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2 0 1 0年 8月 第 2 9卷第 4期 大庆石油地质与开发 Pe t r o l e u m Ge o l o g y a n d Oi l f i e l d De v e l o p me n t i n Da qi n g Au g ．，2 01 0 V0 L 2 9 No ． 4 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． I S S N． 1 0 0 0 3 7 5 4 ． 2 0 1 0 ． 0 4 ． 0 0 3 三肇 凹陷 T 2断层分维特征及 与扶杨油层油气关 系 李贤丽 李湘军 1 ．东北石油大学 电子科学学院 ，黑龙江 大庆1 6 3 3 1 8 ；2 ．中国科学院广州地球化 学研究所 ， 广东 广州5 1 0 6 4 0 摘要 三肇凹陷扶杨油层断裂发育具有规模小 、密度大且密集成带的特点，其与油气关系不清楚。为此，利用 分形理论研究断裂的复杂程度，并探讨了断裂维数与油气分布的关系。扶杨油层断裂盒式维数和信息维数集中 分布在 1 ． 5～1 ． 7 。维数为断裂面密度、总长度、组合模式及成因机制综合度量参数，走滑成因、部分斜拉扭动 成因和伸展成因的断裂密集带维数普遍大于 1 ． 6 5 ，油气主要分布在维数为 1 ． 4 5～1 ． 5 5的区域 ，表明断裂密集带 不是主要的富油构造。基于断裂活动规律分析，认为成藏关键时刻明水组末期活动的断裂为油气 “ 倒灌”运移 的通道，这些断裂多为断裂密集带的边界断裂，倒灌过程中通道断层的下盘阻力小 ，是油气主要的分流方向， 因此油气主要富集在断裂密集带边界断裂下盘河道砂中。 关键词扶杨油层 ；断裂；分形 ；断裂密集带 ；通道断层 中图分类号T E l 2 2 ． 1 文献标识码A 文章编号1 0 0 0 3 7 5 4 2 0 1 0 0 4 - O 1 3 _ 5 RELATI oNS HI P BETW EEN THE FRACTAL FEATURE oF FAULT “T2 “ AND THE HYDRoCARBoN oF F UYANG RES ERVI oR I N S ANZHAo S AG L I X i a n ． ． ．1 i，L I X i a n g - j u n 1 ． S c h o o l o f E l e c t r o n i c S c i e n c e ，N o r t h e a s t P e t r o l e u m U n i v e r s i t y ， D a q i n g 1 6 3 3 1 8 ，C h i n a ； 2 ． G u a n g z h o u I n s t i t u t e of G e o c h e m i s t r y ，C h i n e s e A c a d e m y of S c i e nce s ，G u a n g z h o u 5 1 0 6 4 0 ，C h i n a Abs t r a c t T he f a u l t i n g i n F uy a n g r e s e r v o i r i n S a n z h a o Sa g i s f e a t u r e d b y s ma l l s c a l e，h i g h d e n s i t y a n d t i g h t d i s t r i - b u t i o n，h a v i n g u n c e r t a i n r e l a t i o ns hi p wi t h h y d r o c a r b o n ．Th e r e f o r e，f r a c t a l t h e o r y i s a d o p t e d t o a n a l y z e t h e c o mp l e x f a u l t i n g a n d t h e r e l a t i o ns hi p b e t we e n d i me n s i o n a l i t y o f f a u l t i n g a nd h y d r o c a r bo n a s we l 1 ． Bo x - c o u n t i n g d i me n s i o n a n d i n f o r ma t i o n di me ns i o n o f t h e f a u l t i ng i n F u y u r e s e rvo i r a r e c e n t e r e d i n 1 ． 5 1 ． 7．Di me n s i o n i s a c o mp r e h e n s i v e p a r a me t e r f 0 r t he me a s u r e me n t o f f a ul t e d s ur f a c e d e n s i t y，t o t a l f a u l t e d l e n g t h，f a u l t c o mb i n e d p a t t e r n，a n d f a u l t i n g g e n e t i c me c h a n i s m．Di me n s i o n o f c o n c e n t r a t e d f a ul t b e l t c a u s e d b y s t r i k e s l i p，p a r t l y b y o b l i q u e p u l l i n g o r t wi s t a nd e x t e n s i o n，i s g e n e r a l l y mo r e t h a n 1 ． 6 5，wh i l e h y d r o c a r b o n i s ma i n l y d i s t r i b u t e d i n t h e a r e a s wh e r e t h e d i me n s i o n i s b e t we e n 1 ． 4 5 1 ． 5 5。i n d i c a t i n g t ha t c o nc e n t r a t e d f a u h b e l t i s n o t t h e ma i n o i l r i c h s t r u c t u r e ．Th e a n a l 一 收稿 日期 2 0 1 0 - 0 5 1 0 基金项 目黑龙江省教育厅科学技术研究项目 1 1 5 5 1 0 2 3 资助。 作者简介 李贤丽，女，1 9 7 1年生，在读博士，副教授，主要从事非线性动力学及其在油气田勘探开发中的应用研究。 E ma i l l x 1 71 58 1 63 ．c o i n。 1 4 大庆石油地质与开发 y s i s o n f a u l t i n g a c t i v i t y r u l e i n d i c a t e s t h a t t h e f a u l t s t h a t a c t i v e i n c r i t i c a l o i l p o o l f o r mi n g p e r i o d i n l a t e Mi n g s h u i Gr o u p a r e p a t h wa y s f o r d o wn wa r d mi g r a t i o n o f h y d r o c a r b o n ．Th e s e f a ul t s a r e mo s t l y l o c a t e d i n b o u n da r y o f c o n c e n - t r a t e d f a u l t b e l t ，wi t h l e s s r e s i s t a n c e i n f o o t wa l l for t he d o wn wa r d mi g r a t i o n o f h y d r o c a r b o n，b e c o mi ng t he ma i n d i r e c t i o n for o i l a n d g a s d i v e r s i o n，t h e r e f o r e，o i l a n d g a s ma i n l y e n r i c h e d i n t h e c h a n n e l s a n d i n f o o t wa l l o f b o un d a r y f a ul t i n c o n c e n t r a t e d f a u h b e l t ． Ke y wor d s Fu y a n g r e s e r v i o r，f a u l t i n g，f r a c t a l ，c o n c e n t r a t e d f a u l t b e l t ，p a t h wa y f a ul t 分形 F r a c t a 1 的核心是 “ 标度不变性 ” ，即 “ 自相似性” 【 1 J ，是 以分维数 、自相似性 、统计 自 相似性和幂函数等为工具来研究一类无规则、混乱 而复杂但部分与整体有相似性 的体 系 。定量描 述这种 自相似性的参数称为 “ 分维数” ，简称 “ 分 维” ，记为 D，可以是整数 ，也可以是分数。自2 0 世纪 8 0年代 以来地质学家应用容量维数 C a p a c i t y d i m e n s i o n 、信息维数 I n f o rma t i o n d i m e n s i o n 和 关联维数 C o r r e l a t i o n d i m e n s i o n 去分析断裂 系统 的分形特征，认为断裂体系空间分布分维值的大小 是断层数量 、规模 、组合方式及动力学机制综合体 现的一项综合性指标 ．4 J ，影 响断裂构造分维值 的 因素有介质的物化性质、构造应力场及区域构造运 动强度等 。松辽盆地 “ T ’ ”断层系与其他层位 断层相比，发育特征有其特殊性 ，表现为高密度、 规模小且密集成带 ，其成 因机制引起地质学家 浓厚 的兴趣 ，存在 4种观点 一是沉积学 家认为 “ T ’ ”反射结构是河道砂前积结构 的反映，并非是 断层 ；二是伸展作用形成 的张性断层 系，其 形成 时期 有 青 山 口组 早 期 和 坳 陷早 期 2种 观 点[ 1 5 , 1 6 ] ；三是伸 展一滑脱 成 因的张性断层 系。 ； 四是 T 断层为天然水力断层系 。之所以提 出多 种成因机制 ，主要在于 T ， 断层 系复杂多样，因此 7 0 印 5 0 糕4 o 4 - 3 0 2 0 1 0 0 t 0 ， l 1 ． 1 1 ． 2 1 ． 3 1 ． 4 1 ． 5 1 ． 6 1 ． 7 1 ． 8 1 ． 9 2 容 量维 数 a 7 0 6 0 5 0 籁4 0 4-3 0 2 0 1 0 0 本文尝试利用分形原理去研究断裂空间分布 ，并探 讨断裂分维影 响因素及与扶杨油层油气成藏 的关 系 ，为扶杨油层下一步勘探提供合理的依据。 1 T 断层分维值计算 由于断层体系具有分形特征 ，可以按分形几何 学方法定量地求得反映分形体空间分布复杂性的参 数分形维数。分形维数的计算方法很多，本文 只计算 了 T 断层容量维数和信息维数 4 J 。计算 容量维数时，用边长为 4 ． 5 k m的正方形 网格覆盖 整个工区 ，共划分出 1 5 7个子区域 ，改变正方形网 格 的 边 长，分 别 为 2 ． 2 5 、 1 ． 5 0、1 ． 1 2 5、0 ． 9 、 0 ． 7 5 k m，对 L 反射层断裂系统每个方格 的容量维 数进行 了计算。三肇 凹陷 rr ， 断层容量维数为 1 ． 0 ～ 2 ． 0 图 1 ，容量维数峰值集中在 1 ． 5～1 ． 7 。容 量维数定义中仅考虑了有断层进入的盒子数 ，而未 考虑一个盒子内所包含的断层条数。信息维数既考 虑到了盒子 内是否有断层穿过 ，也考虑了盒子内的 断层条数 ，同时考虑分形集的元素在覆盖中出现的 概率 ，因此更能客观地反映分形体的分形特征。三 肇凹陷 T 断层信息维数与容量维数分布相似 ，总 体为 1 ． 0～ 2 ． 0 图 1 ，峰值也集中在 1 ． 5～ 1 ． 7 。 1 1 ． 1 1 ． 2 1 ． 3 1 ．4 1 5 1 ． 6 1 ． 7 1 ． 8 1 ． 9 2 信 息维数 b 瓣 嘶 地 图l三肇 凹陷T 2 断层分形维数分布 Fi g． 1 Di s t ri bu ti o n of f r ac tal di m e nsi o n of f a ult T 2 i n S an zh a o Sa g 2影响断裂分维值因素分析 断裂体系空 间分布分维值 的大小是断层数量、 规模 、组合方式及动力学机制的综合体现，它可以 作为断层构造复杂程度的一个定量参数 。分维 值是断裂构造分布复杂性的定量刻画 ，同时也是断 第 2 9卷第 4期 李贤丽等三肇凹陷 rr 2 断层分维特征及与扶杨油层油气关系 1 5 裂演化程度的度量 。根据断裂分维值计算结果 ，系 统分析了分维值的影响因素 ，对断裂分维值的地质 意义进行 了标定。 2 ． 1断裂分形维数与面密度之间的关 系 统计与维数计算使用的原始格子 内断裂条数 ， 计算面密度 ，并对断裂的面密度和容量维数 、信息 维数之间的关系进行 了拟合 图 2 ，断裂分形维 数与断裂面密度总体具有正相关关系 因此说容量 维数和信息维数是断裂密度的定量度量 。但维数和 断裂面密度之间关系明显表现 出2个特殊性 一是 相 同密度但维数不同；二是当断裂面密度大于 1条 ／ k m 后 ，维数变化不 大。说明断裂分维数可能与 断裂长度有关。 2 ． 5 羹 z 1 2 ． 5 鬓 z 鬟1 ． 5 1 断裂面密度／ k m - a ／ k m- b 图2三肇 凹陷T 2 断层面密度与分形维数关系 Fi g ．2 Rel ati ons hi p be t we en t he s ur fa ce d e nsi ty and fr ac t al di me nsi on o f fa ult T2 i n Sa nz ha o Sa g 2 ． 2断裂分形维数与延伸长度的关系 统计格子 内所有 断裂长度之 和 ，计算 累积长 度 ，对断裂分形维数与 累计长度 的关 系进行拟合 ， 发现 2者存在明显 的正相关关系 图 3 ，断裂分 形维数是其密度和延伸长度的度量 。 2 ． 3断裂分形维数与平面组合模式 的关系 ． 三肇凹陷 T ，断 层剖 面上 典 型 的组合 模式 为 “ V ”字型密集组合 ，平面呈 “ 发辫状” 或 “ 平行 状”密集成带 ，细分断裂密集带平 面组合 类型共 有 5种 图 ．4 一是发辫状密集带 ，带 内断裂交 织成辫状 ，典 型的是徐 中走滑断 裂 ；二 是雁行 式密集带 ，北北西向断裂密集带内部断层呈现左 阶 侧列式分布，而北北东向断裂密集带内部断层呈现 右阶侧列式分布 ，均为斜拉扭动成 因；四是平行密 集地堑带 ，密集带由对倾的多组断层构成 ，形成多 阶梯式地堑带 ；五是平行式密集带 ，带 内断层 总体 呈现平行地堑式 ，但部分断层呈雁行式排列。统计 2 0 嚓1 5 1 0 5 虽 4 o4 5 2 0 Ⅲ 1 5 噬1 0 8 容量维数 b 图3三肇凹陷T 2 断层累计长度与分形维数关系 Fig ． 3 Rel at i o ns hi p b et we e n c u mul ati ve f au lt l e ngt h a nd f rac t al di m ens i on o f fa ul t T i n S anz h ao S ag 这几种组合模式断裂密集带的维数 ，最大的是密集 地堑带 、发辫状断裂密集带 和混合式断裂密集带 ， 较小 的是平行地堑带和雁行式断裂密集带。 2 ． 4断 裂分 形维 数与 断裂 成 因的关 系 T 断裂密集带总体 受控 于断陷期存在 的 “ 薄 弱带”，包括断裂 、火 山 口和隆起 带 ，成因机制分 为 3种类型 一是走滑成因，三肇地区发育 1条大 规模走滑断层 ，即徐中断裂 ，该断裂形成于营城组 一 段沉积时期 ，控制了火山呈裂隙式喷发 ，火山 口 呈串珠状沿着徐中断裂分布 ，到泉头组沉积晚期一 青山口组沉积早期 强烈活 动，形成 “ 发辫状 ”断 裂密集带 1 o ] 。二是斜拉扭动成因 ，松辽盆地坳陷 期应力场为近东西向的拉张 ，北北东向 、北北西向 和近东西 向断 陷期 断裂与近东西 向拉 张应 力场呈 4 5 。 角相交 ，斜拉扭动作用形成 与早期断裂一致 的 断裂密集带 ，但带内次级断裂总体呈现南北 向，并 呈雁行式排列。三是伸展成因 ，早期近南北 向断裂 控制了南北向地堑式断裂密集带形成。分析各种成 因断裂密集带分 形维数 ，走 滑成 因的盒式 维数为 1 ． 6 4 3 ，信息维 数为 1 ． 6 1 3 ；斜拉扭动成 因的密集 带盒式维数为 1 ． 3 6 1～1 ． 4 5 8 ，信息维数为 1 ． 4 1 2～ 1 ． 4 7 4；伸展成 因的断裂 密集带盒式维 数为 1 ． 3 1 8 ～ 1 ． 7 8 9 ，信息维 数为 1 ． 3 7 7～1 ． 7 8 。维数变 化反 映断裂活动强度 ，走滑断裂带活动最强，伸展成因 的较强 ，斜拉扭动成 因活动最弱。 3断裂分维值与扶杨油层油气关系 油源对 比表明，扶杨油层油气来源于上覆青一 1 6 大庆石油地 质与开发 2 0 1 0正 走滑成因机制 扭动成因机制 伸展成因机制 平行式壬 氆 堑带 平行 密算 地堑带 断 { ＼ ， 、 、 裂 B L I 丌I 亚 面 组 I 合 特 D ● 征 - } E E 复杂地堑式断层组合 ／ “ V ”字型断层组合 、 ， 断 蔓 | 蔓 ＼ 裂 剖 面 组 合 特 征 容 量 维 1 ． 6 4 3 1 ． 3 6 1 ～ 1 ． 4 5 8 1 ． 5 2 3 ～1 ． 6 2 4 1 ． 3 1 8 1 ． 7 ～ 1 ． 7 8 9 数 信 息 1 ．7 2～1 ． 7 8 维 1 ． 6 l 3 1 ． 4 1 2～1 ． 4 7 4 1 ． 6 0 3～1 ． 5 3 8 1 ． 3 7 7 数 图4三肇凹陷T 2 断裂带组合模式、成因及维数特征 Fi g ．4 Fe at ur es of f a ul t c om bi ne d pa tt e r n， g en eti c me c ha nis m an d fr ac tal di m e nsi o n of f a ul t T 2 i n S an z ha o Sa g 段烃源岩 ，油气沿断裂 “ 倒灌”运 聚成藏 ，油 主要富集在河道砂 中 。扶杨油层顶面发育高密 度断层 T ， ，哪些断层是油气“ 倒灌”运移 的通 道一直是争议较大的问题 。迟元林等认为断裂密集 带是油 气主要 的输 导通 道并 控 制 油气运 移 的通 道 ；付晓飞则认为油气主要富集在 断裂密集带 边界断层下盘河道砂 中 ，断裂密集带 为构造低 部位 ，不是主要的富油构造；吕延防等认为可能所 有的断层都是油气运移的通道 ，断裂 密集带边 界断层晚期活动 ，将富集在断裂密集带 中油调整到 上部油层 ，因此含油性较差。断裂分维值是断裂演 化程度的度量 ，因此在一定程度上反映断裂活动强 度，决定对油气输导能力 。统计扶杨 油层油气 与维数的关 系，油 田分 布在维数不超过 1 ． 6区域 内，这表明走滑成因形成的发辫状断裂密集带 、斜 拉扭动成因形成的混合式断裂密集带和伸展成因形 成的平行密集地堑式断裂密集带不控制油的分布 ， 油主要分布在断裂密集带边界断层 的下盘 ，油藏解 剖也证实这种 分布规律 的正确 性 J 。扶杨油层油 来 自上覆青山口组烃源岩 ，是在超压的作用下沿着 断层 “ 倒灌”下排成藏。通过断裂活动时期分析， 认为三肇凹陷断裂存在 3期强烈变形 ，即早 白垩世早期 断陷期 、泉头组沉积晚期一青 山口 组沉积早期 坳 陷期 和明水组沉积末期 反转 期 ，扶杨油层成藏关键时刻为明水组沉积末 期， 因此反转期活 动的断层 为油气 “ 倒灌 “ 的通 道， 付晓飞等称之为油源断层 。油源断层多为断裂 密集带的边界断层 ，下排过程 中油气要克服断裂带 第 2 9卷第 4期 李 贤丽等 三肇 凹陷 T 断层分维特征及与扶杨油层 油气关 系 l 7 中浮力 、地层压力和储层毛细管阻力 ，油总是 向着 阻力最小 的方 向运 移 ，断 裂密集 带 为 “ 地 堑 式” 断层组合 ，因此油源断层下盘为高部位 、阻力小 ， 断裂密集带为构造低部位 、阻力大 ，因此沿着油源 断层下排的油最易 向着下盘方向排运 ，油主要富集 在下盘河道砂 中，断裂 密集带不是 主要 的富油构 造。因此 ，位 于 油 源 断层 下 盘且 容 量 维 数 小 于 1 ． 5 、信息维数小于 1 ． 6的地区有利于油气的富集 。 4结 论 1 三肇凹陷扶杨油层断裂 容量 维数和信息 维数分布的峰值 均为 1 ． 5～1 ． 7，容量 维数与信息 维数之间有很好的正相关关系。 2 断裂分形维数是其 面密度 、长度 、平 面 组合模式和成因机制综合度量参数 ，走滑成因形成 的发辫状断裂密集带 、斜拉扭动成因形成的混合式 断裂密集带和伸展成因形成的平行密集地堑带信息 维数值普遍大于 1 ． 6 ，断裂活动强度较大。 3 油气主要分布在维数为 1 ． 4 5～1 ． 5 5的区 域，表明断裂密集带不是主要的富油构造。 4 基于断 裂活动规律分析 ，认为成藏关 键 时刻即明水组末期活动的断裂为油气 “ 倒灌” 运 移通道 ，这些断裂多为断裂密集带的边界断裂 ，倒 灌过程 中通道断层的下盘阻力小 ，是油气主要的分 流方向，因此油气主要富集在断裂密集带边界断裂 下盘河道砂中。 参考文献 [ 1 ]Ma n d e l b o r t B B ．T h e f r a e t a l g e o me t r y o f n a t u r e[ M]． N e w Y o r k W H F r e e ma n． 1 9 8 2 1 1 0 ． [ 2 ]陈春仔 ，金友渔 ．分形理论在成矿 预测 中的应用 [ J ] ．矿产 与地质 ，1 9 9 7 ，6 0 I 1 2 7 2 - 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