柴浩棟

勝利油田分公司物探研究院

所謂斷層封閉性是指斷裂帶或者斷層面對地層流體封堵并阻止流體滲流的能力。斷層封閉性決定了斷塊油藏大小和油氣充滿度，是控制斷塊圈閉是否成藏以及規(guī)模大小的重要因素[1-2]。斷裂封堵性取決于斷裂兩盤的巖性對接關(guān)系和地層形態(tài)，可通過研究斷層圈閉的幾何形態(tài)以及斷層兩盤的儲層并置關(guān)系來判斷其封堵性。斷層既可成為油氣運移通道,也可成為油氣封堵面。Berg等（1995）[3]提出了“泥巖剪切帶”的概念,認為泥質(zhì)剪切帶能較好地封堵本盤的油氣。Yielding等（1997）[4]提出了“斷層泥比率（SGR）”判斷斷層封閉性的方法，后改進為“泥巖涂抹作用”，得到了廣泛意義上的應(yīng)用。在國內(nèi)，研究斷層封閉性有“多級模糊綜合評價技術(shù)”、“斷面正應(yīng)力”、“斷層緊閉指數(shù)”等方法。呂延防（2007）[5]等根據(jù)油氣沿斷層運移特點，提出儲層段內(nèi)研究斷層側(cè)向封閉性、蓋層段內(nèi)研究斷層垂向封閉性的觀點，并提供了斷層垂向封閉性的定量研究方法；而羅曉容，張立寬（2007）[6]等則運用斷層連通概率法定量研究斷層封閉性。現(xiàn)階段斷層封閉性研究方法眾多，可實現(xiàn)定性與定量相結(jié)合的研究[7-9]。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

青西地區(qū)位于山東東營凹陷北部斷裂構(gòu)造帶，北靠陳家莊凸起，西鄰民豐洼陷，西南部靠近牛莊洼陷，東接青坨子凸起，緊鄰郯廬斷裂帶。青西地區(qū)勘探始于20世紀60年代，勘探面積約200 km2，是東營凹陷勘探程度最低的地區(qū)。由于青西地區(qū)位于盆緣帶，遭受多期構(gòu)造運動，工區(qū)內(nèi)走滑、扭張等多種構(gòu)造體系交織，構(gòu)造錯綜復雜、十分破碎，地層殘缺不全，厚薄差異大，是東營凹陷“地質(zhì)大觀園”中令石油勘探人員頗為畏懼的“禁區(qū)”。在古近紀時期，由于陳家莊凸起陳南斷層中生代后期至早第三紀，構(gòu)造活動強烈，導致北部斷層落差較大，南部斷層活動偏弱，落差較小，形成青西地區(qū)西南緩北東陡的箕狀斷陷盆地。其斷裂特征為典型的帚狀扭張斷裂體系，斷層多期疊置發(fā)育，形成多種類型的構(gòu)造圈閉。地層向東、向北抬升強烈、剝蝕嚴重，表現(xiàn)為多期不整合，典型特征為基底斷裂之上發(fā)育第三紀地層，之下發(fā)育太古代老地層（圖1）。研究區(qū)成藏條件較好，但勘探一直停滯不前，加強該區(qū)斷層活動演化特征分析是深化該區(qū)油氣成藏認識的重點，進行斷層封閉性評價是提高該區(qū)勘探成功率的關(guān)鍵[10-12]。

圖1 青西地區(qū)近南北向地質(zhì)剖面圖

2 斷層封閉性研究

筆者從斷層活動演化期次與油氣運聚的時空配置入手，分析斷層封閉機理及影響因素，在明確研究區(qū)斷層封閉性主要控制因素的基礎(chǔ)上，進行了斷層封閉性評價，明確了研究區(qū)沙三段斷層封閉性特征。

2.1 斷層活動期次與油氣運聚的時空配置

斷層活動期次與油氣運聚的時空配置是指斷層的活動期次和油氣運移之間在時間和空間上的配置關(guān)系。研究表明，若構(gòu)造類圈閉的形成期早于油氣運移時期，控藏斷層封閉性好，則二者配置有效，可形成有效的油氣聚集圈閉；若構(gòu)造圈閉的形成期晚于油氣運移時期，或控藏斷層不封閉，則不能形成有效的配置[13-14]。

對研究區(qū)油源的分析結(jié)果認為，油氣主要來自西部民豐洼陷沙四段烴源巖，可通過斷層與儲層組成運移通道向東運移；同時研究區(qū)北部地區(qū)沙三下亞段、沙四段具備生油能力，可提供一定油氣資源。分析其埋藏史（圖2）可知，沙四段烴源巖達到生烴門限（Ro值為0.5%）時期為沙一段沉積晚期，開始大量生烴時期（Ro值為0.7%）為館陶組沉積晚期，現(xiàn)今已進入大量生烴晚期。

圖2 地層沉降史示意圖

研究區(qū)斷裂在平面上呈東西向和南北向展布，東西向大斷裂主要為長期發(fā)育的生長斷層，平面斷距大，規(guī)模較大，起到溝通油源、控制油氣運移的作用；南北向斷裂平面斷距較小，規(guī)模也較小，斷層基本在沙二沉積末期結(jié)束活動，斷層大多應(yīng)處于封閉狀態(tài)，但長期活動至明化鎮(zhèn)時期的斷層，可以作為油氣運移通道（圖3）。通過對斷層的活動性及生排烴期匹配關(guān)系分析，認為沙二、沙三沉積期構(gòu)造運動形成的斷塊圈閉在沙一沉積期進入油氣成藏期，構(gòu)造活動對原有圈閉的破壞程度較小。因此，沙二段、沙三上段構(gòu)造活動時期形成的圈閉得以有效保存，成藏條件有利。

2.2 斷層封閉機理及影響因素

斷層封閉程度主要取決于烴類進入水濕巖石的最大孔喉所需的壓力（pc）和烴柱的浮力（p）的大小，當pc＞p時，斷層的封閉性好；當pc＜p時，斷層的封閉性較差。其封閉性影響因素主要有：

1）斷層兩盤巖性對接。斷層活動引起斷層兩盤的相對滑動，斷層一側(cè)儲層砂巖與具有高排替壓力的低滲透對接層（如泥巖、頁巖等）并置，具有較高排替壓力的巖性對另一側(cè)起封閉層的作用。其封閉性的影響因素主要為斷層兩盤巖性及對置關(guān)系，這是最早提出的斷層封閉性量化研究思路，也是經(jīng)典斷層封閉性研究的主要手段。

泥巖涂抹作用：斷層在形成的過程中，塑性泥頁巖被拖拽進斷層帶并敷在斷面上，在斷裂面附近形成泥巖涂抹層，其孔滲性明顯低于斷層兩側(cè)地層的孔滲性，故具有較高排替壓力，可對目的層形成封閉。其封閉性的影響因素主要有泥巖層層數(shù)、厚度，斷層傾角、斷距、活動強度等[13-17]。

2）滑動破碎帶封堵。在斷層長期活動或地應(yīng)力強度較大的地區(qū),斷層帶內(nèi)較粗的角礫巖和碎粒巖被擠壓成斷層泥，碎裂砂巖與被斷泥巖和斷層泥共生，破碎帶內(nèi)巖石粒度、孔隙度及孔隙大小均降低，使帶內(nèi)孔滲性變差，排驅(qū)壓力增大，對兩側(cè)儲層起封閉作用。其封閉性的影響因素主要有區(qū)域應(yīng)力特征、斷層性質(zhì)及內(nèi)部特征、破碎帶物性特征等。

3）斷層膠結(jié)充填封堵。在斷層面附近，斷層破碎帶的產(chǎn)生有利于地下水沿斷層流動。在滲濾運移過程中，由于溫度和壓力條件的改變，發(fā)生了復雜的物理化學作用,使其所攜帶的成巖物質(zhì)發(fā)生過飽和沉淀膠結(jié)，堵塞斷層滲濾空間，從而使斷層的孔隙度、滲透率大大降低，最終形成封閉。斷層附近被方解石等礦物充填形成的致密帶稱之為“膠結(jié)充填帶”，目前國內(nèi)外對此還沒有成熟的評價方法。其封閉性的影響因素主要有斷層的活動期次、深部流體演化特征、斷層膠結(jié)程度與斷層活動、流體活動參數(shù)間統(tǒng)計關(guān)系等。

2.3 斷層封閉性評價

根據(jù)青西地區(qū)典型成藏斷塊特征，統(tǒng)計分析斷層特征（斷距、傾角、斷層走向、力學性質(zhì)、應(yīng)力大小及方向）、地層巖性特征（泥質(zhì)含量、斷點埋深）和流體壓力特征（斷點埋深、流體性質(zhì)、溫壓系統(tǒng)），認為該區(qū)斷層封閉性的主控因素為泥巖涂抹作用，斷面正壓力和流體壓力對斷層封閉性也具有重要影響（圖4）。

圖3 沙三中亞段頂面斷裂圖

圖4 各參數(shù)與斷層封閉性的相關(guān)性對比圖

2.3.1 斷層兩盤泥巖涂抹分析

泥巖涂抹是指在活動時期斷層泥巖盤滑動對斷面形成的涂抹。但實際的地層往往是非均質(zhì)的,很難一一將其分為泥頁巖與砂巖。Yielding G[4]等于1997年提出了SGR（Shale Gouge Ratio），即泥巖削刮比，從整體上評價涂抹效應(yīng),其公式為：

Y111斷層為控制Y111斷塊油氣成藏的主要斷層（圖5）。Y111斷塊含油層段為沙三段儲集層，沙三段儲集層的油氣充注受Y111斷層的控制，與沙二段泥巖和沙三段層內(nèi)泥巖錯層對接，側(cè)向封閉性較好；Y111斷塊向東的Y61斷塊和Y114斷塊的儲集層與沙二段泥巖對接良好，斷層側(cè)向封閉性好。通常，對于斷層兩盤泥巖涂抹分析來說，若SGR＞0.45，斷層則可以形成有利封堵。從評價結(jié)果來看，SGR值均大于50%的，表明斷層側(cè)向封堵性較好，但Y61斷塊和Y114斷塊含油性較差，這是因為Y111、Y61和Y114斷層平面上均為平行狀南北向斷裂，剖面上斷層活動期次不同。Y111斷層的活動從沙四沉積期一直持續(xù)到明化鎮(zhèn)期，可以作為油氣運移的通道，而Y61斷層和Y114斷層在地震剖面上未斷穿沙一段，說明其在沙一沉積前已停止活動，使油氣難以向東運移。這說明斷層封閉是圈閉成藏的必要條件，但圈閉是否成藏還要考慮斷層活動和油氣運聚及其他因素的影響。

2.3.2 壓力特征與斷層封閉性

斷層封閉性的實質(zhì)在于差異排替壓力，即斷層巖的排替壓力和儲層排替壓力的大小。斷層巖的排替壓力受控于斷點埋深和斷層傾角，其計算公式：

圖5 Y111斷塊油藏剖面圖

式中ρ表示上覆地層的平均密度，g/cm3；g表示重力加速度，m/s2；h表示深度，m；θ表示斷面傾角，（°）。

地層排替壓力取決于地層的泥質(zhì)含量和埋藏深度，可以根據(jù)已鉆井資料來求取。分別選取泥質(zhì)含量相同的樣品進行不同深度的排替壓力測試，建立排替壓力隨埋藏深度變化關(guān)系圖，將各泥質(zhì)含量巖石的排替壓力隨埋藏深度關(guān)系圖疊置，便獲得不同泥質(zhì)含量巖石排替壓力隨深度變化圖（圖6）。

通過井資料求取斷層巖排替壓力值，然后與儲層排替壓力值進行比較，Y106和Y8-x4連井油藏剖面評價結(jié)果認為，斷層巖排替壓力大于儲層排替壓力即可形成有效封堵（圖7）。

2.3.3 斷層封閉性綜合評價

斷層封閉性研究是構(gòu)造類油藏最基礎(chǔ)也是最重要的工作，目前絕大多數(shù)研究者把注意力集中在計化鎮(zhèn)時期的斷層，可以作為油氣運移通道（圖3）。然后，分析斷層的發(fā)育演化史與烴源巖生、排烴期的對應(yīng)關(guān)系以及斷層與油氣運聚的時空耦合關(guān)系。認為沙二段、沙三段上的圈閉在構(gòu)造活動中得以有效保存，成藏條件有利。最后，采用斷層兩盤泥巖涂抹和壓力特征定量分析，綜合評價沙三段斷裂封閉性（圖8）。

評價結(jié)果表明，沙三段南北向斷裂規(guī)模小，斷層活動期結(jié)束早（大約在沙一沉積期停止活動），有利于封閉；東西向規(guī)模較小，斷裂趨向于開啟；近東西向斷裂規(guī)模大，斷裂長期活動，其展布具分段特征，斷層封閉性介于開啟或封閉狀態(tài)。結(jié)合斷層封閉性評價來部署的Y559-2在目的層取得了好的算SGR和壓力特征等定量研究上，試圖以此證實斷層封閉性，但這對真正全方位精確研究斷層封閉性的要求還不夠。因此，本區(qū)斷層封閉性綜合評價采用定性和定量結(jié)合的方法。首先，從區(qū)域地質(zhì)背景出發(fā)，在明確斷層的發(fā)育演化史的基礎(chǔ)上，定性判斷斷層的開啟和封閉狀態(tài)。認為東西向大斷裂平面斷距大，規(guī)模較大，為長期發(fā)育的生長斷層，起到溝通油源，控制油氣的運移作用；南北向斷裂平面斷距較小，規(guī)模也較小，斷層基本在沙二沉積末期結(jié)束活動，大多應(yīng)處于封閉狀態(tài)，但長期活動至明勘探成果。測井解釋油層14.9 m （共3層），試油14.8 t/d，和Y553井區(qū)一起控制含油面積4.81 km2，石油地質(zhì)儲量228.64×104t。

圖6 不同泥質(zhì)含量巖石排替壓力與埋深關(guān)系對比圖

圖7 Y106—Y8-x4連井油藏剖面圖

3 認識

研究區(qū)斷裂在平面上呈東西向和南北向展布，東西向大斷裂主要為長期發(fā)育的生長斷層，平面斷距大，規(guī)模較大，起到溝通油源，控制油氣運移的作用；南北向斷裂平面斷距較小，規(guī)模也較小，斷層基本在沙二沉積末期結(jié)束活動，斷層大多應(yīng)處于封閉狀態(tài)。在沙二、沙三沉積期構(gòu)造運動形成的斷塊圈閉，在沙一沉積期進入油氣成藏期，此時，構(gòu)造活動對原有圈閉的破壞程度較小，圈閉得以有效保存，成藏條件有利。

研究區(qū)斷層封閉性的主要控制因素為泥巖涂抹作用，斷面正壓力和流體壓力對斷層封閉性也具有重要影響。研究區(qū)漸新統(tǒng)沙三段不同展布形態(tài)的斷層封閉性綜合評價結(jié)果表明，南北向斷裂斷裂規(guī)模小，斷層活動期結(jié)束早，有利于封閉，東西向斷裂規(guī)模大，斷裂長期活動，趨向于開啟，具有分段特征，介于開啟或封閉狀態(tài)。同時，在實際油氣藏評價時，還要考慮儲層發(fā)育特征，及其他資料（地球化學資料等）對其結(jié)果進行驗證，要具體問題具體分析，避免生搬硬套公式，造成分析結(jié)果與實際情況不符。

圖8 沙三段斷裂封閉性局部展布圖

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