北部湾盆地乌石凹陷东区断裂封闭性评价

刘煜磊 ，卢建勇 ，范彩伟 ，杨希冰 ，胡德胜 ，张帅

（1.中国石化胜利油田分公司鲁明油气勘探开发有限公司，山东 东营 257000；2.中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东 湛江 524057）

0 引言

北部湾盆地是中国南海北部陆缘中生代区域伸展-走滑应力背景下发育而成的新生代裂陷盆地[1-4]，是中国近海海域重要的原油勘探盆地[5]。盆地内部以北东向企西隆起为界，发育南部、北部两大坳陷区。北部坳陷自北向南发育乐民凹陷、涠西南凹陷、涠西南低凸起及海中凹陷4个次级构造单元；南部坳陷包括纪家、乌石等多个凹陷，以及企水、流沙、徐闻3个凸起。

长期勘探开发实践证实，作为北部湾盆地的二级构造单元之一，乌石凹陷具有极大的油气资源潜力[6-10]。凹陷内古近纪断裂发育十分丰富，而由于封闭性的差异，断裂既可以作为油气运移通道，又可以作为圈闭遮挡物，对相关油藏的形成具有控制作用[11-15]。以往断裂相关研究多停留在传统几何学描述及成藏定性表征方面[16-20]，研究成果预测精度不高，前瞻性不足。为有效提高勘探精度，精准预测有利成藏区带，需要开展断裂封闭性研究。目前，国内外断裂封闭性研究主要集中于定量评价阶段。相关学者先后总结出泥岩涂抹封闭、对接封闭、破碎作用封闭、层状硅酸盐封闭及成岩封闭等5种封闭机理，形成了逻辑信息法、泥岩涂抹分析、模糊数学分析、三维构造数值模拟等评价方法[21-23]，提出了泥岩沾污潜力（CSP）、泥岩沾污因子（SSF）、启闭因子[24-26]等评价参数，逐渐构成了丰富、成熟的评价体系。本文在明确乌石凹陷东区断裂发育特征的基础上，合理选取评价参数，运用模糊数学评价方法对断裂分类型、分规模、分区域进行封闭性综合评价，同时分析断裂封闭性影响因素，以期揭示研究区断裂封闭性横、纵向差异特征，为该区的进一步勘探提供指导。

1 地质背景

乌石凹陷位于北部湾盆地南部坳陷中部，整体呈EW向展布，总面积约2 680 km2。凹陷北侧以6号断层为界与企西隆起相邻，以企水凸起为界与纪家凹陷相隔；南东侧以7号断层为界与流沙低凸起相连；南西侧以流沙低凸起西翼为界与海头北凹陷相望[27]。研究区位于该凹陷东半部，基底为白垩系（顶界面T100），之上依次超覆沉积了古近系古新统的长流组（E1ch，顶界面T90），始新统的流沙港组三段（E2l3，顶界面 T86）、流沙港组二段（E2l2，顶界面 T83）、流沙港组一段（E2l1，顶界面 T80），渐新统的涠洲组三段（E3w3，顶界面 T72）、涠洲组二段（E3w2，顶界面 T70）、涠洲组一段（E3w1，顶界面 T60），新近系的下洋组（N1x，顶界面 T50）、角尾组（N12，顶界面 T40）、灯楼角组、望楼港组及第四系，总体上地层厚度自北向南、自东向西逐渐变薄、尖灭。依据古近系地层格架、构造起伏特征，该区进一步划分为7个次一级构造单元：北部缓坡带、北部次洼带、中部低幅背斜带、南部深洼带、南部陡坡带、中区次洼带及东部高幅背斜带（见图1）。

图1 乌石凹陷东区构造单元及断裂分布

2 断裂发育特征

自古近纪以来，乌石凹陷东区先后经历了古新世初始伸展、始新世强伸展、早渐新世走滑弱伸展、晚渐新世走滑弱挤压及新近纪热沉降等5个主要演化阶段，形成了极其复杂的断裂系统。本文借助高精度三维地震资料，依据力学成因将其划分为三大类：伸展断裂、张扭断裂及反转断裂（见图1）。其中：1）伸展断裂发育数量最多，全区范围内皆有分布，走向为NW向、近EW向，极少数呈NE向展布。剖面形态似座椅状、铲状，较少发育为板状。2）张扭断裂发育数量较多，且分布规则，剖面上断面陡直，顶部切割T60界面，底部限制于T80界面。研究区中部，该类断裂与伸展断裂相伴生，构成“花心”处张扭、“花瓣”处伸展的混合“花形”断裂体系。3）反转断裂发育数量少，且相对独立，呈NE向、近EW向展布，剖面上具有以T72为界“深部伸展、浅层挤压”的识别特征[28]。

3 评价参数与方法

断裂在油气运移、聚集乃至散失过程中具有双重作用，既可以充当沟通油源与储层间的通路，又可以成为油气成藏的遮挡[29-30]；而这一“角色”的定位取决于断裂自身封闭性的强弱，并最终决定油气藏空间分布规律。乌石凹陷东区三大类断裂的发育规模、形态及组合样式等存在较大差异，势必造成控藏能力的空间差异。在充分考虑研究区断裂自身属性、评估各单因素参数优劣的基础上，选取多重参数对乌石凹陷东区各类型断裂的封闭性进行综合评价。

3.1 定量参数

3.1.1 标准化断裂泥比率（SSGR）

SSGR参数的提出，是基于张扭断裂封闭性计算过程中的2个现实问题：1）沿断裂走向断裂带的厚度不是一成不变的，如果断裂带变厚，其中的泥质体积分数势必变大。但是，由于断裂带体积相对于泥岩体积的增加更大，泥质体积分数反而会降低，导致计算值与真实值存在较大误差；2）评估泥岩涂抹效果的传统参数，如 CSP，SSF，SGR（断裂泥比率）等[31-33]主要是针对两盘沿断面倾向上下滑动的断裂，仅适用于伸展断裂或逆冲断裂。SSGR的计算公式为

式中：hi为第i个泥岩层的厚度，m；L1为断裂真实滑距，m；下标 i为泥岩层序号（i=1，2，…，n）。

该参数具体求取步骤为：1）根据区域地质背景及断裂组合形态，确定断裂是张扭断裂；2）在垂直断裂走向的地震剖面上，通过时深转换，得到张扭断裂沿倾向的涂抹滑距L；3）根据钻遇断裂并取心的岩心观察，获得断面擦痕的方向，得到断裂真实滑距与走向的夹角α；4）利用三角函数关系 L1=L/sin α，得到断裂真实滑距；5）将录井岩性资料投影到地质剖面上，得到断裂两盘不同层位的岩性对接关系；6）被断泥岩的累积厚度与张扭断裂真实滑距的比值，即为SSGR[34]。

因此，运用断裂真实滑距及岩性数据计算的SSGR参数，综合考虑了断裂沿走向滑动对泥岩涂抹效果的影响，能够有效提高泥岩涂抹参数的准确性，对张扭断裂更加适用，更能代表乌石凹陷东区张扭断裂封闭性的真实情况。

3.1.2 不同类型、规模的断裂评价参数

在针对不同类型、规模的断裂进行封闭性评价时，需要挑选合适的参数。本文引入断面正应力F[35-37]、泥质体积分数 φm[38-40]及断面紧闭指数 IFT[41]等参数对伸展断裂和反转断裂分别进行评价。

3.2 模糊数学评价方法

由于仅根据单因素评价的封闭性结果差异较大，因此，在对以上每个定量参数计算的基础上，采用模糊数学评价方法，依据单一参数对断裂封闭性贡献的大小，分别进行加权赋值，来衡量该参数在模糊评价值中所占的比重，从而对断裂封闭性进行综合评价[42]。具体公式为

式中：Nj为第j个评价参数的权重因子（当影响因素很少时，Nj趋近 0；当影响因素很多时，Nj趋近 1）；nj为第j个评价参数所包含的影响因素个数；Mj为第j个评价参数的权重系数（即该参数的权重因子与权重因子之和的比值，代表该参数在封闭性评价中所占的比重）；下标j为评价参数序号。

根据乌石凹陷东区控藏断裂封闭性的分析结果，制定了研究区断裂封闭性评价标准：综合评价值大于0.50时，断裂整体封闭性好；综合评价值为0.35～0.50时，断裂封闭性较好；综合评价值小于0.35时，断裂封闭性差。

4 断裂封闭性评价

在明确掌握乌石凹陷东区断裂几何学特征的基础上，对研究区断裂封闭性评价剖面进行时深转换处理，将其转换为地质剖面；结合自然伽马（GR）测井曲线和录井岩性资料，划分断裂各层段上、下盘对接砂-泥岩层，得到研究区各测线岩性对接关系剖面（见图2）；通过岩心擦痕及地震剖面测量，得到断面倾角、滑距、砂体厚度及平均泥岩厚度值，进一步计算各砂体的封闭性评价参数值，对它们分别进行加权分析，得到乌石凹陷东区断裂封闭性综合评价值（见表1）。

图2 乌石凹陷东区测线2，3过井岩性对接关系剖面

表1 乌石凹陷东区F31断裂封闭性综合评价

同理，对乌石凹陷东区其余8条测线（见图1）所涉及的45条断裂进行封闭性综合评价，得出如下规律：横向上，研究区断裂封闭性具有明显的区域性特征，自西向东逐渐变差（见图3a）；纵向上，单一断裂随深度增加封闭性逐渐改善，流沙港组一段及涠洲组层段封闭性整体较好，可作为油气运移的有效遮挡，下洋组断裂封闭性普遍较差（综合评价均值为0.33），油气封堵能力十分有限（见图3b），不具现实控藏意义。

图3 乌石凹陷东区断裂封闭性评价结果

不同类型的断裂封闭性差异较大。反转断裂综合评价均值高达0.53，对油气具有极强封堵能力，反转层段甚至有可能形成断裂遮挡型油气藏。伸展断裂综合评价均值为0.38～0.40，封闭性整体较好，对油气具有一定遮挡作用。规模较大的伸展断裂可与砂体、不整合等组成配套输导体系，构成复杂的立体控藏结构。张扭断裂封闭性综合评价均值为0.29～0.34，封闭性较差，极易造成油气散失（见图3a）。

以上对乌石凹陷东区断裂封闭性的评价结果，涉及砂体厚度、平均泥岩厚度、滑距及断面倾角等参数的测量和计算。本文采用散点图的形式，来揭示这些参数与断裂封闭性之间的内在关联。结果表明：研究区断裂封闭性与砂体厚度、平均泥岩厚度及滑距均具有明显的线性关系（见图4a—4c），而与断面倾角不具明显的线性关系（见图4d）。当断裂两侧砂体厚度为28.3～42.0 m、平均泥岩厚度大于28.5 m、滑距大于40.5 m时，封闭能力普遍较强。

图4 乌石凹陷东区断裂封闭性影响因素

5 应用效果分析

为验证理论研究结果的准确性，将前文结论与生产实践结果进行了对比分析。结果表明：横向上，位于“花心”处的张扭断裂所封油柱高度（小于47.5 m）普遍低于“花瓣”处的伸展断裂所封油柱高度（大于50.0 m）；纵向上，单一断裂流沙港组一段所封油柱高度均大于56.0 m，远高于涠洲组的平均油柱高度35.5 m（见图5）。这一实践结果与断裂封闭性综合评价结果拟合较好：伸展断裂封闭性好于张扭断裂；单一断裂流沙港组一段好于涠洲组层段、下洋组层段。这表明研究结果完全符合研究区实际情况，同时验证了全新定量参数SSGR在张扭断裂封闭性评价过程中具有良好使用效果，对丰富断裂封闭性评价方法以及进一步揭示研究区断裂控藏规律具有重要指导意义。

图5 断裂封闭性与所封油柱高度对比示意

6 结论

1）对传统断裂封闭性评价参数SGR进行校正，提出一种更加适用于张扭断裂封闭性评价的参数SSGR。该参数能够反映断裂滑移过程中泥岩涂抹的真实效果，在研究区张扭断裂应用效果明显。

2）横向上，乌石凹陷东区断裂封闭性具有区域性特征，自西向东逐渐变差；纵向上，流沙港组一段及涠洲组断裂封闭性整体较好，可作为油气运移的有效遮挡，下洋组封闭性较差，不具现实控藏意义。断裂类型方面，反转断裂反转层段封闭性最好，伸展断裂次之，张扭断裂封闭性较差。

3）断裂两侧砂体厚度、平均泥岩厚度及滑距是影响乌石凹陷东区断裂封闭性的主要因素。当断裂两侧砂体厚度为28.3～42.0 m、平均泥岩厚度大于28.5 m、滑距大于40.5 m时，断裂封闭能力普遍较强。