旋转断层在王集油田的识别和应用
——以W15井区为例

张 云，李晓娜，李伟才，王 芳，刘士梦

(1.中国石化河南油田分公司勘探开发研究院，河南南阳 473132；2.河南省提高石油采收率重点实验室，河南南阳 473132)

王集油田位于泌阳凹陷北部斜坡带的中段，总体上为一由东南向西北方向逐渐抬升的宽缓鼻状构造，发育一系列北东向和北北东向的正断层。受廖庄组沉积末期区域隆升影响，泌阳凹陷东缘、南缘边界断层交汇处下陷，基底断裂反扭共同形成了扭动-撕裂型北北东向张扭性断裂，北东向断裂的顺扭作用则形成北西向的次级断层[1-2]，导致研究区内断层极为发育，相互交叉切割，断点组合难度大。核桃园组核三段下部受高能沉积环境和地层深度等原因影响，地震资料信噪比低，反射波同相轴横向变化大、无连续性，地层产状变化剧烈，层位闭合难度较大[3-4]，给构造精细研究带来很大困难。

1 概况

王集油田共发育10条北东向的三级断裂，西翼发育的f1-f6号断层倾向南东，东翼发育的f7-f10号断层倾向北西，共同作用形成了轴部的地堑构造。

王集油田地层层序正常，自上而下钻穿地层为新近系的平原组+凤凰镇组、古近系的廖庄组、核桃园组、大仓房-玉皇顶组(未钻穿)。核桃园组分为核一段(Eh1)、核二段(Eh2)和核三段(Eh3)。

W15井区位于王集油田鼻状构造的轴部，为几组掉向相反的断层夹持所形成的地堑。研究区内断层发育，受断层切割影响，断块破碎、圈闭含油面积小，含油层位主要为古近系核桃园组核三段Ⅲ油组(Eh3Ⅲ)。

2 研究思路及方法

W15井区为f6、f7号断层夹持所形成的地堑，地层自南向北逐渐抬升，中间发育一条近南北走向、倾向向西的层间调节断层f6-3。但近两年在W15井区新完钻两口井的钻井资料与原地质认识不符，主要表现在以下两个方面。

(1)构造不符。新完钻井EW23-2井的Eh3Ⅲ6层顶实钻井深比W15井浅9.5 m，而原构造显示，EW23-2井位于W15井的低部位；地层对比结果显示，EW27-2井Eh3Ⅲ6层顶未断失，但在原构造上该井被f7号断层断失(图1)。

(2)油水关系不符。在Eh3Ⅲ6层顶原构造上，比W15井构造位置低的EW23-2井和EW27-2井投产Eh3Ⅲ6小层均为油层，而W15井试油结论为同层，表现出油水关系矛盾(图1)。

图1 研究区原构造

为了更好地认识研究区构造特征、解决油水关系矛盾的问题，对研究区开展了地质特征再认识，在小层细分对比复查的基础上，选取合理的网状剖面，结合地震资料进行断点组合，保证断点闭合、地层闭合。同时，结合区域成藏背景，建立断裂模式，指导构造恢复[5-8]。在构造初步恢复后，利用断面图、生产资料等反复验证构造的准确性，使其不断接近地下真实情况[9-14]。

2.1 地层对比复查

地层对比是石油天然气开发的重要基础工作，主要是根据不同地区或不同剖面地层的各种属性或特性进行比较，确定地层单位的地质年代或地层单位的对应关系和分布规律。

地层对比主要遵循以下两个原则：一是地层物质属性相当的原则，由于地层的属性或划分依据不同，所划分的地层单位也不一致；二是不同类型或不同地层单位的地层对比不一致的原则，由于地层单位不同，或者说地层对比的属性不同，对比的界线不可能一致。

地层对比常用的方法有：岩石学方法、生物地层对比法、构造运动面对比法、同位素年龄测定法、磁性地层对比法等。

W15井区已经投入开发多年，地层对比复查主要采用岩石学方法，根据已确定的8个在全区稳定分布的泥岩标志层，对研究区所有井的地层对比结果进行重新复核。结果显示，有2口井断点发生了变化，新增6个断点，断点的深度及断失层位变化见表1。

表1 王集油田W15井区断点变化统计

2.2 断点组合

断裂指当岩层受到外力作用，发生机械破裂而形成的构造，包括断层、裂缝、裂隙、劈理等。岩层或岩体沿断裂面发生显著位移的构造叫断层，断层在油气藏中广泛分布，其规模大小不一，对油气的聚集和运移有着重要的影响，因此必须对油气藏中的断层产状进行认识。

当油气井钻遇断层时，在单井剖面上某个深度表现出地层的缺失或重复，该深度点即为断点。剖面法是地质学中常用来定位断层的方法，主要是通过绘制过井点的地质剖面，对剖面上断点进行组合，将同一条断裂活动产生的断点联系起来，以确定每条断层的性质、分布状况及其相互关系。

2.2.1 网状剖面选取

网状剖面的选取需满足以下几个方面：①剖面线尽可能与断层垂直，能更真实地反映断层的产状；②剖面线上的井尽可能选用直井，或斜度较小的井，以减少井轨迹投影对断点组合的影响；③要求剖面闭合，以实现研究区的地层闭合、断层闭合(图2)。

图2 研究区剖面线位置

2.2.2 断点组合关系确定

断点组合一般遵循以下原则：①充分利用地震资料；②相邻断点落差差别很大(相差3倍以上时)，需先研究差别的原因，再决定是否相连；③若断层两侧地层产状相似或基本相似，则可以相连，若断层两侧地层产状发生突变，应先分析其成因，再考虑是否相连；④在一组平行的剖面中，相同的两条断层的切割关系，表现出一致性。

研究区核三段Ⅳ油组以上地层地震品质较好，可参考地震资料进行断点组合[15-16]，主控断层f6、f7号断层在地震剖面中同相轴错断明显，通过参考地震资料，对剖面线上井位的断点进行归位；深层地震资料品质较差，断层交切关系不明显，可根据断层的倾向，将断距相近的断点连起来(图3a)。研究结果表明，研究区从浅到深发育三组“y”字型组合关系的断层(图3b)。

图3 研究区地震剖面和构造剖面

2.3 断裂模式建立

结合地震资料，利用剖面法对断点进行初步组合，f7号断层面中出现断距为22.0 m的异常点，且对构造进行初步恢复后，该断层上下盘的地层倾向由北西向变化为南东向，与常规的断层上下盘地层具有继承性的认知不符。通过对f7号断层上下盘的地层产状研究，发现断面中间出现断层断距较小的枢纽点，且断层下盘地层发生旋转，两盘地层产状差异大，认为f7号断层具备旋转断层的特征。

旋转断层是断盘发生旋转运动的断层[17-18]，其旋转方式有三种：①旋转轴平行断层面走向，并且位于一侧断盘中(模式一、模式二)；②旋转轴垂直于断层面，各处的位移矢量从旋转轴向外逐渐变大(模式三、模式四)；③旋转轴位于断层的一端，表现为横切断层走向的各个剖面上的位移量不同(模式五)(图4)。

图4 旋转断层断裂模式

2.4 断点组合关系验证

断点组合后，绘制出f7号断层断面图，并根据断面图的形态初步判断断点组合的正确性。该条断层断面平滑，无明显异常点，呈北东走向，平面上局部发生弧形偏转，倾向约312°，断层倾角为32°～43°，由浅到深呈现出由陡变缓再变陡的趋势，断距为21.0～322.0 m(图5)。

图5 f7号断层断面

2.5 断裂模式应用及构造特征验证

f7号断层整体呈北东走向，倾向北西，断层倾角由浅到深逐渐变小，剖面中呈现上陡下缓的“铲型”。在地堑中心复杂应力作用下，f7号断层下盘在模式二、模式四共同作用下发生旋转运动，下盘地层倾向相对上盘发生较大偏转，断距突变的异常点即为旋转断层的枢纽点。在该断裂模式的指导下，对研究区的构造进行恢复，f7号断层上盘地层发生偏转，地层倾向北西，与下盘地层继承性较差。该构造解释结果解决了Eh3Ⅲ6层顶上构造关系和油水关系矛盾的问题。随后，在研究区部署了1口新井W15-1井，该井实钻结果与新的构造解释相符，证明新的构造解释是正确的(图6)。

图6 研究区Eh3Ⅲ6层顶面构造及平面分布

3 结论

(1)研究复杂断块油田构造特征时，若断层上下盘地层倾向发生较大偏转，考虑旋转断层发育。

(2)结合区块成藏背景，建立断裂模式，指导断裂系统研究。

(3)通过研究认为王集油田W15井区f7号断层为旋转断层，使得断层上盘地层倾向发生较大偏转。王集油田断点组合多解性的特征，决定了该区的构造恢复是一个反复过程，不断地对断点组合结果进行反复验证，使其不断接近地下真实情况。