金崇泰，付曉飛，柳少波

（1.東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江 大慶 163318；2.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院實(shí)驗(yàn)中心，北京 100083）

斷層側(cè)向封堵性評(píng)價(jià)方法綜述

金崇泰1，付曉飛1，柳少波2

（1.東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江 大慶 163318；2.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院實(shí)驗(yàn)中心，北京 100083）

針對(duì)碎屑巖中正斷層側(cè)向封堵性評(píng)價(jià)的10種研究方法，文中從各方法的基本原理入手，分析其優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍，從而進(jìn)行了全面的論述和評(píng)價(jià)。斷層側(cè)向封堵性評(píng)價(jià)方法可概括成4類：Ⅰ類是斷層巖封閉法；Ⅱ類是斷層兩側(cè)流體相關(guān)參數(shù)對(duì)比法；Ⅲ類是巖性對(duì)接封閉法；Ⅳ類是綜合法。每個(gè)斷層側(cè)向封堵性評(píng)價(jià)方法都有一定的局限性，具體選用何種評(píng)價(jià)方法，要具體情況具體分析確定?？偟膩碚f，巖性對(duì)接分析和斷層兩側(cè)流體分析是對(duì)地質(zhì)特征的基本描述，是評(píng)價(jià)或預(yù)測(cè)斷層側(cè)向封堵性的基礎(chǔ)。若是砂砂對(duì)接，則SGR法是目前比較成熟的評(píng)價(jià)方法。

斷裂側(cè)向封閉；巖性對(duì)接；泥巖涂抹；斷面壓力法

0 引言

早在1958年，Weeks就提出“斷裂對(duì)油氣到底是起封閉作用還是起運(yùn)移作用”的疑問［1］。隨著勘探程度的增加和知識(shí)積累，人們逐漸認(rèn)識(shí)到斷裂對(duì)油氣既起封閉作用，又起運(yùn)移作用［2-4］。1984年Downey將斷層封閉分為頂部封閉（垂向封閉）和側(cè)向封閉［3］。近30 a來，隨著人們對(duì)斷層的野外觀察、實(shí)驗(yàn)?zāi)M以及高分辨率地震技術(shù)的發(fā)展，對(duì)斷層結(jié)構(gòu)、斷層封閉類型和斷層巖的物性都有了突破性的認(rèn)識(shí)。在此基礎(chǔ)上，國(guó)內(nèi)外地質(zhì)工作者提出了許多斷層側(cè)向封堵性評(píng)價(jià)方法。然而各個(gè)方法都是地質(zhì)工作者基于一定的地質(zhì)環(huán)境提出的，必然存在局限性，在實(shí)際應(yīng)用這些方法進(jìn)行斷裂側(cè)向封堵性評(píng)價(jià)時(shí)，必須了解其基本原理及適用條件，以免適得其反。

1 斷層巖封閉法

1.1 斷層巖物性分析法

斷層對(duì)油氣的封閉作用機(jī)理是斷層帶物質(zhì)（斷層巖）的毛細(xì)管壓力作用［2］。當(dāng)油氣所受的浮力未超過斷層巖的毛細(xì)管壓力時(shí)，斷層對(duì)油氣起遮擋作用。

通過測(cè)量斷層巖的物性來推算其毛細(xì)管壓力的大小，可以評(píng)價(jià)斷層的封閉性［5-6］。目前，斷層巖物性的獲取有3種方法：一是直接測(cè)量斷層巖巖心，然而在實(shí)際工作中，很少能取到斷層巖的巖心；二是用母巖的物性來預(yù)測(cè)斷層巖的物性，其基本原理是統(tǒng)計(jì)野外露頭的斷層巖和母巖的滲透率，擬合成公式，但是斷層巖的成巖作用往往比母巖復(fù)雜得多，所以用母巖的滲透率來反映斷層巖的滲透率存在著很大的誤差；三是用斷層巖的泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)來預(yù)測(cè)斷層巖的物性，其基本原理是在野外采斷層巖的樣品，建立泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)與斷層巖滲透率的關(guān)系，下面是2個(gè)已報(bào)道的經(jīng)驗(yàn)公式：

1）Manzocchi等提出的公式為［7］

式中：Kf為斷層巖滲透率，10-3μm2；CCR為斷層巖的泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)；D為斷層的滑距，m。

2）Sperrevik等提出的公式為［8］

式中：Zmax為斷層巖的最大埋深，m；Zf為斷層活動(dòng)時(shí)期斷層巖的埋深，m；a，b，c，d，e均為擬合出來的參數(shù)，a= 80000，b=19.4，c=0.004 03，d=0.0055，e=12.5。

若有井打在斷裂帶上，就可以采巖屑，做X衍射實(shí)驗(yàn)或者通過GR測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)來獲得斷層巖泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，滑距從地震剖面上讀出，這樣就可以用Manzocchi公式來預(yù)測(cè)Kf的值。而在實(shí)際運(yùn)用Sperrevik公式時(shí)，必須恢復(fù)斷層的埋藏史，得到Zmax，再根據(jù)斷裂活動(dòng)時(shí)期，估算出Zf。斷層巖的埋深對(duì)斷層巖物性的影響是不可忽視的［9］。但是Zmax，Zf的確定是極其困難的，特別在地震資料不理想的情況下。

1.2 SGR法

SGR是Yielding在1997年提出的一種斷層涂抹因子［10-11］，用來預(yù)測(cè)由于斷裂機(jī)械運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的進(jìn)入斷層帶的泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。SGR的計(jì)算公式為

式中：Vsh為地層泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；ΔZ為地層厚度，m；D為斷距，m。

SGR法其實(shí)是斷層巖物性分析法的延伸，其基本原理是SGR能反映斷層巖的泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，而泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)直接影響斷層巖的物性，而過斷層壓力差又受斷層巖毛細(xì)管壓力的影響。Yielding通過統(tǒng)計(jì)SGR與過斷層壓力差，并考慮到斷層巖的物性受泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)與埋深的共同影響，所以將斷層巖按埋深分別建立SGR的封閉包絡(luò)線［12］，如當(dāng)斷層巖埋深小于3 000 m時(shí)，由斷距和斷移地層的泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、厚度計(jì)算出的SGR為40%，那么就認(rèn)為此斷層巖的最大毛細(xì)管壓力為1 MPa，從而換算出所能支撐的烴柱高度。

1.3 斷面壓力法

關(guān)于斷面所受正應(yīng)力與斷層封堵性的關(guān)系，國(guó)內(nèi)外的研究都較少［3］。但在一定程度上，斷面壓力法還是能定性反映斷層封堵性。斷面壓力法基本原理是當(dāng)斷面所受的壓力較大時(shí)，斷裂帶內(nèi)的充填物磨碎和壓實(shí)程度高，滲透率減小［13-15］，斷面壓力的算法如下：

若斷層巖不存在超壓，則

式中：p為斷層面所受有效應(yīng)力，Pa；p1為上覆巖層作用在斷面上的壓力，Pa；p2為水平應(yīng)力作用在斷面上的壓力，Pa；p3為斷層巖的地層壓力，Pa；Z為斷面埋深，m；ρ為上覆地層的平均密度，kg/m3；ρw為地層水密度，kg/m3；g為重力加速度，m/s2；α為斷層面傾角，°；σH為區(qū)域水平最大地應(yīng)力，Pa；σh為區(qū)域水平最小地應(yīng)力，Pa；β為地應(yīng)力與斷層走向所夾銳角，°。

綜上所述，斷面所受壓力是斷面埋深、傾角、上覆巖層密度、區(qū)域水平應(yīng)力及其與斷層走向交角的函數(shù)。

2 巖性對(duì)接法

2.1 Allan圖

Allan圖是Allan在研究墨西哥沿岸三角洲油氣與構(gòu)造關(guān)系過程中提出的一種模式圖，用來分析斷層與油氣運(yùn)移、聚集的關(guān)系［4］。其基本假設(shè)是斷層巖不發(fā)育，斷層既不起封閉作用，也不起輸導(dǎo)作用。斷層在橫向上的封堵性取決于斷層兩盤的巖性組合及其接觸關(guān)系。將斷層兩側(cè)的地層幾何形態(tài)、巖性投影到斷層面上，根據(jù)斷層兩側(cè)的巖性接觸關(guān)系，評(píng)價(jià)斷層的側(cè)向封堵性。

2.2 Knipe圖解

Knipe圖解是以單井資料為基礎(chǔ)編制的理想狀態(tài)下巖性并置及封堵圖，X（水平）軸代表斷層垂直斷距的變化［16-17］。圖1表明了一條伸展斷層，其下盤地層保持水平，上盤地層保持傾斜，并置圖的這種視角，等同于“看穿”一條斷層，下盤地層可視作與斷層面相交，上盤地層可看作沿斜線與斷層面相交，在圖上向右垂直斷距增加。Knipe圖解實(shí)際是表達(dá)理想狀態(tài)下不同斷距的斷層兩盤對(duì)接特征，以此為基礎(chǔ)，可進(jìn)一步計(jì)算不同斷距條件下不同對(duì)接類型的斷裂帶內(nèi)頁(yè)巖斷層泥比率（SGR）值，并根據(jù)斷裂帶中SGR判斷斷層巖類型，從而判斷斷層的側(cè)向封閉能力。

2.3 斷移地層砂泥比值法

如果被斷層所錯(cuò)動(dòng)的地層中砂泥比值大，則斷層兩側(cè)砂泥對(duì)置的可能性就小，而且斷裂帶的充填物也以砂巖為主，所以斷層側(cè)向封堵性必然要差。呂延防統(tǒng)計(jì)了遼河油田34條已知封閉性的斷層，得出同生斷層斷移地層的砂泥比值大于1.0，非同生斷層大于0.8時(shí)，斷層則不具側(cè)向封閉性［18］。

圖1 Knipe圖解兩盤巖性對(duì)接關(guān)系

2.4 砂泥對(duì)接概率法

在砂泥巖地層剖面中，將砂巖視為滲透性地層，泥巖視為非滲透性地層。砂泥對(duì)接概率是指占斷層目的盤砂巖層總厚度的某一百分?jǐn)?shù)的砂巖層被對(duì)置盤泥巖層封堵的可能性大小。在斷層目的盤一側(cè)，通過模擬計(jì)算，相對(duì)目的盤砂巖層總厚度而言，如果僅有少部分砂巖層被對(duì)置盤泥巖層封堵的概率高，則說明該斷層側(cè)向封堵性差，反之，封堵性好。呂延防在研究延吉盆地時(shí)，根據(jù)鉆井資料劃分沉積相，統(tǒng)計(jì)每一相中的砂泥小層厚度，確定厚度分布規(guī)律，從而推算斷面附近的小層厚度，計(jì)算對(duì)接概率［18］。

3 斷層兩側(cè)流體相關(guān)參數(shù)對(duì)比法

斷層兩側(cè)流體相關(guān)參數(shù)對(duì)比法是斷層側(cè)向封閉性評(píng)價(jià)最直觀的手段，也是檢驗(yàn)斷層封閉與否的手段。其基本原理是斷層若側(cè)向封閉，兩側(cè)流體不能自由通過斷面，此時(shí)地層壓力、油氣水界面、流體特征、微量元素等方面必然存在差異。

斷層兩側(cè)地層壓力的對(duì)比，是斷層定量封閉性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)［10，19］。斷層兩側(cè)地層壓力可以通過RFT測(cè)試和鉆桿壓力測(cè)試得到，差值越大斷層封閉性越好。

如果斷層側(cè)向封閉，理論上斷層兩側(cè)的流體是不同的溫壓系統(tǒng)，地層溫度應(yīng)該是不一樣的，但實(shí)際上，地層溫度主要是由地溫梯度決定的。至今，尚未見報(bào)導(dǎo)利用斷層兩側(cè)流體地層溫度的差異來標(biāo)定斷層封堵性。斷層兩側(cè)油氣藏的油氣水界面不一致，則斷面是封閉的，油氣水界面性質(zhì)和地層壓力是最重要的2個(gè)指標(biāo)。

若斷層兩側(cè)流體是氣，則要對(duì)比其組分特征（烴類、非烴）、相態(tài)參數(shù)特征（臨界溫度、臨界壓力）［12］、碳?xì)涞确€(wěn)定同位素組成、稀有氣體同位素組成、相對(duì)密度等。若斷層兩側(cè)流體是油，則要從物性參數(shù)、生物標(biāo)志物、芳烴、碳同位素、含氮化合物等方面來進(jìn)行對(duì)比。若斷層兩側(cè)流體是水，則主要是從顏色、氣味、透明度、沉淀物、pH值、蘇林分類的水型、同位素等方面來進(jìn)行常規(guī)對(duì)比。另外，也可用膠結(jié)物的微量元素來對(duì)比。Hayes等發(fā)現(xiàn)富Mn的方解石通常形成于海相［20］。金之鈞等認(rèn)為富Mg的方解石應(yīng)沉積于湖相地層水中［21］。Cao Jian對(duì)紅車斷裂上下盤及斷裂帶系統(tǒng)產(chǎn)樣，分析膠結(jié)物中方解石的Mn，F(xiàn)e，Mg等元素，發(fā)現(xiàn)斷裂下盤的膠結(jié)物是富Mg方解石，而斷裂帶及斷層上盤是富Mn方解石，從而推出斷裂兩側(cè)地層水類型不同，據(jù)此判斷，紅車斷裂至少在某個(gè)時(shí)期是封閉的［22］。

由斷層兩側(cè)流體充注期次的對(duì)比也可間接判斷出斷裂的封閉性。Cao Jian在研究準(zhǔn)西北緣的紅車斷裂時(shí)，根據(jù)包裹體的巖相、均一溫度，將其劃分出3期，又發(fā)現(xiàn)前2期的包裹體在斷裂的上下盤和斷裂帶均有發(fā)現(xiàn)，而第3期的氣包裹體只存在于斷裂的下盤，由此判斷，第3期氣充注時(shí)，斷裂是封閉的［22］。

4 綜合法

4.1 斷裂開啟指數(shù)法

Zhang Likuan等在研究大港油田時(shí)，認(rèn)為斷裂的開啟與封閉受多種地質(zhì)因素 （主要為斷面附近的泥巖地層壓力、垂直斷面的應(yīng)力、SGR）影響［23］，為了綜合考慮這些地質(zhì)因素，提出了斷裂開啟指數(shù)。

式中：FOI為斷裂開啟指數(shù)，無量綱；p為斷面附近的泥巖地層壓力，MPa；δ為垂直斷面的應(yīng)力，MPa；SGR為斷層泥比率，無量綱。

當(dāng)FOI≤0.75時(shí)，斷裂封閉；FOI≥3.25時(shí)，斷裂開啟；當(dāng)0.75＜FOI＜3.25時(shí)，斷裂可能封閉，也可能開啟，但FOI越大，開啟的可能性越大。

4.2 模糊綜合評(píng)判法

該方法是由鄧俊國(guó)等［24］提出的，考慮影響斷層封閉性的各種因素對(duì)其所做的綜合研究。由于本文只探討斷層的側(cè)向封閉性，又結(jié)合近年來的研究成果，故對(duì)評(píng)價(jià)標(biāo)志做了一些修改（見表1）。值得指出的是，這里的模糊綜合評(píng)判法是在判定砂砂對(duì)接的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，因?yàn)槿魯鄬觾杀P砂泥對(duì)接，則認(rèn)為斷層側(cè)向封閉。已見報(bào)道的除上述2個(gè)，還有非線性映射分析法［25］等。

5 綜述

斷層側(cè)向封堵性評(píng)價(jià)方法總的來說可以概括成4大類：Ⅰ類是斷層巖封閉法（斷層巖性分析、斷面正應(yīng)力、SGR法）；Ⅱ類是斷層兩側(cè)流體相關(guān)參數(shù)對(duì)比法；Ⅲ類是巖性對(duì)接封閉法；Ⅳ類是綜合法（見圖2）。

每個(gè)斷層側(cè)向封堵性評(píng)價(jià)方法都有其局限性，具體選用何種評(píng)價(jià)方法，要根據(jù)具體情況分析選用。但總的來說，巖性對(duì)接圖和斷層兩側(cè)流體分析是對(duì)地質(zhì)特征的基本描述，是評(píng)價(jià)或預(yù)測(cè)斷層側(cè)向封堵性的基礎(chǔ)。若是砂砂對(duì)接，SGR法是目前較成熟的評(píng)價(jià)方法。

表1 斷層側(cè)向封閉性單因素評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)［24］

圖2 斷層側(cè)向封堵性評(píng)價(jià)方法總結(jié)

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（編輯 趙旭亞）

Review on evaluation methods of lateral sealing of fault

Jin Chongtai1,Fu Xiaofei1,Liu Shaobo2
(1.College of Geosciences,Northeast University of Petroleum,Daqing 163318,China;2.Laboratory Center,Research Institute of Petroleum Exploration and Development,PetroChina,Beijing 100083,China)

According to ten evaluation methods of the lateral sealing of normal fault in clastic reservoirs,the advantages, disadvantages and application range of each method are discussed comprehensively based on basic principles in this paper.The evaluation methods of lateral sealing of fault are summarized into four categories,they are fault rock sealing,the related parameters analysis of fluid on both sides of faults,lithology juxtaposition and comprehensive method.Each method has certain limitations and is selected according to the specific situation analysis.But in general,lithology juxtaposition and the related parameters analysis of fluid on both sides of faults are the basic descriptions and the basis of sealing evaluation and prediction.If fault juxtaposition is against reservoir rock,SGR is more mature evaluation method at present.

lateral sealing of fault;lithology juxtaposition;shale smearing;pressure method of fault plane

TE122.3+4

：A

1005-8907（2012）03-0297-05

2011-09-26；改回日期：2012-03-15。

金崇泰，男，1987年生，在讀碩士研究生，主要從事斷層封堵性評(píng)價(jià)和裂縫預(yù)測(cè)研究。E-mail：atai521521@qq.com。

金崇泰，付曉飛，柳少波.斷層側(cè)向封堵性評(píng)價(jià)方法綜述［J］.斷塊油氣田，2012，19（3）：297-301. Jin Chongtai，F(xiàn)u Xiaofei，Liu Shaobo.Review on evaluation methods of lateral sealing of fault［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2012，19（3）：297-301.