碳酸盐岩储层断层岩水力性质的主控因素

全球大约60%的石油和40%的天然气储量存在于碳酸盐岩中，断层对油气储量意义重大，已知断层对地下流体的流动具有重要的控制作用，但是关于断层对碳酸盐岩储层流体流动影响的研究却十分有限。

为确定碳酸盐岩中断层岩水力性质的关键控制因素，分别从德国、希腊、意大利、马耳他、阿曼、阿联酋和英国等7个国家的多个断裂带，收集了42个出露断层的碳酸盐岩断层岩性数据。其中，德国、意大利、阿曼和阿联酋的样品取自低孔低渗的岩相，运动学性质包括正断层、走滑断层以及逆冲断层。希腊、意大利、马耳他和英国的样品埋深较浅（小于1公里），来自孔隙度和渗透率相对较高的主岩，主岩相包含了Dunham分类法的大部分。运动学分类主要为低应变变形带或正断层、斜滑断层和走滑断层。所有地区的断层位移范围从毫米至最远5公里。

测量了大约400个样品的孔隙度和渗透率。通过显微结构分析识别了形成特定断层岩组构的变形机制，并与实测的孔隙度和渗透率相结合，以确定断层岩发育的内在和外在因素中的主控因素。内在因素包括主岩岩相结构、岩相的并列、主岩孔隙度和渗透率，外在因素考虑了运动学、断层位移、最大埋深和断裂发生时的深度。

泥晶含量高的岩相，具有高孔隙度（＞10%），为分散的裂缝变形；藻类含量高的颗粒岩相，孔隙度低（＜10%），为分散的角砾岩化变形。每种岩相的变形方式决定了断层岩的形成方式，由于各断层岩类型都有不同的孔隙度和渗透率，因此也影响了水力性质。低孔隙度碳酸盐岩样中断层岩的孔隙度和渗透率往往高于各自的主岩样品，相反，高孔隙度碳酸盐岩断层岩的孔隙度和渗透率一般比主岩低。研究发现，随着主岩孔隙度增加，断层岩渗透率增加。但当主岩平均孔隙度＞10%，大多数样品的断层岩渗透率都有所下降，而主岩平均孔隙度＜10%时，断层岩渗透率相对于主岩增加。随着主岩渗透率的增长，断层岩的渗透率也会增长，当主岩平均渗透率＞0.1 mD时，大多数样品的断层岩渗透率相对下降。不同岩相的并列方式以及整个序列的组成似乎也决定了断层的水力性质。

分析了相似岩相的渗透率随位移的变化情况，观察到不管位移情况如何，断层岩心渗透率没有明显变化。在1～2 km范围内，断层岩平均渗透率随最大埋深和断裂时的深度增加而降低；1～2 km以外，在平均渗透率为0.01 mD左右该趋势逐渐平缓。根据已有数据，不能确定运动学对断层岩渗透率的控制作用。

结果显示，内在因素主导了碳酸盐岩断层岩的发育，主岩岩相结构和主岩孔隙度决定了断层岩的变形方式、断层岩类型和断层岩渗透率。外在因素中，位移对断层岩渗透率无明显控制作用，断裂时的深度在一定程度上影响了断层岩变形方式，进而影响断层岩渗透率。利用主岩孔隙度和断层岩渗透率之间的关系，有助于预测碳酸盐岩层序中的断层密封性。

（刘婕 编译自“E.A.H. Michie, A.P.Cooke, I. Kaminskaite, et al.Key controls on the hydraulic properties of fault rocks in carbonates,Petroleum Geoscience,2021, 27(2)”）