1、第四章 斷層封閉性與油氣運(yùn)聚成藏 斷層封閉性理論 斷層封閉性能評價 斷裂活動與油氣運(yùn)移聚集 1、研究意義 評價圈閉的有效性，指導(dǎo)油氣勘探; 斷層封閉與開啟影響注采措施及開發(fā)效果，有助于布置合理開發(fā)井網(wǎng); 預(yù)測注水開發(fā)后斷層的活化，減小套管損失。一、斷層封閉性理論 2、斷層封閉性的理論模型含義 儲層排替壓力小于斷層另一盤對置巖層的排替壓力-斷層封閉； 斷層兩盤砂巖層對置，斷裂帶填隙物或斷裂帶本身可起封閉作用。PF PB PA PB PF PA PF：斷裂帶排替壓力PA ：A 層排替壓力PB ：B 層排替壓力 斷層的封閉性本質(zhì)上取決于差異排替壓力： 當(dāng)目的層排替壓力小于斷層另一側(cè)對置巖層排替壓力（

2、無斷裂充填時）或斷裂帶的排替壓力（有斷裂充填時），斷層在側(cè)向上封閉; 當(dāng)目的儲集層排替壓力小于上覆蓋層中斷裂帶的排替壓力時，斷層在垂向上封閉。 渤海灣盆地斷層封閉性研究認(rèn)為： 斷裂充填物是一種普遍現(xiàn)象。 緩角斷層的封閉性能好于陡角斷層。 斷層兩盤或斷層一側(cè)地層中存在超壓時，斷層封閉性好。 油氣藏內(nèi)剩余壓力的大小可間接反映斷層 的封閉性。斷移地層以泥巖為主，形成泥質(zhì)填隙物。斷開地層以砂巖為主，形成砂質(zhì)填隙物。 3、斷裂封閉機(jī)理 （1）對置封閉（Juxtaposition)：儲層砂巖與具有高排替壓力的泥巖類低滲透對置。 （2）泥巖涂抹封閉(Clay smear) ：塑性泥巖層沿斷裂帶涂抹其上，使斷

3、裂帶本身具有高排替壓力。 3、斷裂封閉機(jī)理 （3）顆粒碎裂封閉(Cataclasis) ：碎裂作用使斷裂帶中顆粒顆級和滲透率大大降低，如砂質(zhì)顆粒破碎形成細(xì)粒的斷層泥。 斷層位移增大，碎裂作用也增強(qiáng)。 （4）成巖封閉(Diagenesis) ：沿初始滲透性斷層帶的膠結(jié)作用，使斷裂帶滲透性降低。 二、斷層封閉性評價 1、斷層兩側(cè)地層對置樣式及封閉性評價 Allan假設(shè)，斷層既不是封閉的，也不是運(yùn)移通道，斷層對油氣運(yùn)移聚集的影響取決于斷層兩盤并置斷塊的構(gòu)造形態(tài)。 斷層切割的滲透層與非滲透層并置，可提供封閉面；與滲透層并置，油氣穿過斷層溢出。 （1）斷層面剖面： 斷層兩側(cè)并置的地層接觸面的幾何形態(tài)。

4、將斷層兩側(cè)對置地層投影到斷面上，剖面為斷層面，不是垂直面。 按同樣的比例尺作兩個剖面（上盤和下盤），它們共用一條剖面線，即所研究斷層面的走向。將兩條剖面疊置在一起。 下盤剖面位于上盤剖面的前面。封閉條框-滲透性砂巖；空白-非滲透泥巖 在由斷層決定的閉合區(qū)內(nèi)，一條斷層的圈閉潛力對每個滲透層段來說都是不同的 2、泥巖涂抹封閉評價 三種泥巖涂抹類型： （1）剪切涂抹(Shear Smear)-涂抹厚度隨離泥巖“源”層的距離增大而減小。 （2）磨蝕涂抹(Abrasion Smear)-砂巖在泥巖地層中滑動時易產(chǎn)生磨蝕現(xiàn)象，當(dāng)斷距較小且發(fā)生在較厚“源”巖層中時，這種滑抹較厚 （3）注入涂抹(Inject

5、ion Smear)-斷裂活動期體積變化的局部響應(yīng)，厚度變化較大。 粘土涂抹潛力（Clay Smear Potential)：沿斷層面某一點(diǎn)上來自單個頁巖“源”巖層粘土涂抹的相對量，CSP隨頁巖源巖層厚度而增大，隨在斷層面上經(jīng)過某一定點(diǎn)的源巖層數(shù)而增大，但隨斷距增加而減小。它表述沿斷層砂/砂對接時粘土涂抹形成的能力。 CSP = (頁巖層厚度）2 / 離“源”巖層距離適合于距離小于斷層斷距的情況。 CSP 大于5時可形成斷層封閉。 泥巖涂抹因子（Shale smear factor） 塑性泥巖層沿斷裂帶的涂抹量主要與泥巖厚度和泥巖與研究點(diǎn)的距離有關(guān)，還與泥巖塑性、斷層傾角、有效應(yīng)力有關(guān)。泥巖涂

6、抹因子（Shale smear factor） = 斷層斷距/泥巖層厚度SSF = Fault throw/Shale layer thicknessSSF用于評價涂抹的連續(xù)性， SSF小于4，可形成連續(xù)涂抹，封閉 在厚層非均質(zhì)層序中很難對每個頁巖層進(jìn)行制圖和考慮它對斷層面的效應(yīng)，可用頁巖斷層泥比（Shale Gouge Ratio) (SGR) 來描述：SGR = （頁巖層厚）/ 斷層斷距 100 %頁巖厚度在一個高度等于斷距的“窗口 ” 內(nèi) 測 量 ， 該“窗口”表示滑過斷面上該點(diǎn)的巖石柱子。對一儲集層段來說，其內(nèi)細(xì)粒物質(zhì)的貢獻(xiàn)可用粘土含量及該段的厚度來表示： SGR = （區(qū)段厚區(qū)段內(nèi)粘

7、土分?jǐn)?shù)） /斷層斷距 100%SGR 大體表示以各種機(jī)制加入到斷裂中頁巖或粘土的比例。圍巖中頁巖越多，斷裂帶頁巖的比例越大。該比值反映了滑過斷裂面上某一點(diǎn)的巖石層段中封閉性巖性的比例。(a)對頁巖/粘土層較清楚而剖面中再無頁巖的層序的計算；Z是每一頁巖層的厚度；(b)對儲集層序列的計算，Z是每一儲集層段的厚度，VCL是該層段粘土體積分?jǐn)?shù) 3、斷層垂向封閉性評價 取決于斷面的緊閉程度（正壓力大?。┖蛿嘁频貙幽鄮r層含量 P = H (r -w ) 0.009876cos P -斷面所受的正應(yīng)力，(MPa) H-斷面埋深 ，(m) r 、w ：上覆地層、地層水密度,g/cm3 ：斷面傾角 斷面所受正

8、壓力大于泥巖的變形強(qiáng)度時，泥巖變形導(dǎo)致斷裂裂縫愈合，斷層垂向封閉 超過一定埋深，張應(yīng)力不存在，斷層開啟必須有流體壓力的作用。 當(dāng)流體壓力大于斷面上的正壓力時，斷層可張開成為流體運(yùn)移的通道；反之，斷層成為流體運(yùn)移的遮擋物。 斷層封閉性的分析步驟及主要圖件 （1）斷層的幾何要素及力學(xué)性質(zhì)的確定：斷層的產(chǎn)狀，力學(xué)性質(zhì)，斷面構(gòu)造圖、斷面壓力圖 （2）斷層兩側(cè)巖性分析：砂泥比、沉積相圖，斷面剖面圖 （3）斷層封閉性綜合分析：橫向、縱向封閉性綜合分析 （4）斷層封閉史研究：古構(gòu)造發(fā)育史、古斷面剖面 （5）利用對置和封閉圖解分析斷層封閉性 （Juxtaposition and seal diagrams)

9、（6）利用計算機(jī)方法繪制斷面剖面圖 (Allan section) 三、斷裂活動與油氣運(yùn)移 斷裂活動是區(qū)域應(yīng)力場主應(yīng)力的積累超過巖石的破裂極限時產(chǎn)生斷層的應(yīng)力釋放過程。斷層一旦形成，沿斷裂部位構(gòu)造應(yīng)力迅速釋放。此時周圍未破裂的巖石中尚存在較大的應(yīng)力，巖石中的流體在該應(yīng)力的驅(qū)動下，由斷裂兩盤應(yīng)力的高值部位向低應(yīng)力區(qū)-斷層運(yùn)移。 原來已閉合了的斷層需要很小的流體壓力足以使它重新張開。 由于斷層活動，斷層附近應(yīng)力釋放，巖石孔隙度滲透率增大，促使斷層附近流體壓力下降，導(dǎo)致圍巖中流體向斷層運(yùn)移，烴源巖內(nèi)及早期儲集在斷層下方巖層中的油氣即向斷層帶快速運(yùn)移。 1、斷裂活動與地震泵運(yùn)移模式： Sibson在研

10、究熱液金屬礦與古代斷層破碎帶的關(guān)系后，提出地震泵的模式來解釋熱液礦床的輸運(yùn)問題。 礦脈橫切面說明，礦化作用是多期的，呈幕式發(fā)生的。認(rèn)為含礦熱液是通過較深古斷層呈幕式輸送的，它受地震作用控制，地震作用如同泵一樣，將較深部熱液抽出，由斷層運(yùn)移至具較低正應(yīng)力的張裂隙中。地震泵作用有利于油氣在構(gòu)造活動區(qū)的運(yùn)移。儲集層砂巖斷層 深部砂層高壓流體源斷層與儲層之間的裂縫對流體進(jìn)入砂巖儲集層起“單向閥”作用興5井產(chǎn)液量變化與地震關(guān)系(據(jù)吳起林等，1983) 地震前后井異常統(tǒng)計表(據(jù)吳起林等，1983)井號等應(yīng)地震距震中(公里)油層中部深度(m)異常時間異常情況及幅度斷裂情況備注起至?xí)r間(年月日)天數(shù)產(chǎn)液量(方

11、/日)產(chǎn)水量(方/日)產(chǎn)氣量(萬方/日)興5井海域7.3801850.374.10.9至75.2.4118上升38(240)上升16.8(0.217)下降0.8(3.62.8)通過北東向斷層與近東西向斷層交匯處自噴能力加強(qiáng)熱10-6井海域7.3801923.074.12.1至74.12.2928上升76(480)上升3(25)變化不大通過東西向斷層抽油變自噴井底大量出砂和泥漿興201井唐山7.83801586.176.4至76.7約90 通過北東向斷層與近東西向斷層交匯處抽油變白噴于11井官屯6.020253078.5.12至78.5.183上升53(2477)上升10(313)上升4.7(0

12、.35)通過北東向斷層與近東西向斷層交匯處抽油變自噴大1井官屯6.0201785.178.4.9至78.5.1839上升30(4070)上升16(1430)上升1.89(0.32.2)北西向斷層附近震后靜壓繼續(xù)上升板804*唐山7.81202767.076.3至76.7.28149 北東向斷層附近震前突降震后突升渤海2*寧河6.950307076.11.15至76.11.2611下降后上升83(15790)下降后上升12(7214) 臨震前油量突增坨3-5-13*唐山7.8250198176.7.22至76.7.265上升35.5(76112.5)下降2.5(2522.5) 位于北東向斷層端部

13、 Figure1 Location map showing wells discussed in text and location of geologic crossSection AA(figure3) and fluid pressure cross section BB(Figure16) .Locations of wells Providing fluid pressure and vitrinite reflectance(underlined) data are shown. Structure Contour map is of OI1 sand. Modified from Holland et al.91990).FBA=fault block A,FBB=fault block B, FBC=fault block C, O/W=oil/water contact. Figure3-Southwest-northeast cross section AA (see Figure1 for location),Block 330 ,Showing A20ST(Pathfinder)and A6ST wells, Afault and subsidiary structures ,and Selected sand