北部灣盆地烏石凹陷東區(qū)斷裂封閉性評價

劉煜磊 ，盧建勇 ，范彩偉 ，楊希冰 ，胡德勝 ，張帥

（1.中國石化勝利油田分公司魯明油氣勘探開發(fā)有限公司，山東 東營 257000；2.中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057）

0 引言

北部灣盆地是中國南海北部陸緣中生代區(qū)域伸展-走滑應(yīng)力背景下發(fā)育而成的新生代裂陷盆地[1-4]，是中國近海海域重要的原油勘探盆地[5]。盆地內(nèi)部以北東向企西隆起為界，發(fā)育南部、北部兩大坳陷區(qū)。北部坳陷自北向南發(fā)育樂民凹陷、潿西南凹陷、潿西南低凸起及海中凹陷4個次級構(gòu)造單元；南部坳陷包括紀家、烏石等多個凹陷，以及企水、流沙、徐聞3個凸起。

長期勘探開發(fā)實踐證實，作為北部灣盆地的二級構(gòu)造單元之一，烏石凹陷具有極大的油氣資源潛力[6-10]。凹陷內(nèi)古近紀斷裂發(fā)育十分豐富，而由于封閉性的差異，斷裂既可以作為油氣運移通道，又可以作為圈閉遮擋物，對相關(guān)油藏的形成具有控制作用[11-15]。以往斷裂相關(guān)研究多停留在傳統(tǒng)幾何學(xué)描述及成藏定性表征方面[16-20]，研究成果預(yù)測精度不高，前瞻性不足。為有效提高勘探精度，精準(zhǔn)預(yù)測有利成藏區(qū)帶，需要開展斷裂封閉性研究。目前，國內(nèi)外斷裂封閉性研究主要集中于定量評價階段。相關(guān)學(xué)者先后總結(jié)出泥巖涂抹封閉、對接封閉、破碎作用封閉、層狀硅酸鹽封閉及成巖封閉等5種封閉機理，形成了邏輯信息法、泥巖涂抹分析、模糊數(shù)學(xué)分析、三維構(gòu)造數(shù)值模擬等評價方法[21-23]，提出了泥巖沾污潛力（CSP）、泥巖沾污因子（SSF）、啟閉因子[24-26]等評價參數(shù)，逐漸構(gòu)成了豐富、成熟的評價體系。本文在明確烏石凹陷東區(qū)斷裂發(fā)育特征的基礎(chǔ)上，合理選取評價參數(shù)，運用模糊數(shù)學(xué)評價方法對斷裂分類型、分規(guī)模、分區(qū)域進行封閉性綜合評價，同時分析斷裂封閉性影響因素，以期揭示研究區(qū)斷裂封閉性橫、縱向差異特征，為該區(qū)的進一步勘探提供指導(dǎo)。

1 地質(zhì)背景

烏石凹陷位于北部灣盆地南部坳陷中部，整體呈EW向展布，總面積約2 680 km2。凹陷北側(cè)以6號斷層為界與企西隆起相鄰，以企水凸起為界與紀家凹陷相隔；南東側(cè)以7號斷層為界與流沙低凸起相連；南西側(cè)以流沙低凸起西翼為界與海頭北凹陷相望[27]。研究區(qū)位于該凹陷東半部，基底為白堊系（頂界面T100），之上依次超覆沉積了古近系古新統(tǒng)的長流組（E1ch，頂界面T90），始新統(tǒng)的流沙港組三段（E2l3，頂界面 T86）、流沙港組二段（E2l2，頂界面 T83）、流沙港組一段（E2l1，頂界面 T80），漸新統(tǒng)的潿洲組三段（E3w3，頂界面 T72）、潿洲組二段（E3w2，頂界面 T70）、潿洲組一段（E3w1，頂界面 T60），新近系的下洋組（N1x，頂界面 T50）、角尾組（N12，頂界面 T40）、燈樓角組、望樓港組及第四系，總體上地層厚度自北向南、自東向西逐漸變薄、尖滅。依據(jù)古近系地層格架、構(gòu)造起伏特征，該區(qū)進一步劃分為7個次一級構(gòu)造單元：北部緩坡帶、北部次洼帶、中部低幅背斜帶、南部深洼帶、南部陡坡帶、中區(qū)次洼帶及東部高幅背斜帶（見圖1）。

圖1 烏石凹陷東區(qū)構(gòu)造單元及斷裂分布

2 斷裂發(fā)育特征

自古近紀以來，烏石凹陷東區(qū)先后經(jīng)歷了古新世初始伸展、始新世強伸展、早漸新世走滑弱伸展、晚漸新世走滑弱擠壓及新近紀熱沉降等5個主要演化階段，形成了極其復(fù)雜的斷裂系統(tǒng)。本文借助高精度三維地震資料，依據(jù)力學(xué)成因?qū)⑵鋭澐譃槿箢悾荷煺箶嗔?、張扭斷裂及反轉(zhuǎn)斷裂（見圖1）。其中：1）伸展斷裂發(fā)育數(shù)量最多，全區(qū)范圍內(nèi)皆有分布，走向為NW向、近EW向，極少數(shù)呈NE向展布。剖面形態(tài)似座椅狀、鏟狀，較少發(fā)育為板狀。2）張扭斷裂發(fā)育數(shù)量較多，且分布規(guī)則，剖面上斷面陡直，頂部切割T60界面，底部限制于T80界面。研究區(qū)中部，該類斷裂與伸展斷裂相伴生，構(gòu)成“花心”處張扭、“花瓣”處伸展的混合“花形”斷裂體系。3）反轉(zhuǎn)斷裂發(fā)育數(shù)量少，且相對獨立，呈NE向、近EW向展布，剖面上具有以T72為界“深部伸展、淺層擠壓”的識別特征[28]。

3 評價參數(shù)與方法

斷裂在油氣運移、聚集乃至散失過程中具有雙重作用，既可以充當(dāng)溝通油源與儲層間的通路，又可以成為油氣成藏的遮擋[29-30]；而這一“角色”的定位取決于斷裂自身封閉性的強弱，并最終決定油氣藏空間分布規(guī)律。烏石凹陷東區(qū)三大類斷裂的發(fā)育規(guī)模、形態(tài)及組合樣式等存在較大差異，勢必造成控藏能力的空間差異。在充分考慮研究區(qū)斷裂自身屬性、評估各單因素參數(shù)優(yōu)劣的基礎(chǔ)上，選取多重參數(shù)對烏石凹陷東區(qū)各類型斷裂的封閉性進行綜合評價。

3.1 定量參數(shù)

3.1.1 標(biāo)準(zhǔn)化斷裂泥比率（SSGR）

SSGR參數(shù)的提出，是基于張扭斷裂封閉性計算過程中的2個現(xiàn)實問題：1）沿斷裂走向斷裂帶的厚度不是一成不變的，如果斷裂帶變厚，其中的泥質(zhì)體積分數(shù)勢必變大。但是，由于斷裂帶體積相對于泥巖體積的增加更大，泥質(zhì)體積分數(shù)反而會降低，導(dǎo)致計算值與真實值存在較大誤差；2）評估泥巖涂抹效果的傳統(tǒng)參數(shù)，如 CSP，SSF，SGR（斷裂泥比率）等[31-33]主要是針對兩盤沿斷面傾向上下滑動的斷裂，僅適用于伸展斷裂或逆沖斷裂。SSGR的計算公式為

式中：hi為第i個泥巖層的厚度，m；L1為斷裂真實滑距，m；下標(biāo) i為泥巖層序號（i=1，2，…，n）。

該參數(shù)具體求取步驟為：1）根據(jù)區(qū)域地質(zhì)背景及斷裂組合形態(tài)，確定斷裂是張扭斷裂；2）在垂直斷裂走向的地震剖面上，通過時深轉(zhuǎn)換，得到張扭斷裂沿傾向的涂抹滑距L；3）根據(jù)鉆遇斷裂并取心的巖心觀察，獲得斷面擦痕的方向，得到斷裂真實滑距與走向的夾角α；4）利用三角函數(shù)關(guān)系 L1=L/sin α，得到斷裂真實滑距；5）將錄井巖性資料投影到地質(zhì)剖面上，得到斷裂兩盤不同層位的巖性對接關(guān)系；6）被斷泥巖的累積厚度與張扭斷裂真實滑距的比值，即為SSGR[34]。

因此，運用斷裂真實滑距及巖性數(shù)據(jù)計算的SSGR參數(shù)，綜合考慮了斷裂沿走向滑動對泥巖涂抹效果的影響，能夠有效提高泥巖涂抹參數(shù)的準(zhǔn)確性，對張扭斷裂更加適用，更能代表烏石凹陷東區(qū)張扭斷裂封閉性的真實情況。

3.1.2 不同類型、規(guī)模的斷裂評價參數(shù)

在針對不同類型、規(guī)模的斷裂進行封閉性評價時，需要挑選合適的參數(shù)。本文引入斷面正應(yīng)力F[35-37]、泥質(zhì)體積分數(shù) φm[38-40]及斷面緊閉指數(shù) IFT[41]等參數(shù)對伸展斷裂和反轉(zhuǎn)斷裂分別進行評價。

3.2 模糊數(shù)學(xué)評價方法

由于僅根據(jù)單因素評價的封閉性結(jié)果差異較大，因此，在對以上每個定量參數(shù)計算的基礎(chǔ)上，采用模糊數(shù)學(xué)評價方法，依據(jù)單一參數(shù)對斷裂封閉性貢獻的大小，分別進行加權(quán)賦值，來衡量該參數(shù)在模糊評價值中所占的比重，從而對斷裂封閉性進行綜合評價[42]。具體公式為

式中：Nj為第j個評價參數(shù)的權(quán)重因子（當(dāng)影響因素很少時，Nj趨近 0；當(dāng)影響因素很多時，Nj趨近 1）；nj為第j個評價參數(shù)所包含的影響因素個數(shù)；Mj為第j個評價參數(shù)的權(quán)重系數(shù)（即該參數(shù)的權(quán)重因子與權(quán)重因子之和的比值，代表該參數(shù)在封閉性評價中所占的比重）；下標(biāo)j為評價參數(shù)序號。

根據(jù)烏石凹陷東區(qū)控藏斷裂封閉性的分析結(jié)果，制定了研究區(qū)斷裂封閉性評價標(biāo)準(zhǔn)：綜合評價值大于0.50時，斷裂整體封閉性好；綜合評價值為0.35～0.50時，斷裂封閉性較好；綜合評價值小于0.35時，斷裂封閉性差。

4 斷裂封閉性評價

在明確掌握烏石凹陷東區(qū)斷裂幾何學(xué)特征的基礎(chǔ)上，對研究區(qū)斷裂封閉性評價剖面進行時深轉(zhuǎn)換處理，將其轉(zhuǎn)換為地質(zhì)剖面；結(jié)合自然伽馬（GR）測井曲線和錄井巖性資料，劃分斷裂各層段上、下盤對接砂-泥巖層，得到研究區(qū)各測線巖性對接關(guān)系剖面（見圖2）；通過巖心擦痕及地震剖面測量，得到斷面傾角、滑距、砂體厚度及平均泥巖厚度值，進一步計算各砂體的封閉性評價參數(shù)值，對它們分別進行加權(quán)分析，得到烏石凹陷東區(qū)斷裂封閉性綜合評價值（見表1）。

圖2 烏石凹陷東區(qū)測線2，3過井巖性對接關(guān)系剖面

表1 烏石凹陷東區(qū)F31斷裂封閉性綜合評價

同理，對烏石凹陷東區(qū)其余8條測線（見圖1）所涉及的45條斷裂進行封閉性綜合評價，得出如下規(guī)律：橫向上，研究區(qū)斷裂封閉性具有明顯的區(qū)域性特征，自西向東逐漸變差（見圖3a）；縱向上，單一斷裂隨深度增加封閉性逐漸改善，流沙港組一段及潿洲組層段封閉性整體較好，可作為油氣運移的有效遮擋，下洋組斷裂封閉性普遍較差（綜合評價均值為0.33），油氣封堵能力十分有限（見圖3b），不具現(xiàn)實控藏意義。

圖3 烏石凹陷東區(qū)斷裂封閉性評價結(jié)果

不同類型的斷裂封閉性差異較大。反轉(zhuǎn)斷裂綜合評價均值高達0.53，對油氣具有極強封堵能力，反轉(zhuǎn)層段甚至有可能形成斷裂遮擋型油氣藏。伸展斷裂綜合評價均值為0.38～0.40，封閉性整體較好，對油氣具有一定遮擋作用。規(guī)模較大的伸展斷裂可與砂體、不整合等組成配套輸導(dǎo)體系，構(gòu)成復(fù)雜的立體控藏結(jié)構(gòu)。張扭斷裂封閉性綜合評價均值為0.29～0.34，封閉性較差，極易造成油氣散失（見圖3a）。

以上對烏石凹陷東區(qū)斷裂封閉性的評價結(jié)果，涉及砂體厚度、平均泥巖厚度、滑距及斷面傾角等參數(shù)的測量和計算。本文采用散點圖的形式，來揭示這些參數(shù)與斷裂封閉性之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。結(jié)果表明：研究區(qū)斷裂封閉性與砂體厚度、平均泥巖厚度及滑距均具有明顯的線性關(guān)系（見圖4a—4c），而與斷面傾角不具明顯的線性關(guān)系（見圖4d）。當(dāng)斷裂兩側(cè)砂體厚度為28.3～42.0 m、平均泥巖厚度大于28.5 m、滑距大于40.5 m時，封閉能力普遍較強。

圖4 烏石凹陷東區(qū)斷裂封閉性影響因素

5 應(yīng)用效果分析

為驗證理論研究結(jié)果的準(zhǔn)確性，將前文結(jié)論與生產(chǎn)實踐結(jié)果進行了對比分析。結(jié)果表明：橫向上，位于“花心”處的張扭斷裂所封油柱高度（小于47.5 m）普遍低于“花瓣”處的伸展斷裂所封油柱高度（大于50.0 m）；縱向上，單一斷裂流沙港組一段所封油柱高度均大于56.0 m，遠高于潿洲組的平均油柱高度35.5 m（見圖5）。這一實踐結(jié)果與斷裂封閉性綜合評價結(jié)果擬合較好：伸展斷裂封閉性好于張扭斷裂；單一斷裂流沙港組一段好于潿洲組層段、下洋組層段。這表明研究結(jié)果完全符合研究區(qū)實際情況，同時驗證了全新定量參數(shù)SSGR在張扭斷裂封閉性評價過程中具有良好使用效果，對豐富斷裂封閉性評價方法以及進一步揭示研究區(qū)斷裂控藏規(guī)律具有重要指導(dǎo)意義。

圖5 斷裂封閉性與所封油柱高度對比示意

6 結(jié)論

1）對傳統(tǒng)斷裂封閉性評價參數(shù)SGR進行校正，提出一種更加適用于張扭斷裂封閉性評價的參數(shù)SSGR。該參數(shù)能夠反映斷裂滑移過程中泥巖涂抹的真實效果，在研究區(qū)張扭斷裂應(yīng)用效果明顯。

2）橫向上，烏石凹陷東區(qū)斷裂封閉性具有區(qū)域性特征，自西向東逐漸變差；縱向上，流沙港組一段及潿洲組斷裂封閉性整體較好，可作為油氣運移的有效遮擋，下洋組封閉性較差，不具現(xiàn)實控藏意義。斷裂類型方面，反轉(zhuǎn)斷裂反轉(zhuǎn)層段封閉性最好，伸展斷裂次之，張扭斷裂封閉性較差。

3）斷裂兩側(cè)砂體厚度、平均泥巖厚度及滑距是影響烏石凹陷東區(qū)斷裂封閉性的主要因素。當(dāng)斷裂兩側(cè)砂體厚度為28.3～42.0 m、平均泥巖厚度大于28.5 m、滑距大于40.5 m時，斷裂封閉能力普遍較強。