譚麗娟，解宏澤，張 輝，趙舉舉，郭優(yōu)優(yōu)

(中國石油大學(華東) 地球科學與技術學院，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鍵，目前國內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合，由地質學科過渡到多種學科相互交叉來綜合評判斷層的封閉性[1-12]。斷層封閉性定性研究的方法主要有巖性對置法[13]和儲層流體性質法等[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]和模糊綜合評價法等[19-20]，每一種方法都有其側重點和優(yōu)缺點，前人已經(jīng)研究頗深，本文不再贅述。

1 生長斷層的封閉機理及影響因素

生長斷層為一種三維地質體[21]，若斷層體具有較好的封閉性，則斷層在垂向和側向上都能夠很好地封閉住油氣。在斷裂活動過程中，斷面由于受到斷裂涂抹作用，斷層兩側的砂泥巖會“填充”到斷裂帶中。斷層停止生長后，經(jīng)過相當長時間的成巖膠結作用，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，總結起來，主要有斷層傾角、斷面正壓力、斷層帶內泥質含量以及成巖時間等。一般來說，斷面較緩，斷面正壓力越大，斷層帶內泥質含量越多，成巖壓實作用越強烈，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候，大多只考慮斷層壓力和斷層帶泥質含量的影響，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、較多的斷層帶泥質含量以及足夠的成巖時間，三者缺一不可。在此基礎上，對每一影響因素進行量化分析，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，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]，并建立了相應的計算公式：

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井數(shù)據(jù)獲取，或建立實測地層密度與地層埋深關系曲線來獲得，斷面埋深和地層傾角可以通過地震資料獲取。

2.2 斷層帶泥質含量的量化

斷層帶泥質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鍵，斷層帶中含有較多的泥質更能夠加強斷層的封閉性。由于斷層帶中的泥巖主要是來源于斷層兩側的泥巖地層涂抹，因此用SGR來表示斷層帶的泥質含量較為合理。

(2)

2.3 斷層巖成巖壓實作用的表征

生長斷層中的泥質碎屑物必須經(jīng)過一定時間的成巖膠結作用方可具有封堵油氣的能力。呂延防等人認為壓實成巖程度可用其所承受的斷面正壓力(P)和斷層停止活動距今時間(T)的乘積表示[17]，承壓時間越長，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，因此成巖壓實作用可以用兩者的乘積(P·T)來表征(圖1)。

圖1 成巖壓實作用表征示意

2.4 生長斷層封閉綜合指數(shù)的提出

通過對斷層封閉性的影響因素定量分析，筆者認為用斷面壓力(P)、斷層帶泥質含量(SGR)以及斷層巖成巖作用(P·T)三者的乘積作為評價生長斷層封閉性的標準較為合理，并將其定義為生長斷層封閉綜合指數(shù)(Fci)。為了使結果有更好的區(qū)分性，引進了常數(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距今的時間，Ma；C為常數(shù)，不同地區(qū)可以稍作修改，一般取值為50。

3 實例應用

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)的斷層封閉性評價標準，并分析了經(jīng)過該區(qū)的遼中一號主干斷裂的控藏作用。

3.1 建立JX1-1地區(qū)斷層封閉性評價標準

JX1-1油田位于遼東灣遼中凹陷中部，被遼中一號主干斷層斷穿為東西盤2個部分(圖2)，該斷裂在平面上呈NNE向展布，主要的次級斷層沿遼中一號斷裂帶兩側呈雁列狀或羽狀排列，是油氣主要的富集帶。構造和油氣成藏特征比較復雜，從剖面上來看，研究區(qū)從南向北在斷面上依次呈臺階式斷層組合、“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，西盤在東三下段進入生烴門限，沙三段和沙一段的烴源巖進入大量生烴階段[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造

該區(qū)斷層非常發(fā)育，統(tǒng)計并研究了十幾個斷層發(fā)育特征，所研究斷層處封閉性已經(jīng)按編號從剖面圖中標出(圖3)，并分別對其主要影響斷層封閉性的因素進行量化。通過式(1)求出各個斷點的斷面正壓力，并通過式(2)計算出對應深度的SGR，結合相應的地震剖面資料，計算出斷層活動距今的時間T，最后根據(jù)式(3)計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

編號深度/m時間/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油田斷層封閉性評價

通過對研究區(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價標準。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致稠油的黏度和相對密度增大，部分稠油相對密度可以達到0.98以上，不易流動，因此稠油對于斷層的封閉性要求相對較低。

3.2 JX1-1地區(qū)遼中一號斷層封閉性

通過之前建立的JX1-1油田的斷層封閉性評價標準，對經(jīng)過該區(qū)的遼中一號斷層進行斷層封閉性評價，判斷該評價標準的可靠性，并分析其主要的控藏作用。

遼中一號斷層在JX1-1地區(qū)構造剖面上呈現(xiàn)“Y”字組合構造樣式(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]。該斷層從孔店組時期至今，一直活動較強烈，東營組時期最為強烈(圖6)，進入第四系以來活動較弱或者幾乎不活動[31-32]，因此將斷層停止活動距今的時間(T)表示為第四系距今的時間(2.48 Ma)較為合理。

圖5 遼河坳陷遼中凹陷JX1-1地區(qū)遼中一號斷層剖面

圖6 遼河坳陷遼中凹陷JX1-1地區(qū)遼中一號斷層活動速率示意

利用生長斷層封閉綜合指數(shù)Fci對遼中一號斷層進行封閉性分析評價，通過式(1)求出各個斷點的斷面正壓力，并通過式(2)計算出對應深度的SGR，斷層活動距今的時間T為2.48 Ma，最后根據(jù)式(3)計算出遼中一號斷層封閉綜合指數(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移到東盤，然后在兩側淺層次級斷層成藏的主要原因，與前人的認識相吻合[30]。因此遼中一號斷層在JX1-1地區(qū)油氣成藏過程中主要起輸導作用，對整個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)遼中一號斷層封閉綜合指數(shù)

圖7 遼河坳陷遼中凹陷遼中一號斷層封閉綜合指數(shù)

4 結論

(1)對斷層封閉性的評價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含量這3個重要的影響因素，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同時兼顧了這3種因素，實用性較強。

(2)通過計算JX1-1地區(qū)的斷層現(xiàn)今封閉綜合指數(shù)，建立了該區(qū)的斷層封閉評價標準。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作用。

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

參考文獻:

[1] HARPER T R,LUNDIN E R.Fault seal analysis:Reducing our dependence on empiricism[J].Norwegian Petroleum Society Special Publications,1997,7:149-164.

[2] OBEAHON P P,YPMA G,ONYEAGORO O U,et al.Dynamic fault seal breakdown investigation:A study of Egret field in the North Sea[C]//Proceedings of 2014 SPE Annual Technical Conference and Exhibition.Amsterdam,Netherlands:Society of Petroleum Engineers,2014.

[3] HOU Yawei,ZHAO Chunming,SU Yanchun,et al.Evaluation of fault sealing ability and prediction of fault critical reactivation pressure in water flooding reservoir[C]//Proceedings of 2014 SPE Annual Technical Conference and Exhibition.Amsterdam,Netherlands:Society of Petroleum Engineers,2014.

[4] VERMOTE E F,TANRé D,DEUZé J L,et al.Second simulation of the satellite signal in the solar spectrum,6S:An overview[J].IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing,1997,35(3):675-686.

[5] 武云云,馬立馳,楊貴麗,等.渤海灣盆地墾東地區(qū)新近系斷裂特征及其控藏作用[J].石油實驗地質,2017,39(1):65-70.

WU Yunyun,MA Lichi,YANG Guili,et al.Fault characteristics and their controls on hydrocarbon accumulations in Neogene,Kendong area,Bohai Bay Basin[J].Petroleum Geology & Experiment,2017,39(1):65-70.

[6] 王龍,孫福亭,何娟,等.海上復雜斷塊油田斷層封閉性綜合評價:以PL油田為例[J].斷塊油氣田,2017,24(6):760-765.

WANG Long,SUN Futing,HE Juan,et al.Integrative evaluation of fault sealing property for complex offshore block oilfield:Taking PL Oilfield as an example[J].Fault-Block Oil and Gas Field,2017,24(6):760-765.

[7] 孟慶洋,賈茹,陳琰,等.逆沖斷裂斷層側向封閉性評價:以柴達木盆地英東一號油氣田為例[J].斷塊油氣田,2016,23(2):142-145,150.

MENG Qingyang,JIA Ru,CHEN Yan,et al.Evaluation on lateral fault sealing capacity in thrust fault:Taking No.1 Yingdong Oilfield,Qaidam Basin as an example[J].Fault-Block Oil and Gas Field,2016,23(2):142-145,150.

[8] 趙樂強,賈凡建,曹劍,等.準噶爾盆地西北地區(qū)斷層內流體活動過程及對斷層啟閉性的影響[J].石油實驗地質,2017,39(4):461-466.

ZHAO Leqiang,JIA Fanjian,CAO Jian,et al.Fluid activity in faults in the northwestern Junggar Basin and its influence on fault opening and sealing[J].Petroleum Geology & Experiment,2017,39(4):461-466.

[9] 魏星,孫寅森.東營凹陷青西地區(qū)斷裂特征及其控油氣作用[J].斷塊油氣田,2017,24(2):154-158.

WEI Xing,SUN Yinsen.Fault characteristics and controlling factors of hydrocarbon accumulation in Qingxi Area of Dongying Depression[J].Fault-Block Oil and Gas Field,2017,24(2):154-158.

[10] 張文彪,陳志海,許華明,等.斷層封閉性定量評價:以安哥拉Sangos油田為例[J].油氣地質與采收率,2015,22(6):21-26.

ZHANG Wenbiao,CHEN Zhihai,XU Huaming,et al.Quantitative evaluation of fault seal:A case study of Sangos oilfield in Angola[J].Petroleum Geology and Recovery Efficiency,2015,22(6):21-26.

[11] 李虹霖,吳奎,張如才,等.遼中南洼西斜坡斷—蓋耦合類型及其控藏作用:以旅大A油田為例[J].斷塊油氣田,2017,24(2):137-141.

LI Honglin,WU Kui,ZHANG Rucai,et al.Spatial matching types between faults and caprock and their controlling effects on hydrocarbon accumulation of western slope in southern Liaozhong Sag:Taking Lyuda A Oilfield as an example[J].Fault-Block Oil and Gas Field,2017,24(2):137-141.

[12] 徐春華,王亞琳.基于無機二氧化碳成藏期探討博興斷層啟閉性:兼論斷層活動性與啟閉性的關系[J].油氣地質與采收率,2016,23(5):30-36.

XU Chunhua,WANG Yalin.Discussion on the opening and sealing properties of the Boxing Fault based on the accumulation time of inorganic CO2:Also discussing the relationship between fault activity and sealing property[J].Petroleum Geology and Recovery Efficiency,2016,23(5):30-36.

[13] KNIPE R J.Juxtaposition and seal diagrams to help analyze fault seals in hydrocarbon reservoirs[J].AAPG Bulletin,1997,81(2):187-195.

[14] 陳世加,冉乙鈞,路俊剛,等.紅車斷裂帶斷層封閉性的地球化學研究[J].西南石油大學學報(自然科學版),2008,30(1):21-24.

CHEN Shijia,RAN Yijun,LU Jungang,et al.The geochemistry research on the sealing feature of fault in Hongche faults[J].Journal of Southwest Petroleum University (Science & Techno-logy Edition),2008,30(1):21-24.

[15] YIELDING G,FREEMAN B,NEEDHAM D T.Quantitative fault seal prediction[J].AAPG Bulletin,1997,81(6):897-917.

[16] 任森林,劉琳,徐雷.斷層封閉性研究方法[J].巖性油氣藏,2011,23(5):101-105.

REN Senlin,LIU Lin,XU Lei.Research methods of fault sealing[J].Lithologic Reservoirs,2011,23(5):101-105.

[17] 呂延防,王偉,胡欣蕾,等.斷層側向封閉性定量評價方法[J].石油勘探與開發(fā),2016,43(2):310-316.

Lü Yanfang,WANG Wei,HU Xinlei,et al.Quantitative evaluation method of fault lateral sealing[J].Petroleum Exploration and Development,2016,43(2):340-347.

[18] 梁全勝,劉震,何小胡,等.斷層垂向封閉性定量研究方法及其在準噶爾盆地白家海凸起東道海子斷裂帶應用[J].現(xiàn)代地質,2008,22(5):803-809.

LIANG Quansheng,LIU Zhen,HE Xiaohu,et al.The quantitative study method and its application to Dongdaohaizi fracture belt in Baijiahai Uplift,Junggar Basin[J].Geoscience,2008,22(5):803-809.

[19] 王東曄,查明,楊勇.運用模糊綜合評判方法定量研究斷層封閉性[J].斷塊油氣田,2006,13(4):5-7.

WANG Donghua,ZHA Ming,YANG Yong.Quantitative study of fault sealing with synthetic fuzzy judgment[J].Fault-Block Oil & Gas Field,2006,13(4):5-7.

[20] 付曉飛,賈茹,王海學,等.斷層—蓋層封閉性定量評價:以塔里木盆地庫車坳陷大北—克拉蘇構造帶為例[J].石油勘探與開發(fā),2015,42(3):300-309.

FU Xiaofei,JIA Ru,WANG Haixue,et al.Quantitative evaluation of fault-caprock sealing capacity:A case from Dabei-Kelasu structural belt in Kuqa Depression,Tarim Basin,NW China[J].Petroleum Exploration and Development,2015,42(3):300-309.

[21] 羅群.斷裂帶的輸導與封閉性及其控藏特征[J].石油實驗地質,2011,33(5):474-479.

LUO Qun.Transporting and sealing capacity of fault belt and its controlling on reservoir[J].Petroleum Geology & Experiment,2011,33(5):474-479.

[22] 呂延防,李國會,王躍文,等.斷層封閉性的定量研究方法[J].石油學報,1996,17(3):39-45.

Lü Yanfang,LI Guohui,WANG Yuewen,et al.Quantitative analyses in fault sealing properties[J].Acta Petrolei Sinica,1996,17(3):39-45.

[23] 董大偉,李理,劉建,等.準噶爾西緣車排子凸起東北部斷層封閉性[J].石油與天然氣地質,2014,35(5):639-645.

DONG Dawei,LI Li,LIU Jian,et al.Sealing ability of faults in northeastern Chepaizi Uplift at western margin of Junggar Basin[J].Oil & Gas Geology,2014,35(5):639-645.

[24] 呂延防,沙子萱,付曉飛,等.斷層垂向封閉性定量評價方法及其應用[J].石油學報,2007,28(5):34-38.

Lü Yanfang,SHA Zixuan,FU Xiaofei,et al.Quantitative evaluation method for fault vertical sealing ability and its application[J].Acta Petrolei Sinica,2007,28(5):34-38.

[25] 付廣,孟慶芬.斷層封閉性影響因素的理論分析[J].天然氣地球科學,2002,13(3/4):40-44.

FU Guang,MENG Qingfen.Theoretical analysis of the influencing factors of fault sealing[J].Natural Gas Geoscience,2002,13(3/4):40-44.

[26] 王珂,戴俊生.地應力與斷層封閉性之間的定量關系[J].石油學報,2012,33(1):74-81.

WANG Ke,DAI Junsheng.A quantitative relationship between the crustal stress and fault sealing ability[J].Acta Petrolei Sinica,2012,33(1):74-81.

[27] SMITH D A.Theoretical considerations of sealing and non-sealing faults[J].AAPG Bulletin,1966,50(2):363-374.

[28] 肖錦泉,李坤,胡賀偉,等.遼東灣坳陷遼中凹陷金縣1-1油田構造特征與油氣成藏[J].天然氣地球科學,2014,25(3):333-340.

XIAO Jinquan,LI Kun,HU Hewei,et al.Tectonic feature and hydrocarbon accumulation of Jinxian1-1 oil field at Liaozhong Sag in Liaodongwan Depression[J].Natural Gas Geoscience,2014,25(3):333-340.

[29] 強昆生,呂修祥,周心懷,等.渤海海域北部JXl-1反轉構造與油氣成藏關系[J].天然氣地球科學,2013,24(2):329-334.

QIANG Kunsheng,Lü Xiuxiang,ZHOU Xinhuai,et al. Relationship between JX1-1 inversion tectonics and hydrocarbon accumulation of the northern offshore Bohai Bay Basin[J].Natural Gas Geoscience,2013,24(2):329-334.

[30] 梁家駒.遼中凹陷JX1-1油田油氣成藏規(guī)律研究[D].成都:成都理工大學,2011.

LIANG Jiaju.Study on hydrocarbon accumulation rules of JX1-1 oilfield,Liaozhong Sag[D].Chengdu:Chengdu University of Technology,2011.

[31] 李西雙,趙月霞,劉保華,等.郯廬斷裂帶渤海段晚更新世以來的淺層構造變形和活動性[J].科學通報,2010,55(8):684-692.

LI Xishuang,ZHAO Yuexia,LIU Baohua,et al.Structural deformation and fault activity of the Tan-Lu fault zone in the Bohai Sea since the Late Pleistocene[J].Chinese Science Bulletin,2010,55(18):1908-1916.

[32] 胡惟,朱光,宋利宏,等.郯廬斷裂帶渤海段第四紀活動規(guī)律探討[J].地學前緣,2013,20(4):137-150.

HU Wei,ZHU Guang,Song Lihong,et al.Analysis of Quaternary activity along the Bohai segment of the Tan-Lu Fault Zone[J].Earth Science Frontiers,2013,20(4):137-150.