川西南部盐井沟构造断层封堵性

曾 琪 李荣容 王旭丽 马华灵 王宇峰 刘 柏

（中国石油西南油气田公司川西北气矿，四川 江油 621700）

0 引言

川西南部地区须家河组具有良好的含油气地质条件，须家河组二段、须家河组四段为储层，须家河组一段、须家河组三段、须家河组五段的暗色泥页岩和煤层既是烃源岩又是盖层，总生烃强度达（20～120）×108m3／km2[1]。目前，已发现的气田和含气构造主要分布在熊坡断裂以西，而在熊坡断裂以东的构造带，须家河组勘探成效较差[2]。研究认为，断层封堵性是制约该区勘探的一个关键因素。圈闭是否有效在很大程度上取决于断层是否具有封堵性。因此，有必要对断层封堵性进行研究，研究常用的方法有断层两侧岩性对接情况、断层面泥岩涂抹分析、断面压力计算、流体性质、断裂带地面调查、运用“逻辑信息法”研究及预测勘探初期断层封闭性、非线性映射分析法等[3-7]。总体来看，研究方法由定性研究向定量研究转变。笔者以盐井沟构造为例，根据该构造的地质状况及资料情况，利用断面压力、断层面两侧岩性对接情况等资料开展主要断层封堵性研究，并结合钻井、流体性质等加以验证，以期为寻找有效圈闭提供地质依据。

1 区域地质概况

盐井沟构造位于川西中新生代坳陷低陡构造区南部、成都凹陷低缓构造带以东的苏码头—盐井沟断褶构造亚带南端，西与熊坡断层背斜亚带相邻，东接龙泉山断裂带，呈北东向狭长状展布（图1）。该区两翼被断层切割，形成一个较为狭窄的断层圈闭构造。

图1 盐井沟构造位置示意图

2 断层发育特征

盐井沟构造主体为挟持于Y1、Y3号两条逆断层间的似箱状背斜。两条断层在须家河组底附近发生交叉，在构造主体部位Y1 号断层切割Y3 号断层（图2）。其中，Y1号断层发育于盐井沟构造的南东翼，走向北东、倾向北西，倾角相对较缓，为18°～40°，断层沿雷口坡组柔性地层滑脱逐渐上冲，止于侏罗系上统地层中。该断层是控制盐井沟构造形态、规模的主要断层。Y3号断层位于构造西北翼，纵贯全区，走向北东，倾向南东，断面倾角较陡，为60°～65°，向上消失于蓬莱镇组，向下消失于雷口坡组，控制了盐井沟构造的西北边界。两条断层均未通天。

图2 盐井沟构造inline500线地震剖面图

3 断层活动期次

对区域构造演化及上三叠统烃源岩演化史分析认为，印支期晚幕— 燕山期早幕，盐井沟受北西—南东向应力挤压，地层开始受力形变，形成第一期断裂。由于第一期断裂形成时间较早，因此部分断层可在后期应力作用下形成封闭，部分断层仍保持开启状态，为后期油气运聚提供通道。早白垩世末期，构造作用进一步加强，形成第二期断裂，同时上三叠统烃源岩进入生气高峰，因此第二期断裂系统对油气运聚、散失有重要控制作用。进入喜马拉雅期，受强烈的构造运动影响，使得原有构造接受改造，早期闭合的断裂可能复活，同时产生新的断裂和褶皱，最终形成现在的构造格局。因此，喜马拉雅期构造运动对早期聚集的油气有再调整、再分配和散失的作用。

4 断层封堵性

断层面既可以是油气运移的通道，也可以是油气圈闭的遮挡面，这主要取决于断层面的封堵性，通常用断层两盘岩性对接关系、断层面压力大小来研究断层封堵性。

4.1 断层侧向封堵性

断层的侧向封堵能力主要受断层面两侧地层岩性的控制。最基本的条件是断层两侧渗透性岩层不直接接触就可起封闭作用。为研究断层两侧岩性的配置情况，可以用断层剖面图简明、直观地表示出来，即Allan 图解法。利用地震剖面编绘了盐井沟Y1、Y3 号断层的断面剖面图（图3）。Y1 号断层上、下盘地层起伏、形态差异较大，在构造主体位置上下盘渗透层无对接，断层侧向封堵性较好。Y3 号断层上下盘地层均较平缓，褶皱强度不大，上盘须二段与下盘须四段对接，Y3 号断层下盘须四段油气易通过断层进入到构造位置相对较高的上盘须二段地层中。因此，从断层上下盘岩性配置来看，Y1 号断层侧向封堵性相对较好，Y3 号断层上下盘地层对接较多，断层侧向封堵性较差，不利于Y3号断层下盘油气保存。

4.2 断层垂向封堵性

断面压力大小决定了断层垂向封堵性的好坏。当断面压力大于泥质塑性变形所需的最小压力时，断层垂向封堵性好，油气难以通过断层向上运移；若断面压力小于泥质塑性变形所需的最小压力时，则断层开启并为流体垂向运移提供通道。根据前人抗压实验研究成果证实，当断面压力为7.5～22.5 MPa 时，泥岩开始发生塑性变形。笔者取下限值7.5 MPa作为泥岩变形所需的压力值，当断面垂向压力大于7.5 MPa 时，断层闭合且具垂向封堵能力；否则，断层开启，油气易经断层散失。断面压力计算公式如下[8]：

图3 盐井沟构造Y1号、Y3号断层断面剖面图

式中，p 为断面压力，MPa；H 为断面埋深，m；ρ为上覆地层平均密度，根据区内密度测井平均值，取2.60 g／cm3；ρw为地层水平均密度，根据区内实钻地层水资料取1.015 g／cm3；θ为断层面倾角，（°）。

通过对Y1、Y3号断层断面压力计算结果分析认为（图4），两条断层断面压力随着埋深增加而增高，Y1 号断层断面压力为9.461～52.712 MPa，大于泥岩变形压力7.5 MPa，因此该断层具有良好的垂向封堵能力。Y3 号断层在800 m 以上时，断面压力为5.175 MPa，小于7.5 MPa，不具垂向封堵能力；1 200 m处断面压力为7.763 MPa，略大于泥岩变形压力，封堵能力中等；1 300 m 以下断面压力大于7.5 MPa。因此，Y3号断层在1 200 m以下才具有垂向封堵性。

4.3 断层封堵性综合评价

根据断层活动期次、断层断面压力、断层两侧岩性配置情况综合分析认为， Y1号断层垂向及侧向封堵性均较好；Y3号断层在1 200 m以下断面压力大于泥岩变形压力，垂向上具有一定的封堵能力，但断层两侧砂岩对接较多，下盘油气易通过该断层向上盘运移，Y3 号断层下盘不利于油气保存。因此，考虑到Y3号断层对其下盘油气保存条件的影响，盐井沟构造须家河组的勘探应选择保存条件较好的构造主体及Y1号断层下盘。

5 实钻验证

由于在油气生成、运聚成藏的过程中，地层水与周围介质，如油气、围岩等不断进行着物理和化学反应，使得地层水记录下了与油气成藏、保存环境等相关的信息[9]。因此，利用实钻获得的地层水分析资料对区内主要断层封堵性进行验证。一般常用的参数有地层水水型及矿化度、纳氯系数、脱硫系数、变质系数及碳酸盐岩平衡系数。

1）地层水水型及矿化度。不同的沉积环境使得地层水中保留下来的K+、Ca2+、Mg2+、Na+、Cl-、HCO3-、SO42-等离子含量各不相同。单位体积地层水中各种元素的总合即为矿化度，因此矿化度受地层水中离子含量影响[10]。一般来讲，保存条件较好的油气藏，其地层水矿化度值较高。盐井沟构造须家河组地层水矿化度较高，为109.301～155.659 g／L，水型为氯化钙（表1），可粗略推测其油气保存条件较好。

2）纳氯系数。纳氯系数能间接反映油气藏保存条件的优劣。在封闭环境下，地层水发生浓缩变质，其变质程度越深，纳氯系数越小，表明水体处于封闭环境，有利于油气保存。现代海水中该系数为0.87，地层水纳氯系数小于此值，表明保存条件较好，反之亦然。盐井沟构造须家河组地层水纳氯系数为0.757～0.834（表1），平均值为0.811，小于0.87，推测该区处于封闭还原环境，油气保存条件较好。

3）脱硫系数。脱硫系数值大小是判断油气藏是否处于封闭还原环境的重要指标，而封闭还原环境有利于油气保存，该值越小，油气保存条件越好[11]。盐井沟构造须家河组地层水脱硫系数为0（表1），推测其油气保存条件较好。

图4 Y1、Y3号断层断面压力图

表1 盐井沟构造须家河组地层水化学系数统计表

4）变质系数。变质系数受变质作用及阳离子吸附交换作用的影响，可用于判断地层水变质及封闭程度。通常来讲，地层封闭条件越好，变质程度越强，其值越大[12]。研究区内变质系数一般为5.996～9.488，Y1号断层下盘变质系数较高，达20.791（表1），表明Y1 号断层下盘油气保存条件优于Y1 号与Y3 号断层上盘地层。

5）碳酸盐岩平衡系数。碳酸盐岩平衡系数是研究油气藏分布与保存条件关系的常用指标，是反映脱碳酸根作用强弱的参数[13]。其值越小，表明地层越接近油气藏，保存条件越好。盐井沟构造须家河组地层水碳酸盐岩平衡系数很小，为0.005 1～0.020 4（表1），推测其油气保存条件较好。

因此，实钻地层水资料证实盐井沟构造主体及Y1 号须家河组地层处于封闭还原环境，具有较好的油气保存条件。

6 结论

1）断层活动与烃源演化分析表明，早白垩世末期形成的第二期断裂与生气高峰基本匹配，为本区油气聚集提供通道；喜山期构造活动对早期聚集的油气有重新分配、散失的作用。

2）Allan图解法能清楚地展示断层两盘地层变化及岩性对接情况，断面压力是研究断层垂向封堵性的重要手段。综合分析认为，盐井沟构造主体及Y1号断层下盘须家河组具有良好的油气保存条件。经实钻资料证实，Allan 图解法和断面压力分析在盐井沟构造应用效果较好。

3）通过断层封堵性研究及钻探揭示，盐井沟构造须家河组的勘探应选择油气保存条件较好的构造主体及Y1号断层下盘。