廊固凹陷旧州断层封闭性研究

邓婷婷，查 明，高长海

（1.中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，山东青岛 266580）

大量研究和勘探实践表明，生长断层在油气成藏过程中具有双重作用，它既可以作为油气运移的通道，沟通烃源岩与储集层，又可以作为遮挡阻止油气运移，使之聚集成藏。因此研究断层封闭性在油气勘探及开发中有着重要的作用［1－5］。

1 地质背景

廊固凹陷位于渤海湾盆地冀中坳陷北部，北与大厂凹陷相接，西邻大兴凸起，东南部以牛驼镇凸起与霸县凹陷相接，东以河西务东主断层与武清凹陷相邻。凹陷受北东向断裂构造控制，总体表现为西断东超的箕状断陷特征。凹陷内部发育了大兴断裂带、大柳泉构造带、河西务构造带、凤河营侯尚村构造带以及南部的牛北斜坡构造带等二级构造单元。

图1 大柳泉构造带及旧州断层位置图

旧州断层位于廊固凹陷内旧州至柳泉一线，以铲式为主，呈北东（东）走向，延伸距离约40 km，断开层位为沙三段及以上层系，最大断距达1000 m以上，向南（前石家务）、北（桐南洼槽）断距变小，逐渐消失。该断层对大柳泉局部构造的形成和油气藏的分布起着控制作用（图1），使之成为该地区主要的油源断层。

2 旧州断层封闭性

2.1 断层活动与油气配置关系

本文通过计算断层古落差来判断旧州断层的活动性［6］。总体上旧州断层在沙三期－东营期活动强烈，直到新近纪晚期仍有微弱活动（图2）。南北段活动存在差异，从而造成了研究区南高北低的地势特点。旧州断层南段（测线1与测线2）沙三晚期活动强烈，最大落差达到500 m，北段（测线3与测线4）沙二和沙一期活动强烈，最大落差达到750 m；北部断层南段活动持续时间较北段短；断层南段活动发育较早，开始于沙三早期，但只持续到沙三晚期，往北活动开始时间逐渐变晚，过渡到了沙三中期到晚期，但持续时间加长，一直活动到新近纪。

对断层活动与运移成藏期的对比分析（图3）表明，沙二段与沙一段沉积期断层活动与油气运移时期配置关系好，故该期是本区最有效的油气运聚成藏时期。东营组沉积期尽管仍是本区主要运移成藏期，但断层活动逐渐减弱，因而断层活动对油气的输导作用有限。新近纪以后除了旧州断层以外其他多数断层停止活动，断层逐渐封闭，对油气主要起遮挡作用，为油藏的保存提供圈闭条件。

图2 旧州断层测线位置及古落差分析

图3 旧州断层活动性与油气配置关系

2.2 断层两盘的岩性配置与泥岩涂抹

断层两盘的岩性配置关系是决定断层是否具有侧向封堵的重要条件之一。一般认为，当断层两盘发生砂岩和泥岩对接时，断层封闭性好；当发生砂岩和砂岩对接时，断层的封闭能力则取决于断层两盘砂岩的排驱压力之差。“砂－砂”对接的断层封堵油气的现象与泥岩涂抹作用有关。本文运用断层泥比率（SGR）［7］从整体上评价泥岩涂抹效应。

由于旧州断层延伸距离较长，为了对其断层封闭性特征进行较为全面的评价，本次研究在该断层的北段和南段选取了2条剖面。

旧州断层两侧多以“砂泥互层”对接为主，具较差的岩性配置关系，由于断层断距较大，断面各处受到了良好的泥岩涂抹作用，连续性较好（图4）。通过计算，旧州断层的SGR值均在0.6以上，南北段存在差异：北段SGR值以0.7～0.8为主，而南段SGR值相对较差，多以0.6～0.7为主。经统计，大柳泉构造带泥岩涂抹封闭极限为0.5，旧州断层SGR值大于封闭性断层所要求的极限值。所以，断层具备了形成封闭性断层的物质条件，可成为封闭性断层。

2.3 断裂带内充填物泥质含量

断裂带泥质质量分数法是目前评价断裂带垂向运移效果的主要方法，即通过计算断裂带泥质充填物的含量来研究断裂带充填物的性质，从而达到评价断裂带封闭性的目的［8］。

旧州断层断裂带泥质充填物含量Rm值基本都在0.5～0.7之间，平均值0.634，含量较高，连通性较差，封闭性较好，有利于油藏的保存。

图4 旧州断层北段岩性对置图

2.4 断面正应力和紧闭指数

影响断层垂向封闭性的因素除了断裂充填物的泥质含量外，另一个是断层面的紧闭程度，断层面的紧闭程度的好坏主要与断层面所受到的压应力大小有关，断层面所受到的压应力越大，断面的紧闭程度越好；反之则越差［6］。

前人实验测试、研究表明，泥页岩在7.5～23 MPa之间处于塑性变形范围，当断层面的正压力在此范围时，泥岩就会发生塑性变形流动，堵塞由于断面凸凹起伏所遗留的油气渗漏空间，从而使断层封闭性大大增强［9－13］。由断层面正压应力的计算公式求出了旧州断层压力状况，并结合断移地层岩性抗压强度得到紧闭指数（表1）。结果表明，旧州断层断面普遍承受了较大的压应力，但是由于其断移地层泥质含量差异，影响了断层垂向封堵性。沙三下和沙三中段断层紧闭指数大部分在1以上，断层处于紧闭状态，具较好的封闭性；而沙一段、沙二段和沙三上段紧闭指数小于1，断层处于开启状态，封闭性相对较差。

2.5 综合评价

通过对各种断层封闭性评价方法的分析和对比，结合旧州断层实际地质特征，分析断层两盘岩性对置、地层倾角、泥岩涂抹、断面所受正压力、断裂带泥质充填物含量和断层紧闭指数等6种因素对断层封闭性的影响程度，对旧州断层进行了模糊综合评价。

因素一（U1）：断面正压力（正压力＞18，取1.0；9≤正压力≤18，取0.5；正压力＜5，取0）；

因素二（U2）：断层泥比率（SGR＞0.5，取1.0；0.25≤SGR≤0.5，取0.5；SGR＜0.25，取0）；

表1 旧州断层主要岩层断面应力及紧闭指数值

因素三（U3）：断裂带泥质充填物（Rm＞0.75，取1.0；0.5≤Rm≤0.75，取0.5；Rm＜0.5，取0）；

因素四（U4）：断层倾角（θ＞80°，取0；60°＜θ＜80°，取0.4；45°＜θ＜60°，取0.6；30°＜θ＜45°，取0.8；θ＜30°，取1）；

因素五（U5）：紧闭指数（紧闭指数＞1.0，取1.0，0.5≤紧闭指数≤1.0，取0.5，紧闭指数＜0.5，取0）；

因素六（U6）：岩性对接（跟泥岩层对接，取1.0；跟砂泥互层对接，取0.5；跟砂岩层对接，取0）。

在总结分析前人研究成果的基础上，结合专家调查法，确定上述6个评价因素U1－U6的权系数（见表2），最终得出旧州断层封闭性综合评价表（见表3）。

表2 旧州断层封闭性单因素权重系数

表3 旧州断层综合评价

评价结果表明旧州断层存在不同部位、不同层位的封闭性不同的特征。整体上具“下好上差”的特征，沙三中和沙三下的封闭性要略好于沙一段、沙二段和沙三上的封闭性，为大柳泉地区沙三段油藏的保存起到了良好的作用。旧州断层北段评价结果为较好－好，南部为中等－较好，因此旧州断层封闭性较好，有利于油气聚集。

3 结论

（1）旧州断层在沙三中沉积期开始发育，到东营期活动强烈，与研究区的油气运移成藏期配置关系好，为沙三中油藏的形成提供了有效的运移通道。东营期以后旧州断层活动强度逐渐减弱，经过明化镇期断层逐渐封闭，使油气得以保存，从而形成了下生上储的成藏组合。

（2）旧州断层沙三中和沙三下的封闭性要略好于沙一段、沙二段和沙三上的封闭性，为研究区沙三中段油气藏有利区带预测打下基础。

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