馬路背地區(qū)主要“通天”斷層垂向封閉性評(píng)價(jià)

梁 波 王 威 郝景宇

（中國石化勘探分公司研究院）

馬路背地區(qū)主要“通天”斷層垂向封閉性評(píng)價(jià)

梁 波 王 威 郝景宇

（中國石化勘探分公司研究院）

基于鉆井錄井、分析化驗(yàn)、地震解釋等資料，對(duì)馬路背地區(qū)F1、F2、F3 3條通天斷層（向上延伸至地表）的發(fā)育特征進(jìn)行了認(rèn)識(shí)。在此基礎(chǔ)上，利用斷裂帶填充物泥質(zhì)含量和斷面壓力兩個(gè)參數(shù)，建立相關(guān)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其現(xiàn)今垂向封閉性開展綜合評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果認(rèn)為：F1、F2斷層垂向封閉性不理想，對(duì)Mj構(gòu)造天然氣保存條件具有一定程度的破壞；F3斷層垂向封閉性良好，利于M1-1構(gòu)造天然氣的聚集和保存。評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際勘探情況較符合，評(píng)價(jià)方法在研究區(qū)取得了良好的應(yīng)用效果。圖3表4參15

馬路背地區(qū)“通天”斷層斷面壓力垂向封閉性

0 引言

勘探實(shí)踐表明，斷層在油氣藏形成過程中既可以作為有效的運(yùn)移通道，又可以作為油氣聚集的遮擋條件[1]。正是由于這種雙重性，斷層的封閉性日益受到重視。國內(nèi)外眾多學(xué)者針對(duì)此問題進(jìn)行了大量研究，提出多種評(píng)價(jià)方法并取得良好的應(yīng)用效果。斷層封閉性評(píng)價(jià)一般包括側(cè)向封閉性和垂向封閉性評(píng)價(jià)兩部分，但對(duì)于背斜構(gòu)造上的斷層來說，斷層的側(cè)向開啟不至于使油氣發(fā)生逸散，應(yīng)重點(diǎn)對(duì)斷層的垂向封閉性進(jìn)行評(píng)價(jià)[2]。馬路背地區(qū)構(gòu)造變形強(qiáng)，斷裂發(fā)育，一些有利的局部背斜構(gòu)造上發(fā)育“通天”斷層（向上延伸至地表），無疑對(duì)天然氣的聚集與保存有重大影響。因此，評(píng)價(jià)這類斷層的垂向封閉性對(duì)于揭示該區(qū)天然氣成藏規(guī)律及明確下一步勘探方向具有重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

馬路背地區(qū)位于川東北通南巴構(gòu)造帶東北部，總體表現(xiàn)為一大型、被斷層切割復(fù)雜化的斷鼻構(gòu)造[3]，進(jìn)一步可劃分為Mj、M1、M2等幾個(gè)局部構(gòu)造（圖1）。該構(gòu)造在印支期具有雛形，燕山期隆升并定型，喜山期受大巴山弧形推覆帶的影響，疊加了一系列NW-NNW向斷裂[4]。研究區(qū)陸相地層一般厚3000~ 3500 m，自下而上沉積上三疊統(tǒng)須家河組、下侏羅統(tǒng)自流井組、中侏羅統(tǒng)千佛崖組、下沙溪廟組、上沙溪廟組、上侏羅統(tǒng)遂寧組，一般缺失上侏羅統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組及以上地層。其中自流井組珍珠沖段以上地層以泥巖沉積為主，形成了一套巨厚的區(qū)域蓋層，為天然氣的保存提供了良好的保障。位于區(qū)域蓋層之下的須家河組、自流井組珍珠沖段發(fā)育砂巖、礫巖儲(chǔ)層，是研究區(qū)天然氣的主力產(chǎn)層，源儲(chǔ)共生，成藏條件優(yōu)越，目前多口井測試獲得商業(yè)發(fā)現(xiàn)。

圖1 馬路背地區(qū)構(gòu)造位置圖

2 “通天”斷層發(fā)育特征

根據(jù)地震資料解釋，馬路背地區(qū)主要發(fā)育3條“通天”斷層，均為逆斷層，其中F1、F2斷層控制了Mj構(gòu)造，F(xiàn)3斷層控制了M1-1構(gòu)造。F1、F2斷層分別位于Mj構(gòu)造西、東側(cè)，具有相似的發(fā)育特征：向上延伸至地表，向下消失于中三疊統(tǒng)—下三疊統(tǒng)雷口坡組—嘉陵江組，垂直斷距310~500 m，斷層傾角67°~74°。平面上發(fā)育規(guī)模較大，呈NW走向，向北延伸至南江地區(qū)，向南延伸至通江地區(qū)，延伸長度大于40 km；F3斷層位于M1-1構(gòu)造東側(cè)，向上延伸至地表，向下消失于下三疊統(tǒng)嘉陵江組，垂直斷距200~230 m，斷層傾角66°~71°。平面上呈NNW走向，發(fā)育規(guī)模相對(duì)較小，延伸長度約16 km（圖1、圖2）。這3條“通天”斷層均形成于喜山期，明顯晚于須家河組、自流井組珍珠沖段主成藏期（中晚侏羅世），對(duì)Mj、M1-1構(gòu)造天然氣的后期保存具有重要影響。

圖2 過Mj1井—M1井—M1-1井AB測線地震剖面

3 斷層垂向封閉性評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)

目前，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為斷裂帶填充物的泥質(zhì)含量和斷面壓力是影響斷層垂向封閉性的主要因素[5-8]。斷裂帶以泥質(zhì)填充為主且斷面壓力大于泥質(zhì)塑性變形所需的最小壓力，則斷層垂向封閉性好。這是因?yàn)槟噘|(zhì)的孔滲性低，排替壓力高，可以阻止油氣沿?cái)嗔褞蛏弦萆?；足夠大的斷面壓力不僅使斷面緊閉愈合，更重要的在于使泥質(zhì)發(fā)生塑性變形和流動(dòng)，堵塞斷裂帶內(nèi)遺留的滲濾空間，對(duì)油氣形成有效封閉。斷層只有同時(shí)滿足上述兩個(gè)條件，在垂向上才是封閉的，缺少任何一個(gè)條件，斷層開啟或封閉性變差［9］。因此，斷層的垂向封閉性評(píng)價(jià)主要從這兩個(gè)方面展開。

3.1 斷裂帶填充物的泥質(zhì)含量

在實(shí)際勘探生產(chǎn)中，鉆穿斷層并在斷裂帶有取心的井較少，通過實(shí)測的方法來確定斷裂帶填充物的泥質(zhì)含量往往沒有可行性。因此，只能通過間接的方法對(duì)這個(gè)參數(shù)進(jìn)行預(yù)測。斷層在錯(cuò)斷過程中，斷裂帶填充物的巖性主要受斷移地層巖性和斷距大小影響。在斷距相同的條件下，斷移地層中的泥巖厚度越大，斷裂帶填充物的泥質(zhì)含量就越高；相反，斷裂帶填充物的泥質(zhì)含量就越低。在斷移地層巖性相同條件下，斷距越小，斷裂帶填充物的泥質(zhì)含量就越高，反之則越低。基于此原理，可利用以下公式對(duì)斷裂帶填充物的泥質(zhì)含量進(jìn)行預(yù)測［5］（圖3）：

圖3 Rm定量計(jì)算示意圖

式中：

Rm—斷層某點(diǎn)處斷裂帶充填物的泥質(zhì)含量，%；

hi—過斷層某點(diǎn)的第i層泥巖厚度，m；

L—斷層某點(diǎn)的斷距，m。

由以上公式可知，Rm同時(shí)考慮了斷距大小和斷移地層巖性，是一個(gè)能較好反映斷裂填充物泥質(zhì)含量的評(píng)價(jià)參數(shù)。前人通過研究及應(yīng)用，建立了利用斷裂帶填充物中的泥質(zhì)含量來劃分?jǐn)鄬哟瓜蚍忾]性的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[6,10]（表1）。

表1 利用Rm評(píng)價(jià)斷層垂向封閉性標(biāo)準(zhǔn)

3.2 斷面壓力

斷面壓力不僅能反映斷層的緊閉程度，還決定了斷裂帶內(nèi)泥巖的變形特征。當(dāng)斷層停止活動(dòng)時(shí)，斷面所承受的壓力主要來源于上覆地層的巖石骨架重力[11]，其計(jì)算公式為：

式中：

P—斷面所受的正壓力，MPa；

H—斷面埋深，m，可由地震剖面讀取并進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換得到；

ρr—上覆地層的平均密度，g/cm3，根據(jù)研究區(qū)鉆井的密度測井資料取平均值2.53 g/cm3；

ρw—地層水的密度，g/cm3，根據(jù)M1-2井實(shí)測地層水資料取值1.06 g/cm3；

θ—斷層傾角，°。

由公式可知，斷面壓力的大小主要受斷層埋深、傾角影響，在斷層傾角變化不大的情況下，斷面壓力隨埋深變小而降低。

前人研究表明，泥巖發(fā)生塑性變形所需壓力范圍處于7.5～22.5 MPa之間[12]。因此本次研究將7.5 MPa作為泥巖發(fā)生塑性變形所需壓力的下限值，當(dāng)斷面壓力大于該值時(shí)，泥巖發(fā)生塑性變形和流動(dòng)，堵塞斷裂帶內(nèi)的遺留空間，形成有效的垂向封閉。根據(jù)上述原理并參考前人研究成果[2,13-14]，建立了利用斷面壓力評(píng)價(jià)斷層垂向封閉性的標(biāo)準(zhǔn)（表2）。

表2 利用斷面壓力評(píng)價(jià)斷層垂向封閉性標(biāo)準(zhǔn)

前面提到過，斷裂帶填充物的泥質(zhì)含量和斷面壓力共同決定了斷層的垂向封閉性。如果以上兩個(gè)因素中的任何一個(gè)評(píng)價(jià)結(jié)果不理想，斷層的垂向封閉性將存在風(fēng)險(xiǎn)。因此，在對(duì)斷層垂向封閉性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)取兩者中較低的評(píng)價(jià)結(jié)果作為綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。

4 斷層現(xiàn)今垂向封閉性評(píng)價(jià)

研究區(qū)發(fā)育的“通天”斷層主要是F1、F2和F3斷層，3條斷層現(xiàn)今是否具有良好的垂向封閉性，決定了Mj、M1-1構(gòu)造天然氣保存條件的好壞。首先，基于地震剖面AB，針對(duì)F1、F2、F3 3條斷層共選取了12個(gè)計(jì)算點(diǎn)，分別對(duì)應(yīng)其上盤上沙溪廟組、下沙溪廟組、千佛崖組、自流井組底界（圖2）。其次，通過讀取斷層在各計(jì)算點(diǎn)的斷距、埋深、傾角數(shù)據(jù)，利用鉆井資料確定斷層兩側(cè)地層的巖性組合。然后，利用公式（1）、公式（2）計(jì)算出各點(diǎn)斷裂帶填充物的泥質(zhì)含量和斷面壓力，并據(jù)此推測斷層在上沙溪廟組以上地層的垂向封閉性，對(duì)斷層垂向封閉性進(jìn)行總體評(píng)價(jià)。最后，結(jié)合Mj、M1-1構(gòu)造上鉆井的實(shí)際勘探情況對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

4.1 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

（1）F1斷層

在F1斷層4個(gè)計(jì)算點(diǎn)中，斷裂帶填充物的泥質(zhì)含量分布在36.90%~67.24%，從深到淺逐漸增加，封閉性由中等變?yōu)檩^好，這與研究區(qū)在早侏羅世-白堊紀(jì)以湖泊、曲河流沉積占主導(dǎo)，自流井組珍珠沖段以上地層泥質(zhì)含量高密切相關(guān)；斷面壓力分布在6.04~9.17 MPa，隨埋深變小而降低，封閉性由好變?yōu)橹械?。綜合以上兩方面，F(xiàn)1斷層僅1-C一個(gè)計(jì)算點(diǎn)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為較好，其余三個(gè)計(jì)算點(diǎn)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果均為中等（表3）。對(duì)于上沙溪廟組以上地層，由于斷面壓力進(jìn)一步降低，導(dǎo)致綜合評(píng)價(jià)結(jié)果由中等甚至變?yōu)椴睢？傮w上認(rèn)為F1斷層垂向封閉性一般，對(duì)天然氣的保存存在一定風(fēng)險(xiǎn)。

（2）F2斷層

在F2斷層4個(gè)計(jì)算點(diǎn)中，斷裂帶填充物的泥質(zhì)含量分布在35.02%~67.24%，隨埋深變小而增加，封閉性由中等變?yōu)檩^好；斷面壓力分布在4.10~ 9.40MPa，隨埋深變小而降低，封閉性由好變?yōu)橹械仍俚讲?。由以上兩方面可知，F(xiàn)2斷層4個(gè)計(jì)算點(diǎn)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果主要為中等—差（表3）。對(duì)于上沙溪廟組以上地層，由于斷面壓力在2-A計(jì)算點(diǎn)的值已經(jīng)小于5.5 MPa，斷面壓力進(jìn)一步降低，將導(dǎo)致綜合評(píng)價(jià)結(jié)果依然為差?？傮w上認(rèn)為F2斷層垂向封閉性較差，不利于天然氣的保存。

（3）F3斷層

在F3斷層4個(gè)計(jì)算點(diǎn)中，斷裂帶填充物的泥質(zhì)含量分布在62.00%~81.06%，在縱向上封閉性由較好變?yōu)楹?；斷面壓力分布?.81~17.33 MPa，整體高于F1、F2斷層且均大于7.5 MPa，評(píng)價(jià)結(jié)果均為好。綜合以上兩方面，F(xiàn)3斷層4個(gè)計(jì)算點(diǎn)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果主要為較好—好（表3）。對(duì)于上沙溪廟組以上地層，斷層垂向封閉性雖然會(huì)因?yàn)閿嗝鎵毫档投谀硞€(gè)深度開始變差，但其在自流井組—上沙溪廟組已經(jīng)具備良好的封閉能力，足以有效阻止其以下天然氣逸散?？傮w上認(rèn)為，F(xiàn)3斷層垂向封閉性良好，有利于天然氣的保存。

表3 馬路背地區(qū)過地震剖面AB線F1、F2、F3“通天”斷層現(xiàn)今垂向封閉性評(píng)價(jià)表

從以上分析可以看出，F(xiàn)1、F2斷層現(xiàn)今垂向封閉性都不理想，對(duì)Mj構(gòu)造天然氣的保存條件不利；相反，F(xiàn)3斷層現(xiàn)今垂向封閉性良好，M1-1構(gòu)造天然氣保存條件并未遭到破壞，有利于天然氣的聚集。

4.2 實(shí)際勘探情況

Mj、M1-1構(gòu)造上均有鉆井，根據(jù)這些鉆井的實(shí)際鉆探情況可以對(duì)上述斷層垂向封閉性評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證。

Mj1井為部署在Mj構(gòu)造的一口探井，正處于兩條“通天”斷層所挾持的破碎帶。該井對(duì)千佛崖組進(jìn)行過測試工作，測試未達(dá)到工業(yè)氣流，同時(shí)伴隨地層出水，測試結(jié)論為含氣水層。同時(shí)，Mj1井附近的兩口井C1井、C2井在須家河組頻繁鉆遇含氣水層。從這三口井的地層水分析化驗(yàn)資料可以看出，水型主要為Na2SO4、NaHCO3型，礦物度偏低，以弱堿性為主（表4），明顯區(qū)別于封閉條件下地層水的特征，是地表水下滲的結(jié)果，反映相對(duì)開啟的水文地質(zhì)環(huán)境。由此證實(shí)Mj構(gòu)造天然氣保存條件遭到一定程度的破壞，這可能與F1、F2斷層垂向封閉性不好有密切關(guān)系（實(shí)際上兩條斷層中任何一個(gè)垂向封閉性不理想，均可導(dǎo)致此結(jié)果），早期形成的天然氣沿?cái)鄬右萆?，地表水沿?cái)鄬泳徛聺B，占據(jù)了儲(chǔ)層的部分儲(chǔ)集空間。

表4 Mj構(gòu)造各鉆井地層水資料

M1-1井、M1-3井位于M1-1構(gòu)造，均靠近于F3斷層。這兩口井在須家河組、自流井組油氣顯示較活躍，異常高壓發(fā)育且都在須家河組測試獲得工業(yè)氣流，地層未出水。以上證據(jù)表明，F(xiàn)3斷層的發(fā)育并未對(duì)M1-1構(gòu)造天然氣保存條件造成破壞，相反成為阻止天然氣向上逸散的遮擋，使M1-1構(gòu)造成為天然氣聚集的有利區(qū)。

本次研究中，斷層垂向封閉性評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際勘探情況較為符合，證明了該評(píng)價(jià)方法的實(shí)用性。

5 存在問題

斷層封閉性研究是油氣地質(zhì)領(lǐng)域公認(rèn)的難點(diǎn)，斷層的封閉性往往受現(xiàn)今地應(yīng)力、斷層類型、斷層活動(dòng)期次和強(qiáng)度、斷層兩盤對(duì)置巖性、斷層幾何學(xué)特征等多種因素影響[15]。本次研究僅從斷裂帶填充物的泥質(zhì)含量和斷面壓力兩個(gè)方面對(duì)斷層垂向封閉性展開評(píng)價(jià)，未能考慮到其他因素；研究對(duì)象只選取了研究區(qū)AB剖面，未能把握平面上斷層垂向封閉性的變化和差異；在地質(zhì)時(shí)間上，也僅考慮了斷層現(xiàn)今的垂向封閉性，未對(duì)斷層的垂向封閉史進(jìn)行分析。總體上來說，本次研究雖取得了一定的應(yīng)用效果，但研究缺乏全面性、系統(tǒng)性。研究中所存在的這些問題都是下一步需要努力的方向。

6 結(jié)論

（1）馬路背地區(qū)主要發(fā)育3條“通天”逆斷層，均向下消失于海相地層，形成于喜山期。其中F1、F2斷層控制Mj構(gòu)造，發(fā)育規(guī)模大，平面上呈NW走向，延伸長度大于40 km，縱向上垂直斷距310~500 m，斷層傾角67°~74°；F3斷層控制了M1-1構(gòu)造，發(fā)育規(guī)模相對(duì)較小，平面上呈NNW走向，延伸長度約16 km，縱向上垂直斷距200~230 m，斷層傾角66°~71°。

（2）斷裂帶填充物的泥質(zhì)含量和斷面壓力是評(píng)價(jià)斷層垂向封閉性的重要因素，利用這兩個(gè)參數(shù)建立相應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)可以對(duì)斷層垂向封閉性展開綜合評(píng)價(jià)，該評(píng)價(jià)方法在研究區(qū)獲得了良好的應(yīng)用效果。

（3）通過評(píng)價(jià)，馬路背地區(qū)F1、F2斷層現(xiàn)今垂向封閉性不理想，對(duì)Mj構(gòu)造造成一定程度的破壞；F3斷層現(xiàn)今垂向封閉性良好，M1-1構(gòu)造天然氣保存條件未受到不利影響，有利于天然氣聚集成藏。

1孟祥宏，王多云，李樹同，等.斷層封閉性研究[J].復(fù)雜油氣藏，2011，4（1）：1-4.

2呂延防，李國會(huì)，王躍文，等.斷層封閉性的定量研究方法[J].石油學(xué)報(bào)，1996，17（3）：39-45.

3郭彤樓.四川盆地北部陸相大氣田形成與高產(chǎn)主控因素[J].石油勘探與開發(fā)，2013，40，（2）：139-148.

4肖莉，鄧紹強(qiáng).四川盆地東北部地區(qū)構(gòu)造演化與油氣的關(guān)系[J].內(nèi)蒙古石油化工，2010，（3）：116-119.

5匡建超，曾劍毅，儲(chǔ)昭奎，等.川西龍門山前緣主要斷層封閉性評(píng)價(jià)[J].天然氣工業(yè)，2008，28（11）：42-45.

6宋明春，付廣，郭忠文，等.斷層垂向封閉性研究及應(yīng)用實(shí)例[J].中國石油勘探，2003，8（2）：55-59.

7付廣，付曉飛，孟慶芬.車古20潛山主要斷層垂向封閉性評(píng)價(jià)[J].新疆石油地質(zhì)，2004，25（2）：134-140.

8梁全勝，劉震，何小胡，等.斷層垂向封閉性定量研究方法及其在準(zhǔn)噶爾盆地白家海凸起東道海子斷裂帶應(yīng)用[J].現(xiàn)代地質(zhì)，2008，22（5）：803-809.

9王志萍，秦啟榮.斷層垂向封閉性研究現(xiàn)狀[J].斷塊油氣田，2008，15（4）：55-59.

10周林帥，張衛(wèi)海，黃峰，等.斷裂帶填充物中泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的確定及斷層封閉性評(píng)價(jià)[J].斷塊油氣田，2010，17（2）：173-176.

11劉震，潭卓，蔡?hào)|升，等.用斷層面正壓力法分析北部灣盆地潿西南凹陷斷層垂向封閉性及其演化[J].地質(zhì)科學(xué)，2008，43，（4）：695-711.

12Yielding G，F(xiàn)reeman B，Needham DT.Quantitative fault sealing prediction[J].AAPG Bulletin，1997，81（11）：897-911.

13劉志宏，王文革，李東成，等.塔里木盆地吐木休克斷裂帶斷層封閉性研究[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（地球科學(xué)版），2003，33（1）：19-25.

14陳善寶，劉志宏，王孔偉，等.塔里木盆地阿南二背斜AN2F0斷層封閉性研究[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2003，22（2）：7-15.

15陳永嶠，周新桂，于興河，等.斷層封閉性要素與封閉效應(yīng)[J].石油勘探與開發(fā)，2003，30，（6）：38-40.

（修改回稿日期2015-06-05編輯王曉清）

梁波，男，1986年出生，湖北武漢人，助理工程師；從事油氣地質(zhì)研究。地址：（610041）四川成都高新區(qū)吉泰路688號(hào)。電話：（028）85164784，15228885527。E-mail:nanweibobo@126.com