准噶尔盆地车拐地区红车断裂带封闭性评价

仲伟军 姜宇 张淑萍

摘   要：本次研究采用断面正应力大小、泥岩削刮比（SGR）、断裂带充填物泥质含量（Rm）和断面紧闭指数等定量参数，对车拐地区红车断裂封闭性进行了详细评价。结果显示泥岩削刮比（SGR）均值为0.6，断裂带充填物泥质含量（Rm）均值为0.51，泥质充填程度较高，断面正应力大小变化不大，为69.54～73.11 MPa，整体较大，紧闭指数为1.28～8.25，均值为3.98。从而认为准噶尔盆地车拐地区红车断裂带二叠系及三叠系封闭性较好，侏罗系封闭性差。红车断裂带中部、北部断层封闭性较好，而发育于浅部乌尔禾组、三工河组内的小断层在现今及油气成藏期的封闭性也普遍较好。

关键词：车拐地区;红车断裂带封闭性;定量参数;综合评价

断裂控藏作用是指断裂影响油气的运聚以及油气的空间分布[1-3]。而其断裂的状态对于油气的运移、聚集成藏以及对已形成油气藏的破坏及二次运移形成次生油藏具重要作用[4-6]。前人的研究成果表明，断层既可作为油气运移通道又能遮挡油气运移，当断层封闭性好时，会阻止油气的运移;而断层封闭性差时，则可作为油气运移通道，这对油气勘探具重要意义[7]，断层封闭性还与地层岩性对置、压实作用、充填作用、泥岩涂抹作用等因素有关[8]。         目前，断层封闭性研究对含油气盆地进行勘探、开发具重要意义，所以国内外学者提出了诸多研究断层封闭性的方法，主要从断层形态、几何学、运动学及断层面的物质涂抹等进行了定性和定量评价。主要研究方法包括：参数评价法、地震预测法、地应力法、垂向分布因子法、排替压力法、泥岩涂抹法、排烃高度法等[9]。从常规地震剖面上看，红车断裂带海西期控制鼻凸带的逆断裂断距大，剖面上较易识别，但断裂组合存在一定多解性。印支期走滑断裂及晚燕山期正断裂断面陡直、断距小、横向变化快，直接从地震剖面完成断裂的精细解释和平面组合难度较大。因此，必须加大对断裂带结构的精细刻画及寻找突破传统的断裂封闭性评价方法，以落实和发现新的断层圈闭。

1  断层封闭性评价方法

根据断层的封闭机理，采用断面正应力大小、泥岩削刮比（SGR）法、断裂带充填物泥质含量（Rm）和断面紧闭指数等定量参数来评价断裂封闭性[10]。

1.1  断面正应力F

断面压力控制断面的紧闭程度。断面承受压力越大，断裂带紧闭程度越好，断层封闭性越好。研究中，断层面往往有一定起伏，断裂带中会存在一些空间，当断裂面应力较大，就会使断裂带泥岩变形去封堵断裂带中的孔缝，提高断层的封闭性。而当断面承受应力大于一定值时，泥岩会变形流动来填充断裂带中渗漏空间，从而使断层在垂向上完全封闭。断面压应力的计算公式为：

F=F1cosθ+F2sinθ=H（ρr-ρw）gcosθ+σsinβsinθ[… （1）]

式中：F——断面所承受的正压力，MPa;H——断面埋深，m;ρr——上覆地层平均密度，g/cm3;ρw——地层水密度，g/cm3;g——重力加速度;σ——水平地应力，MPa;θ——断面倾角，（º）;β——地应力与断裂走向之间的夹角，（º）。

研究发现，当断面压应力F大于7.5 MPa时，断层封闭性良好，当F小于3 MPa时，断层封闭性差。断面正应力值越大，则断裂封闭性越好。反之，封闭性越差。

1.2  泥岩削刮比（SGR）

泥岩削刮比（SGR）又称为断裂泥比率，是分析断裂中泥岩层在构造应力作用下發生塑性变形，泥质被拖拽涂抹在断面中连续分布程度的指数之一。断面上覆盖的泥岩涂抹层具较低的孔渗性，使断裂排替压力增大，进而逐渐封闭。SGR适用于非均质较厚砂泥互层层序，其指数可准确判定泥岩涂抹作用造成的断裂封闭性。

SGR=∑（泥岩层厚度）/断距×100%[……（2）]     砂泥岩互层中泥岩层厚度越大，计算结果越大，断裂封闭性越好。据车拐地区实际情况建立SGR参数评价标准，当SGR大于0.6时为好，SGR在0.4～0.6之间为较好，SGR小于0.4为差。

1.3  断裂带充填物泥质含量（Rm）

断裂形成时，断裂带遭受强烈挤压力作用内部往往形成断层泥等物质，断层两盘发生泥岩涂抹作用，这些泥质灰填充到断裂带内部剩余的空隙之中，使断裂带孔渗性降低，具较好的封闭性，阻止油气运移。断裂带孔隙充填的泥质含量越大，断层封闭性就会越好，反之封闭性较差。通常用Rm定量评价。Rm值计算公式如下所示：

Rm=[hH+L]=[12（H+L）][（][i=1n1h1i]+[jn2h2j][）] [… （3）]

式中：L——垂直断距，m;h1i、h2j——断层上、下两盘第i、j层泥岩的厚度，m;n1、n2——断层两盘错断的泥岩层数;h——断层两盘目的层之间的所有泥岩累积平均厚度，m;H——断移地层得厚度，m。

根据车拐地区实际情况建立Rm参数评价标准：当Rm大于0.6时为好;当Rm处于0.4～0.6之间时为较好;当Rm小于0.4时为差。

1.4  紧闭指数（IFT）

断面紧闭指数是描述断裂封闭性好坏的主要方法之一，是依据断面正压力与泥岩涂抹参数为基础得出的断裂紧闭程度。其紧闭程度受断面应力状态与断裂带内充填物抗压强度影响。紧闭指数IFT公式为：

IFT=σF/σC[…………………（4）]

式中：IFT——紧闭指数;σF——断面正应力，MPa;σC——断裂带物质抗压强度，MPa;σC=SGR×σCM+（1-SGR）σCS;σCM——泥岩抗压强度，MPa;σCS——砂岩抗压强度，MPa。

当IFT大于1时，断面紧闭，封闭性好;当IFT大于1时，断面开启，油气水可在断裂垂向上发生运移。IFT值越大，则断裂封闭性越好。

2  应用效果分析

2.1  工区概况

车拐地区红车断裂带内石炭系表现为南东低北西高的单斜特征，断裂带南东方向为沙湾凹陷，是重要的生烃区，油气来源充足。红车断裂带主要构造变形都发育于石炭—侏罗系内部，白垩系至新近系变形微弱，表明主要构造变形发生在白垩纪以前，以红车断裂、小拐断裂和车前断裂3条近NS向的逆断裂和4条NW向走滑断裂为主。红车断裂带取得一系列突破，油气成藏受断层控制作用明显，且潜在圈闭也与断裂紧密相关。该区至少发育了3期断裂活动：主要发育逆冲断层，本期断裂规模大，活动时间长，主要以NW向断裂为主。印支-燕山早期，受扎伊尔山的挤压作用和达尔布特走滑断裂的影响，发育走滑断裂，在中生代地层中发育走滑断裂的分支断裂，早期逆断层遭受走滑改造，部分转化为主走滑断裂，部分转化为走滑断裂的分支。燕山晚期，少量发育小规模正断层。红车断裂带具分段性，北-中段逆冲，南段走滑，具差异性。断裂上下盘地层厚度相差很大，上盘缺失三叠系及部分侏罗系。本次研究以白垩系以下地层内断层性质、平面及剖面几何学特征及断层活动强度的差异性等为依据，数据来源是中国石油大学（华东）实验室。

2.2  断裂封闭性综合评价分析

以过H041-H153井剖面为例，该剖面位于红车断裂北段，断面倾角中等，侏罗系及三叠系主要发育大套泥岩及厚层砂岩、砂砾岩，侏罗系上层由于砂岩层厚度较大且断距较小导致泥岩涂抹及泥质充填作用较弱，上盘缺失三叠系（图1）。

由表1可见，红车断裂过H041-H153井剖面中，SGR均值为0.6，Rm均值为0.51，泥质充填程度较高，断面正应力F变化不大，为69.54～73.11 MPa，整体较大，IFT在1.28～8.25之间，均值为3.98。

通过定量计算，综合分析认为，在现今封闭性上，SGR存在红山嘴段>中段>南3亚段>南1亚段>北段>南2亚段的趋势，Rm呈红山嘴段>中段>南1亚段>北段>南2亚段>南3亚段，IFT呈红山嘴段>中段>南2亚段>北段>南1亚段>南3亚段，均值上为红山嘴段>中段>南2亚段>南1亚段>北段>南3亚段（表2，图2）。

根据车拐地区实际情况，分别对封闭性差-较差及封闭性较好-好的结果进行统计，建立了Rm、SGR指数评价标准：当Rm、SGR值均大于0.6时为好;Rm、SGR值在0.4～0.6之间时为较好;当Rm、SGR值小于0.4时为差。

结果表明，封闭性好的SGR多大于0.3，Rm多大于0.1，IFT则大于1.8，表明SGR、Rm及IFT越大，断层封闭能力越强（图3）。

2.3  泥质含量与断面应力对封闭性的影响

对于断穿砂泥岩地层剖面的断层而言，无论断层性质如何，其断裂填充物主要是砂泥物质，并按泥质含量的相对多少，可分为泥质填充和砂质填充。断裂带泥岩包括断裂形成时碎屑颗粒研磨产生的断裂泥和两盘泥页岩层充填泥质，泥质物在高压下充填到断裂带内仅存的剩余孔隙空间，造成带内孔渗性大幅下降，阻塞油水流动，断裂封闭。研究结果表明，高的断面正压力F是断裂封闭的重要因素，F值大于35 MPa具较好封闭能力，断面压力越大，断面越紧闭，断层封闭能力越强。高的断面正压力能够弥补泥质充填和泥岩涂抹效果一般的区间，对断裂封闭具改善作用，可在泥质充填和泥岩涂抹较弱区间内加强封闭效果使断裂封闭。综合以上断层封闭性主控因素，分别对泥岩削刮比、泥质含量与断面压力封闭性的关系进行分析，发现无论封闭性好还是差，泥岩削刮比、泥质含量与封闭性能力均无明显相关关系（图4）。

3  结论及认识

利用地震、钻井、测井、录井、地球化学等手段和信息，从不同角度对断层封闭性做定量研究，取得了以下主要认识：

（1） 红车断裂带断裂封闭与开启主要取决于断裂带内部结构，与断裂两侧岩性及泥岩涂抹无必然联系。

（2） 综合评价认为红车断裂红山嘴段及中段、北部及H3井东断裂中部断层封闭性较好，北段次之，南1亚段与2亚段较差，南3亚段最差，总体封闭性北部好于南部。此外，无论封闭性好还是差，车拐地区泥质含量、泥岩削刮比指数与断面压力均无明显相关关系。

（3） 红车断裂封闭性整体表现为北部好南部差的趋势，断裂在北部能起到对油气的遮挡作用，在南部则起到疏导作用。

（4） 车拐地区红车断裂带南部及中部油气运移方向为自南东向北西，油气来源于沙湾凹陷，红车断裂带北部原油密度由东向西变大，矿化度变小，流体势减小，难以形成规模油藏，因此，红车断裂带北部勘探潜力较差，而中部石炭系断块圈闭是有利的勘探目标。

参考文献

[1]   吴孔友，李思远，裴仰文，等.准噶尔盆地夏红北断裂带结构及其封闭差异性评价[J].石油与天然气地质，2015，36（6）：906-912.

[2]   张越迁，汪新，刘继山，等.准噶尔盆地西北缘乌夏走滑构造及油气勘探意义[J].新疆石油地质，2011，5：447-450.

[3]   陳伟，吴智平，侯峰，等.断裂带内部结构特征及其与油气运聚关系[J].石油学报，2010，31（5）：774-780.

[4]   万涛，蒋有录，林会喜，等.断层活动性和封闭性的定量评价及与油气运聚的关系——以车西洼陷曹家庄断阶带为例[J].石油天然气学报，2010，32（4）：18-24.

[5]   张立宽，罗晓容，廖前进，等.断层连通概率法定量评价断层的启闭性[J].石油与天然气地质，2007，28（2）：181-190.

[6]   付晓飞，方德庆，吕延防.从断裂内部结构出发评价断层垂向封闭性方法[J].地球科学-中国地质大学学报，2005，30（3）：318-335.

[7]   罗胜元，何生，王浩.断层内部结构及其对封闭性的影响[J].地球科学进展，2012，27（2）：154-164.

[8]   邵雨，汪仁富，张越迁，等.准噶尔盆地西北缘走滑构造与油气勘探[J].石油学报，2011，6：976-984.

[9]   王延欣，侯贵廷，刘世良，等.准噶尔盆地古生代末大地构造动力学数值模拟[J].地球物理学报，2011，54（2）：441-448.

[10] 任森林，刘琳，许雷.断层封闭性研究方法[J].岩性油气藏，2011，23（5）：101-115.