江陵凹陷断层封闭性评价及勘探潜力

刘建党,兰正凯,贾 超

(1.中国石化石油勘探开发研究院,北京 100083；2.中国地质大学(武汉),湖北 武汉 430074；3.特雷西能源科技(杭州)有限公司,浙江 杭州 310000)

0 引 言

江陵凹陷属于典型的箕状断陷湖盆，具有“北断南超，西断东超”的特点，盆地的结构受控于主干基底断裂。王生奥等[1-3]对断裂系统整体的研究比较多，而针对次一级构造单元内部断层的差异性研究相对较少。晏安语等[4-9]以断裂系统为研究对象对油气藏特征及分布规律进行了研究，大多数学者认为从封闭性角度分析断层对油气成藏的控制作用十分重要[10-12]。目前缺乏对江陵凹陷断层的封闭性研究，断层的封闭性对油气成藏和油气分布起着重要的控制作用，因此，有必要开展江陵凹陷断裂系统封闭性研究。应用岩性对接[13-14]对江陵凹陷荆州背斜带内主要含油气圈闭的断层侧向封闭性进行评价，在此基础上分析控制江陵凹陷断层侧向封闭性的主要因素，建立相应的判别模式。深化断裂系统侧向封闭能力的认识是明确含油气盆地油气形成的地质条件、有利区评价优选所必需的重要工作，对江陵凹陷井位部署具有重要指导意义。

1 研究区概况

江汉盆地是一个白垩系—第三系沉积的裂陷型盆地，北缘与大别山造山带相邻，南部以江南隆起北缘为界，江陵凹陷位于江汉盆地西南部，是江汉盆地最大的次级构造单元。江陵凹陷北部以纪山寺断层与河溶凹陷相临，西北部以问安寺断层与枝江凹陷相临，东部与丫角新沟低凸起呈斜坡过渡，西、南分别超覆在宜都鹤峰背斜带、桑植石门复向斜。江陵凹陷基底结构受秦岭雪峰复合构造体系的影响，具有东北向断陷和西北向反转的多期断陷和拗陷重叠的特征，根据凹陷的构造特征可划分为7个三级构造单元，分别为江口向斜、梅槐桥向斜带、清水口向斜带、荆州背斜带、万城断裂构造带、公安单斜带、拾桥单斜带(图1)。

江陵凹陷地层发育齐全，包括白垩系渔洋组，古近系沙市组、新沟咀组、荆沙组、潜江组、荆河镇组，新近系广华寺组及第四系平原组，以碎屑岩沉积为主。新沟咀组是区域内最好的烃源岩层段，分为上下2段，上段厚度为200～300 m，岩性为泥岩夹薄层粉砂岩、含膏泥岩，局部可见玄武岩；下段为生油层，烃源岩厚度为500～800 m，划分为3个油组：Ⅰ油组厚度约为120 m，岩性以红色泥岩、砂岩为主，构成主要的区域盖层；Ⅱ油组厚度为150～300 m，以灰色泥岩夹砂岩，含膏泥岩、白云岩为主；Ⅲ油组厚度为100～150 m，岩性为红灰相间的泥岩夹砂岩，含有少量含膏泥岩，顶部发育一套稳定的泥岩隔层。

图1 江陵凹陷构造单元

2 断层侧向封闭性能评价

沙32井区位于荆州背斜带沙市背斜西翼，沙24井区东南方向。构造上，该井区主要为协力断层控制的局部构造，为该断层上升盘次级断层控制的地垒构造，由主要的三级断层向更次一级的断层控制的断块构造转移(图2)。沙32断块在新下段主要受1、2号断展共同控制，因此，有必要对控圈断裂的侧向封闭性进行评价。

晚白垩沉积时期，沙市地区地势平坦，沉积了近1 000 m的渔洋组地层；沙市组沉积时期，下段以盐岩为主，上段以砂泥互层为主；新沟咀组沉积时期，砂岩明显增多，以三角洲前缘沉积为主；早荆沙组沉积时期之前，沙市地区，断层不发育，在荆沙组沉积早期，沙32断块构造的南、北断层形成，断块构造形态伴随着沙市地区的隆升剥蚀，沙32断块圈闭的形态基本形成(图3)。

图2 沙32断块圈闭

图3 沙32断块荆沙中—现今构造演化

tectonic evolution of Fault Block Sha 32

晚荆沙组沉积时期断层发育，以沙市地区的北东向断层为主，该时期形成的断层对其北部控制断层进行了切割；潜江组和荆河镇沉积时期，以断陷沉积为主，很大一部分断层均为该期形成，以沙32北部的协力断层最为代表；在荆河镇晚期，由于喜山运动的影响，整体环境以北东东—南西西挤压为主，沙市背斜进一步隆升剥蚀，荆河镇组和潜一段、二段及部分三段地层被剥蚀；到了新近纪末期，沙市背斜出现一期弱挤压现象，挤压应力释放后期，沙市地区部分断层出现不同程度的活动特征，以协力断层、盐卡南断层最为典型。

低渗透带是影响该区断层侧向封闭能力的主要因素，在此基础上，研究主要断层侧向封闭属性值计算模型[19](图4)。首先建立研究区泥质含量判别曲线，明确不同岩石类型的测井识别标准，在此基础上利用断层分析模块，恢复主要控圈断层的岩性对接、断面泥岩涂抹率和断层属性特征值来对其封闭性进行综合评价。

综合分析，沙32井区的控圈断层1号断层和2号断层的封闭性较好，其封闭性较好的原因主要有2个方面：①1号断层和2号断层的下降盘新下段地层与上升盘新下段地层均为有利的泥岩-砂岩对接或泥岩-泥质砂岩对接模式。②沙32-1井的泥质含量判别曲线解释结果显示新沟咀组泥岩含量较高，而砂岩的含量较低。在①号断层和②号断层活动时，滑过上升盘(封闭一侧)的地层主要为新沟咀组下段，新上段地层仅在顶部有对接(断层级次较低，沿断层走向断距变化不大，断距极小，一般在50 m左右)，由于沙32断块新沟咀组地层泥岩含量极高，导致滑过断面每一点的泥岩层累计厚度较大，不论是①号断层还是②号断层，其断面涂抹率普遍偏大，①号断层一般在50%左右，而②号断层一般在50%以上(图5)。沙32断块这种极强的封闭性主要与岩性对接和泥岩涂抹率有关，受断面埋深、倾角和走向等断面几何学特征属性的影响较小。

图4 断层侧向封闭属性值计算模型

图5 沙32断块2号断层断面泥岩涂抹率

No.2 Fault section in Fault Block Sha 32

3 断层侧向封闭机理及影响因素

断裂系统是控制油气藏形成和保存的主要地质因素，应用断面泥岩涂抹率图，初步分析控制江陵凹陷断层侧向封闭性的主要因素。

首先，断层的发育会引起地下流体性质的一些变化，破坏原有的水岩相互作用平衡，同时改变压力条件和性质。断层的侧向封闭能力可以通过2个断层板的地层水类型、断层带附近围岩同位素的比较、2个断层板的压力变化等来定性判断。其次，调查了解断层距离、断层性质、对接比等主要影响因素和评价标准，2个断层的岩性和生长指数的差异将影响其侧向密封能力；最后，在前人断层封闭定性研究的基础上，利用节点图和横截面页岩涂抹率对研究区的断层进行分析[15-17]。

根据断层活动引起的渗透率差异，江陵凹陷荆州背斜带的断层封闭类型可分为2类(图6)：①对接封闭，指的是储层与渗透性相对较差的围岩通过断层差异阻止油气运移；②断层岩封闭，指的是在断裂带内形成渗透性较差的断裂带充填物质而阻止油气侧向运移[18]。断层岩封闭可以分为5类：解聚带、碎裂岩、断层岩、泥岩涂、胶结裂缝(表1)，其中，泥岩涂、胶结裂缝模式比较常见。

4 断层封闭评价及勘探目标区优选

根据横向断层封闭性研究，荆州背斜带(显油气，形成大型储层)和沙市油田(显油气，未形成大型储层)2个圈闭具有相似的构造背景。针对典型代表性圈闭，开展断层侧向封闭能力对比研究，明确断层侧向封闭能力对油气分布的控制作用。

新沟咀组下段沉积时期，凹陷进入早第三纪以来第1个拗陷期，江陵凹陷呈南抬、中洼、北缓坡的构造面貌，断拗型的凹陷特征控制了凹陷的沉积中心，主要沉积中心在凹陷中心的梅槐桥地区和虎渡河-资福寺地区，在沉积中心地带沉积了较厚的新下段地层，地层厚度为500～800 m，地层围绕梅槐桥和虎渡河-资福寺及江口3个沉降中心，向北、南、东3个方向减薄。由于拗陷期的沉积充填作用，新下段烃源岩层分布广泛，面积约为5 760 km2，根据钻井统计的暗色泥岩分布的厚度，发现纵向上主要分布在新沟咀组下段Ⅱ油组，厚度为100～120 m；Ⅲ油组次之，厚度为40～60 m；Ⅰ油组不发育。平面上主要围绕梅槐桥、虎渡河-资福寺、江口3个生烃洼陷向两边减薄(图7)。

图6 断裂带封闭油气机理模式图

表1 5种断层侧向封闭类型

江陵凹陷新下段主力烃源岩总体分布在泥隔层-Ⅱ油组中下部，以浅湖亚相为主，部分为三角洲前缘亚相，沉积较稳定，属还原环境，暗色泥质岩发育，连续厚度较大，均大于30 m，TOC平均值大于0.6%(图8)。

图7 江陵凹陷新沟咀组下段泥岩厚度等值线

图8 江陵凹陷新沟咀组有机碳分布图

通过对江陵凹陷的三维地震精细解释和断层封闭性研究，落实了类似沙32断块的新沟咀组构造圈闭。陵72井区及其周缘储层十分发育，三角洲砂岩是良好的储集层，低部位的陵53井也钻遇多层砂岩，且新沟咀组的大膏层、新上段和荆沙组的泥岩可作为油气向上运移的封堵层。建议在陵72井以南2.3 km，部署1口探井，预计增加动用石油地质储量23.2×104t，该井取得突破后有望打开江陵凹陷勘探新局面。

5 结 论

(1) 根据断层活动引起的渗透率差异，江陵凹陷荆州背斜带的断层封闭类型可分为对接封闭和断层岩封闭2种类型，断层规模对江陵凹陷油气勘探起主要控制作用。

(2) 控制沙32断块的南北断层形成于早荆沙时期，晚期的弱挤压作用，激活了沙市地区的部分断层，特别是以断层为封闭边界的构造圈闭。

(3) 通过江陵凹陷沙32断块①号和②号控圈断层的封闭性综合分析，认为其封闭性较好；建议在陵72井区部署1口探井，预计增加动用石油地质储量23.2×104t，该井取得突破后有望打开江陵凹陷勘探新局面。