽、畸變、多次波干擾以及村鎮(zhèn)水網(wǎng)密布等地表?xiàng)l件限制，導(dǎo)致二維、三維地震資料信噪比低，勘探目的層反射不明顯、不連續(xù)，斷面波不清晰，斷點(diǎn)模糊，不同人解釋方案常不相同，導(dǎo)致構(gòu)造落實(shí)難度大、勘探目標(biāo)易失利。筆者通過對這類隱蔽性斷層的成因、控圈樣式進(jìn)行探討，并結(jié)合近期發(fā)展的識別技術(shù)來解決這一困擾油田勘探的難題。

1 高郵凹陷隱蔽性斷層的成因

高郵凹陷所在的蘇北盆地北鄰蘇魯造山帶，西接郯廬斷裂帶，這兩大構(gòu)造帶的強(qiáng)烈變形波及到盆地所在區(qū)域，基底斷層十分發(fā)育。晚侏羅世，由于NNE向的郯廬左行平移斷裂及其旁側(cè)一系列同方位、同性質(zhì)的較小規(guī)模斷層影響，高郵凹陷內(nèi)發(fā)育這一方位的基底斷層，如凹陷東南邊界上吳堡斷裂帶與西邊界上的柳菱斷層，就是凹陷內(nèi)NNE向基底斷裂的典型代表［5-9］。由于基底斷層是地殼內(nèi)的薄弱帶，在伸展活動(dòng)中易于復(fù)活。古近紀(jì)伸展期間，高郵凹陷內(nèi)存在著兩組基底斷層的復(fù)活，一組為NEE向基底斷層的復(fù)活，另一組為NNE向基底斷層的復(fù)活。前者起源于印支期的前陸逆沖斷層，而后者是起源于晚侏羅世的郯廬左行平移斷裂。這兩者復(fù)活后的產(chǎn)物存在差別，盆地內(nèi)NEE向斷層規(guī)模較大，大量出現(xiàn)在真武斷裂以北。由于它們更近于垂直古近紀(jì)的南北向拉伸方向，處于有利的復(fù)活方位，因此會(huì)形成較大型斷層，并大量出現(xiàn)，一般不會(huì)成為隱蔽性斷層。NNE向斷層走向與區(qū)域拉伸方向呈小角度相交，由于處于斜向拉張狀態(tài)，在同等斷層規(guī)模條件下，其伸展活動(dòng)較弱，斷層落差低于EW向斷層與NEE向斷層，多是斷續(xù)地被限制在EW向或NEE向斷層之間，其連續(xù)性差、斷距較小，地震上響應(yīng)特征不明顯，常為隱蔽性斷層。

高郵凹陷NNE向基底斷層在南北向拉張下復(fù)活方式可以是多樣的，根據(jù)物理與數(shù)值模擬［10］分析認(rèn)為存在4種復(fù)活方式，并形成相應(yīng)的隱蔽性斷層(圖1):

(1)基底斷層連續(xù)斷開型。斷層直接活動(dòng)，成為一條繼承發(fā)育的完整的較大型斷層，并在其邊部伴生一些隱蔽性斷層。這種情況一般出現(xiàn)在較大型基底斷裂上，其強(qiáng)度低，斷層帶規(guī)模大，雖是斜向拉伸也可以完整地復(fù)活。NE-NNE向的吳堡斷裂帶就屬于這種類型。

(2)雁列狀正斷層型。原本為一條的基底斷層，通過這種方式復(fù)活后就形成了多條小斷層，其雁列方式與斜向拉張中的平移方式相關(guān)，具有右行平移分量時(shí)就形成左階(列)狀。這種基底斷層復(fù)活方式所形成的斷層延伸短、落差小，常為隱蔽性斷層。真武斷裂的構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶上常發(fā)育這類隱蔽性斷層，這些雁列式斷層沿著基底斷層的走向成帶出現(xiàn)。

(3)連接斷層型。這些連接斷層可以是某一斷層延伸段，也可以是兩條斷層之間的連接斷層。高郵凹陷北斜坡東部EW向的斷層與北斜坡中部NEE向斷層之間所形成的弧形斷層可能是這種連接狀態(tài)。當(dāng)基底斷層以連接斷層方式復(fù)活時(shí)，所發(fā)育的斷層規(guī)模較大，多數(shù)地震反射特征明顯，僅有少量可成為隱蔽性斷層。

(4)斷續(xù)分布斜拉斷層型。南北向拉張中NNE向基底斷層處于不利的拉伸方位，更易形成EW向新生斷層或NEE向復(fù)活的斷層，從而限制了NNE向基底斷層的發(fā)展與相互連接，這類斷層常被限制在EW向或NEE向斷層之間。高郵凹陷北斜坡大部分地區(qū)所發(fā)現(xiàn)的隱蔽性斷層多屬于這一類復(fù)活的基底斷層。如果是小型基底NNE向斷層的復(fù)活，只形成被限制在EW向或NEE向斷層之間的單一斷層。若是較大型NNE向斷層帶的復(fù)活，這些斷續(xù)出現(xiàn)的NE-NNE向斷層可以成帶出現(xiàn)。

根據(jù)對高郵凹陷內(nèi)NE-NNE向隱蔽性斷層的成因分析，凹陷內(nèi)隱蔽性斷層較為發(fā)育的地帶應(yīng)是盆地基底內(nèi)較為大型的早期左行平移斷層帶。研究認(rèn)為高郵凹陷有6條隱蔽性斷層集中發(fā)育帶，分別是吳堡斷裂帶、花瓦構(gòu)造帶、三垛－聯(lián)盟莊帶、五里壩－碼頭莊帶、柳菱斷裂帶及真武斷裂帶(圖2)。這6個(gè)帶是較大型NE-NNE向基底斷裂所在的部位，在古近紀(jì)斜向拉伸下會(huì)形成帶狀出現(xiàn)的NE-NNE向斷層集中區(qū)，并且一部分?jǐn)鄬映孰[蔽性存在。帶內(nèi)由于存在較多的NE-NNE向隱蔽性斷層，從而也是隱蔽性斷塊圈閉有利的發(fā)育區(qū)。

圖2 高郵凹陷隱蔽性斷層分布Fig.2 Concealed faults distribution in Gaoyou sag

2 隱蔽性斷層圈閉樣式

由隱蔽性斷層構(gòu)成的斷塊圈閉稱為隱蔽性斷塊圈閉，對于高郵凹陷來說，北斜坡、吳堡斷裂帶和真武斷裂帶上的隱蔽性斷層與斷控圈閉的樣式均有差異。

2.1 北斜坡地區(qū)隱蔽性斷層與圈閉樣式

由于高郵凹陷北斜坡NE-NNE向隱蔽性斷層延伸短、斷距小，自身難以形成具一定規(guī)模的斷塊圈閉、斷鼻圈閉或斷層－巖性圈閉。這些隱蔽性斷層需要與其他方位較大規(guī)模斷層組合在一起形成斷塊圈閉。對于高郵凹陷，NE-NNE向隱蔽性斷層與較大規(guī)模的EW向或NEE向斷層組合在一起構(gòu)成隱蔽性斷塊圈閉。這一類的斷塊圈閉一側(cè)邊界上為隱蔽性斷層，無此類隱蔽性斷層則相應(yīng)的斷塊圈閉未被發(fā)現(xiàn)。

通過系統(tǒng)分析北斜坡地區(qū)NE-NNE向斷層的活動(dòng)與連接方式，發(fā)現(xiàn)其與其他方位斷層之間的連接與組合方式多樣，這主要是由于高郵凹陷內(nèi)還存在著NEE向基底斷層的復(fù)活，同時(shí)又新生了大量的EW向正斷層，使這些NNE向斷層的活動(dòng)方式及與NEE或EW向斷層的連接方式呈現(xiàn)為多樣化，其連接與組合方式有:①尾端擴(kuò)展或連接EW向正斷層;②旁側(cè)伴生EW向正斷層;③旁側(cè)派生北東向正斷層;④旁側(cè)伴生NEE向正斷層(復(fù)活的基底斷層);⑤被限制在新生EW向正斷層之間;⑥被限制在NEE向斷層(復(fù)活的基底斷層)之間;⑦尾端與NEE向正斷層(復(fù)活的基底斷層)相接;⑧南、北端分別為上述不同的擴(kuò)展或連接方式。

北斜坡地區(qū)的這類NNE向隱蔽性斷層出現(xiàn)在EW向或NEE向較大規(guī)模正斷層之間，其間的斷層走向差異決定了平面上這些斷層主要呈現(xiàn)為斜交式組合樣式。這些隱蔽性斷層與相鄰EW向或NEE向正斷層所夾的斷塊由于有斷層活動(dòng)時(shí)發(fā)生過一定程度的旋轉(zhuǎn)或掀斜，在有利的情況下就會(huì)形成隱蔽性斷塊圈閉。根據(jù)北斜坡地區(qū)已發(fā)現(xiàn)的與NNE向斷層有關(guān)的圈閉類型，可以歸納為3類(圖3):一類是NNE向斷層被限制在EW向斷層之間，形成限制型隱蔽性斷塊圈閉，例如在外坡帶的沙18塊區(qū)域(圖3(c));第二類是NNE向斷層與EW向斷層相連接而形成弧形斷層，形成連續(xù)型隱蔽性斷塊圈閉，此類圈閉多發(fā)育在花莊地區(qū)(圖3(h));第三類是限制型與連接型斷層相互組合而形成復(fù)合型隱蔽性斷塊圈閉，主要發(fā)育在受邊界斷裂影響較大的內(nèi)坡帶(圖3(j+m))。這三類基本圈閉類型的每一類，由于構(gòu)成了具體不同的斷層組合方式，會(huì)形成形式多樣的圈閉子類型。

圖3 高郵凹陷北斜坡地區(qū)隱蔽性斷層控圈模式Fig.3 Trap styles of concealed faults in northern slope zone of Gaoyou sag

2.2 吳堡斷裂帶上隱蔽性斷層與圈閉樣式

NE向展布的吳堡斷裂屬于基底斷層復(fù)活型的變換斷層帶，具有右行走滑分量。在區(qū)域伸展的背景下，變換斷層通常表現(xiàn)為平移斷層或斜向拉伸下的正平移斷層，與主伸展斷層近于垂直或高角度斜交，以具有顯著的走滑分量為特征［11-12］。變換斷層帶可以形成兩類隱蔽性斷層，一類為大型變換斷層帶旁側(cè)派生的小型正斷層，另一類為小型的變換斷層本身。

對于吳堡斷裂帶來說，作為發(fā)育伸展背景下大型的變換斷層其兩側(cè)通常會(huì)發(fā)育兩類斷層:一類為垂直于區(qū)域拉張方向的伴生正斷層，若規(guī)模不大會(huì)成為隱蔽性斷層;另一類為斷層平移中所派生的斜向正斷層，其走向與主斷層之間一般為30°交角，這種派生的斜向正斷層只出現(xiàn)在主斷層旁，規(guī)模較小，易成為隱蔽性斷層。這些派生的隱蔽性斷層與主斷層(變換斷層帶)之間的三角形地塊也會(huì)成為隱蔽性斷塊圈閉(圖4)，在吳②斷層下降盤發(fā)育有多個(gè)這種類型的圈閉。

2.3 真武斷裂帶上的隱蔽性斷層與圈閉樣式

NEE向的真武斷裂帶主要發(fā)育兩條大型斷裂，其中真②斷裂為其北界，主要活動(dòng)于戴南—三垛沉積期，與漢留斷裂一起控制了深凹帶的形成。真②斷裂是由3條左階雁列式斷層組成，自東向西分別為真②-1、真②-2與真②-3斷層。真②-1與真②-2及真②-2與真②-3斷層之間的疊置區(qū)為兩個(gè)較大型構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶，以斷坡形式出現(xiàn)［11-13］，在其中發(fā)育有多種雁列狀隱蔽性斷層(圖5)。

圖4 吳堡斷裂帶隱蔽性斷層及斷塊圈閉模式Fig.4 Combination types of concealed faults and traps in Wubao fault zone

構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶內(nèi)第一類常見的斷層是同向平行斷層，即與邊界正斷層走向與傾向一致的小型正斷層，會(huì)成組出現(xiàn)(圖5(a))。第二類斷層是在區(qū)域拉張方向不垂直于邊界斷層情況下形成的區(qū)域斜向正斷層，所形成的正斷層垂直于區(qū)域拉張方向，但斜交于真②邊界斷層(圖5(b))。第三類斷層為兩邊界斷層在逐漸擴(kuò)展而疊置過程中發(fā)育的連接－擴(kuò)展斷層，可以是斜向連接－擴(kuò)展斷層，也可以是橫向連接－擴(kuò)展斷層(圖5(c)、(d))。以上3類斷層組合在真②-1與真②-2之間的許莊構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶十分常見，并形成了大量的隱蔽性斷塊圈閉油藏。第四類斷層為斷坡因彎曲而產(chǎn)生的內(nèi)部拉張(相當(dāng)于一個(gè)背斜轉(zhuǎn)折端形成正斷層的機(jī)制)斷層，分別有斜向斷坡拉張斷層與橫向斷坡拉張斷層，決定于斷坡的傾斜方向(圖5(e)、(f))。這種情況下形成的斷層一般規(guī)模較小，其存在與否主要是取決于斷坡的彎曲程度或內(nèi)部變形強(qiáng)度。第五類為當(dāng)構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶邊界斷層具有走滑分量時(shí)，會(huì)派生斜列的小型羽狀正斷層(圖5(g))，而斷坡帶內(nèi)一系列不同方位、不同成因斷層交織在一起時(shí)，還會(huì)形成極為復(fù)雜的網(wǎng)狀斷層組合(圖5(h))。這兩大類斷層組合多在真②-2與真②-3斷層之間的黃玨－方巷構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶中出現(xiàn)，并形成一系列隱蔽性斷塊圈閉。

圖5 真武斷裂帶隱蔽性斷層斷層組合樣式與斷塊圈閉Fig.5 Combination types of concealed faults and traps in Zhenwu fault zone

3 隱蔽性斷層精細(xì)識別技術(shù)

由于隱蔽性斷層往往具有規(guī)模小、叢式發(fā)育和地震識別困難等特點(diǎn)，嚴(yán)重影響了對其進(jìn)行解釋的精確性，前人多采用補(bǔ)充重磁資料的構(gòu)造模式、斷層組合、構(gòu)造應(yīng)力場和地球物理模擬等方法來進(jìn)行分析［1-4，13-14］，隨著高精度三維地震和井間地震的普及，相干體、地震屬性和時(shí)間切片等分析技術(shù)開始被應(yīng)用到隱蔽性斷層的識別上來［15-18］。由于高郵凹陷地震資料品質(zhì)整體不佳，嚴(yán)重影響了構(gòu)造細(xì)節(jié)的解釋和隱蔽性斷塊圈閉的發(fā)現(xiàn)，在針對這一問題的研究中，從常規(guī)參數(shù)相干數(shù)據(jù)體出發(fā)，對比調(diào)節(jié)相干計(jì)算方向及考慮地層傾角計(jì)算方法，并使用濾波技術(shù)加強(qiáng)資料信噪比，達(dá)到在三級斷裂系統(tǒng)內(nèi)部突出NE向隱蔽性斷層的識別效果。在識別出斷層位置后，再通過隨機(jī)測線掃描分析斷面變化落實(shí)斷層的產(chǎn)狀。

3.1 相干體技術(shù)

對于三維地震數(shù)據(jù)體來說，由于被斷層切割的部分與相鄰部分具有不同的地震特征，在局部的各道之間會(huì)產(chǎn)生不相干帶，在對地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行相干處理后，沿?cái)鄬泳蜁?huì)產(chǎn)生低相干性帶［19］，因此可以利用相干體技術(shù)對隱蔽性斷層進(jìn)行識別。但是，在進(jìn)行相干處理時(shí)，要針對地層傾角、相關(guān)時(shí)窗、相關(guān)類型、相關(guān)道數(shù)及方向開展相干效果分析，例如針對高郵凹陷的地震地質(zhì)特征，選取地震剖面上波組特征好和斷點(diǎn)清晰的地區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)對比研究，發(fā)現(xiàn)進(jìn)行相干處理時(shí)使用地層傾角比不使用地層傾角的相關(guān)效果好，而有目的地采取垂直斷層走向作為道相關(guān)方向比任意其他方向的相關(guān)效果好。這兩個(gè)參數(shù)的調(diào)整使得切片上的斷層平面走向更清晰。同時(shí)在計(jì)算地震相干性時(shí)要根據(jù)研究目的選擇相干數(shù)據(jù)的相關(guān)時(shí)窗。相關(guān)時(shí)窗的選擇一般由地震剖面上反射波視周期t決定。當(dāng)反映斷層時(shí)，其計(jì)算時(shí)窗通常取1/2 t～3/2 t。如果計(jì)算時(shí)窗小于1/2 t時(shí)，相干值受噪聲的影響比受斷層的影響大，而不是反映斷層存在的位置;當(dāng)計(jì)算時(shí)窗大于3/2 t時(shí)，多個(gè)地震反射同相軸參加運(yùn)算，相干值反映的是地層的不連續(xù)。

另外，地震資料的品質(zhì)還決定了屬性值的選取。對于地震資料品質(zhì)較高的地區(qū)，檢測斷層選擇最小屬性;對于地震資料品質(zhì)較差的地區(qū)，則選擇中值屬性，或者在相干處理前，對地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行濾波或影像加強(qiáng)處理后，再選擇最小屬性。以高郵凹陷北斜坡波組為例(圖6)，其資料品質(zhì)相對較好，可選擇最小屬性，在其他參數(shù)不變的情況下，筆者針對性進(jìn)行了優(yōu)化參數(shù)和濾波處理，從效果看優(yōu)化參數(shù)僅對EW向延伸較長的、具一定規(guī)模的斷層有較好的視覺加強(qiáng)(圖6(b))，但對NE方向的次級斷層識別效果較差。進(jìn)行帶通濾波后由于突出主頻范圍內(nèi)信息，一定程度上提高了信噪比，相干效果較好，尤其是NE方向的小斷層識別得到加強(qiáng)(圖6(c))。

圖6 相干體技術(shù)應(yīng)用效果對比Fig.6 Comparison of application effects for coherence technique

3.2 隨機(jī)測線掃描

識別出隱蔽性斷層后，利用三維隨機(jī)測線在方向和長度上的任意性可以了解其產(chǎn)狀細(xì)節(jié)。隨機(jī)測線掃描的關(guān)鍵是切取能最佳反映與隱蔽性斷層走向垂直的合適方向。

由于高郵凹陷北斜坡地區(qū)阜三段(E1f3)地震資料信噪比低、斷層密集，如果斷塊過于狹窄，在主測線或聯(lián)絡(luò)測線上控制斷塊的地震道少，就難以確定該塊內(nèi)地層反射的產(chǎn)狀，從而也識別不出與相鄰斷塊的產(chǎn)狀差別;對于某些隱蔽性斷層來說，主測線和聯(lián)絡(luò)測線的方向都不是其斷面或斷點(diǎn)的最佳成像方向。通過對不同走向的隨機(jī)線的觀察，可以落實(shí)這些隱蔽性斷層的產(chǎn)狀。首先，分析測線走向變化，可以顯示斷塊內(nèi)更多的地震道便于確定反射產(chǎn)狀，進(jìn)而識別產(chǎn)狀突變的可疑斷點(diǎn);其次，在可疑斷點(diǎn)處進(jìn)行不同方位角的隨機(jī)線掃描，可以看到更明顯和更突出的斷層現(xiàn)象，比如在剖面上表現(xiàn)為一條相位中斷、產(chǎn)狀突變和振幅頻率突變的斜線或有斷面反射的出現(xiàn)(圖7)，最終落實(shí)隱蔽性斷層的整體產(chǎn)狀。

圖7 花莊地區(qū)主測線與隨機(jī)線地震剖面Fig.7 Seismic profiles of main line and random line in Huazhuang region

在北斜坡的花莊、沙埝、劉五舍等地區(qū)和真武斷裂帶，通過采用優(yōu)化相干體加地震隨機(jī)線掃描技術(shù)開展隱蔽性斷層識別，落實(shí)了眾多NE-NNE向隱蔽性斷層，發(fā)現(xiàn)了大量的隱蔽斷塊，成功鉆探了W18、W19、H24、H26、SH59、SH64、X35 等井，取得了良好的勘探效果。

4 結(jié)論

(1)高郵凹陷內(nèi)古近紀(jì)隱蔽性斷層具有如下特征:屬于斜向拉張下NNE走向基底斷層再活動(dòng)的產(chǎn)物;處于不利的拉張方位，一般垂直落差不大(與EW向同等規(guī)模斷層比較);具有右行走滑分量，多為正－右行平移斷層;常呈斷續(xù)出現(xiàn)，被限制于EW向或NEE向正斷層之間，也會(huì)以多種方式與相它方位斷層連接;主要在早階段吳堡期活動(dòng)，晚階段一般不活動(dòng)，活動(dòng)時(shí)間短。

(2)高郵凹陷NNE向基底斷層復(fù)活時(shí)與區(qū)域拉伸方向呈小角度相交，存在基底斷層連續(xù)斷開型、雁列狀正斷層型、連接斷層型和斷續(xù)分布斜拉斷層型等4種復(fù)活方式，進(jìn)而在不同地區(qū)形成具有不同展布特點(diǎn)的隱蔽性斷層。

(3)斜坡帶、變換斷層帶和構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的隱蔽性斷層形成及排列方式不同，進(jìn)而形成了不同的斷控圈閉樣式:斜坡帶主要發(fā)育限制型、連續(xù)型和復(fù)合型隱蔽性斷塊圈閉，變換斷層帶主要發(fā)育派生的隱蔽性斷層與主斷層之間的三角地塊型隱蔽性斷塊圈閉，構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶主要發(fā)育同向平移型、區(qū)域斜向正斷層型、連接－擴(kuò)展型、內(nèi)部拉張型、派生斜列型和網(wǎng)狀型隱蔽性斷塊圈閉。

(4)通過采用加入地層傾角、方向調(diào)節(jié)和濾波分析的相干體技術(shù)，可以識別隱蔽性斷層的存在，并利用隨機(jī)測線掃描落實(shí)斷層的產(chǎn)狀。應(yīng)用該套方法有效地識別了高郵凹陷的隱蔽性斷層，發(fā)現(xiàn)了大量的隱蔽斷塊油藏，取得了良好的勘探效果。

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