陳云鋒，于永利，陳 亮，朱建峰

（1. 中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院西部分院，山東東營 257015；2. 中國石油化工股份有限公司東北油氣分公司勘探開發(fā)研究院，吉林長春 130000）

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坳陷層斷裂輸導(dǎo)能力研究
——以長嶺地區(qū)為例

陳云鋒1，于永利1，陳 亮1，朱建峰2

（1. 中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院西部分院，山東東營 257015；2. 中國石油化工股份有限公司東北油氣分公司勘探開發(fā)研究院，吉林長春 130000）

摘 要：長嶺凹陷坳陷層的油藏類型以斷層—巖性復(fù)合藏為主，斷裂的有效輸導(dǎo)是成藏的關(guān)鍵因素之一。根據(jù)勘探程度的不同，可采用不同方法定性或定量研究斷裂的輸導(dǎo)能力。在勘探程度低的地區(qū)，可采用靜態(tài)斷層幾何要素分析與動態(tài)斷層活動性分析相結(jié)合的方法定性研究斷層是否具有輸導(dǎo)能力；在勘探程度高的地區(qū)，可開展啟閉系數(shù)計算，定量分析斷裂輸導(dǎo)能力。綜合上述方法，長嶺凹陷斷裂輸導(dǎo)能力的研究取得了良好的效果，為斷裂輸導(dǎo)體系評價以及圈閉風(fēng)險分析提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：長嶺凹陷；坳陷層；斷裂（斷層）幾何要素；輸導(dǎo)能力；啟閉系數(shù)

長嶺凹陷發(fā)育斷陷層和坳陷層兩大勘探層系（表1）。近幾年在坳陷層發(fā)現(xiàn)了多個油藏。坳陷層成藏模式（圖1）主要是油源通過斷裂輸導(dǎo)，在上覆或下伏儲層中富集成藏［1-3］。坳陷層發(fā)育青山口組一段和嫩江組一、二段兩套烴源巖，并形成了多套成藏組合［4］。坳陷層的油藏類型以斷層-巖性復(fù)合藏為主，其次為巖性藏，另外還發(fā)育少數(shù)斷鼻藏和構(gòu)造藏［5-7］。這些油藏都直接或間接與斷裂輸導(dǎo)相關(guān)。坳陷層不同構(gòu)造帶（表2）在勘探程度上存在差異。針對不同的勘探程度，開展定性或定量研究斷裂的輸導(dǎo)能力，可以為坳陷層的勘探目標(biāo)提供依據(jù)。

表1 長嶺地區(qū)構(gòu)造層劃分

圖1 坳陷層成藏模式圖

表2 坳陷層構(gòu)造單元劃分

1 斷裂幾何學(xué)特征

斷裂的幾何特征是研究斷裂輸導(dǎo)的基礎(chǔ)內(nèi)容之一，包括空間分布、走向、傾向、斷距、延伸長度、樣式、組合樣式等。

1.1 斷層基本樣式

坳陷層的斷裂主要分布于數(shù)個斷裂帶上（圖2）。這些斷裂帶上的斷層分布密集，斷層間隔300 ～ 500 m，總體呈雁列式排列，反映了其形成過程受到走滑作用的影響［8］。

圖2 坳陷層構(gòu)造單元劃分圖

縱向上，坳陷層斷裂大部分分布于青山口組和嫩江組。剖面上，斷層基本樣式為板式，組合類型有“y”、反“y”及負(fù)花狀等。

1.2 斷層幾何要素

對三維地震工區(qū)的部分?jǐn)鄬舆M(jìn)行斷層幾何要素的統(tǒng)計，顯示坳陷層斷層延伸長度多為0.5 ～ 4 km，優(yōu)勢走向150 ～ 170°，優(yōu)勢傾角40 ～ 60°，大部分?jǐn)鄬哟怪睌嗑嘣?0 ～ 100 m之間。

1.3 與油氣輸導(dǎo)的關(guān)系

斷層傾角、傾向與斷層的輸導(dǎo)能力具有相關(guān)性［9-10］。但在某一地區(qū)，斷層幾何要素中并不是所有參數(shù)都對油氣輸導(dǎo)起作用。通過統(tǒng)計與油氣探井緊鄰的幾條關(guān)鍵斷層的幾何要素，發(fā)現(xiàn)斷距與油藏富集密切相關(guān)（圖3）。各目的層斷層輸導(dǎo)油氣的斷距臨界值存在差異。當(dāng)姚家組底面（T1）

1斷距大于65 m（圖3a），嫩江組底面（T1）斷距大于50 m（圖3b）時，與斷層相關(guān)的圈閉開始富集油氣。分析不同探井測試產(chǎn)量與傾角、傾向的關(guān)系，圖3c、3d表明研究區(qū)的斷層傾角、傾向（走向）參數(shù)不能有效區(qū)分干井和油井，其相關(guān)性差，不能用于判斷斷層的輸導(dǎo)能力。

2 斷層生長指數(shù)特征

斷層活動性分析是定性研究斷層在不同時期、不同層段對油氣輸導(dǎo)作用的重要內(nèi)容之一，并且對于油氣勘探早期階段的部署工作及圈閉的優(yōu)選具有指導(dǎo)性作用。

2.1 斷層活動性計算

目前通常采用斷層生長指數(shù)、斷層落差、斷層活動速率三類參數(shù)來計算斷層的活動性［11］。研究區(qū)地層發(fā)育完整，僅姚家組與青山口組之間存在沉積間斷，斷裂生長指數(shù)法在本區(qū)適用。對長嶺凹陷三維地震工區(qū)內(nèi)的部分?jǐn)嗔焉L指數(shù)進(jìn)行了計算，結(jié)果顯示（圖4），坳陷層斷裂在青山口至明水期均有不同程度的活動，其中姚家期和嫩江期活動強(qiáng)度相對較大。

2.2 斷層活動性與成藏期的關(guān)系

斷層活動的差異性使得不同斷裂與生排烴期的配置關(guān)系也有所不同（圖4），進(jìn)而影響斷層的輸導(dǎo)能力。長嶺凹陷青一、二段烴源巖在四方臺初期進(jìn)入生烴門限，于明水末期進(jìn)入中等成熟階段，現(xiàn)今處于低熟至中等成熟階段，嫩一段烴源巖在明水末期進(jìn)入生烴門限，現(xiàn)今處于未熟至低熟階段［12］。

在生排烴期活動的斷裂具有良好的輸導(dǎo)能力［13］。因此，四方臺期及之后活動的斷裂對青山口組成藏有利。而明水期及之后活動的斷裂對姚家組和嫩江組成藏有利。據(jù)此，可定性斷裂是否具有輸導(dǎo)能力。

圖3 長嶺凹陷不同井區(qū)斷層參數(shù)與測試產(chǎn)量關(guān)系散點圖

圖4 長嶺凹陷坳陷層斷裂活動與成藏要素匹配圖

3 斷層輸導(dǎo)能力定量計算

在勘探程度高的地區(qū)，利用定性的方法評價斷層的輸導(dǎo)能力已經(jīng)不能滿足精細(xì)勘探要求，因而需要定量研究斷層的輸導(dǎo)能力。斷層輸導(dǎo)能力強(qiáng)弱與斷層的啟閉性相關(guān)。影響斷層封閉性的因素很多［8］，斷層的啟（封）閉機(jī)理可概括為物理作用封閉和化學(xué)作用封閉［9，14］，物理封閉作用包括巖性配置封閉、泥巖涂抹封閉、破裂作用封閉等；化學(xué)作用封閉主要是成巖作用封閉和膠結(jié)封閉［15］。研究區(qū)地層泥巖發(fā)育，地層水礦化度低，埋深淺，以物理封閉作用為主。理論上，計算斷層輸導(dǎo)能力的各項參數(shù)使用越多，越能準(zhǔn)確定量表征。但實際上很多參數(shù)對斷層輸導(dǎo)能力的量化貢獻(xiàn)率很低，甚至可以忽略。斷層輸導(dǎo)能力的定量評價方法有多種［8］，選用不同的參數(shù)，可形成不同的計算模型。但在某些地方應(yīng)用效果很好的參數(shù)，在另一些地區(qū)卻不見效［15-17］。因而，需綜合考慮研究區(qū)的實際地質(zhì)條件，選取有效參數(shù)量化斷層輸導(dǎo)能力。

3.1 斷層啟閉系數(shù)計算

3.1.1 計算方法

張立寬等提出的斷層連通概率法［16-17］使用斷層啟閉系數(shù)來表征斷層面的啟閉（輸導(dǎo)）能力，該方法各項參數(shù)在研究區(qū)易獲取。斷層啟閉系數(shù)為一個無量綱數(shù)，公式如下：

式中：C為啟閉系數(shù)，無量綱；P為泥巖流體壓力，MPa；δ為斷面正應(yīng)力，MPa；SGR為斷裂帶泥巖涂抹因子。

該計算方法采用了目前研究認(rèn)為對啟閉性具有重要控制作用的其中三個輸導(dǎo)要素，啟閉性表述相對豐富。

3.1.2 泥巖流體壓力

坳陷層為持續(xù)性沉降的沉積層，P可以通過壓實曲線用平衡深度法獲得，當(dāng)觀測點的孔隙流體為原油時（油層及油水同層），取原油密度。當(dāng)觀測點的孔隙流體為地層水時（水層、干層及含油水層），取值1.01 g/cm3。

3.1.3 斷面正應(yīng)力

在計算時，根據(jù)腰英臺地區(qū)DB11井資料，建立最大水平、最小水平主應(yīng)力與深度的關(guān)系式：

式中：σH為最大水平主應(yīng)力；σh為最小水平主應(yīng)力；H表示觀測點井深，m。

垂向主應(yīng)力可根據(jù)以下公式估算：

式中：σv為垂向主應(yīng)力，ρb為地表至觀測點的地層平均密度，g/cm3；g =9.8 m/s2。

長嶺凹陷中東部地區(qū)最大水平主應(yīng)力方向為近東西向［18］。研究區(qū)腰南5井及北2井實測最大水平主應(yīng)力方向為95 ～ 115°，取平均值105°。

3.2 計算結(jié)果

目前，長嶺凹陷不同的構(gòu)造帶勘探程度相差較大。本次選取的計算點（斷點）位于凹陷中東部，并涉及主要含油層段嫩四段、姚家組和青山口組。最終計算結(jié)果見表3。

分析計算結(jié)果，P值總體隨深度增加而增加。在欠壓實地層段壓力異常，可指示流體異常。坳陷層含油層段P值趨于同深度的低值。而從工業(yè)油流層段的SGR值分布來看，隨深度增大，獲得工業(yè)油流層段的SGR值呈減小趨勢。SGR值總體也隨深度增加而增加，呈線性關(guān)系。由于斷層走向、傾角、地層平均密度及主應(yīng)力方向等參數(shù)的數(shù)值變化范圍小，可簡化δ的計算：

3.3 效果分析

計算結(jié)果顯示，C的值域范圍在0.36 ～ 3.68之間。獲工業(yè)油流的油層及油水同層段C值大都小于0.9，僅DB6井區(qū)油層段的斷點“S13” C值達(dá)1.92（表3）。該數(shù)值大于多數(shù)水層、干層及含油水層的C值，該值異常。進(jìn)一步落實DB6井區(qū)的油藏特征，發(fā)現(xiàn)該井處于斷鼻構(gòu)造高部位的一個完整微幅背斜上（圖5）。在該微幅背斜圈閉外的SN303井僅為油氣顯示，說明斷鼻圈閉中的油氣已通過斷層向上輸導(dǎo)，斷點的啟閉性質(zhì)應(yīng)為開啟狀態(tài)，即C=1.92指示斷點開啟，符合規(guī)律。統(tǒng)計各層系的C值，認(rèn)為嫩四段C＜0.7，姚家組C＜0.5，青山口組C＜0.9時，斷面封閉性好。當(dāng)C值大于上述數(shù)值時，斷面開始具備輸導(dǎo)能力，并且值越大輸導(dǎo)能力越強(qiáng)。

圖5 DB6井區(qū)青二段底面構(gòu)造圖

C值的計算需要大量數(shù)據(jù)，對于很多勘探程度偏低的地區(qū)不適用。但可以簡化C值計算，以提高初次判斷的效率。研究區(qū)的C與SGR之間呈指數(shù)關(guān)系，可用乘冪式表達(dá)：

利用公式（6），實際是視P與δ的比值為常數(shù)。由于C并不由SGR單一因素決定，所以使用公式（6）計算C存在一定誤差。在資料具備的情況下，仍需引入P與δ的計算，以便準(zhǔn)確評價圈閉風(fēng)險。公式（6）的優(yōu)點在于可使低、成熟勘探區(qū)的C值作對比，簡化了計算過程，有利于開展全區(qū)斷層輸導(dǎo)體系的輸導(dǎo)能力評價。

表3 長嶺凹陷坳陷層斷層啟閉系數(shù)計算參數(shù)

4 結(jié)論

（1）長嶺凹陷中部地區(qū)斷距的大小與探井產(chǎn)量密切相關(guān)。當(dāng)T1反射層斷距大于50 m，反射層斷距大于65 m時，斷裂具備輸導(dǎo)能力，有利于相關(guān)圈閉成藏。

（2）嫩江期末活動的斷層，以及明水期末活動的斷層與生排烴期匹配，具備油氣輸導(dǎo)能力。

（3）斷層啟閉性定量研究表明，不同目的層的C值臨界值存在差異，嫩四段為0.7，姚家組為0.5，青山口組為0.9。小于臨界值，斷面封閉性好；大于臨界值，斷面具備輸導(dǎo)能力，并且值越大輸導(dǎo)能力越強(qiáng)。

（4）研究區(qū)C與SGR呈指數(shù)關(guān)系，建立的數(shù)值模型可用于全區(qū)定量分析斷層輸導(dǎo)能力。

綜合上述研究，坳陷層斷裂輸導(dǎo)能力的研究大體可以歸納為三個方面：首先，統(tǒng)計分析斷層幾何參數(shù)與成藏的關(guān)系，明確斷裂輸導(dǎo)油氣的有效參數(shù)；其次，計算斷層活動性，落實與成藏期配置的活動斷層，定性斷裂輸導(dǎo)能力；另外，在高勘探程度區(qū)，計算C值，明確其臨界值，定量斷層的輸導(dǎo)能力。

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中圖分類號：TE122.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2016.02.025

文章編號：1008-2336（2016）02-0025-07

收稿日期：2015-10-22；改回日期：2016-01-27

第一作者簡介：陳云峰，男，1980年生，碩士， 主要從事油氣地質(zhì)綜合研究。E-mail：chenyunfeng755.slyt@sinopec.com。

Study on Fault Transporting Capability in Depression Layer：A Case Study of Changling Sag

CHEN Yunfeng1， YU Yongli1， CHEN Liang1， ZHU Jianfeng2
（1. West Branch of Exploration and Development Research Institute， Shengli Oilfield Company， SINOPEC， Dongying，Shandong 257015， China； 2. Exploration and Development Research Institute， Northeast Oilfield Company， SINOPEC， Changchun Jilin 130000， China）

Abstract：The reservoir types in the depression layer of Changling Sag are mainly fault-lithology complex reservoir， in which the effectiveness of fault transporting is the key factor for hydrocarbon accumulation. According to the exploration degree， qualitative or quantitative method can be used in the study of fault transporting capability. In the area with lower exploration degree， the static analysis of the fault geometric elements， combined with the dynamic analysis of the fault activity， is commonly used to study the fault transporting capability qualitatively. In some areas with high exploration degree， it is generally quantitatively analyzed by calculating the sealing coeffcient. The application of the methods mentioned above acquired quite good effects in Changling Sag， and provided a basis for evaluation of the fault transporting system and the analysis of trap risk.

Keywords：Changling sag； depression layer； fault geometric elements； transporting capability； sealing coeffcient