马路背地区主要“通天”断层垂向封闭性评价

梁 波 王 威 郝景宇

（中国石化勘探分公司研究院）

马路背地区主要“通天”断层垂向封闭性评价

梁 波 王 威 郝景宇

（中国石化勘探分公司研究院）

基于钻井录井、分析化验、地震解释等资料，对马路背地区F1、F2、F3 3条通天断层（向上延伸至地表）的发育特征进行了认识。在此基础上，利用断裂带填充物泥质含量和断面压力两个参数，建立相关的评价标准，对其现今垂向封闭性开展综合评价。评价结果认为：F1、F2断层垂向封闭性不理想，对Mj构造天然气保存条件具有一定程度的破坏；F3断层垂向封闭性良好，利于M1-1构造天然气的聚集和保存。评价结果与实际勘探情况较符合，评价方法在研究区取得了良好的应用效果。图3表4参15

马路背地区“通天”断层断面压力垂向封闭性

0 引言

勘探实践表明，断层在油气藏形成过程中既可以作为有效的运移通道，又可以作为油气聚集的遮挡条件[1]。正是由于这种双重性，断层的封闭性日益受到重视。国内外众多学者针对此问题进行了大量研究，提出多种评价方法并取得良好的应用效果。断层封闭性评价一般包括侧向封闭性和垂向封闭性评价两部分，但对于背斜构造上的断层来说，断层的侧向开启不至于使油气发生逸散，应重点对断层的垂向封闭性进行评价[2]。马路背地区构造变形强，断裂发育，一些有利的局部背斜构造上发育“通天”断层（向上延伸至地表），无疑对天然气的聚集与保存有重大影响。因此，评价这类断层的垂向封闭性对于揭示该区天然气成藏规律及明确下一步勘探方向具有重要意义。

1 区域地质概况

马路背地区位于川东北通南巴构造带东北部，总体表现为一大型、被断层切割复杂化的断鼻构造[3]，进一步可划分为Mj、M1、M2等几个局部构造（图1）。该构造在印支期具有雏形，燕山期隆升并定型，喜山期受大巴山弧形推覆带的影响，叠加了一系列NW-NNW向断裂[4]。研究区陆相地层一般厚3000~ 3500 m，自下而上沉积上三叠统须家河组、下侏罗统自流井组、中侏罗统千佛崖组、下沙溪庙组、上沙溪庙组、上侏罗统遂宁组，一般缺失上侏罗统蓬莱镇组及以上地层。其中自流井组珍珠冲段以上地层以泥岩沉积为主，形成了一套巨厚的区域盖层，为天然气的保存提供了良好的保障。位于区域盖层之下的须家河组、自流井组珍珠冲段发育砂岩、砾岩储层，是研究区天然气的主力产层，源储共生，成藏条件优越，目前多口井测试获得商业发现。

图1 马路背地区构造位置图

2 “通天”断层发育特征

根据地震资料解释，马路背地区主要发育3条“通天”断层，均为逆断层，其中F1、F2断层控制了Mj构造，F3断层控制了M1-1构造。F1、F2断层分别位于Mj构造西、东侧，具有相似的发育特征：向上延伸至地表，向下消失于中三叠统—下三叠统雷口坡组—嘉陵江组，垂直断距310~500 m，断层倾角67°~74°。平面上发育规模较大，呈NW走向，向北延伸至南江地区，向南延伸至通江地区，延伸长度大于40 km；F3断层位于M1-1构造东侧，向上延伸至地表，向下消失于下三叠统嘉陵江组，垂直断距200~230 m，断层倾角66°~71°。平面上呈NNW走向，发育规模相对较小，延伸长度约16 km（图1、图2）。这3条“通天”断层均形成于喜山期，明显晚于须家河组、自流井组珍珠冲段主成藏期（中晚侏罗世），对Mj、M1-1构造天然气的后期保存具有重要影响。

图2 过Mj1井—M1井—M1-1井AB测线地震剖面

3 断层垂向封闭性评价方法和标准

目前，多数学者认为断裂带填充物的泥质含量和断面压力是影响断层垂向封闭性的主要因素[5-8]。断裂带以泥质填充为主且断面压力大于泥质塑性变形所需的最小压力，则断层垂向封闭性好。这是因为泥质的孔渗性低，排替压力高，可以阻止油气沿断裂带向上逸散；足够大的断面压力不仅使断面紧闭愈合，更重要的在于使泥质发生塑性变形和流动，堵塞断裂带内遗留的渗滤空间，对油气形成有效封闭。断层只有同时满足上述两个条件，在垂向上才是封闭的，缺少任何一个条件，断层开启或封闭性变差［9］。因此，断层的垂向封闭性评价主要从这两个方面展开。

3.1 断裂带填充物的泥质含量

在实际勘探生产中，钻穿断层并在断裂带有取心的井较少，通过实测的方法来确定断裂带填充物的泥质含量往往没有可行性。因此，只能通过间接的方法对这个参数进行预测。断层在错断过程中，断裂带填充物的岩性主要受断移地层岩性和断距大小影响。在断距相同的条件下，断移地层中的泥岩厚度越大，断裂带填充物的泥质含量就越高；相反，断裂带填充物的泥质含量就越低。在断移地层岩性相同条件下，断距越小，断裂带填充物的泥质含量就越高，反之则越低。基于此原理，可利用以下公式对断裂带填充物的泥质含量进行预测［5］（图3）：

图3 Rm定量计算示意图

式中：

Rm—断层某点处断裂带充填物的泥质含量，%；

hi—过断层某点的第i层泥岩厚度，m；

L—断层某点的断距，m。

由以上公式可知，Rm同时考虑了断距大小和断移地层岩性，是一个能较好反映断裂填充物泥质含量的评价参数。前人通过研究及应用，建立了利用断裂带填充物中的泥质含量来划分断层垂向封闭性的等级标准[6,10]（表1）。

表1 利用Rm评价断层垂向封闭性标准

3.2 断面压力

断面压力不仅能反映断层的紧闭程度，还决定了断裂带内泥岩的变形特征。当断层停止活动时，断面所承受的压力主要来源于上覆地层的岩石骨架重力[11]，其计算公式为：

式中：

P—断面所受的正压力，MPa；

H—断面埋深，m，可由地震剖面读取并进行时深转换得到；

ρr—上覆地层的平均密度，g/cm3，根据研究区钻井的密度测井资料取平均值2.53 g/cm3；

ρw—地层水的密度，g/cm3，根据M1-2井实测地层水资料取值1.06 g/cm3；

θ—断层倾角，°。

由公式可知，断面压力的大小主要受断层埋深、倾角影响，在断层倾角变化不大的情况下，断面压力随埋深变小而降低。

前人研究表明，泥岩发生塑性变形所需压力范围处于7.5～22.5 MPa之间[12]。因此本次研究将7.5 MPa作为泥岩发生塑性变形所需压力的下限值，当断面压力大于该值时，泥岩发生塑性变形和流动，堵塞断裂带内的遗留空间，形成有效的垂向封闭。根据上述原理并参考前人研究成果[2,13-14]，建立了利用断面压力评价断层垂向封闭性的标准（表2）。

表2 利用断面压力评价断层垂向封闭性标准

前面提到过，断裂带填充物的泥质含量和断面压力共同决定了断层的垂向封闭性。如果以上两个因素中的任何一个评价结果不理想，断层的垂向封闭性将存在风险。因此，在对断层垂向封闭性进行综合评价时，应取两者中较低的评价结果作为综合评价结果。

4 断层现今垂向封闭性评价

研究区发育的“通天”断层主要是F1、F2和F3断层，3条断层现今是否具有良好的垂向封闭性，决定了Mj、M1-1构造天然气保存条件的好坏。首先，基于地震剖面AB，针对F1、F2、F3 3条断层共选取了12个计算点，分别对应其上盘上沙溪庙组、下沙溪庙组、千佛崖组、自流井组底界（图2）。其次，通过读取断层在各计算点的断距、埋深、倾角数据，利用钻井资料确定断层两侧地层的岩性组合。然后，利用公式（1）、公式（2）计算出各点断裂带填充物的泥质含量和断面压力，并据此推测断层在上沙溪庙组以上地层的垂向封闭性，对断层垂向封闭性进行总体评价。最后，结合Mj、M1-1构造上钻井的实际勘探情况对评价结果进行验证。

4.1 评价结果分析

（1）F1断层

在F1断层4个计算点中，断裂带填充物的泥质含量分布在36.90%~67.24%，从深到浅逐渐增加，封闭性由中等变为较好，这与研究区在早侏罗世-白垩纪以湖泊、曲河流沉积占主导，自流井组珍珠冲段以上地层泥质含量高密切相关；断面压力分布在6.04~9.17 MPa，随埋深变小而降低，封闭性由好变为中等。综合以上两方面，F1断层仅1-C一个计算点综合评价结果为较好，其余三个计算点综合评价结果均为中等（表3）。对于上沙溪庙组以上地层，由于断面压力进一步降低，导致综合评价结果由中等甚至变为差。总体上认为F1断层垂向封闭性一般，对天然气的保存存在一定风险。

（2）F2断层

在F2断层4个计算点中，断裂带填充物的泥质含量分布在35.02%~67.24%，随埋深变小而增加，封闭性由中等变为较好；断面压力分布在4.10~ 9.40MPa，随埋深变小而降低，封闭性由好变为中等再到差。由以上两方面可知，F2断层4个计算点综合评价结果主要为中等—差（表3）。对于上沙溪庙组以上地层，由于断面压力在2-A计算点的值已经小于5.5 MPa，断面压力进一步降低，将导致综合评价结果依然为差。总体上认为F2断层垂向封闭性较差，不利于天然气的保存。

（3）F3断层

在F3断层4个计算点中，断裂带填充物的泥质含量分布在62.00%~81.06%，在纵向上封闭性由较好变为好；断面压力分布在9.81~17.33 MPa，整体高于F1、F2断层且均大于7.5 MPa，评价结果均为好。综合以上两方面，F3断层4个计算点综合评价结果主要为较好—好（表3）。对于上沙溪庙组以上地层，断层垂向封闭性虽然会因为断面压力降低而在某个深度开始变差，但其在自流井组—上沙溪庙组已经具备良好的封闭能力，足以有效阻止其以下天然气逸散。总体上认为，F3断层垂向封闭性良好，有利于天然气的保存。

表3 马路背地区过地震剖面AB线F1、F2、F3“通天”断层现今垂向封闭性评价表

从以上分析可以看出，F1、F2断层现今垂向封闭性都不理想，对Mj构造天然气的保存条件不利；相反，F3断层现今垂向封闭性良好，M1-1构造天然气保存条件并未遭到破坏，有利于天然气的聚集。

4.2 实际勘探情况

Mj、M1-1构造上均有钻井，根据这些钻井的实际钻探情况可以对上述断层垂向封闭性评价的准确性进行验证。

Mj1井为部署在Mj构造的一口探井，正处于两条“通天”断层所挟持的破碎带。该井对千佛崖组进行过测试工作，测试未达到工业气流，同时伴随地层出水，测试结论为含气水层。同时，Mj1井附近的两口井C1井、C2井在须家河组频繁钻遇含气水层。从这三口井的地层水分析化验资料可以看出，水型主要为Na2SO4、NaHCO3型，矿物度偏低，以弱碱性为主（表4），明显区别于封闭条件下地层水的特征，是地表水下渗的结果，反映相对开启的水文地质环境。由此证实Mj构造天然气保存条件遭到一定程度的破坏，这可能与F1、F2断层垂向封闭性不好有密切关系（实际上两条断层中任何一个垂向封闭性不理想，均可导致此结果），早期形成的天然气沿断层逸散，地表水沿断层缓慢下渗，占据了储层的部分储集空间。

表4 Mj构造各钻井地层水资料

M1-1井、M1-3井位于M1-1构造，均靠近于F3断层。这两口井在须家河组、自流井组油气显示较活跃，异常高压发育且都在须家河组测试获得工业气流，地层未出水。以上证据表明，F3断层的发育并未对M1-1构造天然气保存条件造成破坏，相反成为阻止天然气向上逸散的遮挡，使M1-1构造成为天然气聚集的有利区。

本次研究中，断层垂向封闭性评价结果与实际勘探情况较为符合，证明了该评价方法的实用性。

5 存在问题

断层封闭性研究是油气地质领域公认的难点，断层的封闭性往往受现今地应力、断层类型、断层活动期次和强度、断层两盘对置岩性、断层几何学特征等多种因素影响[15]。本次研究仅从断裂带填充物的泥质含量和断面压力两个方面对断层垂向封闭性展开评价，未能考虑到其他因素；研究对象只选取了研究区AB剖面，未能把握平面上断层垂向封闭性的变化和差异；在地质时间上，也仅考虑了断层现今的垂向封闭性，未对断层的垂向封闭史进行分析。总体上来说，本次研究虽取得了一定的应用效果，但研究缺乏全面性、系统性。研究中所存在的这些问题都是下一步需要努力的方向。

6 结论

（1）马路背地区主要发育3条“通天”逆断层，均向下消失于海相地层，形成于喜山期。其中F1、F2断层控制Mj构造，发育规模大，平面上呈NW走向，延伸长度大于40 km，纵向上垂直断距310~500 m，断层倾角67°~74°；F3断层控制了M1-1构造，发育规模相对较小，平面上呈NNW走向，延伸长度约16 km，纵向上垂直断距200~230 m，断层倾角66°~71°。

（2）断裂带填充物的泥质含量和断面压力是评价断层垂向封闭性的重要因素，利用这两个参数建立相应的评价标准可以对断层垂向封闭性展开综合评价，该评价方法在研究区获得了良好的应用效果。

（3）通过评价，马路背地区F1、F2断层现今垂向封闭性不理想，对Mj构造造成一定程度的破坏；F3断层现今垂向封闭性良好，M1-1构造天然气保存条件未受到不利影响，有利于天然气聚集成藏。

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（修改回稿日期2015-06-05编辑王晓清）

梁波，男，1986年出生，湖北武汉人，助理工程师；从事油气地质研究。地址：（610041）四川成都高新区吉泰路688号。电话：（028）85164784，15228885527。E-mail:nanweibobo@126.com