断裂控藏作用及封闭性研究现状与展望

断裂控藏作用及封闭性研究现状与展望

1前言

在含油气盆地中，断层对油气的成藏起着重大的作用。垂向上，它沟通了源岩与储层，为油气的穿层运移提供了重要的通道。侧向上，它可以进行封堵，为油气圈闭的形成提供有利的遮挡条件。L.C.Price的研究表明，尼日尔和墨西哥湾地区断层的断距与油气田规模具有明显的相关性，即油气田规模随断距增大而增大(L.C.Price,1994年)。可见，对于油气的成藏，断层至关重要。

断层封闭性的研究自20 世纪50—60 年代起步以来,，国内外很多学者对断裂的控藏作用及封闭性进行了多方面的讨论。Smith最早根据排替压力等物性参数及岩性配置关系提出了断层封闭性的判别模式（Smith，1966）。Engelder研究了碎裂作用与断层泥生成的关系（Engelder，1974）。Weber等研究了生长断层中的泥岩涂抹现象（Weber，1978）。Watts研究了单相烃柱与两相烃柱的断层封闭问题,并提出了“压力-深度图”的分析方法（Watts，1987）。Allan提出“断面剖面图”(Allan，1989),开始了定量研究断层的封闭性。Bouvier等将三维地震断层切片应用于断层封闭性研究,并提出“泥岩涂抹潜力”的判别方法（Bouvier等，1989）。在研究断层封闭性的基础上,Harding讨论了不同性质断层形成圈闭的可能性（Harding，1988）。详细论述了断层封闭物中微组构的演化和发展过程,分析了影响封闭物的形成时间、封闭能力、连通性和封闭强度及稳定性的因素,并在改进Allan图后提出了断层封闭性的“图示分析法”（Knipe,1992,1997）。Lindsay 提出“泥岩涂抹因子”概念(Lindsay,1993)。Antonellini等研究了断层作用对断层带物性的影响及其形成的空间几何形态和变形结构(Antonellini等,1994)。Gibson认为断层封闭主要取决于断层带内的封闭物(Gibson,1994)。Berg等提出“泥岩剪切带”,通过试验证实了断层面泥岩对油气的封闭作用(Berg,1995)。Yielding等提出了“泥岩涂抹断层泥比率”(Yielding,1997)。Peter等在整理了世界范围的大量断层资料的基础上,提出了利用SGR值估算断层可支持烃柱的最大高度的方法(Peter等,2003)。Kim等通过对德克萨斯州一个过断层钻孔岩心的详细研究,了解了断层带的微观构造及断层岩的物理属性(Kim等,2003)。Doughty的研究表明了断层面上低渗透岩层处泥岩涂抹的有效性,同时也评价了泥岩涂抹不同算法的长处与缺陷(Doughty,2003)。Jones等在对澳洲西北陆架的研究中总结了断层封堵评价的风险性(Jones等,2003)。Bailey等利用多种学科结合的手段对澳大利亚某油气

田进行了综合的断层封堵性研究(Bailey 等,2006)。

国内的学者们在进行了大量的实验模拟基础上,也提出和应用了各种方法和理论。如曹瑞成等应用“逻辑信息法”对勘探初期地区断层进行封闭性的评判（曹瑞成，1992）。吕延防等应用“非线性映射法”和“概率模拟法”建立了早期探区断层封闭性的判别预测模型（吕延防等，1995，1996）。童亨茂（童亨茂,1998）、周新桂等(周新桂等，2000)与王志欣等（王志欣等，1997）通过应力场分析与流体压力关系进行断层封闭性评价;沈传波等（沈传波等，2004）进一步用三维古构造应力场进行了断层封闭性的数值模拟研究。邓俊国等（邓俊国等，1995）、王朋岩（王朋岩，2003）、杨勇等（杨勇等,2005）、王东晔等(王东晔等，2006)、李焕鹏等（李焕鹏等，2001）在实践中利用模糊综合评判方法进行了断层封闭性研究。曾涛等（曾涛等,2000）、付广等(付广等,2000)分别用地震手段探讨了断层封闭性的研究。侯读杰等(侯读杰等,2005)与朱轶等(朱轶等,2007)应用地球化学方法进行断层封闭性研究。李振生等(李振生等,2005)依据断层岩的超声波测试,分析了波速和品质因子对断层岩性、孔渗性质以及断层力学性质的响应,初步提出了运用波速和品质因子进行断层封闭性定量评价的方法。

2 断层封闭性的原理及机理

2.1 断层封闭性原理

断层封闭程度主要取决于断层带物质及其两侧岩性的排驱压力,是指使烃类进入水湿岩石的最大孔喉所需的压力：

P C = R r

cos 2

式中:R:指相互联结的粒间孔喉半径 r:指烃水界面张力 θ:指浸润角

被封烃类压力是指烃柱的浮力：

P=(ρw -ρh )gh

式中: ρw :指储层中水的密度 ρh :指储层中烃的密度

g:指重力加速度 h:指储层中烃柱的高度

当P C >P 时,断层的封闭性好,能封住储层中的油气,反之,则断层的封闭性较差,不能封住储层中的油气。

2.2 断层封闭性机理

(1)断层两侧岩性配置:断层两侧岩性配置关系,是影响断层封闭性的一个重要因素。

断层活动引起断层两盘的相对滑动,断层两侧对置的岩石之间存在着排驱压力的差异,具有较高排驱压力的岩性对另一侧起到封闭层的作用。（见图1）

(2)泥岩涂抹作用:断层活动过程中,由于拖曳、挤压、研磨和塑性流动等作用,沿断裂分布的极细粒的非渗透性泥状物,敷着在断层面上,使断裂带具有高的排驱压力,增强了断层的封闭性。（见图2）

(3)颗粒碎裂作用:在断层长期活动或地应力强度

较大的地区,断层带颗粒发生挤压和破碎作用,较粗的

断层角砾岩和碎粒岩细化成断层泥,使带内孔渗性变

差,排驱压力增大,对两侧储层起封闭作用。

(4)成岩胶结作用:断层破碎带的产生不仅有利于

流体的流动,也有利于胶结物的生成。地下流体在断层

流动,发生复杂的物理化学作用,造成断层中的物质的

成岩胶结作用,从而使断层的孔隙度、渗透率大大降低,

最终形成封闭。

3 断层封闭性的影响因素

断层封闭性是由于断层上下盘岩石或断裂带与断

层上下盘岩石排驱压力的差异,阻止油气水等流体的

继续流动,不同地区影响因素不同。影响断层封闭性的

因素有很多,主要有: (1)断层的力学性质:一般情况,张性断层封闭性较

图1、正断层所形成的砂泥岩对接示意图（Roald B. Færseth,2007）

图2、泥岩涂抹断层的演化过程

（Atilla Aydin ，2002）