關于斷裂帶封閉性研究認識

王 慧，宋全友，吳孔友，王 萍

關于斷裂帶封閉性研究認識

王 慧1，宋全友1，吳孔友1，王 萍2

（1. 中國石油大學（華東） 地球科學與技術學院 山東 青島 266580； 2. 中國石油大學勝利學院 油氣工程學院 山東 東營 257097）

研究斷裂帶的封閉性，包括了垂向和側(cè)向上這兩個方面。簡單地說多重斷層組合成為了斷裂帶，研究斷裂帶性質(zhì)和斷層性質(zhì)息息相關。筆者認為斷裂帶封閉性是和其內(nèi)部結構成分有關的。脆性斷層和塑性斷層斷裂帶內(nèi)部結構存在差異。本文就斷裂帶封閉性認識進行總結分析。

斷裂帶；斷層的封閉性

目前對斷層的認識已由簡單的斷層面發(fā)展成復雜的斷裂帶，其中斷裂帶根據(jù)力學性質(zhì)分為脆性斷裂帶和塑性斷裂帶，其內(nèi)部又可細分為破碎帶和裂縫密集帶，表現(xiàn)出分帶特征。斷裂帶的封閉性與斷裂帶的性質(zhì)、內(nèi)部結構特征等息息相關，本文在斷層封閉性研究現(xiàn)狀基本認識的基礎上，重點探討總結了斷裂帶特征及其與封閉性的關系以及研究方法等。

斷裂帶具有分帶的內(nèi)部結構特征，其中有破碎帶以及裂縫密集帶倆部分，破碎帶中有黏結力斷層巖帶，并且其具備了低孔低滲特征，所以，對油氣穿越斷層側(cè)向運移的問題也可以有效地組織，就斷層巖發(fā)育的斷層側(cè)向來說，其也應該屬于封閉式的。對于斷層吹響封閉產(chǎn)生影響的因素包含破碎帶內(nèi)部優(yōu)勢裂隙封閉的條件，泥質(zhì)含量對無粘結力斷裂帶封閉性影響以及誘導裂縫帶裂縫封閉的條件分析。把橫向封閉和垂向封閉，斷層垂向封閉性評價方法中剛性地層，其斷裂帶的垂向上的封閉性需要滿足三要求：A.斷面本身的正壓力遠遠超出了你塑性變形所能夠承受強度，如此才能夠使斷層泥發(fā)生塑性變形，填充破碎帶內(nèi)的裂縫;B.斷裂帶填充顆?？煞忾]天然氣所需的理論下限值必須小于無粘結力斷層巖帶斷層泥含量，只有低孔隙以及高排替壓力，才可以讓斷裂帶阻礙油氣滲漏流失;C.伴生的裂縫帶被后期的成巖給充填封閉。當一起滿足上述三個條件的剛性斷裂帶才能是封閉的，而塑性斷裂帶只要滿足第一個條件就可以是封閉的。具體評價過程可以參照圖 5；從塑性斷層以及剛性斷層斷裂帶內(nèi)部結構特征為出發(fā)點，來研究破碎帶內(nèi)斷層的垂向封閉性，專門對于破碎帶發(fā)育的斷層提出了垂向斷層封閉性評價方法[1]（付曉飛，方德慶，2005年）像在脆性斷裂帶中。

在斷裂帶的非活動期，如果誘導裂縫帶中的裂縫處于一種開啟的狀態(tài)，眾多的裂隙將可以形成裂隙網(wǎng)絡，這將會讓裂縫帶獲得比未變形前的原地巖石和破碎帶更高的孔隙滲透性，而且還可以成為有效油氣運移通道，我們經(jīng)過煤礦的突水以及透水性實驗就可以證實這一特征(圖1）。

1 斷裂的封閉性研究現(xiàn)狀

斷裂封閉性是指斷裂封閉流體性能的能力大小，具有斷層的側(cè)向和垂向封閉性。

關于斷層的側(cè)向上面的封閉機理主要包含了泥巖涂抹作用封閉、對置和填充封閉機理、成巖膠結作用封閉以及碎裂作用[2]。對于斷層而言，影響其側(cè)面封閉的因素有斷移地層的砂泥比、斷裂帶內(nèi)部填充物本身具備的性質(zhì)、泥巖涂抹層分布的連續(xù)性等。斷層是一個沿斷層頁巖涂抹引起的主要封堵，例如在油藏平面有斷距200～250 m(660～820英寸)的正斷層勾畫出北海北部的布萊格油田。下侏羅統(tǒng)Statfjord組形成的下盤（布萊格領域）對著含油砂巖對中侏羅世布倫特組上盤（自我分隔水庫）疊置層（圖2）。

而斷層在垂向上的封閉機理包含了成巖膠結作用封閉、碎裂作用封閉和填充封閉三個部分。對垂向上面斷層的封閉性影響因素包含斷層力學性質(zhì)、埋藏深度、內(nèi)部填充物性質(zhì)和幾何要素等。一般而言，段層面傾角本身越緩，其斷層的滿倉深度就會越大，這樣就會相應增大上覆地層本身的壓力，則斷層在垂向上面的封閉性越好，相反的則封閉性越差;如果埋藏深度越大，上覆地層的靜壓力就會隨之提高，而滲透率的減小幅度以及孔隙度的減小幅度就會隨著其不斷增加，讓斷裂帶保持更加的封閉性，繁殖，封閉性就會逐漸減弱。但是，如果斷層屬于張性盆地，那么隨著傾角的增加，其封閉性反而會減??；如果斷層屬于擠壓性盆地，那么隨著傾角的增加，其封閉性也會成正比的增大；扭性盆地是出于兩者之間。而伸展性盆地，隨著深度增加，其斷層的封閉系數(shù)會得到相應的提升；但是擠壓性盆地與之剛好相反，深度越小，其封閉系數(shù)反而會越大。

2 脆性(剛性)斷層和塑性斷層斷裂帶內(nèi)部結構差異

斷層其實并不是一個簡單的面，而是由多個部分共同組成斷裂帶。脆性斷層斷裂帶是伴生裂縫和斷層巖作為主要標志的破碎帶和誘導裂縫帶倆部分組成，具有復雜的內(nèi)部結構（圖3）。

塑性地層的斷裂帶其特征是由幾條充填斷層泥大裂縫的組合，并且不具備發(fā)育的誘導裂縫帶這類特征。破碎帶內(nèi)部伴生裂縫、無粘結力斷層巖帶和誘導裂縫帶都可能成為油氣運移的通道，只有這 3種通道均封閉，脆性斷層垂向才是封閉的。

3 斷裂帶內(nèi)部結構特征

破碎帶是斷裂帶內(nèi)部重要的組成部分，其主要由于構造運動導致巖層沿一定方向相互擠壓剪切而形成，在此過程中就會出現(xiàn)伴生裂縫以及多種類型的斷層巖。在淺部地殼和深部的剪切位移帶中，斷層巖可以背認作具備明顯的由過去剪切發(fā)展而來的一種巖石，其具備一定的組構特征。Sibson[9]將斷層巖本身所具有的結構特征當作基本的一句，將斷層巖劃分成為具備線理和面理、不具備線理和面理的糜棱巖以及碎裂巖兩種類型。前一者被劃分到“準塑性”產(chǎn)物范圍中，其變化過程會讓晶體本身出現(xiàn)蠕變，并且隨著重結晶和壓力溶解作用，這一類型的斷層巖就會有相應的機制產(chǎn)生；而后者被劃分到“彈性-摩擦”的產(chǎn)物，其變化過程會讓母巖出現(xiàn)脆性的破壞、對斷層泥產(chǎn)生損耗，斷層角礫巖等斷層遭受破壞的一種產(chǎn)物。因此決定斷層巖在垂向上面分布具有分段特征，深部以具有線理和面理結構的糜棱巖系列為主。

4 脆性和塑性地層斷裂帶的封閉機理

（1）脆性地層的垂向上面封閉機理主要是裂縫的封閉程度，斷裂在演化過程中，在其不同階段，油氣輸導的通道是不同的，在斷裂活動的時間段內(nèi)，油氣可以依靠破碎帶內(nèi)部的伴生裂隙作為其運輸通道，一旦斷層靜止，不再活動，那么這些裂隙的封閉程度決定了斷層垂向封閉程度。

（2）塑性地層的垂向上面封閉機理也是看裂縫的封閉情況，如果對地層內(nèi)部的斷裂帶結構從這一種類型來觀察，最主要的表現(xiàn)在于其組合是通過幾條填充斷層泥的大裂縫，但是不存在誘導裂縫帶。所以，該類斷層封閉與否，關鍵是這幾條大的裂縫封閉與否。

5 斷裂帶封閉性的地球化學特征

站在研究內(nèi)容的角度而言，斷層封閉性更傾向于斷層面的泥巖涂抹、斷層形態(tài)學以及幾何學等方面。站在研究方法的角度而言，主要是對數(shù)學分析法以及現(xiàn)代測試法的合理運用，才能逐漸從單一的手段與學科，逐步朝著多角度、多學科的方向不斷發(fā)展，最終完成從定性到定量的研究轉(zhuǎn)變[3，4]?？偠灾紤]到斷層封閉性本身的類型與形態(tài)的差異，對于不同時期斷層封閉史的研究很少。此外，站在油氣勘探的角度而言，除開對斷層的形態(tài)和分布研究之外，還要研究油氣的運聚關系以及斷層對油氣的封閉時間。而油氣受到斷層封閉的影響，也就是斷層封閉史發(fā)展并演化的歷史。

6 斷裂帶封閉性研究方法

（1）斷面的砂泥比控油斷層是否可以封閉是否具有成藏規(guī)模，這與遮擋體的砂巖百分含量是息息相關的，在金湖凹陷內(nèi)，當封擋盤地層是純泥巖或砂巖含量小于18%的砂泥巖地層時，斷層封閉性好; 當遮擋盤砂巖含量大于37%時，斷層封閉性差; 當遮擋盤砂巖含量在二者之間時，斷層封閉具有隨機性。

（2）斷面泥巖涂抹系數(shù)分析Bouvier等（1989）提出用CSP（泥巖涂抹潛力）、Lindsay（1993）提出SSF（泥巖涂抹因子）、Yielding等（1997）提出SGR（泥巖削刮比），從整體上評價涂抹效果，判斷斷層封閉性。

（3）除此之外還有包括斷層性質(zhì)、斷層封堵系數(shù)法、緊閉愈合封閉的研究方法、斷裂封閉性數(shù)學分析方法等。 走滑斷層的封閉性一般是比較好的，并且走滑斷層斷面的張開程度小，擠壓剪切作用較大，更加促使泥質(zhì)等細顆粒物填充到砂巖的孔隙中，這將會形成致密的巖石，也有利于在斷層面上形成較為致密的斷層泥，因此斷層面封閉。例如羽狀斷層，傳遞斷層都是張性特征的斷層，這種類型的斷層斷面張開程度大，是比較難以形成斷面的封堵，因此就只能主要依靠砂巖泥巖對接或泥巖涂抹封閉形成斷層封閉。

7 結 論

重斷層組合成為了斷裂帶，斷裂帶的結構特征影響著斷層的封閉性，并進一步影響著油氣的運聚成藏，因此深入研究斷裂帶內(nèi)部特征，剖析斷裂帶封閉性機理，深化斷裂帶封閉性研究內(nèi)容和方法對油氣勘探具有重要的意義。

［1］ 陳發(fā)景，田世澄．壓實與油氣運移[M].北京：中國地質(zhì)大學出版社，1989：156-160．

［2］ 高君，呂延防，田慶豐.斷裂帶內(nèi)部結構與油氣運移及封閉[J]. 大慶石油學院學報，2007，31（2）：5-6.

［3］ 呂延防，付廣，高大嶺．油氣藏封蓋研究[J]. 北京：石油工業(yè)出版：1996,118-120．

［4］ 付曉飛，方德慶，呂延防等．從斷裂帶內(nèi)部結構出發(fā)評價斷層垂向封閉性的方法[J]．地球科學—中國地質(zhì)人學學報，2005，30 (3)：329-335．

Research on Fault Sealing Ability

WANG Hui1，SONG Quan-you1，WUKong-you1，WANG Ping2
（1. China University of Petroleum, Shandong Qingdao 266580，China；2. Shengli College ,China University of Petroleum, Shandong Dongying 257097，China）

Fault seal capacity in study has two aspects including vertical and lateral directions. Briefly，multiple faults combined into a fault zone. And the nature of the fault zone is closely related with the faults. I think that fault sealing ability is related to its internal structural components. There is an internal structural discrepancy between plastic faults and fragile faults. In this paper, research on the fault sealing ability was analyzed and summarized.

Fault zone; Fault seal capacity

TE 122

： A

： 1671-0460（2015）05-1041-03

2014-11-25

王慧（1990-），女，山東東營人，碩士研究生在讀，碩士學位，2015年，研究方向：油氣地質(zhì)與勘探，地質(zhì)學。