加权断层泥比率法(WSGR)定量判别断层封闭性——以苏北盆地高邮凹陷永安地区为例

李储华,于雯泉,丁建荣

1.中国石化 江苏油田分公司 勘探开发研究院,江苏 扬州 225009;2.中国石化 江苏油田分公司 科技装备部,江苏 扬州 225009

断块油藏目前仍然是苏北等中国东部盆地勘探挖潜的重要油藏类型之一[1-3],良好的断层封闭性是断块圈闭成藏的关键条件,因此,断层封闭性评价是断块圈闭成藏分析的重要内容。在生产实践中,很多学者专家根据断层封闭机理、影响因素以及技术手段对断层封闭性进行了分析,形成了多种断层封闭性评价方法[4-35],这些方法既有定性分析,如岩性对置法等[4-6,13,26],又有定量判别,如泥岩涂抹法等[4-12,14-17],评价方法总体表现出从定性分析向定量判别发展、评价对象从简单理想化到复杂具体化发展的趋势。不同的方法具有不同的优缺点,前人开展了深入研究,在此不一一赘述。其中泥岩涂抹法是针对断层对置盘为砂泥岩地层、具有泥岩涂抹性质的一类封闭性定量判别方法,这已被大多数专家认可,并已根据不同侧重点提出了多种泥岩涂抹计算方法来判别断层封闭性,包括泥岩涂抹势(CSP)、泥岩涂抹因子(SSF)、断层泥比率(SGR)等[4-12,14-17]。一般情况下,这些方法能较好地表征泥岩涂抹程度,且具有简洁实用的特点,在断层封闭性判别中应用效果较好。然而,这些方法在评价封闭性过程中存在计算参数较简单、判别误差较大等问题,如断层泥比率法,难以满足不同具体特征的断层封闭性评价需求,在应用中存在一定局限性[27]。

本文优选断层泥比率法在封闭性判别中同样发现存在误差较大等问题,针对这些问题开展了计算参数及影响因素等分析,改进并构建新的计算方法,这种新的计算方法在实际应用中取得较好效果。

1 断层泥比率法判别方法及影响因素

1.1 断层泥比率法判别方法

一般认为泥岩涂抹是断层活动的产物,泥岩涂抹的地方除了岩屑混杂、颗粒细小外还具有明显的定向排列结构,这种定向排列将大大增加排替压力,具有良好的封挡能力,是断层封闭机制之一[4-12,14-17]。泥岩涂抹能够较好地解释对置盘为砂泥岩互层的目标位置所处的断层仍具有较好封闭性的现象。断层泥比率法就是基于泥岩涂抹机制,表征泥岩涂抹程度的断层封闭性定量计算方法之一[4-12,14-17]。

在砂泥岩互层的地层中,泥岩涂抹程度与各层的泥质含量和厚度有关[11-12],断层泥比率法(SGR)公式可表达为:

(1)

式中:Vshi为第i层泥质含量,小数;hi为被断开的第i层泥岩厚度, 单位m;L为断层断距,单位m。

SGR较好地表征了断距范围内断层泥质含量与封闭性的相关性,根据 YIELDING等[12]的观点,用SGR区分断层是否封闭的门限值为25%～30%,其值越大,封闭性越好。在实际应用中,一般将SGR值大于60%作为封闭性的判别界限[15-16]。

1.2 断层泥比率法影响因素

从SGR公式来看,在砂泥岩互层地区,其计算参数只有两个:泥质含量和泥岩厚度。认为形成泥岩涂抹的影响因素只与断距范围内的累计泥质含量的大小有关;并将累计的泥岩含量看作一个泥岩涂抹整体,与泥岩分布的具体位置无关。很明显,利用岩性对置等方法判别,泥岩集中分布在上部地层的封闭性相当于储层与泥岩段直接对接,封闭性良好(图1a);而集中分布在下部断层封闭性属于储层与渗透性砂岩对接,一般来说封闭性明显较差(图1b)。但断层泥比率法对这两种情况的计算值是相同的,认为两种情况的封闭性是一致的,很显然与实际分析有明显不同。因此,各层泥岩距离目标位置的分布也是影响泥岩涂抹的重要因素,而断层泥比率法没有考虑泥岩的分布特征,在泥岩分布均匀的区域断层泥比率法判别封闭性是有效的(图1c);但在泥岩分布不均匀或分布特征差别较大的区域(图1a,b,d),其形成的泥岩涂抹层也必然存在差异,断层泥比率法将不能适用这些情况。

图1 泥岩涂抹影响因素地质模型

通过以上分析认为,影响泥岩涂抹程度的因素有3个:断层断距、泥质含量、泥质分布特征。SGR简单地把各层累计泥质含量看作一个整体,没有考虑距离不同点的泥岩在形成泥岩涂抹层中的贡献差异,适用范围较局限,需要引入能够反映泥岩分布特征的参数来改进断层泥比率法。

2 加权断层泥比率法

2.1 引入距离系数

为了表征泥岩距离目标位置远近对泥岩涂抹的贡献大小,我们引入了距离系数(D),定义为断层断距与泥岩到目标位置距离的差与断层断距的比值。其公式为:

Di=(L-Li)/L

(2)

式中:Di为第i层泥岩的距离系数;L为断层的断距,单位m;Li为泥岩到目标位置的垂直距离,单位m。

距离系数值越大,表明泥岩与目标位置的距离越近、滑过目标位置的时间越晚,泥岩对目标位置涂抹的贡献越大;而距离越远的泥岩滑过得越早,会被后来滑过的地层改变其涂抹层,对目标位置的贡献越小。

2.2 构建加权断层泥比率法

结合地质分析模型,认为滑过目标位置的每个点都具有涂抹贡献,滑过目标位置的泥质含量越高、距离越近,贡献越大;距离目标位置越远,泥岩的涂抹会被后来滑过的泥岩涂抹所改变,对目标位置涂抹的贡献越小。这样,以该点的泥质含量与距离系数的乘积作为一个涂抹参数,把经过该目标位置的涂抹参数累加,能较好表征经过目标位置的涂抹程度。同时,为了不同断距的对比,对参数之和进行归一化处理,即除以距离系数之和,改进了断层泥比率法,相当于在断层泥比率法公式中引入了反映泥岩分布特征的加权值——距离系数,构建了加权断层泥比率法公式(WSGR)。

将加权断层泥比率法定义为各点的泥质含量(Vsh)与该点距离系数的乘积(Li/L)之和再与距离系数之和的比值,表征了不同距离的泥质含量对目标位置的叠合涂抹程度。公式如下:

(3)

式中:Vshi为经过目标位置点A断距范围内的第i点的泥质含量,小数;L为断距,单位m;Li等为断距范围内第i点泥质含量到某点A的距离, 单位m(图1a,b);n为所有的点数;(L-Li)/L为第i点的距离系数,反映第i点对目标位置涂抹的贡献大小。

WSGR用断距范围内地层各点的泥岩含量与距离系数乘积之和来代替泥岩的累计厚度,用距离系数之和代替断距;其计算值越大,表明不同距离的泥质含量对目标位置的叠合涂抹程度越强,反之越弱,该公式能够适应各种泥岩分布的断层封闭性评价。

3 实例应用

苏北盆地高邮凹陷以断块油藏为主。围绕断块成藏条件分析,前人开展了大量研究断层封闭性研究工作[26-28]。但高邮凹陷上含油气系统的控藏断层在纵向上不同层段的封闭性存在差异,造成油水关系复杂,WSGR较好地解决了纵向封闭性变化的难题。本文首先应用WSGR对高邮凹陷上含油气成藏系统已知的油水层进行封闭性验证,确定WSGR的断层封闭性判别标准,并以苏北盆地高邮凹陷永安地区为例进行封闭性判别应用。

3.1 区域地质概况

高邮凹陷位于苏北盆地东台坳陷中部。晚白垩世以来,高邮凹陷经历了多期构造运动,其中仪征构造运动事件奠定了高邮凹陷的晚白垩世—新生代盆地的基底,之后又经历了吴堡、三垛等两次较大的构造运动事件,对高邮凹陷的沉积格局和构造格局均有较大的影响[1]。平面上,按构造单元可划分为北部斜坡带、中央深凹带和南部断裂带(图2a),纵向上,这三次构造运动事件所对应的不整合面上、下地层中均发生了较大的变化,将沉积地层划分为下、中和上3个构造层,并结合烃源岩与储盖配置关系,形成下、中和上3套含油气系统(图2b)[1,36-37]。

图2 苏北盆地高邮凹陷构造单元划分及含油气系统

3.2 确定封闭性判别标准

利用WSGR对上含油气系统E2d、E2s为主的高邮凹陷真武、黄珏、富民等地区已知含油断块进行主控断层封闭性判别计算,统计分析加权断层泥比率值与油水层的对应关系(图3a)。统计来看,在86个样品点中,50个油层点和18个油水同层点处在WSGR值大于0.6的范围;而18个水层点处在WSGR小于0.6范围内,认为在高邮凹陷上含油气系统加权断层泥比率值大于0.6封闭性良好,且判别界限较清晰,从而确定了WSGR的判别标准。

图3 苏北盆地高邮凹陷上含油气系统加权断层泥比率值(WSGR)、断层泥比率值(SGR)与油水关系

同时,对比开展了SGR的判别计算,并统计分析了断层泥比率值与油水层的对应关系(图3b)。统计来看,虽然整体看断层泥比率值越大,断层封闭可能性越高,但缺乏明确的判别界限。对比来看,WSGR是较适合于判断高邮凹陷上含油气系统E2d、E2s断层封闭性的方法。

3.3 应用实例

Y48块位于高邮凹陷永安地区西南部,戴南组圈闭是由汉留断层和分支断层共同控制的断块圈闭,地层产状整体东倾西抬(图2a,图4a)。该块高部位已钻探成功YX48井,钻探表明该块砂岩较发育,以水下分支河道、河口坝砂体为主,该井在E2d具有油水间互的特征,为了增储上产需要在圈闭东部部署钻探评价井。分析认为汉留断层是断裂带主干断层,断层长期活动并控制沉积,具有明显同生性,断层断距较大,超过300 m,采用对置盘砂地比统计法开展评价认为东西段封闭性差异相对较小,断层封闭性好;分支断层断距小,且东西段断距存在差异,西段断距约30 m而东段断距约50 m。虽然YX48井的成功能够证实西段断层封闭性较好,为多套油层提供了封挡条件,但也存在多套水层,表明多个层段封闭性较差,东段断层封闭性如何需要开展精细评价。

图4 加权断层泥比率法(WSGR)定量评价苏北盆地高邮凹陷Y48块断层东段封闭性

图5 苏北盆地高邮凹陷Y48块Y48-1X井钻探成果与封闭判别对比

4 结论

(1)明确了断层断距、泥质含量及泥岩分布特征是泥岩涂抹的重要影响因素。其中泥岩分布对泥岩涂抹具有明显的影响作用,认为断距范围内,滑过目标位置的对置盘所有泥质含量都具有涂抹贡献,但不同点的贡献不同,距离目标位置越近、泥质含量越高的对置盘泥岩点,其涂抹贡献越大。

(2)引入了新的表征参数——距离系数,定义为断层断距与该泥岩点到目标位置距离的差与断层断距的比值,表征泥岩分布对涂抹程度的贡献大小。在此基础上,构建了新的泥岩涂抹计算方法——加权断层泥比率法,定义为各点的泥质含量与距离系数的乘积之和再与距离系数之和的比值,表征了断距范围内不同距离的泥质含量对目标位置的叠合涂抹程度。

(3)形成了高邮凹陷加权断层泥比率法判别标准,认为当加权断层泥比率值大于0.6时,断层具有较好的封闭性,能判别纵向上不同层段的控圈断层封闭性。

(4)加权断层泥比率法在高邮凹陷永安等地区始新统戴南组断层封闭性评价中取得了较好的效果。

利益冲突声明/Conflict of Interests

所有作者声明不存在利益冲突。

All authors disclose no relevant conflict of interests.

作者贡献/Authors’Contributions

李储华完成研究论证;李储华、于雯泉完成实际应用;李储华、于雯泉、丁建荣参与论文写作和修改。所有作者均阅读并同意最终稿件的提交。

The study was completed by LI Chuhua. The application was completed by LI Chuhua and YU Wenquan. The manuscript was drafted and revised by LI Chuhua, YU Wenquan and DING Jianrong. All the authors have read the last version of paper and consented for submission.