断层封闭性的研究方法

断层封闭性的研究方法陈晶地质11-7班 2011010949摘要在阅读文献的基础上，本文将断层封闭性研究方法概括为定性评价方法及定量或半定量评价方法，并就大量方法中的地震资料评价法进行了详细说明。

定性评价方法中包括岩性配置识别法、断层活动性分析、声波时差分析法、物化性质指示法、油水界面分析法、流体包裹体、断裂带填充物七种，定量或半定量评价方法包括断层封堵系数法、地震速度谱识别法、断层压力计算法、地球化学分析法、断层面泥岩涂抹分析法、连通概率综合评价、逻辑信息法七种。

关键字断层封闭性定性评价定量或半定量地震资料评价1 引言所谓断层封闭性是指断层面或断裂带对地层流体封堵并阻止流体渗流的能力。

断层封闭性是一个极为复杂的地质问题,它不仅受断层的力学性质、断面承受应力状况、断层剪切带、泥岩玷污带、断层两盘储层排驱压力、断层两盘岩性配置关系、断层两盘地层产状配置关系和断层活动时期与油气运移聚集期的配置等多种地质条件制约,而且受构造演化史、应力场演化史、盆地充填史制约探讨各种评价断层封闭性的方法具有重要的学术和应用价值。

2 定性评价方法2.1 岩性配置识别法岩性配置是经典断层封闭性研究的主要手段，尤其是地层埋藏较浅、断层力学性质为张性或张扭性、断层断距较小时，及断裂带厚度一般较薄或不能连续分布，导致断层两侧岩石直接相遇时，其岩性配置对断层封闭性起至关重要的作用。

一般认为，当断层两盘砂岩与泥岩对接时，断层封闭性好；当砂岩与砂岩对接，且有相同或相近的排驱压力时，断层封闭性差；当断层两侧接触的砂岩具有不同排驱压力时，断层的封闭程度取决于封堵砂岩的排驱压力与储集层的排驱压力差。

目前，常用砂岩百分比含量、砂岩连通率以及Allan断面图来研究岩性配置情况。

2.2 断层活动性分析据相关研究成果, 断层在静止状态下以封闭作用为主, 在活动期以开启作用为主。

同时, 应用断层埋藏史、演化史, 结合区域构造的演化, 构造活动的大小程度、时间与油气的运聚关系等, 评价断层的封闭性也具有重要意义。

2.3声波时差分析法测井声波时差与岩石排替压力之间具有明显的负相关性,即声波时差越小,其排替压力值越大。

所以可以利用声波时差资料研究岩石的排替压力,进而确定断层的封闭性。

该方法需要钻遇断层的钻孔资料,且仅为定性评价。

2.4 物化性质指示法断层两盘油、气、水物化性质的不同可以用来判定断层的封闭性。

有统一的油水界面和压力系统,油气水性质也基本相同的情况,断层可能不封闭;但是不同的油水界面、不同的压力和不同的油气水性质(密度、粘度、地层水矿化度等)都可以表明断层是封闭的。

通过动态情况(断层两侧油水井连通情况、生产形势变化情况和投注聚合物后的反应情况)分析补充和验证静态情况,可以使断层封闭性的判定更具有说服力。

2.5 油水界面分析法该方法利用目前的油水关系判断当前的断层封闭性,其基本思路是:当断层两侧对应层位的断块油水界面一致时,断层可能是不封闭的;当油水界面不同时,断层一定是封闭的。

2.6 流体包裹体断层在开启活动过程中，流体十分活跃，此时断裂中若有结晶或重结晶矿物存在就容易捕获到流体，并形成流体包裹体。

通过对断裂充填物、胶结物中流体包裹体的系统研究，能定性或定量地判断断层形成的时间。

基于上述原理，沿断裂带走向提取不同深度的流体包裹体，测定其均一化温度，并根据包裹体流体性质确定断裂中流体活动的时间，进而获得断层的启闭时间。

若流体活动时间连续，说明断裂长期开启；若流体活动时间间断，说明断裂在流体活动间断期封闭。

此方法是运用流体在断层中活动所遗留的包裹体痕迹来判断断层的封闭性，是一种直接的方法，但目前在实际应用中还不够成熟。

2.7断裂带填充物断裂是在外界应力超过岩石强度极限时，微裂隙扩张并集中形成的，导致宏观上岩石破裂。

当应力超过岩石摩擦阻力时，两盘开始相对滑动，破碎的岩石填入断层拉开的空间形成断裂填充。

从断裂带形成的区域可将其划分为断层岩带、破碎带和裂缝发育带 3 个部分。

断层岩带由于颗粒小和矿物沉淀作用使其与相邻区域相比具有较低孔隙度和渗透率；破碎带因变质程度与胶结程度不同导致物性差异较大；裂缝发育带中如果裂缝处于开启状态，大量裂隙构成裂隙网，不利于断层封闭。

因此，断层垂向封闭的必要条件是破碎带需填充大量断层泥使孔渗性低于围岩，且裂缝发育带中的裂缝处于封闭状态。

从断裂带内部结构来研究断层的封闭性是最为直接的研究方法，但该方法的研究较为复杂，资料获取难度较大。

3 定量或半定量评价方法3.1 断层封堵系数法纵向封堵系数,用来评价断层在纵向上对油气水等流体封堵能力强弱的一个参数,是断层落差(L)和盖层厚度(H)的比值,其值越小, 纵向封堵能力越强;反之,封堵性较差。

横向封堵系数,用来评价断层面将两盘油气封闭起来,互不相串的一个参数,是构造封堵系数C与储集系数R之和再与岩性封堵系数G相乘之积。

其值越大,横向封堵能力越强;反之,封堵性较差。

3.2 地震速度谱识别法地震速度谱可以预测断层岩岩性，再通过该岩性可推测断层的封闭性。

该方法利用少量井的资料，做泥质含量-埋深-层速度图版；根据地震速度谱计算出断层附近不同深度岩层的地震波速度；根据地震波速度和图版求取断层附近岩层的泥质含量；根据泥质含量判断断层的封闭性。

此方法适用于有少量探井及大网距的地震资料，砂泥岩地震速度差异大且地层平缓的低勘探区。

同时泥质的质量分数只是一个预测而非真实值, 只能判断断距大于20 m 的断层。

3.3 断层压力计算法断面的紧闭程度是影响断层垂向封闭性好坏的关键因素, 若断面紧闭, 断层垂向封闭性好, 油气不能沿断面作垂向运移, 否则断层开启。

断面的紧闭程度可以用断面所受正压力大小来衡量断面压力大于7.5 MPa, 评价为好; 7.5 ~ 5.5 MPa,评价为中; 小于 5.5 MPa, 评价为差。

3.4 地球化学分析法从断层两盘油气水的化学性质方面及断层附近油藏的地球化学特征等提供的有关封闭性信息, 能反映在地质历史时期, 特别是排烃期断层的封闭性, 同时,断层两端原油的化学组成, 可以帮助判定“岩性连通,流体不连通”的储层, 可以对储层的连通性给予定量评价, 从而指导石油的开发。

3.5 断层面泥岩涂抹分析法由于单一泥岩错断过程中，泥岩的涂抹厚度随断距的加大而变薄，这种泥岩涂抹的空间连续性与泥岩层厚度比例和断层位移密切相关，基于此可对泥岩涂抹进行定量评价。

目前，常用的定量研究泥岩涂抹封闭能力的算法有3 种：页岩涂抹因子（SSF：断距与泥岩层厚度比值）、黏土涂抹势（CSP：泥岩层厚度平方与泥岩涂抹距离的比值）、断层泥比率（SGR：泥岩层厚度与垂直断距的比值）。

上述泥岩涂抹算法都在一定程度上反映了纵向泥岩涂抹情况，是目前重要的断层封闭性定量评价方法，但这些方法要求泥岩处于易塑性流动状态。

3.6连通概率综合评价该方法将影响断层启闭性的主要因素归结为泥岩流体压力（δ）、断面正应力（P）和断层泥比率（SGR）3 个代表性参数，依据其影响断层启闭性的机理构建出一个无量纲的断层启闭系数C，即在此基础上，大量随机选取横切断层的已知典型油气藏剖面，根据其上、下两盘储层内是否含油气来确定其启闭性，计算断面不同位置处的启闭系数，统计不同启闭系数范围所具有的连通概率（将启闭系数最小与最大值间等分，在每等分中统计开启油藏所占比例，即该等分启闭系数所对应的连通概率），建立研究区断层连通概率与断层启闭系数间的相关关系。

对研究区未知油藏断层区域，通过计算断层启闭系数C，代入连通概率与启闭系数关系式中求取该断层处的连通概率，从而定量获得断层的封闭性。

3.7 逻辑信息法逻辑信息法研究断层封闭性的基本原理是将影响断层封闭性的各种地质因素用0和1表示,认为具有相同封闭能力的断层具有类似的地质条件,即类似的影响因素。

通过对标准对象(典型已知封闭性的断层)影响因素的逻辑运算,筛选出最主要的地质参数,并计算这些参数的权重,即有效影响因素在断层封闭性中贡献的大小。

得到这些参数的权重构成的断层封闭性判别模型。

对未知封闭性断层选择变量并赋值,利用判别模型进行计算,通过分析计算结果就可以达到判别其封闭性的目的。

4 地震资料评价断层封闭性断层的封闭性取决于断裂带中充填物与断层两盘岩层的排替压力差。

如果断裂带填充物以泥质成分为主,由于泥质物的孔隙度和渗透率差,易于和断层两盘岩层形成排替压力差而构成封闭。

如果断裂带填充物以砂质成分为主,由于砂岩的孔隙度和渗透率高,所以其排替压力相对泥岩而言就低得多,难以和断层两盘岩层形成排替压力差。

因此,断裂带填充物中泥质所占的百分含量是影响断层封闭性的重要因素。

断裂带填充物中泥质所占的含量越高,其孔渗性越差,排替压力越高,形成封闭的可能性越大;反之越小。

但是,由于受到断层影响以及钻井取心不全等因素的限制,利用实测资料获取断裂带填充物岩性难度很大,因此,只能借助于间接方法来预测断裂带填充物的岩性。

4.1断裂带填充物岩性的定量描述由断裂带形成机制可知,断裂带填充物的岩性主要受断移地层的岩性和断距大小的影响。

在断层断距相同的条件下,断层断移的泥岩厚度越大,其断裂填充物中的泥质含量越高;反之则越低。

通过实际地质资料研究发现,同生断层断移地层的砂泥比大于0.98,非同生断层断移地层的砂泥比大于0.76时,断层不具有封闭性。

由此可见,断层封闭性与断移的砂泥比值之间存在着良好的对应关系:砂泥比值低,断层封闭性好;砂泥比值高,断层封闭性差。

因此,可以利用统计断移地层不同部位的砂泥比值来预测断裂中的泥岩含量,进而对断层封闭性进行评价。

断裂填充物的岩性与断层断移地层的岩性和断距之间的关系可用式(1)来反映,即式中:Rm为断裂带中的泥岩含量;vint为地震层速度;L为断层沿某个横断面的位移倾斜断距;hi为被断开的第i层泥岩的厚度,i=1,2,…,n;n为被断层断开的泥岩层数。

由此可看出,断裂带中泥质含量的大小与断层本身的位移成反比。

在断移地层岩性相同的条件下,断层断距越大,其断裂填充物中泥质含量相对越低;反之则越高。

图1断层封闭程度与砂泥比值的关系4.2预测方法由式(1)可知,要预测断裂带填充物的岩性,必须已知断裂的断距以及错断的泥岩层数和厚度,对于勘探程度较低、探井较少或没有探井的地区,难以得到这些资料,必须借助于地震资料来确定。

根据地震资料确定断距比较容易,如果地震剖面垂直于断层走向,直接读取即可得到断层断移某地层的断距;如果地震剖面不垂直于断层走向,那么需对直接读取的结果进行校正处理。

利用地震资料计算地层砂泥含量的方法步骤如下。

1)据钻测资料的声波时差曲线可获取大量的砂岩、泥岩的速度数据,进行速度数据统计分析得出纯泥岩和纯砂岩的速度随深度的变化规律,由此做出砂泥岩的压实模型。