中国东部断块型油田经过几十年的注水开发，历经多轮井网加密优化调整、水动力调整、三次采油等优化，大部分含水率已高于95%，可采储量采出程度也已超过70%，整体进入高含水、高采出^[1-2]阶段，剩余油分布更加分散庞杂，挖潜挑战不断增大。随着勘探开发程度的深化，油藏规模越来越^[3]小，越来越碎，单个油气藏规模有限，高序级构造^[4]圈闭油藏开发越来越难。复杂断块油田的调整余地、开发效果和效益均逐年降低，剩余油挖潜空间越来越小。因此，亟待通过新的构造研究思路，寻^[5]找新的隐蔽型圈闭，进一步明确复杂断块油田的^[6]剩余油富集规律和分布特征，这对于寻找新的挖潜方向意义重大^[7-8]。

复杂构造油田断层的准确识别与定位一直是油田勘探开发中的难题，以往做了大量探索，开发出了许多断层精细描述表征方法。如基于“井断点引导”三维互动断层精细解释的井-震联合断层精细表征技术^[9]和精确定位断层的剖面法、公式法、交点法^[10]，以断层总滑距的X，Y，Z分量来刻画断距的方法^[11]，基于地震分频多属性融合的断层高精度识别方法^[12]等等。还有诸多研究从隐性断层和隐蔽圈闭角度，通过总结隐性断层在地震剖面上的表现特征和构造样式，形成了隐性断层表征及识别等系列关键地质认识与技术^{[4, 6]}。这些方法不但提高了断层及周边潜力区的精准定位与识别，同时还兼顾地质、工程、地面等多个方面研究，为开发方案设计优化、稳产等油田开发全过程提供了科学依据^[13]。对于开发后期的复杂断块油田，虽然开发地质认识程度越来越精细，但仍然有不少微小断层或隐蔽性断层未能实现精确识别、定位和解释，对油田开发方案优化调整和开发效果带来了一定影响。虽然目前对断层发育初期地质特征表征已成熟，但对于微小断层、隐蔽性断层的识别与表征仍无统一的参照标准，对微小断层识别和发育规律的认识尚存在一定争议，特别是关于油田开发实践中微小断层的构造特征与分布规律，及其对剩余油二次富集的控制作用更是鲜有研究。

垦西断块油田是渤海湾盆地沾化凹陷中部的一个断鼻背斜构造，为一典型进入高含水期的复杂断块型油田，断层极其发育，但受地质分层认识局限和地震资料品质影响，有一些分层和断层仍未能实现精确定位与表征，许多小微断层或隐性断层的认识仍然存在盲区^[14-15]。开发后期，隐蔽性小微断层的发育导致了剩余油分布的多样化、碎片化、复杂化，加大了层间矛盾和井网优化调整难度^[3]。高含水期油田开发实践经验表明，复杂断块型油田断层构造的延伸区、继承区仍是“屋脊式”剩余油的最佳富集区^{[5, 16-17]}，因此若能进一步精准识别断层异常，对主控断层、微小断层的断点位置实现精确定位及外推，不仅能支持层系井网优化调整，还可进一步识别剩余油富集分布区^[7]，扩大剩余油潜力挖掘领域，提高油田开发效益。因此，以渤海湾盆地沾化凹陷复杂断块油田为例，采用地质和井-震解释相结合，对纵横剖面、连井剖面、相干数据体等资料进行综合分析，通过标志层的重新认识与追踪解释，分析隐蔽性小微断层发育特征和控制因素，建立小微断层识别标志等，形成一套关于小微断层的构造识别思路与方法，分析探讨隐蔽性小微断层剩余油二次富集作用，以期为断块型油田开发后期剩余油滚动挖潜提供新思路。

渤海湾盆地是在华北陆块基底之上发育的中—新生代张性复杂断块盆地，盆地内新生代断裂活动强烈，断层体系复杂，主控断层是以北东向为主的走滑体系，与之对应的北东东向、东西向以及北西向断层构成次级断层体系^[18-20]，形成了复杂的复合构造样式和复式油气藏聚集带^[21-23]。沾化凹陷位于渤海湾盆地济阳坳陷东北部，夹持于郯庐断裂带与沧东—兰聊断裂带之间，为一个新生界的拉张断陷盆地，北以埕东断裂为界，南部地层区域性抬升超覆过渡于陈家庄凸起之上。沾化凹陷的形成和演化主要受燕山期和喜山期构造运动的影响，主轴方向为北东向，总体上呈“北断南超”的断陷构造格局。沾化凹陷内部断裂发育，受燕山运动所派生的左旋剪切应力场影响，形成了罗西断层、孤西断层和五号桩断层等多条北西向早期控盆断裂带^[18]；喜山期受郯庐断裂带由左旋走滑转为右旋剪切的右旋应力场作用的影响，产生了一系列派生的北东向、北东东向断裂，并切割了早期北西向断裂^[24]。平面上断层表现为弧形或锯齿形、“S”形、直线形等样式（图 1a）。纵向上馆陶组内及馆陶组与明化镇组之间发育了多个微小角度或平行不整合接触，形成了由一系列浅层断裂构造如花状构造、“Y”字形构造等组成的网格状复杂断块构造样式^{[14, 18]}。

图 1

Fig. 1

下载原图 图 1 渤海湾盆地沾化凹陷新生界断裂体系分布（a）及岩性地层综合柱状图（b） Fig. 1 Faults system distribution of Cenozoic(a)and stratigraphic column(b)in Zhanhua Sag, Bohai Bay Basin

垦西断块油田构造位置处于渤海湾盆地沾化凹陷中部、孤岛凸起西南倾末端，北以孤北断层为界与渤南洼陷主体相邻，南以三合村洼陷为界与陈家庄凸起毗邻^[25]。受燕山期和喜山期构造运动的影响，垦西断块形成了由多个半地堑和低凸起组成的隆凹相间的复式半地堑构造样式^{[14, 26-27]}。垦西断块油田主要含油层系为新近系馆陶组砂层和古近系东营组砂层（图 1b）。其中，馆陶组是由垦西断裂的“Y”形分支断层控制形成的大型断鼻状构造，断层发育，构造复杂；东营组是垦西断裂的逆牵引滚动背斜构造，整体具有“西高东低、北高南低”的特点。馆陶组断鼻构造轴向接近垂直于垦71断块北部断层，翼部较宽缓，地层倾角为2º~5º；东营组西部低序级断层发育，中部和东部构造简单平缓，地层倾角为3º~8º。垦71断块开发层系以主力层为主，同时最大程度兼顾非主力层井网的完善性，经过长期的顶部、腰部注水开发，开发后期主力层采出程度高、含水率也高，而非主力层井网不完善，严重的气窜、水窜对剩余油进行了复杂切割，导致油水关系和剩余油分布均较复杂，识别难度大。此外，油、水井作业频繁以及井网不完善，造成井间干扰严重，对油层的控制程度差，井间和层间矛盾突出。因此，亟待进行剩余油分布规律再认识和井网优化调整，以提高开发效率。

沾化凹陷的复杂断层网格化特征是历经多期构造应力场转换与叠加所致，各期次的断层分布和组合特征既表现出差异性，又体现出对早期断层发育特征的继承性，造成了断块型油藏断层两侧岩层对接关系比较复杂，组合样式多样^[28]。垦71断块是垦西油田的主力区块，位于垦西断裂带下盘，是由垦西大断裂及与其相交的“Y”形反向逆牵引背斜和断鼻构造组成的复合构造^[29]。断面形态有平面式、座椅式和铲式等，组合形式表现为阶梯状、“入”字形、“Y”字形及复式半地堑等样式（图 2）。根据剖面上断层断面与两侧岩层不同样式的组合特征，可划分为脊状、谷状、同倾向半脊半谷状、逆倾向半脊半谷状以及平行状等5种基本组合形式（表 1），断层两侧地层形态主要分为构造脊和构造谷2种样式。断层两侧岩层上倾方向指向断层面构成脊状样式，背离断层面则为谷状样式，断层面一侧地层上倾方向背离断层面而另一侧指向断层面构成同倾向半脊半谷状样式，断面两侧地层上倾方向均背离断面则为反倾向半脊半谷状样式，断面两侧地层走向与断面走向平行为平行状样式。通过三维地震剖面解释，发现研究区断层断面与两侧岩层关系主要为同倾向半脊半谷状样式，少量脊状样式和谷状样式，还有一些为平行状样式^[30]。虽然从断层的组合样式上来看，这些断层发育具有较强的规律性和特征性，但在复杂断块油田中，这些断层以小微断层居多。对于这类小微断层的精确表征还有很多挑战，因为其在井位的断点难以准确解释或缺失，在地震剖面上的同相轴也可能只呈现出细微变化，难以识别和确定断点位置，因此给该类断层的精确识别与定位增加了难度，需要在不断提高油藏地质精确认识的基础上，综合分析解释，才能给出断层的精准表征。

图 2

Fig. 2

下载原图 图 2 渤海湾盆地垦西油田过K112-K59井地震剖面断裂特征 Fig. 2 Fault characteristics in seismic section across well K112 to K59 in Kenxi oilfield, Bohai Bay Basin

表 1(Table 1)

表 1 渤海湾盆地沾化凹陷复杂断块断层两侧岩层对接组合基本样式[28] Table 1 Basic strata docking combination on both sides of faults in complex fault block of Zhanhua Sag, Bohai Bay Basin 样式名称 组合形态示例 断面特征 脊状形态 断面两侧地层上倾方向指向断面 谷状形态 断面两侧地层上倾方向背离断面 同倾向半脊半谷状形态 断面两侧地层一侧上倾方向指向断面而另一侧背离断面 逆倾向半脊半谷状形态 断面两侧地层上倾方向均与断面倾向相反 平行状形态 断面两侧地层走向与断面走向平行

下载CSV 表 1 渤海湾盆地沾化凹陷复杂断块断层两侧岩层对接组合基本样式[28] Table 1 Basic strata docking combination on both sides of faults in complex fault block of Zhanhua Sag, Bohai Bay Basin

复杂断块油田的断层发育较多，地震同相轴反射特征一般不是很明显。为了提高断层的识别和解释精度，以地质分层为指导，在标志层层位精细标定、地震反射同相轴变异特征分析与识别的基础上，从纵/横骨干剖面的标志层追踪解释出发，对垦西油田标志反射层进行了全面解释和筛查，建立了一套小微断层精细识别与表征方法流程（图 3）。在流程解释过程中，根据高—中—低序级断层次序，在确定中—高序级也就是主干断层解释和精确标定的基础上，再依据主干断层的发育样式、发育过程和机制及其对次级断层的影响和控制作用，对低序级断层包括小微断层、隐蔽性断层进行二次精细识别与标定。具体流程为：首先对关键井的钻井/测井数据进行精细重新标定和分层，然后在地震剖面上进行全区追踪，准确确定断层的断点位置和断面形态，确保地震剖面层位解释与地质分层数据、断点数据的一致性和吻合性；对于斜井则通过过井典型地震剖面的同相轴特征进行标定和约束解释，保证地震剖面解释层位和井地质分层数据相一致；最后结合相干切片，进一步校验断层平面组合特征和断面空间展布特征的合理性。

图 3

Fig. 3

下载原图 图 3 渤海湾盆地沾化凹陷垦西油田断层精细识别与表征解释方法流程 Fig. 3 Interpretation process of fine fault identification and characterization of Kenxi oilfield in Zhanhua Sag, Bohai Bay Basin

复杂断块构造中的断层表征定位不精确有其潜在的影响因素，分析其不确定性的制约因素、精确认识和识别异常标志特征，有利于进一步解决不同开发阶段中油藏地质认识的不足、盲点及误区，可为提高断层精确解释的正确性与合理性奠定基础^[10]。断层定位不准确主要是由于对地质认识的不到位和对地震资料的识别不准确所导致，也与测井和地震资料上没有响应有关，因为当断层位移量小于地震资料的分辨能力时，断层本就不易被识别。地质因素主要是由与断层定位描述相关的控制标志层位标定和认识不准确性决定，而地震资料品质的横向分辨不高、同相轴连续性差等都会导致断点纵向定位不够准确。因此，需要从层位标定追踪和地震资料的解释以及断层样式和机制等方面入手，同时结合开发井网、开发层系等特征综合分析，解决断层准确识别与定位问题。

由于标志层认识的修正，关键井位断层断点解释定位不准确，致使断点位置误差较大，甚至根本无法有效判定断点位置。在已开发断块型油藏的老井筛查中发现，控制断层的井位标志层深度位置仍存在变动，这种断层往往是高序级的主干断层。如在GN4-5井中，由于测井曲线上并无断层特征，剖面上的上下层位特征不明显，馆陶组上段Ng₅层的划分位置仍不够精准。结合测井、录井资料及区域地层特征综合解释判断，本应是标志层Ng₅层的粉砂岩层，之前却解释成了Ng₃层的粉砂岩层（图 4a），原方案中的标志层Ng₅层的位置偏下，因此造成断层位置下移，构造发生变化（图 4b），圈闭幅度和面积减小。新解释方案中断点上移，断面也上移，圈闭幅度和面积均发生了变化。

图 4

Fig. 4

下载原图 图 4 渤海湾盆地沾化凹陷中部GN4-5井断点位置认识变化（a）及断层解释方案变化（b） Fig. 4 Recognition variation of fault breakpoint position(a)and new fault interpretation scheme in seismic section(b) of well GN4-5 in central Zhanhua Sag, Bohai Bay Basin

大型主干断层常常会伴生微小断层或微幅度的假构造，地震剖面上表现为在接近断层面附近的同相轴特征往往显示出上拉扭曲、扭动等现象，在远离主干断层一定距离后又出现同相轴微错断特征，如图 5中为具有代表性的同相轴微扭曲、微扭动和微错断特征。由于在关键井位缺乏标志性断点信息，这种地震剖面上的同相轴变动现象一般会被解释为“假断层”，尤其以小微断层居多。当断层位移量很小，地震同相轴扰动微弱或没有时，小微断层往往被称为隐蔽性断层^[6]，不易被识别，有时还被认为是岩性油气藏结构^[4]，因此往往缺乏准确认识和解释。在开展垦西断块油田加密井网的井-震联合断层精细解释与筛查过程中，发现了一系列钻穿这类“假断层”的井，其地层对比均未反映出断点的存在，但在地震剖面上又确实显示出有小断层存在的同相轴微弱扰动特征。因此对于这类断层的准确表征，需要通过井-震联合及精确的标志层位标定，以及井网失控特征，进一步精细刻画小断层断点位置，提高断层定位与表征精度。

图 5

Fig. 5

下载原图 图 5 渤海湾盆地沾化凹陷低序级断层在地震剖面上的同相轴微扭曲、微扭动（a）和微错断（b）现象 Fig. 5 Event variation characteristics of micro-twist, micro-distortion(a)and micro-misalignment(b)of low-order faults in seismic sections in Zhanhua Sag, Bohai Bay Basin

沾化凹陷内落差较大的断层即主干断层一般都比较容易标定，在确定好标志层位置后，依据地震剖面中反射波（或波组）的不连续性、同相轴错断、同相轴数目增减以及地层产状变化等特征，就可以精确地确定断层位置及断面形态。因此，主干断层的精确表征主要是基于标志层位解释和精确标定与追踪。首先以代表性井位，通过井-震结合确定主要标志层，对Ng₄，Ng₆，Ng₇，Ed₂底共4个反射层进行了标定，其主要地震反射特征为：Ng₄底为一个中等—强相位波峰，连续性中等；Ng₆底为一个中—强相位之上的弱相位波峰，能量稍弱，连续性较好；Ng₇底与下伏地层呈平行不整合接触，地震上为2个中—强相位的顶部波峰，能量中等，连续较好；Ed₂底为一组（2~3个）中—强反射强相位下部中强波谷，能量较强，连续性较好。综合来看，Ng₇，Ed₂底这2个地震反射层的反射特征较好，易于进行全区解释追踪，而Ng₄，Ng₆底2个反射层的反射特征较差，需要利用地震波组合特征进行全区解释追踪。对Ng₄，Ng₆，Ng₇和Ed₂层位在剖面上进行了全区追踪解释，然后再依据同相轴错断特征和地层特征，识别解释断点位置和断面形态，解释出主干断层F1，F2，F14，从而获得精确的断层解释结果（图 6）。

图 6

Fig. 6

下载原图 图 6 渤海湾盆地沾化凹陷垦西油田落差较大主干断层的识别与解释 Fig. 6 Identification and interpretation of main faults with large drop in seismic section of Kenxi oilfield in Zhanhua Sag, Bohai Bay Basin

落差较小的低级序断层即小微断层一般断点特征比较模糊，不易分辨。断层附近同相轴品质较差，同相轴断续，不连续性明显，常发生同相轴的扭曲、分叉、合并等现象，造成断层标志层位追踪标定不准确，给断层精细解释造成很大困扰。小微断层往往经历了多期构造运动的叠加改造，断层组系样式多，交错切割关系复杂。因此，在此类小微断层解释过程中，必须结合油田断块构造发育演化历史，通过地震-地质联合，对标志层位进行准确对比和追踪标定，通过井上断点确认与地震剖面同相轴属性结合，地震剖面上主要依据同相轴错断、同相轴数目突然增减、同相轴形状和产状突变等特征，重点依据低序级断层识别标识：同相轴微扭动、同相轴微扭曲、同相轴微错等标志特征，确保断层两侧标志层位的断点个数、断点位置与地震剖面同相轴解释相一致，对断层位置、断层剖面形态、断层切割地层等断层基本形态作出准确合理的解释，从而确定断点及断层位置。依据同相轴微扭曲、微扭动和微错断特征，形成了小微断层的识别与解释方案（图 7）。由此可见，这类断层主要分布在主干断层的两侧，以“Y”形断层中部发育较多，断层两侧岩层对接样式以同倾向的脊状、半脊半谷状样式为主，可能与继承性断层发育机制有关。因此继承性断层发育导致的同相轴微扭动、微扭曲、微错特征，为这类断层的识别和定位提供了关键性标志。

图 7

Fig. 7

下载原图 图 7 渤海湾盆地沾化凹陷低序级微扭曲（a）和微错断（b）典型小微断层识别与解释方案 Fig. 7 Typical identification and interpretation of low-order micro-distortion faults(a)and micromisalignment faults(b)in seismic sections in Zhanhua Sag, Bohai Bay Basin

在大断层、小微断层的断点精细识别与定位基础上，考虑区域断层平面组合与分布特征，通过加密纵横地震剖面测线的精细解释，准确识别地震剖面上每条断层的断点和断面位置，并根据相邻测线剖面的相似性和一致性，分层系对断层的平面组合形态进行分析解释；再结合相干切片进行对比和校验，仔细推敲各个层级与序级断层的断点位置、断面形态、延伸长度及组合方式等，确保各个层系断层平面组合样式的合理性与一致性；最后，对Ng₂₊₃，Ng₄，Ng₆，Ng₇，Ed₂底面等5个标志反射层的平面断层组合进行垂向叠合，进一步校验断层平面组合样式与断层空间立体展布样式的合理性，获得理想的断层平面叠合立体模型（图 8）。该模型中的小微断层的分布更加合理，“Y”形断层中间部位的小微断层刻画更加精确、准确。

图 8

Fig. 8

下载原图 图 8 渤海湾盆地沾化凹陷垦西断块断层平面叠合模型 Fig. 8 Plane superposed model of faults in Kenxi fault block of Zhanhua Sag, Bohai Bay Basin

断块油田的断层边部往往是剩余油富集区域。通过地质-井-震联合精准确定断层的三维空间分布形态，可将断层边部原来的“模糊区”“风险区”识别为“剩余油富集潜力区”，扩大深度挖潜增储方向。断层边部的构造圈闭一般定义为断层在空间上对油层具有封闭遮挡作用的空间范围，也即断层面与相邻油层顶、底界面相交线的平面投影围成的一个闭合三维空间区域^[9]，这往往也是剩余油的有利富集区。通过对断层断点的精确识别与定位以及断层面的可靠落实，高含水断块油田的这个三维空间仍有可观的剩余油富集分布潜力，是重要的挖潜对象。因此通过断层精细表征，基于断层叠合模型，可实现断层两侧外扩新增地质储量潜力评估，并实现新增产能实施方案。基于本文断层解释方法，通过利用新三维地震资料，详细落实标志层和断点，建立断层模型进行挖潜和井网优化调整，在垦西油田发现了剩余油聚集潜力区23个，新增储量266× 10⁴ t，增打水平井11口，增打直斜井15口，增打侧钻井12口；实现新建产能4.4×10⁴ t，取得了很好的挖潜开发效果。同时在孤岛油田的应用实践中，利用新三维地震资料，通过断点重新解释定位，也实现了孤岛油田南北两侧断层外扩范围达50~ 200 m，新增储量358×10⁴ t，实施产能方案5个，新建产能6.1×10⁴ t（图 9）。

图 9

Fig. 9

下载原图 图 9 渤海湾盆地孤岛油田断层边部外扩新增潜力区分布 Fig. 9 Distribution of new potential areas in fault edge expansion section in Gudao oilfield, Bohai Bay Basin

对断点、断层组合的重新认识，特别是新增的小微断层组合，使得油藏构造格局发生变化，原来的注采井网已不能满足新构造格局的需要，开发效果受到影响。本次研究中针对沾化凹陷垦西断块油田的Ng₇顶层构造，通过断层精细构造解释，重新落实了2条断层，新识别解释出4条小微断层。在沾化凹陷垦西断块油田新Ng₇顶面微构造图中（图 10），断层对油藏的控制更加明显，断层构造及其边部外扩区域与无断层控制区域的井网密度、水驱控制程度对比结果显示，受以往断层及断层边部解释模糊或缺乏断层控制以及井位躲避断层、断层断失、断层遮挡等因素影响，有断层断边区域与无断层控制区域相比，具有低井网密度、低水驱控制程度、低采出程度，而高含油饱和度等特征，反映出断层边部剩余油相对富集，但又缺乏井网控制，也造成了井网不完善、井间与层间矛盾突出等问题，因而成为高含水断块型油田剩余油进一步挖潜的重点目标区^[9]，包括井网优化挖潜和储量增加挖潜。因此，依据新的断层精细表征方案，针对断层控制或断边区域所谓“屋脊式”剩余油分布聚集区进行综合调整挖潜，可明确调整方向，为实施整体治理和优化完善井网布局提供基础依据，能够真正实现油田的提速提效开发。

图 10

Fig. 10

下载原图 图 10 渤海湾盆地沾化凹陷垦西油田原Ng7顶面微构造图（a）和精细小微断层解释获得的新Ng7顶面微构造图（b）对比 Fig. 10 Structural map comparison of old microstructure of Ng7 top surface(a)and new microstructure of Ng7 top surface after small and micro fault fine interpretation scheme(b)in Kenxi oilfield of Zhanhua sag, Bohai Bay Basin

（1）渤海湾盆地沾化凹陷高含水期复杂断块油田断层组合样式复杂，小微断层发育，通过基于断点识别、断面解释、断层平面组合验证、断层空间叠合建模等多技术联动方法，可提高各主干断层、小微断层的断点识别与定位精度，加强断层在平面上和空间上的组合样式与形态的合理性，使得断点位置、断层平面组合样式及断层空间叠合分布特征更加合理，断层空间展布模型更加精确，形成了井-震联合断层精细表征方法。

（2）沾化凹陷复杂断块油藏地震剖面上继承性断层发育导致的同相轴微扭动、微扭曲、微错断等为小微断层发育的重要特征，是小微断层精细表征的关键性标志。

（3）断层精细表征认为沾化凹陷复杂断块油藏断层的断边“盲区”和“模糊区”为剩余油富集的潜力区，为剩余油分布规律的认识提供了依据，实现了断层两侧外扩新增地质储量，进一步明确了断层断边区“屋脊式”剩余油分布挖潜方向和开发方案调整方向，为优化井网布局、实施精准治理及开展合理井型组合等提供了科学依据。