由地震資料預測斷—蓋配置有效封閉部位

展銘望 付 廣

(東北石油大學，黑龍江大慶 163318)

1 引言

隨著油氣勘探理論及手段的不斷進步，含油氣盆地的蓋層、斷裂及其和油氣的關系逐漸被認識，盆地中油氣聚集與保存不僅受泥巖蓋層的控制，而且受錯斷蓋層的斷裂控制，斷裂與蓋層的有效配置是形成斷裂相關油氣藏的關鍵[1-4]。因此，準確預測斷—蓋配置有效封閉部位對含油氣盆地斷裂發育區的油氣勘探十分重要。關于斷—蓋配置封閉油氣作用前人曾做過研究[5-12]，通過比較泥巖蓋層厚度和錯斷蓋層斷裂的斷距，研究斷裂是否將泥巖蓋層錯開。當斷裂的斷距小于泥巖蓋層的厚度時，泥巖蓋層不會被斷裂徹底斷開，泥巖蓋層仍可以連續分布，對油氣保存有利；相反，被斷裂完全錯斷的泥巖蓋層則無法連續分布，對油氣保存不利。研究發現[5-12]，并非泥巖蓋層未被斷裂完全錯開就一定能夠封閉油氣，蓋層的斷接厚度應達到一定界限后才能封閉油氣，并提出了封閉油氣所需的最小斷接厚度的概念。針對上述方法確定的斷—蓋配置封閉油氣所需的最小斷接厚度受勘探程度影響較大[13]，通過理論計算建立了一套適用于一條斷裂斷—蓋配置封閉區的綜合判別法。然而，上述研究均采用蓋層斷接厚度作為斷—蓋配置是否封閉的依據，而用斷接厚度反映斷裂對蓋層的破壞程度并不直觀，而且其封閉油氣的下限值隨地區而變[8-12]，與地下實際情況明顯不符，不能準確認識斷—蓋配置對油氣的控制作用。因此，利用地震資料預測斷—蓋配置封閉部位，對含油氣盆地斷裂發育區油氣勘探具有實際意義。

2 斷—蓋配置封閉油氣機理及其影響因素

當蓋層受到斷裂破壞后，其能否封閉油氣不再取決于其本身的封閉能力(蓋層巖石排替壓力)，而取決于斷—蓋配置的封閉能力(斷層巖石排替壓力)，如果斷層巖石排替壓力大于或等于下伏儲層巖石排替壓力，則油氣被斷—蓋配置封閉(圖1左)；相反，油氣則不被斷—蓋配置封閉(圖1右)。斷層巖石排替壓力和下伏儲層巖石排替壓力均受壓實成巖埋深和泥質含量的影響[14-17]。

圖1 斷—蓋配置封閉油氣機理示意圖

3 利用地震資料預測斷—蓋配置封閉部位的方法

3.1 利用地震資料預測斷—蓋配置封閉油氣所需最大破壞程度的方法

由前文可知，預測斷—蓋配置封閉區，需要計算并比較斷層巖石排替壓力與下伏儲層巖石排替壓力。要確定斷層巖石排替壓力就必須確定其壓實成巖埋深和泥質含量。通過將斷層巖石看成在圍巖中的另一套傾斜巖層求取斷層巖石的排替壓力[14-17]。將斷層巖石壓實成巖埋深Zf和斷層巖石的泥質含量Rf代入圍巖的實測經驗關系式，便可求取斷層巖石排替壓力

P斷=aebRfZf

(1)

式中a、b為與地區有關的常數。

由于斷裂未將泥巖蓋層錯開，不能利用Yieding等[18]的方法計算Rf，需要利用地震資料確定斷裂處的蓋層厚度H和錯斷蓋層斷裂的斷距L計算Rf

(2)

由文獻[19]可知，斷層巖石壓實成巖壓力和壓實作用時間共同決定了斷層巖石的壓實成巖程度，斷層巖石壓實成巖壓力越大，作用時間越長，則Zf越大，反之則越小。由斷層巖石壓實成巖演化模式示意圖(圖2)可知，在埋深Z處的斷層巖石所受的壓實成巖壓力應為其靜巖壓力

Nf=ρaZ

(3)

式中：ρa為沉積巖平均密度；Z為斷層巖石埋深。

斷層巖石在埋深Z處的斷層巖石壓實成巖作用時間應晚于斷裂停止活動時間(T0)。在埋深Z處Z為斷層巖石埋深/m；Z0(T0)為斷層巖石停止活動深度(時間)/m(Ma)；φs為與斷層巖石具有相同埋深圍巖孔隙度/(%)；Zf(Tf)為斷層巖石壓實成巖埋深(時間)/m(Ma)；Zfmin(Tfmin)為斷層巖石開始壓實成巖埋深(時間)/m(Ma)；φf為斷層巖石孔隙度/(%)

圖2 斷層巖石壓實成巖演化模式示意圖

的斷層巖石的壓實成巖程度Af為斷層巖石所受壓實成巖壓力Nf和作用時間Tf的乘積[19]

Af=NfTf=ρaZTf

(4)

其中Z可由實際地震資料求得。

與斷層巖石具有相同埋深的圍巖所受靜巖壓力即為其壓實成巖壓力

Ns=ρaZ

(5)

圍巖的壓實成巖作用時間Ts應為其沉積開始至今時間，則圍巖在埋深Z處的壓實成巖程度As可表示為

As=NsTs=ρaZTs

(6)

由于斷層巖石中的物質成分主要來自其兩側圍巖，可以假設斷層巖石與圍巖的壓實成巖歷史相近，只是在相同埋深條件下，圍巖壓實成巖相對較早，其固結程度相對較高，斷層巖石壓實成巖相對較晚，其固結程度相對較低。在此假設條件下，可以認為斷層巖石壓實成巖過程與圍巖相同，孔隙度隨埋深的變化關系(圖2)為

φ=φ0e-cZ

(7)

斷層巖石和圍巖應具有相同的初始孔隙度值(φ0)和壓實成巖系數(c)。具有相同埋深的斷層巖石的壓實成巖程度和圍巖壓實成巖程度之比與斷層巖石、圍巖孔隙度之比應為反比關系

(8)

式中ρw為地層水密度。整理后得斷層巖石壓實成巖埋深

(9)

式中Tf應等于與斷層巖石具有相同埋深的圍巖的現今沉積時間(Ts)減去斷層巖石開始壓實成巖時間(Tf0)

Tf=Ts-Tf0

(10)

當斷裂填充物未成巖(Zf≤0)時，在式(9)中取Zf=0，則

Tf0=Tse-cZ

(11)

若計算得到的Tf0

P儲=aebRsZ

(12)

式中Rs為下伏儲層巖石泥質含量[20]

(13)

其中

式中： GR為目的層自然伽馬測井值； GRmax為泥巖自然伽馬測井值； GRmin為砂巖自然伽馬測井值；IGR為自然伽馬相對值；GCUR為與地層有關的經驗系數(新地層為3.7，老地層為2.0)。

對于井資料不充分的區域需要利用地震資料結合單井數據對儲層的泥質含量進行研究[21-24]。通過建立儲層巖性模型和地震波速計算公式

(14)

(15)

(16)

繪制符合實際地質情況的地震波速與埋深的關系圖板，界定純泥巖和純砂巖的波速變化特征，從而厘定不同埋深、不同均方根波速的儲層泥質含量，最終通過計算地震數據得到儲層泥質含量[21，22]。式中：t為地震波通過蓋層的時間；v為蓋層段內均方根速度；vs為純砂巖速度；vh為純泥巖速度；D為地層厚度；Ds為砂巖等效厚度；Dh為泥巖等效厚度。

由上可知，斷—蓋配置封閉油氣所需的條件應滿足

P斷≥P儲

(17)

將求出的P斷和P儲代入式(17)，得

(18)

由式(18)可見，amin值受Z、Zf、Rs三個參數的影響，是一個綜合評價參數，且amin≤1，amin值越大，表明斷裂對泥巖蓋層破壞越強，反之破壞越弱。

3.2 利用地震資料預測斷—蓋配置封閉部位的方法

4 實例應用

南堡5號構造位于南堡凹陷西部，總體上為發育在潛山上的披覆背斜構造[25,26]。該構造自下而上發育沙一段(Es1)、東營組(Ed)、館陶組(Ng)、明化鎮組(Nm)和平原組(Qp)，油氣主要分布在Ed下部儲層，下部Es3、Es1-Ed3烴源巖為主要油氣源[27]。NP5-1斷裂發育在南堡5號構造南部，該斷裂在平面上呈NEE向展布，由兩條斷裂連接組成，總延伸長度約為13.2km，斷面北傾，斷距為0～160m(圖3)。由三維地震資料解釋成果可知，該斷裂從下部基巖一直斷至Nm下部(圖4)。據南堡凹陷典型剖面斷裂系統劃分示意圖(圖5)可知，NP5-1斷裂具早期伸展、中期扭張、晚期張扭性質，斷穿了Es2、Es1-Ed3源巖和Ed2下部儲層，且在油氣成藏期[8]活動，為南堡凹陷5號構造內的一條重要油源斷裂。油氣能否通過NP5-1斷裂穿過Ed2泥巖蓋層(主要為大套泥巖夾砂巖、粉砂巖，厚度為80～415m[28])向上運移，對南堡5號構造油氣縱向分布至關重要。

圖3 南堡凹陷5號構造NP5-1斷裂與Ed2泥巖蓋層配置封閉油氣部位和油氣分布關系圖 單位：m

圖4 南堡凹陷5號構造典型斷裂剖面

圖5 南堡凹陷典型剖面斷裂系統劃分示意圖

測點L/mH/mTs/MaTf/MaZ/mRsZf/mRfamin 1-RsZZf是否封閉1 8.6275.627.020.73111.60.252548.10.970.030.70是297.7282.327.020.63062.80.292484.30.650.350.64是337.3283.127.020.63078.20.332504.50.870.130.60是474.3285.727.020.73115.90.352553.70.740.260.57是580.0285.027.020.83155.10.362604.40.720.280.56是685.3284.727.020.93183.60.352641.30.700.300.58是780.7281.327.020.93187.10.342645.80.710.290.59是8115.4274.427.020.93183.10.332640.70.580.420.60是981.6266.627.020.93178.70.322635.00.690.310.61是1096.8258.427.020.93174.00.362628.90.630.370.57是11142.3255.827.020.93172.60.382627.20.440.560.54否1294.4254.827.020.93173.00.402627.60.630.370.51是13132.5259.527.020.93177.10.502632.90.490.510.40否14143.6257.927.020.93178.40.472634.60.440.560.43否15125.6231.227.020.93178.30.322634.50.460.540.61是16102.4211.427.020.93178.10.342634.20.520.480.59是17105.6240.827.020.93176.70.462632.40.560.440.44是18134.6246.227.020.93176.60.362632.30.450.550.56是19111.2242.627.020.93175.70.442631.10.540.460.47是2080.0215.927.020.93175.10.502630.30.630.370.40是210.0271.127.020.93175.30.502630.61.000.000.40是2228.8255.227.020.93175.10.552630.40.890.110.34是2312.2248.827.020.93175.50.512630.90.950.050.38是2417.8244.227.020.93174.80.442630.00.930.070.47是2531.2233.027.020.93173.10.422627.70.870.130.49是2647.5215.927.020.93169.40.312622.90.780.220.62是2760.2196.027.020.93167.10.292620.00.690.310.65是2858.6192.027.020.93165.60.342618.10.690.310.59是2999.7209.727.020.93166.40.412619.10.520.480.50是30135.4232.527.020.93172.80.302627.40.420.580.64是31136.3263.927.020.93172.40.362626.80.480.520.57是32157.0286.227.020.93165.10.522617.40.450.550.37否33157.8294.627.020.93174.40.492629.40.460.540.41否34159.7293.127.021.13231.20.412702.50.460.540.51否3558.1279.927.021.23294.40.342783.10.790.210.60是36117.8268.627.021.33303.60.452794.80.560.440.46是

圖6 南堡凹陷圍巖孔隙度隨埋深變化關系

5 結束語

通過確定一條斷裂不同點處的斷—蓋配置封閉油氣所需的最大破壞程度值，對比斷—蓋配置的破壞程度與其封閉油氣所需的最大破壞程度的相對大小，利用地震資料建立了一套斷—蓋配置的油氣封閉部位預測方法。該方法在渤海灣盆地南堡凹陷南堡5號構造中的NP5-1斷裂與東二段泥巖蓋層配置封閉部位的預測結果與已發現油氣藏分布相吻合，表明利用地震資料預測斷—蓋配置封閉部位是可行的。