断层封闭性研究在溱潼凹陷草舍构造的应用

黄薇漪，马晓东，臧素华，花彩霞

（1.中国石化地球物理公司华东分公司，江苏 南京 210009；2.中国石化华东分公司石油勘探开发研究院，江苏 南京 210011）

苏北盆地溱潼凹陷是重要的富油凹陷，受控于郯庐断裂的影响[1]，区内构造复杂，已发现油田大部分为断块—断鼻型油藏。对于断块—断鼻型圈闭，规模各异的断层是构成圈闭的重要要素，前人对各级别断层的分布特征及其与油气运移聚集的作用已有论述[2]，但对决定圈闭有效性的断层封闭性研究相对较少。因此，本文以溱潼凹陷草舍构造为例，解剖已知油藏，通过断层封闭性研究，明确断层封闭性研究方法在溱潼凹陷勘探中的适用性，以期提高圈闭评价精度，为油气勘探提供理论依据。

1 区域地质概况

溱潼凹陷构造上属于苏北—南黄海盆地东台坳陷的一个次级构造单元，位于东台坳陷区吴堡低凸起与泰州凸起之间，整体呈北东东向展布。该凹陷是一个在新生代拉张背景下形成的典型的南断北超的箕状凹陷，经历了坳陷—断陷—坳陷的构造演化阶段，分别对应了仪征—吴堡—三垛运动[3]。平面形态具有西窄东宽的特征，西部断层呈帚状或平行雁列式，断阶为多阶结构，断层走向以北东向为主；东部走滑较弱，以伸展翘倾为主，断层走向以北东东向为主。纵向上依次发育下构造层（泰州—阜宁组）、中构造层（戴南—三垛组）及上构造层（盐城—东台组）。其中草舍油田位于溱潼凹陷南部断阶带中段，其东西分别为时堰深凹和溱潼（储家楼）深凹，发育草舍南、中、北三个断块，含油层系为泰一段、阜一段、阜三段、戴一段、二段和三垛组一段。

2 断层封闭性研究

断层封闭性分为侧向封闭性和垂向封闭性两部分[5]，侧向封闭与否取决于断层两盘的岩性配置、泥岩涂抹情况，垂向封闭性则取决于断面紧闭程度（即断面所受正压力大小）。

2.1 断层侧向封闭性研究

断层两盘的岩性配置是决定断层是否具有侧向封堵性的重要条件之一。如果断层所错动的地层中泥岩层所占比值相当低，砂层含量相对很高，砂层与泥层对置的可能性就一定很小，断裂充填物的性质也以砂质为主。在较高的砂泥比条件下，断层的封闭能力必然较低，因此，当砂泥比值高到一定程度时，无论其他条件如何，断层都不具封闭能力，砂泥比值可以用来反映断层岩性配置好坏。

泥岩涂抹是指断层在活动时期由于一盘泥岩的滑动对断面形成的涂抹。由于受断层性质、断移地层泥地比和断层产状及光滑程度的影响，其在空间上发育部位及发育程度差异较大。一般采用泥岩涂抹系数大小来定量描述泥岩涂抹层的发育程度。

式中：fm——泥岩涂抹系数；L——断层断距，m；hi——被断层错开的第i层泥岩岩层厚度，i=1，2，…，n；n——被断层错开的泥岩层数；H——被断层断开地层厚度，m；Rm——被断层断开地层的地层厚度与泥岩厚度的比值。

研究区草舍油田北断块油藏不受组成断阶的大断层（II、III号断层）控制，起封闭作用的主要是三、四级小断层。地化研究表明：草舍油田的油气来源主要与阜二段优质烃源岩有关。油气运移与断阶的II号断层关系不大，多是通过主干断层次生的三、四级断层（北1、北2）作垂向运移为主。

从图1、表1可以看出，北1断层侧向封闭性差。下降盘戴南组二段侧向封闭性好于上升盘，而三垛组一段侧向封闭性较差。戴二段下降盘砂泥比值为0.86，远低于上升盘，泥岩涂抹系数为0.541，优于上升盘的0.323；三垛组一段上下盘砂泥对接概率低，砂泥比值均大于1，三垛组一段下部大段砂—砂对接，不利于油气聚集，只有在下降盘垛一段泥岩段对接时，有良好的侧向封堵条件。总体来说该断块小断层侧向封闭性差，影响成藏的主要因素为盖层和断层两侧砂泥配置。

图1 草舍北断块油藏剖面图Fig.1 Reservoir profile of North Caoshe fault

表1 草舍北断块北1断层封闭性评价参数Table 1 Sealing property evaluation parameters of fault Bei-1 of North Caoshe fault

2.2 断层纵向封闭性研究

影响断层垂向封闭性好坏的最关键因素是断面的紧闭程度。若断面紧闭，断层垂向封闭性好，油气不能沿断面作垂向运移，否则，断层开启，断层作为油气运移的通道。断面的紧闭程度可用断面所受正压力大小来衡量，其计算公式为[5-6]：

式中：P——断面所受的正压力，MPa；H——断面埋深，m；ρr——上覆地层的平均密度，g/cm3；θ——断面倾角，°。

当断面正压力大于泥岩变形强度时，因泥岩变形而导致断层裂缝愈合，由此造成断层垂向封闭，否则断层垂向开启。断层的垂向封闭性除与断面压力有关外，还受断移地层泥岩含量的影响，断移地层泥地比低时不利于断层的垂向封闭。因此，在根据断面正压力评价断层封闭性时，要兼顾断移地层的泥地比值。

草舍构造被F2、F3断层分割为多个含油断块。从断层演化和活动期来看，如图2所示，草舍地区F3断层形成时间早，在仪征运动就已形成。在戴南组和三垛组沉积时期构造活动剧烈，F3断层派生出一系列倾向相反的小断层。在盐城组沉积时活动基本停止，只有在盐城组一段沉积早期有轻微活动。因此，在三垛组沉积时，F3断层垂向开启，在油气大量生成的盐城组一段沉积早期也是开启的，此时阜二段油气已经开始大量生成，F3断层可以作为油气垂向运移的通道。

图2 溱潼凹陷断阶带草舍构造演化史图Fig.2 Caoshe tectonic evolution chart of fault terrace zone in Qingtong sag

从表2中可以看出：三垛组沉积后，F3断层在阜一段和泰州组层段的位置封闭性好，泰州组油气不能沿F3断层垂向运移，但是由于泰州组烃源岩埋藏较深，在三垛运动结束之前可能已经成熟，因此，少量泰州组生成的油气在三垛运动结束之前有可能沿F3断层垂向运移；阜二段以上层段封闭性逐渐减弱，阜二段油气有可能沿F3断层垂向运移至上部储层。

表2 草舍地区F3断层各层段垂向封闭性评价（三垛组沉积后）Table 2 Vertical sealing property evaluation of each layer of F3 fault in Caoshe area(after deposit of Sanduo formation)

油源对比结果也证明了这一点，草舍油田中断块中构造层戴南组油藏发现来源于泰州组烃源岩的油气，而在埋藏更深的泰州组和阜一段油藏只发现了来源于阜二段的油气。这说明源于泰州组烃源岩的油气不是沿F2断层垂向运移的，而是沿F3断层垂向运移的。北断块发现了来自阜二段的油气，也说明F3断层也可以作为阜二段油气垂向运移通道的作用。

从断层两侧岩性配置来看，该时期由于断距较大，阜四段泥岩与阜三段对接，阜二段与阜一段对接，形成了良好的油气侧向运移通道，F3断层侧向封闭性较弱。F3断层与F2断层之间发现的阜三段油藏则证明了油气侧向运移的可能性。

与F3断层类似，F2断层也是在仪征运动时期形成的，在三垛运动前期时活动剧烈，断层垂向开启并派生出次级断层F2’，戴南组一段沉积后活动停止。从活动时间上来看，与烃源岩的生排烃期不匹配，不能作为油气垂向运移的通道。

从断层面泥岩涂抹性上来看，由于断距大（大于1 000 m），使断层面泥岩涂抹性很差，侧向封闭性很差，有利于油气的侧向运移，岩性对接关系复杂。通过F2和F2’断层断裂带岩屑包裹体分析，F2和F2’断层有油气通过的痕迹，GOI值为1.82%，是油气运载层的特征[7]，储层流体包裹体的均一化温度为80℃～100℃，开始充注时间为12 Ma±，油气通过的时间为盐城期沉积时。

综上所述，F3断层可以作为油气垂向运移的通道，F2、F3断层侧向封闭性较弱，可以作为油气侧向运移的通道。

3 结论

综合分析断层两盘的岩性配置关系、泥岩涂抹系数、断面承受应力、断裂活动期与生排烃期的配置关系，对苏北盆地溱潼凹陷草舍构造主要断层的封闭性进行了详细评价。研究表明草舍构造断层侧向封闭性整体较差，可以作为油气侧向运移的通道。F3断层活动期与生排烃期匹配，阜二段以上层段断面压力不大，三垛组沉积末期，该断层垂向开启，是阜二段油气纵向运移重要通道。

[1]施泽进，彭大钧，施央申，等.苏北溱潼凹陷的拉张量研究及构造运动强度分析[J].大地构造与成矿学，1994，18（1）：43-52.

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[3]刘伟，游有光，杨皋.苏北溱潼箕状凹陷的形成演化机制及油气成藏特征[J].断块油气藏，1999，6（6）：10-12，22.

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[6]高先志，李浩，刘启东.高邮凹陷断层控油气作用的多样性[J].地球科学与环境学报，2012，34（1）：20-28.

[7]谢小敏，曹剑，胡文瑄，等.叠合盆地储层油气包裹体GOI成因与应用探讨——以准噶尔盆地莫索湾地区为例[J].地质学报，2007，81（6）：834-842.