斷層封閉性定量研究現(xiàn)狀

斷層定量封閉性研究進(jìn)展大慶石油學(xué)院呂延防2009.1.7一、斷層封閉機(jī)理(類型)二、影響斷層封閉性的因素三、斷層封閉的差異性四、斷層封閉性研究的層段區(qū)別五、斷層側(cè)向封閉性定量研究

(一)根據(jù)斷層兩盤油水界面高差確定斷層封閉程度

(二)根據(jù)斷層兩盤砂泥巖對(duì)置狀態(tài)評(píng)價(jià)斷層封閉性

(三)泥巖涂抹層狀態(tài)研究判斷斷層封閉性六、斷層垂向封閉性定量研究

(一)斷層封堵系數(shù)法

(二)根據(jù)斷裂充填物壓實(shí)程度評(píng)價(jià)斷層封閉性

(三)根據(jù)斷裂帶化學(xué)沉淀膠結(jié)評(píng)價(jià)斷層封閉性

(四)根據(jù)斷面壓力大小評(píng)價(jià)斷層封閉性七、斷層連通概率法定量研究斷層封閉性八、斷層封閉性定量研究需注意的問題

1.對(duì)接封閉（Juxtaposionseal）：早在1966年，D.Smith就從分析斷層封閉性的本質(zhì)入手，建立了斷層兩盤巖性對(duì)接封閉的理論模型，其基本含義為：目的盤巖層中的排替壓力小于與之對(duì)置的斷層另一盤地層排替壓力時(shí)，斷層封閉，所以陸相盆地目的層砂層與對(duì)盤泥巖層對(duì)置，斷層是封閉的。這種機(jī)理只適用于斷裂帶無充填，兩盤直接接觸的斷層，一般斷距小于砂巖層厚度的斷層屬于此類。斷層側(cè)向滲漏模型斷層側(cè)向封閉模型一、斷層封閉機(jī)理(類型)2.泥巖涂抹封閉（Claysmearseal）：K.J.Weber（1978）等人利用一種環(huán)形剪切實(shí)驗(yàn)裝置來模擬斷層泥的形成，證實(shí)了在剪應(yīng)力作用下的塑性地層可以形成斷層泥，對(duì)所產(chǎn)生的斷層泥進(jìn)行了封閉性能測(cè)試，確認(rèn)斷層泥可對(duì)流體起遮擋作用。一般在塑性地層段斷層的初次活動(dòng)形成泥巖涂抹。

環(huán)形剪切裝置示意圖

涂抹層分布圖3.碎裂巖封閉（Cataclasticrockseal）：形成于純的粘土含量低的砂巖中。這種封閉起因于破裂作用，顆粒磨擦滑動(dòng)以及伴隨有粒徑減小的伴生孔隙的崩塌（Knipe，1992a，1992b），一般形成于大套的砂礫巖層段。遼河油田蓮花油藏剖面圖4.層狀硅酸鹽/框架斷層巖（Phyllosilicate/frameworkfaultrockseals）：一種重要的斷層巖類型，是由具有一定層狀硅酸鹽含量的不純砂巖的變形而形成的。層狀硅酸鹽與框架石英的混合形成斷層巖，這些斷層巖在封閉性分析中曾經(jīng)被忽視（Knipe，1992a，b）。這些互相聯(lián)結(jié)的微觀泥質(zhì)帶可能具有與粘土封堵相似的特性，其封閉性是受變形層狀硅酸鹽的連續(xù)性和結(jié)構(gòu)控制的，并不一定像泥巖涂抹那樣要求厚而且塑性較強(qiáng)的粘土地層單元。一般在砂泥巖薄互層段均發(fā)育此類封閉。礦物顆粒泥巖斷層巖層狀硅酸鹽/框架斷層巖分布示意圖5.膠結(jié)封閉（Cementedseal）：斷層帶的封閉性受新礦物的沉淀所控制，這些封閉可被限定在變形造成局部溶解和溶解物質(zhì)再沉淀，或者與沿?cái)鄬踊蚪咏鼣鄬幽z結(jié)擴(kuò)張侵入。常見的膠結(jié)封閉有兩種類型：（1）深部熱液膠結(jié)封閉；（2）變形造成局部溶解和再沉淀膠結(jié)。二、影響斷層封閉性的因素

1.地層巖性和斷距

地層巖性特征和斷距是影響斷裂帶中斷層泥比率的關(guān)鍵因素，它們決定著斷裂充填物的性質(zhì)，斷移地層若均為泥巖，充填物為泥質(zhì)，若均為砂巖，充填物一般為砂巖充填，若為砂泥巖互層，充填物一般為二者的混合物。如果斷距不大，充填物的厚度不大;如果斷距很大，充填物的厚度也很大，且充填物的性質(zhì)復(fù)雜。海拉爾免渡河-扎敦河林場(chǎng)公路10km處南平組小型正斷層斷距約為40cm，斷裂帶寬度約為15-20cm；海拉爾免渡河林場(chǎng)泥盆系大明山組斷裂斷裂帶寬度達(dá)1-2Km

2.地層巖石力學(xué)特征脆性斷層帶和韌性斷層帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)的差異說明巖石力學(xué)特征影響斷層的封閉性，相同泥巖厚度和相同斷距，但巖石力學(xué)特征不同的地層，斷層的行為及封閉性是不同的，脆性地層中的斷裂作用主要發(fā)生破碎過程，泥巖涂抹并不發(fā)育，而塑性地層斷層泥涂抹作發(fā)育，破碎的程度也小。

3.次級(jí)破裂網(wǎng)絡(luò)影響主斷裂的封閉性

次級(jí)破裂網(wǎng)絡(luò)影響主斷裂的封閉性，主斷裂可能是封閉的，但由于次級(jí)斷層和裂縫開啟，導(dǎo)致油氣垂向?qū)ǎ≧DR公司，2004，2005）。

柴達(dá)木盆地南八仙地區(qū)T2層（N21底）平面構(gòu)造圖柴達(dá)木盆地南八仙構(gòu)造剖面圖

典型實(shí)例為柴北緣南八仙地區(qū)，由于晚期左行壓扭應(yīng)力場(chǎng)作用，在仙北斷裂上盤產(chǎn)生大量的次級(jí)斷層和裂縫，極大破壞了蓋層的完整性，油氣不能在上盤聚集，主要聚集在下盤地層中

4.斷裂后期活動(dòng)對(duì)早期斷層封閉性影響

早期活動(dòng)的斷裂晚期再活動(dòng)時(shí)，對(duì)早期形成的斷層巖有改造和破壞的作用，主要有兩個(gè)方面：一是早期形成的泥巖涂抹，由于后期活動(dòng)斷距增大，從而將泥巖涂抹拉斷（呂延防等，2000）；二是早期形成的斷層巖在晚期活動(dòng)時(shí)產(chǎn)生裂縫，成為油氣的運(yùn)移通道（RDR公司，2004，2005）。因此早期形成的斷層巖在晚期活動(dòng)時(shí)容易被破壞，斷層封閉性變差。

5.膠結(jié)作用

膠結(jié)作用有利于斷層封閉，特別是對(duì)斷裂帶伴生的次級(jí)破裂網(wǎng)絡(luò)的封閉是及其重要的（FisherandKnipe，2001；Leveilleetal.，1997）。海拉爾盆地布達(dá)特群斷裂帶巖心

6.應(yīng)力與斷層封閉性

a.斷面正壓力與斷層垂向封閉性：斷面正壓力是影響斷層垂向封閉性的關(guān)鍵因素，一般認(rèn)為斷面壓力越大，斷層垂向越易于緊閉封閉，將斷面正壓力與泥巖的屈服強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系作為封閉性的判別標(biāo)準(zhǔn)（陳發(fā)景，1989；劉澤容和鄧俊國(guó)，1998；呂延防等，1996；周新桂，2000；童亨茂，1998；付廣等，2005；付曉飛等，2005）。一般認(rèn)為斷面正壓力大于泥巖的屈服強(qiáng)度而小于抗壓強(qiáng)度時(shí)，斷層泥易于塑性流變，填塞斷裂帶內(nèi)部的裂縫空間，使斷層易于封閉。

b.應(yīng)力方向與斷層封閉性：萬天豐（2004）認(rèn)為斷裂的展布方向與該地區(qū)當(dāng)時(shí)所經(jīng)受的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的特征是決定斷裂封閉性的主要地質(zhì)因素，如果斷裂沒有被愈合，隨著應(yīng)力場(chǎng)的變化，在不同時(shí)期斷層的封閉性也在不斷變化之中。當(dāng)最大主壓應(yīng)力方向與斷裂走向幾乎垂直時(shí)，斷裂趨向于閉合狀態(tài)，斷裂帶內(nèi)的充填物的磨碎和壓實(shí)程度高，其封閉性較好，帶內(nèi)流體的滲透率低，斷裂帶有利于油氣的聚集；當(dāng)最大主壓應(yīng)力方向與斷裂走向幾乎平行時(shí)，斷裂趨向于張開，斷裂帶內(nèi)的充填物松散程度高，開啟性好，帶內(nèi)流體的滲透率高，或者說封閉性差，不利于油氣的聚集，但有利于油氣的運(yùn)移；當(dāng)最大主壓應(yīng)力方向與斷裂走向斜交時(shí)，交角越小，斷裂的封閉性越差，開啟性越強(qiáng)；交角越大，斷裂的封閉性越好，開啟性越差。遼河油田蓮花油藏剖面圖三、斷層封閉的差異性1.斷層封閉能力的差異性

彎曲斷層的斷面剖面圖2.空間上斷層封閉的差異性3.時(shí)間上斷層封閉的差異性

目前開啟的斷層，地史時(shí)期一定是開啟的；目前封閉的斷層，地史時(shí)期一定開啟過。

當(dāng)斷層處于活動(dòng)期時(shí)，斷層以垂向開啟為主，所有被斷穿的蓋層都可能沿?cái)鄬幼呦虬l(fā)生全部或局部滲漏，只有當(dāng)斷層停止活動(dòng)以后，在地應(yīng)力的作用下或膠結(jié)作用下，斷層裂縫在蓋層段內(nèi)慢慢愈合，蓋層才能重新形成封閉[11]。柴北緣冷湖0－3號(hào)構(gòu)造在晚期再生前陸盆地時(shí)期由于斷層再活動(dòng)垂向開啟（0－2號(hào)構(gòu)造）和蓋層的剝蝕作用（3號(hào)構(gòu)造），早期聚集的油氣大量散失形成地表油氣苗，之后由于瀝青的封堵作用重新封閉，只保留了少部分油氣。四、斷層封閉性研究的層段區(qū)別儲(chǔ)層段與蓋層段內(nèi)油氣運(yùn)移方向示意圖儲(chǔ)層段內(nèi)應(yīng)研究斷層的側(cè)向封閉性，蓋層段內(nèi)應(yīng)研究斷層的垂向封閉性。五、斷層側(cè)向封閉性定量評(píng)價(jià)

側(cè)向封閉性的決定因素—差異排替壓力斷層封閉的條件：目的盤儲(chǔ)層與對(duì)置盤非滲透層對(duì)置，斷層充填物質(zhì)的排替壓力大于儲(chǔ)層的排替壓力。斷層側(cè)向封閉性形成機(jī)理(一)根據(jù)斷層兩盤油水界面高差確定斷層封閉程度(呂延防，1996)遼河油田蓮花油藏剖面圖優(yōu)點(diǎn)：定量判斷準(zhǔn)確，不用考慮其他因素。不足：只能適用于開發(fā)階段。

呼圖壁構(gòu)造斷層側(cè)向封閉性Knipe圖解

1.Knipe.R.J

圖解法判斷斷層封閉性(二)根據(jù)斷層兩盤砂泥巖對(duì)置狀態(tài)評(píng)價(jià)斷層封閉性

優(yōu)點(diǎn)：適用于對(duì)接封閉類型斷層封閉性的判斷。不足：沒考慮斷裂充填物質(zhì)，鉆井少或無鉆井區(qū)不適用。

2.橫向封堵系數(shù)法(劉澤榮，1998)C:構(gòu)造封堵系數(shù);R：儲(chǔ)層封堵系數(shù);G：巖性封堵系數(shù);F：斷層橫向封堵系數(shù);L:斷層垂直落差;H：蓋層厚度;:斷層傾角;:儲(chǔ)層傾角;h:

儲(chǔ)層厚度。F值越大，橫向封堵能力越強(qiáng);反之越弱。巖性封堵系數(shù)G值在0-1之間，封堵層為純砂巖G為0,泥質(zhì)砂巖G為0.5,砂質(zhì)泥巖G為0.75，泥巖G為1.0.斷層橫向封閉示意圖優(yōu)點(diǎn)：考慮的因素較多。不足：沒有考慮斷裂充填。討論：該公式是否應(yīng)該限定應(yīng)用條件?當(dāng)斷距很大時(shí)封閉性不一定好!3.砂泥對(duì)接概率數(shù)值模擬法評(píng)價(jià)斷層封閉性

砂泥對(duì)接概率是指占斷層目的盤砂巖層總厚度的某一百分?jǐn)?shù)的砂巖被對(duì)置盤泥巖層封堵的可能性大小。通過模擬計(jì)算，如果大多數(shù)砂巖層被對(duì)置盤泥巖封堵的概率高，說明該斷層側(cè)向封閉性好，反之則差。模擬步驟：（1）根據(jù)已知鉆井剖面，在細(xì)分沉積相的前提下，分別統(tǒng)計(jì)各相砂泥巖小層厚度分布，通過馬爾柯夫概率分析，確定不同砂地比值條件下的小層厚度分布規(guī)律。

(呂延防，1996)

(2)砂泥小層厚度的求取(建立地層柱子)

對(duì)于要評(píng)價(jià)但周圍沒有鉆井的斷層，在確定了沉積相和泥地比值以后，就要選擇相應(yīng)的厚度分布模型進(jìn)行抽樣，獲得服從隨機(jī)分布的厚度變量，可應(yīng)用偽隨機(jī)數(shù)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)地層剖面上小層厚度分布模擬。

A.如果小層厚度為正態(tài)或近于正態(tài)分布，厚度計(jì)算公式為：其中

——實(shí)際地層的砂泥層厚度；——此地層的小層數(shù)B.如果小層厚度為對(duì)數(shù)正態(tài)分布，則小層厚度為：

其中C.如果小層厚度為指數(shù)分布，則小層厚度為：其中

延吉盆地東部凹陷斷層封閉概率直方圖當(dāng)斷層兩盤地層柱子被模擬出來以后，將斷層兩盤每次地層剖面的模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)接，計(jì)算目的盤儲(chǔ)層被對(duì)置盤泥巖層封堵的厚度，進(jìn)行千次模擬，千次對(duì)接，可得到目的盤儲(chǔ)層某一被封堵厚度的概率。(3)斷層兩盤砂泥對(duì)接概率模擬被封堵砂巖百分?jǐn)?shù)(％)0—2020—4040—6060—8080—100斷層封閉能力差較差中較好好斷層側(cè)向封閉能力分級(jí)表選擇大慶和遼河油田已知封閉能力的斷層采用上述方法進(jìn)行砂泥對(duì)接概率模擬，發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果與實(shí)際斷層的封閉能力基本一致，模擬誤差均值為0.08，說明該方法用于斷層的側(cè)向封閉性研究是可行的。延吉盆地構(gòu)造分區(qū)圖(4)應(yīng)用實(shí)例延吉盆地Ⅲ14斷層斷面剖面圖①對(duì)鉆井剖面細(xì)分沉積相并統(tǒng)計(jì)各相砂地比值;②計(jì)算各相不同砂地比值的小層厚度分布規(guī)律;③準(zhǔn)備各層沉積相平面分布圖。④根據(jù)地震剖面做斷層面剖面圖，并標(biāo)注兩盤沉積相。⑤根據(jù)斷層各處兩盤相互對(duì)置地層的沉積相類型和砂地比值，正確選擇模擬的對(duì)接概率模型，確定該層段內(nèi)斷層的側(cè)向封閉性。延吉盆地東部坳陷斷層側(cè)向封閉性評(píng)價(jià)⑥將沿走向上不同位置的側(cè)向封閉性模擬結(jié)果標(biāo)注在平面圖上，便得到側(cè)向封閉性評(píng)價(jià)平面圖。西部坳陷大拉子組斷層側(cè)向封閉性評(píng)價(jià)圖

優(yōu)點(diǎn)：對(duì)于無鉆井區(qū)實(shí)現(xiàn)了斷層封閉性的定量評(píng)價(jià)。缺點(diǎn)：只考慮了砂泥巖對(duì)接情況，沒考慮斷裂帶內(nèi)部的充填，且只能了解斷裂走向上某一剖面的封閉性特征。4.Allen圖解法判斷斷層封閉性

斷層側(cè)向封閉性評(píng)價(jià)的Allen圖解(AllenUS,1989)

巖性并置圖顯示，B68斷層斷層面上砂巖與砂巖并置區(qū)發(fā)育，因此靠巖性并置不能形成斷層側(cè)向條件。海拉爾盆地貝爾凹陷B68斷層巖性對(duì)接剖面(Allen圖)優(yōu)點(diǎn)：可直觀地看到斷層兩盤沿走向砂泥巖層的對(duì)置情況。不足：沒考慮斷裂充填性質(zhì)，只適用于對(duì)接封閉類型。

Weber（1978）等人利用一種環(huán)形剪切實(shí)驗(yàn)裝置來模擬斷層泥的形成，Bouvier在尼日利亞農(nóng)河油田利用三維地震資料作過斷層切片，Allen提出了三維圖解方法，Lindsay等提出了泥巖涂抹因素SSF,Lehner改進(jìn)了Lindsay的SSF計(jì)算方法，提出了CSP，Yielding提出了斷層泥分布率SGR，Knipe（1998）提出了ESGR的概念。(三)泥巖涂抹層狀態(tài)研究判斷斷層封閉性

Lindsay等提出了泥巖涂抹因素SSF（ShaleSmearFactor），

SSF=斷距/泥巖層厚度=H/hh-泥巖層厚度H-斷距1、泥巖涂抹因子法判斷斷層封閉性

SSF主要用以表征斷層涂抹層的連續(xù)程度，SSF小于4涂抹層連續(xù)分布，斷層側(cè)向封閉，SSF大于7時(shí)泥巖涂抹變得不完整。SSF計(jì)算圖解(LindsayNC,1993)

SSF表示單個(gè)源頁(yè)巖層沿?cái)鄬用姘l(fā)生涂抹的相對(duì)粘土量，對(duì)于復(fù)合涂抹，SSF不應(yīng)相加，應(yīng)該對(duì)最厚泥巖層進(jìn)行單層計(jì)算。

SSF主要適用于研磨涂抹。復(fù)合泥巖涂抹分布圖趙密福利用該方法對(duì)東辛油田營(yíng)32斷層的SSF進(jìn)行了計(jì)算，其判斷結(jié)果與油層分布不一致。

經(jīng)分析后認(rèn)為，該公式過于簡(jiǎn)單，不能真實(shí)反應(yīng)斷層的縱向涂抹情況。

Lehner改進(jìn)了Lindsay的SSF計(jì)算方法，提出了CSP（ClaySmearPotential）方法：CSP=∑（泥巖層厚度2/涂抹距離）=∑(h2/H)CSP<15斷層開啟CSP=15-30封閉與開啟過渡CSP>30斷層封閉h-泥巖層厚度H-涂抹距離2.粘土涂抹勢(shì)法判斷斷層封閉性CSP計(jì)算圖解(LehnerFK,1996)

趙密福研究認(rèn)為，CSP公式的頁(yè)巖厚度自乘平方已經(jīng)得到了流體動(dòng)力學(xué)的證明，該公式考慮了泥巖最初滑動(dòng)時(shí)的泥巖涂抹量最大的問題，是研究涂抹層長(zhǎng)度最好的公式。該公式適用于同生斷層初期活動(dòng)形成的涂抹狀態(tài)。

不足：一是應(yīng)用復(fù)雜，二是只能對(duì)同生斷層的初次活動(dòng)形成的涂抹層長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算，不適用于斷層的后期活動(dòng)對(duì)涂抹層產(chǎn)生破壞后涂抹層的分布情況。實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖④①③②①底座

②剪切施力桿

③正應(yīng)力施力桿④滑動(dòng)箱

3.模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)泥巖涂抹的認(rèn)識(shí)(呂延防，2001)泥巖涂抹層分布：砂巖斷面粗糙時(shí)，涂抹層發(fā)育，否則不發(fā)育。泥巖層越厚，涂抹層越厚。塑性泥巖有涂抹，脆性泥巖無涂抹層。涂抹層與斷層活動(dòng)時(shí)間的關(guān)系：斷層初期活動(dòng)對(duì)涂抹層起建設(shè)性作用，繼續(xù)活動(dòng)的斷層，對(duì)已經(jīng)形成的涂抹層起破壞作用。先期斷裂后期剪切泥巖涂抹規(guī)律：泥巖涂抹的連續(xù)性與斷層斷距關(guān)系先期斷層的基礎(chǔ)上，斷層的再次活動(dòng)，基本不形成泥巖涂抹層。當(dāng)斷距較大時(shí)，涂抹層的連續(xù)性變差。

大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，涂抹層空間上的分布主要受泥巖厚度、斷距、泥巖塑性程度的影響。對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸，得出涂抹層厚度、長(zhǎng)度與泥巖層厚度,泥巖含水量,斷層斷距之間的關(guān)系統(tǒng)計(jì)規(guī)律為：HS=H1.2248S0.1504T-1.245LS=H0.9405S0.4644T0.05128

G.Yielding（1997）在前人研究的基礎(chǔ)上，提出了斷層泥分布率SGR（ShaleGougeRatio）及計(jì)算公式：

SGR=(∑泥巖層厚度）/斷距=(∑h）/Hh–

泥巖層厚度H–

斷距4.斷層泥比率法判斷斷層封閉性SGR計(jì)算圖解

（YieldingG，1997）

實(shí)際的斷裂作用過程中，砂巖中的泥（硅酸鹽）對(duì)斷裂帶中斷層泥的比率貢獻(xiàn)很大，為此Knipe（1998）提出了ESGR的概念，即有效斷層泥比率，同一條斷裂ESGR與SGR的值存在很大的差異，ESGR更能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)斷裂帶中斷層泥含量和泥巖涂抹的程度。

ESGR=泥質(zhì)成分總厚度×100%/斷距當(dāng)ESGR＜14％時(shí)，斷裂帶內(nèi)部主要發(fā)育碎裂巖；當(dāng)14％＜ESGR＞40％時(shí)，斷裂帶內(nèi)部主要發(fā)育類泥質(zhì)砂巖；當(dāng)ESGR＞40％時(shí)，主要發(fā)育泥巖涂抹。海拉爾盆地貝爾凹陷B68斷層斷面埋深斷層面屬性標(biāo)定利用Traptester5.4斷層分析軟件系統(tǒng)研究海拉爾盆地貝爾凹陷B68斷層封閉性海拉爾盆地貝爾凹陷B68斷層斷層傾角

海拉爾盆地貝爾凹陷B68斷層斷層走向海拉爾盆地貝爾凹陷B68斷層斷距變化

巖性并置圖顯示，B68斷層斷層面上砂巖與砂巖并置區(qū)發(fā)育，因此靠巖性并置不能形成斷層側(cè)向條件。海拉爾盆地貝爾凹陷B68斷層巖性對(duì)接剖面(Allen圖)SGR圖顯示，B68斷層靠泥巖涂抹具有較強(qiáng)的封堵能力。

海拉爾盆地貝爾凹陷B68斷層SGR分布圖泥巖涂抹率與所能支撐的流體壓力差之間關(guān)系(yielding,1997)

H為斷層面某點(diǎn)支撐的烴柱高度，m；SGR為斷層面某點(diǎn)斷層泥比率，0-100之間的數(shù)，%；d為需要標(biāo)定的參數(shù)，0-200；c為常數(shù)，當(dāng)埋深小于3000m時(shí)為0.5，當(dāng)埋深介于3000m-3500m之間時(shí)為0.25，當(dāng)埋深超過3500m時(shí)為0；ρw為油藏中水的密度，kg/m3；ρo為油藏中油的密度，kg/m3；g為重力加速度，m/s2。

下盤（油）上盤（水）斷層能夠承受的最大烴柱根據(jù)SGR推出的烴柱疊置的油藏砂巖某斷裂不同SGR界限所對(duì)應(yīng)的烴柱高度和深度關(guān)系SGR=25%SGR=30%SGR=35%SGR=40%當(dāng)d值取70時(shí)，油柱高度與埋藏深度關(guān)系的內(nèi)包絡(luò)線在1070m處支撐的油柱高度為210m，與實(shí)際油柱高度一致;故d取70為宜，SGR則為(d×0.5÷100)35%(如果埋深為3000-3500m，應(yīng)乘0.25,埋深大于3500m，乘零)。

斷層面上能支撐的烴柱高度圖顯示，B68斷層靠泥巖涂抹能夠支撐一定的烴柱高度,下部地層比上部地層能支撐的烴柱高度明顯要大。

海拉爾盆地貝爾凹陷B68斷層斷層面支撐烴柱高度分布圖（Badley公司，Yielding，1998）SGR＜15%：碎裂巖封閉；15%＜SGR＜50%：層狀硅酸鹽-框架斷層巖封閉；SGR＞50%：泥巖涂抹封閉。（RDR，Knipe2004，2005）SGR＜14%：碎裂巖封閉；14%＜SGR＜40%：層狀硅酸鹽-框架斷層巖封閉；SGR＞40%：泥巖涂抹封閉。斷層封閉類型判斷標(biāo)準(zhǔn)：優(yōu)點(diǎn)：①根據(jù)SGR的大小確定了斷層的封閉類型;②依據(jù)了斷層巖及其中的泥質(zhì)含量通過統(tǒng)計(jì)規(guī)律定量研究斷層的封閉性，抓住了斷層封閉性的本質(zhì)。不足：①對(duì)斷裂充填物性質(zhì)的分布沒能細(xì)致刻畫;②沒考慮影響斷裂充填物成巖程度的斷面壓力這一關(guān)鍵因素，只是統(tǒng)計(jì)規(guī)律的定量描述。

(1)斷層封閉性形成機(jī)理斷層巖厚度不等地平鋪在斷層面上，恰似于沿?cái)鄬用鎯A置于沉積地層之間完全由斷層巖構(gòu)成的一油氣薄蓋層，其對(duì)圍巖儲(chǔ)層中的油氣起著封堵或輸導(dǎo)作用，如果斷層巖的排替壓力小于儲(chǔ)層排替壓力，斷層不封閉且起輸導(dǎo)油氣的作用，反之，斷層起封閉作用，其封閉能力的強(qiáng)弱取決于排替壓力差的大小，排替壓力差越大，斷層的封閉能力越強(qiáng)。5.排替壓差計(jì)算法判斷斷層封閉性

(呂延防，2008)

斷層巖并不像沉積地層那樣既使在手標(biāo)本的規(guī)模上也可能具有成層特征，大都情況下為砂泥巖碎屑的混雜堆積而成，所形成斷層巖的物性不具有方向性，因此，某一點(diǎn)斷層巖的封閉性既反映了斷層的側(cè)向封閉能力，也代表著斷層的垂向封閉能力。也正因如此，既使目的盤儲(chǔ)層與對(duì)置盤泥巖層相對(duì)接，也要認(rèn)清斷層巖的封閉性，如果此種情況下斷層巖的排替壓力小于目的儲(chǔ)層的排替壓力，由于斷層巖垂側(cè)向均不具備封閉能力，油氣仍可通過斷層巖發(fā)生滲漏(圖1,A點(diǎn))，只有斷層巖排替壓力高于目的儲(chǔ)層的排替壓力時(shí)，油氣才能被封堵形成油氣藏(圖1，B點(diǎn))?？梢姡灰嬖跀鄬訋r，斷層巖的封閉能力是斷層可否形成封堵的關(guān)鍵，而與砂巖層相對(duì)接的泥巖層起到的是輔助封閉作用。尤其在砂泥巖薄互層段更是如此!

斷層巖對(duì)油氣輸導(dǎo)與封閉作用圖解

根據(jù)斷層封閉性形成機(jī)理分析，評(píng)價(jià)砂泥巖薄互層段內(nèi)斷層封閉性的實(shí)質(zhì)是計(jì)算斷層巖的排替壓力，其影響因素為：

(1)斷層巖的泥質(zhì)含量

(2)

斷層巖的成巖程度

(3)斷層的埋深與斷層傾角

如果能計(jì)算出斷層巖的泥質(zhì)含量和所承受的斷面壓力，可將該泥質(zhì)含量和該斷面壓力下的斷層巖看成是具有該泥質(zhì)含量并承受著與該斷面壓力相同的靜巖壓力的沉積地層，如果獲取了該泥質(zhì)含量地層并承受著該靜巖壓力沉積地層的排替壓力，此排替壓力即可看成是該斷層巖的排替壓力。(2)斷層封閉性研究的基本思路(3)斷層封閉能力定量評(píng)價(jià)方法(1)靜巖壓力與埋藏深度關(guān)系的確定。(2)斷面正壓力的計(jì)算

(3)斷層巖泥質(zhì)含量的求取(4)不同泥質(zhì)含量地層排替壓力與埋藏深度關(guān)系的確定(5)斷點(diǎn)處斷層巖排替壓力的求取(6)斷層封閉性的定量評(píng)價(jià)設(shè)：斷層巖排替壓力為P1，儲(chǔ)層的排替壓力為P2，如果P1>P2斷層封閉，差值越大，封閉性越強(qiáng)。

P1<P2斷層開啟貝爾凹陷不同泥質(zhì)含量巖石排替壓力與埋深關(guān)系圖

呼和-7號(hào)圈閉是呼和諾仁構(gòu)造帶上的主體圈閉，該圈閉是在西部斜坡背景下，上傾方向由北東向早期發(fā)育的反向同生正斷層—B29號(hào)斷層遮擋形成的東南傾沒的繼承性斷鼻構(gòu)造，該圈閉傾向155

。長(zhǎng)軸長(zhǎng)10.2km，短軸長(zhǎng)3.0km，貝302井就位于該圈閉上，并在南屯組地層中發(fā)現(xiàn)了油氣。海拉爾盆地貝爾凹陷呼和－7號(hào)圈閉平面構(gòu)造圖

該區(qū)自下而上發(fā)育三疊系布達(dá)特群(基巖)，白堊系銅缽廟組、南屯組、大磨拐河組、伊敏組、青元崗組，古近系呼查山組及第四系地層。在貝302井處，除大磨拐河組一段在該井區(qū)尖滅外，其余地層均有分布。貝302井原油主要來自于貝西洼槽中的南屯組源巖，儲(chǔ)層為南屯組薄層粉砂巖和砂礫巖，其上的大二段地層泥巖較為發(fā)育,是該區(qū)油氣成藏的主要蓋層。

貝302井南屯組地層為一套典型的砂泥巖薄互層段，泥巖單層厚度從0.5~7.9m之間均，一般為2~3m。砂巖及砂礫巖單層厚度為0.5~11.6m之間，一般在2~4m左右。

構(gòu)成呼和-7號(hào)圈閉西邊界的B29號(hào)斷層是呼和諾仁斷鼻構(gòu)構(gòu)造帶上一條重要的同生正斷層，呈北東向展布，延伸長(zhǎng)度13.4Km，剖面上斷面西傾，從基底斷至伊敏組地層，斷距下大上小，T1反射層斷距10~55m，基底斷距達(dá)80~1650m，斷層傾角15°～50°，上陡下緩，呈產(chǎn)式。該斷層是否封閉，決定了呼和－7號(hào)圈閉的存在與否，其封閉能力的強(qiáng)弱，決定了呼和－7號(hào)圈閉中所能聚集油氣藏高度的大小，對(duì)B29號(hào)斷層封閉能力的正確認(rèn)識(shí)，是判斷呼和－7號(hào)圈閉有效程度的關(guān)鍵。海拉爾盆地B29號(hào)斷層斷面剖面圖(Allen圖)海拉爾盆地B29號(hào)斷層ESGR分布圖貝爾凹陷B29號(hào)斷層SGR分布圖貝爾凹陷呼和－7號(hào)構(gòu)造油藏剖面圖

以上研究成果與勘探成果吻合得特別好，目的層段發(fā)現(xiàn)9層儲(chǔ)層，其中第1、2、3、6層為含油層，其它5層為含水層。按本文提出的方法研究結(jié)論證實(shí)，本層段內(nèi)含水層的斷層巖與儲(chǔ)層排替壓力差均為負(fù)值，表明該斷層在本段內(nèi)對(duì)這些儲(chǔ)層不具封閉能力，油氣進(jìn)入這些儲(chǔ)層后通過斷層巖發(fā)生了逸失;造成斷層對(duì)這5層儲(chǔ)層不封閉的原因除斷層巖自身的封閉能力弱外，儲(chǔ)層的泥質(zhì)含量較高所導(dǎo)致的自身排替壓力過大也是其重要因素所在。所發(fā)現(xiàn)的4層含油層斷層巖與儲(chǔ)層的排替壓力差均為正值，盡管其值不大，但表明斷層對(duì)該4層儲(chǔ)層具封閉能力;

根據(jù)本區(qū)發(fā)現(xiàn)的原油密度計(jì)算，本段斷層所能封閉的最大油柱高度為209m,這與該圈閉上已完成的71口開發(fā)井所揭示的油柱高度是一致的。優(yōu)點(diǎn)：①抓住了斷層巖與儲(chǔ)層排替壓力差這一斷層封閉性的本質(zhì)因素;②真正意義上實(shí)現(xiàn)了斷層封閉性的定量評(píng)價(jià)。不足：①斷裂充填物性質(zhì)及分布描述不細(xì);②斷層巖成巖程度的時(shí)間因素沒被考慮。六、斷層垂向封閉性定量研究(一)斷層封堵系數(shù)法(劉澤容，1998)封堵系數(shù);蓋層厚度;斷層垂直落差儲(chǔ)層傾角;斷層傾角;比例系數(shù)(K=h/H,h:蓋層疊蓋層厚度)。斷層縱向封閉示意圖R值越小，斷層垂向封閉能力越強(qiáng)，反之越弱。優(yōu)點(diǎn)：①最早將斷層垂向封閉性的著眼點(diǎn)放到了蓋層段內(nèi)。不足：只考慮了蓋層被斷層的錯(cuò)開程度，沒考慮斷層裂縫的愈合程度。1.斷裂充填物壓實(shí)封閉形成機(jī)理不同性質(zhì)斷裂重填物分布示意圖

在泥巖層段內(nèi)充填的物質(zhì)主要是碎屑物質(zhì)和斷層涂抹層，碎屑充填物質(zhì)的成巖程度決定了斷層的垂向封閉能力，其成巖程度又取決于斷面正壓力的大小和成巖時(shí)間的長(zhǎng)短。(二)根據(jù)斷裂充填物壓實(shí)程度評(píng)價(jià)斷層封閉性(呂延防，2006)2.斷層垂向封能力的定量評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)參數(shù)：斷裂充填物的排替壓力評(píng)價(jià)思路：碎屑充填物質(zhì)可被視之為斜置的沉積地層，確定上升盤蓋層底部斷面正壓力大小，轉(zhuǎn)換成沉積地層的相當(dāng)埋深，根據(jù)該埋深下泥質(zhì)巖排替壓力，確定斷裂充填物的排替壓力。(1)靜巖壓力與埋藏深度關(guān)系的確定。(2)斷面正壓力的計(jì)算(3)蓋層排替壓力與埋藏深度關(guān)系的確定(4)斷點(diǎn)處斷層巖排替壓力的求取(5)斷層封閉性的定量評(píng)價(jià)

relationshipmapofdisplacementpressureofcaprockchangeswithdepthforYingmai9wellinKuchedepression

如果被評(píng)價(jià)的蓋層段存在孔隙流體超壓，該超壓必然傳遞到斷裂充填物中，并與斷裂充填物排替壓力方向一致，二者形成合力共同阻止油氣通過斷裂穿蓋層向上運(yùn)移，因此，當(dāng)蓋層段存在孔隙流體超壓時(shí)，斷層的垂向封閉能力應(yīng)為斷裂充填物的排替壓力值與蓋層段孔隙流體超壓值之和。

巖石的封閉能力也可用所能封閉的氣柱高度表示，研究表明，1MPa的封閉能力大約可以封閉100m高的氣柱。知道了斷裂充填物質(zhì)的排替壓力和蓋層的孔隙流體超壓，實(shí)際上也就知道了斷層所能封閉的氣柱高度，由此便可達(dá)到了定量評(píng)價(jià)斷層垂向封閉性的目的。3.應(yīng)用實(shí)例

thedistributionofgypomudstonecaprockandfaultsofKumugeliemugroupinKuchedepression蓋層厚度100m～1000m，坳陷北部較厚，向南向東及向西逐漸減薄。斷層的延伸長(zhǎng)度為30-150km。庫(kù)車坳陷庫(kù)姆格列木蓋層底部斷層斷距等值圖斷穿庫(kù)姆格列木群膏泥巖蓋層的斷層斷距一般200-800m，最大可達(dá)2000多米。

庫(kù)車坳陷庫(kù)姆格列木蓋層底部斷面壓力分布圖

庫(kù)車坳陷庫(kù)姆格列木群蓋層底部斷裂重填物排替壓力等值圖評(píng)價(jià)結(jié)果：克拉3—牙哈3以西庫(kù)姆格列木蓋層底部斷層充填物排替壓力一般大于零，最大值在西秋1—西秋4和牙哈3構(gòu)造一帶，目前所發(fā)現(xiàn)的以庫(kù)姆格列木群膏泥巖為蓋層的油氣田均分布在此區(qū)域。

庫(kù)姆格列木蓋層底部斷層封閉能力評(píng)價(jià)圖圖東秋5構(gòu)造及其以東地區(qū)，庫(kù)姆格列木蓋層均被斷層破壞，該蓋層已經(jīng)失去了封閉能力，以庫(kù)姆格列木膏泥巖為蓋層的圈閉在這個(gè)地區(qū)均為假圈閉，一般情況下，在這些圈閉中很難有油氣的聚集?？碧降膶?shí)踐表明，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)庫(kù)姆格列木蓋層之下確實(shí)沒有油氣的發(fā)現(xiàn)，已發(fā)現(xiàn)的迪那2氣田的蓋層是吉迪克組膏泥巖層，說明上述認(rèn)識(shí)是正確的。

庫(kù)姆格列木群底部斷層所能封閉的氣柱高度等值圖這是目前定量研究斷層垂向封閉性最好方法!一是抓住了斷層垂向封閉性的本質(zhì)因素－斷裂充填物的排替壓力，二是把研究的目的層放到了蓋層段。其不足之處在于沒有考慮側(cè)向地應(yīng)力的影響。

1、化學(xué)沉淀膠結(jié)封閉形成機(jī)理對(duì)于近垂直的斷裂，由于上覆沉積載荷壓力對(duì)其垂向封閉不起作用，由于地下水在沿?cái)嗔堰M(jìn)行的滲濾運(yùn)移過程中，由于溫度和壓力條件的改變，使其所攜帶的成巖物質(zhì)SiO2和CaCO3發(fā)生過飽和沉淀膠結(jié)堵塞了斷層滲漏空間，使其在垂向上形成了封閉。

2、評(píng)價(jià)方法由垂向封閉機(jī)理可知，能否確知斷層垂向上是否被CaCO3或SiO2沉淀膠結(jié)，是判斷其垂向封閉與否的關(guān)鍵。(三)根據(jù)斷裂帶化學(xué)沉淀膠結(jié)評(píng)價(jià)斷層封閉性

(付廣，2002)

根據(jù)張義剛研究，對(duì)于東濮凹陷持續(xù)埋藏的沉積盆地，SiO2和CaCO3在地層剖面中有機(jī)質(zhì)的鏡質(zhì)體反射率Ro分別為0.3%~0.5%(Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ型干酪根），0.6%~0.7%（Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ型干酪根）和0.8%~1.0%（Ⅱ型干酪根）或以1.2%~1.4%（Ⅲ型干酪根）3處發(fā)生沉淀，使砂巖發(fā)生膠結(jié)封閉。如果斷層垂向上處于SiO2和CaCO3三個(gè)沉淀帶內(nèi)，將被膠結(jié)形成垂向封閉；如果處于異?？紫栋l(fā)育帶內(nèi)，其不能被SiO2和CaCO3沉淀膠結(jié)形成垂向封閉，仍呈開啟狀態(tài)。

可以根據(jù)斷層垂向上所處的鏡質(zhì)體反射率，判斷其是否處于SiO2和CaCO3三個(gè)沉淀帶內(nèi)，從分布模式上來看，如果斷層處于SiO2和CaCO3的3個(gè)沉淀帶內(nèi)，斷層垂向上便可被SiO2和CaCO3沉淀膠結(jié)，形成垂向封閉；反之，斷層垂向上就不能被SiO2和CaCO3沉淀膠結(jié)而形成垂向封閉，而呈開啟狀態(tài)，成為油氣滲濾運(yùn)移的輸導(dǎo)通道。3、實(shí)例

從烏爾遜凹陷大一段鏡質(zhì)體反射率平面分布圖中可看出，有機(jī)質(zhì)鏡質(zhì)體反射率0.4%~0.9%，高值區(qū)主要分布在烏7井南部，Ro可達(dá)0.9%以上，第2個(gè)高值區(qū)主要分布在蘇3井以西地區(qū)，其Ro可達(dá)0.7%以上。由此向凹陷四周大一段Ro逐漸降低，在凹陷邊部Ro下降至0.4%以下。根據(jù)SiO2和CaCO3三個(gè)沉淀膠結(jié)帶形成所需要的Ro標(biāo)準(zhǔn)，烏爾遜凹陷大一段內(nèi)斷層垂向封閉主要是通過在其內(nèi)形成第1個(gè)和第2個(gè)SiO2和CaCO3沉淀帶膠結(jié)形成。

通過對(duì)烏爾遜凹陷大一段斷層垂向封閉性評(píng)價(jià)可知，大一段內(nèi)斷層垂向封閉由SiO2和CaCO3第1個(gè)沉淀帶膠結(jié)形成的區(qū)域，主要分布在烏爾遜凹陷的四周邊界處,凹陷北部面積大于凹陷南部，東部大于西部。大一段內(nèi)斷層垂向封閉由SiO2和CaCO3第2個(gè)沉淀帶形成的區(qū)域，主要分布在凹陷南部中部烏7-巴2-新烏4井的1個(gè)環(huán)形區(qū)、蘇13-蘇132區(qū)、凹陷北部西側(cè)蘇8-烏2-蘇301井區(qū)和凹陷北部銅3井等周圍地區(qū)。這可為烏爾遜凹陷大一段鉆井取心垂直裂縫均被石英或方解石脈填充得到證實(shí)。優(yōu)點(diǎn)：對(duì)高角度斷層封閉性提出了評(píng)價(jià)方法。不足：①有否SiO2和CaCO3沉淀膠結(jié)是推斷性的;②達(dá)不到定量評(píng)價(jià)的目的。式中：為異常壓力系數(shù);為水的密度;為靜水壓力;斷層傾角;斷層走向與構(gòu)造主應(yīng)力夾角;斷面正壓力;水平方向上的構(gòu)造應(yīng)力。

當(dāng)流體壓力大于斷面上的正壓力，即時(shí)，斷面就可以張開成為油氣運(yùn)移的通道，這樣就可以根據(jù)流體壓力和斷面正壓力的關(guān)系來確定斷層的張開與封閉，用斷層封閉系數(shù)表示：

當(dāng)時(shí)，斷層封閉，值越大，封閉程度越高;當(dāng)時(shí)，斷層開啟，值越小，開啟程度越大。(四)根據(jù)斷面壓力大小評(píng)價(jià)斷層封閉性

(童亨茂，1998)優(yōu)點(diǎn)：該模型考慮了構(gòu)造應(yīng)力、斷層走向、傾角、深度、兩盤巖石性、流體壓力等，考慮的影響因素較全。不足：①?zèng)]考慮斷層充填物質(zhì)及其成巖程度;②構(gòu)造應(yīng)力很難測(cè)量準(zhǔn)確，導(dǎo)致封閉程度計(jì)算誤差大，③有時(shí)斷層的開啟不一定受儲(chǔ)層流體壓力的控制，流體壓力小，斷層也可能處于開啟狀態(tài)。七、斷層連通概率法研究斷層封閉性斷層面不是一個(gè)簡(jiǎn)單的面，而是包括了主要斷層面、破碎帶、次級(jí)斷裂和裂縫、斷層泥及泥質(zhì)涂抹層的斷層帶。將斷層的活動(dòng)性及對(duì)應(yīng)的啟閉性特征的放在一個(gè)地質(zhì)時(shí)間階段考慮，而不去考察該點(diǎn)在一次斷層的活動(dòng)過程中（這可能對(duì)應(yīng)于一次地震活動(dòng)）的表現(xiàn)。因而所考慮的是斷層帶在一段地質(zhì)時(shí)期內(nèi)在油氣運(yùn)移過程中所起輸導(dǎo)作用的綜合表現(xiàn)。(羅曉容，2007)斷層在油氣的運(yùn)移過程中是起通道作用還是起封堵作用受多種地質(zhì)因素的控制，如斷層的走向、埋深、斷距、傾角、錯(cuò)斷地層剖面的巖性、力學(xué)性質(zhì)、斷層兩側(cè)地層對(duì)接情況、斷層帶填充物的物質(zhì)組成、構(gòu)造應(yīng)力的大小與方向、流體性質(zhì)、溫壓