石油圈闭中断层的作用

自Frederick Clapp于1910年在其具有里程碑论文中将断层构造作为有意义的石油圈闭描述以来，断层在沉积盆地石油运移和聚集中的各种作用越来越得到人们的重视。石油圈闭中的断层分析向两个截然不同但又相关的思路发展：1）断层闭合，和2）断层岩封堵。在上世纪大部分时段，断层圈闭的几何闭合以及断层形成的储层封闭并置成为研究和工业应用的焦点。这些研究和应用工作之所以能够顺利进行是因为人们研究出了一些有关沉积盆地几何形态和运动分析的构造地质定量方法，以及板块构造学提供了一种根据产生应力的板块边界特性来探讨断层和盆地关系的综合方法。在过去20年中，由于3-D地震成像技术能更好地分辨出断层构造，对断层封堵产生的储层封隔进行了更加透彻地研究。近几十年，对断层构造的几何特征，断层带各种封堵作用的识别，以及断层岩石物性的定量评价都有了显著的发展。 断层封堵分析已经从2-D断层并置分析向包含有断面、断层传导率、以及并置储层单元的3-D模型方向发展。目前的断层封堵评价方法大都集中在碎屑岩储集层中的正断层上。在冲断层和碳酸盐岩储集层中，断层封堵作用为我们的知识盲区。页岩涂抹已经有效的应用于砂泥岩层序中同生沉积断层的封堵评价。然而，断层封堵分析如果仅考虑页岩涂抹，则会忽视断层带其它重要的封堵作用，特别是破碎作用和胶结作用。无论断层破裂前曾遭受过什么封堵作用。断层在其活跃时期都是地下流体的运移通道。因此，断层封堵评价应当采用包含断层运动、断层带作用和流体流动的4-D模型。这又是一个巨大的挑战。不过，地下断层应力分析和断层封堵的综合分析已经取得了技术上的突破。对沉积盆地中断层岩的低渗透性、高毛细管作用特征的认识促进了断层圈闭的油气勘探工作。从单相流模拟转向沿断层带的多相流或者混相流模拟对油气勘探将有更大的帮助。近期研究，已经将断层要么渗漏、要么封堵这种陈旧的两极化观点转化为更为复杂的、反映断层流体流动特征的现实观念。目前断层封堵评价的主要缺陷是缺乏详细的资料，以及需要对数值模型进行精确的标定。这表明经验数据仍将构成近期断层封堵方法发展的基礎。

利用LoFS永久地面传感器排列检测诱发的地震活动

这里我们使用“现场地震寿命”（LoFS）地面排列所获得的数据并结合一种偏移形式的方法，对Valhall油气田6．5小时水力压裂作业过程的微地震事件进行了定位。该方法完全是自动的，而且所需的用户输入数据很少。这使它应用于LoFS这样的地面排列数据十分理想，因为单一检波器的记录无法检测各个微地震事件的信号。我们首先在偏移结果中确定了1111个事件，其中包括震源在储层内部及其上方的一个重要事件组，它形成了一个倾角近于垂直的平面形态。应用聚类分析将形成这一平面的361个事件从原始数据组中分离了出来。在整个压裂注水过程中都记录了微地震事件，同时在大约4．75小时之后出现了一个很大地震活动高峰，它与井底压力的增加是同步的。利用各种合成测试检查了所得出结果的分辨率和可靠性。用于定位微地震事件的三维速度模型的适度干扰（±5％），主要使微地震事件的深度产生了静态移动。但使用一个均质模型会使成像能力有相当大的下降。为了确定微地震事件检测所要求的最低信噪比，我们还做了一系列半合成测试（有真实噪声的合成数据）。我们的检测方法可以检测出信噪比大于0．25的事件，此极限值与数据的相干噪声性质有关。双偶震源的实验显示，我们的研究步骤不可能检测到与平面事件分布一致的断层运动。因此我们认为观测到的震源不具有与平面分布一致的机理，同时／或者它们含有明显的非双偶分量。这些事件的一种可能解释是，井下激发的弹性或压力波前在储层内和附近排列的断层上引发了微地震活动，而那里的原地应力已接近于破裂所要求的水平。

水力压裂过程中裂缝相互作用量化的微地震分析

水力压裂过程的微地震活动所产生的连通破裂作用可以形成流体传输的通道，而聚类指数为识别这种微地震活动提供了一种方法。所诱发微地震事件的定位可以与根据频谱成分解释的震源大小结合在一起，以便解释诱发裂缝之间的相互作用强度。由聚类指数可以得出这种相互作用强度的空间和时间演化，据此可以按潜在的相互作用能力描述微地震事件。对于四口井的压裂作业实例进行了这方面的分析，同时描述了破裂演化两类截然不同的特征型式。一种是先发育连通裂缝，然后形成分散的孤立裂缝；另一种则是先产生分散裂缝，然后是主导破裂作用的连接和发育。

美国怀俄明州乔纳气田根据四维VSP和微地震数据得出的裂缝质量图像

天然和诱发裂缝是致密砂岩气藏唯一的开采途径。为了优化此类气藏的布井和井距，本项研究的目标是通过分析四维（时移）VSP数据所记录的散射波来确定和描述天然和诱发的裂缝。利用合成地震数据，我们以前已发现根据水力压裂的地震能量散射量可以描述破裂作用的质量。我们在这里展示了应用于美国怀俄明州乔纳（Jonah）气田的这一概念。在微地震和射孔炮点波至时间的基础上，利用由三维VSP初至波和接收点走时表所得出的炮点走时表并通过一种偏移算法对该气田的时移（4D）VSP数据进行了成像。我们得到了该气田两口水力压裂井的裂缝面图像。有关的散射能量显示了微地震事件和方位角散射之间的相关性，而方位角散射不同于储层的方位角反射率。这更使我们确信我们已经将散射信号与简单的地层反射率区分开来。图像面上散射能量的变化表明，三个不同的层带有不同的裂缝质量。

利比亚东南部始寒武系碎屑岩层序现场研究及其对库夫拉盆地演化的意义

对库夫拉盆地（面积50×104km^2）东翼出露的始寒武系的实地调查研究表明，这套地层为的碎屑岩层序，大约500m厚，由巨厚的砂岩构成，可见交错层理，夹有60m厚的泥岩段。新的锆石年龄资料揭示，该层序最老的沉积年代大约是950Ma。另外，泛非时期的锆石缺失，表明最小沉积年龄应早于泛非造山运动。在这里观察到了褶皱作用和间隔劈理，但以前并未有这方面的报道。这些褶皱作用和间隔劈理对这套地层的沉积产生了一定的影响，形成了明显的NE—SW走向的构造体系。解释认为这些构造体系是泛非造山运动时期NE—SW向垂直挤压作用的结果。因此，这套始寒武系地层并不适合与库夫拉盆地寒武一奥陶系下面的弱变形地层进行类比。早期的研究工作对沿这套碎屑岩沉积地层走向出露的一系列始寒武系大理岩进行了填图。岩性薄片分析显示，这些大理岩部分是变质成为绿片岩相的基性火成岩。库夫拉盆地的重力资料解释表明，盆地中存在NE—SW走向的断层（与出露的构造走向平行）和NE—SW走向的次级断层。这些资料并不支持前人得出的盆地深部存在长斜方体构造的结论，以往认为这种长斜方体构造是走滑（拉分）作用的结果。本研究成果对前人提出的以下观点有一定的影响，即库夫拉盆地为自尼罗河三角洲延伸至尼日尔三角洲、长达6000km的剪切带（被称为横贯非洲的线性构造带）上呈雁行排列的拉分盆地之一。