北黄海盆地东部坳陷X构造A断块断层封堵性分析

杜　民， 刘金萍

(1. 国土资源部海底矿产资源重点实验室，广东广州510075； 2. 广州海洋地质调查局，广东广州510075)



北黄海盆地东部坳陷X构造A断块断层封堵性分析

杜民1,2， 刘金萍1,2

(1. 国土资源部海底矿产资源重点实验室，广东广州510075； 2. 广州海洋地质调查局，广东广州510075)

摘要：北黄海盆地东部坳陷X构造是由多条断裂所控制的富油气区，其中A断块已经钻获油流。为了揭示该断块油气藏的有效性，应用岩性对置和泥岩涂抹2种方法对断层封堵性进行研究。岩性对置结果显示，目的层段(J3-K1)的砂岩对接现象普遍，未能通过岩性并置形成封堵。泥岩涂抹研究结果表明，根据SGR值定性分析，认为F7与F122条主控断层在下白垩统—上侏罗统通过断层带的泥岩涂抹可形成较好的封堵性。通过已知油藏进行标定后，计算出断层所支撑的各层烃柱高度相比构造闭合高较小，圈闭的有效面积显著缩小，认为A断块的实际断层封堵能力相对较差。

关键词：断层封堵性；岩性并置；泥岩涂抹；TrapTester软件；北黄海盆地

0引言

断层是控制盆地油气生成、运移、聚集与散失的重要因素，其在烃类成藏时起何种作用与它的封堵能力关系密切(付广等， 2005；吕延防等，2007；王莉，2012)。因此，断层封堵性的研究在油气勘探中至关重要，尤其是断块油气田。

北黄海盆地东部坳陷经历了燕山期和喜山期构造运动，断裂发育，侏罗系与白垩系分界面上不同规模断层达100余条。迄今为止，东部坳陷已有数口井见工业油流(王强等，2010)，且都与断裂有关，该坳陷以断块圈闭居多，其最终成藏与断层有着密不可分的联系。所以，断层封堵特性对复杂区块内确定圈闭有效性及指导勘探部署都具有重要意义。

1区域地质

北黄海盆地是中朝板块东部发育的中—新生代断陷盆地，由6个二级构造单元组成，其中东部坳陷为最具资源潜力的区域(蔡乾忠，2005；刘振湖等，2007)。东部坳陷中生界断裂体系极其发育，主要为NE、NW走向，整体呈凹隆相间格局，由中部凹陷、东南凹陷、西北凹陷、南部隆起、东部隆起、西北隆起、北部隆起等多个次级单元构成。研究区的X构造位于中部凹陷，属坳中隆，是由多条断裂所控制的富油气区(图1)，A断块内的井1已在下白垩统发现了油流，因此需要进一步评价断控圈闭的有效性。研究区主要含油层段为下白垩统(R4-R5)和上侏罗统(R5-R5-4)，R4-4、R5-3分别为下白垩统和上侏罗统内部三级层序界面，地层主要为河湖相成因的砂泥岩，最大沉积厚度约8 000m。

图1　北黄海盆地东部坳陷X构造下白垩统底面(R5)构造图1-构造；2-等深度线；3-钻井；4-正断层Fig.1　Map of Lower Cretaceous bottom (R5) of structure X in eastern depression of the North Yellow Sea Basin

2断层封堵性机理及研究方法

断层封堵性是上盘与下盘或断裂带与各盘因物性差异而产生排替压力不同而阻止流体穿过断裂带的性质(Bretanetal., 2003)，是断陷盆地成藏的关键因素，封闭性差的断层主要表现为对油气起输导作用，而封闭性好的断层则能因断层遮挡形成圈闭。断层封堵性机制主要包括4种，即岩性并置、泥岩涂抹、破碎作用、成岩作用(Smith，1980；Knott，1993；Knipe,1997；Yieldingetal.，1997)。在钻井较少的情况下，主要通过岩性并置和泥岩涂抹来评价断层封闭性，本次研究以TrapTester5.4软件为工具完成了X构造A断块的封堵性评价。

2.1岩性对置封堵

岩性并置封闭是指目标盘储层与另一盘的封堵层并置，它直接反映两盘岩性对接关系，可实现复杂断块的快速评价(黄晓波等，2011)。一般断层一盘储层的上倾方与渗透性岩接触，则形成较差的封闭性，若储层与整套泥岩等塑性较强的岩性接触，则可形成很好的封闭性。在勘探程度较高的情况下，利用Allan图绘制出两盘的岩性对置关系，可作断层封闭性的定性判断。

2.2泥岩涂抹封堵

泥岩涂抹方法虽然较复杂，但在储盖组合简单以及复杂的区域均适用。静态压力条件下，断层封堵性的决定性因素为断层带的泥质含量(Knipe, 1997)，预测封堵能力必须得到断层带的泥质含量。此类相关算法主要有3种，即断层泥比率(SGR)、黏土涂抹潜力(CSP)、泥岩涂抹因子(SSF)，其中以SGR方法最为常用、效果最好。

当断层活动时，2盘泥岩与砂岩混合可形成1层薄的泥质岩层，其孔渗性较低因而具较高的排替压力，可构成对砂岩层的侧向封闭。Yielding等(1997)提出了断层泥比率(SGR)算法，并对碎屑岩地层的断层泥岩涂抹进行了定量研究，其可计算断面泥岩涂抹层的发育程度。SGR算法对于断面上的任何一点，都计算滑过该点的岩石的泥质含量(图2)。

图2　SGR计算模型图(据Yielding et al.,2010修改)Fig.2　SGR calculation model(modified from Yielding et al., 2010)

SGR=∑(Vsh·ΔZ)/t×100%

(1)

式(1)中,ΔZ、Vsh和t分别表示地层厚度、地层的泥质质量分数和断层断距。

3A断块断层封堵性评价

研究区有多口钻井，选取钻遇地层齐全的井1、井2及井3参加计算模拟：(1) 利用断层与层位解释数据及井数据建立初始地质框架模型，然后根据解释数据空间形态对不合理部分进行修改，从而得到断层与层位的构造框架模型；(2) 以录井岩性为基础，在目的层段中共拾取31个岩性标志层，并得到各岩性段的泥质含量，再结合构造框架模型建立最终的地质框架模型。之后，断层封堵性研究可分为2步,首先利用断层面岩性并置分析是否具能通过砂-泥对接形成封堵能力，若岩性对接可封堵，评价结束；若岩性对接不可封堵，则需要分析断层能否通过泥岩涂抹(SGR值计算)形成封堵(图3)。

图3　断层封堵性评价流程图Fig.3　Workflow of fault sealing evaluation

图4　X构造区4条断层的断面岩性并置图1-上升盘层位与断面交线；2-下降盘层位与断面交线；3-砂岩与砂岩对接；4-砂岩与泥岩对接、泥岩与泥岩对接Fig.4　Lithology juxtaposition of fault surfaces of the four faults in structure X

图4为各断层的断面岩性并置图，红色表示断层上升盘砂岩和下降盘砂岩的并置区域，即为砂砂并置区。研究区X构造目的层段下白垩统(R4-R5)和上侏罗统(R5-R5-4)的砂泥互层发育，与A断块相关的4条断层断面之上砂砂并置区十分普遍，表明它们均不能仅靠岩性并置形成封堵条件，需要根据泥岩涂抹进一步确定封堵性。因F12与F7位于断块A上倾方向，断块的封堵能力仅与它们有关，这2条断层泥岩涂抹分析如下。

3.1断层封堵性的定性评价

如果研究区无法获取油水界面资料，则不能建立SGR值与封堵能力之间的关系。但大量断层封堵实例研究认为，SGR值达15%～20%时是封堵临界值，超过此值则断层可通过泥岩涂抹形成封堵(Yieldingetal., 2010)。

图5为F7、F12的断面SGR分布图，绿色表示SGR值<15%，即断层不具备泥岩涂抹封堵能力；黄色表示SGR值为15%～20%，说明断层具备不连续的封堵能力；暗黄色代表封堵能力较好；棕色及红色代表封堵能力好和极好。

图5　F7与F12断层面的SGR分布图Fig.5　SGR distribution on fault surfaces of F7 and F12

图5显示：F7断层面SGR值在R5-R5-4之间多超过20%，中部层段SGR值更大，其上侏罗统段的封堵能力很好；F12断层面SGR分布显示：R4-4-R5之间SGR值大多数在20%～30%之间，近R5处多为15%～20%；R5-R5-4之间SGR值多在30%以上，近R5处部分区域值约为15%～20%，该断层下白垩统—上侏罗统的封堵能力较好，R5界面附近封堵能力稍弱。根据SGR值分布结果，认为断块A的F7与F12断层在目的层段通过断层带的泥岩涂抹可形成较好的封堵能力。

3.2断层封堵性的定量评价

若要应用SGR方法对一个具体地区的断层封堵性进行定量评价，必须用被钻井资料证实了封堵能力的油藏断层对SGR值进行标定。Yielding等(1997)通过采用已知油藏断层两侧的压力差(AFPD)对SGR进行标定。SGR值增加，其可支持的AFPD随之增加；深度增大，相同SGR值可支持的AFPD也增大，两者之间的封堵包络线方程为：

AFPD=10SGR/d-c

(2)

式(2)中，d、c为拟合曲线得到的常数值，d的大小与SGR的临界值有关，c的大小取决于最大埋藏深度，在断层埋深<3 000m时，c取1/2。

根据压差及烃密度能计算各断层节点可支撑的潜在烃柱高度：

H=AFPD/[(ρw-ρo)g]

(3)

式(3)中，pw为水密度，po为油密度，g为重力加速度。

根据SGR值定量计算断层封堵的烃柱高度时，首先需确定公式(2)中的SGR临界值和常数d。一般来说，SGR值达15%～20%时断层具有封堵性，然而各油气区断层封堵的SGR临界值存在差异，需通过该区的已知油气藏进行标定。该研究区可选择X构造A断块的油藏进行标定，通过测试多个SGR临界值并统计主要层圈闭断层可支撑的潜在烃柱高度及溢出点等信息来完成。表1给出了所测试的2个SGR临界值的相关数据，当d=40、SGR临界值=20%时，计算所得到各油藏的油水界面与实际钻探结果较为吻合，因此确定了该构造的SGR临界值与d值。

注：单位为m

由表1可知，A断块的R4-4层圈闭层由F7控制的烃柱高度为137m，当圈闭内充注油气的高度超过该值时，烃类将通过F7断层发生泄漏，R4-4层圈闭主要受断层封堵能力控制而不是构造；R5层圈闭由F12控制的烃柱高度为90m，当圈闭内充注油气的高度超过此值时，烃类将通过F12断层发生泄漏，该层圈闭也主要受断层封堵能力控制而非构造，即仅构造等值线在2 640m之内的圈闭面积才是有利的，该面积不到构造圈闭面积的1/3。

总体来看，X构造A断块的烃柱高度最多仅占构造闭合高度的28%，故认为A断块的断层封堵性相对较差。

4结论

(1) 断层封堵性是北黄海盆地东部坳陷断块的关键成藏要素，控断块断层的封堵性研究对油藏分布规律预测意义重大。

(2) 东部坳陷X构造A断块岩性并置结果显示，各断面砂岩并置普遍，难以通过岩性并置形成断层封堵。

(3)X构造内A断块断层泥岩涂抹研究表明：根据SGR值定性分析，认为F7与F122条主控断层在下白垩统—上侏罗统通过断层带的泥岩涂抹可形成较好的封堵能力，通过已知油藏进行标定后，计算出断层所支撑的烃柱高度相对构造闭合高较小，圈闭的有效面积显著缩小，故认为A断块的断层封堵性相对较差。

参考文献：

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Fault sealing analysis of fault block A in structure X of eastern depression in the North Yellow Sea Basin

DU Min1,2, LIU Jinping1,2

(1.KeyLaboratoryofMarineMineralResources,MinistryofLandandResources,Guangzhou510075,Guangdong,China; 2.GuangzhouMarineGeologicalSurvey,Guangzhou510075,Guangdong,China)

Abstract：The structure X of the eastern depression in North Yellow Sea Basin is a hydrocarbon-rich zone controlled by several faults, of which the fault block A has been drilled out oil flow. To reveal the effectiveness of this fault block, this work analyzed the fault sealing features using the methods of lithology juxtaposition and shale smear. The result of lithology juxtaposition shows that juxtaposition of sandstone in the target interval of J3-K1 is widespread, where fault sealing can not form. The study of shale smear shows that qualitative analysis of shale gouge ratio (SGR) indicates the sealing capability of main controlling faults of F7 and F12may develop well. With fault sealing calibration by drilled hydrocarbon reservoirs, it is inferred that the height of hydrocarbon column of each interface held by fault sealing is less than that of the structural relief, and that the effective area of each trap may shrink dramatically. This quantitative analysis reveals that the fault sealing capability of fault block A is actually poor.

Keywords：fault sealing; lithology juxtaposition; shale smear; TrapTester software; North Yellow Sea Basin

doi:10.3969/j.issn.1674-3636.2016.02.309

收稿日期：2015-10-26；修回日期：2015-11-09；编辑：蒋艳

基金项目：国家自然科学基金项目“北黄海盆地构造热机制与成烃效应”(41302100)

作者简介：杜民(1985—)，男，工程师，主要从事海洋油气资源调查研究工作，E-mail： dumin.0120@163.com

中图分类号：P618.130.2+7； P722.5

文献标识码：A

文章编号：1674-3636(2016)02-0309-05