东海西湖凹陷孔雀亭地区断裂封闭性定量评价.pdf

文章编号：1008-2336（2023）02-0007-05东海西湖凹陷孔雀亭地区断裂封闭性定量评价杨超，庄建建，张如凤，杨海，张书迪（中国石油化工股份有限公司上海海洋油气分公司勘探开发研究院，上海200120）摘要：以东海西湖凹陷孔雀亭地区为研究对象，在结合区域地质背景的基础上，参考前人对断裂封闭性的研究成果，通过统计断面倾角、计算断面正压力，并结合断裂带泥质含量，计算断裂封闭性指数，对孔雀亭地区发育的多条断裂的封闭性进行定量评价。研究结果表明，封闭性最好的为牡一断裂，较差的为孔一断裂。高带至低带由于埋深影响，断面正应力整体呈现增大的趋势，断裂封闭性指数逐渐增大。不同断层和同一断层不同部位封闭性之间存在差异，主要受断层倾角、断距、断层走向及断裂带泥质含量影响。现今的油气显示可作为判断断层封闭性的有效依据，结合断层封闭性指数特征，最终确定了该区油气断层封闭指数下限为 8.0。该文对孔雀亭地区断层封闭性与含油气特征之间关系的探索，可为该地区后续圈闭评价及井位部署提供参考。关键词：孔雀亭地区；断裂封闭性；定量评价；油气特征中图分类号：P618.13文献标识码：ADOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2023.02.007QuantitativeEvaluationofFaultSealingPropertyinKongquetingAreaofXihuSag,EastChinaSeaYANGChao,ZHUANGJianjian,ZHANGRufeng,YANGHai,ZHANGShudi（Institute of Exploration and Development,SINOPEC Shanghai Offshore Oil&Gas Company,Shanghai 200120,China）Abstract:TakingKongquetingareaofXihuSaginEastChinaSeaastheresearchobject,referringtopreviousresearchresults,thefaultsealingpropertyisquantitativelyevaluatedbasedontheregionalgeologicalcondition,bycalculatingthedipoffaultandthepositivesectionalpressure,combiningwiththeshalecontentoffaultzone,andcalculatingthefaultsealingindex.TheresultshowsthatthebestsealingistheFaultMuyiandtheworseisFaultKongyi.Fromthehighzonetothelowzone,thepositivesectionalpressureincreasesduetotheinfluenceofburialdepthandthefracturesealingindexincreasesgradually.Therearedifferencesbetweendifferentfaultsanddifferentpartsofthesamefault,whicharemainlyaffectedbythedipoffault,faultdistance,faultstrikeandthecontentofmudinfaultzone.Todayshydrocarbondisplaycanbeusedasaneffectivebasisforjudgingfaultsealing.Combinedwiththecharacteristicsoffaultsealingindex,thelowerlimitofoilandgasfaultsealingindexinthisareaisfinallydeterminedtobe8.0.ThestudyontherelationshipbetweenfaultsealingandhydrocarboncharacteristicsinKongquetingareacanprovidereferenceforsubsequenttrapevaluationinthenextwelllocationtarget.Keywords:Kongquetingarea;faultsealing;quantitativeevaluation;hydrocarboncharacteristics随着油气成藏研究的不断深入，那些受断层控制的油气圈闭逐渐吸引了学者们的关注1。断层一方面可以成为油气运移的通道，另一方面对油气聚集也起着重要的遮挡作用，这完全取决于断层的封闭性。因此，准确定量评价断层封闭性显得尤为重要。1953 年Hubber 认为烃类的聚集是储层围岩较高的毛细管压力导致的，这一观点为断层的定量化研究奠定了基础2。Speksnijder 和 Lindsay 在前人研究的基础上分析了断层断距与被错断泥岩层的关系，对断层的封堵性进行了定量评价3-4，但该方法在厚层非均质地层的应用中有一定的局限性。因此，Yielding 和 Fristad 在对尼日尔三角洲那恩河油田断层封堵性研究中通过计算断层滑动部分的泥、页岩百分含量，提出了一种新型断层带泥质含量的预测方法断层泥比率（SGR）5。梁全胜在总结上述评价方法的基础上，根据断层深度与上覆岩层密度之间的关系定量计算断面压力，再结合断裂带泥质含量、断层倾角，以三者的乘积作为定量评价断层封闭能力的参数，并在准噶尔盆地东道海子断裂的封堵性研究中取得了较好的成果6。不同地区断层封闭性的研究应充分结合区域地震、收稿日期：2023-01-13；改回日期：2023-03-23第一作者简介：杨超，男，1996 年生，硕士，助理工程师，2020 年毕业于中国地质大学（北京）海洋科学专业，从事石油地质研究。E-mail：。第 43 卷第 2 期Vol.43No.22023年6月OFFSHOREOILJun.2023测井等资料进行分析，定量确定断层的封闭能力，降低勘探风险。本文通过综合东海西湖凹陷孔雀亭地区的各种基础资料，在梁全胜的断裂封堵性定量评价方法的基础上，补充考虑区域水平压应力及断距对断层封堵性的影响，进一步准确地评价该区断层的封闭性及其对圈闭油气成藏的有效性。1孔雀亭地区断层特征西湖凹陷位于东海陆架盆地东北部，总体构造格架为“两凹加一隆”，呈 NNE 走向条带状分布，自新生代以来构造变动活跃，地质构造独特，是盆地内富含油气的沉积凹陷之一7-10。孔雀亭地区位于凹陷西侧保俶斜坡的平湖构造带内，其西部靠海礁隆起，东邻三潭深凹（图 1）。孔雀亭地区受持续张扭作用影响发育一系列 NE-NNE 走向的多阶张性正断层。这些断裂倾向与地层一致，断面呈铲状，发育“阶梯型”、反“Y”型等断裂组合样式11-12。根据断裂规模、生长指数等可将断裂分为三级断裂、四级断裂和五级断裂13（图 1）。其中，三级断裂主要发育于古新世-始新世时期，规模较大，向上可断穿花港组地层，对地貌及沉积体系的控制作用强。四级和五级断裂活动时间短，发育规模较小，多消失于花港组下段，对局部微地貌和砂体具有控制作用。010 20 km图例图例凹陷与凸起界限凹陷内部构造单元断裂研究区三级断裂五级断裂四级断裂剖面位置线分带界线A井点K1图1孔雀亭气田地理位置及 T32断裂分布图（据文献 7，修改）Fig.1GeographicallocationandT32faultdistributionmapofKongquetinggasfield(modifiedfromreference7)2断层封闭性研究方法前人研究认为断层形成封堵主要有两种方式14-15：断层两侧不同岩性对接，毛管压力差形成封堵；断裂带中低孔渗物质对油气的封堵，如断层泥、沥青等。本文主要通过对断面正压力、断距以及断裂带泥质含量的定量计算来精细评价断裂带中低孔渗物质对油气的封堵能力。2.1断面正压力计算断面所受的正压力主要有两种：水平主压应力和上覆岩层压力（图 2）。根据东海盆地西湖凹陷应力场的定向分析，认为凹陷构造作用主要表现为北西西（近东西方向）挤压作用。研究区现今水平最大主压应力方位约 270，呈近东西向16。应力值采用相邻地区水平应力计算模型16-18，模型如下：=0.026 5H+0.881（1）式中：为区域水平最大主压应力，MPa；H 为断面埋深，m。此外，基于密度随深度变化关系及地震体速度谱资料，可以确定不同断层部位上覆地层压力差异19-22。以 K2 井为例，建立密度测井数据与深度的相关函数（图 3），拟合曲线如下：(h)=aln(h)+b（2）式中：(h)为地层密度，g/cm3；a、b 为系数，无因次，K2 井 a=0.4542，b=1.2543；h 为对应的地层埋深，m。断面埋深 H 点的上覆岩层压力计算公式为：P(H)=wH0(h)gdh=gH(aInH+ba)（3）8 2023年6月因此，断层面所受的正压力为：P=P1+P2=sinsin+gH(a In H+baw)cos（4）式中：P 为断面正压力，MPa；P1为区域水平最大主压应力分量，MPa；P2为上覆地层压力分量，MPa；为 方向与断层走向夹角，；w为地层水密度，g/cm3；g 为重力加速度，m/s2；为断面倾角，。根据研究区实际钻探资料，地层水密度一般为 1.0071.009g/cm3。2.2断裂带泥质含量确定泥质中的细粒物质可以通过降低断层两侧岩石的孔隙度来增加断层带毛细管力的作用。断裂带泥质含量越高，断层的封闭能力越强24-25。在前人的研究中，通常假定地层岩性以纯砂岩、纯泥岩为主，通过研究层段的泥地比来表示断裂带泥质含量26。但孔雀亭地区主要发育砂泥互层的碎屑岩沉积，直接利用泥地比误差较大。因此，对于井穿过或紧邻井的断层，主要通过测井 GR 曲线对不同深度的泥质含量进行计算。对于距离井较远的断层，往往采用间接的方法进行计算。假设断裂带内的物质来自断裂两盘的岩层，通常可采用区域上地震体标定的速度估算两侧地层的砂岩百分比进而确定泥质含量27。同时，运用井震结合的方式，参考单井的岩屑录井资料进行校正，从而获得较为准确的泥质含量数据。当断层发生位移错动时，泥岩涂抹在上、下盘削截砂岩层断面处形成较薄的泥质层，对储集层产生封闭。泥岩的涂抹厚度随断距的加大而变薄，这种泥岩涂抹的空间连续性与泥岩层厚度比例和断层位移密切相关，直接影响断层岩对油气藏的封堵能力。2.3断层封闭性评价根据上述分析，本文综合考虑区域水平主压应力和上覆岩层压力对断面的影响，进而精细计算断面正压力，并结合断裂带泥质含量，以两者的乘积与断距的比值作为定量评价断层封闭性的标准6,22。计算公式：Fvs=PVsh/L（5）式中：Fvs为断层封闭指数，无因次；P 为断面正压力，MPa；Vsh为断裂带泥质含量，%；L 为断裂断距，m。Fvs值越大，断层封闭性越好。3孔雀亭地区断层封闭性评价3.1断层封闭指数计算孔雀亭气田目前已钻多口探井，主要目的层为平湖组，部分探井获得工业气流。平湖组时期孔雀亭地区地貌西高东低，西部古隆上发育多条“U”型及“V”型下切水道10。砂体分布主要受 NE 向断裂坡折和 NW 向挠曲坡折共同控制。圈闭类型以断层-岩性复合圈闭为主28。结合已钻井的位置及油藏的分布特征，选取探井附近高部位的断层：孔一断裂、孔雀亭断裂、牡一断裂、林二断裂、林一断裂、林一东断裂、牡二西断裂作为主要研究对象进行封闭指数计算（图 1、表 1）。以 NB1 井区为例，NB1Sb、NB1 和 NB1Sa 井分别受林一断裂、林一东断裂、牡二西断裂控制，断层走向均以 NE 向为主，为早期的正断层，断距随埋深不断增大。其中，林一断裂在研究区内延伸长度 11.52km，sinPP2P1剖面图平面图断层线图2断面受力分析图（据文献 23，修改）Fig.2Descriptionofthestressonthefaultplane(modifiedfromreference23)y=0.454 2ln(x)1.254 3 1.51.71.92.12.32.52.701 0002 0003 0004 0005 000地层密度/(gcm3)深度/m R2=0.885 3 图3K2 井地层密度与深度函数关系Fig.3FunctionofformationdensityanddepthinWellK2表1孔雀亭地区主要断裂平湖组断层封闭性评价Table1FaultsealingevaluationofPinghuFormation,themainfaultinKongquetingarea区带断裂名称主压应力方向与断层走向夹角/断面倾角/断面正压力/MPa封闭指数高带孔一断裂6244906.5孔雀亭断裂3226140.86.8中带林二断裂3443997.8林一断裂29411867.8林一东断裂4041158.810.1牡二西断裂5341103.27.5低带牡一断裂614016611.8第 43 卷第 2 期杨超，等.东海西湖凹陷孔雀亭地区断裂封闭性定量评价 9 倾向 SEE，封闭指数 7.8，在 P4 和 P6 砂层组封闭性好，为气层；林一东断裂在研究区内延伸长度16.36km，倾向 SE，封闭指数 10.1，在 P4 和 P8 砂层组封闭性好，为气层；牡二西断裂在研究区内延伸长度 10.15km，倾向 SE，封闭指数 7.5，在 P2 砂层组封闭性较好，为气层（图 4）。海拔/mA海拔/mA05001 000 m3 6003 7003 8003 9004 0004 1004 2004 3004 4004 5003 6003 7003 8003 9004 0004 1004 2004 3004 4004 500图例气层油层水层图4NB1 井区油气藏剖面图（平面位置见图 1A-A）Fig.4HydrocarbonreservoirprofileinwellNB1area(PlanepositionshowninFigure1A-A)从单一断裂看，林二断裂断面倾角由浅到深逐渐减小，a、b 值分别为 0.35、0.43，主压应力与断层走向夹角为 34，总体封闭性指数为 7.8，在埋深相差不大的断面上，同一断层不同部位之间断裂封闭性存在差异，主要受断层倾角、断距和断裂带泥质含量影响（表 2）。研究区其他断裂断面倾角变化均呈现与林二断裂相似的特征。分区来看，高带的孔雀亭断裂侧向延伸约 28km，主压应力与断裂走向夹角 32，断面倾角平均 26，断裂封闭指数为 6.8；中带的林二断层侧向延伸约 20km，主压应力与断裂走向夹角 34，断面倾角平均 43，断裂封闭指数为 7.8。低带的牡一断裂侧向延伸约 16km，主压应力与断裂走向夹角61，断面倾角平均 40，断裂封闭指数为 11.8（表 1）。在同一区带断面埋深相近时，断层封闭性主要受水平主压应力方向与断层走向的夹角、泥质含量大小控制。除高带的孔雀亭断裂因断面倾角较小，导致正压力较高外，整体来看高带至低带由于埋深影响，断面正压力整体呈现增大的趋势，断裂封闭性指数逐渐增大。3.2油气断层封闭指数下限断层的封闭性是油气能够聚集的前提，现今的油气显示可作为判断断层封闭性的有效依据。通过对孔雀亭地区多口探井的油气显示情况分析，结合断层封闭性指数特征，最终确定了该区油气断层封闭指数下限。断层封闭性指数 Fvs8.0 时，含油气特征多为油层或气层，断层封闭性好；断层封闭性指数 Fvs8.0时，含油气特征多为水层，断层封闭性差（图 5）。断层的封闭对油气控制作用明显。03 2003 4003 6003 8004 2004 0004 4004 6004 800481216202428深度/m封闭指数/Fvs林一断裂林二断裂林一东断裂牡二西断裂牡一断裂孔一断裂孔雀亭断裂气层气层、油层油层图5孔雀亭地区平湖组断层封闭指数与含油气特征关系（形状表示断裂名称，颜色表示含油气特征：蓝色为水层、黄色为气层、红色为油层）Fig.5RelationshipbetweenfaultsealindexandhydrocarboncharacteristicsofPinghuFormationinKongquetingarea(Theshapeindicatesthefaultname,andthecolorindicatesthehydro-carboncharacteristics:blueforwater,yellowforgas,andredforoil)表2林二断裂封闭性计算相关参数Table2RelatedparametersofsealingcalculationofFaultLiner断裂名称断面埋深/m泥质含量/%断面倾角/断距/m封闭指数平均值含油气特征林二断裂38907.353927.8水层39279.85392水层41329.838110气层419413.538110气层42406.538110水层43166.838158水层 10 2023年6月4结论（1）断面所受的压力主要包括水平压应力和上覆岩层压力，通过统计断面倾角、区域水平压应力方向与断层走向夹角计算断面正压力，结合计算的断裂带泥质含量，以两者的乘积与断距的比值作为定量评价断层封闭性的指标。（2）在同一区带断面埋深相近时，断层封闭性主要受水平主压应力方向与断层走向的夹角、泥质含量大小控制。在不同区带，高带至低带由于埋深影响，断面正应力整体呈现增大的趋势，断裂封闭性指数逐渐增大。（3）现今的油气显示可作为判断断层封闭性的有效依据。断层封闭性对油气具有明显的控制作用。通过对断层封闭性与含油气性的相关关系分析，认为孔雀亭地区油气断层封闭指数下限为 8.0。参考文献：Yielding G,Freeman B,Needham D T.Quantitative Fault SealPredictionJ.AAPGBulletin,1997,81（6）:897-917.1Hubbert M K.Entrapment of Petroleum Under HydrodynamicConditionsJ.AAPGBulletin,1953,37（8）:1954-2026.2SpeksnijderA.TheStructuralConfigurationofCormorantBlockIVinContext of the Northern Viking Graben Structural Framework J.GeologieenMijnbouw,1987,65（4）:357-380.3LindsayNG,MurphyFC,WalshJJ,etal.OutcropStudiesofShaleSmears on Fault Surfaces/Flint S S,Bryant I D.The GeologicalModellingofHydrocarbonReservoirsandOutcropAnaloguesM.Bos-ton:TheInternationalAssociationofSedimentologists,1993:113-123.4Fristad T,Groth A,Yielding G,et al.Quantitative Fault SealPrediction:ACaseStudyfromOsebergSydJ.NorwegianPetroleumSocietySpecialPublications,1997,7:107-124.5梁全胜,刘震,何小胡,等.断层垂向封闭性定量研究方法及其在准噶尔盆地白家海凸起东道海子断裂带应用J.现代地质，2008，22（5）：803-809.6周荔青,江东辉,张尚虎,等.东海西湖凹陷大中型油气田形成条件及勘探方向J.石油实验地质，2020，42（5）：803-812.7朱立新,宋在超.东海西湖凹陷原型盆地构造格架与演化分析J.海洋石油，2016，36（1）：1-6.8朱宝衡,谢春雨,刘苗,等.西湖凹陷平北地区断裂特征及控沉、控圈分析J.海洋石油，2022，42（3）：1-10.9胡望水,蔡峰,胡芳,等.东海西湖凹陷平湖斜坡带裂陷期变换构造10特征及其演化规律J.石油天然气学报，2010，32（3）：7-12.任艳.东海盆地平湖斜坡带断裂特征及其对构造岩性油气藏的控制作用J.上海国土资源，2022，43（3）：19-23,42.11李峻颉,侯国伟,秦兰芝,等.构造转换带制约下的砂体富集效应:以平湖斜坡孔雀亭区平湖组为例J.高校地质学报，2021，27（4）：459-468.12唐贤君,蒋一鸣,张建培,等.东海盆地西湖凹陷平北区断陷层断裂特征及其对圈闭的控制J.海洋地质前沿，2019，35（8）：34-43.13Watts N L.Theoretical Aspects of Cap-Rock and Fault Seals forSingle-and Two-Phase Hydrocarbon Columns J.Marine andPetroleumGeology,1987,4（4）:274-307.14Sorkhabi R,Suzuki U,Sato D.Structural Evaluation of 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