馬驍騏，倪金龍*，張　凱，王智敏

（1.山東科技大學(xué)山東省沉積成礦作用與沉積礦產(chǎn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島266510；2.中國(guó)石化勝利油田分公司臨盤(pán)采油廠，山東德州251507）

惠民凹陷臨南洼陷T6反射層斷裂分形特征與有利儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

馬驍騏1，倪金龍1*，張凱1，王智敏2

（1.山東科技大學(xué)山東省沉積成礦作用與沉積礦產(chǎn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島266510；2.中國(guó)石化勝利油田分公司臨盤(pán)采油廠，山東德州251507）

斷裂活動(dòng)對(duì)于油氣的運(yùn)移與聚集至關(guān)重要，然而伴隨斷裂活動(dòng)形成的大量裂縫對(duì)于儲(chǔ)集空間的改善，及由此而形成的有利儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)卻沒(méi)有引起足夠的重視。基于分形幾何學(xué)的基本理論與方法，對(duì)惠民凹陷臨南洼陷T6反射層（沙三段中亞段）斷裂分形特征進(jìn)行了定量分析，結(jié)合已知油氣藏的分布及沉積相特征，探討了斷裂分維值的特征及其與油氣儲(chǔ)集空間分布之間的聯(lián)系，并對(duì)由于斷裂活動(dòng)形成的有利儲(chǔ)層的分布進(jìn)行了預(yù)測(cè)。結(jié)果表明，研究區(qū)斷裂構(gòu)造在0.1875～1.5區(qū)間內(nèi)具有良好的自相似性，相關(guān)系數(shù)大多大于0.970；且分維值越大，斷裂發(fā)育的復(fù)雜程度越高。斷裂分維值的變化特征與斷裂的發(fā)育規(guī)律具有相關(guān)性，研究區(qū)中部洼陷的有利儲(chǔ)層主要分布于分維值為1.1～1.4的等值線閉合圈內(nèi)，南、北兩側(cè)有利儲(chǔ)層分布于分維值大于1.2的等值線閉合圈內(nèi)；斷裂分維值為0.8～1.4的斷裂構(gòu)造部位是該區(qū)油氣聚集的優(yōu)勢(shì)區(qū)，分維值大于1.4的部位是油氣運(yùn)移的區(qū)域；結(jié)合沉積相特征，預(yù)測(cè)夏224井區(qū)以西、夏53井區(qū)以南、街斜201井區(qū)以南等是目前油氣勘探的有利區(qū)帶。

T6反射層 沙三段中亞段 斷裂分形特征 分維值 有利儲(chǔ)層 臨南洼陷

分形幾何學(xué)由法國(guó)數(shù)學(xué)家Mandelbrot創(chuàng)立［1］，主要用于研究一些具有相似性的不規(guī)則曲線、具有自仿射性的分形集、具有自反演性的不規(guī)則圖形等。近年來(lái)，分形理論中的相似性特點(diǎn)被應(yīng)用到自然科學(xué)與社會(huì)科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域，并為自然界中不規(guī)則的、高度復(fù)雜的非線性現(xiàn)象提供了一種定量的描述手段［2-3］。其中，分形理論在地質(zhì)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用主要體現(xiàn)在油氣勘探、運(yùn)移、儲(chǔ)集和預(yù)測(cè)等方面［4-7］，如斷裂性質(zhì)及走向與分形維數(shù)的關(guān)系［8］、斷裂體系的分形特征與深源氣的運(yùn)移條件［5］、斷裂分形特征與油氣盆地的分布關(guān)系［9］等。

臨南洼陷是惠民凹陷一個(gè)重要的次級(jí)構(gòu)造單元，洼陷內(nèi)及周緣是勝利油區(qū)一個(gè)重要的產(chǎn)油區(qū)［10］。目前，臨南洼陷已發(fā)現(xiàn)的油氣藏大多為構(gòu)造油氣藏及少量的隱蔽油氣藏。隨著勘探的不斷深入，尋找新的油氣藏迫在眉睫?；谟蜌獬刹氐幕纠碚摚己玫膬?chǔ)層是油氣藏形成的一個(gè)必要條件，如連通性好的砂巖。然而，裂縫的廣泛發(fā)育可以改善連通性弱的巖石，如泥巖、灰?guī)r等，使其具備儲(chǔ)層條件。因此，裂縫型儲(chǔ)層也是油田勘探的一個(gè)重要目標(biāo)。但是裂縫既可以改善儲(chǔ)層特征，也可以作為油氣運(yùn)移的通道，因此尋找有利的構(gòu)造儲(chǔ)集空間是急需解決的問(wèn)題。斷裂的分形幾何學(xué)研究表明，可以根據(jù)已經(jīng)識(shí)別出的斷裂特征推測(cè)未知的斷裂發(fā)育情況，結(jié)合已知油氣藏的特征與分布情況［11-13］，可以預(yù)測(cè)有利儲(chǔ)層分布區(qū)。基于臨南洼陷沙河街組T6反射層（沙三段中亞段）斷裂分布特征，根據(jù)分形幾何學(xué)理論，結(jié)合油氣藏分布、沉積相發(fā)育特征等方面的綜合分析，預(yù)測(cè)了有利儲(chǔ)層的可能發(fā)育位置。

1　區(qū)域地質(zhì)概況

臨南洼陷位于惠民凹陷西南部，惠民凹陷中央隆起帶與曲堤地壘之間，是惠民凹陷最為重要的洼陷之一，發(fā)育臨南斜坡帶、夏口斷裂帶、臨南洼陷帶和中央隆起帶4個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元（圖1）。研究區(qū)斷裂為北北東向，形態(tài)和規(guī)模受北傾的臨商斷裂帶和南傾的夏口斷層控制。在洼陷的形成過(guò)程中，發(fā)育了完整的古近系和新近系，由下到上依次為孔店組、沙河街組、東營(yíng)組、館陶組和明化鎮(zhèn)組［14］。其中，沙三段形成了多套生、儲(chǔ)、蓋組合，從當(dāng)前已探明的油氣藏來(lái)看，有利儲(chǔ)層與斷裂構(gòu)造有密切關(guān)系。

圖1　臨南洼陷區(qū)域構(gòu)造綱要Fig.1　StructureoutlinemapoftheLinnansubsag

2　斷裂系統(tǒng)分維值計(jì)算

巖石所受地應(yīng)力超過(guò)臨界值后會(huì)產(chǎn)生破裂，并且產(chǎn)生位移，進(jìn)而形成斷裂［15-16］。從幾何學(xué)角度進(jìn)行觀察，斷層的空間特征實(shí)質(zhì)上是一系列無(wú)規(guī)則展布的面狀幾何體或線狀集合，可將這些無(wú)規(guī)則形狀的幾何集合視為分形體，根據(jù)分形幾何學(xué)的方法定量求取分形體空間分布特征的分維值［7］。分維值作為分形幾何學(xué)中一個(gè)重要的評(píng)價(jià)參數(shù)，可以通過(guò)盒維、信息維、關(guān)聯(lián)維等方法［17-20］進(jìn)行計(jì)算。筆者采用最常用的盒維法［3］，具體做法是以不同尺度（r）的正方形格子依次覆蓋斷裂平面分布圖，統(tǒng)計(jì)出覆蓋分形體所需的盒子數(shù)（I（r）），并根據(jù)計(jì)算得到一系列；在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中，用最小二乘法對(duì)lnr—lnI（r）的關(guān)系進(jìn)行表征，可以借助相關(guān)系數(shù)來(lái)判斷這種線性關(guān)系的關(guān)聯(lián)性，相關(guān)系數(shù)越趨近于1表明關(guān)聯(lián)性越好，而該直線的斜率就是所求的分維值（D）［21］。

將臨南洼陷T6反射層斷裂平面分布圖以實(shí)際邊長(zhǎng)為3km×3km的正方形劃分出127個(gè)評(píng)價(jià)方格（圖2），并以實(shí)際邊長(zhǎng)分別為1.5，0.75，0.375，0.1875km的方格覆蓋，求出各評(píng)價(jià)方格的分維值（表1）。從表1可以看出，各個(gè)評(píng)價(jià)方格的分維值為0.575～1.683，相關(guān)系數(shù)大部分大于0.970，說(shuō)明斷裂復(fù)雜程度與分維值具有良好的線性關(guān)系，進(jìn)而表明研究區(qū)斷裂構(gòu)造具有良好的自似性和分形分布特征。各評(píng)價(jià)方格分維值不同表明各單元格內(nèi)斷裂發(fā)育在分形幾何特征上存在差異。82，83，96，97，98號(hào)方格內(nèi)有不同走向的三、四級(jí)斷裂密集發(fā)育，分維值為1.142～1.683；而斷裂發(fā)育相對(duì)較少的115，116，127號(hào)方格分維值均小于1.000，這驗(yàn)證了分維值體現(xiàn)斷裂構(gòu)造復(fù)雜程度的結(jié)論［18］。

圖2　臨南洼陷斷裂分形特征評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐諪ig.2　Theassessmentunitdivisiondiagramoffractal dimensionoffractureintheLinnansubsag

表1　臨南洼陷T6反射層斷裂分維值統(tǒng)計(jì)Table1　Thefractaldimensionstatisticsoffracturein thereflectionlayerT6，Linnansubsag

3　斷裂分形特征與儲(chǔ)層分布

3.1儲(chǔ)層分布與斷裂系統(tǒng)分維值的關(guān)系

斷裂系統(tǒng)分維值表征了含油氣盆地中不同時(shí)期構(gòu)造演化的強(qiáng)弱及斷裂發(fā)育的疊置性和新生性，而斷裂對(duì)油氣的聚集有明顯的控制作用［22-24］。因此，斷裂的分維值必然與儲(chǔ)層分布之間存在某種聯(lián)系，探尋二者之間的聯(lián)系，可以作為評(píng)價(jià)油氣分布和富集規(guī)律的一個(gè)重要參數(shù)［8］。

圖3　臨南洼陷沙三段中亞段沉積相、油氣藏分布與斷裂分維值等值線疊合及有利儲(chǔ)層預(yù)測(cè)Fig.3　Acompositemapofsedimentaryfacies，hydrocarbondistribution，fractaldimensioncontouroffractureandfavorable reservoirpredictionforthemiddlesectionofthethirdmemberofShahejieFormationinLinnansubsag

基于臨南洼陷T6反射層已探明油氣藏的分布與斷裂分維值等值線疊合結(jié)果（圖3），從洼陷內(nèi)油氣藏宏觀分布趨勢(shì)來(lái)看，分維值大于1.2形成的等值線閉合圈有10個(gè)，其中8個(gè)與已探明油氣藏重合；洼陷北部有利儲(chǔ)層主要分布在分維值大于1.2的等值線閉合圈內(nèi)或偏北靠近中央隆起帶翼部；洼陷南部有利儲(chǔ)層總體分布在分維值大于1.2的等值線閉合圈內(nèi)或偏南靠近夏口斷層部位；洼陷中部有利儲(chǔ)層主要分布在分維值為1.1～1.4的等值線閉合圈內(nèi)。

根據(jù)現(xiàn)有鉆井資料，并結(jié)合沙三段中亞段沉積相發(fā)育特征（圖3）發(fā)現(xiàn)，油氣主要分布在三角洲前緣亞相和淺湖亞相。臨97和夏斜98井區(qū)位于與前三角洲毗鄰的淺湖亞相，其斷裂分維值為0.8～1.3；商59、商543、臨102和夏70井區(qū)位于三角洲前緣亞相，其斷裂分維值為0.8～1.4；夏斜521和夏53井區(qū)位于三角洲平原邊緣，與三角洲前緣毗鄰，其斷裂分維值為1.0～1.4。以上規(guī)律表明，臨南洼陷有利儲(chǔ)層的分布與斷裂分維特征的聯(lián)系主要表現(xiàn)為：斷裂分維值為0.8～1.4有利于裂縫型儲(chǔ)層的形成。將斷裂分維值與沉積相、巖石成分和結(jié)構(gòu)等因素互相結(jié)合，可以得出進(jìn)一步的規(guī)律：臨南洼陷淺湖亞相斷裂分維值為0.8～1.3有利于儲(chǔ)集空間的改善；三角洲前緣亞相斷裂分維值為0.8～1.4有利于儲(chǔ)集空間的改善；三角洲平原亞相斷裂分維值為1.0～1.4有利于儲(chǔ)集空間的改善。上述現(xiàn)象產(chǎn)生的原因可能與不同沉積亞相巖石成分的均一性、粒度、孔隙度等差異有關(guān)，對(duì)于分選性較好的砂巖，不需要較高的斷裂分維值就可以有良好的儲(chǔ)集性能，但是對(duì)于分選性不好的砂巖來(lái)說(shuō)，如淺湖亞相沉積巖，較高的斷裂分維值意味著儲(chǔ)集空間的有效改善。但斷裂對(duì)儲(chǔ)集空間的改善不是無(wú)限度的，如果斷裂分維值過(guò)高（如大于1.4），則可能導(dǎo)致小型裂縫貫穿形成較大規(guī)模的斷裂，從而形成油氣運(yùn)移的通道，不利于油氣藏的聚集。

3.2有利儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

含油氣盆地?cái)嗔逊中翁卣餮芯康闹匾康模褪峭ㄟ^(guò)分析斷裂體系分形特征與已知油氣藏儲(chǔ)集空間存在的相互關(guān)系，進(jìn)而預(yù)測(cè)盆地中潛在的油氣分布和富集的有利區(qū)域［5］。臨南洼陷街斜201井區(qū)以南地區(qū)處于淺湖亞相和三角洲前緣亞相內(nèi)，其斷裂分維值為1.068～1.210；夏224井區(qū)位于三角洲前緣亞相內(nèi)，并處于斷裂分維值為1.128～1.432的等值線閉合圈內(nèi)；夏53井區(qū)以南地區(qū)與夏斜521井區(qū)、夏53井區(qū)同處于三角洲平原亞相內(nèi)，且構(gòu)造部位相同，處于斷裂分維值為1.0～1.2的等值線閉合圈內(nèi)。通過(guò)綜合分析分形特征與構(gòu)造帶、沉積相組合3方面的因素認(rèn)為，街斜201井區(qū)以南、夏224井區(qū)以西、夏53井區(qū)以南地區(qū)可作為臨南洼陷未來(lái)有利儲(chǔ)層的重點(diǎn)勘探地區(qū)（圖3）。

4　結(jié)論

在方格尺度為0.1875～1.5km時(shí)，利用盒維法計(jì)算的惠民凹陷臨南洼陷T6反射層（沙三段中亞段）各評(píng)價(jià)單元的分維值為0.575～1.683，相關(guān)系數(shù)多大于0.970，說(shuō)明斷裂發(fā)育具有良好的分維自似性，分形特征明顯，應(yīng)用分形理論研究臨南洼陷T6反射層（沙三段中亞段）斷裂系統(tǒng)的空間分布是可行的。斷裂分維值形成的等值線圈閉與油氣分布在界定范圍內(nèi)有一致性。斷裂分維值為0.8～1.4有利于裂縫型儲(chǔ)層的形成；分維值大于1.4時(shí)，斷裂對(duì)改善油氣通道的運(yùn)移作用大于儲(chǔ)集作用。臨南洼陷沙三段中亞段油氣成藏區(qū)多集中在三角洲前緣亞相、淺湖亞相。其中，分布于淺湖亞相的油氣藏更能體現(xiàn)斷裂對(duì)儲(chǔ)層的改善作用。預(yù)測(cè)街斜201井區(qū)以南、夏224井區(qū)以西、夏53井區(qū)以南等地區(qū)是有利儲(chǔ)層的分布區(qū)。

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編輯經(jīng)雅麗

Fractalcharacteristicsoffractureandfavorable reservoirpredictionofseismicreflectionlayer T6inLinnansubsag，Huiminsag

MaXiaoqi1，NiJinlong1，ZhangKai1，WangZhimin2

（1.ShandongProvincialKeyLaboratoryofDepositionalMineralization&SedimentaryMinerals，ShandongUniversityof ScienceandTechnology，QingdaoCity，ShandongProvince，266510，China；2.LinpanOilProductionPlant，ShengliOilfieldCompany，SINOPEC，DezhouCity，ShandongProvince，251507，China）

Faultingisessentialforthemigrationandaccumulationofoilandgas.However，expandingspaceofreservoirresultedfromanumberofcracksbeingformedwithfaultingandthepredictionoffavorablereservoirformedhavenotbeen paidenoughattention.Basedonthebasictheoriesandmethodsoffractalgeometry，thefractalfracturecharacteristicsof theseismicreflectionlayerT6inLinnansubsagofHuiminsag，BohaiBayBasin（middlesectionofthethirdmemberofShahejieFormation）hasbeenanalyzedquantitatively.Therelationshipbetweenfractaldimensionvaluesoffractureandthe provedoilandgasreservoirsdistributionhasbeendiscussedandthefavorablereservoirspaceresultedfromfaultinghas beenpredicted.Theresultsshowthatthefaultstructuresintheresearchareawithinthemeasurementsectionof0.1875-1.5kmhavegoodself-similarityandthecorrelationcoefficientsaregenerallyabove0.970.Thelargerthevalueoffractal dimension，themorecomplexthefaultstructure.Thefractaldimensionvaluecorrelateswiththefracturedevelopment.Thefavorablereservoirinthemiddleofthesagdistributeswithintheclosedcontoursrangingfrom1.1to1.4.Thefavorablereservoirinthesouthandthenorthofthesagdistributeswithintheclosedcontoursabove1.2.Thefaultstructurepositions withfractaldimensionsbetween0.8and1.4inthisareaaretheadvantageareasforoilandgasaccumulation，andthepositionswithfractaldimensionsabove1.4aretheareasforoilandgasmigration.Thearea，whereiswesttoWellXia224and southtoWellXia53andWellJiexie201，ispredictedtobethefavorablecrackforhydrocarbonexplorationcombiningwith sedimentaryfeatures.

seismicreflectionlayerT6；fmiddlesectionofthethirdmemberofShahejieFormation；fractalfracturecharacteristics；dimensionvalue；favorablereservoir；Linnansubsag

TE111.2

A

1009-9603（2015）01-0052-05

2014-11-05。

馬驍騏（1988—），男，山東梁山人，在讀碩士研究生，從事構(gòu)造地質(zhì)學(xué)研究。聯(lián)系電話：18764271521，E-mail：58763789@qq.com。

倪金龍（1974—），男，安徽桐城人，副教授，博士，從事構(gòu)造地質(zhì)學(xué)相關(guān)教學(xué)與研究。聯(lián)系電話：15954813207，E-mail：nijlqd@163.com。

山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目“濟(jì)陽(yáng)坳陷惠民—東營(yíng)凹陷中央隆起帶差異隆升機(jī)制研究”（ZR2013DM007），山東省沉積成礦作用與沉積礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目“東營(yíng)—惠民凹陷中央隆起帶剝蝕量恢復(fù)及隆升差異研究”（DMSM201005）。