断层封闭性研究综述

断层封闭性研究综述

姓名：邓力铭

专业班级：地质工程11-7班 指导老师：蒋有录（教授） 日期：2012/7/18

断层封闭性研究综述

引言

断层既作为油气运移的重要通道，也作为油气聚集的遮挡条件，对油气聚集成藏具有双重作用。其封闭性是形成油气藏及控制油气成藏规模的重要因素，控制圈闭油气的多少，油气运移的路径，烃类的纵横向分布，以及油田开发过程中烃类的运动过程。分析断层封闭性的影响因素，探讨各种评价断层封闭性的方法具有重要的学术和应用价值。

一、断层封闭原理

断层封闭能力主要取决于断裂带物质及其两侧岩性的排替压力, 即烃类进入水湿岩石的最大孔喉所需的毛管压力[1],其公式为:Pc = 2R cosH/R (1)式中: pc为排替压力, MPa; R 为流体界面张力, Pa;H为流体浸润角,(b);R为相互联结的粒间孔喉半径,m。而地层中烃类的压力可以通过浮力求得:p=( Qw - Qh )gh(2)式中: Qw 为储层中水的密度,g /cm3; Qh 为储层中烃的密度, g/cm3; g为重力加速度,m / s2; h 为储层中烃柱的高度,m。当pc大于P时, 断层的封闭性好, 能封住储层中的油气; 反之, 则断层的封闭性差, 不能封住储层中的油气。根据流体运移的方向可将断层封闭分为垂向封闭和侧向封闭2种。断层垂向封闭是指油气不能沿断层垂直向上运移, 但可能穿越断层面运移至对置的储集层中。侧向封闭是指油气不能穿越断层面运移到对置的储层中去。

二、 断层封闭影响因素

影响断层封闭性的因素很多, 可以分为以下这些方面[2-3]: （1）断层性质

通常断层的倾角越小，区域主应力越大且与断层走向越接近垂直，断层埋深越深，一定程度内断距越大，断层封闭性越好;走滑断层封闭性最好，压性、扭性断层封闭性较好，张性最差; 断层在静止期封闭性相对较好，活动期封闭性差。 （2）断层两盘岩性配置

如果两盘是渗透性地层相对置，则封闭性差; 反之，封闭性好。一般认为，当断层两盘砂岩与泥岩对接时，断层封闭性好。 （3）断层泥岩涂抹

断层活动将塑性层带入断裂带未经研磨、重结晶作用或将岩石研磨成泥状再经过重结晶都可以形成断层泥，导致断层的封闭性。其中泥质含量越高封闭性越好。 （4）断层组合形式

一定面积内，断层条数越多，岩石破碎得越严重，封闭性越差。相同条件下，地垫錾型断层从上到下逐渐收敛，断面摩擦力和压力增大，比地垒型断层封闭性要好。 （5）填充物

断层两盘泥岩含量越高，断裂带填充物泥质含量越高，断裂面压力大于泥质成分塑性变形极限，封闭性越好。此外，地下流体携带的成岩物质胶结成岩以及油气沿断裂带运移中，原油氧化形成固体沥青等均

可堵塞连通孔隙，形成封闭性。 （6）流体性质

在地层水密度一定的情况下，烃的密度越小，断层封闭的烃柱高度就越小。断层内流体的压力越大，断层封闭性越差; 反之，封闭性越好。。 三、断层封闭机理的论述

断层封闭机理可概括为三个方面：一是接触性毛管压力的差别导致的断层封闭［4］；二是断裂带内被不渗透物质充填而表现为封闭性；三是在断裂活动过程中，在断裂带外侧伴生的岩石细粒化、剪切等作用导致断层的封闭。而与上述断层封闭机理可以伴生的作用类型有：并置作用、泥岩涂抹、碎裂作用、成岩作用、不纯砂岩的断层岩封闭作用、新矿物沉淀导致的胶结封闭作用、剪切作用等。以往断层封闭性研究主要侧重于断层封闭性的静态参数研究，而忽视了动态参数。因此，使断层封闭性研究缺乏了可信度和验证标准。所以还要重视下列因素。 （1）断层走向

一般来说，走向与区域最大主应力方向垂直的断层，其封闭几率比之走向与区域最小主应力方向垂直的断层要大［5］。 （1） 埋深

大量事实证明，封闭断层数量与非封闭断层数量相比在2500m 深度以下明显增加［3］。随着埋深增大，断裂带封闭性越好。 （2） 断层

断距对一特定岩类来说，断距越大，断层带宽度就可能越大，孔隙度

和渗透率的机械减少就越大。鲁兵等认为，断距大，断层带物质经受的摩擦强，易形成断层泥，造成好的封闭。但断层断距与断 层封闭性之间很难确定一种半定量—定量关系。 （3） 净厚度与总厚度的比值

是指净储集层厚度与所研究层段的总厚度之比。在碎屑岩层序中，非 储集层岩石的百分比和分布，指示塑性涂抹或这些非储集层岩石沿断层带注入的可能性。该比值也同样表示断层两侧砂岩与砂岩对接的可能性，但并不一定是同一砂岩单元。 （4） 断层的同生性

同沉积断层有利于泥岩涂抹的产生，这是因为泥岩通常是欠压实的，所以易沿断层面发生泥岩涂抹。 （5） 断层力学性质

走滑断层封闭性最好，压性断层较好，张性断层次之。目前对断层力学性质的研究还不能进行定量分析，仍有很大的人为误差。 （6） 断面倾角

通常断层的断面倾角越小，断面正应力就大。这样断裂带愈合程度较好，有利于断层封闭；反之，则断层封闭性差。 （7） 断裂带填充物的成分

断层能否形成封闭，在一定程度上应取决于断裂带填充物的成分，而断裂带填充物的成分又受断层错开地层岩性控制。若错开地层以泥岩为主，断裂填充物也应以泥质成分为主。 （8） 断层密度

单位面积内断层条数越多，岩石破碎越厉害，变形程度越大，因而断层封闭性越差；反之，断层封闭性越好。 （10）断面正应力

断面正应力越大，断面的紧闭程度越好，封闭性越强。而对于断面正应力的计算应考虑最大主应力、最小主应力、重力及流体压力的 综合效应［6］。 （11）油水界面

可以利用油水关系判别原始状态下断层密封性。基本原则是：当两个断块的油水界面一致时，断层可能不封闭；当两个断块的油水界面 不同时，断层一定是封闭的。 （12）压力法

断层两侧若无岩性、物性的横向剧变，且不属于同一个压力系统，那么断层应是封闭的。另外，干扰试井法、示踪剂法及油水井生产动态分析法等也对断层封闭性研究有重要意义。 四、断层封闭性评价方法

目前断层封闭性的评价方法有三大类: 断层析法、地球物理化学方法、数学地质分析法。 4.1断层分析法 4.1.1岩性配置分析法

在断层力学性质为张性或张扭性，断裂带厚度薄或不连续，断层两侧岩石直接接触的情况下，分析断层两侧岩性配置，能较为准确的评价断层封闭性。目前，研究岩性配置的方法有: 断面剖面分析法［7］

(Allan图),通过某一断层断面图，比较直观、准确的判断断层两侧岩性配置和泥岩涂抹情况，但是Allan断面图的制作的难点是需要绘制详细的地层与断层面相交的几何形态，Knipe 提出了新的作图观 点［8］，首先在仅考虑断距和岩性，而不考虑沿断层走向构造形态的变化的情况下生成简单的岩性并置图，其次对那些可能是油气泄漏的位置绘制详细的Allan 断面图; 砂泥对接概率法，该方法仅适用于井少的地区; 地震解释和三维可视化技术研究断裂带岩性对置与泥岩涂抹，可以得到直观的SGR图; 断层岩性叠置断面图法［9］，以断层两侧的岩性和断距的相互作用为基础绘制岩性叠置断面图，优点是能够评价断层所有部位的封闭性; 计算砂岩百分含量、砂岩连通率法等。由于大断层的周围小断层成群出现，实际研究中，常把一组小断层解释为单一断层，得出的断层两盘岩性配置结论误差较大，因此，岩性配置分析法的难点是准确确定断层的规模、断层岩的总厚度和小断层分布情况。

4.1.2断面泥岩涂抹分析法

目前，泥岩涂抹的计算方法主要有3 种: (1) Bouvier 运用三维地震切片技术提出泥岩玷污潜力(CSP)，表示断面某点、某泥岩层被涂抹的相对量; (2)泥岩玷污因子(SSF)，是断层沿一个横截面内的位移倾斜断距(L)与断面附近发生明显位移的泥页岩厚度( H) 之比;(3)断层泥岩比率(SGR)，就是在断层位移段内测定泥和(或) 页岩所占的比例。其中，CSP 适用于断面剪切型的涂抹，考虑到了不同位置泥岩涂抹量的差异及多次泥岩的涂抹效应。SSF 适用于压入性的涂抹。SGR

适用于厚的非均质的碎屑岩层序［10］。 4.1.3断层封堵系数法

横向封堵系数是评价断层横向封闭性的参数，是构造封堵系数与储集系数之和再与岩性封堵系数相乘之积。其值越大，横向封闭性越好。纵向封堵系数是评价断层纵向上对流体封堵能力的参数，是断层落差与盖层厚度的比值。其值越小，纵向封闭性越好［11］。 4.1.4物化性质指示和油气渗滤速度法

利用断层两盘油、气、水物化性质能直接判断出断层的封闭性，当断层两侧对应层位具有统一的油水界面、压力系统时，断层可能是不封闭的; 当断层两侧具有不同的油水界面、油水气性质、压力时，断 层一定是封闭的［12］。 4.1.5断层封闭性演化分析法

在恢复断层埋藏史、古构造演化史、断层在各时期古落差的基础上，通过绘制断面剖面图、模拟砂泥对接概率等方法，研究断层不同时期的侧向封闭性。通过求取不同时期断面应力大小和断裂带泥质含量等，定量研究断层不同时期的垂向封闭性［13］。 4.2 地球物理化学方法 4.2.1 声波时差法

声波时差与断层的排替压力之间具有明显的负相关，如果声波通过断层填充物得速度小于围岩的速度，则封闭性好; 反之，封闭性差。付广等利用声波时差在断点反映的岩性致密程度来推测断层的封闭性。该方法为定性评价，且需要钻遇断层的测井资料。

4.2.2 地震速度普识别法

该方法的目的是求取地层泥质含量来评价断层的封闭性，利用地震速度谱资料求取地层的层速度，然后根据速度与地层泥质含量的相关性求取地层泥质含量。该方法适用于探井少，勘探程度低且断距大于20m 的地区，而且泥质的质量分数是预测值而非真实值［14］。 4.2.3 油藏地球化学分析法

根据断层附近油藏的油样GC 指纹、流体包裹体、原油成熟度等判断断层封闭性。能够反映地质历史时期，特别是排烃期的断层封闭性。可判断“岩性连通，流体不连通”储层封闭性［15］，该方法适用于勘探程度高，地球化学数据丰富的地区。 4.3 数学地质分析法 4.3.1逻辑信息法

其原理是将影响封闭性的各因素用0和1表示，在假设相同封闭能力的断层具有类似的影响因素前提下，通过对已知封闭性的断层的影响因素进行逻辑运算，筛选出主要地质参数，根据它们对断层封闭性影响的大小分别赋予权值，经计算得出各标准对象的对象权，与其封闭性相对照，就可以建立断层封闭性判别模型，对未知封闭性的断层选择变量并赋值，利用模型计算出的结果来评价断层封闭性。吴元燕等利用该方法成功解释了五彩湾未能形成整装大气田与呼图壁气田下盘有气、上盘无气的原因［16］。 4.3.2 模糊综合评判法［17-18］

应用模糊变换和最大隶属原则，对影响断层封闭性的各种因素进行综

合研究。不同地区影响断层封闭性的因素不同，各因素权重不同，其中，以已知封闭性的断层为例，确定各因素的权重系数并建立单因素评价矩阵是关键环节，该方法综合考虑了影响断层封闭性的各种因素，评价结果更准确。 五、结语

断层封闭性是一个极为复杂的地质问题, 它不仅受断层的力学性质、断面承受应力状况、断层剪切带、泥岩玷污带、断层两盘储层排驱压力、断层两盘岩性配置关系、断层两盘地层产状配置关系和断层活动时期与油气运移聚集期的配置等多种地质条件制约, 而且也受构造演化史、应力场演化史、盆地充填史制约。我们研究油气田断层封闭性, 就是要揭示油气运移途径、方向, 认识断层是否能沟通烃源岩与储集层、圈闭, 建立起断层封闭性与油气藏圈闭的关系, 为油气勘探与开发工作服务［19-20］。

参考文献

[1] 程海生,,杨风丽.油气田断层封闭性综述[A] .特种油气藏.2008,15(1):7-9.

[2] 吕延防,马福建. 断层封闭性影响因素及类型划分［J］．吉林大学学报: 地球科学版，2003，33(2):163-166.

[3] 吕延防，付广等. 断层封闭性研究［M］.北京:石油工业出版社，2002, 31-32.

[4]赵密福.断层封闭性研究现状[A].新疆石油地质.2004,25(3):333-335.

[5] 李亚辉，信荃麟等.鲁克沁构造带稠油成藏机制研究［J］.石油大学学报：2001,25(1):51-54.

[6] 刘泽容，信荃麟，邓俊国，等断块群油气藏形成机制和构造模. [M]北京：石油工业出版社，1999,3(1):21-25.

[7] Allan U. S. Model for hydrocarbon migration and entrapment within faulted structures［J］．AAPG Bulletin,2009,73(4): 803-811.

[8] knipe R J. Juxtaposition and seal diagrams to help analyze fault seals in hydrocarbon reservoirs［J］．AAPG，2010，81(2): 187-191.

[9] 刘志,林东成,王文革等. 塔里木盆地吐木休克断裂带的 研究［J］．长春科技大学学报，2001，31(3):219-223.

[10] 赵密福.断层封闭性研究现状［J］．新疆石油地质，2004，25 (3):332-336.

[11] 王来斌,徐怀民. 断层封闭性研究进展［J］．新疆石油学院学 报，2003，15(1):22-25.

[12] 刘伟,贾中,李丽.复杂断块油气田断层封闭性综合分析方 法［J］．断块油气田，2002,9(1):25-28.

[13] 陈永峤,周新桂,于兴河等.断层封闭性要素与封闭效应［J］．石油勘探与开发，2003，30(6):38-40.

[14] 付广,薛永超,杨勉.利用地震资料判断断层封闭性的方法 探讨［J］.石油物探,2000,39(1):70-76.

[15] 侯读杰,朱俊章,唐友军等.应用地球化学方法评价断层的封闭性［J］.地球科学－ 中国地质大学学报，2005,(1):97-101. [16] 吴元燕,路波,付建林等.利用逻辑信息法研究断层封闭性［J］.古地理学报，2003,5(1):103-109.

[17] 王东晔,查明,杨勇.运用模糊综合评判方法定量研究断层 封闭性［J］．断块油气田,2006,13(4):5-7.

[18] 王东晔，查明，吴孔友.有关断层封闭性若干问题的探讨［J］．新疆石油地质，2007，28(4):513-515.

[19] Peter B，Graham Y，Helen J. Using Calibrated shale gouge ratio to estimate hydrocarbon column heights［J］．AAPG Bulletin，2003，87(3):397-413.

[20] Stuart M Clarke，Stuart D Burley ＆ Graham D Williams. A

three-dimensional approach to fault seal analysis: fault-block juxtaposition＆argillaceous smear modeling［J］．Basin Research，2005，17(2):269-288.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/0orr.html