展銘望 付 廣

(東北石油大學(xué)，黑龍江大慶 163318)

1 引言

隨著油氣勘探理論及手段的不斷進(jìn)步，含油氣盆地的蓋層、斷裂及其和油氣的關(guān)系逐漸被認(rèn)識(shí)，盆地中油氣聚集與保存不僅受泥巖蓋層的控制，而且受錯(cuò)斷蓋層的斷裂控制，斷裂與蓋層的有效配置是形成斷裂相關(guān)油氣藏的關(guān)鍵[1-4]。因此，準(zhǔn)確預(yù)測斷—蓋配置有效封閉部位對(duì)含油氣盆地?cái)嗔寻l(fā)育區(qū)的油氣勘探十分重要。關(guān)于斷—蓋配置封閉油氣作用前人曾做過研究[5-12]，通過比較泥巖蓋層厚度和錯(cuò)斷蓋層斷裂的斷距，研究斷裂是否將泥巖蓋層錯(cuò)開。當(dāng)斷裂的斷距小于泥巖蓋層的厚度時(shí)，泥巖蓋層不會(huì)被斷裂徹底斷開，泥巖蓋層仍可以連續(xù)分布，對(duì)油氣保存有利；相反，被斷裂完全錯(cuò)斷的泥巖蓋層則無法連續(xù)分布，對(duì)油氣保存不利。研究發(fā)現(xiàn)[5-12]，并非泥巖蓋層未被斷裂完全錯(cuò)開就一定能夠封閉油氣，蓋層的斷接厚度應(yīng)達(dá)到一定界限后才能封閉油氣，并提出了封閉油氣所需的最小斷接厚度的概念。針對(duì)上述方法確定的斷—蓋配置封閉油氣所需的最小斷接厚度受勘探程度影響較大[13]，通過理論計(jì)算建立了一套適用于一條斷裂斷—蓋配置封閉區(qū)的綜合判別法。然而，上述研究均采用蓋層斷接厚度作為斷—蓋配置是否封閉的依據(jù)，而用斷接厚度反映斷裂對(duì)蓋層的破壞程度并不直觀，而且其封閉油氣的下限值隨地區(qū)而變[8-12]，與地下實(shí)際情況明顯不符，不能準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)斷—蓋配置對(duì)油氣的控制作用。因此，利用地震資料預(yù)測斷—蓋配置封閉部位，對(duì)含油氣盆地?cái)嗔寻l(fā)育區(qū)油氣勘探具有實(shí)際意義。

2 斷—蓋配置封閉油氣機(jī)理及其影響因素

當(dāng)蓋層受到斷裂破壞后，其能否封閉油氣不再取決于其本身的封閉能力(蓋層巖石排替壓力)，而取決于斷—蓋配置的封閉能力(斷層巖石排替壓力)，如果斷層巖石排替壓力大于或等于下伏儲(chǔ)層巖石排替壓力，則油氣被斷—蓋配置封閉(圖1左)；相反，油氣則不被斷—蓋配置封閉(圖1右)。斷層巖石排替壓力和下伏儲(chǔ)層巖石排替壓力均受壓實(shí)成巖埋深和泥質(zhì)含量的影響[14-17]。

圖1 斷—蓋配置封閉油氣機(jī)理示意圖

3 利用地震資料預(yù)測斷—蓋配置封閉部位的方法

3.1 利用地震資料預(yù)測斷—蓋配置封閉油氣所需最大破壞程度的方法

由前文可知，預(yù)測斷—蓋配置封閉區(qū)，需要計(jì)算并比較斷層巖石排替壓力與下伏儲(chǔ)層巖石排替壓力。要確定斷層巖石排替壓力就必須確定其壓實(shí)成巖埋深和泥質(zhì)含量。通過將斷層巖石看成在圍巖中的另一套傾斜巖層求取斷層巖石的排替壓力[14-17]。將斷層巖石壓實(shí)成巖埋深Zf和斷層巖石的泥質(zhì)含量Rf代入圍巖的實(shí)測經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，便可求取斷層巖石排替壓力

P斷=aebRfZf

(1)

式中a、b為與地區(qū)有關(guān)的常數(shù)。

由于斷裂未將泥巖蓋層錯(cuò)開，不能利用Yieding等[18]的方法計(jì)算Rf，需要利用地震資料確定斷裂處的蓋層厚度H和錯(cuò)斷蓋層斷裂的斷距L計(jì)算Rf

(2)

由文獻(xiàn)[19]可知，斷層巖石壓實(shí)成巖壓力和壓實(shí)作用時(shí)間共同決定了斷層巖石的壓實(shí)成巖程度，斷層巖石壓實(shí)成巖壓力越大，作用時(shí)間越長，則Zf越大，反之則越小。由斷層巖石壓實(shí)成巖演化模式示意圖(圖2)可知，在埋深Z處的斷層巖石所受的壓實(shí)成巖壓力應(yīng)為其靜巖壓力

Nf=ρa(bǔ)Z

(3)

式中：ρa(bǔ)為沉積巖平均密度；Z為斷層巖石埋深。

斷層巖石在埋深Z處的斷層巖石壓實(shí)成巖作用時(shí)間應(yīng)晚于斷裂停止活動(dòng)時(shí)間(T0)。在埋深Z處Z為斷層巖石埋深/m；Z0(T0)為斷層巖石停止活動(dòng)深度(時(shí)間)/m(Ma)；φs為與斷層巖石具有相同埋深圍巖孔隙度/(%)；Zf(Tf)為斷層巖石壓實(shí)成巖埋深(時(shí)間)/m(Ma)；Zfmin(Tfmin)為斷層巖石開始?jí)簩?shí)成巖埋深(時(shí)間)/m(Ma)；φf為斷層巖石孔隙度/(%)

圖2 斷層巖石壓實(shí)成巖演化模式示意圖

的斷層巖石的壓實(shí)成巖程度Af為斷層巖石所受壓實(shí)成巖壓力Nf和作用時(shí)間Tf的乘積[19]

Af=NfTf=ρa(bǔ)ZTf

(4)

其中Z可由實(shí)際地震資料求得。

與斷層巖石具有相同埋深的圍巖所受靜巖壓力即為其壓實(shí)成巖壓力

Ns=ρa(bǔ)Z

(5)

圍巖的壓實(shí)成巖作用時(shí)間Ts應(yīng)為其沉積開始至今時(shí)間，則圍巖在埋深Z處的壓實(shí)成巖程度As可表示為

As=NsTs=ρa(bǔ)ZTs

(6)

由于斷層巖石中的物質(zhì)成分主要來自其兩側(cè)圍巖，可以假設(shè)斷層巖石與圍巖的壓實(shí)成巖歷史相近，只是在相同埋深條件下，圍巖壓實(shí)成巖相對(duì)較早，其固結(jié)程度相對(duì)較高，斷層巖石壓實(shí)成巖相對(duì)較晚，其固結(jié)程度相對(duì)較低。在此假設(shè)條件下，可以認(rèn)為斷層巖石壓實(shí)成巖過程與圍巖相同，孔隙度隨埋深的變化關(guān)系(圖2)為

φ=φ0e-cZ

(7)

斷層巖石和圍巖應(yīng)具有相同的初始孔隙度值(φ0)和壓實(shí)成巖系數(shù)(c)。具有相同埋深的斷層巖石的壓實(shí)成巖程度和圍巖壓實(shí)成巖程度之比與斷層巖石、圍巖孔隙度之比應(yīng)為反比關(guān)系

(8)

式中ρw為地層水密度。整理后得斷層巖石壓實(shí)成巖埋深

(9)

式中Tf應(yīng)等于與斷層巖石具有相同埋深的圍巖的現(xiàn)今沉積時(shí)間(Ts)減去斷層巖石開始?jí)簩?shí)成巖時(shí)間(Tf0)

Tf=Ts-Tf0

(10)

當(dāng)斷裂填充物未成巖(Zf≤0)時(shí)，在式(9)中取Zf=0，則

Tf0=Tse-cZ

(11)

若計(jì)算得到的Tf0

P儲(chǔ)=aebRsZ

(12)

式中Rs為下伏儲(chǔ)層巖石泥質(zhì)含量[20]

(13)

其中

式中： GR為目的層自然伽馬測井值； GRmax為泥巖自然伽馬測井值； GRmin為砂巖自然伽馬測井值；IGR為自然伽馬相對(duì)值；GCUR為與地層有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)(新地層為3.7，老地層為2.0)。

對(duì)于井資料不充分的區(qū)域需要利用地震資料結(jié)合單井?dāng)?shù)據(jù)對(duì)儲(chǔ)層的泥質(zhì)含量進(jìn)行研究[21-24]。通過建立儲(chǔ)層巖性模型和地震波速計(jì)算公式

(14)

(15)

(16)

繪制符合實(shí)際地質(zhì)情況的地震波速與埋深的關(guān)系圖板，界定純泥巖和純砂巖的波速變化特征，從而厘定不同埋深、不同均方根波速的儲(chǔ)層泥質(zhì)含量，最終通過計(jì)算地震數(shù)據(jù)得到儲(chǔ)層泥質(zhì)含量[21，22]。式中：t為地震波通過蓋層的時(shí)間；v為蓋層段內(nèi)均方根速度；vs為純砂巖速度；vh為純泥巖速度；D為地層厚度；Ds為砂巖等效厚度；Dh為泥巖等效厚度。

由上可知，斷—蓋配置封閉油氣所需的條件應(yīng)滿足

P斷≥P儲(chǔ)

(17)

將求出的P斷和P儲(chǔ)代入式(17)，得

(18)

由式(18)可見，amin值受Z、Zf、Rs三個(gè)參數(shù)的影響，是一個(gè)綜合評(píng)價(jià)參數(shù)，且amin≤1，amin值越大，表明斷裂對(duì)泥巖蓋層破壞越強(qiáng)，反之破壞越弱。

3.2 利用地震資料預(yù)測斷—蓋配置封閉部位的方法

4 實(shí)例應(yīng)用

南堡5號(hào)構(gòu)造位于南堡凹陷西部，總體上為發(fā)育在潛山上的披覆背斜構(gòu)造[25,26]。該構(gòu)造自下而上發(fā)育沙一段(Es1)、東營組(Ed)、館陶組(Ng)、明化鎮(zhèn)組(Nm)和平原組(Qp)，油氣主要分布在Ed下部儲(chǔ)層，下部Es3、Es1-Ed3烴源巖為主要油氣源[27]。NP5-1斷裂發(fā)育在南堡5號(hào)構(gòu)造南部，該斷裂在平面上呈NEE向展布，由兩條斷裂連接組成，總延伸長度約為13.2km，斷面北傾，斷距為0～160m(圖3)。由三維地震資料解釋成果可知，該斷裂從下部基巖一直斷至Nm下部(圖4)。據(jù)南堡凹陷典型剖面斷裂系統(tǒng)劃分示意圖(圖5)可知，NP5-1斷裂具早期伸展、中期扭張、晚期張扭性質(zhì)，斷穿了Es2、Es1-Ed3源巖和Ed2下部儲(chǔ)層，且在油氣成藏期[8]活動(dòng)，為南堡凹陷5號(hào)構(gòu)造內(nèi)的一條重要油源斷裂。油氣能否通過NP5-1斷裂穿過Ed2泥巖蓋層(主要為大套泥巖夾砂巖、粉砂巖，厚度為80～415m[28])向上運(yùn)移，對(duì)南堡5號(hào)構(gòu)造油氣縱向分布至關(guān)重要。

圖3 南堡凹陷5號(hào)構(gòu)造NP5-1斷裂與Ed2泥巖蓋層配置封閉油氣部位和油氣分布關(guān)系圖 單位：m

圖4 南堡凹陷5號(hào)構(gòu)造典型斷裂剖面

圖5 南堡凹陷典型剖面斷裂系統(tǒng)劃分示意圖

測點(diǎn)L/mH/mTs/MaTf/MaZ/mRsZf/mRfamin 1-RsZZf是否封閉1 8.6275.627.020.73111.60.252548.10.970.030.70是297.7282.327.020.63062.80.292484.30.650.350.64是337.3283.127.020.63078.20.332504.50.870.130.60是474.3285.727.020.73115.90.352553.70.740.260.57是580.0285.027.020.83155.10.362604.40.720.280.56是685.3284.727.020.93183.60.352641.30.700.300.58是780.7281.327.020.93187.10.342645.80.710.290.59是8115.4274.427.020.93183.10.332640.70.580.420.60是981.6266.627.020.93178.70.322635.00.690.310.61是1096.8258.427.020.93174.00.362628.90.630.370.57是11142.3255.827.020.93172.60.382627.20.440.560.54否1294.4254.827.020.93173.00.402627.60.630.370.51是13132.5259.527.020.93177.10.502632.90.490.510.40否14143.6257.927.020.93178.40.472634.60.440.560.43否15125.6231.227.020.93178.30.322634.50.460.540.61是16102.4211.427.020.93178.10.342634.20.520.480.59是17105.6240.827.020.93176.70.462632.40.560.440.44是18134.6246.227.020.93176.60.362632.30.450.550.56是19111.2242.627.020.93175.70.442631.10.540.460.47是2080.0215.927.020.93175.10.502630.30.630.370.40是210.0271.127.020.93175.30.502630.61.000.000.40是2228.8255.227.020.93175.10.552630.40.890.110.34是2312.2248.827.020.93175.50.512630.90.950.050.38是2417.8244.227.020.93174.80.442630.00.930.070.47是2531.2233.027.020.93173.10.422627.70.870.130.49是2647.5215.927.020.93169.40.312622.90.780.220.62是2760.2196.027.020.93167.10.292620.00.690.310.65是2858.6192.027.020.93165.60.342618.10.690.310.59是2999.7209.727.020.93166.40.412619.10.520.480.50是30135.4232.527.020.93172.80.302627.40.420.580.64是31136.3263.927.020.93172.40.362626.80.480.520.57是32157.0286.227.020.93165.10.522617.40.450.550.37否33157.8294.627.020.93174.40.492629.40.460.540.41否34159.7293.127.021.13231.20.412702.50.460.540.51否3558.1279.927.021.23294.40.342783.10.790.210.60是36117.8268.627.021.33303.60.452794.80.560.440.46是

圖6 南堡凹陷圍巖孔隙度隨埋深變化關(guān)系

5 結(jié)束語

通過確定一條斷裂不同點(diǎn)處的斷—蓋配置封閉油氣所需的最大破壞程度值，對(duì)比斷—蓋配置的破壞程度與其封閉油氣所需的最大破壞程度的相對(duì)大小，利用地震資料建立了一套斷—蓋配置的油氣封閉部位預(yù)測方法。該方法在渤海灣盆地南堡凹陷南堡5號(hào)構(gòu)造中的NP5-1斷裂與東二段泥巖蓋層配置封閉部位的預(yù)測結(jié)果與已發(fā)現(xiàn)油氣藏分布相吻合，表明利用地震資料預(yù)測斷—蓋配置封閉部位是可行的。