謝昭涵，孫永河，閆玉民，胡光義，范廷恩，劉宗堡

(1.東北石油大學(xué)CNPC斷裂控藏研究室，黑龍江 大慶163318； 2.黑龍江省科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)“斷裂變形、封閉性及流體運(yùn)移”，黑龍江 大慶，163318； 3.東北石油大學(xué) 非常規(guī)油氣成藏與開(kāi)發(fā)省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，黑龍江 大慶163318；4.中國(guó)石油 華北油田公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，河北 任丘062552； 5.中海油研究總院，北京100028)

尼日爾三角洲E背斜頂部斷裂演化機(jī)制及封閉性

謝昭涵1，2，3，孫永河1，2，3，閆玉民4，胡光義5，范廷恩5，劉宗堡1，2，3

(1.東北石油大學(xué)CNPC斷裂控藏研究室，黑龍江 大慶163318； 2.黑龍江省科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)“斷裂變形、封閉性及流體運(yùn)移”，黑龍江 大慶，163318； 3.東北石油大學(xué) 非常規(guī)油氣成藏與開(kāi)發(fā)省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，黑龍江 大慶163318；4.中國(guó)石油 華北油田公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，河北 任丘062552； 5.中海油研究總院，北京100028)

尼日爾三角洲深水區(qū)E油田背斜頂部發(fā)育大量密集斷層，多數(shù)斷層傾向一致呈多米諾式排布，活動(dòng)機(jī)制和期次不清楚，對(duì)油水的分隔作用不明確?；跇?gòu)造解析思想，通過(guò)構(gòu)造平衡剖面和古構(gòu)造圖回剝技術(shù)研究E背斜的軸面遷移過(guò)程，結(jié)合斷裂成核理論明確斷裂活動(dòng)期次和機(jī)制，進(jìn)而劃分?jǐn)嗔严到y(tǒng)，指導(dǎo)斷裂的封閉性評(píng)價(jià)。提出深水背斜頂部正斷層重力滑動(dòng)的演化機(jī)制，確定多米諾式正斷層與背斜軸面遷移的多期次對(duì)應(yīng)關(guān)系。E構(gòu)造共分為4個(gè)演化階段，發(fā)育7類(lèi)斷裂系統(tǒng)，其中三個(gè)期次的重力滑動(dòng)斷階(階梯式)斷層為本區(qū)獨(dú)有的特殊構(gòu)造，在古背斜背景下受控于重力作用變形。逆沖斷層和多期活動(dòng)斷層的封閉趨勢(shì)強(qiáng)，重力滑動(dòng)斷階斷層具有潛在封閉性，而晚期伸展斷層不具有封閉能力，篩選出16條潛在封閉斷層。確定本區(qū)斷層弱封閉SGR臨界值為8%，完全封閉臨界值為20%，評(píng)價(jià)結(jié)果顯示：其中8條斷層完全封閉，能夠?qū)鄬觾杀P(pán)分隔為不同油水單元，4條斷層具有弱封閉能力，不分隔油水，僅影響注水受效，從而指導(dǎo)油田的鉆井和注采方案設(shè)計(jì)。

斷裂演化；斷層封閉性；油水分布;深水背斜；尼日爾三角洲

尼日爾三角洲位于西非被動(dòng)大陸邊緣，處于海岸線從東西向延伸轉(zhuǎn)向南北向延伸的轉(zhuǎn)彎處，主要位于尼日利亞境內(nèi)，是世界上第12大的原油生產(chǎn)地[1]，也是將來(lái)具有廣闊勘探前景的盆地[2-3]。盆地面積約為2.13×105km2。西側(cè)與貝寧盆地相鄰，東部邊界為喀麥隆火山脊，北部與阿南布拉盆地相接[4]。受沉積作用和構(gòu)造作用的影響，三角洲分為西部和南部?jī)蓚€(gè)舌狀體，中間被一與斷裂作用有關(guān)的3 km高的大洋底部正向構(gòu)造分開(kāi)[5]。尼日爾三角洲主要的地層自下而上根據(jù)巖性和地震相劃分為阿卡塔組(Akata Fm.)、阿哥巴達(dá)組(Agbada Fm.)和貝寧組(Benin Fm.)，均為穿時(shí)的地層單元[3]。下部阿卡塔組為始新世至今沉積的海相頁(yè)巖，代表前三角洲(底積層)遠(yuǎn)端沉積環(huán)境，大套頁(yè)巖夾透鏡狀砂巖，暗色富含有機(jī)質(zhì)，是理想的烴源巖；中部阿哥巴達(dá)組是三角洲斜坡相(前積層)，為海相、濱海和海陸交互相，砂巖、粉砂巖、泥巖互層，局部地區(qū)也是主要的生油層；上部貝寧組是漸新世至今沉積的三角洲平原相(頂積層)，主要為砂巖[2]，是主要的儲(chǔ)集層。20世紀(jì)60—70年代，海上鉆探進(jìn)尺達(dá)到高峰期，此后數(shù)十年隨著井資料和地震資料數(shù)量增多和品質(zhì)提高，勘探開(kāi)發(fā)取得很大進(jìn)展，90年代開(kāi)始，陸續(xù)認(rèn)識(shí)到三角洲重力構(gòu)造(泥底辟、泥火山等)的特征、構(gòu)造分區(qū)及成因[6-9]。在沉積方面，利用海底淺部的地形勘測(cè)和高品質(zhì)地震探明了深水水道的沉積和侵蝕作用，探明了海底谷線梯度、海底地形、水道容積等屬性對(duì)水道的控制[10-11]。1988年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)學(xué)者也開(kāi)始關(guān)注尼日爾三角洲[12]。研究方向集中在區(qū)域石油勘探和局部的地震、層序和儲(chǔ)層構(gòu)型研究[3-4,13-14]，而對(duì)于三角洲構(gòu)造演化方面研究薄弱[15-16]。

研究區(qū)位于西非尼日爾三角洲東部1 000～1 500 m水深海域，位于Harcourt港以南大約200 km(圖1)，包含五個(gè)主要的正向構(gòu)造，分別為P,A,E,ES和EE構(gòu)造。從平面上看，北部發(fā)育一條大規(guī)模逆沖斷層，中部主要形成褶皺，不發(fā)育大規(guī)模斷層，南部發(fā)育數(shù)條規(guī)模不等的逆沖斷層，其中EE和ES構(gòu)造的兩條主控逆沖斷層規(guī)模與北部P構(gòu)造的逆沖斷層相當(dāng)，將這些控制了正向構(gòu)造單元分布的大規(guī)模逆沖斷層分別命名為F1—F7(圖1)。本文的重點(diǎn)研究目標(biāo)E背斜，是在F3和F5逆沖斷層之間的轉(zhuǎn)換帶發(fā)育的短軸背斜(長(zhǎng)軸、短軸比約為2 ∶1)，E背斜油氣富集，主要產(chǎn)油層位于上中新統(tǒng)(R80)的深水水道和朵葉砂體，地震剖面上可識(shí)別出6個(gè)主要地震反射界面，自下而上分別為H6-H1(圖2)，其中E背斜的主力油層R80位于H5和H4反射層之間。E背斜發(fā)育了復(fù)雜的斷裂系統(tǒng)，主要表現(xiàn)在：①既有正斷層，又有逆斷層和走滑斷層，斷層性質(zhì)多變；②斷層數(shù)量多，在220 km2范圍內(nèi)共發(fā)育200多條斷層；③斷層產(chǎn)狀多變，NE向、NW向和近S-N向都有發(fā)育。大量的斷裂切割儲(chǔ)層形成破碎的斷塊，有些斷裂對(duì)油水起到分隔作用，有些斷裂兩側(cè)油水界面統(tǒng)一，斷層封閉性成為制約油田高效率鉆井和注水開(kāi)發(fā)的主要因素之一。因此深入研究深水背斜斷裂發(fā)育特征、封閉性及其對(duì)油水的分隔作用，對(duì)于E油田的高效開(kāi)發(fā)具有重要意義。

圖1 泥日爾三角洲E背斜位置及主要構(gòu)造Fig.1 Location of anticline E and the major structures in Niger Deltaa.尼日爾三角洲位置； b.基于H5反射層的E構(gòu)造位置； c.研究區(qū)附近的區(qū)域大剖面

圖2 泥日爾三角洲E背斜地震反射界面和地層劃分序列Fig.2 Seismic reflectors and stratigraphic divisions of anticline E,Niger Delta

1 斷裂幾何學(xué)特征及活動(dòng)時(shí)期

1.1 斷裂幾何學(xué)特征

E構(gòu)造是一個(gè)被大量斷裂切割復(fù)雜化的背斜，斷裂斷距較小(在R80油層頂面統(tǒng)計(jì)所得的斷距最大145 m，平均約40 m)，長(zhǎng)度較大(沿走向延伸長(zhǎng)度最大15.4 km，平均約為4 km)，斷裂之間的水平間距小(約為90～750 m)(圖3)。

E構(gòu)造的斷裂從產(chǎn)狀上主要分為5類(lèi)：①北西向的逆沖斷層2條：在E構(gòu)造中部發(fā)育一條小規(guī)模的逆沖斷層F8(圖1)，下部斷距超過(guò)100 m，斷距向上逐漸減小為0，在E構(gòu)造南部發(fā)育另一條逆沖斷層帶，相當(dāng)于圖1中F5，實(shí)際上包含數(shù)條逆沖斷層，是EE構(gòu)造主控逆沖斷層的末端，逆沖斷層呈鏟式，下部?jī)A角緩(接近水平)，上部?jī)A角陡(約為60°)；②NEE向的壓扭斷層1條，E構(gòu)造南部發(fā)育一條高角度(約60°)逆沖斷層(F3—F5之間的轉(zhuǎn)換斷層)，也具有走滑分量；③NE向的西傾正斷層143條，在E構(gòu)造內(nèi)全區(qū)發(fā)育，是本區(qū)的主要斷層，呈多米諾式排布，延伸長(zhǎng)度最大可達(dá)15.4 km，斷距多數(shù)在70 m以下，最大可達(dá)145 m，傾角約為60°；④NE向的東傾正斷層5條，最大延伸長(zhǎng)度8.6 km，最大斷距約50 m，僅發(fā)育在E構(gòu)造的東部，與北東走向的西傾正斷層在局部形成“X”形，傾角約為60°；⑤S-N向的正斷層26條，最大延伸長(zhǎng)度4.9 km，最大斷距約31 m，在E構(gòu)造內(nèi)零散分布，此類(lèi)正斷層在淺部?jī)A角約為60°，深部?jī)A角變陡近直立，顯示其活動(dòng)早期具有走滑或轉(zhuǎn)換斷層的特征(圖3，圖4)。

圖3 尼日爾三角洲E背斜R80油組頂面構(gòu)造及斷裂系統(tǒng)劃分(位置見(jiàn)圖1b)Fig.3 Top structural map and fault systems of R80 oil unit in anticline E,Niger Delta (referring to Fig.1b for the location)

1.2 斷裂活動(dòng)時(shí)期

NE向的西傾正斷層是本區(qū)發(fā)育數(shù)量最多的斷層，在剖面上呈“多米諾式”密集發(fā)育。斷裂的斷穿層位能夠一定程度的指示斷裂活動(dòng)時(shí)期，NE向的西傾正斷層在E構(gòu)造的東部斷至H4(少數(shù)幾條晚期發(fā)生再活動(dòng)斷至H1)，中部斷至H3，而西部斷至H2甚至H2以上，由東向西斷穿層位逐漸變淺，證明這3組西傾正斷層的活動(dòng)時(shí)間自西向東逐漸變晚。每一組西傾正斷層內(nèi)部，底部斷層端點(diǎn)自東向西逐漸變淺，分別形成3組斷層“三角帶”(圖5)。

圖4 泥日爾三角洲E背斜地震剖面解釋圖(剖面位置見(jiàn)圖3)Fig.4 Interpretation of seismic sections of anticline E in Niger Delta (referring to Fig 3 for the section locations)

圖5 泥日爾三角洲E背斜的典型地震剖面和斷層活動(dòng)期次Fig.5 Analyses of typical seismic sections and fault active stages of anticline E,Niger Delta

斷距-埋深曲線能夠指示斷層活動(dòng)時(shí)期的相對(duì)差異，斷距-埋深曲線上斷距最大的點(diǎn)是斷層成核點(diǎn)，代表斷層初始形成時(shí)的位置，其差異代表斷層形成時(shí)間的相對(duì)早晚，斷層縱向上具有多個(gè)斷層成核點(diǎn)標(biāo)志著斷層具有分段生長(zhǎng)特征。選擇典型的NWW向剖面上斷距相對(duì)較大并具有一定間距的11條斷層，在Landmark地震解釋軟件中放大地震剖面，并讀取各地震解釋層位與斷層的交點(diǎn)，計(jì)算斷層在各個(gè)層位的斷距(時(shí)間域，單位ms)，分別繪制其縱向的斷距-埋深曲線。如圖5所示，1—9號(hào)斷層的斷層成核點(diǎn)所在層位從H4逐漸變?yōu)镠3和H2，有由東向西逐漸變淺的趨勢(shì)，而10號(hào)斷層的成核點(diǎn)在H1，11號(hào)斷層具有兩個(gè)斷距峰值(H5和H1)。這說(shuō)明11號(hào)與1—9號(hào)斷層自東向西活動(dòng)時(shí)間逐漸變晚，而10號(hào)斷層形成和11號(hào)斷層再活動(dòng)的時(shí)間最晚，在H1之后(圖5)。

2 斷裂形成演化過(guò)程和斷裂系統(tǒng)劃分

2.1 斷裂形成演化機(jī)制

研究區(qū)發(fā)育多條大規(guī)模的NWW向逆沖斷層，逆沖斷層和背斜形成了ES,EE和P構(gòu)造(圖1b)，顯示區(qū)域性的擠壓為SSW方向，而E構(gòu)造(圖1b)的長(zhǎng)軸走向與區(qū)域擠壓方向平行。E構(gòu)造發(fā)育于兩條大規(guī)模逆沖斷層F3和F5之間的轉(zhuǎn)換斷層上盤(pán)(圖1b)，因此造成E構(gòu)造的長(zhǎng)軸方向近平行于逆沖轉(zhuǎn)換斷層。在托爾托納晚期的強(qiáng)烈擠壓逆沖之后，擠壓作用逐漸減弱，逆沖斷層不再活動(dòng)(圖6)。在E構(gòu)造已經(jīng)形成的形態(tài)背景之下，E構(gòu)造東部的向斜接受新沉積地層厚度明顯大于背斜的厚度(圖7)，在重力均衡作用之下，超壓塑性泥巖發(fā)生由向斜向背斜的流動(dòng)，并造成E構(gòu)造進(jìn)一步抬升變形，并且整個(gè)背斜逐期向西遷移，在剖面上表現(xiàn)為背斜軸面的向西遷移。

E構(gòu)造的典型構(gòu)造演化剖面顯示(圖7)，現(xiàn)今的E背斜是多期次變形疊加的結(jié)果，從托爾托納晚期到墨西拿期再到上新世，E背斜的背斜軸面在持續(xù)向NW遷移，同時(shí)3個(gè)斷層“三角帶”分別對(duì)應(yīng)3個(gè)期次的背斜軸面，由東向西依次發(fā)育。由此可見(jiàn)，E背斜的持續(xù)側(cè)向遷移與斷層“三角帶”有直接的聯(lián)系。E背斜從托爾托納晚期開(kāi)始活動(dòng)直到現(xiàn)今，背斜長(zhǎng)軸都保持NE走向。在托爾托納晚期，背斜初始形成時(shí)，背斜兩翼都具有相近的傾角，因此發(fā)育兩組分別向背斜翼部?jī)A斜的多米諾式正斷層，但隨著E背斜在墨西拿期和上新世受進(jìn)一步的擠壓，背斜逐漸向西遷移，背斜的西翼傾角不斷增加，而東翼傾角基本不再變化，因此背斜西翼的多米諾式正斷層繼續(xù)發(fā)育、擴(kuò)展，而東翼的斷層不再活動(dòng)，由此可見(jiàn)，“多米諾”式斷層的活動(dòng)區(qū)域由深水背斜的形態(tài)決定，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，只有背斜表面的傾角達(dá)到一定程度(3°～13°)，斷層才能在重力作用下，由核部向翼部滑動(dòng)。

根據(jù)正斷層“三角帶”形態(tài)，以及各時(shí)期活動(dòng)背斜軸面的位置，能夠確定E構(gòu)造的NE走向的西傾正斷層是分3個(gè)期次逐漸形成的，3個(gè)三角帶由東向西分別形成于托爾托納晚期—墨西拿期—上新世(圖7)。從NW向的構(gòu)造演化剖面可見(jiàn)，3組NE走向的西傾、多米諾式正斷層與3個(gè)期次的背斜在空間上一一對(duì)應(yīng)，在時(shí)間上也有很好的相關(guān)性。據(jù)此能夠判定，E構(gòu)造中NE走向的西傾、“多米諾”式正斷層受控于重力作用，類(lèi)似“滑塌”性質(zhì)，正斷層滑動(dòng)方向與斜坡傾向一致，背斜形成則斷層隨之產(chǎn)生或活動(dòng)，背斜被埋藏或剝蝕則斷層活動(dòng)停止。

圖6 泥日爾三角洲ES構(gòu)造-P構(gòu)造演化剖面(剖面位置見(jiàn)圖1b)Fig.6 Balance evolution sections of E ES-P structure(referring to Fig.1b for the section location)

圖7 尼日爾三角洲ES構(gòu)造-E構(gòu)造-EE構(gòu)造平衡演化剖面(剖面位置見(jiàn)圖1b)Fig.7 Balance evolution sections of ES-E-EE structure(referring to Fig.1b for the section location)

在深水背斜頂部受重力作用控制形成的正斷層具有以下特征：①E構(gòu)造發(fā)育“多米諾式”正斷層，規(guī)模小而斷層密度大，斷層面平直，垂向延伸范圍基本在1 km以內(nèi)，斷層向下延伸傾角未見(jiàn)變緩，斷層頂部都切穿至海底附近，但并未切穿海底造成海底高差，因此斷層不具有生長(zhǎng)性。此外，E背斜僅在背斜頂部發(fā)育正斷層，翼部以及兩側(cè)的向斜都不發(fā)育斷層(圖5)。②多條同向正斷層的組合通常形成“三角帶”(圖5)，靠近背斜核部的斷層縱向上延伸更長(zhǎng)，而斷層越遠(yuǎn)離核部，在縱向上延伸長(zhǎng)度越短，此外，重力成因正斷層的向下延伸程度受限于巖石成巖程度，即斷層無(wú)法向下延伸至成巖程度較高的深部地層中，這一特征與區(qū)域性伸展造成的正斷層差異較大；③水下背斜頂部的斷層“三角帶”既有向前翼(較陡一翼)傾斜的，也有向后翼(較緩一翼)傾斜的，但每個(gè)背斜只要發(fā)育斷層“三角帶”，就必定形成向前翼傾斜的“三角帶”，而向后翼傾斜的斷層“三角帶”可能不發(fā)育[17]。利用上述特征能夠明確將重力控制的海底背斜頂部正斷層與其他成因的正斷層區(qū)別開(kāi)來(lái)。

由過(guò)EE背斜(圖1b)的構(gòu)造演化剖面(圖7)可見(jiàn)，逆沖斷層的活動(dòng)時(shí)期主要為托爾托納晚期，因此其他伴生的次級(jí)逆沖變換斷層活動(dòng)時(shí)期也為托爾托納晚期。E背斜東側(cè)有部分小規(guī)模正斷層斷穿H1反射層，甚至斷至海底，證明其在第四紀(jì)發(fā)生活動(dòng)，斷穿H1層的西傾正斷層在縱向上的兩個(gè)成核點(diǎn)(圖5)，標(biāo)志著托爾托納晚期的活動(dòng)斷層與第四紀(jì)活動(dòng)斷層的分段生長(zhǎng)連接，東傾正斷層雖然斷穿層位規(guī)律相似，但只有一個(gè)成核點(diǎn)，證明其為單期次活動(dòng)的孤立斷層。E背斜還發(fā)育S-N向斷裂，深部的高傾角標(biāo)志其走滑性質(zhì)和變換特征，其斷距微弱并且高傾角段未斷至H3反射層之上，證明此類(lèi)斷裂是調(diào)節(jié)性質(zhì)的次級(jí)斷裂，其中部分調(diào)節(jié)斷裂于第四紀(jì)再次發(fā)生弱伸展，在淺部形成低角度正斷層(圖5，圖6)。

2.2 斷裂系統(tǒng)劃分

結(jié)合上文分析，統(tǒng)計(jì)E構(gòu)造的斷裂斷穿層位和活動(dòng)時(shí)期，并結(jié)合斷裂活動(dòng)特征和成因機(jī)制，共劃分出7類(lèi)斷裂系統(tǒng)(圖8)，分別為逆沖斷裂系統(tǒng)，逆沖變換斷裂系統(tǒng)，重力滑動(dòng)斷階(階梯式)斷裂系統(tǒng)(細(xì)分為Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ期滑動(dòng)斷階)，晚期伸展斷裂系統(tǒng)和長(zhǎng)期活動(dòng)斷裂系統(tǒng)。①逆沖斷裂系統(tǒng)：E構(gòu)造可見(jiàn)兩條逆沖斷層，其中一條在工區(qū)南部，是OML130區(qū)塊的大規(guī)模F5斷層，另一條在背斜內(nèi)部，逆沖斷層都為NWW走向，活動(dòng)時(shí)期從托爾托納晚期到墨西拿期，主要活動(dòng)時(shí)期為托爾托納晚期。②逆沖變換斷裂系統(tǒng)：工區(qū)內(nèi)分布兩組逆沖變換斷層，北部的變換斷層發(fā)育在E構(gòu)造內(nèi)部逆沖斷層側(cè)面，南部的變換斷層發(fā)育在OML130工區(qū)F3和F5附近，變換斷層整體垂直于逆沖斷層，傾角較高(60°～90°)，具有走滑分量，活動(dòng)時(shí)期與逆沖斷層主活動(dòng)時(shí)期相同，為托爾托納晚期。③重力滑動(dòng)斷階(階梯式)斷裂系統(tǒng)：分為Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ期滑動(dòng)斷階斷裂系統(tǒng)，活動(dòng)時(shí)期分別為托爾托納晚期、墨西拿期、上新世，受控于三期逐漸向西遷移的褶皺，僅Ⅰ期形成背傾的兩組正斷層，Ⅱ,Ⅲ期僅形成向西傾的正斷層。④重力塌陷晚期伸展斷裂系統(tǒng)：底辟和擠壓作用在第四紀(jì)停止并應(yīng)力松弛，在E構(gòu)造東南部新生多條近S-N向正斷層。⑤長(zhǎng)期活動(dòng)斷裂系統(tǒng)：底辟和擠壓作用在第四紀(jì)停止并應(yīng)力松弛，造成少數(shù)早期的逆沖變換斷層和Ⅰ期滑動(dòng)斷階斷層發(fā)生再活動(dòng)，向上斷穿H350反射層。因此多期活動(dòng)斷裂系統(tǒng)在早期變形時(shí)，與逆沖變換和Ⅰ期滑動(dòng)斷階活動(dòng)性一致，晚期在第四紀(jì)發(fā)生再活動(dòng)。

以上幾類(lèi)斷裂系統(tǒng)的應(yīng)力狀態(tài)和成因機(jī)制并不一致：逆沖斷裂和逆沖變換斷裂系統(tǒng)受控于區(qū)域擠壓應(yīng)力，在整個(gè)尼日爾三角洲均存在由岸向海方向的擠壓應(yīng)力；重力滑動(dòng)斷階僅發(fā)育在背斜頂部，變形受控于重力的差異性，由背斜的古地勢(shì)決定；晚期伸展斷裂發(fā)育在背斜活動(dòng)的末期，由背斜頂部擠壓應(yīng)力的松弛引起。因此，區(qū)域擠壓應(yīng)力造成局部背斜隆起，進(jìn)而控制局部的重力滑動(dòng)斷階和重力塌陷地塹，二者具有明顯的先后順序和因果關(guān)系。

圖8 尼日爾三角洲E背斜斷裂斷穿層位、斷距分布和斷裂系統(tǒng)Fig.8 Faulted horizons,fault throw distribution and fault systems of anticline E,Niger Delta

3 斷層封閉性及其對(duì)油水分隔作用

E構(gòu)造的主力產(chǎn)油層位為R80層(H5和H4反射層之間)，5套斷裂系統(tǒng)都斷至R80層，油層內(nèi)斷裂密度極高，斷裂的封閉性決定油水分布。R80儲(chǔ)層分為東部朵葉、東部水道、西部朵葉和西部水道，共4套深水濁流沉積復(fù)合體。東部朵葉位于E構(gòu)造核部及東翼，朵葉范圍內(nèi)共發(fā)育109條斷層，油區(qū)范圍內(nèi)共54條斷層。

斷層側(cè)向封閉機(jī)理為毛細(xì)管封閉[18-19]，砂泥互層地層中的斷層側(cè)向封閉能力取決于斷裂帶中泥質(zhì)含量[20]。通過(guò)E2井封閉性三角圖可見(jiàn)(圖9)，E構(gòu)造R80儲(chǔ)層斷層側(cè)向封閉類(lèi)型主要為巖性對(duì)接封閉和斷層巖封閉，存在3種巖性對(duì)接關(guān)系：同層砂巖對(duì)接、非同層砂巖對(duì)接和砂泥對(duì)接，當(dāng)斷層未能完全錯(cuò)斷儲(chǔ)層(斷距<儲(chǔ)層厚度)時(shí)，兩盤(pán)發(fā)生同層砂巖對(duì)接，此時(shí)斷層不具有封閉性。只有斷層完全錯(cuò)斷儲(chǔ)層(斷距>儲(chǔ)層厚度)時(shí)，儲(chǔ)層砂巖與對(duì)盤(pán)的泥巖或非同層砂巖對(duì)接，才可能具有封閉性。

儲(chǔ)層厚度最小值約為20 m。統(tǒng)計(jì)斷層斷距可見(jiàn)(圖8)，逆沖斷層和長(zhǎng)期活動(dòng)斷層斷距最大，逆沖斷層約37 m斷距，多期活動(dòng)斷層斷距平均值為58 m，儲(chǔ)層砂巖與對(duì)盤(pán)的泥巖或非同層砂巖對(duì)接；逆沖變換斷層在研究區(qū)油藏范圍內(nèi)僅發(fā)育1條，斷距小于20 m，晚期伸展斷層斷距全部小于20 m，同層砂巖對(duì)接，斷層不封閉；滑動(dòng)斷階斷層的斷距平均值較小，但有少數(shù)斷層斷距大于20 m，造成儲(chǔ)層砂巖與對(duì)盤(pán)的泥巖或非同層砂巖對(duì)接。依據(jù)斷距和儲(chǔ)層厚度關(guān)系確定潛在封閉斷層(圖10a)，當(dāng)砂巖儲(chǔ)層與對(duì)盤(pán)泥巖對(duì)接時(shí)斷層是封閉的，而當(dāng)砂巖儲(chǔ)層與對(duì)盤(pán)非同層砂巖對(duì)接時(shí)，依靠斷層巖封閉，斷層巖封閉能力與斷裂帶泥質(zhì)含量正相關(guān)，通常使用SGR參數(shù)表征斷裂帶泥質(zhì)含量[20]，進(jìn)而評(píng)價(jià)封閉性。在這些斷層中依據(jù)兩盤(pán)油水關(guān)系，確定封閉的斷層只有f227和f227a，結(jié)合相鄰區(qū)塊A油田類(lèi)似性質(zhì)儲(chǔ)層的封閉斷層，統(tǒng)計(jì)封閉和不封閉斷層SGR(圖11)，斷層具有封閉能力的最低SGR約為8%，而具有強(qiáng)封閉能力的SGR臨界值約為20%。對(duì)16條潛在封閉斷層SGR進(jìn)行計(jì)算，f2斷層在油水界面(OWC)以上的斷層面SGR全部高于20%(圖12a)，判定為封閉斷層，而f3斷層在東部水道儲(chǔ)層全部封閉，在東部朵葉內(nèi)的SGR介于8%～20%(圖12b)，判定為弱封閉斷層。根據(jù)斷層封閉性評(píng)價(jià)的結(jié)果，東部朵葉范圍內(nèi)存在8條完全封閉斷層和4條弱封閉能力斷層(圖10b)。根據(jù)井間壓力干擾測(cè)試和油水界面差異確認(rèn)，評(píng)價(jià)結(jié)果與鉆井前已知的封閉斷層f227和f227a斷層一致，并且在進(jìn)行封閉性評(píng)價(jià)之后，新鉆井獲取的資料又證實(shí)f1,f2,f37和f210是封閉的。斷層封閉性評(píng)價(jià)在開(kāi)發(fā)布井和注采中具有重要的實(shí)用價(jià)值，對(duì)于滲漏斷層，可將斷層兩盤(pán)作為同一油水單元來(lái)進(jìn)行布井和注采，而對(duì)于封閉斷層，則必須分別對(duì)斷層兩盤(pán)進(jìn)行注采方案設(shè)計(jì)，因此，明確斷層封閉性，對(duì)于提高采收率和經(jīng)濟(jì)效率有重要意義。

圖9 尼日爾三角洲E2井封閉性三角圖Fig.9 Triangular diagram showing the sealing capacity of faults in well E2,Niger Delta

圖10 尼日爾三角洲E背斜東部朵葉封閉斷層及對(duì)油水分隔作用(東部朵葉范圍見(jiàn)圖3)Fig.10 Sealing faults and their role in separating oil from water in the lobes at the east of anticline E,Niger Delta (referring to Fig.3 for the range of the east lobe)a.潛在封閉斷層;b.封閉斷層及對(duì)油水分隔作用

圖11 尼日爾三角洲斷層面SGR和斷層封閉能力的關(guān)系Fig.11 Relationship between SGR and sealing capacity of faults in Niger Delta(WC=西部水道，WL=西部朵葉，除標(biāo)出的E油田數(shù)據(jù)外，其他數(shù)據(jù)來(lái)源于相鄰區(qū)塊A油田)

圖12 尼日爾三角洲E油田斷層Allan圖及SGR分布Fig.12 Allan diagram and SGR distribution of faults in anticline E,Niger Deltaa.E油田f2斷層;b.E油田f3斷層

4 結(jié)論

1) 深水背斜頂部受控于重力作用形成正斷層，其特點(diǎn)為由背斜核部向翼部?jī)A斜，呈多米諾式排布，背斜核部的正斷層向下延伸長(zhǎng)，翼部的正斷層向下延伸短，形成斷層“三角帶”。E背斜在演化過(guò)程中核部逐漸向西遷移，因此對(duì)應(yīng)發(fā)育了3組向西逐漸變新的重力滑動(dòng)正斷層。

2) 基于構(gòu)造解析思想，明確E構(gòu)造從托爾托納晚期至第四紀(jì)共經(jīng)歷四期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，根據(jù)斷裂活動(dòng)的期次和性質(zhì)不同，將E構(gòu)造斷裂劃分為7類(lèi)斷裂系統(tǒng)，分別為逆沖斷層，逆沖變換斷層，重力滑動(dòng)斷階Ⅰ，重力滑動(dòng)斷階Ⅱ，重力滑動(dòng)斷階Ⅲ，晚期伸展斷層和多期活動(dòng)斷層。

3) E構(gòu)造東部朵葉范圍內(nèi)，逆沖斷層和多期活動(dòng)斷層封閉趨勢(shì)較強(qiáng)，重力滑動(dòng)斷階的封閉趨勢(shì)較弱，而晚期伸展斷層不具有封閉能力。利用斷裂系統(tǒng)篩選潛在封閉斷層，將評(píng)價(jià)目標(biāo)從109條斷層縮小為16條，提高了評(píng)價(jià)效率。

4) 確定了E油田的斷層封閉性臨界值，當(dāng)斷層SGR大于8%時(shí)，斷層開(kāi)始具有封閉能力，當(dāng)斷層SGR大于20%時(shí)，斷層完全封閉。定量評(píng)價(jià)結(jié)果得出8條封閉斷層，將斷層兩盤(pán)分隔為不同的油水單元，以及4條弱封閉斷層，對(duì)注水受效有一定影響。

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Structural evolution mechanism and sealing of faults on the crest of anticline E in Niger Delta

Xie Zhaohan1,2,3,Sun Yonghe1,2,3,Yan Yumin4,Hu Guangyi5,Fan Tingen5,Liu Zongbao1,2,3

(1.LaboratoryofCNPCFault-controllingReservoirs,NortheastPetroleumUniversity,Daqing,Heilongjiang163318,China;2.HeilongjiangScienceandTechnologyInnovationTeamon“FaultDeformation,SealingandFluidMigration”,Daqing,Heilongjiang163318,China;3.StateKeyLaboratoryBaseofUnconventionalOilandGasAccumulationandExploitation,NortheastPetroleumUniversity,Daqing,Heilongjiang163318,China;4.ResearchandDevelopmentInstitute,PetroChinaHubeiOilfield,Renqiu,Heibei062552,China;5.CNOOCResearchInstitute,Beijing100028,China)

Numerous faults were developed on the crest of anticline E in deep water of Niger Delta.They were observed to dip mostly in the same direction and arrange in a domino style.Uncertainties remain in such domains as what their me-chanism is,how many stages they had experienced,and what role they played in dividing oil from water.Based on structural analysis,we studed the axial plane migration of E anticline through structural balanced sections and back-stripping of pa-leotectonic maps.Guided by the theory of fracture nucleation,we identified the active stages and mechanisms of the faults and then categorized the faulting systems to further perform assessment of sealing capacity of the faults.Gravitational sli-ding was identified as the evolution mechanism of the normal faults at the crest of the anticline.A correspondence of multiple stages between the domino-style normal faults and the anticline axial plane migration was also established.We proposed that the E structure had experienced four evolution stages and developed 7 types of faulting systems,among which,3 were gravitational sliding step-faults -quite unique in the area- and were controlled and deformed by gravity against a paleo-anticline setting.Thrust faults and faults with multi-stage movement are the best sealing faults,gravitational sliding step-faults have sealing potential,and later extensional faults have no sealing capacity.About 16 faults were selected as potential sealing faults.The results show a critical SGR value of 8% for weak sealing,and 20% for fully sealing.There were 8 fully-sealed faults that could form different oil/water units in its hanging and foot walls,respectively.There were 4 weakly-sealed faults that could not separate oil from water but only influence responses to water flooding.The study can be used to guide drilling and injection-production planning of oil fields in the area.

fault evolution，fault sealing capacity，oil and water distribution，deep water anticline，Niger Delta

2017-01-18;

2017-08-10。

謝昭涵(1988—)，男，博士研究生，構(gòu)造地質(zhì)。E-mail:569430279@qq.com。

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41572127，41502136)；中國(guó)石油天然氣股份有限公司重大科技項(xiàng)目(2016D-0702)。

0253-9985(2017)05-0973-10

10.11743/ogg20170516

TE112.1

A

(編輯 董 立)