断裂输导-封闭转换部位预测方法及其在渤海湾盆地歧口凹陷的应用

王羽君

（中国石化中原油田分公司油田开发管理部，河南 濮阳 457001）

0 引 言

在含油气盆地中断裂既可以为油气的运移提供输导条件，又可以为油气聚集提供封堵条件，油气能否运聚成藏还要受到断裂输导-封闭转换部位的影响，只有位于有利的断裂输导-封闭转换部位处及附近，油气才能运聚成藏；否则油气不能运聚成藏［1⁃5］。由此不难看出，断裂输导-封闭转换部位的准确预测，不仅是搞清含油气盆地断裂附近油气分布规律的关键，还能够保证油气勘探顺利进行。

以往关于断裂输导向封闭转换的研究可概括为以下2个方面：第1个方面是根据活动期断裂输导油气优势运移通道与停止活动后断裂封闭部位之间的空间配置关系，研究断裂输导向封闭转换的有利条件［6⁃11］，将断裂输导油气优势通道与断裂侧向封闭部位的耦合作为断裂输导向封闭转换的有利条件；第2个方面是根据断裂断层岩排替压力随时间变化关系和储层岩石排替压力随时间变化关系，研究断裂输导向封闭转换时期［12⁃15］，将断层岩排替压力与储层岩石排替压力相等时所对应的时期作为断裂输导向封闭转换时期。前人的这些研究对揭示含油气盆地输导断裂附近的油气分布规律起到了促进作用，对油气勘探也具有一定指导意义。然而，以上研究仅能给出断裂输导-封闭转换的有利条件，但不能厘定出不同类型断裂输导-封闭转换部位，这会导致含油气盆地输导断裂附近的油气分布规律刻画时出现偏差，油气勘探失利。由上可知，开展断裂输导-封闭转换部位的预测方法研究，对正确认识含油气盆地断裂附近油气分布规律及指导其油气勘探均具有重要意义。

1 断裂输导-封闭转换机制及部位

活动期断裂伴生裂缝发育，具有相对较高的孔隙度和渗透率，油气可沿伴生裂缝向上覆地层中运移，如图1（a）所示。断裂停止活动后，受到上覆沉积载荷重量、区域主压应力和地下水胶结3个因素的共同影响，断裂伴生裂缝渐渐闭合，已无法继续输导油气。但断裂填隙物仍具有孔隙，能否封闭油气主要取决于断裂在区域性泥岩盖层内断层岩的封闭性，若断层岩封闭，那么断裂输导向封闭转换，否则断裂输导不能向封闭转换，如图1（b）所示。

图1 断裂输导和封闭油气模式示意Fig. 1 Schematic diagram of pattern of fault transporting and sealing hydrocarbon

由于断裂不同时期输导和封闭油气特征在空间分布上的差异，造成断裂输导-封闭转换部位不同，断裂输导-封闭转换主要有4种部位：第1种为断裂有利输导-封闭转换部位，该部位活动期断裂为有利输导部位，停止活动后断裂为封闭部位，有利于油气运聚成藏；第2种为断裂有利输导-不封闭转换部位，该部位活动期断裂为有利输导部位，但停止活动后断裂为不封闭部位，不利于油气运聚成藏；第3种为断裂不利输导-封闭部位转换部位，该部位活动期断裂为不利输导部位，而停止活动后断裂为封闭部位，也不利于油气运聚成藏；第4种为断裂不利输导-不封闭转换部位，该部位活动期断裂为不利输导部位，停止活动后断裂为不封闭，更不利于油气运聚成藏。

2 断裂输导-封闭转换部位预测方法

由上可见，只有先厘定出活动时期断裂有利与不利输导部位及停止活动后断裂封闭与不封闭部位，才能准确地预测出断裂输导-封闭转换部位。

要确定出活动期断裂有利和不利输导部位，先由三维地震数据读取不同部位断裂的断距，再根据最大断距相减法［16］恢复活动期断裂古断距，将之与断裂活动时期相除，求出活动期断裂古活动速率。由断裂输导油气所需的最小活动速率确定方法［17］确定，研究区断裂输导油气所需的最小活动速率，将断裂古活动速率大于等于断裂输导油气的最小活动速率的部位作为断裂的有利输导部位，而将断裂古活动速率小于断裂输导油气的最小活动速率的部位作为断裂不利输导部位（图2（a））。

图2 断裂输导-封闭转换部位示意Fig. 2 Schematic diagram of fault transport-seal transform locations

要确定出停止活动后断裂封闭与不封闭部位，就必须确定出停止活动后不同部位断裂在区域性泥岩盖层内断层岩排替压力和下伏储层岩排替压力。要确定出断层岩排替压力，就必须确定出断层岩泥质含量和压实成岩埋深。由井震资料，确定区域性泥岩盖层内断裂断距和被断裂错断的区域性泥岩盖层厚度及断裂带内泥质含量，公式为

式中：Rf——断层岩泥质体积分数，%；

Hi——被断裂错断第i层岩层厚度，m；

Ri——被断裂错断第i层岩层泥质体积分数，%；

n——被断裂错断岩层层数；

L——断裂断距，m。

利用断裂倾角、停止活动时期、与断层岩具有相同埋深的围岩埋深与压实成岩时期，由断层岩压实成岩埋深确定方法［18］确定出断层岩压实成岩埋深，将已确定出断层岩泥质含量和压实成岩埋深代入研究区围岩实测排替压力与压实成岩埋深和泥质含量之间的经验关系式［19］中，可得到停止活动后不同部位断裂断层岩的排替压力（图2（b））。要确定出下伏储层岩石排替压力，可利用钻井资料确定压实成岩埋深（若地层未发生明显的抬升剥蚀，可用其现今埋深代替）和泥质含量（根据自然伽马测井资料，由岩石泥质含量计算方法［20］求得），将其代入到研究区储层实测排替压力与其压实成岩埋深和泥质含量之间的经验关系式［19］中，可以确定出不同部位下伏储层岩石的排替压力。

将上述已确定出的停止活动后断裂不同部位处断层岩排替压力与下伏储层岩石排替压力叠合，便可以得到断裂封闭与不封闭分布部位，断层岩排替压力大于或等于其下伏储层岩石排替压力的部位即为断裂封闭部位；反之，则为断裂不封闭部位，如图2（b）所示。将上述已确定出的活动期断裂有利与不利输导部位与停止活动后断裂封闭与不封闭部位叠合，可以预测出断裂输导-封闭转换部位，如图2（c）所示。

3 应用实例

本文以渤海湾盆地歧口凹陷板桥断裂作为实例进行方法应用，通过文中所述方法对其在沙一下亚段内输导-封闭转换部位进行预测，将所得预测结果与研究区目前已探明油气进行对比，检验本文所建方法的可行性。板桥斜坡区是目前歧口凹陷油气勘探的重点地区，发育的地层有古近系（孔店组、沙河街组和东营组）、新近系（馆陶组和明化镇组）和第四系。

目前在板桥断裂附近已探明的油气主要集中在沙河街组地层（图3），其中以沙一下亚段地层中分布最多，油气来源于下伏沙三段源岩，是典型的下生上储式生储盖组合。板桥断裂位于板桥斜坡区东北部，走向为北东东向，断裂长度均为13 km，断层面向北北西方向倾斜，倾角为60°~70°，从下伏基岩向上断至近地表（图3（a））。板桥断裂不仅沟通了下伏沙三段源岩层和上覆沙一下亚段储层，且在油气成藏期——明化镇组沉积中晚期活动，为沙一下亚段油源断裂。目前板桥断裂附近沙一下亚段已发现有大量油气分布，其中断裂的西部和东部油气相对较多，中部相对较少（图3（b）），这不仅与其附近圈闭和砂体发育状况有关，更重要的原因则是受到板桥断裂在沙一下亚段内输导-封闭转换部位的控制。由此看出，精确地预测板桥断裂在沙一下亚段的输导-封闭转换部位，应是指导研究区沙一下亚段油气勘探的关键。

图3 板桥断裂输导-封闭转换部位与沙一下亚段油气分布关系Fig. 3 Relationship between Banqiao fault transport-seal transform locations and hydrocarbon distribution in Es1x

利用三维地震数据获得板桥断裂在沙一下亚段内的断距，按照最大断距相减法［16］恢复其在油气成藏期——明化镇组沉积中晚期的古断距，与断裂活动时期相除，求得板桥断裂在沙一下亚段内的古活动速率，如图4（a）所示。板桥断裂在油气成藏期——明化镇组沉积中晚期古活动速率在其西部和东部较大，中部和东西两端局部较小，由歧口凹陷断裂输导油气所需的最小活动速率为4 m/Ma（图4（a）），可以得到活动期板桥断裂除中部和东部端部局部为不利输导部位外，其余部位皆为有利输导部位（图4（b））。

图4 明化镇组沉积中晚期板桥断裂输导有利与不利部位Fig. 4 Favorable and unfavorable locations of Banqiao fault in middle and late sedimentary period of Nm Formation

根据钻井和三维地震数据获得板桥断裂在沙一下亚段区域性泥岩盖层内断距、被板桥断裂错断的沙一中亚段区域性泥岩盖层厚度及泥质含量（根据自然伽马测井资料，由岩石泥质含量计算方法［20］求取），将取值代入式（1）中求取板桥断裂在沙一中亚段区域性泥岩盖层内断层岩泥质含量。利用板桥断裂倾角、停止活动时期和沙一下亚段围岩埋深，压实成岩时期，由断层岩压实成岩埋深求取方法［18］确定了板桥断裂在沙一下亚段内断层岩压实成岩埋深。将板桥断裂在沙一中亚段内断层岩泥质含量和压实成岩埋深，代入歧口凹陷围岩实测排替压力随其压实成岩埋深与泥质含量的关系式中，进而求得停止活动后—现今板桥断裂在沙一中亚段区域性泥岩盖层内断层岩排替压力（图5），板桥断裂在沙一中亚段区域性泥岩盖层内不同部位处的断层岩排替压力除中部局部较小外，其余部位皆较大。歧口凹陷围岩实测排替压力公式为

图5 现今板桥断裂在沙一中亚段区域性泥岩盖层内断层岩排替压力Fig. 5 Fault rock discharge pressure of current Banqiao fault in regional mudstone caprock of Es1z

式中：pdf——歧口凹陷围岩实测排替压力，MPa；

Zf——歧口凹陷围岩压实成岩埋深，m；

Rf——歧口凹陷围岩泥质体积分数，%。

利用钻井资料读取板桥断裂处沙一下亚段储层埋深（由于上覆地层未遭受明显的地层抬升剥蚀，可用其现今埋深代替），利用自然伽马测井资料，由岩石泥质含量计算方法［20］求取板桥断裂处沙一下段储层岩石泥质含量，将板桥断裂处沙一下亚段储层岩石压实成岩埋深与泥质含量代入歧口凹陷储层岩石实测排替压力随其压实成岩埋深与泥质含量之间关系式中，便可以得到现今板桥断裂处沙一下亚段储层岩石排替压力（图6）。由图6中可以看出，目前板桥断裂处沙一下亚段储层岩石排替压力整条断裂相差不大，均分布在0.33 MPa左右。歧口凹陷储层岩石排替压力公式为

图6 现今板桥断裂处沙一下亚段储层岩石排替压力Fig. 6 Reservoir rock discharge pressure of current Banqiao fault in Es1x

式中：pdr——歧口凹陷储层岩石排替压力，MPa；

Zr——歧口凹陷储层岩石压实成岩埋深，m；

Rr——歧口凹陷储层岩石泥质体积分数，%。

将上述已确定出的板桥断裂在沙一中亚段区域性泥岩盖层内断层岩排替压力与沙一下亚段储层岩石排替压力叠合，可以得到停止活动后—现今板桥断裂封闭与不封闭部位（图7）。由图7可以看出，板桥断裂仅在其中部局部为不封闭部位，其余部位皆为封闭部位。

将上述已确定的活动期板桥断裂有利与不利输导部位与停止活动后板桥断裂封闭与不封闭部位叠合，得到板桥断裂输导-封闭转换部位（图3（b））。由图3（b）中可以看出，板桥断裂在沙一下亚段内输导-封闭转换有3种部位：有利输导-封闭转换部位主要分布在西部和东部大部分部位，不利输导-封闭转换部位仅分布在东部端部，不利输导-不封闭转换部位仅分布在中部。

目前板桥断裂附近沙一下亚段已发现油气在断裂的西南部和东北部分布较多（图3（b）），位于板桥断裂在沙一下亚段内有利输导-封闭转换部位处及其附近。这是因为这个部位能使下伏沙三段源岩处获得的油气通过板桥断裂有利输导部位向上运移，进入到沙一下亚段储层内的油气又可被封闭的板桥断裂阻挡，有利于油气在板桥断裂附近沙一下亚段内聚集成藏，油气钻探可以钻遇油气；相反，板桥断裂不利输导-封闭转换部位和不利输导-不封闭转换部位均不利于油气在板桥断裂附近沙一下亚段内聚集成藏，油气钻探也就不能钻遇油气［21⁃23］。

4 结 论

（1）断裂输导-封闭转换部位主要有断裂有利输导-封闭转换、有利输导-不封闭转换、不利输导-封闭转换和不利输导-不封闭转换4种部位。

（2）通过古活动速率确定出活动期断裂有利与不利输导部位，通过断层岩排替压力和下伏储层岩石排替压力确定出停止活动后断裂封闭与不封闭部位，建立了一套预测断裂输导-封闭转换部位的方法，经实例应用，验证了该方法用于预测断裂输导-封闭转换部位的可行性。

（3）板桥断裂输导-封闭转换有3种部位，有利输导-封闭转换部位分布在其西部和东部绝大部分部位，有利于下伏沙三段源岩生成油气在沙一下亚段内运聚成藏；不利输导-封闭转换部位仅分布在其东部端部，不利于下伏沙三段源岩生成油气在沙一下亚段内运聚成藏；不利输导-不封闭转换部位仅分布在其中部局部，更不利于下伏沙三段源岩生成油气在板桥断裂附近沙一下亚段内运聚成藏。与目前板桥断裂附近沙一下亚段内已发现油气分布相吻合。