井震结合“一井多断”小断层特征研究

杨柏

(中石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江 大庆 163712)



井震结合“一井多断”小断层特征研究

杨柏

(中石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江 大庆 163712)

以萨尔图油田萨尔图、葡萄花、高台子油层为研究对象，运用测井、地震资料识别小断层，分析小断层的力学形成机制，研究“一井多断”小断层的分布特征，为油田开发提供指导。研究表明：小断层处地震反射波同相轴发生细微错开、分叉、合并等现象；裂缝的产生是形成断层的前提和基础，小断层的形成受构造应力和岩体力学因素影响；小断层内各断点间距离相差不大，小断层在纵向上断距的相差较小；小断层在平面上主要分布于断层带的内部和边部，呈成带性；纵向上与大断层成组出现，呈派生性；构造应力是小断层形成的主要因素。

小断层；地震反射特征；分布特征

小断层通常是指断距小于10m，横向上的延伸长度一般不超过500m的断层。由于地震资料分辨率限制，在一般勘探阶段的地震资料解释过程中，利用常规的断层判别标准难以识别、发现小断层[1]。有关小断层的研究主要集中在煤系地层[2]。在油田开发中，小断层能够导致油井注水受效差、产液量低，损坏生产井套管，影响油田生产。地层对比过程中常常发现一口井发育多个小断层，但受地震资料分辨率低的影响，以往对该类小断层的研究较少。

萨尔图油田北二西区位于萨尔图油田北部背斜构造西部，构造较为平缓，地层倾角为3°左右，地形平坦。该区断层较多，均为正断层。其中三维地震资料解释断层走向均为北北西向，断层最大延伸长度为6.6km，最小延伸长度只有0.5km，最大断距92.0m，最小断距1.2m，断层平均倾角为52°。笔者运用地震和测井资料，对研究区主要产油层(萨尔图、葡萄花、高台子油层)“一井多断”小断层的分布特征和地震反射特征进行了详细研究[3]，为今后的地质研究和地震解释工作提供依据，为油田开发工作提供指导。

1 井震结合小断层确定方法

1.1 小断层的测井响应特征

充分发挥测井资料在纵向上的高分辨率特点，运用“旋回对比，分级控制”的原则，由大到小逐渐控制、逐级对比的方法[4]进行地层对比：用标准层控制划分、对比油层组，用3级旋回划分、对比砂层组，以4级旋回划分、对比小层。

图1 萨尔图油田断层发育处地层对比图

图2 小断层的地震反射波特征

在地层对比过程中识别和确定小断层的存在。主要通过以下标志识别断层：①地层的重复与缺失，如图1中B井小层缺失，说明发育断层；②近距离内标准层的高程相差悬殊；③近距离内同层厚度突然变化。研究区的小断层处主要表现为地层发生缺失或突然变薄，或者近距离内标准层的相对高程差较明显。

1.2 小断层的地震响应特征

小断层处的地震反射波动力学特征会发生一些变化，如反射波同相轴发生细微错开、分叉、合并、不光滑扭曲、振幅突然变弱、强相位转换等现象，反射波能量、频率、相位发生变化等[5，6]。上述特征都是对小断层进行拾取和组合的有力根据。另外，在小断层发育处，构造属性体(相干体、方差体、蚂蚁体、曲率体、倾角体等)出现异常，地震水平切片同向轴水平错断(图2)。

2 小断层形成的力学机制

图3 裂隙面应力分析

构造物理学研究[7，8]认为，断层起缘于裂缝。当岩石的应力、应变达到一定程度，岩石就会发生破坏，形成裂缝。裂缝的产生是形成断层的前提和基础，从裂缝发展到断层还需要一定的力学条件，即在产生破裂的同时或在其之后岩体因为有了裂缝，受力的作用产生相对位移，就形成断层[8]。

如图3所示，岩石体中已有的一条裂缝(AB)纵剖面，该剖面所受水平张应力为σ1，垂直应力为σ3。由于裂缝AB的上、下盘之间的摩擦力远小于完整岩石的内聚力，因此可以忽略不计。在σ1、σ3作用下，裂缝AB在AB面上的受力分解为σx和σy。如果σ1为张应力，且大到一定程度，使两盘岩体发生形变，并产生相对位移，则形成正断层。如果σ1为压应力，σ1、σ3在AB方向的合应力分为2种情况：当σy作用方向由B指向A时，且大到一定程度，使两盘岩体发生形变并产生相对位移，则形成正断层；当σy作用方向由A指向B时，且大到一定程度，使两盘岩体发生形变并产生相对位移，则形成逆断层。

影响断层的形成因素还有岩体力学性质。对于一大套层状地层来说，每层岩体的力学性质并不一样；各层岩体内部的不同岩性的力学性质也不一样。当层状结构岩体受到构造应力作用时，它所呈现的力学现象除了与各层岩石本身的力学性质有关外，还与层状岩石组成的复合岩体结构的力学特性有关[9～11]。岩体内的结构面及其控制下形成的岩体结构，控制着岩体的变形、破坏机制和力学特征参数[12～16]。

因此，小断层的形成，受构造应力和岩体力学两方面因素影响。

3 小断层的分布及断距特征

通过地层对比发现，地层在小断层处缺失(见表1)，表明研究区的小断层为正断层，小断层的性质相同，其特征主要表现在以下4个方面。

表1 小断层断距及断点分布特征

注：缺失层位符号中，S、P、G分别代表萨尔图油层、葡萄花油层、高台子油层；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ代表油组序号；下标代表砂层序号。

图4 研究区发育小断层的井位平面分布图

1)近距离性 同一口井的小断层之间的垂直距离小于70m，绝大多数的垂直距离小于40m，各个小断层在纵向上分布相对集中；3个或3个以上相邻的小断层各断点间距离相差不大，呈现出距离相近的特征。

2)近断距性 在同一口井(如F井)中，小断层的断距相差较小，常常呈现出近断距性。

3)成带性 小断层在平面上主要分布于断层带的内部和边部，呈成带性(图4)。说明小断层形成于应力比较集中的区域。一般来说，“一井多断”小断层周围的井也发育单个小断层，有的可能是“一井多断”小断层的延伸。

4)派生性 在纵向上，小断层往往与大断层伴生，距离大断层较近。小断层与大断层成组出现，说明小断层是在较大的构造应力下派生的。在大的构造运动中，大断层沿断层面发生相对移动，对岩层产生挤压和拖拽作用，岩层在拉张应力和挤压应力次一级应力场作用下，在断层两侧发生弯曲、褶皱，最终在岩层薄弱区发生脆性破裂，形成小断层。构造应力是小断层形成的主要因素。

综上研究认为，一井多个断点现象的产生主要有两种原因：一是大断层伴生的小断层：二是断裂破碎带内发育多个小断距断点。

4 结论

1)裂缝的产生是形成断层的前提和基础。裂缝处，如果岩石体受张应力作用，两盘岩体发生形变，并产生相对位移，则形成正断层；如果岩石体受压应力作用，视沿裂缝面的合应力的方向，形成正断层或逆断层。断层的形成主要受构造应力和岩体力学两方面因素的影响。

2)小断层处地震反射波同相轴发生细微错开、分叉、合并、不光滑扭曲、振幅突然变弱等现象。

3)各断点间距离相差不大，小断层间呈现出距离相近的特征；小断层在纵向上断距相差较小，呈近断距性；小断层在平面上主要分布于断层带的内部和边部，呈成带性；纵向上与大断层成组出现，呈现出派生性；构造应力是小断层形成的主要因素。

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[编辑] 龚丹

2016-01-24

国家科技重大专项(2008ZX05009)。

杨柏(1982-)，男，硕士，工程师，现从事井震结合储层描述工作，hj-0120@163.com。

P631.44

A

1673-1409(2016)32-0050-04

[引著格式]杨柏.井震结合“一井多断”小断层特征研究[J].长江大学学报(自科版),2016,13(32):50～53.