小林克–哈拉海斷裂帶薩爾圖油層斷層側(cè)向封堵性分析

史集建，郭富康

東北石油大學地球科學學院，黑龍江 大慶

1.引言

小林克–哈拉海斷裂帶位于齊家–古龍凹陷與西斜坡的交界處，與齊家–古龍凹陷生成的油氣向西斜坡區(qū)的運移方向相垂直，其對油氣運移的輸導或封堵作用將直接影響著其東西兩側(cè)油氣勘探前景[1]。目前小林克–哈拉海斷裂帶附近在薩爾圖油層獲得了多口工業(yè)油流井，充分展現(xiàn)了其附近油氣勘探前景。然而，由于受到研究手段和認識限制，目前針對影響該地區(qū)油氣勘探的關(guān)鍵因素——斷層封堵性的研究工作仍不夠深入[2][3][4][5][6]，影響了薩爾圖油層下一步油氣勘探目標的選擇。

2.斷層側(cè)向封堵類型及研究進展

斷層側(cè)向封閉的本質(zhì)是指斷裂帶與圍巖之間存在著滲透能力的差異，因此，前人根據(jù)引起斷裂帶與圍巖差異滲透的因素，可將斷層封閉劃分為對接封閉和斷層巖封閉兩類[7][8]。巖性對接封閉型斷層的封閉能力主要取決于砂泥巖并置區(qū)域的大小，一般采用Allan 圖解法分析，它考慮了上下盤沉積地層在斷面處的對接情況，也可稱為斷面剖面圖法[7]。斷層巖封閉性斷層的封閉能力的定量評價技術(shù)，主要基于泥巖/層狀硅酸鹽涂抹的連續(xù)性或斷層巖的平均泥質(zhì)含量建立，例如適于用剪切環(huán)境塑性泥巖的泥巖涂抹勢法(CSP) [9]，適用于擠壓環(huán)境泥巖的泥巖涂抹參數(shù)法(SSF) [10]和普遍適用的斷層泥比率法(SGR) [11]。雖然利用斷層巖SGR 值能從一定角度厘定斷層封閉能力，但封閉能力并不僅受SGR 值的影響，還與斷層巖的成巖作用密切相關(guān)[12]，且SGR 值與斷層封閉能力并不總是呈正比關(guān)系。因此，從斷層封閉機理出發(fā)國內(nèi)學者建立了定量評價斷層封閉能力的斷–儲排替壓力差法[13]。

通過前人的研究，根據(jù)最大單砂體厚度與斷層垂直斷距的相對大小，可以判定斷層封閉類型[14]。當斷層垂直斷距大于最大單砂體厚度時，表現(xiàn)為斷層巖封閉；反之則為對接封閉。通過統(tǒng)計薩爾圖油層內(nèi)斷層斷距和最大單砂體厚度的分布(圖1)，可以發(fā)現(xiàn)，受構(gòu)造運動及沉積特征等因素影響，小林克–哈拉海斷裂帶在S0、S1和S3油層組斷層側(cè)向封閉類型均為斷層巖封閉，而在S2油層組內(nèi)斷層側(cè)向封閉類型以斷層巖封閉為主，夾雜少量巖性對接封閉，分別為S2油層組的塔32 井和葡萄花油層組的龍28、英42井附近斷層(表1)。

Figure 1.The relationship between the fault distance and the thickness of the largest single sand body in the Saertu reservoir group in the Xiaolinke-Halahai fault zone圖1.小林克–哈拉海斷裂帶各薩爾圖油層組斷距與最大單砂體厚度關(guān)系圖

Table 1.Summary table of lateral sealing types of faults in the Saertu reservoir group in Xiaolinke-Halahai fault zone表1.小林克–哈拉海斷裂帶各薩爾圖油層組斷層側(cè)向封閉類型匯總表

3.斷層側(cè)向封堵性評價方法

油氣在成藏過程中能否在斷層型圈閉內(nèi)聚集成藏，斷層側(cè)向封閉性質(zhì)至關(guān)重要。當斷層側(cè)向呈封閉狀態(tài)時，油氣可在斷層相關(guān)圈閉內(nèi)聚集成藏；反之當斷層側(cè)向呈開啟狀態(tài)時，斷層則不能側(cè)向遮擋油氣聚集成藏，油氣將穿過斷裂帶發(fā)生側(cè)向運移。由于小林子-哈拉海斷裂帶主要為斷層巖封閉類型，因此，綜合前人研究成果[15][16]，本次主要基于斷面SGR 下限法評價該區(qū)的斷層側(cè)向封堵性，使考慮因素更加全面，預測準確性也更高。具體流程為：

3.1.封閉性影響參數(shù)的獲取

斷層巖型斷層能否形成側(cè)向封閉的關(guān)鍵因素是斷裂帶內(nèi)斷層巖泥質(zhì)含量的比重及其成巖程度的相對大小。

①斷層巖泥質(zhì)含量

截止到目前，SGR 法(式(1))是綜合考慮了各種地質(zhì)因素(斷層斷距、走向、傾角、以及所斷移砂泥巖地層對斷裂帶細粒物質(zhì)的供給)的一種算法。通過擬合野外實測數(shù)據(jù)與實驗室計算結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)SGR值與斷裂帶內(nèi)細粒物質(zhì)具有很好的線性關(guān)系，也就是說隨著SGR 值增大，斷裂帶內(nèi)細粒物質(zhì)也隨之增多，進而說明斷層側(cè)向封閉能力越強。

Figure 2.Diagram of calculation mode of fault lateral sealing attribute value圖2.斷層側(cè)向封閉屬性值計算模式圖

由圖2 的模式圖可以確定：

式中：SGR——目的點斷層巖泥質(zhì)含量，%；

n——滑過斷點的砂泥巖層層數(shù)；

i——滑過斷點的第i 層巖層；

ΔZi——滑過斷點的第i 層巖層厚度，m；

D——斷層垂直斷距，m；

Vshi——滑過斷點的第i 層巖層泥質(zhì)含量，%。

由式(1)可知，SGR 值的大小與Vsh、ΔZ和D值三者之間是密切相關(guān)的。其中，Vsh值來源于測井解釋成果，ΔZ 值主要依據(jù)巖心錄井資料對于巖心的描述，D值則主要根據(jù)地震解釋來獲取。

② 壓實成巖程度

斷層側(cè)向封閉性除受控于斷面SGR 值外，還要受斷層巖成巖程度的影響。Grauls (1994)等提出斷層巖壓實成巖程度越高，巖石越致密，孔滲性越差，斷層越容易形成側(cè)向封閉能力。其大小可用斷層巖的埋藏深度來表示，一般情況下埋深越大，表明巖石所承受的上覆沉積載荷與區(qū)域主壓應力越大，斷層停止活動后經(jīng)歷的承壓時間越長，壓實成巖程度越高，斷層側(cè)向封閉能力越強。

3.2.封閉性評價方法

對于相同深度下的斷面SGR 值，只有當該值大于等于斷層側(cè)向封閉油氣下限時，斷層才具有側(cè)向封閉油氣的能力；反之斷層表現(xiàn)為開啟斷層，不具備側(cè)向封閉油氣的能力。同理，對于相同的斷面SGR 值，其在不同深度表現(xiàn)的封閉屬性也不相同，斷面埋深越大斷層封閉所需的斷面SGR 下限值越小。所以確定斷層側(cè)向封閉油氣的SGR&H 下限值是評價斷層側(cè)向封閉性的關(guān)鍵，其具體步驟和方法如下(圖3)：

Figure 3.Flow chart of SGR&H lower limit method for lateral sealing of faults圖3.斷層側(cè)向封閉油氣SGR&H 下限法流程模式圖

①利用小林克–哈拉海斷裂帶內(nèi)斷層和地層的地震解釋數(shù)據(jù)，構(gòu)建小林克–哈拉海斷裂帶內(nèi)斷層的三維地質(zhì)模型，計算出斷面內(nèi)任意一點的垂直斷距大??；同時，利用錄井、測井資料計算被錯斷地層內(nèi)的泥質(zhì)含量，依據(jù)公式(1)計算得出斷層巖的SGR 值(圖4)。

② 根據(jù)試油資料確定試油層位在斷面上的深度范圍，再依據(jù)開發(fā)資料確定該井試油層位沿斷面走向上的控制范圍，即2 倍的供油半徑(供油半徑是指在多井生產(chǎn)時，油水井在地下控制一定范圍的含油面積的半徑)，二者在斷面上控制的區(qū)域即為試油區(qū)域。

Figure 4.Flow chart for calculating section SGR value圖4.斷面SGR 值計算流程圖

③選取小林克–哈拉海斷裂帶的探明儲量范圍內(nèi)試油井，確定不同試油井在不同層位、不同深度處對應斷面上的試油區(qū)域，同時篩選出每一口井試油層位所在試油區(qū)域內(nèi)斷面最小SGR 值及試油深度，以試油結(jié)論為系列、斷面最小SGR 值為橫坐標、試油深度為縱坐標繪制斷層側(cè)向封閉性評價圖版，厘定小林克–哈拉海斷裂帶不同層位斷層側(cè)向弱封閉區(qū)、斷層側(cè)向中等封閉區(qū)和斷層側(cè)向強封閉區(qū)之間的界限。

④ 以此界限值作為標準判斷不同斷層在不同地層、不同深度(層位)內(nèi)的封閉屬性，也就是說當目標斷層斷面最小SGR 值與試油深度點投影在小林克–哈拉海斷裂帶斷層側(cè)向弱封閉區(qū)內(nèi)時，斷層側(cè)向不封閉；當散點投影在斷層側(cè)向中等封閉區(qū)內(nèi)時，斷層側(cè)向封閉且能力中等；當散點投影在斷層側(cè)向強封閉區(qū)內(nèi)時，斷層側(cè)向封閉且能力較強，其中中等～強封閉能力的斷層是遮擋油氣并聚集成藏的有利斷層。

4.斷層封堵性評價結(jié)果

依據(jù)上述斷層側(cè)向封閉下限確定理論和方法，在小林克–哈拉海斷裂帶選取典型的26 個試油/試氣結(jié)論不同的點，按照其試油/氣深度、結(jié)論及目標區(qū)域斷面最小SGR 值繪制斷層巖型斷層側(cè)向封閉下限厘定模版(圖5)。同時，根據(jù)各層位深度中值，確定小林克–哈拉海斷裂帶不同油層組內(nèi)斷層側(cè)向弱、中等、強封閉區(qū)的界限值(表2)。

Table 2.Statistical table of the limits of lateral sealing intervals of different oil layer faults in the Xiaolinke-Halahai fault zone表2.小林克–哈拉海斷裂帶不同油層斷層側(cè)向封閉區(qū)間界限統(tǒng)計表

根據(jù)已建立的斷層側(cè)向封閉SGR&H 下限，評價不同油層組內(nèi)各主要斷層的側(cè)向封閉性。由表2 確定的下限值可知，隨著埋藏深度的增加，斷層巖壓實成巖程度越高，斷層越容易形成側(cè)向封閉，對應的下限值越小。從整體來看，平面上，中部及北部斷層的SGR 值明顯較南部斷層低，這主要是受斷層錯斷地層物性的影響，在小林克–哈拉海斷裂帶中北部地層的砂地比明顯高于南部，因而滑入斷裂帶內(nèi)的泥質(zhì)成分較少，斷層巖SGR 值偏低；剖面上，斷層巖SGR 值自上而下逐漸增大，在S0 油層組上部的嫩一、二段蓋層段部位，斷層巖SGR 值有明顯的升高(圖6)。

Figure 6.SGR attribute map of the section of the Xiaolinke-Halahai fault zone圖6.小林克–哈拉海斷裂帶斷面SGR 屬性圖

以此，根據(jù)小林克–哈拉海斷裂帶各薩爾圖油層組的斷層側(cè)向弱、中等、強封閉區(qū)域油氣下限，刻畫小林克–哈拉海斷裂帶內(nèi)各主要斷層的封閉屬性。

總體上，小林克–哈拉海斷裂帶在各薩爾圖油層組內(nèi)，斷層多呈現(xiàn)出中等側(cè)向封閉能力，控制儲量區(qū)的分布，僅在塔34、金27 區(qū)塊的局部地區(qū)發(fā)育弱封閉能力的斷層(圖7)，其中S3油層組發(fā)育的弱封閉能力斷層條數(shù)最多，S4、S2油層組次之，S1油層組最少僅發(fā)育1 條；除此之外，且僅在S0和S1油層組內(nèi)中部地區(qū)發(fā)育少量強封閉能力斷層，這與S0油層組上部發(fā)育的嫩江組泥巖蓋層滑入斷裂帶內(nèi)有關(guān)，導致斷層巖SGR 值較下部油層組有所增大。

5.斷層側(cè)向封堵性對油氣聚集的控制作用

以敖古拉斷裂F5 和F6 為典型斷層進行分析。塔11 井與塔32 井分別位于敖古拉斷裂帶兩側(cè)，受敖古拉斷裂F5 分割。根據(jù)構(gòu)造地質(zhì)建模，繪制F5 斷層的斷面SGR 隨深度的變化曲線，通過比較確定，實際SGR 值均大于斷層側(cè)向封閉下限值，表明斷層側(cè)向封閉(圖8(a))。這與目前塔11 井在S0～S1油層組鉆遇油氣相吻合。同時，位于斷層東側(cè)的塔11 井地層水水型為NaHCO3，礦化度為7532 g/L，而位于斷層西側(cè)的塔32 井地層水水型依舊為NaHCO3，但礦化度為5840 g/L，斷層兩側(cè)地層水礦化度的差異也證實斷層側(cè)向不連通，是封閉的。

同理，塔34 區(qū)塊的龍182-6 井受上傾方向的F6 斷層控制，通過斷面屬性分析，確定F6 斷層SGR值變化范圍較大，其在薩爾圖油層不同深度存在多處斷面實際SGR 值小于斷層側(cè)向封閉下限的部位(圖8(b))，表征斷層側(cè)向不封閉。這些部位與S0、S2油層組錄井見油氣層但尚無工業(yè)油氣聚集的部位相吻合，也證明了斷層封閉性結(jié)果評價的準確。

Figure 7.Lateral sealing of fault in the Saertu oil layer of the Xiaolinke-Halahai fault zone圖7.小林克–哈拉海斷裂帶薩爾圖油層斷層側(cè)向封閉性厘定圖

Figure 8.SGR distribution map of the F5 and F6 fault section of the Xiaolinke-Halahai fault zone圖8.小林克–哈拉海斷裂帶斷層斷面SGR 分布圖

6.結(jié)論

1) 小林克–哈拉海斷裂帶在薩爾圖油層內(nèi)斷層側(cè)向封閉類型以斷層巖封閉為主，只在S2油層組內(nèi)夾雜少量巖性對接封閉。

2) 平面上，小林克–哈拉海斷裂帶中部及北部斷層的SGR 值明顯較南部斷層低；剖面上，斷層巖SGR 值自上而下逐漸增大，在S0油層組上部的嫩一、二段蓋層段部位，斷層巖SGR 值有明顯的升高。

3) 根據(jù)小林克–哈拉海斷裂帶各薩爾圖油層組的斷層側(cè)向弱、中等、強封閉區(qū)域油氣下限，定量評價得到研究區(qū)斷層多呈現(xiàn)出中等側(cè)向封閉能力，S3油層組發(fā)育的弱封閉能力斷層條數(shù)最多，S4、S2油層組次之，S1油層組最少僅發(fā)育1 條；在S0和S1油層組內(nèi)中部地區(qū)發(fā)育少量強封閉能力斷層。