一種生長斷層封閉性定量研究方法
——以遼河坳陷遼中凹陷JX1-1油田為例

譚麗娟，解宏澤，張 輝，趙舉舉，郭優(yōu)優(yōu)

(中國石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580)

在斷塊油氣藏中，斷層具有較好的封閉性是油氣成藏的關(guān)鍵，目前國內(nèi)外研究斷層封閉性的方法逐漸由定性分析過渡到與定量研究相結(jié)合，由地質(zhì)學(xué)科過渡到多種學(xué)科相互交叉來綜合評(píng)判斷層的封閉性[1-12]。斷層封閉性定性研究的方法主要有巖性對(duì)置法[13]和儲(chǔ)層流體性質(zhì)法等[14]，定量研究的方法主要有斷面泥巖涂抹因子法[15]、流體包裹體法[16]、排替壓力差法[17]、斷層垂向封閉因子法[18]和模糊綜合評(píng)價(jià)法等[19-20]，每一種方法都有其側(cè)重點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)，前人已經(jīng)研究頗深，本文不再贅述。

1 生長斷層的封閉機(jī)理及影響因素

生長斷層為一種三維地質(zhì)體[21]，若斷層體具有較好的封閉性，則斷層在垂向和側(cè)向上都能夠很好地封閉住油氣。在斷裂活動(dòng)過程中，斷面由于受到斷裂涂抹作用，斷層兩側(cè)的砂泥巖會(huì)“填充”到斷裂帶中。斷層停止生長后，經(jīng)過相當(dāng)長時(shí)間的成巖膠結(jié)作用，再加上斷面正壓力的作用，使得斷面緊閉，斷層帶封閉性變好，從而油氣得以封閉[22-23]。生長斷層封閉性影響因素有很多，總結(jié)起來，主要有斷層傾角、斷面正壓力、斷層帶內(nèi)泥質(zhì)含量以及成巖時(shí)間等。一般來說，斷面較緩，斷面正壓力越大，斷層帶內(nèi)泥質(zhì)含量越多，成巖壓實(shí)作用越強(qiáng)烈，斷層封閉性越好[17,24-26]。

2 生長斷層封閉綜合指數(shù)法

前人在研究斷層封閉性的時(shí)候，大多只考慮斷層壓力和斷層帶泥質(zhì)含量的影響，往往忽略了斷層巖成巖作用的影響。而斷層若要封閉住油氣，必須具備較大的斷層正壓力、較多的斷層帶泥質(zhì)含量以及足夠的成巖時(shí)間，三者缺一不可。在此基礎(chǔ)上，對(duì)每一影響因素進(jìn)行量化分析，提出了斷層封閉綜合指數(shù)法。

2.1 斷面正壓力的求取

斷面正壓力的大小是斷層破碎帶能否緊閉的關(guān)鍵因素，斷層帶所受到的正壓力越大，斷層越緊閉，封堵油氣的潛力也越大。斷層的正壓力大小與斷層傾角、上覆地層密度有關(guān)，一般來說斷層傾角越緩，上覆地層密度越大，斷層所受到的正壓力也就越大。對(duì)于斷層面正壓力的求取，前人做了大量的工作[27]，并建立了相應(yīng)的計(jì)算公式：

P=H(ρr-ρw)×0.009 876cosθ

(1)

式中：P為斷面所受的正壓力，MPa；H為斷面埋深，m；ρr為上覆地層的平均密度，g/cm3;ρw為地層水密度，g/cm3；θ為斷面傾角。

上覆地層的平均密度可以通過測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)獲取，或建立實(shí)測(cè)地層密度與地層埋深關(guān)系曲線來獲得，斷面埋深和地層傾角可以通過地震資料獲取。

2.2 斷層帶泥質(zhì)含量的量化

斷層帶泥質(zhì)含量的估算是影響斷層封閉綜合指數(shù)的重要影響因素，也是斷層能否封閉住油氣的關(guān)鍵，斷層帶中含有較多的泥質(zhì)更能夠加強(qiáng)斷層的封閉性。由于斷層帶中的泥巖主要是來源于斷層兩側(cè)的泥巖地層涂抹，因此用SGR來表示斷層帶的泥質(zhì)含量較為合理。

(2)

2.3 斷層巖成巖壓實(shí)作用的表征

生長斷層中的泥質(zhì)碎屑物必須經(jīng)過一定時(shí)間的成巖膠結(jié)作用方可具有封堵油氣的能力。呂延防等人認(rèn)為壓實(shí)成巖程度可用其所承受的斷面正壓力(P)和斷層停止活動(dòng)距今時(shí)間(T)的乘積表示[17]，承壓時(shí)間越長，所受斷面壓力越大，斷層巖成巖程度越高，巖石越致密，成巖作用越強(qiáng)，因此成巖壓實(shí)作用可以用兩者的乘積(P·T)來表征(圖1)。

圖1 成巖壓實(shí)作用表征示意

2.4 生長斷層封閉綜合指數(shù)的提出

通過對(duì)斷層封閉性的影響因素定量分析，筆者認(rèn)為用斷面壓力(P)、斷層帶泥質(zhì)含量(SGR)以及斷層巖成巖作用(P·T)三者的乘積作為評(píng)價(jià)生長斷層封閉性的標(biāo)準(zhǔn)較為合理，并將其定義為生長斷層封閉綜合指數(shù)(Fci)。為了使結(jié)果有更好的區(qū)分性，引進(jìn)了常數(shù)C。該指數(shù)綜合考慮了影響生長斷層封閉性的因素，包括斷層傾角、地層密度、斷面正壓力、斷層帶泥質(zhì)含量以及成巖作用的影響，即：

(3)

式中：P為斷面壓力，MPa；SGR為斷層涂抹因子；T為生長斷層停止活動(dòng)距今的時(shí)間，Ma；C為常數(shù)，不同地區(qū)可以稍作修改，一般取值為50。

3 實(shí)例應(yīng)用

本文采用上述方法，以遼東灣遼中凹陷JX1-1油田為例，建立了該區(qū)的斷層封閉性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并分析了經(jīng)過該區(qū)的遼中一號(hào)主干斷裂的控藏作用。

3.1 建立JX1-1地區(qū)斷層封閉性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

JX1-1油田位于遼東灣遼中凹陷中部，被遼中一號(hào)主干斷層斷穿為東西盤2個(gè)部分(圖2)，該斷裂在平面上呈NNE向展布，主要的次級(jí)斷層沿遼中一號(hào)斷裂帶兩側(cè)呈雁列狀或羽狀排列，是油氣主要的富集帶。構(gòu)造和油氣成藏特征比較復(fù)雜，從剖面上來看，研究區(qū)從南向北在斷面上依次呈臺(tái)階式斷層組合、“Y”字形斷層組合和近直立的走滑斷層組合[28-29]，主要斷層均為生長斷層。古近系—新近系自下而上發(fā)育的地層主要為孔店組、沙河街組、東營組、館陶組和明化鎮(zhèn)組，該區(qū)主要發(fā)育有東三段、沙一段、沙三段3套生油巖，西盤在東三下段進(jìn)入生烴門限，沙三段和沙一段的烴源巖進(jìn)入大量生烴階段[30]。

圖2 遼河坳陷遼中凹陷JX1-1油田平面位置及沙河街組頂面構(gòu)造

該區(qū)斷層非常發(fā)育，統(tǒng)計(jì)并研究了十幾個(gè)斷層發(fā)育特征，所研究斷層處封閉性已經(jīng)按編號(hào)從剖面圖中標(biāo)出(圖3)，并分別對(duì)其主要影響斷層封閉性的因素進(jìn)行量化。通過式(1)求出各個(gè)斷點(diǎn)的斷面正壓力，并通過式(2)計(jì)算出對(duì)應(yīng)深度的SGR，結(jié)合相應(yīng)的地震剖面資料，計(jì)算出斷層活動(dòng)距今的時(shí)間T，最后根據(jù)式(3)計(jì)算出斷層綜合封閉指數(shù)Fci(表1)。

圖3 遼河坳陷遼中凹陷JX1-1油田油藏剖面

編號(hào)深度/m時(shí)間/Ma地層密度/(g·cm-3)斷層傾角/(°)斷面壓力/MPaSGRFci油氣顯示1178027．62．42143．1118．260．83152．76油2165027．62．32243．1516．850．4367．39油3175527．22．21442．9515．400．5874．83氣4191032．22．46856．3016．430．5595．61油5118031．82．27945．9510．360．5335．84稠油6184027．92．41634．4021．230．3690．54油7160031．22．18744．3013．430．7281．26油8222232．52．27357．8614．860．88125．59氣9162027．82．29547．8913．890．8894．40氣10185020．12．41937．4620．580．3051．08水11208031．02．32757．1014．810．3040．80水12160021．22．18788．520．480．320．03水13210021．42．40757．7815．560．1717．62水14130017．32．21159．667．850．9319．83水15130015．42．19980．052．540．561．11水16155020．12．14354．9610．040．6225．12水

圖4 遼河坳陷遼中凹陷JX1-1油田斷層封閉性評(píng)價(jià)

通過對(duì)研究區(qū)斷層的綜合分析，油氣和水層的斷層封閉綜合指數(shù)分化較為明顯。能夠封堵住油氣的斷層封閉綜合指數(shù)較大，水層以及稠油的封閉綜合指數(shù)較小。從兩者的分化情況來看，確定該區(qū)域的斷層封閉綜合指數(shù)臨界值為60(圖4)，并將60作為該區(qū)的生長斷層封閉性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。在該臨界值之上，油氣才有被斷層封閉的可能性；在臨界值之下，斷層很難具備封堵油氣的可能性。研究區(qū)大部分稠油由于生物降解作用導(dǎo)致稠油的黏度和相對(duì)密度增大，部分稠油相對(duì)密度可以達(dá)到0.98以上，不易流動(dòng)，因此稠油對(duì)于斷層的封閉性要求相對(duì)較低。

3.2 JX1-1地區(qū)遼中一號(hào)斷層封閉性

通過之前建立的JX1-1油田的斷層封閉性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)經(jīng)過該區(qū)的遼中一號(hào)斷層進(jìn)行斷層封閉性評(píng)價(jià)，判斷該評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的可靠性，并分析其主要的控藏作用。

遼中一號(hào)斷層在JX1-1地區(qū)構(gòu)造剖面上呈現(xiàn)“Y”字組合構(gòu)造樣式(圖5)。JX1-1地區(qū)生烴門限為2 500 m，油氣主要來自于沙三段烴源巖，極少部分來自于沙一段烴源巖[30]。該斷層從孔店組時(shí)期至今，一直活動(dòng)較強(qiáng)烈，東營組時(shí)期最為強(qiáng)烈(圖6)，進(jìn)入第四系以來活動(dòng)較弱或者幾乎不活動(dòng)[31-32]，因此將斷層停止活動(dòng)距今的時(shí)間(T)表示為第四系距今的時(shí)間(2.48 Ma)較為合理。

圖5 遼河坳陷遼中凹陷JX1-1地區(qū)遼中一號(hào)斷層剖面

圖6 遼河坳陷遼中凹陷JX1-1地區(qū)遼中一號(hào)斷層活動(dòng)速率示意

利用生長斷層封閉綜合指數(shù)Fci對(duì)遼中一號(hào)斷層進(jìn)行封閉性分析評(píng)價(jià)，通過式(1)求出各個(gè)斷點(diǎn)的斷面正壓力，并通過式(2)計(jì)算出對(duì)應(yīng)深度的SGR，斷層活動(dòng)距今的時(shí)間T為2.48 Ma，最后根據(jù)式(3)計(jì)算出遼中一號(hào)斷層封閉綜合指數(shù)Fci(表2)。

利用斷層封閉綜合指數(shù)法分析得出遼中一號(hào)斷層的封閉綜合指數(shù)普遍小于60(圖7)，處于非封閉區(qū)，說明該斷層難以封閉住油氣，封閉性差。這也是該地區(qū)油氣可以源源不斷地從西盤深層運(yùn)移到東盤，然后在兩側(cè)淺層次級(jí)斷層成藏的主要原因，與前人的認(rèn)識(shí)相吻合[30]。因此遼中一號(hào)斷層在JX1-1地區(qū)油氣成藏過程中主要起輸導(dǎo)作用，對(duì)整個(gè)JX1-1地區(qū)油氣成藏具有重要的意義。

表2 遼河坳陷遼中凹陷JX1-1地區(qū)遼中一號(hào)斷層封閉綜合指數(shù)

圖7 遼河坳陷遼中凹陷遼中一號(hào)斷層封閉綜合指數(shù)

4 結(jié)論

(1)對(duì)斷層封閉性的評(píng)價(jià)必須綜合考慮斷層巖的成巖作用、斷面壓力以及斷裂帶泥質(zhì)含量這3個(gè)重要的影響因素，缺一不可。任何單一影響因素的缺失，都可能使得斷層封閉性變差，難以封堵油氣，而斷層封閉綜合指數(shù)Fci同時(shí)兼顧了這3種因素，實(shí)用性較強(qiáng)。

(2)通過計(jì)算JX1-1地區(qū)的斷層現(xiàn)今封閉綜合指數(shù)，建立了該區(qū)的斷層封閉評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。該區(qū)的斷層封閉綜合指數(shù)臨界值為60，能封閉住油氣的斷層封閉綜合指數(shù)普遍高于60，低于該值不能封閉住油氣。遼中一號(hào)斷裂封閉綜合指數(shù)普遍小于60，封閉性差，在油氣的成藏過程中主要起輸導(dǎo)作用。

(3)JX1-1地區(qū)遼中一號(hào)斷層為主控?cái)鄬樱渭?jí)斷層主要是一些伴隨遼中一號(hào)主干斷裂的走滑伴生斷層。導(dǎo)致兩者封閉性差異的主要因素是遼中一號(hào)斷層傾角相對(duì)較大，所受斷面壓力較小，并且斷層距今活動(dòng)時(shí)間較短，活動(dòng)性大，難以封閉油氣。而大多數(shù)次級(jí)斷裂傾角較緩，所受斷面壓力較大，成巖時(shí)間久，具有封閉油氣的能力。

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