关于断层的几点认识.pdf

关于断层的几点认识 马改正 （中国石化中原油田分公司开发管理部， 河南省濮阳市 457001） 毛立华 （中国石化中原油田分公司勘探开发科学研究院， 河南省濮阳市 457001） 摘要：断层的本质是断距，断距的本质是断层两盘沉积的厚度差，断层活动的前提是断面线出露地表。断层的 发育史就是断距从无到有、 逐渐长大的成长历史。 沉积盆地的断层都具有同沉积性质， 断面产状在断层发育过程中随岩 块的翘倾而变化。 向下消失的断层是地震资料陷阱所致。 断层切割都是小断层切割大断层， 由于断层切割而形成的地层 假连续、地层隐重复、地层隐缺失应引起地质研究的高度重视。 关键词：断层；断距；断层切割；地层假连续；地层隐重复；地层隐缺失 中图分类号：TE111. 2文献标识码：A 断裂是指岩层被断错或发生裂开， 据其发育的程 度和两侧的岩层相对位错的情况， 可分为三类: 一类叫 劈理， 是微细的断裂变动， 还没有明显破坏岩石的连续 性。 最常见的劈理是褶曲核部发育的轴面劈理， 常呈扇 形 （以褶皱轴面为对称轴） 。 第二类为节理， 是岩层发 生了裂开但两盘岩石没有发生明显的相对位移的断裂 活动。 第三类称断层， 是指两盘的岩石已发生了明显的 相对位移。 按两盘相对运动的方向， 断层可分为正断 层、 逆断层和平移断层三类。 断层是构造运动中广泛发 育的构造形态， 规模大小不等， 小的不足一米， 大到上 百米、 上千米15。 在含油气盆地中， 断层与烃类的运移和聚集关系密 切。 特别是复杂断块油藏， 因为断层多、 断层相互交织 而复杂。 认识复杂断块油藏的复杂性， 就是要从断层和 断距的本质入手， 正确理解沉积作用与断层活动的关 系， 理清断距在垂向上的变化规律， 充分认识断层活动 的长期性、 断层的同沉积性、 地层翘倾与断面产状变化 的一致性、 断层与断层组合的 “正演性” ，正确理解地 震资料陷阱之所在， 准确把握断层切割的 “小” 切 “大” 。 通过精细地层对比， 小比例尺度作图， 建立每一条断层 的户籍档案， 从而实现精细描述地下构造的目的。 1 一条断层也是一条生命 断层是漫长地质历史时期形成的一种普遍的构造 现象。 这一地质时期可以是连续的， 也可以是间断的; 可以是沉积盆地的沉积期， 也可以是沉积间断期。 这一 普遍构造现象可以出现在沉积盆地内部， 也可以出现 在非沉积盆地区域。 断层发生、 发展、 消亡的全过程是长期的。 就油气 勘探开发而言， 可以识别的断层短则活动近百万年， 长 则活动数千万年或更长。 地质时期的一条断层就如同 一条生命， 其成长的历史就是断距从无到有、 逐渐长大 的断层发育史。 节理贯穿地下岩体 （包括上部未成岩沉积物） 并出 露地表是断层的孕育阶段 ；贯穿的节理两侧岩体发生 位移即宣告断层的诞生； 此后的断层活动过程即是断 层生长的过程 ；断层长期停止活动即宣告一条断层的 消亡。 第一作者简介：马改正，男，高级工程师，年毕业于江汉石油学院，获工学学士学位，现主要从事油田开发管理工作。 收稿日期：；修改日期： 勘探论 坛 E X P L O R A T I O NF O R U M 中国石油勘探年第期 1982 2008- 04- 212008-07-02 20084 72 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 婴幼年消亡的断层只能是微断层；中少年消亡的 断层是中小断层;长期活动的断层才可能形成大断层。 沉积盆地内的断层大多都具有同沉积性质。 在沉 积作用期活动的断层， 其控制横向上沉积厚度的差异; 在沉积间断期活动的断层， 其控制横向上地层剥蚀厚 度的差异或形成地表海拔差。 2 断距的本质及其在垂向上的变化规律 断层的本质是断距。 断距是断层累计活动强度的 直观表征。 断距的地质意义反映的是下降盘某一标准 层上覆地层较上升盘加厚的厚度 （含断层两盘地层剥 蚀厚度差和在地表形成的地面海拔高度差） 。 断距的这 一本质也可表述为下降盘某一标准层上覆地层在上升 盘少沉积的厚度。 断距对比的依据是上升盘的地层厚 度， 而非下降盘的地层厚度。 就发生在水平岩层中的单一断层而言， 若不考虑 断层的侧向位移， 断距在垂向上的变化规律是 ： 断距在 断层下切段为一恒定值， 断距最大; 在断层生长段断距 向上逐渐减小、 直至消失为零。 断距在断层生长段的向 上减量与断层生长指数有关。 断层活动一般都会引起地层产状发生变化， 此时 由钻孔资料确定的断距为视断距。视断距 （S视）和真 断距 （S真）（指垂直断距） 的关系与断层面和地层的切 割关系有关。 2. 1断层反向切割地层 S视=S真（1+t g / t g） 式中 地层倾角 ； 断层面倾角。 若=0 （即为水平地层） ， 则真断距与视断距相等， 其他情况下视断距大于真断距。 2. 2断层顺向切割地层 S视=S真（1-t g / t g） 此时，若=，则视断距S视=0; 若，则 S视0， 意味着正断层表现为地层重复， 逆断层表现为 地层缺失。 2. 3岩块翘倾与断面产状的变化 断层一经形成， 断层面和与之切割的地层层面的 相对关系也随之确定。 随着断层作用的逐步发展， 各断 块岩体发生相对翘倾， 与之切割的断面产状也随之发 生相应的翘倾。 我国东部油田许多上陡下缓的断面产 状就是这样形成的。 2. 4断层与断层组合的“正演性” 断层的发生、 发展是一个过程， 这一过程是可以通 过正演模型实现的。 那些通过正演模型无法得到的断 层与断层组合都是值得怀疑的。 2. 5断层的向下消失与地震资料陷阱 差异沉积压实所形成的断层是一种典型的向下消 失断层。 由于横向上沉积与成岩作用的非均质性无处 不在， 这种断层在沉积岩中也是大量的， 特别是陆相沉 积盆地所形成的岩层中尤为普遍。 但毫无疑问， 差异沉 积压实所形成的这种向下消失断层， 其空间展布规模 极其狭小， 落差一般为毫米至厘米级， 横向展布一般也 多在米级范围之内， 属微断裂之列。 这已被大量的野外 露头和钻孔取心资料所证实。 对地质矿床的勘探开发 而言， 此类断层可忽略不计。 断层向下消失的另一种类型， 当属于岩层的顺层 塑性流动而使地层厚度发生变化所形成的断层。 向下消失的断层除上述两种情况外， 似乎应该别 无他类。 就地震反射而言， 随着深度的增加， 一方面主频降 低， 分辨能力下降;另一方面由于断层上下盘存在压实 差异， 断层两边的速度不同， 下降盘随深度增加压实增 强、 速度增大、 反射波传播时间缩短， 在地震剖面上表 现为下降盘地震反射同相轴上抬， 造成断距随深度的 增加而减小， 使本该断开的地震同相轴完整地连在了 一起， 从而造成了断层向下消失的现象。 这可能是地震 资料对断层识别的陷阱所在69。 3 断层切割 新断层向下穿过之前业已存在的一条或多条断层， 则形成断层的切割。 由于在切割发生之初， 新断层的断 距必定小于老断层， 因此说断层切割都是小断层切割 大断层。 发生断层切割时， 在剖面上老断层与新断层两盘 各有一交点， 其两点之间称为 “点间” （即表1中A 、B 之间） 。 点间的断距大小及其和新老断层断距的关系与 断层切割类型有关。 对于东部含油气盆地， 正断层的切 割类型可划分为两大类三小类 （表 ） ；逆断层的切割 类型与此相类似。 马改正等：关于断层的几点认识 xN3 1 C h inaPetroleum E plo rationo. 4 20087 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 图3上切割FnF ( F,f; F ,f) 3. 1反向切割 断面倾向相反的切割叫做反向切割。“人” 字形切 割和 “入” 字形切割都属典型的反向切割。 此时， 点间 断距F与新断层（切割断层）断距Fn和老断层（被切 割断层）断距 Fo的关系为： F=Fn Fo 3. 2同向切割 断面倾向相同的切割叫做同向切割。 依据切割断 面倾角与被切割断面倾角的不同， 同向切割又可分为 两类， 即上切割和下切割。 3. 2. 1上切割 切割断面倾角小于被切割断面倾角的切割叫做上 切割。此时，点间断距 F与 Fn和 Fo的关系为： F=Fn Fo 若 FnFo（图1） ，则F为正值，此时点间存在地层 缺失， 点间切割断层通过钻井资料容易识别。 若 Fn=Fo（图2） ，则点间断距F=0，此时点间不存 在地层缺失 （此可谓地层假连续） ， 点间切割断层通过 钻井资料无法识别 ； 若 FnFo Fi g. 1 U pper cutt ing (t he di p angle of t he cutt ing section is bigger t han t hat of the cut section) FnFo ( Fn, newf ault displacem ent ; Fo, ol d fault di spl acem ent) 图2上切割Fn=Fo Fi g. 2 U pper cutt ing (t he di p angle of t he cutt ing secti on is bigger t han t hat of the cut sect ion) Fn=Fo ( Fn, newf ault displacem ent ; Fo, ol d fault di spl acem ent) 勘探论 坛 E X P L O R A T I O NF O R U M 中国石油勘探年第期 i g.pper cutt ingt he di p angle ot he cutt ing section is bigger t han t hat othe cut section no n new ault displacem ent o oldault displacem ent 20084 74 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 不存在的断层对比出来。 因此， 在正断层发育地区由于断层切割是可以出 现地层重复现象的。 3. 2. 2下切割 切割断面倾角大于被切割断面倾角的切割叫做下 切割。点间断距F 与Fn和 Fo的关系为： F=Fn Fo 4 结论 （1） 断层是慢长地质历史时期形成的一种地质现 象， 这一现象是通过正演模型可以实现的。 （2） 断层切割都是小断层切割大断层。 由于断层切 割而形成的地层假连续、 地层隐重复、 地层隐缺失应引 起地质研究的高度重视。 （3） 向下消失的断层是地震资料陷阱所致。 （4） 断块油气田的构造研究就必须研究断层， 研究 断层就必须研究断距在垂向上的变化规律， 就必须研 究断层的切割关系。 对断块油气田勘探开发而言， 丰富 的连片三维地震资料、 高密度的钻孔资料和大量的油 水井生产动态资料， 为构造地质研究提供了多方位的 综合信息。 精细的断层研究就是要通过这些信息建立 详尽的断层户籍档案， 描述断层的生卒年月、 断层生长 指数、 切割老断层和被新断层切割的情况， 并利用正演 模型模拟断层的生长、 发育全过程。 这对老油田精细勘 探和提高采收率具有重要意义。 在本文编写过程中， 得到了中原油田分公司物探 研究院蔡其新院长的大力指导， 在此深表感谢！ 参考文献 1徐开礼， 朱志澄. 构造地质学 （第二版） M . 北京： 地质出 版社，2003. 2李德伦， 王恩林. 构造地质学 M . 长春 ： 吉林大学出版社， 2001. 3朱志澄. 构造地质学M . 武汉 ： 中国地质大学出版社， 1999. 4俞鸿年， 卢华复. 构造地质学 M . 南京 ： 南京大学出版社， 1998. 5朱志澄， 宋鸿林. 构造地质学 M . 武汉 ： 中国地质大学出 版社，1991. 6陆基孟. 地震勘探原理 M . 北京 ： 石油大学出版业， 1993. 7何樵登， 熊维纲. 地震勘探 M . 北京 ：地质出版社， 1991. 8 张颖. 三维地震叠前时间偏移处理技术应用与展望J. 石油 勘探与开发， 2006, 33( 5) : 536541. 9 刘军. 大情字井地区高精度三维地震解释技术及应用效果 J. 石油地球物理勘探， 2004, 39(1): 5055. （上接第71 页） 的层段占储层总厚度的80。 核磁共振测井对有效孔 隙度评价基本正确， 但可动流体饱和度偏低， 说明该仪 器不适应低孔隙和复杂孔隙结构的储层。 电缆测试所 取的纯水样（2444m ，工作时间 2h）受钻井液滤液污 染严重， 总矿化度值仅为完井测试结果的50。 3 结论 （1） 测井设计工作应该在两个阶段完成， 即测井施 工前与测井施工中， 施工前要根据井的地质及工程任 务， 结合测井仪器的功用、 性能及适用条件等做好测井 目的设计 ； 施工中则要根据钻井液性能、 井眼条件、 地 层流体性质等的变化， 合理更改测井项目， 完善测井设 计。 这样才能取全取准资料， 实现测井目的， 对于新探 区和地质复杂区块更应如此。 （2） 在近平衡或欠平衡条件下完井的天然气井， 井 筒内和井壁周围充满了轻烃， 孔隙度测井方法 （中子、 密度、 声波等） 可以显示气层位置， 但对储层物性解释 的可信度将大幅度降低。 （3） 测井仪器的功能是否能全面发挥， 受地质条件 和井眼环境的限