金湖凹陷阜二段断裂信息维特征与油气藏分布

刘敬寿，杜全伟，戴俊生

(1.中国石油大学，山东 青岛 266555；2.东北石油大学，黑龙江 大庆 163318)



金湖凹陷阜二段断裂信息维特征与油气藏分布

刘敬寿1，杜全伟2，戴俊生1

(1.中国石油大学，山东 青岛 266555；2.东北石油大学，黑龙江 大庆 163318)

金湖凹陷油气运移、聚集、成藏与断裂的展布、发育程度密切相关。为了认识断裂发育区油气分布规律以及断裂对油气富集程度的控制作用，运用分形理论对金湖凹陷断裂体系进行研究，利用研究区已落实的油气藏分布，分析断裂与油气分布关系。结果表明，断裂面积信息维在1.530～1.685之间有利于大油藏形成和保存；断裂信息维在1.655～1.832之间的高值区，断块被进一步分割复杂化，导致油气分布支离破碎，使得油气藏小而碎；有利于油气聚集成藏的分维下限值为1.483。应用信息维法对断裂体系分维计算结果表明，断裂面积信息维高值区与油气藏分布区吻合较好。在此基础上，分析预测了金湖凹陷下一步勘探优选区。

面积信息维；断裂分形；油气藏分布；阜二段；金湖凹陷

引 言

在断裂构造的研究中，人们已经逐渐认识到断裂在几何形态、运动形式以及成因特征上具有统计意义的自相似性。根据分形理论的定义，分维可以进一步划分为容量维、信息维以及关联维等，在断裂构造地质复杂性描述中，又以容量维和信息维最为实用[1-5]。然而，已发表的研究成果表明[4-8]，采用简单数盒子计算断裂的容量维值，无法区别不同规模的断裂在平面上、剖面上的延伸规律。

目前，金湖凹陷已落实的近百个油气藏，以断鼻和断块油气藏为主[9]，断裂构造是影响该类油气藏形成的主控因素之一，油气分布与断裂有密切关系，因此，研究断裂构造分布特征及其对油气藏分布的控制作用，对该区油气进一步勘探具有指导意义。

1 金湖凹陷地质概况

金湖凹陷构造上位于苏北盆地东台坳陷的西部，西起张八岭隆起，东至菱塘桥、柳堡2个低凸起，西北邻建湖隆起，南抵天长凸起。在阜宁组地层沉积时期，研究区逐渐形成南陡北缓、南断北超的箕形凹陷；阜宁晚期吴堡运动后，北东走向的断裂发育；多期构造运动叠合，研究区自西向东主要发育西部斜坡带、石—港断裂带、汊涧西斜坡带、卞闵杨构造带以及宝应斜坡带等多个正向构造单元[9-11]。

金湖凹陷烃源岩主要分布在阜二段、阜四段，构造上位于杨村、石港断裂的下降盘，断裂活动性影响烃源岩发育、分布以及成熟度[9-10]；金湖凹陷烃源岩大量生烃、排烃期为三垛组沉积时期[12-13]；受早期基底断裂影响以及多期构造活动叠加作用，使金湖凹陷断裂发育多种构造样式；金湖凹陷油气沿着倾斜的地层发生侧向运移；垂向上，油气沿杨村、崔庄、石港、铜城断层等主干断层运移，受断层的遮挡、封堵作用，形成断块、断鼻油气藏[10-12]。

2 断裂面积信息维原理与设计

2.1 信息维计算原理

信息维(D)：容量维只考虑了数据集F中小网格数目，却没有考虑不同边长ε的小网格内覆盖的点数，因此，引入信息维D的概念：

(1)

式中：Pi为每个信息点落入第i个小网格的概率。

如公式(1)所示，当I(ε)=lnN(ε)时，信息维与数箱子计算的容量维是一致的，由此可见，信息维是容量维的一个推广。容量维、信息维均可采用网格覆盖法计算，与容量维不同之处是信息维需计算断裂迹线落入每个小网格中的概率。

2.2 网格单元边长的选取

在断裂分形评价中，关键问题[4-6]是如何合理确定统计单元边长r，即断裂在一定的尺度变化范围内存在自相似性。通过不断变换分形统计单元边长r，并分别用边长为r/3、r/4、r/5、r/6、r/7、r/8(不同边长ε)的小网格覆盖，统计信息维大于1.0的统计单元数目n，平均分维值为Dave(表1)，在统计单元中，统计相关系数R2大于0.97(具有较高自相似性)的统计单元数目m，依据n、m，参数φ表示为：

φ (2)

由表1、图1可以得出，随着r的增大，Dave、φ逐渐增大，但斜率逐渐减小；即r值越大，断裂的自相似性越高，但不同统计单元的差异性也越小。因此，在满足φ大于90%的基础上，选择合适的r值满足计算精度要求。综合分析后确定统计单元边长r为10 km。

图1 统计单元边长与φ的关系

3 金湖凹陷断裂面积信息维分布

统计单元内断裂面积，信息维在一定程度上反映了断裂的规模、断裂延伸长度(断裂构造连通性)，是断裂密度、延伸长度、规模、组合形式以及动力学机制的综合量化指标，可以作为描述断裂构造复杂程度的一个定量参数，并且统计单元的非均匀性、差异性与油气分布有着密切的内在联系。将网格边长与统计结果在双对数坐标系中拟合，得到金湖凹陷断裂分形特征曲线。在该网格单元边长下，网格边长与统计结果有较好的线性关系，变量间的相关系数R2在0.999以上，反映了金湖凹陷断裂系统分布具有的良好统计自相似性，从而使得在该区用分形方法研究断裂系统复杂性以及探讨其与油气藏分布的关系成为可能。

如图2所示，在一级、二级断层发育、构造活动强烈、张扭性断裂带发育的地区，断裂延伸长度较大，并且小断层或次级断层较多，断裂密集，平面组合样式复杂，信息维高；反之，在构造活动较弱地区，小断层或次级断层也相应较少，断裂稀疏，平面组合样式简单，信息维低。阜二段断裂信息维整体呈环带状分布，西部分维为高值，东部为低值；在吕梁—半塔一线、金湖—闵桥一线、杨村—汊涧一线、大同—张铺地区、铜城以及汜水以北地区断裂信息值为高值；在金湖—界首一线、宝应、界牌、马坝地区断裂信息维为低值。

图2 金湖凹陷阜二段断裂面积信息维等值线

4 断裂面积信息维与油气藏分布

在金湖凹陷，油气的垂直输导途径主要为断裂，烃源岩主要发育在阜二段及阜四段，大量生烃、排烃期为三垛组沉积时期[9-10]。因此，在金湖凹陷，从阜二段断裂信息维的角度研究油气成藏具有良好的理论基础。断裂面积信息维包含断裂规模、连通性等因素，这些均与油气的分布和保存有密切的内在联系；在统计单元信息维高值区，往往是古应力集中或者释放、平面上或者剖面上断裂连续性较好的区域，深源油气向上运移的通道条件好，从而为油气运移、聚集提供了有利的运移通道和遮挡成藏场所；而信息维低值区，断裂空间复杂性小、连通性差，很难为深源油气聚集提供良好的运移、遮挡条件；另外，在断控裂缝区，断层分形法[7-8，13]也是定量描述储层构造裂缝发育程度的有效手段，在分维高值区，储层构造裂缝发育，能够改善低渗透储层的渗流条件，为油气运移以及现今油气开发提供有利条件。

在研究区已落实的近百个油气藏中，将计算的油藏平面闭合面积作为油藏的大小，结合江苏油田对该区的勘探开发认识，将闭合面积大于2 km2的油气藏作为大油气藏，小于2 km2作为小油气藏。如图3所示，有利于大油藏形成、保存的断裂面积分维D为1.530～1.685，由于断裂发育使得断块进一步分割、破碎，往往使油气藏支离破碎；在断裂分维D大于1.685时，不利于大型油气藏的保存；在小油气藏分布中，油藏聚集保存的分维下限值D为1.483，其中，25个小油气藏的分维D为1.483～1.640，64个小油气藏的分维D为1.655～1.832，在断裂分维高值区，总体以小型油气藏为主。应用面积信息维对不同区域的断裂体系分形计算结果表明，信息维高值区与油气藏分布区吻合性较好。

图3 断裂面积信息维与油藏闭合面积关系

综合分析认为，在金湖凹陷[14-15]，油气优势成藏区带仍然以主干断裂及其控制的信息维高值区为主，金湖凹陷西斜坡、石港断层南部断裂系、铜城断裂带、崔庄构造变换带、汊涧西斜坡和闵桥地区也是目前油气勘探开发的重点区域；在汜水以北地区断裂构造信息维高，目前勘探程度较低，因此，在进一步落实生、储、盖、圈闭的情况下，推测其可能是下一步油气勘探优选的目标区(图4)。

图4 金湖凹陷阜二段有利勘探目标区

5 结 论

(1) 断裂面积信息维克服了简单容量维法在表征复杂程度方面的不足，其包含了断裂间距、断裂形态、分布均匀性等地质因素，反映了断裂平面上和剖面上的延伸规律，并能区别统计单元内不同级别的断裂。

(2) 通过对近百个油气藏的统计分析表明，有利于大油藏形成和保存的断裂面积信息维D为1.530～1.685；有利于小油气藏分布的信息维D为1.655～1.832，油藏聚集保存的信息维下限为1.483；利用断裂面积信息维对不同区域的断裂体系分维进行计算表明，断裂体系分维高值区与油气藏分布区存在着较好的一致性。

(3) 在金湖凹陷断裂信息维高值区，断裂起双重作用，一方面信息维高值区裂缝发育，能够改善低渗透储层渗流能力，有利于断块、断鼻圈闭的形成，在平面上和剖面上连通油源，遮挡油气成藏；另一方面在断裂维数高值区，断裂分割含油气断块，使得油气藏较分散、较小。

[1] 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.

[2] 李玮，闫铁，毕雪亮.基于分形方法的水力压裂裂缝起裂扩展机理[J].中国石油大学学报：自然科学版，2008，32(5)：87-91.

[3] 刘丽丽，赵中平，李亮，等.变尺度分形技术在裂缝预测和储层评价中的应用[J].石油与天然气地质，2008，29(1)：31-38.

[4] 武昱东，琚宜文，侯泉林，等.断层分层信息维及其在深部煤炭开采地质条件预测中的应用[J].煤炭学报，2010，35(8)：1323-1330.

[5] 同登科，吴上.低渗透分形油藏—井筒耦合流动分析[J].特种油气藏，2011，18(2)：56-58.

[6] 汪吉林，李耀民，杨靖.基于断层信息维的矿井构造定量评价[J].煤炭科技，2009，36(3)：29-31.

[7] 付晓飞，等.断裂和裂缝的分形特征[J].地球科学——中国地质大学学报，2007，32(2)：227-234.

[8] 赵力彬，戴俊生，孙勇，等.分形几何方法在克拉2气田裂缝预测中的应用[J].新疆石油地质，2012，33(5)：595-598.

[9] 杨晓兰，孔维军.苏北盆地金湖凹陷断层封闭特征及规律研究[J].海洋石油，2002，22(3)：16-21.

[10] 能源，漆家福，等.金湖凹陷断裂特征及其石油地质意义[J].大地构造与成矿学，2012，36(1)：16-23.

[11] 张宏国，戴俊生，王霞田，等.苏北盆地金湖凹陷西斜坡构造特征及构造演化[J].地球科学与环境学报，2012，33(4)：349-353.

[12] 龚永杰，何胜，鲁雪松.金湖凹陷烃源岩“浅熟”原因探讨[J].特种油气藏，2008，15(1)：36-39.

[13] 冯阵东，戴俊生，邓航，等.利用分形几何定量评价克拉2气田裂缝[J].石油与天然气地质，2011，32(6)：928-933，939.

[14] 刘金华，唐建东，钟思瑛，等.金湖凹陷西斜坡阜二段储层参数分布特征[J].油气地质与采收率，2012，19(1)：31-34.

[15] 张琴，朱筱敏，董国栋，等.苏北盆地金湖凹陷戴南组成岩阶段划分及其油气地质意义[J].石油实验地质，2013，35(1)：53-59.

编辑 黄华彪

20141227；改稿日期：20150228

国家科技重大专项“东海深层强非均质性大型气田有效开发关键技术研究”(2015ZX05073-004)

刘敬寿(1989-)，男，2013年毕业于中国石油大学(华东)资源勘查工程专业，现为该校地质学专业在读硕士研究生，主要从事构造解析及裂缝预测研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.03.010

TE122.2

A

1006-6535(2015)03-0042-04