斷層流體鍶、碳、氧同位素示蹤評價(jià)斷層垂向封閉性
——以焦石壩背斜帶為例

馬強(qiáng)，張殿偉，王貴文，朱東亞，張榮強(qiáng)，李天義

1.中國石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249 2.中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083

斷層流體鍶、碳、氧同位素示蹤評價(jià)斷層垂向封閉性
——以焦石壩背斜帶為例

馬強(qiáng)1,2，張殿偉2，王貴文1，朱東亞2，張榮強(qiáng)2，李天義2

1.中國石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249 2.中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083

鍶同位素不易分餾、年代可對比的特性決定其能夠作為有效的斷層流體示蹤指標(biāo)。氧同位素能反映溫度、流體等因素，碳同位素能反映有機(jī)質(zhì)的影響，是鍶同位素的有力補(bǔ)充。利用流體示蹤圖可以判斷斷層不同部位開啟的期次與可能聯(lián)通范圍。針對四川盆地焦石壩背斜帶周緣的斷層，利用脈體鍶、碳、氧同位素開展斷層垂向封閉性評價(jià)。評價(jià)結(jié)果表明：焦石壩地區(qū)志留系以下地層聯(lián)通，存在一期深部殼源富鍶流體，志留系下部的流體未通過斷層向上運(yùn)移。該地區(qū)后期至少經(jīng)過兩期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，針對志留系龍馬溪組頁巖氣，焦石壩背斜帶周邊不同斷層的垂向封閉性具有明顯差異。從平面上看，方斗山斷裂帶中部、大耳山斷裂帶南部、烏江斷裂帶南部斷層垂向封閉性差；大耳山斷裂帶北部、烏江斷裂帶北部、天臺場斷裂帶南部斷層垂向封閉性中等；方斗山斷裂帶北部、南部、天臺場斷裂帶北部垂向封閉性好。

鍶同位素；碳、氧同位素；斷層垂向封閉性；焦石壩

0 引言

針對斷層封閉性，國內(nèi)外學(xué)者做了大量研究[1-15]。斷層對油氣藏的形成與分布具有重要作用[1-2,8]，封閉的斷層可參與形成斷層圈閉[3-5]，開啟的斷層可作為油氣運(yùn)移的通道，也可破壞已經(jīng)形成的油氣藏[2,6-7]，因此，準(zhǔn)確評價(jià)斷層封閉性對正確認(rèn)識油氣運(yùn)移、聚集、散失過程及油氣分布規(guī)律具有重要意義[8]。

斷層封閉性評價(jià)包括側(cè)向封閉性和垂向封閉性評價(jià)兩方面[8-9]。斷層的垂向封閉機(jī)理包括斷層面緊閉封閉機(jī)理和斷裂帶高排替壓力封閉機(jī)理[10]。針對斷層封閉機(jī)理，前人的評價(jià)方法主要從斷層內(nèi)部結(jié)構(gòu)和斷層正面壓力兩方面入手[8-9,11-14]。周慶華[12]指出破碎帶填充大量斷層泥是斷層垂向封閉的關(guān)鍵，付曉飛等[14]將斷層帶細(xì)分為脆性地層斷層帶、塑性斷層帶并分別提出評價(jià)指標(biāo)。針對斷層正面壓力表征，學(xué)者也進(jìn)行了深入的研究[8-9,10-11,13,15]，這些方法能夠在一定程度上表征斷層的垂向封閉性。前人的評價(jià)方法較少使用地球化學(xué)手段。根據(jù)斷層兩側(cè)流體的地球化學(xué)差異評價(jià)斷層側(cè)向封閉性已經(jīng)建立了成熟的方法[16-19]。表征斷層垂向封閉性的地球化學(xué)方法近年發(fā)展較快，地球化學(xué)方法具有直接反映斷層封閉性、精度高的特點(diǎn)。前人運(yùn)用構(gòu)造解析等方法對焦石壩地區(qū)斷層封閉性進(jìn)行了大量研究，但精度較低，隨著焦石壩一期產(chǎn)區(qū)開發(fā)的深入，需要明確斷層封閉性對保存條件的影響。本研究利用斷層流體鍶、碳、氧同位素示蹤開展斷層垂向封閉性評價(jià)，取得良好效果。

鍶同位素近年來常用作研究地下流體差異的重要指標(biāo)。鍶同位素在同一地質(zhì)時(shí)期、同一水域87Sr/86Sr的值基本不變[20]。前人運(yùn)用鍶及其同位素開展了大量的水巖作用和地下水循環(huán)與演化的研究[21-23]。與其他地球化學(xué)指標(biāo)相比，鍶同位素分餾作用弱[24]，干擾因素較少；此外，任一時(shí)代全球海水鍶元素在同位素組成上是均一的，不受緯度、深度的影響[25]，可進(jìn)行時(shí)代對比。在碳酸鹽巖地層中斷層帶被方解石所充填，方解石脈體是流體與巖石相互作用的產(chǎn)物，能夠反映流體的活動(dòng)特性[26-27]。封閉斷層上下屬于不同的流體系統(tǒng)，會(huì)有不同的鍶同位素組成，鍶同位素特征會(huì)有很大的差別，這種差別會(huì)繼承在其沉淀形成的方解石脈中。測量方解石脈鍶同位素?cái)?shù)值，輔助以碳、氧同位素特征，可獲得斷層的垂向封閉性。

1 斷層發(fā)育特征及樣品測試

焦石壩背斜帶位于川東高陡褶皺帶，東側(cè)以齊岳山深大斷裂為界與鄂西端相連，西側(cè)為華鎣山深大斷裂，多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成大量斷層[28-33]。距今135～100 Ma，地層受南東—北西向擠壓，該時(shí)間段地層縮短率為5.6%，斷層基本不發(fā)育。斷層的形成主要集中在喜馬拉雅中晚期(25～15 Ma)，形成一系列由南東向北西方向逆沖的斷層，包括大耳山、天臺場、方斗山、烏江等多條斷裂(圖1)。斷層從基底斷穿至地表，焦石壩地區(qū)共發(fā)育四套滑脫層：分別為嘉陵江組膏巖層、志留系泥巖層、寒武系頁巖層以及深層基底—震旦系滑脫層。多套滑脫層及復(fù)雜的地應(yīng)力造成斷層在垂向上的封閉性具有明顯的差異。根據(jù)區(qū)域應(yīng)力場及構(gòu)造樣式的分析，方斗山斷裂形成時(shí)間最早，規(guī)模最大，所受應(yīng)力場復(fù)雜，斷層封閉性差；天臺場斷裂帶遠(yuǎn)離方斗山斷裂帶，且形成時(shí)間相對較晚，斷層封閉性較好；大耳山斷裂是方斗山斷裂的伴生構(gòu)造，越靠近方斗山斷裂，斷層活動(dòng)越強(qiáng)烈，封閉性越差；烏江斷裂為北西—南東走向，形成晚，活動(dòng)弱，斷層封閉性較好。

地表出露下二疊統(tǒng)、上二疊統(tǒng)，三疊系飛仙關(guān)組、嘉陵江組、雷口坡組地層，為研究斷層的垂向封閉性，圍繞焦石壩背斜帶及周圍采集方解石脈樣品81塊，其中野外樣品79塊，涵蓋了不同期次的方解石脈樣品。此外由于地表缺乏志留系的地層出露，為了便于研究，采集JY51-2HF井志留系龍馬溪組的方解石脈樣品兩塊以便對比，采集樣品的位置見圖1。

室內(nèi)結(jié)合鏡下鑒定等手段對采集的樣品進(jìn)一步篩選，運(yùn)用陰極發(fā)光對方解石脈期次進(jìn)行識別，部分方解石脈較細(xì)，為避免圍巖影響，采用專用鉆頭及顯微鏡鏡下挑選樣品的方法保證所取樣品的純凈。取樣量大于1 000 mg，經(jīng)瑪瑙研缽研磨至小于200目并充分混合。碳、氧同位素測試依據(jù)DZ/T 0184.17—1997《碳酸鹽礦物或巖石中碳、氧同位素組成的磷酸法測定》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測定。儀器為北京核工業(yè)地質(zhì)研究院同位素實(shí)驗(yàn)室MAT253型。鍶同位素在南京大學(xué)完成，儀器型號為Neptune Plus的MC-ICP-MS，采用醋酸、硝酸溶樣法進(jìn)行測試。測試結(jié)果見表1。

圖1 焦石壩一期產(chǎn)區(qū)斷層及樣品分布圖Fig.1 Distribution of faults and simples around the first producing area in Jiao Shiba

層位樣品號87Sr/86Srδ13CV?PDB/‰δ18OV?PDB/‰δ18OSMOW/‰Z值層位樣品號87Sr/86Srδ13CV?PDB/‰δ18OV?PDB/‰δ18OSMOW/‰Z值大耳山斷裂帶方斗山斷裂帶P1FD?080．708456-0．7-13．317．2119．2P1FD?110．7079943．5-7．523．3130．7P1WL?140．707406-2．4-12．418．2116．2P1FD?100．7078072．7-7．423．3129．1P1FD?490．7076222-10．420．2126．2P1FD?360．7078774．1-7．423132P1WL?200．707689-2．5-7．922．8118．2P1FD?120．7081173．7-7．223．1131．3P1WL?190．707698-6．5-7．723110．2T1fFD?440．707409-0．7-14．516118．6P1FL?190．7072741．4-7．723126．3T1fFD?380．7078974．3-10．819．8130．7P1FD?090．7076211．8-7．523．2127．3T1fFD?480．7077043．3-10．819．8128．7P1FL?180．7073331．7-723．7127．3T1fFD?240．707762-12．1-10．220．497．4P1FL?200．7073131．2-723．7126．3T1fFD?460．7075030．8-9．321．3124．3P1WL?260．7075184．5-6．324．4133．4T1fFD?340．7079152．2-7．722．9128P2FD?070．708298-2．3-12．518116．4T1fFD?470．7074440．6-7．423．3124．8P2FD?060．708255-1．9-12．218．3117．3T1fFD?430．7075661．2-7．323．4126．1P2FL?100．707653-9．4-8．622103．8T1fFD?350．7078262．5-723．7128．9P2FL?110．7074492．9-8．422．2129．1T1jFD?450．708341-0．9-12．418．2119．3P2FL?120．7075964．2-7．523．1132．2T1jFD?370．7078974．3-10．819．8130．7P2FL?070．7073902．6-7．323．4129T1jFD?420．707866-0．6-7．923．4122．1P2FL?080．7073993．8-6．923．8131．6T1jFD?410．7078930．3-7．722．7124．1P2FL?090．7072843．5-6．724131．1T1jFD?400．7076733．2-7．423．3130．2P2FL?170．7074933．7-6．424．3131．7T1jFD?390．7076333．3-0．822．6133．7P2WL?250．7091114．5-6．324．4133．4烏江斷裂帶T1fFL?210．7077361．5-1119．6124．9P1WL?090．707580-1-822．7121．3T1fWL?180．7075622．2-8．622．1127．5P1WL?080．7071022．2-7．723128T1fFL?140．7073803．7-8．622．1130．6T1fWL?070．7076043．2-9．821．3129T1fWL?170．7082643．4-7．922．8130．3T1fWL?040．7073390．5-6．324．4125．2T1fWL?120．707952-1．8-7．523．1119．9T1jFL?150．7077643-8．523．1129．2T1fWL?160．7074592．4-6．923．8128．8T1jFL?030．707971-1．5-7．723120．4T1fWL?150．7074513．4-6．823．9130．9T1jFL?020．707890-0．9-7．523．2121．7T1fFL?130．7071234．5-5．824．9133．6T1jFL?160．7073832．9-7．123．6129．7T1jFL?050．708173-1．8-13．117．4117．1T1jFL?010．7081892．4-6．324．4129．1T1jWL?110．708328-1．4-12．118．4118．4T2lWL?060．708113-1．5-12．717．8117．9T1jWL?220．7082812．1-10．819．8126．2T2lWL?050．708937-9．9-822．6103T1jFL?240．7082132．4-10．320．3127．1天臺場斷裂帶T1jFL?220．7081760．3-9．720．9123．1T1fFU?100．7074611．8-426．8129T1jFL?250．708422-4．7-8．722113．3T1fFU?090．707895-1．4-5．225．6121．8T1jFL?040．708394-1．1-8．222．4121T2lFU?010．708363-12．1-8．921．798．1T1jFD?290．708251-1．7-7．922．8119．9T2lFU?020．708292-5．6-8．522．1111．6T1jFD?270．707969-2．1-7．723119．2T2lFU?030．708290-4-1020．6114．1T1jFD?280．707918-1．7-7．323．3120．2T2lFU?060．7082331．6-4．726128．2T1jFL?230．7083160．6-7．323．4124．9T2lFU?070．708474-4．7-822．7113．7T1jFD?260．708086-1．8-7．223．5120T2lFU?080．707913-1．6-5．525．2121．3T1jWL?130．707969-1．5-7．223．5120．6JY51-2HFT1jFD?250．708108-0．2-6．424．3123．7S1l鉆井10．727327-2．9-1317．5116S1l鉆井20．726713-3．2-12．717．8114

注：δ13CV-PDB、δ18OV-PDB代表PDB標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定碳、氧同位素；δ18OSMOW是SNOW標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定氧同位素；Z值是根據(jù)Keith等提出的區(qū)分侏羅紀(jì)和世代更新的海相灰?guī)r和淡水灰?guī)r的經(jīng)驗(yàn)公式求得：Z=2.048×(δ13C+50)+0.498(δ18O+50)，能夠用來指示古鹽度，其中的同位素?cái)?shù)值均為PDB標(biāo)準(zhǔn)。鍶同位素?cái)?shù)值用87Sr/86Sr表示。

2 研究方法及測試結(jié)果分析

斷裂帶附近方解石脈是斷層開啟期間流體充填形成的。流體來源可分為原地流體、內(nèi)源異位流體和外源流體。通過對外源流體形成的方解石脈的鍶同位素的測定，可以追蹤流體可能的來源地層。其地質(zhì)意義在于在地質(zhì)歷史時(shí)期，來源地層和方解石脈充填地層之間曾被斷層溝通。海水的鍶同位素組成主要受殼源和幔源兩個(gè)來源控制：殼源鍶主要由大陸古老巖石風(fēng)化提供，87Sr/86Sr的全球平均值為0.711 9[34]；幔源鍶主要由洋中脊熱液系統(tǒng)提供，87Sr/86Sr平均值為0.703 5[35]。鍶同位素?cái)?shù)據(jù)庫隨著時(shí)間的積累和數(shù)據(jù)量的擴(kuò)大，已經(jīng)越來越完善。國外學(xué)者已經(jīng)建立了不同時(shí)代的海水鍶同位素?cái)?shù)據(jù)庫[36-37]，針對四川盆地不同時(shí)期地層的鍶同位素?cái)?shù)據(jù)，黃思靜、王國芝等做了大量的工作[22，38]，形成了完善的數(shù)據(jù)庫，這些地質(zhì)歷史時(shí)期的海水鍶同位素?cái)?shù)值可以作為對比的標(biāo)準(zhǔn)，確定形成方解石脈的成巖流體的來源地層。脈體氧同位素受溫度、大氣淡水影響，碳同位素受有機(jī)質(zhì)、成巖的影響較大[39]，可以作為一種補(bǔ)充。根據(jù)δ13C、δ18O計(jì)算的Z值能夠反映鹽度[40]，當(dāng)Z>120時(shí)為海相灰?guī)r，當(dāng)Z<120時(shí)為淡水灰?guī)r，從表1中可知大部分方解石為海相成因。

分析時(shí)選擇距離接近、垂直斷層分布樣品進(jìn)行組合對比。根據(jù)表1中的鍶、碳、氧同位素?cái)?shù)據(jù)繪制流體示蹤圖。通過繪制流體示蹤圖可對斷層帶某一位置的流體期次，單期流體的聯(lián)通范圍做出明確的說明。以圖2為例，圖中的藍(lán)線為同時(shí)期海水鍶同位素的數(shù)值范圍，紅色短線為外源流體形成的方解石脈的鍶同位素?cái)?shù)值范圍，紅色圓點(diǎn)為外源流體形成的方解石脈的鍶同位素?cái)?shù)值的平均值。以三疊系嘉陵江組地層為例：外源流體形成的方解石脈的鍶同位素?cái)?shù)值范圍為0.708 173～0.708 210，通過對比同時(shí)期海水的鍶同位素?cái)?shù)值范圍，來自于上志留統(tǒng)地層，證明期間發(fā)生過一次斷層活動(dòng)，上志留統(tǒng)地層和三疊系嘉陵江組地層垂向聯(lián)通。

2.1 方斗山斷裂帶垂向封閉性評價(jià)

方斗山斷裂帶呈北東走向，位于焦石壩地區(qū)的東南部，延伸較遠(yuǎn)，中部與大耳山斷裂帶交匯，南部與烏江斷裂帶交匯。方斗山斷裂帶流體示蹤圖見圖2—圖4。斷裂帶各個(gè)位置的志留系充填一期外源流體形成的方解石脈，方解石脈的鍶同位素?cái)?shù)值范圍為0.726 713～0.727 327，遠(yuǎn)大于同時(shí)期地層海水，來自于下部的富鍶流體；除這一期流體，在方斗山斷裂帶中部，下二疊統(tǒng)、上二疊統(tǒng)、三疊系嘉陵江組充填的外源流體形成的方解石脈的鍶同位素?cái)?shù)值范圍為0.707 620～0.708 456、0.707 807～0.708 298、0.708 173～0.708 210。根據(jù)鍶同位素?cái)?shù)值可知從下二疊統(tǒng)到三疊系嘉陵江組有一期鍶同位素為0.707 80～0.707 840的流體形成的方解石脈充填，氧同位素負(fù)漂移，證明受深部熱流體的影響。結(jié)合同時(shí)期地層海水的數(shù)值，推測為上志留統(tǒng)來源的流體；下二疊統(tǒng)有一期鍶同位素?cái)?shù)值為0.707 62左右的方解石脈充填，碳、氧同位素正常，推測為鄰層上二疊統(tǒng)的流體充填形成；在方斗山斷裂北部，上二疊統(tǒng)、三疊系飛仙關(guān)組充填鍶同位素?cái)?shù)值范圍為0.707 566～0.707 936的方解石脈。大部分方解石脈的δ13CV-PDB的范圍為1.2‰～4.3‰、δ18OV-PDB的范圍為-8.6‰～-6.3‰，碳同位素偏正，可能來自于含膏巖鹽地層，與地層流體濃縮有關(guān)，氧同位素輕度負(fù)漂移，Z值<120，可能是受大氣淡水影響，對比同時(shí)期海水鍶同位素范圍，其來源為嘉陵江組地層的流體；方斗山南部斷層流體示蹤圖見圖4，僅部分位置下二疊統(tǒng)、三疊系飛仙關(guān)組充填鍶同位素?cái)?shù)值范圍為0.707 339～0.707 604的方解石脈，δ13CV-PDB的范圍為-1‰～3.2‰、δ18OV-PDB的范圍為-9.3‰～-6.3‰，氧同位素偏負(fù)，受溫度的影響。對比同時(shí)期海水鍶同位素范圍，其來源為上二疊統(tǒng)地層的流體。

圖2 方斗山斷裂帶中部流體示蹤圖Fig.2 Fluid tracing of the middle Fangdoushan fault zone

圖3 方斗山斷裂帶北部流體示蹤圖Fig.3 Fluid tracing of the north Fangdoushan fault zone

圖4 方斗山斷裂帶南部流體示蹤圖Fig.4 Fluid tracing of the south Fangdoushan fault zone

斷層的垂向封閉性針對志留系龍馬溪組頁巖氣產(chǎn)層。綜合分析認(rèn)為，在方斗山斷裂帶整體，志留系以下為一套流體系統(tǒng)，以重鍶同位素為特征，流體來源可能為深大斷裂形成時(shí)溝通的深部殼源富鍶流體，在斷層形成時(shí)志留系以下地層通過斷層聯(lián)通，斷層垂向封閉性差，但受志留系泥巖的保護(hù)，志留系下部的流體無法通過斷層向上運(yùn)移。晚期構(gòu)造活動(dòng)造成斷層活動(dòng)，斷裂帶中部開啟過兩次，一次志留系上部至三疊系地層通過斷層垂向聯(lián)通，充填志留系上部流體；一次上下二疊統(tǒng)地層通過斷層垂向聯(lián)通，充填上二疊統(tǒng)地層流體。斷裂北部開啟過一次，上二疊統(tǒng)至三疊系嘉陵江組地層通過斷層垂向上聯(lián)通，充填嘉陵江組流體；斷裂南部開啟過一次，下二疊統(tǒng)至三疊系飛仙關(guān)組地層通過斷層垂向上聯(lián)通，充填上二疊統(tǒng)流體。方斗山中部由于受到大耳山斷裂帶的影響，有上志留統(tǒng)的地層流體向上運(yùn)移，對志留系龍馬溪組頁巖氣儲(chǔ)層來說，垂向封閉性最差，方斗山南部、北部沒有志留系地層流體通過斷層向上運(yùn)移，對志留系龍馬溪組頁巖氣儲(chǔ)層來說，垂向封閉性較好。

其他各條斷裂帶也存在早期志留系以下地層充填重鍶流體的情況，與方斗山斷裂情況相同，僅對晚期的活動(dòng)的差異進(jìn)行說明。

2.2 大耳山斷裂帶垂向封閉性評價(jià)

大耳山斷裂帶呈北東走向，位于焦石壩地區(qū)東南部，南部與方斗山斷裂帶交匯。大耳山斷裂帶流體示蹤圖見圖5，圖6。大耳斷裂帶南部，下、上二疊統(tǒng)二疊統(tǒng)、三疊系飛仙關(guān)組、嘉陵江組充填的外源流體形成的方解石脈的鍶同位素?cái)?shù)值范圍為0.707 406～0.707 698、0.708 255～0.709 111、0.707 451～0.708 264、0.708 200～0.708 328。由鍶同位素?cái)?shù)值可知從下二疊統(tǒng)到三疊系嘉陵江組有一期鍶同位素為0.707 800～0.707 911的流體形成的方解石脈充填，氧同位素負(fù)漂移，證明受深部熱流體的影響。結(jié)合同時(shí)期地層海水鍶同位素?cái)?shù)值，推測源自上志留統(tǒng)流體；下二疊統(tǒng)、三疊系飛仙關(guān)組充填一期鍶同位素?cái)?shù)值為0.707 752左右的方解石脈，碳、氧未有明顯負(fù)偏移，可能為鄰層上二疊統(tǒng)流體充填形成；大耳山斷裂北部，三疊系嘉陵江組充填鍶同位素?cái)?shù)值范圍為0.708 086～0.708 424的方解石脈，δ18OV-PDB范圍為-8.7‰～-7.2‰，主要受溫度影響，對比同時(shí)期海水鍶同位素，來源為上志留統(tǒng)地層流體。

圖5 大耳山斷裂帶北部流體示蹤圖Fig.5 Fluid tracing of the north Daershan fault zone

圖6 大耳山斷裂帶南部流體示蹤圖Fig.6 Fluid tracing of the south Daershan fault zone

綜合分析認(rèn)為，晚期斷層活動(dòng)，二疊系至三疊系地層充填第二期流體系統(tǒng)，二疊系、三疊系地層通過斷層聯(lián)通，在地質(zhì)歷史期曾發(fā)生過志留系的流體充填。此外大耳山斷裂南部，在第二套流體系統(tǒng)內(nèi)曾發(fā)生過局部的二疊系內(nèi)的流體活動(dòng)。對志留系龍馬溪組頁巖氣儲(chǔ)層來說，大耳山斷裂帶整體封閉性差，北部封閉性相對較好。

2.3 烏江斷裂帶垂向封閉性評價(jià)

烏江斷裂帶呈北北西走向，位于焦石壩主產(chǎn)區(qū)西部，與方斗山斷裂帶、天臺場斷裂帶交匯。烏江斷裂帶流體示蹤圖見圖7，圖8。在烏江斷裂帶北部三疊系嘉陵江組充填的外源流體形成的方解石脈的鍶同位素?cái)?shù)值范圍為0.707 383～0.708 189。其中，鍶同位素?cái)?shù)值在0.708 189左右的方解石的碳同位素為2.4‰，碳同位素偏正，與地層流體濃縮有關(guān)，可能與來自于膏巖鹽地層，結(jié)合同時(shí)期地層海水的數(shù)值，推測為三疊系雷口坡組來源的流體受到三疊系嘉陵江組膏巖的影響；鍶同位素?cái)?shù)值在0.707 383左右的方解石的氧同位素偏負(fù)，推測受溫度影響，結(jié)合同時(shí)期地層海水的數(shù)值，推測為上二疊統(tǒng)來源的流體。在烏江斷裂帶南部下二疊統(tǒng)、三疊系嘉陵江組充填的外源流體形成的方解石脈的鍶同位素?cái)?shù)值范圍分別為0.707 580、0.708 173～0.708 394。根據(jù)鍶同位素?cái)?shù)值可知從下二疊統(tǒng)的方解石脈來自相鄰的上二疊統(tǒng)的流體活動(dòng)、三疊系嘉陵江組充填的方解石脈來自于上志留統(tǒng)地層的流體。

圖7 烏江斷裂帶北部流體示蹤圖Fig.7 Fluid tracing of the north Wujiang fault zone

圖8 烏江斷裂帶南流體示蹤圖Fig.8 Fluid tracing of the south Wujiang fault zone

斷層的垂向封閉性針對志留系龍馬溪組頁巖氣產(chǎn)層。分析認(rèn)為，在烏江斷裂整體，后期斷層活動(dòng)斷裂南部開啟過兩次，一次志留系上部至三疊系地層通過斷層聯(lián)通，充填志留系上部流體，一次上下二疊統(tǒng)地層通過斷層聯(lián)通，充填上二疊統(tǒng)地層流體；斷裂北部流體連通限于三疊系雷口坡組到上二疊統(tǒng)。斷裂南部由于受到方斗山斷裂帶的影響，有來自于上志留統(tǒng)地層的流體沿?cái)鄬酉蛏线\(yùn)移，垂向封閉性最差；斷裂北部斷垂向封閉性相對較好。

2.4 天臺場斷裂帶垂向封閉性評價(jià)

天臺場斷裂帶北部呈北西走向，南部轉(zhuǎn)換為南北走向，位于焦石壩地區(qū)的西北部。天臺場斷裂帶流體示蹤圖見圖9、圖10。除志留系充填一期外源流體形成的方解石脈外。在天臺場斷裂帶北部三疊系雷口坡組、飛仙關(guān)組分別充填鍶同位素?cái)?shù)值為0.707 913、0.707 889 5的外源流體形成的方解石脈，碳同位素偏正，可能來自于含膏巖鹽地層，結(jié)合同時(shí)期地層海水的數(shù)值，推測為三疊系嘉陵江組來源的流體；在天臺場斷裂帶南部三疊系雷口坡組充填的外源流體形成的方解石脈的鍶同位素?cái)?shù)值范圍為0.708 363～0.708 474。根據(jù)鍶同位素?cái)?shù)值可知方解石脈來自于上志留統(tǒng)地層的流體。

在天臺場斷裂整體，后期斷層活動(dòng)，斷裂北部發(fā)生過三疊系內(nèi)流體連通，沒有來自產(chǎn)層的地層流體，垂向封閉性最好。斷裂南部部垂向封閉性較差，后期活動(dòng)造成上志留統(tǒng)到雷口坡組地層連通。

圖9 天臺場斷裂帶北部流體示蹤圖Fig.9 Fluid tracing of the north Tiantaichang fault zone

圖10 天臺場斷裂帶南部流體示蹤圖Fig.10 Fluid tracing of the south Tiantaichang fault zone

位置流體期次流體聯(lián)通范圍斷層垂向封閉性方斗山斷裂帶北部1期上二疊統(tǒng)—三疊系嘉陵江組好中部2期上志留統(tǒng)—三疊系嘉陵江組差二疊系內(nèi)部南部1期下二疊統(tǒng)—三疊系嘉陵江組好大耳山斷裂帶北部1期上志留統(tǒng)—三疊系嘉陵江組中等南部2期上志留統(tǒng)—三疊系嘉陵江組差下二疊統(tǒng)—三疊系飛仙關(guān)組烏江斷裂帶北部2期三疊系內(nèi)部中等上二疊統(tǒng)—三疊系飛仙關(guān)組南部2期上志留統(tǒng)—三疊系嘉陵江組差二疊系內(nèi)部天臺場斷裂帶北部1期三疊系內(nèi)部好南部1期上志留統(tǒng)—三疊系雷口坡組中等

注：斷層各部位早期志留系以下地層通過斷層垂向聯(lián)通，受志留系泥巖滑脫層控制，流體無法向上運(yùn)移。

圖11 斷層垂向封閉性綜合評價(jià)圖Fig.11 Evaluation of vertical sealing of faults

2.5 綜合評價(jià)

通過不同部位的流體示蹤圖可對斷層垂向封閉性進(jìn)行評價(jià)，斷層的垂向封閉性針對志留系龍馬溪組頁巖氣產(chǎn)層。評價(jià)結(jié)果見表2和圖11。各斷裂帶早期志留系以下地層流體通過斷層聯(lián)通，受志留系泥巖的保護(hù)，志留系下部的流體無法通過斷層向上運(yùn)移。晚期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使斷層開啟。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，焦石壩背斜帶及周邊不同位置斷層的垂向封閉性具有明顯差異。根據(jù)流體期次和聯(lián)通范圍對焦石壩背斜帶周圍斷層垂向封閉性進(jìn)行評價(jià)，認(rèn)為斷層晚期開啟一次且沒有志留系流體沿?cái)鄬酉蛏线\(yùn)移的部位斷層垂向封閉性好、斷層晚期開啟過兩次且有志留系流體沿?cái)鄬酉蛏线\(yùn)移的部位斷層垂向封閉性差、斷層晚期開啟過一次但有志留系流體向上運(yùn)移的部位或斷層晚期開啟過兩次但沒有志留系流體沿?cái)鄬酉蛏线\(yùn)移的部位斷層垂向封閉性中等。結(jié)果表明：方斗山斷裂中部、大耳山斷裂南部、烏江斷裂南部充填多期流體且充填志留系流體形成的方解石脈，斷層垂向封閉性差；大耳山斷裂北部、烏江斷裂帶北部、天臺場斷裂帶南部后期經(jīng)過一期流體充填但充填志留系流體形成的方解石脈或經(jīng)過多期流體充填，斷層垂向封閉性中等；方斗山斷裂帶北部、南部、天臺場斷裂帶北部晚期僅經(jīng)歷一期流體充填且沒有來自志留系的流體，斷層垂向封閉性好。

斷層的形成晚于頁巖氣的生烴高峰，處于頁巖氣的散失階段，斷層垂向封閉性越差，頁巖氣越可通過斷層散失，其產(chǎn)能越差。因此可通過生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)證實(shí)上述結(jié)論，焦石壩一期產(chǎn)區(qū)主體區(qū)的平均無阻流量為52.1萬方/天。靠近烏江斷裂南部的生產(chǎn)井存在井漏、壓力降低的現(xiàn)象，平均無阻流量為9.1萬方/天，證明該區(qū)斷層對頁巖氣產(chǎn)層影響較大，斷層封閉性差。此外統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，靠近大耳斷裂帶北部的生產(chǎn)井的無阻流量明顯大于南部，證明了大耳山斷裂北部斷層垂向封閉性好于南部。

3 結(jié)論

(1) 以鍶同位素為主體、輔助以碳、氧同位素建立的斷層流體示蹤斷層垂向封閉性評價(jià)方法能夠?qū)μ妓猁}巖地層中的斷層垂向封閉性進(jìn)行評價(jià)，是對其他方法的有力補(bǔ)充。

(2) 焦石壩地區(qū)志留系以下地層早期充填一期深部殼源富鍶流體，受志留系泥巖滑脫層的保護(hù)，志留系下部的流體未通過斷層向上運(yùn)移。晚期斷層活動(dòng)，針對志留系龍馬溪組頁巖氣儲(chǔ)層，評價(jià)認(rèn)為方斗山斷裂中部、大耳山斷裂南部、烏江斷裂南部斷層垂向封閉性差；大耳山斷裂北部、烏江斷裂帶北部、天臺場斷裂帶南部斷層垂向封閉性中等；方斗山斷裂帶北部、南部、天臺場斷裂帶北部斷層垂向封閉性好。

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好幾次，蔣春豬想跳下來，可馬跑得太快，他跳下來，不死也得重傷，他又是呼喝又是扯韁繩，藍(lán)晶馬終于停了下來。蔣春豬撥轉(zhuǎn)馬頭就往回跑。

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EvaluationofVerticalSealingofFaultsbyStrontium,CarbonandOxygenIsotopeTracingofFaultFluid:AcasefromtheanticlinalbeltinJiaoshibaarea

MA Qiang1,2, ZHANG DianWei2, WANG GuiWen1, ZHU DongYa2, ZHANG RongQiang2,LI TianYi2

1.CollegeofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China2.ResearchInstituteofPetroleumExploration&Production，SINOPEC，Beijing100083,China

Because the strontium isotope is not easy to be fractionated and can be compared with the time, the strontium isotope can be used as an effective index of fluid tracing. Oxygen isotopes can reflect the temperature, fluid and other factors, and carbon isotopes can reflect the organic matter, so they can be used as the strontium isotope supplement. The time and possibility of opening of in different parts of the fault can be judged by using fluid tracing diagram. In this paper, we take the example of faults around the anticlinal belt Jiao Shi Ba and make use of strontium, carbon and oxygen isotopes in the veins to study the vertical sealing of faults. The evaluation results show that the strata under the Silurian strata are communication in this area and there is a period of strontium-rich fluid from deep crust. But protected by decollement from mudstone in the Silurian strata, the period of strontium rich fluid cannot migration to upper strata through faults. This area was at last through two times of tectonic movement in the late period. Aiming at Silurian Longmaxi shale gas reservoir, different faults have obvious differences. From the plane of view, the vertical sealing of faults in the middle of Fangdoushan fault zone, and the south of Daershan fault zone, the south of Wujiang fault zone is bad. The vertical sealing of faults in the north of Wujinag fault zone, the south of Tiantaichang fault zone is medium. The vertical sealing of faults in the north of Fangdoushan fault zone, the south of Fangdoushan fault zone, and the north of Tiantaichang fault zone is good.

strontium isotope; carbon and oxygen isotope; vertical sealing of fault; Jiaoshiba

1000-0550(2017)06-1205-12

10.14027/j.cnki.cjxb.2017.06.012

2016-11-14；收修改稿日期2016-12-04

中國石化科技部項(xiàng)目(P16083)[FoundationScience and Technology Department of the SINOPEC, No. P16083]

馬強(qiáng)，男，1992年出生，研究生，碩士，地球化學(xué)、測井地質(zhì)學(xué)，E-mail: qiangmade@163.com

P597+.2

A