斷裂輸導(dǎo)-封閉轉(zhuǎn)換部位預(yù)測(cè)方法及其在渤海灣盆地歧口凹陷的應(yīng)用

王羽君

（中國石化中原油田分公司油田開發(fā)管理部，河南 濮陽 457001）

0 引 言

在含油氣盆地中斷裂既可以為油氣的運(yùn)移提供輸導(dǎo)條件，又可以為油氣聚集提供封堵條件，油氣能否運(yùn)聚成藏還要受到斷裂輸導(dǎo)-封閉轉(zhuǎn)換部位的影響，只有位于有利的斷裂輸導(dǎo)-封閉轉(zhuǎn)換部位處及附近，油氣才能運(yùn)聚成藏；否則油氣不能運(yùn)聚成藏［1?5］。由此不難看出，斷裂輸導(dǎo)-封閉轉(zhuǎn)換部位的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，不僅是搞清含油氣盆地?cái)嗔迅浇蜌夥植家?guī)律的關(guān)鍵，還能夠保證油氣勘探順利進(jìn)行。

以往關(guān)于斷裂輸導(dǎo)向封閉轉(zhuǎn)換的研究可概括為以下2個(gè)方面：第1個(gè)方面是根據(jù)活動(dòng)期斷裂輸導(dǎo)油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道與停止活動(dòng)后斷裂封閉部位之間的空間配置關(guān)系，研究斷裂輸導(dǎo)向封閉轉(zhuǎn)換的有利條件［6?11］，將斷裂輸導(dǎo)油氣優(yōu)勢(shì)通道與斷裂側(cè)向封閉部位的耦合作為斷裂輸導(dǎo)向封閉轉(zhuǎn)換的有利條件；第2個(gè)方面是根據(jù)斷裂斷層巖排替壓力隨時(shí)間變化關(guān)系和儲(chǔ)層巖石排替壓力隨時(shí)間變化關(guān)系，研究斷裂輸導(dǎo)向封閉轉(zhuǎn)換時(shí)期［12?15］，將斷層巖排替壓力與儲(chǔ)層巖石排替壓力相等時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)期作為斷裂輸導(dǎo)向封閉轉(zhuǎn)換時(shí)期。前人的這些研究對(duì)揭示含油氣盆地輸導(dǎo)斷裂附近的油氣分布規(guī)律起到了促進(jìn)作用，對(duì)油氣勘探也具有一定指導(dǎo)意義。然而，以上研究僅能給出斷裂輸導(dǎo)-封閉轉(zhuǎn)換的有利條件，但不能厘定出不同類型斷裂輸導(dǎo)-封閉轉(zhuǎn)換部位，這會(huì)導(dǎo)致含油氣盆地輸導(dǎo)斷裂附近的油氣分布規(guī)律刻畫時(shí)出現(xiàn)偏差，油氣勘探失利。由上可知，開展斷裂輸導(dǎo)-封閉轉(zhuǎn)換部位的預(yù)測(cè)方法研究，對(duì)正確認(rèn)識(shí)含油氣盆地?cái)嗔迅浇蜌夥植家?guī)律及指導(dǎo)其油氣勘探均具有重要意義。

1 斷裂輸導(dǎo)-封閉轉(zhuǎn)換機(jī)制及部位

活動(dòng)期斷裂伴生裂縫發(fā)育，具有相對(duì)較高的孔隙度和滲透率，油氣可沿伴生裂縫向上覆地層中運(yùn)移，如圖1（a）所示。斷裂停止活動(dòng)后，受到上覆沉積載荷重量、區(qū)域主壓應(yīng)力和地下水膠結(jié)3個(gè)因素的共同影響，斷裂伴生裂縫漸漸閉合，已無法繼續(xù)輸導(dǎo)油氣。但斷裂填隙物仍具有孔隙，能否封閉油氣主要取決于斷裂在區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)斷層巖的封閉性，若斷層巖封閉，那么斷裂輸導(dǎo)向封閉轉(zhuǎn)換，否則斷裂輸導(dǎo)不能向封閉轉(zhuǎn)換，如圖1（b）所示。

圖1 斷裂輸導(dǎo)和封閉油氣模式示意Fig. 1 Schematic diagram of pattern of fault transporting and sealing hydrocarbon

由于斷裂不同時(shí)期輸導(dǎo)和封閉油氣特征在空間分布上的差異，造成斷裂輸導(dǎo)-封閉轉(zhuǎn)換部位不同，斷裂輸導(dǎo)-封閉轉(zhuǎn)換主要有4種部位：第1種為斷裂有利輸導(dǎo)-封閉轉(zhuǎn)換部位，該部位活動(dòng)期斷裂為有利輸導(dǎo)部位，停止活動(dòng)后斷裂為封閉部位，有利于油氣運(yùn)聚成藏；第2種為斷裂有利輸導(dǎo)-不封閉轉(zhuǎn)換部位，該部位活動(dòng)期斷裂為有利輸導(dǎo)部位，但停止活動(dòng)后斷裂為不封閉部位，不利于油氣運(yùn)聚成藏；第3種為斷裂不利輸導(dǎo)-封閉部位轉(zhuǎn)換部位，該部位活動(dòng)期斷裂為不利輸導(dǎo)部位，而停止活動(dòng)后斷裂為封閉部位，也不利于油氣運(yùn)聚成藏；第4種為斷裂不利輸導(dǎo)-不封閉轉(zhuǎn)換部位，該部位活動(dòng)期斷裂為不利輸導(dǎo)部位，停止活動(dòng)后斷裂為不封閉，更不利于油氣運(yùn)聚成藏。

2 斷裂輸導(dǎo)-封閉轉(zhuǎn)換部位預(yù)測(cè)方法

由上可見，只有先厘定出活動(dòng)時(shí)期斷裂有利與不利輸導(dǎo)部位及停止活動(dòng)后斷裂封閉與不封閉部位，才能準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出斷裂輸導(dǎo)-封閉轉(zhuǎn)換部位。

要確定出活動(dòng)期斷裂有利和不利輸導(dǎo)部位，先由三維地震數(shù)據(jù)讀取不同部位斷裂的斷距，再根據(jù)最大斷距相減法［16］恢復(fù)活動(dòng)期斷裂古斷距，將之與斷裂活動(dòng)時(shí)期相除，求出活動(dòng)期斷裂古活動(dòng)速率。由斷裂輸導(dǎo)油氣所需的最小活動(dòng)速率確定方法［17］確定，研究區(qū)斷裂輸導(dǎo)油氣所需的最小活動(dòng)速率，將斷裂古活動(dòng)速率大于等于斷裂輸導(dǎo)油氣的最小活動(dòng)速率的部位作為斷裂的有利輸導(dǎo)部位，而將斷裂古活動(dòng)速率小于斷裂輸導(dǎo)油氣的最小活動(dòng)速率的部位作為斷裂不利輸導(dǎo)部位（圖2（a））。

圖2 斷裂輸導(dǎo)-封閉轉(zhuǎn)換部位示意Fig. 2 Schematic diagram of fault transport-seal transform locations

要確定出停止活動(dòng)后斷裂封閉與不封閉部位，就必須確定出停止活動(dòng)后不同部位斷裂在區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)斷層巖排替壓力和下伏儲(chǔ)層巖排替壓力。要確定出斷層巖排替壓力，就必須確定出斷層巖泥質(zhì)含量和壓實(shí)成巖埋深。由井震資料，確定區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)斷裂斷距和被斷裂錯(cuò)斷的區(qū)域性泥巖蓋層厚度及斷裂帶內(nèi)泥質(zhì)含量，公式為

式中：Rf——斷層巖泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)，%；

Hi——被斷裂錯(cuò)斷第i層巖層厚度，m；

Ri——被斷裂錯(cuò)斷第i層巖層泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)，%；

n——被斷裂錯(cuò)斷巖層層數(shù)；

L——斷裂斷距，m。

利用斷裂傾角、停止活動(dòng)時(shí)期、與斷層巖具有相同埋深的圍巖埋深與壓實(shí)成巖時(shí)期，由斷層巖壓實(shí)成巖埋深確定方法［18］確定出斷層巖壓實(shí)成巖埋深，將已確定出斷層巖泥質(zhì)含量和壓實(shí)成巖埋深代入研究區(qū)圍巖實(shí)測(cè)排替壓力與壓實(shí)成巖埋深和泥質(zhì)含量之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式［19］中，可得到停止活動(dòng)后不同部位斷裂斷層巖的排替壓力（圖2（b））。要確定出下伏儲(chǔ)層巖石排替壓力，可利用鉆井資料確定壓實(shí)成巖埋深（若地層未發(fā)生明顯的抬升剝蝕，可用其現(xiàn)今埋深代替）和泥質(zhì)含量（根據(jù)自然伽馬測(cè)井資料，由巖石泥質(zhì)含量計(jì)算方法［20］求得），將其代入到研究區(qū)儲(chǔ)層實(shí)測(cè)排替壓力與其壓實(shí)成巖埋深和泥質(zhì)含量之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式［19］中，可以確定出不同部位下伏儲(chǔ)層巖石的排替壓力。

將上述已確定出的停止活動(dòng)后斷裂不同部位處斷層巖排替壓力與下伏儲(chǔ)層巖石排替壓力疊合，便可以得到斷裂封閉與不封閉分布部位，斷層巖排替壓力大于或等于其下伏儲(chǔ)層巖石排替壓力的部位即為斷裂封閉部位；反之，則為斷裂不封閉部位，如圖2（b）所示。將上述已確定出的活動(dòng)期斷裂有利與不利輸導(dǎo)部位與停止活動(dòng)后斷裂封閉與不封閉部位疊合，可以預(yù)測(cè)出斷裂輸導(dǎo)-封閉轉(zhuǎn)換部位，如圖2（c）所示。

3 應(yīng)用實(shí)例

本文以渤海灣盆地歧口凹陷板橋斷裂作為實(shí)例進(jìn)行方法應(yīng)用，通過文中所述方法對(duì)其在沙一下亞段內(nèi)輸導(dǎo)-封閉轉(zhuǎn)換部位進(jìn)行預(yù)測(cè)，將所得預(yù)測(cè)結(jié)果與研究區(qū)目前已探明油氣進(jìn)行對(duì)比，檢驗(yàn)本文所建方法的可行性。板橋斜坡區(qū)是目前歧口凹陷油氣勘探的重點(diǎn)地區(qū)，發(fā)育的地層有古近系（孔店組、沙河街組和東營組）、新近系（館陶組和明化鎮(zhèn)組）和第四系。

目前在板橋斷裂附近已探明的油氣主要集中在沙河街組地層（圖3），其中以沙一下亞段地層中分布最多，油氣來源于下伏沙三段源巖，是典型的下生上儲(chǔ)式生儲(chǔ)蓋組合。板橋斷裂位于板橋斜坡區(qū)東北部，走向?yàn)楸睎|東向，斷裂長度均為13 km，斷層面向北北西方向傾斜，傾角為60°~70°，從下伏基巖向上斷至近地表（圖3（a））。板橋斷裂不僅溝通了下伏沙三段源巖層和上覆沙一下亞段儲(chǔ)層，且在油氣成藏期——明化鎮(zhèn)組沉積中晚期活動(dòng)，為沙一下亞段油源斷裂。目前板橋斷裂附近沙一下亞段已發(fā)現(xiàn)有大量油氣分布，其中斷裂的西部和東部油氣相對(duì)較多，中部相對(duì)較少（圖3（b）），這不僅與其附近圈閉和砂體發(fā)育狀況有關(guān)，更重要的原因則是受到板橋斷裂在沙一下亞段內(nèi)輸導(dǎo)-封閉轉(zhuǎn)換部位的控制。由此看出，精確地預(yù)測(cè)板橋斷裂在沙一下亞段的輸導(dǎo)-封閉轉(zhuǎn)換部位，應(yīng)是指導(dǎo)研究區(qū)沙一下亞段油氣勘探的關(guān)鍵。

圖3 板橋斷裂輸導(dǎo)-封閉轉(zhuǎn)換部位與沙一下亞段油氣分布關(guān)系Fig. 3 Relationship between Banqiao fault transport-seal transform locations and hydrocarbon distribution in Es1x

利用三維地震數(shù)據(jù)獲得板橋斷裂在沙一下亞段內(nèi)的斷距，按照最大斷距相減法［16］恢復(fù)其在油氣成藏期——明化鎮(zhèn)組沉積中晚期的古斷距，與斷裂活動(dòng)時(shí)期相除，求得板橋斷裂在沙一下亞段內(nèi)的古活動(dòng)速率，如圖4（a）所示。板橋斷裂在油氣成藏期——明化鎮(zhèn)組沉積中晚期古活動(dòng)速率在其西部和東部較大，中部和東西兩端局部較小，由歧口凹陷斷裂輸導(dǎo)油氣所需的最小活動(dòng)速率為4 m/Ma（圖4（a）），可以得到活動(dòng)期板橋斷裂除中部和東部端部局部為不利輸導(dǎo)部位外，其余部位皆為有利輸導(dǎo)部位（圖4（b））。

圖4 明化鎮(zhèn)組沉積中晚期板橋斷裂輸導(dǎo)有利與不利部位Fig. 4 Favorable and unfavorable locations of Banqiao fault in middle and late sedimentary period of Nm Formation

根據(jù)鉆井和三維地震數(shù)據(jù)獲得板橋斷裂在沙一下亞段區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)斷距、被板橋斷裂錯(cuò)斷的沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層厚度及泥質(zhì)含量（根據(jù)自然伽馬測(cè)井資料，由巖石泥質(zhì)含量計(jì)算方法［20］求?。瑢⑷≈荡胧剑?）中求取板橋斷裂在沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)斷層巖泥質(zhì)含量。利用板橋斷裂傾角、停止活動(dòng)時(shí)期和沙一下亞段圍巖埋深，壓實(shí)成巖時(shí)期，由斷層巖壓實(shí)成巖埋深求取方法［18］確定了板橋斷裂在沙一下亞段內(nèi)斷層巖壓實(shí)成巖埋深。將板橋斷裂在沙一中亞段內(nèi)斷層巖泥質(zhì)含量和壓實(shí)成巖埋深，代入歧口凹陷圍巖實(shí)測(cè)排替壓力隨其壓實(shí)成巖埋深與泥質(zhì)含量的關(guān)系式中，進(jìn)而求得停止活動(dòng)后—現(xiàn)今板橋斷裂在沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)斷層巖排替壓力（圖5），板橋斷裂在沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)不同部位處的斷層巖排替壓力除中部局部較小外，其余部位皆較大。歧口凹陷圍巖實(shí)測(cè)排替壓力公式為

圖5 現(xiàn)今板橋斷裂在沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)斷層巖排替壓力Fig. 5 Fault rock discharge pressure of current Banqiao fault in regional mudstone caprock of Es1z

式中：pdf——歧口凹陷圍巖實(shí)測(cè)排替壓力，MPa；

Zf——歧口凹陷圍巖壓實(shí)成巖埋深，m；

Rf——歧口凹陷圍巖泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)，%。

利用鉆井資料讀取板橋斷裂處沙一下亞段儲(chǔ)層埋深（由于上覆地層未遭受明顯的地層抬升剝蝕，可用其現(xiàn)今埋深代替），利用自然伽馬測(cè)井資料，由巖石泥質(zhì)含量計(jì)算方法［20］求取板橋斷裂處沙一下段儲(chǔ)層巖石泥質(zhì)含量，將板橋斷裂處沙一下亞段儲(chǔ)層巖石壓實(shí)成巖埋深與泥質(zhì)含量代入歧口凹陷儲(chǔ)層巖石實(shí)測(cè)排替壓力隨其壓實(shí)成巖埋深與泥質(zhì)含量之間關(guān)系式中，便可以得到現(xiàn)今板橋斷裂處沙一下亞段儲(chǔ)層巖石排替壓力（圖6）。由圖6中可以看出，目前板橋斷裂處沙一下亞段儲(chǔ)層巖石排替壓力整條斷裂相差不大，均分布在0.33 MPa左右。歧口凹陷儲(chǔ)層巖石排替壓力公式為

圖6 現(xiàn)今板橋斷裂處沙一下亞段儲(chǔ)層巖石排替壓力Fig. 6 Reservoir rock discharge pressure of current Banqiao fault in Es1x

式中：pdr——歧口凹陷儲(chǔ)層巖石排替壓力，MPa；

Zr——歧口凹陷儲(chǔ)層巖石壓實(shí)成巖埋深，m；

Rr——歧口凹陷儲(chǔ)層巖石泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)，%。

將上述已確定出的板橋斷裂在沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)斷層巖排替壓力與沙一下亞段儲(chǔ)層巖石排替壓力疊合，可以得到停止活動(dòng)后—現(xiàn)今板橋斷裂封閉與不封閉部位（圖7）。由圖7可以看出，板橋斷裂僅在其中部局部為不封閉部位，其余部位皆為封閉部位。

將上述已確定的活動(dòng)期板橋斷裂有利與不利輸導(dǎo)部位與停止活動(dòng)后板橋斷裂封閉與不封閉部位疊合，得到板橋斷裂輸導(dǎo)-封閉轉(zhuǎn)換部位（圖3（b））。由圖3（b）中可以看出，板橋斷裂在沙一下亞段內(nèi)輸導(dǎo)-封閉轉(zhuǎn)換有3種部位：有利輸導(dǎo)-封閉轉(zhuǎn)換部位主要分布在西部和東部大部分部位，不利輸導(dǎo)-封閉轉(zhuǎn)換部位僅分布在東部端部，不利輸導(dǎo)-不封閉轉(zhuǎn)換部位僅分布在中部。

目前板橋斷裂附近沙一下亞段已發(fā)現(xiàn)油氣在斷裂的西南部和東北部分布較多（圖3（b）），位于板橋斷裂在沙一下亞段內(nèi)有利輸導(dǎo)-封閉轉(zhuǎn)換部位處及其附近。這是因?yàn)檫@個(gè)部位能使下伏沙三段源巖處獲得的油氣通過板橋斷裂有利輸導(dǎo)部位向上運(yùn)移，進(jìn)入到沙一下亞段儲(chǔ)層內(nèi)的油氣又可被封閉的板橋斷裂阻擋，有利于油氣在板橋斷裂附近沙一下亞段內(nèi)聚集成藏，油氣鉆探可以鉆遇油氣；相反，板橋斷裂不利輸導(dǎo)-封閉轉(zhuǎn)換部位和不利輸導(dǎo)-不封閉轉(zhuǎn)換部位均不利于油氣在板橋斷裂附近沙一下亞段內(nèi)聚集成藏，油氣鉆探也就不能鉆遇油氣［21?23］。

4 結(jié) 論

（1）斷裂輸導(dǎo)-封閉轉(zhuǎn)換部位主要有斷裂有利輸導(dǎo)-封閉轉(zhuǎn)換、有利輸導(dǎo)-不封閉轉(zhuǎn)換、不利輸導(dǎo)-封閉轉(zhuǎn)換和不利輸導(dǎo)-不封閉轉(zhuǎn)換4種部位。

（2）通過古活動(dòng)速率確定出活動(dòng)期斷裂有利與不利輸導(dǎo)部位，通過斷層巖排替壓力和下伏儲(chǔ)層巖石排替壓力確定出停止活動(dòng)后斷裂封閉與不封閉部位，建立了一套預(yù)測(cè)斷裂輸導(dǎo)-封閉轉(zhuǎn)換部位的方法，經(jīng)實(shí)例應(yīng)用，驗(yàn)證了該方法用于預(yù)測(cè)斷裂輸導(dǎo)-封閉轉(zhuǎn)換部位的可行性。

（3）板橋斷裂輸導(dǎo)-封閉轉(zhuǎn)換有3種部位，有利輸導(dǎo)-封閉轉(zhuǎn)換部位分布在其西部和東部絕大部分部位，有利于下伏沙三段源巖生成油氣在沙一下亞段內(nèi)運(yùn)聚成藏；不利輸導(dǎo)-封閉轉(zhuǎn)換部位僅分布在其東部端部，不利于下伏沙三段源巖生成油氣在沙一下亞段內(nèi)運(yùn)聚成藏；不利輸導(dǎo)-不封閉轉(zhuǎn)換部位僅分布在其中部局部，更不利于下伏沙三段源巖生成油氣在板橋斷裂附近沙一下亞段內(nèi)運(yùn)聚成藏。與目前板橋斷裂附近沙一下亞段內(nèi)已發(fā)現(xiàn)油氣分布相吻合。