碳酸鹽巖儲層斷層巖水力性質(zhì)的主控因素

全球大約60%的石油和40%的天然氣儲量存在于碳酸鹽巖中，斷層對油氣儲量意義重大，已知斷層對地下流體的流動具有重要的控制作用，但是關(guān)于斷層對碳酸鹽巖儲層流體流動影響的研究卻十分有限。

為確定碳酸鹽巖中斷層巖水力性質(zhì)的關(guān)鍵控制因素，分別從德國、希臘、意大利、馬耳他、阿曼、阿聯(lián)酋和英國等7個國家的多個斷裂帶，收集了42個出露斷層的碳酸鹽巖斷層巖性數(shù)據(jù)。其中，德國、意大利、阿曼和阿聯(lián)酋的樣品取自低孔低滲的巖相，運動學性質(zhì)包括正斷層、走滑斷層以及逆沖斷層。希臘、意大利、馬耳他和英國的樣品埋深較淺（小于1公里），來自孔隙度和滲透率相對較高的主巖，主巖相包含了Dunham分類法的大部分。運動學分類主要為低應(yīng)變變形帶或正斷層、斜滑斷層和走滑斷層。所有地區(qū)的斷層位移范圍從毫米至最遠5公里。

測量了大約400個樣品的孔隙度和滲透率。通過顯微結(jié)構(gòu)分析識別了形成特定斷層巖組構(gòu)的變形機制，并與實測的孔隙度和滲透率相結(jié)合，以確定斷層巖發(fā)育的內(nèi)在和外在因素中的主控因素。內(nèi)在因素包括主巖巖相結(jié)構(gòu)、巖相的并列、主巖孔隙度和滲透率，外在因素考慮了運動學、斷層位移、最大埋深和斷裂發(fā)生時的深度。

泥晶含量高的巖相，具有高孔隙度（＞10%），為分散的裂縫變形；藻類含量高的顆粒巖相，孔隙度低（＜10%），為分散的角礫巖化變形。每種巖相的變形方式?jīng)Q定了斷層巖的形成方式，由于各斷層巖類型都有不同的孔隙度和滲透率，因此也影響了水力性質(zhì)。低孔隙度碳酸鹽巖樣中斷層巖的孔隙度和滲透率往往高于各自的主巖樣品，相反，高孔隙度碳酸鹽巖斷層巖的孔隙度和滲透率一般比主巖低。研究發(fā)現(xiàn)，隨著主巖孔隙度增加，斷層巖滲透率增加。但當主巖平均孔隙度＞10%，大多數(shù)樣品的斷層巖滲透率都有所下降，而主巖平均孔隙度＜10%時，斷層巖滲透率相對于主巖增加。隨著主巖滲透率的增長，斷層巖的滲透率也會增長，當主巖平均滲透率＞0.1 mD時，大多數(shù)樣品的斷層巖滲透率相對下降。不同巖相的并列方式以及整個序列的組成似乎也決定了斷層的水力性質(zhì)。

分析了相似巖相的滲透率隨位移的變化情況，觀察到不管位移情況如何，斷層巖心滲透率沒有明顯變化。在1～2 km范圍內(nèi)，斷層巖平均滲透率隨最大埋深和斷裂時的深度增加而降低；1～2 km以外，在平均滲透率為0.01 mD左右該趨勢逐漸平緩。根據(jù)已有數(shù)據(jù)，不能確定運動學對斷層巖滲透率的控制作用。

結(jié)果顯示，內(nèi)在因素主導了碳酸鹽巖斷層巖的發(fā)育，主巖巖相結(jié)構(gòu)和主巖孔隙度決定了斷層巖的變形方式、斷層巖類型和斷層巖滲透率。外在因素中，位移對斷層巖滲透率無明顯控制作用，斷裂時的深度在一定程度上影響了斷層巖變形方式，進而影響斷層巖滲透率。利用主巖孔隙度和斷層巖滲透率之間的關(guān)系，有助于預測碳酸鹽巖層序中的斷層密封性。

（劉婕 編譯自“E.A.H. Michie, A.P.Cooke, I. Kaminskaite, et al.Key controls on the hydraulic properties of fault rocks in carbonates,Petroleum Geoscience,2021, 27(2)”）