梁 波 王 威 郝景宇

（中國石化勘探分公司研究院）

馬路背地區(qū)主要“通天”斷層垂向封閉性評價

梁 波 王 威 郝景宇

（中國石化勘探分公司研究院）

基于鉆井錄井、分析化驗、地震解釋等資料，對馬路背地區(qū)F1、F2、F3 3條通天斷層（向上延伸至地表）的發(fā)育特征進行了認識。在此基礎上，利用斷裂帶填充物泥質(zhì)含量和斷面壓力兩個參數(shù)，建立相關的評價標準，對其現(xiàn)今垂向封閉性開展綜合評價。評價結果認為：F1、F2斷層垂向封閉性不理想，對Mj構造天然氣保存條件具有一定程度的破壞；F3斷層垂向封閉性良好，利于M1-1構造天然氣的聚集和保存。評價結果與實際勘探情況較符合，評價方法在研究區(qū)取得了良好的應用效果。圖3表4參15

馬路背地區(qū)“通天”斷層斷面壓力垂向封閉性

0 引言

勘探實踐表明，斷層在油氣藏形成過程中既可以作為有效的運移通道，又可以作為油氣聚集的遮擋條件[1]。正是由于這種雙重性，斷層的封閉性日益受到重視。國內(nèi)外眾多學者針對此問題進行了大量研究，提出多種評價方法并取得良好的應用效果。斷層封閉性評價一般包括側向封閉性和垂向封閉性評價兩部分，但對于背斜構造上的斷層來說，斷層的側向開啟不至于使油氣發(fā)生逸散，應重點對斷層的垂向封閉性進行評價[2]。馬路背地區(qū)構造變形強，斷裂發(fā)育，一些有利的局部背斜構造上發(fā)育“通天”斷層（向上延伸至地表），無疑對天然氣的聚集與保存有重大影響。因此，評價這類斷層的垂向封閉性對于揭示該區(qū)天然氣成藏規(guī)律及明確下一步勘探方向具有重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

馬路背地區(qū)位于川東北通南巴構造帶東北部，總體表現(xiàn)為一大型、被斷層切割復雜化的斷鼻構造[3]，進一步可劃分為Mj、M1、M2等幾個局部構造（圖1）。該構造在印支期具有雛形，燕山期隆升并定型，喜山期受大巴山弧形推覆帶的影響，疊加了一系列NW-NNW向斷裂[4]。研究區(qū)陸相地層一般厚3000~ 3500 m，自下而上沉積上三疊統(tǒng)須家河組、下侏羅統(tǒng)自流井組、中侏羅統(tǒng)千佛崖組、下沙溪廟組、上沙溪廟組、上侏羅統(tǒng)遂寧組，一般缺失上侏羅統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組及以上地層。其中自流井組珍珠沖段以上地層以泥巖沉積為主，形成了一套巨厚的區(qū)域蓋層，為天然氣的保存提供了良好的保障。位于區(qū)域蓋層之下的須家河組、自流井組珍珠沖段發(fā)育砂巖、礫巖儲層，是研究區(qū)天然氣的主力產(chǎn)層，源儲共生，成藏條件優(yōu)越，目前多口井測試獲得商業(yè)發(fā)現(xiàn)。

圖1 馬路背地區(qū)構造位置圖

2 “通天”斷層發(fā)育特征

根據(jù)地震資料解釋，馬路背地區(qū)主要發(fā)育3條“通天”斷層，均為逆斷層，其中F1、F2斷層控制了Mj構造，F(xiàn)3斷層控制了M1-1構造。F1、F2斷層分別位于Mj構造西、東側，具有相似的發(fā)育特征：向上延伸至地表，向下消失于中三疊統(tǒng)—下三疊統(tǒng)雷口坡組—嘉陵江組，垂直斷距310~500 m，斷層傾角67°~74°。平面上發(fā)育規(guī)模較大，呈NW走向，向北延伸至南江地區(qū)，向南延伸至通江地區(qū)，延伸長度大于40 km；F3斷層位于M1-1構造東側，向上延伸至地表，向下消失于下三疊統(tǒng)嘉陵江組，垂直斷距200~230 m，斷層傾角66°~71°。平面上呈NNW走向，發(fā)育規(guī)模相對較小，延伸長度約16 km（圖1、圖2）。這3條“通天”斷層均形成于喜山期，明顯晚于須家河組、自流井組珍珠沖段主成藏期（中晚侏羅世），對Mj、M1-1構造天然氣的后期保存具有重要影響。

圖2 過Mj1井—M1井—M1-1井AB測線地震剖面

3 斷層垂向封閉性評價方法和標準

目前，多數(shù)學者認為斷裂帶填充物的泥質(zhì)含量和斷面壓力是影響斷層垂向封閉性的主要因素[5-8]。斷裂帶以泥質(zhì)填充為主且斷面壓力大于泥質(zhì)塑性變形所需的最小壓力，則斷層垂向封閉性好。這是因為泥質(zhì)的孔滲性低，排替壓力高，可以阻止油氣沿斷裂帶向上逸散；足夠大的斷面壓力不僅使斷面緊閉愈合，更重要的在于使泥質(zhì)發(fā)生塑性變形和流動，堵塞斷裂帶內(nèi)遺留的滲濾空間，對油氣形成有效封閉。斷層只有同時滿足上述兩個條件，在垂向上才是封閉的，缺少任何一個條件，斷層開啟或封閉性變差［9］。因此，斷層的垂向封閉性評價主要從這兩個方面展開。

3.1 斷裂帶填充物的泥質(zhì)含量

在實際勘探生產(chǎn)中，鉆穿斷層并在斷裂帶有取心的井較少，通過實測的方法來確定斷裂帶填充物的泥質(zhì)含量往往沒有可行性。因此，只能通過間接的方法對這個參數(shù)進行預測。斷層在錯斷過程中，斷裂帶填充物的巖性主要受斷移地層巖性和斷距大小影響。在斷距相同的條件下，斷移地層中的泥巖厚度越大，斷裂帶填充物的泥質(zhì)含量就越高；相反，斷裂帶填充物的泥質(zhì)含量就越低。在斷移地層巖性相同條件下，斷距越小，斷裂帶填充物的泥質(zhì)含量就越高，反之則越低?；诖嗽?，可利用以下公式對斷裂帶填充物的泥質(zhì)含量進行預測［5］（圖3）：

圖3 Rm定量計算示意圖

式中：

Rm—斷層某點處斷裂帶充填物的泥質(zhì)含量，%；

hi—過斷層某點的第i層泥巖厚度，m；

L—斷層某點的斷距，m。

由以上公式可知，Rm同時考慮了斷距大小和斷移地層巖性，是一個能較好反映斷裂填充物泥質(zhì)含量的評價參數(shù)。前人通過研究及應用，建立了利用斷裂帶填充物中的泥質(zhì)含量來劃分斷層垂向封閉性的等級標準[6,10]（表1）。

表1 利用Rm評價斷層垂向封閉性標準

3.2 斷面壓力

斷面壓力不僅能反映斷層的緊閉程度，還決定了斷裂帶內(nèi)泥巖的變形特征。當斷層停止活動時，斷面所承受的壓力主要來源于上覆地層的巖石骨架重力[11]，其計算公式為：

式中：

P—斷面所受的正壓力，MPa；

H—斷面埋深，m，可由地震剖面讀取并進行時深轉(zhuǎn)換得到；

ρr—上覆地層的平均密度，g/cm3，根據(jù)研究區(qū)鉆井的密度測井資料取平均值2.53 g/cm3；

ρw—地層水的密度，g/cm3，根據(jù)M1-2井實測地層水資料取值1.06 g/cm3；

θ—斷層傾角，°。

由公式可知，斷面壓力的大小主要受斷層埋深、傾角影響，在斷層傾角變化不大的情況下，斷面壓力隨埋深變小而降低。

前人研究表明，泥巖發(fā)生塑性變形所需壓力范圍處于7.5～22.5 MPa之間[12]。因此本次研究將7.5 MPa作為泥巖發(fā)生塑性變形所需壓力的下限值，當斷面壓力大于該值時，泥巖發(fā)生塑性變形和流動，堵塞斷裂帶內(nèi)的遺留空間，形成有效的垂向封閉。根據(jù)上述原理并參考前人研究成果[2,13-14]，建立了利用斷面壓力評價斷層垂向封閉性的標準（表2）。

表2 利用斷面壓力評價斷層垂向封閉性標準

前面提到過，斷裂帶填充物的泥質(zhì)含量和斷面壓力共同決定了斷層的垂向封閉性。如果以上兩個因素中的任何一個評價結果不理想，斷層的垂向封閉性將存在風險。因此，在對斷層垂向封閉性進行綜合評價時，應取兩者中較低的評價結果作為綜合評價結果。

4 斷層現(xiàn)今垂向封閉性評價

研究區(qū)發(fā)育的“通天”斷層主要是F1、F2和F3斷層，3條斷層現(xiàn)今是否具有良好的垂向封閉性，決定了Mj、M1-1構造天然氣保存條件的好壞。首先，基于地震剖面AB，針對F1、F2、F3 3條斷層共選取了12個計算點，分別對應其上盤上沙溪廟組、下沙溪廟組、千佛崖組、自流井組底界（圖2）。其次，通過讀取斷層在各計算點的斷距、埋深、傾角數(shù)據(jù)，利用鉆井資料確定斷層兩側地層的巖性組合。然后，利用公式（1）、公式（2）計算出各點斷裂帶填充物的泥質(zhì)含量和斷面壓力，并據(jù)此推測斷層在上沙溪廟組以上地層的垂向封閉性，對斷層垂向封閉性進行總體評價。最后，結合Mj、M1-1構造上鉆井的實際勘探情況對評價結果進行驗證。

4.1 評價結果分析

（1）F1斷層

在F1斷層4個計算點中，斷裂帶填充物的泥質(zhì)含量分布在36.90%~67.24%，從深到淺逐漸增加，封閉性由中等變?yōu)檩^好，這與研究區(qū)在早侏羅世-白堊紀以湖泊、曲河流沉積占主導，自流井組珍珠沖段以上地層泥質(zhì)含量高密切相關；斷面壓力分布在6.04~9.17 MPa，隨埋深變小而降低，封閉性由好變?yōu)橹械?。綜合以上兩方面，F(xiàn)1斷層僅1-C一個計算點綜合評價結果為較好，其余三個計算點綜合評價結果均為中等（表3）。對于上沙溪廟組以上地層，由于斷面壓力進一步降低，導致綜合評價結果由中等甚至變?yōu)椴??？傮w上認為F1斷層垂向封閉性一般，對天然氣的保存存在一定風險。

（2）F2斷層

在F2斷層4個計算點中，斷裂帶填充物的泥質(zhì)含量分布在35.02%~67.24%，隨埋深變小而增加，封閉性由中等變?yōu)檩^好；斷面壓力分布在4.10~ 9.40MPa，隨埋深變小而降低，封閉性由好變?yōu)橹械仍俚讲睢Ｓ梢陨蟽煞矫婵芍?，F(xiàn)2斷層4個計算點綜合評價結果主要為中等—差（表3）。對于上沙溪廟組以上地層，由于斷面壓力在2-A計算點的值已經(jīng)小于5.5 MPa，斷面壓力進一步降低，將導致綜合評價結果依然為差?？傮w上認為F2斷層垂向封閉性較差，不利于天然氣的保存。

（3）F3斷層

在F3斷層4個計算點中，斷裂帶填充物的泥質(zhì)含量分布在62.00%~81.06%，在縱向上封閉性由較好變?yōu)楹?；斷面壓力分布?.81~17.33 MPa，整體高于F1、F2斷層且均大于7.5 MPa，評價結果均為好。綜合以上兩方面，F(xiàn)3斷層4個計算點綜合評價結果主要為較好—好（表3）。對于上沙溪廟組以上地層，斷層垂向封閉性雖然會因為斷面壓力降低而在某個深度開始變差，但其在自流井組—上沙溪廟組已經(jīng)具備良好的封閉能力，足以有效阻止其以下天然氣逸散?？傮w上認為，F(xiàn)3斷層垂向封閉性良好，有利于天然氣的保存。

表3 馬路背地區(qū)過地震剖面AB線F1、F2、F3“通天”斷層現(xiàn)今垂向封閉性評價表

從以上分析可以看出，F(xiàn)1、F2斷層現(xiàn)今垂向封閉性都不理想，對Mj構造天然氣的保存條件不利；相反，F(xiàn)3斷層現(xiàn)今垂向封閉性良好，M1-1構造天然氣保存條件并未遭到破壞，有利于天然氣的聚集。

4.2 實際勘探情況

Mj、M1-1構造上均有鉆井，根據(jù)這些鉆井的實際鉆探情況可以對上述斷層垂向封閉性評價的準確性進行驗證。

Mj1井為部署在Mj構造的一口探井，正處于兩條“通天”斷層所挾持的破碎帶。該井對千佛崖組進行過測試工作，測試未達到工業(yè)氣流，同時伴隨地層出水，測試結論為含氣水層。同時，Mj1井附近的兩口井C1井、C2井在須家河組頻繁鉆遇含氣水層。從這三口井的地層水分析化驗資料可以看出，水型主要為Na2SO4、NaHCO3型，礦物度偏低，以弱堿性為主（表4），明顯區(qū)別于封閉條件下地層水的特征，是地表水下滲的結果，反映相對開啟的水文地質(zhì)環(huán)境。由此證實Mj構造天然氣保存條件遭到一定程度的破壞，這可能與F1、F2斷層垂向封閉性不好有密切關系（實際上兩條斷層中任何一個垂向封閉性不理想，均可導致此結果），早期形成的天然氣沿斷層逸散，地表水沿斷層緩慢下滲，占據(jù)了儲層的部分儲集空間。

表4 Mj構造各鉆井地層水資料

M1-1井、M1-3井位于M1-1構造，均靠近于F3斷層。這兩口井在須家河組、自流井組油氣顯示較活躍，異常高壓發(fā)育且都在須家河組測試獲得工業(yè)氣流，地層未出水。以上證據(jù)表明，F(xiàn)3斷層的發(fā)育并未對M1-1構造天然氣保存條件造成破壞，相反成為阻止天然氣向上逸散的遮擋，使M1-1構造成為天然氣聚集的有利區(qū)。

本次研究中，斷層垂向封閉性評價結果與實際勘探情況較為符合，證明了該評價方法的實用性。

5 存在問題

斷層封閉性研究是油氣地質(zhì)領域公認的難點，斷層的封閉性往往受現(xiàn)今地應力、斷層類型、斷層活動期次和強度、斷層兩盤對置巖性、斷層幾何學特征等多種因素影響[15]。本次研究僅從斷裂帶填充物的泥質(zhì)含量和斷面壓力兩個方面對斷層垂向封閉性展開評價，未能考慮到其他因素；研究對象只選取了研究區(qū)AB剖面，未能把握平面上斷層垂向封閉性的變化和差異；在地質(zhì)時間上，也僅考慮了斷層現(xiàn)今的垂向封閉性，未對斷層的垂向封閉史進行分析?？傮w上來說，本次研究雖取得了一定的應用效果，但研究缺乏全面性、系統(tǒng)性。研究中所存在的這些問題都是下一步需要努力的方向。

6 結論

（1）馬路背地區(qū)主要發(fā)育3條“通天”逆斷層，均向下消失于海相地層，形成于喜山期。其中F1、F2斷層控制Mj構造，發(fā)育規(guī)模大，平面上呈NW走向，延伸長度大于40 km，縱向上垂直斷距310~500 m，斷層傾角67°~74°；F3斷層控制了M1-1構造，發(fā)育規(guī)模相對較小，平面上呈NNW走向，延伸長度約16 km，縱向上垂直斷距200~230 m，斷層傾角66°~71°。

（2）斷裂帶填充物的泥質(zhì)含量和斷面壓力是評價斷層垂向封閉性的重要因素，利用這兩個參數(shù)建立相應的評價標準可以對斷層垂向封閉性展開綜合評價，該評價方法在研究區(qū)獲得了良好的應用效果。

（3）通過評價，馬路背地區(qū)F1、F2斷層現(xiàn)今垂向封閉性不理想，對Mj構造造成一定程度的破壞；F3斷層現(xiàn)今垂向封閉性良好，M1-1構造天然氣保存條件未受到不利影響，有利于天然氣聚集成藏。

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（修改回稿日期2015-06-05編輯王曉清）

梁波，男，1986年出生，湖北武漢人，助理工程師；從事油氣地質(zhì)研究。地址：（610041）四川成都高新區(qū)吉泰路688號。電話：（028）85164784，15228885527。E-mail:nanweibobo@126.com