斷層疊覆帶及生長斷層

垂向斷層疊覆帶的巖層旋轉(zhuǎn)：據(jù)地震數(shù)據(jù)、野外實例和物理模擬實驗的觀察Layerrotationaroundverticalfaultoverlapzones：observationsfromseismicdata，fieldexamps，andphysicalexperiments摘要介紹1、垂向疊覆斷層段是斷裂相關油氣儲層中重要的構造；2、物理模擬實驗和野外觀察表明：疊覆區(qū)巖層旋轉(zhuǎn)、疊覆類型（限制型和釋放型）和斷層彎曲度具有密切的關系；3、釋放型疊覆帶—正旋轉(zhuǎn)或牽引，降低斷層有效斷距；限制型疊覆帶—逆牽引，特別是斷層末端彼此彎曲趨近的情況；前者比后者更常見；前者易形成于厚砂層內(nèi)的頁巖層中；此類窄疊覆帶發(fā)育牽引或頁巖涂抹帶，可能封閉或降低相鄰砂層間的連通性（communication）；4、疊覆帶可能對儲層連通性具有重要的影響，影響參數(shù)：斷裂排列方式、幾何學特征和巖性?，F(xiàn)狀和主要研究目的1、理解如斷層段長度、斷裂帶厚度、封閉性和斷層連接性等性質(zhì)的空間分布對確定有效儲層類型意義重大；2、垂向疊覆帶研究的難點：（1）三維地震上，疊覆帶規(guī)模太小難于觀察；（2）規(guī)模足夠大的野外垂向出露現(xiàn)象幾乎少見；3、錯斷砂巖儲層的連續(xù)性（connectivity）取決于單一斷層斷距和斷層封閉性（沿斷層面泥巖涂抹或塑性牽引）；二者明顯受垂向疊覆帶影響；4、正牽引降低有效或不連續(xù)offset，逆牽引增強不連續(xù)offset？5、以北海砂巖儲層垂向疊覆斷層段研究為例，與較小規(guī)模野外實例和物理模型對比，探索斷層幾何學特征、斷裂排列方式和疊覆區(qū)巖層旋轉(zhuǎn)間的幾何學關系；最終討論這些關系對儲層流體研究的意義。一、牽引和巖層相關旋轉(zhuǎn)

牽引（drag）是臨近斷層巖層傾向有規(guī)律變化的現(xiàn)象（Reches和Eidelman，1995）。正牽引（normaldrag）：通常比斷裂形成早（Groshong，199；Hesthammer和Fossen，1998；Hobbs等，1976；Reches和Eidelman，1995），在某種意義上稱之為斷層傳播褶皺。

逆牽引（reversedrag）：是指斷層附近塑性應變場中巖層彎曲的結果，某種程度上與斷層視位移（offset）和巖石力學性質(zhì)直接相關。影響因素：幾何學特征、應變特征（應變硬化）、脆塑性、共線與否、斷裂疊覆關系。應變硬化？二、斷層和斷層斜坡—垂向疊覆帶φ-疊覆帶末端線與水平末端線夾角釋放型和伸展疊覆構造（Chlids等，1996；Peacock和Zhang，1993）、走滑斷層術語以及逆斷層中都廣泛應用“釋放型疊覆帶”。二、斷層和斷層斜坡—垂向疊覆帶巖層體積減小典型集中在特定巖層，特別是砂-頁巖層序中的頁巖層（圖b）；可能是沿斷層面礦物（頁巖或泥巖）脫水或漏失造成的?？傮w積不變，巖層厚度變化；不同巖層間力學差異導致一系列可能的幾何學特征。伸展裂縫（gashes）或更復雜裂縫（veins）系可能證明了巖層體積增加（圖e）。三、三維地震數(shù)據(jù)、物理模擬和野外觀察1、三維地震數(shù)據(jù)：北海東北部Horda地臺Oseberg斷裂關鍵：地震數(shù)據(jù)處理方法的選取裂陷期：P-T和J-早C；晚白堊世之后由于差異壓實斷裂再活動；疊覆帶附近巖層旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象不明顯，因此此類構造解釋部分決定于解釋者的經(jīng)驗（野外實例、數(shù)值模擬和經(jīng)驗模型）。1、三維地震數(shù)據(jù)：北海東北部Horda地臺Oseberg斷裂三、三維地震數(shù)據(jù)、物理模擬和野外觀察2、物理模擬實驗三、三維地震數(shù)據(jù)、物理模擬和野外觀察由于疊覆構造很大程度上與規(guī)模無關，因此實施簡單定性物理模擬研究；實驗設計條件：（1）泥巖層受上下木板限制，木板被以一定角度預先切斷—產(chǎn)生設計的斷裂系；（2）使用略微不同力學性質(zhì)（能干性差）泥巖層—代表砂/泥互層層序。預先切斷裂縫作為正滑動剪切裂縫沿傾向活動？隨著位移的累積，此類疊覆旋轉(zhuǎn)可能導致泥巖涂抹的形成。45°三、三維地震數(shù)據(jù)、物理模擬和野外觀察2、物理模擬實驗兩條共線直線型斷裂段釋放型疊覆構造泥巖涂抹前提：疊覆區(qū)較窄由于鏟式幾何學特征，具有較小逆旋轉(zhuǎn)。三、三維地震數(shù)據(jù)、物理模擬和野外觀察2、物理模擬實驗限制型疊覆構造旋轉(zhuǎn)方向與斷裂幾何學特征密切相關兩能干性泥巖層，寬度較窄；類階梯狀幾何學特征導致相鄰能干性巖層的明顯旋轉(zhuǎn)或涂抹。反例三、三維地震數(shù)據(jù)、物理模擬和野外觀察3、野外觀察—砂-頁巖層序中的垂向疊覆（1）Moabfault，Utah斷裂是具有擦痕滑動面的幾毫米-厘米厚碎裂巖帶。砂巖中無牽引現(xiàn)象粉砂質(zhì)巖層中部分存在牽引現(xiàn)象牽引不僅僅受控于母巖巖性還與疊覆帶幾何學特征有關三、三維地震數(shù)據(jù)、物理模擬和野外觀察3、野外觀察—砂-頁巖層序中的垂向疊覆地層對比說明視位移為1-10m，Moab斷裂近垂向視位移達到1km。大致相同埋深同一變形階段斷裂：（1）一致的方位和滑動方向；（2）相似斷層巖產(chǎn)物；（3）在上部（T-J）砂巖層無此類變形帶（Antonellini和Aydin，1994）。（1）Moabfault，Utah三、三維地震數(shù)據(jù)、物理模擬和野外觀察3、野外觀察—砂-頁巖層序中的垂向疊覆（2）SanRafaelSwell，Utah侏羅系Entrada地層砂巖-粉砂巖/頁巖互層層序出露大量垂向疊覆構造；三、三維地震數(shù)據(jù)、物理模擬和野外觀察3、野外觀察—砂-頁巖層序中的垂向疊覆（2）SanRafaelSwell，Utah三、三維地震數(shù)據(jù)、物理模擬和野外觀察3、野外觀察—砂-頁巖層序中的垂向疊覆（2）SanRafaelSwell，Utah位于研究區(qū)NE端；逆斷層實例：限制型疊覆帶；中等傾斜斷層段相互作用；斷層段末端之間和附近發(fā)生巖層旋轉(zhuǎn)；裂縫在褶皺區(qū)廣泛發(fā)育，疊覆帶形成破碎帶較寬。三、三維地震數(shù)據(jù)、物理模擬和野外觀察3、野外觀察—頁巖/石灰?guī)r層序中的垂向疊覆始新統(tǒng)Green河地層泥灰?guī)r層和鈣質(zhì)砂巖層；牽引現(xiàn)象與砂巖-頁巖層序中的現(xiàn)象一致；（3）EastofThistle，UtahSanRafaelSwell，Utah三、三維地震數(shù)據(jù)、物理模擬和野外觀察3、野外觀察—頁巖/石灰?guī)r層序中的垂向疊覆（3）EastofThistle，UtahMillFork地區(qū)剖面解釋大部分取決于解釋者的認識——巖層旋轉(zhuǎn)、斷層幾何學特征和斷層末端之間的幾何關系。四、討論和結論1、垂向疊覆構造是各種尺度規(guī)模中常見的特征；野外實例和物理模擬實驗結果都表明：疊覆帶類型（幾何學和運動學）和巖層旋轉(zhuǎn)方向具有一定相關性。2、一般來說，正旋轉(zhuǎn)出現(xiàn)在釋放型疊覆帶；而逆旋轉(zhuǎn)通常發(fā)育于限制型疊覆帶中。3、影響巖層旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)量的因素較多，如彎曲疊覆斷層的旋轉(zhuǎn)效應、應變和應變方式、地層旋轉(zhuǎn)的解釋（地球物理噪聲或未校正偏移）。四、討論和結論1、疊覆帶的形成（1）疊覆帶典型發(fā)育于塑性最強巖層中，特別是泥巖或頁巖層；說明：斷層在脆性層（砂巖或chalk）成核，而非塑性泥巖層或砂泥互層（Gupta和Scholz，2000；Koledoye等，2000）；許多斷層在砂巖層表現(xiàn)為最大位移，而在相鄰頁巖層位移消失或減小也證明此模式（Fossen和Hesthammer，1997；Schulz和Fossen，2002）；雁行式裂縫Du和Aydin（1991）和膨脹裂縫（Koledoye等，2000）也具有同樣特征。（2）模擬重要結果：地層單元厚度控制疊覆構造的位置、頻數(shù)（frequecy）和規(guī)模；產(chǎn)生米級疊覆帶的幾米巖層厚度影響儲層連通性；斷裂持續(xù)生長，疊覆帶將被破壞，形成具有較厚破碎帶的連續(xù)構造帶；（3）相同沉積層序可以分為較大尺度巖層，分別主要由頁巖或砂巖組成；由于規(guī)模非均質(zhì)性，大規(guī)模斷裂形成垂向疊覆帶影響封閉能力。2、儲層連通性的意義四、討論和結論即使良好地震數(shù)據(jù)品質(zhì)，沿斷層面和大規(guī)模疊覆帶內(nèi)構造旋轉(zhuǎn)解釋的不確定性也是相當大的；通過本文研究建立的幾何關系和規(guī)則應用到地震解釋有利于降低這種不確定性。除地震規(guī)模斷層構造外，較小規(guī)模亞地震巖層旋轉(zhuǎn)明顯影響儲層性能。由于疊覆帶通常發(fā)育于砂-頁層序的頁巖層中，因此巖層厚度可能控制不同儲層條件下疊覆構造的頻數(shù)和規(guī)模。垂向疊覆帶正旋轉(zhuǎn)降低斷層有效斷距，逆旋轉(zhuǎn)增加斷距。對于單層儲層模型中，正旋轉(zhuǎn)可能增加儲層連通性，而對多層儲層的影響較難預測。從勘探角度來說，由于與釋放型疊覆構造有關的正牽引導致沿較大規(guī)模斷層不連續(xù)視位移減小，從而導致過斷層泄露，否則表現(xiàn)為封閉。四、討論和結論2、儲層連通性的意義

垂向釋放型疊覆帶具有較高泥巖涂抹能力；垂向釋放型疊覆帶較窄，疊覆量較大，易形成泥巖涂抹，阻止儲層連通性，該模型類似于Lehner和Pilaar（1997）的模型。伸展環(huán)境下，釋放型垂向疊覆（75%）比限制型疊覆更常見；許多已發(fā)表垂向疊覆帶實例（Childs等，1996；Koledoye等，2000；Mansfield和Cartwright，1996；Peacock和Zhang，1993）更證實此觀點。對于砂-頁巖層序中，儲層模擬泥巖涂抹主導；然而如果大量斷層影響特定頁巖層，不可能都發(fā)育窄垂向疊覆構造，一些斷裂可能切穿不滲透性層，導致儲層聯(lián)通。四、討論和結論2、儲層連通性的意義Childs等（1996）指出：斷裂疊覆構造在伸展盆地變形歷史過程中持續(xù)形成、破壞；除形成異常巖層旋轉(zhuǎn)外，還導致疊覆區(qū)破碎帶厚度明顯增加。在巖石中，變形帶或其他微斷層造成明顯滲透性降低，較寬、較密集破碎帶可能部分彌補單條斷層較小的視位移。如果破碎帶由低滲透性微斷層或變形帶組成，這個帶將降低疊覆區(qū)過斷層滲透性。四、討論和結論3、結論（1）大多數(shù)儲層評價和模擬過程中，經(jīng)常忽略垂向疊覆構造；目前，仍不能定量表征儲層模型中疊覆構造的存在和影響。（2）通過地震解釋者和構造地質(zhì)學家明確此類構造的存在，重新解釋并評價儲層模型。（3）斷層幾何學類型與巖層旋轉(zhuǎn)（牽引）間的關系有助于解釋這些構造，預測其對儲層性質(zhì)的影響。目前認為在碎屑巖儲層環(huán)境下，釋放型疊覆帶的巖層正旋轉(zhuǎn)比限制型疊覆帶更常見。五、實際應用青山口組泥巖造成斷裂分段擴展，垂向不貫通斷裂在泥巖層段變形特征及演化過程，油向扶楊、葡萄花油層充注的通道為同一斷層的兩個不同分段斷層分段擴展明顯五、實際