馬賽婷，胡 林，李 明，王 迪，陳 林，程燕君，徐 彬，吳智平,6

1. 中國(guó)石油大學(xué)（華東） 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，青島 266580；

2. 中海石油（中國(guó)）有限公司 海南分公司，?？?570312；

3. 中海石油（中國(guó)）有限公司 湛江分公司，湛江 524057；

4. 新疆大學(xué) 地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院，烏魯木齊 830047；

5. 山東科技大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，青島 266590；

6. 山東省深層油氣重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青島 266235

含油氣盆地的斷裂系統(tǒng)是由多走向、多性質(zhì)、多期次以及多級(jí)序斷裂構(gòu)成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)體系（Duffy et al.，2017）。不同應(yīng)力背景下，斷裂網(wǎng)絡(luò)的發(fā)育具有明顯的差異性，單一伸展應(yīng)力背景下，往往產(chǎn)生近乎平行的斷裂網(wǎng)絡(luò)體系；而多期應(yīng)力背景下，不同走向的斷裂相互作用，斷裂派生、側(cè)接等連接方式大量出現(xiàn)，形成相對(duì)復(fù)雜的斷裂網(wǎng)絡(luò)體系（Gawthorpe et al.，2008；Whipp et al.，2013；Peacock et al.，2016）；除了區(qū)域應(yīng)力的影響，斷裂網(wǎng)絡(luò)體系的發(fā)育還受多種地質(zhì)因素影響，先存斷裂的復(fù)活、局部應(yīng)力的變化等均會(huì)改變斷裂網(wǎng)絡(luò)體系的發(fā)育特征（Duffy et al.，2015；胡陽等，2018；程燕君等，2020；Wang et al.，2021；2022）。作為含油氣盆地內(nèi)部重要的構(gòu)造變形方式，斷裂體系的發(fā)育特征對(duì)油氣藏的分布有著顯著的控制作用（Aydin，2000；王迪等，2021），其不僅可以為油氣運(yùn)移提供優(yōu)勢(shì)通道，發(fā)揮輸導(dǎo)的作用（漆家福，2007；Fossen and Rotevatn，2016），還可形成斷塊圈閉，為油氣聚集提供有利場(chǎng)所（羅群，2010；吳智平等，2010），因此，斷裂體系研究一直是含油氣盆地研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。

近年來，數(shù)學(xué)分析的理論與方法被越來越多的應(yīng)用到斷裂網(wǎng)絡(luò)體系研究中（Manzocchi，2002；孟憲國(guó)，1991），為斷裂網(wǎng)絡(luò)體系研究實(shí)現(xiàn)由定性描述到定量表征的轉(zhuǎn)變提供了有效手段。拓?fù)淅碚撟鳛檠芯繋缀螆D形或空間在連續(xù)變形后仍保持不變的性質(zhì)的理論（Malescio et al.，2003；Sanderson and Nixon，2015），國(guó)內(nèi)外學(xué)者將其運(yùn)用于斷裂體系研究，通過對(duì)斷裂網(wǎng)絡(luò)體系中節(jié)點(diǎn)和分支等拓?fù)鋮?shù)的提?。⊿anderson and Nixon，2015），明確其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（王迪等，2021），計(jì)算其連接效率（Valentini et al., 2007），可實(shí)現(xiàn)對(duì)斷裂網(wǎng)絡(luò)體系連通性的定量表征（Morley and Nixon，2016）；斷裂網(wǎng)絡(luò)體系是由不同級(jí)序斷裂組成的具有自相似性的分形體系，因此運(yùn)用分形理論實(shí)現(xiàn)對(duì)分維值等參數(shù)的計(jì)算（Mandelbrot and Aizenman，1979；申維，1998），可為揭示斷裂網(wǎng)絡(luò)體系空間展布的差異性、定量表征斷裂網(wǎng)絡(luò)體系的復(fù)雜程度提供有效的方法和手段（孟憲國(guó)，1991；曾聯(lián)波等，2001；謝焱石和譚凱旋，2002；黃丹等，2010；沈超等，2011；崔中良等，2022）。

文昌A 凹陷西部地區(qū)是珠江口盆地珠三坳陷中的重要油氣富集區(qū)塊（林興榮和孫志鵬，1999；聶逢君等，2011；李輝等，2014），斷裂是該地區(qū)油氣成藏最重要的控制因素（胡楊等，2015；楊計(jì)海等，2019；蔡國(guó)富等，2021；王嘉等，2021），系統(tǒng)揭示斷裂網(wǎng)絡(luò)體系發(fā)育的時(shí)空差異是該地區(qū)油氣勘探實(shí)踐的迫切需求。為此，本文以文昌A 凹陷西部地區(qū)為解剖對(duì)象，運(yùn)用最新的三維地震資料，在對(duì)斷裂體系精細(xì)刻畫的基礎(chǔ)上，運(yùn)用拓?fù)?、分形理論，?shí)現(xiàn)斷裂網(wǎng)絡(luò)體系連通性及復(fù)雜程度的定量表征，并結(jié)合典型的油氣藏剖面，探討斷裂網(wǎng)絡(luò)體系拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、分形特征與油氣藏分布的關(guān)系，旨在為定量表征含油氣盆地?cái)嗔洋w系發(fā)育特征提供方法借鑒，同時(shí)也可為該地區(qū)油氣勘探實(shí)踐提供指導(dǎo)。

1 斷裂體系的發(fā)育特征

研究區(qū)位于珠三坳陷文昌A 凹陷的西部，其作為珠江口盆地中的重要組成部分（圖1a），新生代以來經(jīng)歷了多期次的構(gòu)造演化階段，前人將其劃分為古新世—早漸新世斷陷階段、晚漸新世—早中新世斷拗轉(zhuǎn)換階段、中中新世—現(xiàn)今坳陷階段（李輝等，2014；楊計(jì)海等，2019）。古新世—早漸新世斷陷階段，太平洋板塊向歐亞板塊持續(xù)俯沖，印度板塊與歐亞板塊相互碰撞，研究區(qū)經(jīng)歷了三期重要的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，從早到晚依次為神狐運(yùn)動(dòng)、珠瓊I 幕運(yùn)動(dòng)和珠瓊II 幕運(yùn)動(dòng)，在研究區(qū)產(chǎn)生NW-SE向的伸展應(yīng)力場(chǎng)；晚漸新世—早中新世斷拗轉(zhuǎn)換階段，古南海持續(xù)俯沖，南海開始呈南北向擴(kuò)張，該區(qū)經(jīng)歷了第四次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，即南海運(yùn)動(dòng)，區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)方向轉(zhuǎn)變?yōu)榻黃-N 向；中中新世至今坳陷階段，古南海俯沖消亡的同時(shí)南海結(jié)束擴(kuò)張，印度板塊與歐亞板塊持續(xù)擠壓作用，太平洋板塊俯沖減弱，菲律賓板塊楔入歐亞板塊與太平洋板塊之間，該區(qū)經(jīng)歷了第五次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，即東沙運(yùn)動(dòng)，應(yīng)力場(chǎng)方向調(diào)整為NNE-SSW 向伸展（劉雨晴等，2019；張遠(yuǎn)澤等，2019；王嘉等，2021）（圖1c）。由于受太平洋板塊俯沖、印度—?dú)W亞板塊碰撞以及菲律賓板塊的楔入等構(gòu)造事件時(shí)空匹配的影響，研究區(qū)經(jīng)歷了多期次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，周緣區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)方向發(fā)生順時(shí)針轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致不同構(gòu)造層系斷裂網(wǎng)絡(luò)體系發(fā)育特征具有明顯的差異性。

圖1 文昌A凹陷西部地區(qū)地質(zhì)特征Fig. 1 Geological characteristics of the western area of Wenchang A sag

斷陷層系（Tg-T70）發(fā)育多條NE 向主干斷裂，分別為珠三2 號(hào)斷裂、珠三6 號(hào)斷裂和珠三南斷裂。平面上，珠三2 號(hào)斷裂位于研究區(qū)西北部，其發(fā)育規(guī)模較大，連續(xù)性較好，兩側(cè)發(fā)育多條NE 向次級(jí)斷裂，共同組成珠三2 號(hào)斷裂帶；珠三6 號(hào)斷裂位于研究區(qū)中部，其北部連續(xù)性較差，呈NE 向雁列式展布，兩側(cè)發(fā)育多條近EW 向次級(jí)斷裂，共同組成珠三6 號(hào)斷裂帶；珠三南斷裂位于研究區(qū)南部，其發(fā)育規(guī)模大，延伸遠(yuǎn)，連續(xù)性好，次級(jí)斷裂數(shù)量較少，共同組成珠三南斷裂帶（圖2a）。剖面上，該構(gòu)造層系斷裂表現(xiàn)為板式或鏟式正斷層（圖1b）。

圖2 文昌A凹陷西部地區(qū)不同層系斷裂體系Fig. 2 The fault systems at different horizons in the Western Area of Wenchang A Sag

斷坳轉(zhuǎn)換層系（T70-T40）NE 向主干斷裂發(fā)育規(guī)模減小，NWW 向次級(jí)斷裂廣泛發(fā)育。平面上，珠三2 號(hào)斷裂北部開始消亡，整體呈分段展布，珠三6 號(hào)斷裂整體消亡，表現(xiàn)為近EW 向次級(jí)斷裂沿NE 向左階雁列展布，珠三南斷裂發(fā)育規(guī)模減小，與次級(jí)斷裂組合成帚狀構(gòu)造，主干斷裂周圍發(fā)育一系列次級(jí)斷裂，且呈NE 向條帶狀展布，自西向東依次為珠三2 號(hào)斷裂帶、珠三6 號(hào)斷裂帶和珠三南斷裂帶；區(qū)內(nèi)發(fā)育一系列次級(jí)斷裂，且呈NW 向條帶狀展布，自北向南依次為D9-2-1—D10-2-1 井?dāng)嗔褞А8-3-1—D9-7-1 井?dāng)嗔褞Ш虳7-2-2—D14-1-1井?dāng)嗔褞В▓D2b）。剖面上，珠三2 號(hào)斷裂與次級(jí)斷裂呈Y 字形相交；珠三6 號(hào)斷裂與該層系次級(jí)斷裂組合成似花狀構(gòu)造；珠三南斷裂與該層系次級(jí)斷裂組合成Y 字形構(gòu)造（圖1b）。

坳陷層系（T40-T20）NE 向主干斷裂趨于消亡，NWW 向次級(jí)斷裂發(fā)育。平面上，珠三南斷裂南部和珠三2 號(hào)斷裂南部存有殘余段；區(qū)內(nèi)次級(jí)斷裂數(shù)量減少，以NWW 向?yàn)橹?，并呈NW 向條帶狀展布于研究區(qū)內(nèi)，自北向南分別是D9-2-1—D10-2-1 井?dāng)嗔褞?、D8-3-1—D9-7-1 井?dāng)嗔褞Ш虳7-2-2—D14-1-1 井?dāng)嗔褞В▓D2c）。

上述分析表明，受控于區(qū)域拉張應(yīng)力方向順時(shí)針轉(zhuǎn)變，研究區(qū)各層系斷裂體系的發(fā)育具有明顯差異。由深至淺，區(qū)內(nèi)斷裂網(wǎng)絡(luò)體系整體表現(xiàn)為以NE 向斷裂為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐訬WW 向斷裂為主，反映了應(yīng)力方向由NW-NNE 向的順時(shí)針轉(zhuǎn)變。NE 向主干斷裂發(fā)育規(guī)模逐漸減小，并且于坳陷層系趨于消亡，NWW 向次級(jí)斷裂由斷坳轉(zhuǎn)換至坳陷層系廣泛發(fā)育，并呈雁列式展布；NE 向斷裂帶表現(xiàn)為NE向主干斷裂與周圍次級(jí)斷裂呈條帶狀展布，由深至淺發(fā)育逐漸減弱，NW 向斷裂帶表現(xiàn)為一系列次級(jí)斷裂呈條帶狀展布，由斷坳轉(zhuǎn)換至坳陷層系持續(xù)發(fā)育。

2 斷裂體系的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2.1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析的原理與方法

拓?fù)淅碚撌乾F(xiàn)代非線性科學(xué)的重要分支，通過點(diǎn)和線等簡(jiǎn)單的幾何元素，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的定量表征，為斷裂網(wǎng)絡(luò)體系的研究提供了一種新方法（Morley and Nixon，2016；Duffy et al.，2017）。就斷裂網(wǎng)絡(luò)體系而言，可通過對(duì)節(jié)點(diǎn)、分支類型分析和數(shù)量統(tǒng)計(jì)來定量表征其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（圖3）（Sanderson and Nixon，2015）。節(jié)點(diǎn)分為三類：獨(dú)立斷層末端（I 節(jié)點(diǎn)）、派生或側(cè)接斷層連接點(diǎn)（Y節(jié)點(diǎn)）、共軛斷層連接點(diǎn)（X 節(jié)點(diǎn)）；其中I 節(jié)點(diǎn)為獨(dú)立節(jié)點(diǎn)，僅連接一條斷層分支；Y 節(jié)點(diǎn)和X 節(jié)點(diǎn)為連接節(jié)點(diǎn)，分別連接3 條和4 條斷層分支。根據(jù)斷層分支末端的節(jié)點(diǎn)類型，斷層分支也可分為三類：兩個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)連接的I-I 型、一個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)和一個(gè)連接節(jié)點(diǎn)連接的I-C 型以及兩個(gè)連接節(jié)點(diǎn)連接的C-C 型。

圖3 斷裂網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖（據(jù)Sanderson and Nixon，2015修改）Fig. 3 The diagram showing the topological structures

基于斷裂網(wǎng)絡(luò)體系的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，統(tǒng)計(jì)節(jié)點(diǎn)和分支的數(shù)量，計(jì)算不同類型節(jié)點(diǎn)和分支的比例，通過進(jìn)一步計(jì)算得到連接節(jié)點(diǎn)數(shù)NC（式①、②）與分支平均連接數(shù)CB（式③、④）（Sanderson and Nixon，2015），實(shí)現(xiàn)斷裂網(wǎng)絡(luò)體系連通性的定量表征。

式中：NI、NY、NX分別為I節(jié)點(diǎn)、Y節(jié)點(diǎn)、X節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，NN為節(jié)點(diǎn)總數(shù)。

式中：NII、NIC、NCC分別為I-I分支、I-C分支、C-C分支的數(shù)量，NB為分支總數(shù)。

根據(jù)不同類型節(jié)點(diǎn)及分支的比例關(guān)系，將其投點(diǎn)于節(jié)點(diǎn)、分支三端元圖中，揭示不同層系斷裂網(wǎng)絡(luò)體系連通性以及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的差異性。若斷裂網(wǎng)絡(luò)體系拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)落點(diǎn)于I 角或I-I 角所處區(qū)域，表明拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，具有較低的連通性；若其落點(diǎn)于Y 角、X 角或I-C、C-C 角所處區(qū)域則表明拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，具有較高的連通性。

2.2 文昌A凹陷西部地區(qū)拓?fù)涮卣?/h3>

運(yùn)用上述方法，選擇實(shí)際面積10×10 km2的正方形網(wǎng)格對(duì)文昌A 凹陷西部地區(qū)進(jìn)行覆蓋，通過ArcGIS-Network 軟件刻畫不同構(gòu)造層系斷裂網(wǎng)絡(luò)體系的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，統(tǒng)計(jì)不同類型節(jié)點(diǎn)和分支的比例關(guān)系（表1），計(jì)算連接節(jié)點(diǎn)，繪制連接節(jié)點(diǎn)等值線圖（圖4），明確斷裂網(wǎng)絡(luò)體系連通性的平面展布特征；根據(jù)Tg、T80、T70、T60、T50、T40和T20層位的節(jié)點(diǎn)、分支的數(shù)量關(guān)系，繪制節(jié)點(diǎn)、分支三端元圖（圖5），揭示文昌A 凹陷西部地區(qū)斷裂網(wǎng)絡(luò)體系連通性的時(shí)空差異。

表1 文昌A坳陷西部地區(qū)不同層系斷裂網(wǎng)絡(luò)體系拓?fù)鋮?shù)表Table 1 The topological parameters of different horizons in the Western Area of Wenchang A Sag

圖4 文昌A凹陷西部地區(qū)不同層系拓?fù)涮卣鱂ig. 4 The topological characteristics of different horizons in the Western Area of Wenchang A Sag

圖5 文昌A凹陷西部地區(qū)不同層系拓?fù)鋮?shù)三端元圖Fig. 5 Triangular plots of topology of different horizons in the Western Area of Wenchang A Sag

PI、PY、PX和PC分別為I 節(jié)點(diǎn)、Y 節(jié)點(diǎn)、X 節(jié)點(diǎn)和連接節(jié)點(diǎn)的比例；PII、PIC、PCC分別為I-I 分支、I-C 分支、C-C 分支的比例。

斷陷層系（Tg-T70）斷裂網(wǎng)絡(luò)體系拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以I節(jié)點(diǎn)為主，連接節(jié)點(diǎn)（Y、X 節(jié)點(diǎn)）比例較低，最高僅占22%（表1）；而同一層位不同區(qū)帶斷裂網(wǎng)絡(luò)間的連通性存在差異，斷陷層系斷裂網(wǎng)絡(luò)體系的連接節(jié)點(diǎn)高值區(qū)集中于研究區(qū)西南部（圖4a）。選取T80層位為代表，從該層位連接節(jié)點(diǎn)等值線圖（圖4a）中可以看出：區(qū)內(nèi)連接節(jié)點(diǎn)高值區(qū)僅在西南部展布，呈NE 向展布，最高可以達(dá)到6，表現(xiàn)出自西南向東北連接節(jié)點(diǎn)逐漸減小的趨勢(shì)。

斷坳轉(zhuǎn)換層系（T70-T40）斷裂網(wǎng)絡(luò)體系的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中I 節(jié)點(diǎn)占主導(dǎo)，連接節(jié)點(diǎn)（Y、X 節(jié)點(diǎn)）比例較低，最高僅占17%（表1）；該層系斷裂網(wǎng)絡(luò)體系的連接節(jié)點(diǎn)高值區(qū)沿NE 向主干斷裂展布（圖4b）。選取T60層位為代表，從該層位連接節(jié)點(diǎn)等值線圖（圖4b）中可以看出：區(qū)內(nèi)連接節(jié)點(diǎn)高值區(qū)出現(xiàn)在2 條NE 向主干斷裂附近，珠三2 號(hào)斷裂北部發(fā)育大量次級(jí)斷裂，連接節(jié)點(diǎn)最高達(dá)到5，同時(shí)珠三2 號(hào)斷裂附近零星分布3 處高值區(qū)，連接節(jié)點(diǎn)最高可以達(dá)到3；珠三南斷裂附近出現(xiàn)2 處高值區(qū)，為珠三南斷裂帶與NW 向D9-2-1—D10-2-1 井?dāng)嗔褞?、D8-3-1—D9-7-1 井?dāng)嗔褞У慕粎R區(qū)，連接節(jié)點(diǎn)可以達(dá)到4。

坳陷層系（T40-T20）斷裂網(wǎng)絡(luò)體系的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中I 節(jié)點(diǎn)比例最高，可達(dá)96.8%，幾乎不發(fā)育連接節(jié)點(diǎn)（Y、X 節(jié)點(diǎn)）（表1；圖4c）。選取T20層位為代表，從該層位連接節(jié)點(diǎn)等值線圖（圖4c）中可以看出：區(qū)內(nèi)整體連接節(jié)點(diǎn)較低，僅在珠三南斷裂殘余段出現(xiàn)一處高值區(qū)，連接節(jié)點(diǎn)達(dá)到1。

根據(jù)文昌A 凹陷西部地區(qū)不同層系斷裂網(wǎng)絡(luò)體系節(jié)點(diǎn)和分支的比例關(guān)系（表1），將其投點(diǎn)于節(jié)點(diǎn)、分支三端元圖中，分析不同層系斷裂網(wǎng)絡(luò)體系連通性的差異。通過節(jié)點(diǎn)三端元圖（圖5a）可以看出，文昌A 凹陷西部地區(qū)各構(gòu)造層系斷裂網(wǎng)絡(luò)體系均分布于I-Y 軸，幾乎不發(fā)育X 節(jié)點(diǎn)。斷陷層系較遠(yuǎn)離I 端，該層系斷裂網(wǎng)絡(luò)體系的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)較復(fù)雜，連通性較好；坳陷層系集中分布于I 端，該層系斷裂網(wǎng)絡(luò)體系的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，連通性較差；斷坳轉(zhuǎn)換層系分布在斷陷層系和坳陷層系中間，且由深至淺逐漸靠近I 端，連通性逐漸變差。文昌A 凹陷西部地區(qū)斷裂網(wǎng)絡(luò)體系由深層至淺層逐漸向I 端靠近，I 節(jié)點(diǎn)的比例逐漸增大，Y 節(jié)點(diǎn)的比例逐漸減小，表明文昌A 凹陷西部地區(qū)斷裂網(wǎng)絡(luò)體系拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的連通性逐漸減弱。從分支三端元圖（圖5b）可以看出，斷陷層系分布在分支三端元圖較中間的位置，以I-I、I-C 分支為主，C-C分支的比例最高可達(dá)27.7%，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，連通性較好；斷坳轉(zhuǎn)換層系由深至淺拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中I-C、C-C 分支的比例逐漸減小，并向I-I 端靠近，連通性逐漸變差；坳陷層系分布在I-I 端，以I-I 分支為主，連通性較差。文昌A 凹陷西部地區(qū)斷裂網(wǎng)絡(luò)體系由深層至淺層I-I 分支的比例逐漸增大，I-C、C-C 分支的比例逐漸減小，表明該區(qū)斷裂網(wǎng)絡(luò)體系的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)越來越簡(jiǎn)單，連通性逐漸減弱。

上述分析表明，研究區(qū)不同層系斷裂網(wǎng)絡(luò)體系具有不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，導(dǎo)致斷裂網(wǎng)絡(luò)體系的連通性具有差異性。就同一層系而言，斷裂網(wǎng)絡(luò)體系連通性的分布存在明顯的差異，高拓?fù)渲祬^(qū)主要集中于NE 向主干斷裂附近，連接節(jié)點(diǎn)數(shù)量較多，連通性較好。就不同層系而言，由深層至淺層連通性逐漸變差，連接節(jié)點(diǎn)（Y、X 節(jié)點(diǎn)）比例逐漸減小，I節(jié)點(diǎn)比例逐漸增大，I-C、C-C 分支比例逐漸減小，I-I 分支比例逐漸增大。分析其原因，深部斷陷層系發(fā)育多條NE 向主干斷裂，規(guī)模大，延伸距離遠(yuǎn)，有利于次級(jí)斷裂與其產(chǎn)生連接，且該構(gòu)造層位經(jīng)歷了多期次構(gòu)造應(yīng)力的疊加，后期新生斷裂的切割，產(chǎn)生拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的斷裂網(wǎng)絡(luò)，連通性較好；在斷坳轉(zhuǎn)換層系，主干斷裂的持續(xù)活動(dòng)、次級(jí)斷裂的大量發(fā)育產(chǎn)生了較為復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但是主干斷裂活動(dòng)減弱，規(guī)模減小，難以產(chǎn)生派生、側(cè)接等連接方式，并且次級(jí)斷裂多呈雁列式或平行式展布，產(chǎn)生大量I 節(jié)點(diǎn)與I-I 分支，導(dǎo)致斷裂體系的連通性低于斷陷層系的連通性；淺部坳陷層系主要受控于后期NNW-SSW 伸展應(yīng)力，主干斷裂基本消亡，斷裂數(shù)量減少，且發(fā)育大量獨(dú)立斷層，I 節(jié)點(diǎn)、I-I 分支的比例增大，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，連通性較差。

3 斷裂體系的分形特征

3.1 分形特征分析的原理與方法

斷裂網(wǎng)絡(luò)體系中不同級(jí)序斷裂一定程度上體現(xiàn)著系統(tǒng)整體的信息和特征，是一種復(fù)雜的具有自相似性的分形體系，只要應(yīng)力條件相同，各級(jí)序斷裂的組合規(guī)律就相同（易順民和唐輝明，1995；曾聯(lián)波等，2001；崔中良等，2022），因此可運(yùn)用分形理論通過分維值計(jì)算來定量表征斷裂體系的自相似性及其復(fù)雜程度。

分維值是研究區(qū)斷層數(shù)量、發(fā)育規(guī)模的綜合體現(xiàn)，是量化斷裂網(wǎng)絡(luò)體系復(fù)雜程度的參數(shù)。分維值越大，斷裂網(wǎng)絡(luò)體系越復(fù)雜，斷裂的密度越大；分維值越小，斷裂網(wǎng)絡(luò)體系越簡(jiǎn)單，斷裂的密度越小。本文采用盒維數(shù)法計(jì)算分維值（謝焱石和譚凱旋，2002），計(jì)算方法如下：取邊長(zhǎng)為r的正方形網(wǎng)格覆蓋研究區(qū)，統(tǒng)計(jì)得到包含斷層的正方形格子數(shù)Nr，邊長(zhǎng)r不同得到的Nr也不同。取不同邊長(zhǎng)r（r=ri、ri/2、ri/4、ri/8…）的網(wǎng)格，統(tǒng)計(jì)得到對(duì)應(yīng)的包含斷層格子數(shù)Nr，并將對(duì)應(yīng)值以點(diǎn)坐標(biāo)（lnr，lnNr）的形式記錄。然后將坐標(biāo)點(diǎn)落在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中，采用最小二乘法進(jìn)行直線擬合，可得到

式中，C為待定常數(shù)，斜率D為r水平下得到的分維值。

3.2 文昌A凹陷西部地區(qū)分形特征

運(yùn)用上述方法，首先將文昌A 凹陷西部地區(qū)斷裂網(wǎng)絡(luò)體系網(wǎng)格化處理，筆者采用實(shí)際邊長(zhǎng)為10、5、2.5 和1.25 km 四種不同邊長(zhǎng)r的正方形網(wǎng)格覆蓋研究區(qū)；然后統(tǒng)計(jì)各層位不同邊長(zhǎng)r下斷裂分布的格子數(shù)Nr，并在lnNr—lnr雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中采用最小二乘法進(jìn)行直線擬合，所得斜率的絕對(duì)值便是分維值（式⑤）；最后通過Surfer 軟件繪制出分維值等值線圖（圖6），明確不同構(gòu)造層系分維值的空間變化。

圖6 文昌A凹陷西部地區(qū)不同層系分形特征Fig. 6 The fractal characteristics of different horizons in the Western Area of Wenchang A Sag

斷陷層系（Tg-T70）斷裂網(wǎng)絡(luò)體系的分維值介于0.8~1.6，同一層系不同區(qū)帶其分形特征存在差異。選取T80層位為代表，從分維值等值線圖（圖6a）中可以看出：高分維值區(qū)發(fā)育2 處，分維值可以達(dá)到1.6，其中一處位于研究區(qū)西南部，呈NE向展布；另外一處位于珠三6 號(hào)斷裂北部。該層系整體表現(xiàn)出由西南向東北分維值逐漸減小的趨勢(shì)，表明西南部斷裂發(fā)育數(shù)量較多，斷裂網(wǎng)絡(luò)更復(fù)雜。

斷坳轉(zhuǎn)換層系（T70-T40）斷裂網(wǎng)絡(luò)體系的分維值介于0.8~1.8，選取T60層位為代表，從分維值等值線圖（圖6b）中可以看出：高分維值區(qū)僅發(fā)育一處，沿珠三南斷裂展布。高值區(qū)覆蓋珠三南斷裂帶與NW 向D9-2-1—D10-2-1 井?dāng)嗔褞?、D8-3-1—D9-7-1 井?dāng)嗔褞У慕粎R區(qū)，分維值達(dá)到1.8。該層系整體表現(xiàn)出由珠三南斷裂向兩側(cè)分維值逐漸減小的趨勢(shì)，表明珠三南斷裂附近斷裂密度較大，斷裂網(wǎng)絡(luò)更復(fù)雜。

坳陷層系（T40-T20）斷裂網(wǎng)絡(luò)體系的分維值介于0.8~1.4，選取T20層位為代表，從分維值等值線圖（圖6c）中可以看出：高分維值區(qū)發(fā)育2 處，分維值均達(dá)到1.4。其中一處分布于區(qū)內(nèi)西南部，為珠三南斷裂殘余段與NW 向D7-2-2—D14-1-1 井?dāng)嗔褞У慕粎R區(qū)；另外一處位于研究區(qū)東部。該層系整體表現(xiàn)出自西向東分維值逐漸升高的趨勢(shì)，表明東部斷裂密度較大，斷裂網(wǎng)絡(luò)更復(fù)雜。

上述分析表明，就同一層系而言，NE 向與NW 向斷裂帶的交匯區(qū)分維值較高，并且分維等值線的延伸方向與斷裂的走向方向具有明顯的一致性,表明研究區(qū)斷裂網(wǎng)絡(luò)體系的復(fù)雜程度沿?cái)嗔炎呦蚍较蜃兓⑷?，而垂直斷裂走向方向斷裂網(wǎng)絡(luò)體系復(fù)雜程度的變化劇烈。就不同層系而言，由深層至淺層分維值整體上表現(xiàn)出先增大后減小的特點(diǎn)。分析其原因，斷陷層系NE 向主干斷裂活動(dòng)性較強(qiáng)，導(dǎo)致研究區(qū)西南部局部應(yīng)力增大，產(chǎn)生大量次級(jí)斷裂，分維值較高；斷坳轉(zhuǎn)換層系NE 向、NW 向斷裂帶同時(shí)發(fā)育，次級(jí)斷裂密度大，分維值較斷陷層系增大；坳陷層系斷裂網(wǎng)絡(luò)體系僅發(fā)育NW 向斷裂帶，次級(jí)斷裂數(shù)量減少，復(fù)雜程度減弱，分維值較小。

4 斷裂體系的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、分形特征與油氣藏分布的關(guān)系

在油氣成藏過程中，斷裂網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部結(jié)構(gòu)起著至關(guān)重要的作用。通過不同層系斷裂網(wǎng)絡(luò)體系拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、分形特征對(duì)比分析，結(jié)合油氣藏分布特征發(fā)現(xiàn)，高拓?fù)渲?、高分維值地區(qū)與油氣藏分布位置具有良好的耦合關(guān)系（圖7）。

圖7 文昌A凹陷西部地區(qū)高拓?fù)渲怠叻志S值—油氣藏分布圖Fig. 7 Topological-fractal-hydrocarbon characteistics in the Western Area of Wenchang A Sag

T70反射層位油氣主要集中在珠三南斷裂、珠三6 號(hào)斷裂與珠三2 號(hào)斷裂附近，珠三南斷裂與珠三6 號(hào)斷裂油氣藏發(fā)育位置拓?fù)渲颠_(dá)到3，分維值達(dá)到1.8，并且該位置油氣藏發(fā)育規(guī)模較大；珠三2 號(hào)斷裂油氣藏發(fā)育位置拓?fù)渲颠_(dá)到3，分維值達(dá)到1.4（圖7a）。T60反射層位油氣主要集中在珠三南斷裂與珠三2 號(hào)斷裂附近，珠三南斷裂油氣藏發(fā)育位置拓?fù)渲颠_(dá)到3，分維值達(dá)到1.8；珠三2 號(hào)斷裂油氣藏發(fā)育位置拓?fù)渲颠_(dá)到3，分維值達(dá)到1.6（圖7b）。T50反射層位油氣主要集中在珠三2 號(hào)斷裂附近，珠三南斷裂油氣藏發(fā)育位置拓?fù)渲颠_(dá)到3，分維值達(dá)到1.4，為該層位拓?fù)渲岛头志S值的高值區(qū)帶（圖7c）。

上述研究表明，拓?fù)渲怠⒎志S值較高的區(qū)帶有利于油氣藏的發(fā)育。本文選取了2 處拓?fù)渲蹬c分維值較高的區(qū)帶，分別是文昌9-3S、文昌9-7 構(gòu)造，就斷裂網(wǎng)絡(luò)體系的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、分形特征與油氣藏分布的關(guān)系進(jìn)行探討分析（測(cè)線位置見圖7a，圖8）。

圖8 文昌A凹陷西部地區(qū)典型油氣藏剖面（測(cè)線位置見圖7a）Fig. 8 Typical reservoir profiles in the Western Area of Wenchang A Sag

文昌9-3S 構(gòu)造位于珠三6 號(hào)斷裂帶與D8-3-1—D9-7-1 井?dāng)嗔褞Ы粎R處，斷裂網(wǎng)絡(luò)體系的連接關(guān)系復(fù)雜，拓?fù)渲底罡呖梢赃_(dá)到3，具有較好的連通性；同時(shí)發(fā)育近EW 向次級(jí)斷裂切割NE 向主干斷裂，分維值達(dá)到1.6，復(fù)雜程度較高（圖7a）。此處緊鄰文昌A 凹陷沉積中心，埋深大，發(fā)育文昌組和恩平組兩套烴源巖，具有充足油源；珠三6號(hào)斷裂帶切割源巖層系，溝通了烴源巖和圈閉，其在珠海組沉積期活動(dòng)性較強(qiáng)，是油氣垂向運(yùn)移的優(yōu)勢(shì)通道；晚漸新世以來區(qū)域應(yīng)力伸展方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至近S-N 向，珠三6 號(hào)斷裂呈帚狀組合，產(chǎn)生的斷塊圈閉為油氣聚集提供場(chǎng)所，并且此處斷層呈反向遮擋（吳智平等，2010），可對(duì)下盤油氣造成封堵。因此，文昌9-3S 構(gòu)造區(qū)油氣沿?cái)鄬哟瓜蜻\(yùn)移，并在封堵性較強(qiáng)的斷層下盤形成有利油氣藏（圖8a）。

文昌9-7 構(gòu)造位于珠三南斷裂帶與D8-3-1—D9-7-1 井?dāng)嗔褞Ы粎R區(qū)，在珠海組發(fā)現(xiàn)了大量油氣流。該斷裂帶交匯區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，發(fā)育近EW 向、NE 向次級(jí)斷裂，拓?fù)渲悼梢赃_(dá)到4，連通性好，有利于形成油氣運(yùn)移通道；斷裂發(fā)育，分維值達(dá)到1.8（圖7b）。此處為珠三南斷裂與珠三6 號(hào)斷裂間發(fā)育的構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶，多條近EW 向和NE 向張性斷層向下切割至恩平組烴源巖，溝通了深層烴源巖與中淺層圈閉，成為油氣有效的垂向運(yùn)移通道；此處近EW 向和NE 向次級(jí)斷裂多呈銳角連接，處于拉張走滑雙重構(gòu)造增壓段（楊計(jì)海等，2019），導(dǎo)致斷塊圈閉的封堵性增強(qiáng)。因此，文昌9-7 構(gòu)造區(qū)油氣沿?cái)嗔汛瓜蜻\(yùn)移，在斷塊圈閉中形成油氣藏（圖8b）。

文昌A 凹陷西部地區(qū)經(jīng)歷了多期次伸展方向不同的構(gòu)造演化階段，發(fā)育不同走向、不同性質(zhì)的斷裂，構(gòu)成復(fù)雜的斷裂網(wǎng)絡(luò)體系，而其毫無疑問會(huì)影響著該區(qū)油氣成藏模式。早期研究區(qū)受控于NW-SE 伸展應(yīng)力發(fā)育NE 向主干斷裂，具有拉張性質(zhì)，切穿源巖層系，溝通了深部烴源巖和中淺部斷塊圈閉，提供了油氣垂向運(yùn)移的通道；在經(jīng)歷多期應(yīng)力的疊加后，主干斷裂派生出次級(jí)斷裂或與新生斷裂產(chǎn)生連接，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，拓?fù)渲蹈?，連通性好，有利于油氣沿?cái)嗔炎呦蜻\(yùn)移；主干斷裂末端局部應(yīng)力集中，發(fā)育大量不同方向的次級(jí)斷裂，構(gòu)造復(fù)雜程度高，分維值高，有利于斷塊圈閉的形成，為油氣聚集提供了場(chǎng)所（圖9）。因此，斷裂網(wǎng)絡(luò)體系的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和分形特征控制了油氣藏的整體分布，拓?fù)渲?、分維值較高的區(qū)域有利于油氣藏的發(fā)育。

圖9 文昌A凹陷西部地區(qū)高拓?fù)洹叻志S值重疊區(qū)油氣成藏模式圖Fig. 9 The hydrocarbon accumulation model for the high topology-high fractal overlapping area in the western area of Wenchang A

通過對(duì)文昌A 凹陷西部地區(qū)斷裂網(wǎng)絡(luò)體系拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、分形特征與油氣藏分布的關(guān)系分析，發(fā)現(xiàn)高分維、高拓?fù)渲祬^(qū)域與油氣藏分布位置存在良好耦合性，因此拓?fù)渲岛头志S值可作為該區(qū)預(yù)測(cè)油氣分布的重要量化參數(shù)。就文昌A凹陷西部地區(qū)而言，珠三南斷裂東部位置位于NE 向珠三南斷裂帶與NW 向D9-2-1—D10-2-1 斷裂帶相交位置（圖2b），緊鄰烴源巖，由于后期斷層對(duì)早期斷層的切割，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，拓?fù)渲颠_(dá)3，具有油氣運(yùn)移的優(yōu)勢(shì)通道；廣泛發(fā)育近EW 向、NW 向次級(jí)斷裂，分維值達(dá)1.8，有利于形成斷塊圈閉，為油氣的聚集提供了場(chǎng)所。因此，珠三南斷裂東段有可能成為該區(qū)油氣聚集成藏的有利區(qū)帶。

5 結(jié)論

（1）受控于區(qū)域應(yīng)力方向順時(shí)針的轉(zhuǎn)變，文昌A 凹陷西部地區(qū)不同構(gòu)造層系斷裂網(wǎng)絡(luò)體系的發(fā)育特征具有差異性。斷陷層系發(fā)育NE 向主干斷裂；斷坳轉(zhuǎn)換層系NE 向主干斷裂發(fā)育減弱，NWW向次級(jí)斷裂廣泛發(fā)育；坳陷層系NE 向斷裂消亡，NWW 向次級(jí)斷裂呈雁列式展布。

（2）通過對(duì)不同類型節(jié)點(diǎn)、分支的數(shù)量統(tǒng)計(jì)，定量表征不同構(gòu)造層系斷裂網(wǎng)絡(luò)體系拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的差異性。斷陷層系高拓?fù)渲祬^(qū)集中在研究區(qū)西南部，斷坳轉(zhuǎn)換層系高拓?fù)渲祬^(qū)主要集中在珠三南斷裂、珠三6 號(hào)斷裂和珠三2 號(hào)斷裂附近，坳陷層系高拓?fù)渲祬^(qū)主要集中在研究區(qū)南部，高拓?fù)渲祬^(qū)的連接節(jié)點(diǎn)數(shù)量多，連通性好；整體上由深至淺斷裂網(wǎng)絡(luò)體系中I 節(jié)點(diǎn)的比例逐漸增大，Y、X 節(jié)點(diǎn)的比例逐漸減小，I-I 分支的比例逐漸增大，I-C、C-C 分支的比例逐漸減小，連通性由好變差。

（3）通過對(duì)分維值的計(jì)算，定量表征不同構(gòu)造層系斷裂網(wǎng)絡(luò)體系復(fù)雜程度。斷陷層系高分維值區(qū)集中在研究區(qū)西南部，斷坳轉(zhuǎn)換層系高分維值區(qū)主要集中在珠三南斷裂帶與NW 向斷裂帶的交匯處，坳陷層系高分維值區(qū)主要集中在研究區(qū)東部，高分維值區(qū)的斷裂發(fā)育，復(fù)雜程度高；整體上由深至淺斷裂網(wǎng)絡(luò)體系分維值呈先增大后減小趨勢(shì)，表明斷坳轉(zhuǎn)換層系斷裂發(fā)育，密度較大，斷裂體系復(fù)雜。

（4）斷裂體系的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、分形特征與與油氣藏分布具有良好的耦合關(guān)系，高拓?fù)渲祬^(qū)斷裂間連通性好，有利于油氣運(yùn)移；高分維值區(qū)斷裂發(fā)育，易形成斷塊圈閉；高拓?fù)渲蹬c高分維值的疊合區(qū)是油氣成藏的有利區(qū)。