斷層疊覆帶及生長(zhǎng)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(shí)例和物理模擬實(shí)驗(yàn)的觀察Layerrotationaroundverticalfaultoverlapzones：observationsfromseismicdata，fieldexamps，andphysicalexperiments摘要介紹1、垂向疊覆斷層段是斷裂相關(guān)油氣儲(chǔ)層中重要的構(gòu)造；2、物理模擬實(shí)驗(yàn)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(guān)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(yè)巖層中；此類窄疊覆帶發(fā)育牽引或頁(yè)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(duì)儲(chǔ)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(xué)特征和巖性?，F(xiàn)狀和主要研究目的1、理解如斷層段長(zhǎng)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(duì)確定有效儲(chǔ)層類型意義重大；2、垂向疊覆帶研究的難點(diǎn)：（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(cuò)斷砂巖儲(chǔ)層的連續(xù)性（connectivity）取決于單一斷層斷距和斷層封閉性（沿?cái)鄬用婺鄮r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(qiáng)不連續(xù)offset？5、以北海砂巖儲(chǔ)層垂向疊覆斷層段研究為例，與較小規(guī)模野外實(shí)例和物理模型對(duì)比，探索斷層幾何學(xué)特征、斷裂排列方式和疊覆區(qū)巖層旋轉(zhuǎn)間的幾何學(xué)關(guān)系；最終討論這些關(guān)系對(duì)儲(chǔ)層流體研究的意義。一、牽引和巖層相關(guān)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(yīng)變場(chǎng)中巖層彎曲的結(jié)果，某種程度上與斷層視位移（offset）和巖石力學(xué)性質(zhì)直接相關(guān)。影響因素：幾何學(xué)特征、應(yīng)變特征（應(yīng)變硬化）、脆塑性、共線與否、斷裂疊覆關(guān)系。應(yīng)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(gòu)造（Chlids等，1996；Peacock和Zhang，1993）、走滑斷層術(shù)語(yǔ)以及逆斷層中都廣泛應(yīng)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(yè)巖層序中的頁(yè)巖層（圖b）；可能是沿?cái)鄬用娴V物（頁(yè)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(xué)差異導(dǎo)致一系列可能的幾何學(xué)特征。伸展裂縫（gashes）或更復(fù)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(tái)Oseberg斷裂關(guān)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(shí)斷裂再活動(dòng)；疊覆帶附近巖層旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象不明顯，因此此類構(gòu)造解釋部分決定于解釋者的經(jīng)驗(yàn)（野外實(shí)例、數(shù)值模擬和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?、三維地震數(shù)據(jù)：北海東北部Horda地臺(tái)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(shí)驗(yàn)三、三維地震數(shù)據(jù)、物理模擬和野外觀察由于疊覆構(gòu)造很大程度上與規(guī)模無(wú)關(guān)，因此實(shí)施簡(jiǎn)單定性物理模擬研究；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)條件：（1）泥巖層受上下木板限制，木板被以一定角度預(yù)先切斷—產(chǎn)生設(shè)計(jì)的斷裂系；（2）使用略微不同力學(xué)性質(zhì)（能干性差）泥巖層—代表砂/泥互層層序。預(yù)先切斷裂縫作為正滑動(dòng)剪切裂縫沿傾向活動(dòng)？隨著位移的累積，此類疊覆旋轉(zhuǎn)可能導(dǎo)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(shí)驗(yàn)兩條共線直線型斷裂段釋放型疊覆構(gòu)造泥巖涂抹前提：疊覆區(qū)較窄由于鏟式幾何學(xué)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(shí)驗(yàn)限制型疊覆構(gòu)造旋轉(zhuǎn)方向與斷裂幾何學(xué)特征密切相關(guān)兩能干性泥巖層，寬度較窄；類階梯狀幾何學(xué)特征導(dǎo)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(yè)巖層序中的垂向疊覆（1）Moabfault，Utah斷裂是具有擦痕滑動(dòng)面的幾毫米-厘米厚碎裂巖帶。砂巖中無(wú)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(xué)特征有關(guān)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(yè)巖層序中的垂向疊覆地層對(duì)比說(shuō)明視位移為1-10m，Moab斷裂近垂向視位移達(dá)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(dòng)方向；（2）相似斷層巖產(chǎn)物；（3）在上部（T-J）砂巖層無(wú)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(yè)巖層序中的垂向疊覆（2）SanRafaelSwell，Utah侏羅系Entrada地層砂巖-粉砂巖/頁(yè)巖互層層序出露大量垂向疊覆構(gòu)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(yè)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(yè)巖層序中的垂向疊覆（2）SanRafaelSwell，Utah位于研究區(qū)NE端；逆斷層實(shí)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(yè)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(yè)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(yè)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(rèn)識(shí)——巖層旋轉(zhuǎn)、斷層幾何學(xué)特征和斷層末端之間的幾何關(guān)系。四、討論和結(jié)論1、垂向疊覆構(gòu)造是各種尺度規(guī)模中常見的特征；野外實(shí)例和物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明：疊覆帶類型（幾何學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)）和巖層旋轉(zhuǎn)方向具有一定相關(guān)性。2、一般來(lái)說(shuō)，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(yīng)、應(yīng)變和應(yīng)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(jié)論1、疊覆帶的形成（1）疊覆帶典型發(fā)育于塑性最強(qiáng)巖層中，特別是泥巖或頁(yè)巖層；說(shuō)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(yè)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(jié)果：地層單元厚度控制疊覆構(gòu)造的位置、頻數(shù)（frequecy）和規(guī)模；產(chǎn)生米級(jí)疊覆帶的幾米巖層厚度影響儲(chǔ)層連通性；斷裂持續(xù)生長(zhǎng)，疊覆帶將被破壞，形成具有較厚破碎帶的連續(xù)構(gòu)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(yè)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(chǔ)層連通性的意義四、討論和結(jié)論即使良好地震數(shù)據(jù)品質(zhì)，沿?cái)鄬用婧痛笠?guī)模疊覆帶內(nèi)構(gòu)造旋轉(zhuǎn)解釋的不確定性也是相當(dāng)大的；通過(guò)本文研究建立的幾何關(guān)系和規(guī)則應(yīng)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(gòu)造外，較小規(guī)模亞地震巖層旋轉(zhuǎn)明顯影響儲(chǔ)層性能。由于疊覆帶通常發(fā)育于砂-頁(yè)層序的頁(yè)巖層中，因此巖層厚度可能控制不同儲(chǔ)層條件下疊覆構(gòu)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(duì)于單層儲(chǔ)層模型中，正旋轉(zhuǎn)可能增加儲(chǔ)層連通性，而對(duì)多層儲(chǔ)層的影響較難預(yù)測(cè)。從勘探角度來(lái)說(shuō)，由于與釋放型疊覆構(gòu)造有關(guān)的正牽引導(dǎo)致沿較大規(guī)模斷層不連續(xù)視位移減小，從而導(dǎo)致過(guò)斷層泄露，否則表現(xiàn)為封閉。四、討論和結(jié)論2、儲(chǔ)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(chǔ)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(shí)例（Childs等，1996；Koledoye等，2000；Mansfield和Cartwright，1996；Peacock和Zhang，1993）更證實(shí)此觀點(diǎn)。對(duì)于砂-頁(yè)巖層序中，儲(chǔ)層模擬泥巖涂抹主導(dǎo)；然而如果大量斷層影響特定頁(yè)巖層，不可能都發(fā)育窄垂向疊覆構(gòu)造，一些斷裂可能切穿不滲透性層，導(dǎo)致儲(chǔ)層聯(lián)通。四、討論和結(jié)論2、儲(chǔ)層連通性的意義Childs等（1996）指出：斷裂疊覆構(gòu)造在伸展盆地變形歷史過(guò)程中持續(xù)形成、破壞；除形成異常巖層旋轉(zhuǎn)外，還導(dǎo)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(bǔ)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(gè)帶將降低疊覆區(qū)過(guò)斷層滲透性。四、討論和結(jié)論3、結(jié)論（1）大多數(shù)儲(chǔ)層評(píng)價(jià)和模擬過(guò)程中，經(jīng)常忽略垂向疊覆構(gòu)造；目前，仍不能定量表征儲(chǔ)層模型中疊覆構(gòu)造的存在和影響。（2）通過(guò)地震解釋者和構(gòu)造地質(zhì)學(xué)家明確此類構(gòu)造的存在，重新解釋并評(píng)價(jià)儲(chǔ)層模型。（3）斷層幾何學(xué)類型與巖層旋轉(zhuǎn)（牽引）間的關(guān)系有助于解釋這些構(gòu)造，預(yù)測(cè)其對(duì)儲(chǔ)層性質(zhì)的影響。目前認(rèn)為在碎屑巖儲(chǔ)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(shí)際應(yīng)用青山口組泥巖造成斷裂分段擴(kuò)展，垂向不貫通斷裂在泥巖層段變形特征及演化過(guò)程，油向扶楊、葡萄花油層充注的通道為同一斷層的兩個(gè)不同分段斷層分段擴(kuò)展明顯五、實(shí)際