断块油气藏分形体系及其控油气作用

宋金鑫，慈帅华，欧阳莉，张方方，张振宇

（1.中国石油西部钻探吐哈录井工程公司，新疆鄯善　838202；2.中国石化江苏油田采油一厂，江苏扬州　225265）

断块油气藏分形体系及其控油气作用

宋金鑫1，慈帅华1，欧阳莉1，张方方1，张振宇2

（1.中国石油西部钻探吐哈录井工程公司，新疆鄯善838202；2.中国石化江苏油田采油一厂，江苏扬州225265）

分形几何学在地质领域的研究和应用为地质现象研究提供了新的研究手段。分形分维值可以定量描述断裂分布的复杂性，分维值越大，断裂体系越复杂，越有利于油气的运移。本文通过对高邮凹陷T30、T40构造反射层断裂体系分维值的计算，发现各个反射层断裂体系具有良好的分形特征，而且分维高值区与油田分布相对应。本文指出分维高值区为高邮凹陷下一步油气勘探的重点地区。本文的研究思路在分形几何学在复杂断块油气藏的运用中具有一定的借鉴意义。

分形理论；高邮凹陷；油气分布；断块

“分形”理论于1975年被法国数学家曼德布罗特（B.B.Mandelbrot）首次提出［1］。分维值是分形几何学中的一个十分重要的参数，是几何对象复杂程度的标志［2］。

分形几何学已应用于地质学领域，尤其是在研究油气断裂体系方面［3-5］。我国东部油田多为复杂断块油气藏，断裂体系作为油气主要的运移、聚集通道，其分形特征研究有重要的理论意义和实际意义。本文以高邮凹陷为例，探讨分形体系在断块油气藏中的应用。

1　研究区构造背景

高邮凹陷位于苏北盆地东台坳陷中部［6，7］，发育北东东向、北东向、北西向三组断裂，高邮凹陷主要反射层有T20、T23、T25、T30、T33、T40等［8］，前人研究表明断裂体系分维值与油田分布存在相关性［9］，因此研究各个反射面断裂体系分形特征具有重要的实际意义。为探讨高邮凹陷断裂体系分形与油田分布关系，本文重点以T30、T40反射面为例说明。

2　断裂体系的分维值计算

为方便统计覆盖网格内断层数目，选取1.5、2.5、3.5、5、10（cm）的网格覆盖全区［10］，从建立的双对数图中直线的斜率即可读出断裂的分维值。lnN（L）与lnL显示了良好的直线关系（见图1），相关系数均在0.99以上，表明各反射层断裂体系在不同标度值下具有很好的分形特征。

图1　T30、T40与lnL的相关性

3　各构造反射层断裂体系分维值研究

3.1各构造反射层构造单元的划分

为更加精确地研究各构造反射层各个高邮凹陷构造单元分形特征，将构造反射层划分为不同的小区块并分别编号最终得到等值线图。根据高邮凹陷断裂级别特征及分形研究的合理性、可行性，没有将延伸长、断距大、活动时间长的一级大断裂考虑在内。

3.2T30、T40构造反射层断层体系分形特征

T30反射层断裂体系分维值普遍较大，其分维高值区主要分布在深凹带、真武断阶带中部、斜坡带的中部及西部，其分维值都在1.4以上；低值区主要分布在斜坡带东部、真武断阶带西部，其分维值在1.2左右，吴堡断阶带断层发育较为简单，分维值仅在0.9～1.1。T40反射层断裂体系分维高值区（分维值1.4以上）占据大部分区块，斜坡带东部、西部（柘垛低凸起）其分维值高达1.5以上，斜坡带中部分维值较低，在1.3～1.4；真武断阶带西部分维值在1.4左右，至中部分维值高达1.5以上，真武断阶带东部分维值偏低在1.3左右；吴堡断阶带附近分维值在1.3～1.4。

3.3高邮凹陷断裂体系复杂程度时空变化

从T30、T40反射层分型维数等值线图上可以看出等值线延伸方向基本与研究区内断层走向基本一致，在各个构造反射层内不同构造单元，分维值呈渐变变化。为了进一步了解断层复杂程度在时空上的变化规律，本文对分形维数进行了分区统计（见表1）。

表1　高邮凹陷各反射层分维值统计表

表2　高邮凹陷第三系反射层不同构造单元分形维数

对比各反射层的平均分形维数，明显可见其数值向浅层变小，表明高邮凹陷内由早至晚总体上断裂的复杂程度是降低的。然而，由于后形成的断层总是向下层切入，也会造成较深层断层的复杂程度增加。

本文也对高邮凹陷分次构造单元进行了分形维数的统计（见表2），显示了断层复杂程度在时空上的变化。一方面仍然显示各次级单元由早至晚断层复杂程度是总体降低的；另一方面，其显示断层的复杂程度在南断阶最大，北斜坡次之，而深凹带最低。从时期上看，在戴南-三垛期断层复杂程度在深凹带最大，南断阶次之，而北斜坡最低。

3.4高邮凹陷分形特征及其与油气分布的关系

高邮勘探形势图表明，高邮凹陷已知油田主要分布在斜坡带中部、深凹带及真武断阶带中部。通过T30、T40反射层分维等值线图与之相比较，发现分维值大小与油田分布对应较好，分维高值区基本对应主要油田的分布。因此可根据表2来预测油气分布。建议将各个反射层不同构造单元中断裂体系分形维数属于中偏高、高的区域作为高邮凹陷下一步油气勘探的重点。

4结论

（1）高邮凹陷断裂体系的分布具有良好的分形特征，凹陷内由早至晚总体上断裂体系的复杂程度是降低的。

（2）高邮凹陷T30、T40反射层断裂体系分维高值区与已知油田的分布有较好的对应关系。各个反射层不同构造单元中断裂体系分形维数属于中偏高、高的区域作为高邮凹陷下一步油气勘探的重点。

［1］B.B.Mandelbrot.What is fractal，and why fractal should matter to the petroleum geologist［J］.AAPG Bulletin，1991，75（3）∶628-629.

［2］ 张飞燕，等.分形概念及其在构造地质研究中的应用［J］.中国煤炭地质，2008，20（3）：16-19.

［3］ 平田隆幸.断层与分维数［J］.地震地质译丛，1990，12（1）∶53-56.

［4］ 谢和平.脆性材料裂纹扩展的分形运动学［J］.力学学报，1994，26（6）：757-762.

［5］ 孙岩，万玲，张喜惠.新疆塔里木北部地区压、扭、张破裂面分维数D值的测算［J］.地质论评，1997，43（2）：162-165.

［6］ 易顺民，唐辉明.活动断裂的分形结构特征［J］.地球科学，1995，20（1）：58-62.

［7］ 徐兵.塔里木盆地塔中地区断裂分形特征［J］.油气地质与采收率，2007，14（4）：35-37.

［8］ 苏浙皖闽油气区石油地质志编写组编.中国石油地质志（苏浙皖闽油气区）卷八［M］.北京：石油工业出版社，1992.

［9］ 沈忠民，冯祖钧，周光甲，等.断层体系分维与油田分布［J］.地球科学，1995，20（1）：73-77.

［10］ 王域辉，廖淑华.分形与石油［M］.北京：石油工业出版社，1994.

Fractal characteristic application on faults system of oil reservoir

SONG Jinxin1，CI Shuaihua1，OUYANG Li1，ZHANG Fangfang1，ZHANG Zhenyu2
（1.Tuha Mud Logging Engineering Company of CNPC WDEC，Shanshan Xinjiang 838202，China；2.Oil Production Plant 1 of CNPC Jiangsu Oilfield，Yangzhou Jiangsu 225265，China）

Fractal theory，which is applied in the field of geology，has offered a new method for the study of geological phenomenon.Fractal dimension can be used to describe the complexities of faults system distribution.With bigger fractal dimension，the fault complex show more sophisticate，and more favorable for migration of oil&gas.This paper concludes that the structural reflectors（T30、T40）show good fractal characteristic and the areas with bigger fractal dimension are in accordance with oil-producing blocks，based on the calculation of fractal dimension.Also，this paper predicts the potential profitable target of oil&gas accumulation to be the areas with bigger fractal dimensions.This paper provides the meaningful train of thought about the application of fractal theory in the fault-complicated oil field.

fractal theory；Gaoyou depression；oil and gas distribution；faults

TE122.1

A

1673-5285（2016）05-0101-03

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.05.026

2016－04-18

宋金鑫，工程师，毕业于中国石油大学（北京）地质工程专业，现于中国石油西部钻探吐哈录井工程公司从事录井解释评价工作，邮箱：allenchis@163.com。