油氣成藏期斷裂封閉部位確定方法及其應(yīng)用

付君豪 陳再賀 劉萍 付憲 李云峰 趙政權(quán) 胡慧婷

(1.長江大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院, 湖北武漢 430100；2.華北油田 第五采油廠, 河北辛集 052360；3.東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院, 黑龍江大慶 163318)

0.引言

隨著油氣勘探的深入，人們發(fā)現(xiàn)在含油氣盆地內(nèi)，不同尺度的斷裂作為輸導(dǎo)油氣重要通道其附近往往都有油氣富集[1]，這無疑表明斷裂在油氣成藏期作為油氣運移輸導(dǎo)通道的同時，又具有一定的封閉性，才使得油氣在斷裂周圍形成油藏。那么在什么環(huán)境下斷裂可以封閉油氣？其機制是什么？如何研究？這些對明確含油氣盆地斷裂附近油氣分布規(guī)律至關(guān)重要。

針對斷裂在非活動期的封閉部位研究前人曾做過大量研究工作[2]，但對油氣成藏期斷裂封閉部位研究的不多，歸納起來目前大都集中在以下2個方向：首先利用油氣成藏期蓋層古斷接厚度和封油氣所需的最小斷接厚度的相對大小，研究油氣成藏期斷裂在蓋層內(nèi)垂向封閉性[3]，認為蓋層古斷接厚度不小于封油氣所需的最小斷接厚度，油氣在蓋層內(nèi)不能發(fā)生垂向運移；反之則可以。第二個是利用在成藏期斷裂填充物古排替壓力與油氣運移盤儲層巖石古排替壓力的相對大小，研究成藏期斷裂側(cè)向封閉性[4]，認為只有斷裂填充物古排替壓力不小于油氣運移盤儲層巖石古排替壓力時，斷裂側(cè)向不連通；反之?dāng)嗔褌?cè)向連通。上述的成果對明確含油氣盆地斷裂附近油氣成藏起到了重要作用。然而，由于未能進一步開展研究，對油氣成藏期斷裂封閉部位（包括垂向封閉部位和側(cè)向封閉部位）目前學(xué)術(shù)界尚未開展研究，加之油氣成藏期斷裂填充物古排替壓力難以獲取等原因，目前尚不能準確地確定油氣成藏期斷裂封閉部位。難以準確地反映斷裂附近的油氣成藏。所以，開展油氣成藏期斷裂封閉部位確定方法研究，對于明確含油氣盆地斷裂附近油氣成藏具重要意義。

1.油氣成藏期斷裂封閉機理及所需條件

在油氣成藏期斷裂活動開啟，通常情況下斷裂是不封閉的。在成藏期，斷裂能否封閉旁側(cè)油氣，在于斷裂的分段生長在泥巖蓋層內(nèi)上下是否形成溝通。若斷裂未能形成有效的連通，即泥巖蓋層中的排替壓力大于儲層的排替壓力，所以在垂向輸導(dǎo)中斷裂是封閉的。相反，斷裂在泥巖蓋層內(nèi)形成有效溝通，那么斷裂在垂向上不封閉，則儲層中油氣會發(fā)生運移。

油氣成藏期斷裂在側(cè)向上能否不連通，主要取決于斷裂填充物泥質(zhì)含量的相對大小，這是因為斷裂活動期斷裂填充物尚未壓實成巖，其泥質(zhì)含量大小的影響排替壓力，若斷裂泥質(zhì)含量相對較大，其排替壓力相對較高[5]，大于油氣運移盤儲層巖石排替壓力，那么斷裂側(cè)向不連通；反之?dāng)嗔褌?cè)向連通。

由上述分析不難看出，油氣成藏期斷裂封閉所需的條件應(yīng)為斷裂在泥巖蓋層內(nèi)分段生長上下不連接和斷裂填充物泥質(zhì)含量應(yīng)大于或等于斷裂封油氣所需的最小填充物泥質(zhì)含量。

2.油氣成藏期斷裂封閉部位的確定方法

要確定油氣成藏期垂向封閉部位，就必須確定在成藏期泥巖蓋層古斷接厚度和斷裂在泥巖蓋層內(nèi)生長時可以形成有效連通時的最大斷接厚度[6]。具體的研究內(nèi)容是第一步統(tǒng)計斷裂在蓋層內(nèi)斷距和被其錯斷蓋層厚度；第二步利用最大斷距相減法和地層古厚度恢復(fù)方法復(fù)原成藏期斷裂古斷距和蓋層古厚度，由蓋層古厚度減去斷裂古斷距求取蓋層古斷接厚度，如圖1-a所示；再統(tǒng)計工區(qū)已知井點處油氣僅分布在蓋層之下蓋層最小古斷接厚度，作為斷裂在泥巖蓋層內(nèi)形成有效連通的最大斷接厚度，如圖1-a所示；第三步，將蓋層古斷接厚度大等于斷裂在泥巖蓋層內(nèi)形成有效連通所需的最大斷接厚度的部位連在一起，便可得到斷裂垂向封閉部位，如圖1-a所示。

要確定油氣成藏期斷裂側(cè)向不連通部位，須確定油氣成藏期斷裂填充物古排替壓力和儲層巖石古排替壓力，比較二者相對大小，便可以確定油氣成藏期斷裂側(cè)向封閉部位。具體方法為：第一步用井上信息和三維地震工區(qū)讀取斷裂所在目的層內(nèi)斷距和被其錯斷地層巖層厚度及泥質(zhì)含量，由式1計算斷裂填充物泥質(zhì)含量，假設(shè)斷裂填充物泥質(zhì)含量各地質(zhì)時期不變，便可由此確定油氣成藏期斷裂填充物古泥質(zhì)含量；第二步，統(tǒng)計工區(qū)已知井點處斷裂填充物泥質(zhì)含量與儲層油氣分布之間關(guān)系，取油氣分布的最小古斷裂填充物泥質(zhì)含量作為斷裂填充物封油氣所需的最小泥質(zhì)含量，如圖1-b所示。第三步將斷裂填充物古泥質(zhì)含量大于等于斷裂填充物封油氣所需的最小泥質(zhì)含量的部位相連接，便可以得到油氣成藏期斷裂側(cè)向封閉部位，如圖1-b所示。

式中：Rf—斷層巖泥質(zhì)含量，%；

Hi—被斷裂錯斷第i層巖層厚度，m；

Ri—被斷裂錯斷第i層巖層泥質(zhì)含量，%；

L—斷裂斷距，m；

n—被斷裂錯斷巖層個數(shù)。

最后將油氣成藏期斷裂垂向封閉部位和側(cè)向封閉部位疊合，二者重復(fù)部位即為油氣成藏期斷裂封閉部位，如圖1-c所示。

圖1 油氣成藏期斷裂封閉部位厘定示意圖

3.實例應(yīng)用

本文選取渤海灣盆地歧口凹陷南大港斷裂為例，如圖2所示，利用上述方法確定油氣成藏期其在東三段內(nèi)封閉位置，與目前南大港斷裂附近東三段已發(fā)現(xiàn)油氣分布之間關(guān)系分析，確定該方法用于確定油氣成藏期斷裂封閉部位的可行性。

圖2 南大港斷裂發(fā)育與東三段油氣分布關(guān)系圖

利用井資料和三維地震數(shù)據(jù)讀取南大港斷裂在內(nèi)不同位置的斷距和被其錯斷蓋層厚度，由最大斷距相減法[7]和地層古厚度恢復(fù)方法[8]還原油氣成藏期—明化鎮(zhèn)組沉積中晚期南大港斷裂古斷距和東二段泥巖蓋層古厚度，由后者減去前者求取不同部位東二段泥巖蓋層古斷接厚度。利用鉆井資料統(tǒng)計歧口凹陷東二段蓋層古斷接厚度與其上下油氣分布之間關(guān)系，可以得到歧口凹陷斷裂在東二段蓋層內(nèi)形成有效連通所需的最大斷接厚度。由此可以得到油氣成藏期—明化鎮(zhèn)組沉積中晚期南大港斷裂在東三段內(nèi)垂向封閉部位。

利用井的信息與三維地震讀取南大港斷裂在東三段內(nèi)斷距和被其錯斷地層巖層厚度及泥質(zhì)含量，由式1計算不同部位南大港斷裂在東三段內(nèi)斷裂填充物泥質(zhì)含量。利用鉆井資料統(tǒng)計歧口凹陷斷裂填充物泥質(zhì)含量與其油氣聚集之間關(guān)系，可以得到斷裂側(cè)向封閉所需的最小斷裂填充物泥質(zhì)含量約為24%。由此可以得到油氣成藏期—明化鎮(zhèn)組沉積中晚期南大港斷裂在東三段內(nèi)側(cè)向封閉部位。

將上述已確定出來的油氣成藏期南大港斷裂在東三段垂向封閉部位和側(cè)向封閉部位疊合，便可以得到油氣成藏期南大港斷裂在東三段內(nèi)封閉部位，如圖3所示，由圖3中可以看出，油氣成藏期南大港斷裂在東三段內(nèi)封閉部位主要分布在其西部，少量分布在其中部和東部局部。目前南大港斷裂附近東三段已發(fā)現(xiàn)油氣主要分布在其中東部，少量分布在其西部局部，正好位于油氣成藏期南大港斷裂在東三段內(nèi)封閉部位及附近，這是因為只有位于油氣成藏期南大港斷裂在東三段內(nèi)封閉部位及附近，才能使下伏沙三段源巖生成油氣沿南大港斷裂運移進入到東三段后得以聚集與保存，油氣鉆探才能發(fā)現(xiàn)油氣；否則無油氣發(fā)現(xiàn)。

圖3 油氣成藏期南大港斷裂在東三段內(nèi)封閉部位與油氣分布關(guān)系圖

4.結(jié)論

（1）油氣成藏期斷裂封閉須垂向和側(cè)向封閉，其條件應(yīng)為斷裂在泥巖蓋層內(nèi)分段生長上下不連接和斷裂填充物泥質(zhì)含量大于或等于封油氣所需的最小泥質(zhì)含量。

（2）在確定油氣成藏期泥巖蓋層古斷接厚度和斷裂在泥巖蓋層內(nèi)分段生長上下連接所需的最大斷接厚度，確定油氣成藏期斷裂垂向封閉部位；通過確定斷裂填充物泥質(zhì)含量和封油氣所需的最小填充物泥質(zhì)含量，確定油氣成藏期斷裂側(cè)向封閉部位，二者綜合建立了一套油氣成藏期斷裂封閉部位的確定方法，經(jīng)實例應(yīng)用，結(jié)果驗證了該方法用于確定油氣成藏期斷裂封閉部位的可行性。

（3）渤海灣盆地歧口凹陷油氣成藏期—明化鎮(zhèn)組沉積中晚期南大港斷裂在東三段內(nèi)封閉部位主要分布在其西部，少量分布在其中部和東部局部，有利于下伏沙三段源巖生成油氣在南大港斷裂附近東三段內(nèi)聚集與保存，與目前南大港斷裂附近東三段已發(fā)現(xiàn)油氣相吻合。

（4）該方法主要適用于砂泥巖含油氣盆地油氣成藏期斷裂封閉部位的確定。