断层封闭性定量研究现状

二、影响断层封闭性的因素
1.地层岩性和断距 地层岩性特征和断距是影响断裂带中断层泥比率的关键因素，它们决定着断 裂充填物的性质，断移地层若均为泥岩，充填物为泥质，若均为砂岩，充填物一 般为砂岩充填，若为砂泥岩互层，充填物一般为二者的混合ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ。如果断距不大， 充填物的厚度不大;如果断距很大，充填物的厚度也很大，且充填物的性质复杂。
环形剪切装置示意图
涂抹层分布图
3.碎裂岩封闭（Cataclastic rock seal）：形成于纯的 粘土含量低的砂岩中。这种封闭起因于破裂作用，颗粒磨 擦滑动以及伴随有粒径减小的伴生孔隙的崩塌（Knipe， 1992a，1992b），一般形成于大套的砂砾岩层段。
辽河油田莲花油藏剖面图
4.层状硅酸盐/框架断层岩（Phyllosilicate/framework fault rock seals）：一种重要的断层岩类型，是由具有 一定层状硅酸盐含量的不纯砂岩的变形而形成的。层状硅 酸盐与框架石英的混合形成断层岩，这些断层岩在封闭性 分析中曾经被忽视（Knipe，1992a，b）。这些互相联结的 微观泥质带可能具有与粘土封堵相似的特性，其封闭性是 受变形层状硅酸盐的连续性和结构控制的，并不一定像泥 岩涂抹那样要求厚而且塑性较强的粘土地层单元。一般在 砂泥岩薄互层段均发育此类封闭。
一、断层封闭机理(类型)
1.对接封闭（Juxtaposion seal）：早在1966年，D. Smith就从分析断
层封闭性的本质入手，建立了断层两盘岩性对接封闭的理论模型，其
基本含义为：目的盘岩层中的排替压力小于与之对置的断层另一盘地 层排替压力时，断层封闭，所以陆相盆地目的层砂层与对盘泥岩层对
5.胶结作用 胶结作用有利于断层封闭，特别是对断裂带伴生的 次级破裂网络的封闭是及其重要的（Fisher and Knipe ，2001；Leveille et al.，1997）。
海拉尔盆地布达特群断裂带岩心
6.应力与断层封闭性 a.断面正压力与断层 垂向封闭性：断面正压力是 影响断层垂向封闭性的关键 因素，一般认为断面压力越 大，断层垂向越易于紧闭封 闭，将断面正压力与泥岩的 屈服强度和抗压强度之间的 关系作为封闭性的判别标准 （陈发景，1989；刘泽容和 邓俊国，1998；吕延防等， 1996；周新桂，2000；童亨 茂，1998；付广等，2005； 付晓飞等，2005）。一般认 为断面正压力大于泥岩的屈 服强度而小于抗压强度时， 断层泥易于塑性流变，填塞 断裂带内部的裂缝空间，使 断层易于封闭。
(2)砂泥小层厚度的求取(建立地层柱子) 对于要评价但周围没有钻井的断层，在确定了沉积相和泥地比值以 后，就要选择相应的厚度分布模型进行抽样，获得服从随机分布的厚度 变量，可应用伪随机数技术来实现地层剖面上小层厚度分布模拟。 A.如果小层厚度为正态或近于正态分布，厚度计算公式为：
N H rand i 1
三、断层封闭的差异性
1. 断层封闭能力的差异性
辽河油田莲花油藏剖面图
2. 空间上断层封闭的差异性
弯曲断层的断面剖面图
3. 时间上断层封闭的差异性
目前开启的断层，地史时期一 定是开启的；目前封闭的断层，地 史时期一定开启过。 当断层处于活动期时，断层以垂 向开启为主，所有被断穿的盖层都可 能沿断层走向发生全部或局部渗漏， 只有当断层停止活动以后，在地应力 的作用下或胶结作用下，断层裂缝在 盖层段内慢慢愈合，盖层才能重新形 成封闭[11]。柴北缘冷湖0－3号构造 在晚期再生前陆盆地时期由于断层再 活动垂向开启（0－2号构造）和盖层 的剥蚀作用（3号构造），早期聚集的 油气大量散失形成地表油气苗，之后 由于沥青的封堵作用重新封闭，只保 留了少部分油气。
矿物颗粒 断层岩 泥 岩
层状硅酸盐/框架断层岩分布示意图
5.胶结封闭（Cemented seal）：断层带的封闭性受新矿 物的沉淀所控制，这些封闭可被限定在变形造成局部溶解 和溶解物质再沉淀，或者与沿断层或接近断层胶结扩张侵 入。
常见的胶结封闭有两种类型： （1）深部热液胶结封闭；
（2）变形造成局部溶解和再沉淀胶结。
断层定量封闭性研究进展
大庆石油学院 吕延防 2009.1.7
一、断层封闭机理(类型) 二、影响断层封闭性的因素 三、断层封闭的差异性 四、断层封闭性研究的层段区别 五、断层侧向封闭性定量研究 (一)根据断层两盘油水界面高差确定断层封闭程度 (二)根据断层两盘砂泥岩对置状态评价断层封闭性 (三)泥岩涂抹层状态研究判断断层封闭性 六、断层垂向封闭性定量研究 (一)断层封堵系数法 (二)根据断裂充填物压实程度评价断层封闭性 (三)根据断裂带化学沉淀胶结评价断层封闭性 (四)根据断面压力大小评价断层封闭性 七、断层连通概率法定量研究断层封闭性 八、断层封闭性定量研究需注意的问题
其中
) / 32768 6
1 N ln X i N i 1
1 N 2 (ln X ) i N 1 i 1
2
C.如果小层厚度为指数分布，则小层厚度为：
H
其中
1

ln rand (
) / 32168
1 N 1/ X i N i 1
4.断裂后期活动对早期断层封闭性影响
早期活动的断裂晚期再活动时，对早期形成 的断层岩有改造和破坏的作用，主要有两个方面： 一是早期形成的泥岩涂抹，由于后期活动断距增 大，从而将泥岩涂抹拉断（吕延防等，2000）； 二是早期形成的断层岩在晚期活动时产生裂缝， 成为油气的运移通道（RDR公司，2004，2005）。 因此早期形成的断层岩在晚期活动时容易被破坏， 断层封闭性变差。
3.次级破裂网络影响主断裂的封闭性 次级破裂网络影响主断裂的封闭性，主断裂可能是封 闭的，但由于次级断层和裂缝开启，导致油气垂向导通（ RDR公司，2004，2005）。
柴达木盆地南八仙地区T2层（N21底）平面构造图
柴达木盆地南八仙构造剖面图
典型实例为柴北缘南八仙地区，由于晚 期左行压扭应力场作用，在仙北断裂上盘产 生大量的次级断层和裂缝，极大破坏了盖层 的完整性，油气不能在上盘聚集，主要聚集 在下盘地层中
排替压力。
(一)根据断层两盘油水界面高差确定断层封闭程度
(吕延防，1996)
辽河油田莲花油藏剖面图 优点：定量判断准确，不用考虑其他因素。不足：只能适用于开发阶段。
(二)根据断层两盘砂泥岩对置状态评价断层封闭性
1. Knipe.R.J 图解
法判断断层封闭性
优点：适用于对接封闭
类型断层封闭性的判断。
(3)断层两盘砂泥对接概率模拟 当断层两盘地层柱子被 模拟出来以后，将断层两盘 每次地层剖面的模拟结果进 行对接，计算目的盘储层被 对置盘泥岩层封堵的厚度， 进行千次模拟，千次对接，
可得到目的盘储层某一被封
堵厚度的概率。
延吉盆地东部凹陷断层封闭概率直方图
选择大庆和辽河油田已知封闭能力的断层采用上述方法进行砂泥对接 概率模拟，发现模拟结果与实际断层的封闭能力基本一致，模拟误差均值 为0.08，说明该方法用于断层的侧向封闭性研究是可行的。
b.应力方向与断层封闭性：万天丰（2004）认为断 裂的展布方向与该地区当时所经受的构造应力场的特征是 决定断裂封闭性的主要地质因素，如果断裂没有被愈合， 随着应力场的变化，在不同时期断层的封闭性也在不断变 化之中。当最大主压应力方向与断裂走向几乎垂直时，断 裂趋向于闭合状态，断裂带内的充填物的磨碎和压实程度 高，其封闭性较好，带内流体的渗透率低，断裂带有利于 油气的聚集；当最大主压应力方向与断裂走向几乎平行时 ，断裂趋向于张开，断裂带内的充填物松散程度高，开启 性好，带内流体的渗透率高，或者说封闭性差，不利于油 气的聚集，但有利于油气的运移；当最大主压应力方向与 断裂走向斜交时，交角越小，断裂的封闭性越差，开启性 越强；交角越大，断裂的封闭性越好，开启性越差。
置，断层是封闭的。这种机理只适用于断裂带无充填，两盘直接接触
的断层，一般断距小于砂岩层厚度的断层属于此类。
断层侧向渗漏模型
断层侧向封闭模型
2.泥岩涂抹封闭（Clay smear seal）：K. J. Weber（ 1978）等人利用一种环形剪切实验装置来模拟断层泥的 形成，证实了在剪应力作用下的塑性地层可以形成断层 泥，对所产生的断层泥进行了封闭性能测试，确认断层 泥可对流体起遮挡作用。一般在塑性地层段断层的初次 活动形成泥岩涂抹。
不足：没考虑断裂充填 物质，钻井少或无钻井区不
适用。
呼图壁构造断层侧向封闭性Knipe图解
2.横向封堵系数法(刘泽荣，1998)
F G (C R)
L sin( ) h sin L sin C H sin( R
断层横向封闭示意图
C:构造封堵系数; R：储层封堵系数; G：岩性封堵系数; F： 断层横向封堵系数; L:断层垂直落差; H：盖层厚度; :断层 倾角; :储层倾角; h: 储层厚度。 F值越大，横向封堵能力越强;反之越弱。岩性封堵系数G值在 0-1之间，封堵层为纯砂岩G为0,泥质砂岩G为0.5,砂质泥岩G为 0.75，泥岩G为1.0. 优点：考虑的因素较多。不足：没有考虑断裂充填。 讨论：该公式是否应该限定应用条件?当断距很大时封闭性不一定好!
海拉尔免渡河-扎敦河林场公路10km处南平组小型正断层
断距约为40cm，断裂带宽度约为15-20cm
海拉尔免渡河林场泥盆系大明山组断裂
断裂带宽度达1-2Km
；
2.地层岩石力学特征
脆性断层带和韧性断层带内部结构的差异说明岩石力
学特征影响断层的封闭性，相同泥岩厚度和相同断距，但 岩石力学特征不同的地层，断层的行为及封闭性是不同的 ，脆性地层中的断裂作用主要发生破碎过程，泥岩涂抹并 不发育，而塑性地层断层泥涂抹作发育，破碎的程度也小 。
其中
/ 32768 6
1 N 2 ( X ) i N 1 i 1
1 Xi N i 1
N
X i ——实际地层的砂泥层厚度； N ——此地层的小层数
B.如果小层厚度为对数正态分布，则小层厚度为：
N H exp rand ( i 1
3.砂泥对接概率数值模拟法评价断层封闭性
(吕延防，1996)
砂泥对接概率是指占断层目的盘砂岩层总厚度的某一百分数的砂岩被 对置盘泥岩层封堵的可能性大小。通过模拟计算，如果大多数砂岩层被对 置盘泥岩封堵的概率高，说明该断层侧向封闭性好，反之则差。
模拟步骤：
（1） 根据已知钻井剖面，在细分沉积相的前提下，分别统计各相 砂泥岩小层厚度分布，通过马尔柯夫概率分析，确定不同砂地比值条件下 的小层厚度分布规律。
四、 断层封闭性研究的层段区别
储层段内应研究断层 的侧向封闭性，盖层 段内应研究断层的垂 向封闭性。
储层段与盖层段内油气运移方向示意图
五、断层侧向封闭性定量评价
断层侧向封闭性形成机理
侧向封闭性的决定因素—差异排替压力 断层封闭的条件：目的盘储层与对置盘非渗透 层对置，断层充填物质的排替压力大于储层的
延吉盆地Ⅲ14断层断面剖面图
⑥ 将沿走向上 不同位置的侧 向封闭性模拟 结果标注在平 面图上，便得 到侧向封闭性 评价平面图。
延吉盆地东部坳陷断层侧向封闭性评价
西部坳陷大拉子组断层侧向封闭性评价图
优点：对于无钻井区实现了断层封闭性 的定量评价。 缺点：只考虑了砂泥岩对接情况，没考 虑断裂带内部的充填，且只能了解断裂走向 上某一剖面的封闭性特征。
断层侧向封闭能力分级表 被封堵砂岩 百分数(％) 断层封闭能 力 0—20 差 20—40 较差 40—60 中 60—80 较好 80—100 好
(4) 应用实例
延吉盆地构造分区图
① 对钻井剖面细分沉积相并统计各相砂地比值; ② 计算各相不同砂地比值的小层厚度分布规律; ③ 准备各层沉积相平面分布图。 ④ 根据地震剖面做断层面剖面图，并标注两盘沉积相。 ⑤ 根据断层各处两盘相互对置地层的沉积相类型和砂地比值，正确选择模 拟的对接概率模型，确定该层段内断层的侧向封闭性。