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铜城地区阜宁期断层封闭性的定量研究

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地区 阜宁 断层 封闭性 定量 研究 钻研
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第34卷第5期2016年5月河南科学016收稿日期:2016家油气重大专项(2009008者简介:陈清华(1958-),男,教授,博士生导师,研究方向为构造地质学刘贝贝(1989-),女,硕士研究生,004016)05刘贝贝1, 孙克兵2,孙 珂1(东青岛 266580; 南南阳 474780)摘 要:以金湖凹陷铜城断裂带天13块 、天 33块为例,采用断层泥比率(法,有选择地对区内5条控藏断层的侧向封闭性进行了定量评价;同时通过定量计算断面正压力和断裂带填充物中的泥质含量,引入断层垂向封闭因子(定量评价区内断层的垂向封闭能力. 评价结果表明:该区侧向封闭性较好,垂向封闭性较好通过对断层封闭性的分析判断油气运聚的方向,最终优选出有利的圈闭,层封闭性;断面正压力;断层垂向封闭因子;泥岩断层泥比率;断裂带填充物中的泥质含量中图分类号:献标识码:. 66580,. 74780,3 as an of of GR)he of by on of of on on of 质概况金湖凹陷位于苏北盆地东台坳陷西部,为晚白垩世发育起来的南断北超的箕状凹陷[1]. 苏北盆地以断裂发育为其构造风格,金湖凹陷油气藏的形成与断层有着不可分割的联系,目前已发现的油气藏主要为断鼻和断块油气藏. 断层封闭性对断块成藏、油气分布和聚集程度起着重要的控制作用[1]. 苏北盆地金湖凹陷主要含油气层系是下第三系阜宁组(阜宁组从上到下可分为阜四段(阜 三 段( 阜 二 段( 阜一 段( 岩性有泥岩、油页岩、砂岩、碳酸盐岩等,总体上泥多砂少,属于湖泊、三角洲及河流沉积[2]部与汊涧斜坡带与东阳次凹相接;东部以杨村断裂与天长凸起相接. 主要包括铜城断裂带(图1). 铜城地区构造形态复杂,多条断层相互组合截切,主要发育弧形断块圈闭、交叉该断裂带油源条件丰富,其来源为龙岗次凹和汊涧次凹阜四段及阜二段的泥岩. 主要含油层位为阜二段、阜三段和阜四段,主要发育两套区域性盖层:一套是阜四段上部泥岩盖层,厚度约200 m;另一套是阜二段上部盖层,厚度约为80 两侧发育雁列状的次级正断层. 东侧一盘,断层走向为北东向;西侧一盘,走向为北东东向. 铜城断裂带中各断层的封闭性是控制油气分布的重要因素,层封闭机理所谓断层封闭性是指断层面或断裂带对地层流体封堵并阻止流体渗流的能力[3 断层封闭性主要表现为两方面:岩涂抹层封闭机理. 这种封闭机理是在断层发生位移错动时,泥岩涂抹在上盘和下盘削截砂岩层断面处形成较薄的泥质层[6]. 在各种应力作用足够大的情况下,便会形成泥岩涂抹层,这种压力不仅会使得泥质颗粒被挤压侵入至砂质颗粒当中,而且还会导致动力变质作用和重结晶作用,从而使其矿物成分均一化、孔隙度和渗透率明显降低,此时断层就被赋予了极高的排替压力,由此而知,密断裂带填充物封闭机理. 如果断裂带的填充物以泥质岩为主,因泥质填充物的颗粒比较细小,孔渗性较差,容易形成相对较大的排替压力,于是在大量泥质填充时便可使断层形成侧向上的封闭作用[1]级断层和二级断层断距比较大,加之其研磨时间相对也较长,于是就容易形成颗粒细小的断层泥,使得断层的排替压力较高,所以一级断层和二级断层便被赋予了很好的侧向封闭性. 而对于金湖凹陷的三级断层和四级断层而言,其断距相对较小,一般情况下,断裂带填充物的研磨是不够充分的,但三级断层和四级断层具有形成时间早、断裂带内成岩作用强烈的特点,便使得断裂带填充物的颗粒细小,能够形成良好的侧向和垂向封闭性[7]面正压力封闭机理. 断面正压力是影响断层紧闭程度的关键因素,断层倾角大、地层埋深小的情况下,断层面上受到的正压力就小,于是断层在侧向和垂向上的封闭性就差;反之,断层封闭性好[7]层封闭性的研究方法及应用评价根据断层封闭性的封闭机理,本文采用泥岩涂抹法和断层垂向封闭因子法对研究区断层的封闭性进行定量评价,岩涂抹系数与断层封闭性泥岩层的泥化并进入发育中的断层带便形成了泥岩涂抹. 当断层发生位移错动时,泥岩涂抹在上、下盘图1 of 5 30 利圈闭 地质单元界线 一级断裂 次级断裂 小断层图例陈清华,等:铜城地区阜宁期断层封闭性的定量研究 87油气产生封闭作用[6]层泥比率研究区断层侧向封闭性进行定量计算并评价. 该方法通过计算泥岩层厚度与垂直断距的比值(图2),来评价断层侧向封闭性.(a)适用于页岩层精确标定的情况 (b)适用于由多套储集层组成的沉积序列的计算(略修改)图2 断层泥比率算法(崔艳敏,2008)008)如图2,当断层岩性为较均质的砂泥(页)岩互层时(即泥页岩厚度可以直接测得时,图2a),被错移地层内的页岩或泥岩的百分比便可当作是断层面上某处的表达式为[8]泥岩层厚度断距×100% . (1)当断层两侧岩性为多套非均质的厚层碎屑岩组成的储层时(只能通过钻井等方式获得泥岩百分比,图2b),求取断层面上某处的()00%. (2)式中:图2图2]裂带内被带入的物质当中,泥页岩比例的大小. 如果断裂带周围的岩石泥岩所占百分比较高,那么断面被泥岩泥涂的可能性就较大,此时其孔隙度就会变小,渗透率变低,从而使得断层带具有了较高的排替压力,形成了较好的封闭性;反之不具有封闭性. 此法适合于厚度较大的非均质碎屑岩层序[9~12]考虑了砂泥互层的情况,实用性强. 在定量评价断层封闭性方面扮演着越来越重要的角色[8] 断层垂向封闭因子与断层封闭性从断层封闭性的封闭机理出发,断裂带填充物的封闭能力直接决定着断层的垂向封闭能力,该能力主要受断裂带的紧闭程度和断裂带中泥质含量多少这两个因素的影响,即断面正压力和断裂带填充物中的泥质含量共同决定着断层的垂向封闭能力[13]. 本文引入断层垂向封闭因子,将断面正压力用字母:断面×(3)层的封闭性越好[13]裂带填充物中泥质含量的获取 断裂带内部充填有泥质成分时,该处较高的排替压力便可封堵其下部的油气. 这种情况下,就可以利用该处地层中砂岩与泥岩的比值(指某一地层内砂岩层总厚度与泥岩层总厚度的比值)来判断断裂带中填充物岩性[14 大量统计数据表明[18],岩石中泥质含量的多少影响其排替压力,当岩石中泥质含量比较低时,其排替压力就会比较小,毛细管封闭能力也相对较弱,反之则较强. 分析断层泥比率断距Δ泥岩厚度断距×100%断层泥比率断距()00%88以得到断裂填充物中泥质含量与其断层封闭性(排替压力)之间的对应关系,即断裂填充物中泥质含量越低,其孔渗性就越好,排替压力就相对越小,形成垂向封闭性的可能性就越小,反之则越大[19]9](图3):Rm==12()H+L§©¨¨·¹¸¸∑i=1(4)式中:L 为垂直断距,m;两盘第i,m;n1,计时可取断层两盘不同井泥岩累积厚度的平均值,m;响断移地层中泥岩所占的百分含量(h/H);②断距的大小,断距的大小会影响断层带的规模,也会影响一定厚度的泥岩在断裂带中的分布情况. 利用这种方法进行断层封闭性评价时,需要利用研究区采集的岩心资料,测量各层位断裂带处所取岩心的泥质含量,此外,还要结合断层面所受应力,两者相互辅助,综合判断断层的垂向封闭能力[20]面正压力的获取 断层面紧闭的程度是影响断层垂向封闭性的关键因素之一. 如果断层面是紧闭的,中间没有遗留空间,那么断层的垂向封闭性一般较好,不会有空间允许油气沿着断层面发生垂向上的运移;否则断层是开启的,即垂向封闭能力较差. 断层面所受正压力的大小可用来衡量断层面的紧闭程度,当断面所受正压力越大时,所对应的断裂带紧闭程度就越高,断层垂向封闭性就越好[13]建立了如下相应的计算公式[213]来求取断面正压力:()ρ (5)其中:为断面埋深,m;ρg/据金湖凹陷的实际情况, ρg/据实测资料,地层水密度可以取常数1.0 g /为断层倾角( °)( 5)可以看出,断面埋深和断层倾角是影响断面正压力的参数. 这两个参数可以通过地震资料求得,然后代入公式(5),就可以得到断面正压力[13]. 金湖凹陷的三、四级断层剖面构造样式主要是板式和铲式,倾角较小;一些较高级别的断层,可能为座椅状,断层的中段产状更缓,一般小于30°. 根据公式可知,倾角越小,断面所承受上覆地层重力分量越大,所对应的断裂带紧闭程度就越高,断层垂向封闭性就越好;反之,定断层垂向封油气能力的评价标准 通过计算研究区内断层的断面正压力及断裂带填充物中的泥质含量,再根据公式(3)求得断层垂向封闭因子( 然后选取金湖凹陷西南部(包括铜城断裂带在内)控藏断层附近的9个井区来建立断层垂向封闭能力评价标准[13]. 括铜城断裂带在内)已钻探的9个井区,计算出其所对应的断面正压力与断裂带填充物中的泥质含量,并求出相对应的垂向封闭因子( 表 1),再根据油气藏相邻断层垂向封闭因子的最低值估算该区断层垂向封闭因子(垂向封闭临界值,即垂向封闭性良好[13]. j 裂带填充物中泥质含量计算示意图(付广,2002)of of 002)陈清华,等:铜城地区阜宁期断层封闭性的定量研究 89he in 例分析选取金湖凹陷西南部的天13块 、天 33块为例,应用上述研究方法,结合研究区地震资料,研究铜城断裂带阜宁组(层的侧向与垂向封闭性,0]通过采用一些盆地内过已知油藏断层两侧的压力差对在没有成岩作用的混合碎屑岩层序中,判断断层封闭能力的20%[8]. 岩心样品证实了该数值的有效性,在深度小于3500 封堵石油的下限是20%[8,10,23]. 钻井资料揭示铜城地区油层埋深大致为1800~2300 m,因此,可以把20%作为临界值来判断该区的计算结果并评价断层的侧向封闭能力. 表2中铜城地区的油层、干层及水层的72%之间,差别比较小,表明铜城地区砂层的含油性与泥岩涂抹指数要控藏断层侧向上泥岩涂抹比较发育,据此认为,3、13块 、天 he GR of 3 3 72565858716369646761686063686470566655用 式( 3)求出断层垂向封闭因子3),根据前面所建立的断层垂向封闭能力的评价标准,对铜城地图4 he of ④②90本次研究天13块 、天 33块断层在阜宁组的断层垂向封闭因 子( 在 其中向封闭性差,几乎不能封住油气;其在阜四段及2、层垂向封闭能力比较强. 该层位的油气藏在良好的垂向封闭能力下得以保存,不会沿断层发生渗漏[13]城地区阜四段、阜二段侧向封闭性较好,垂向封闭性较好向上限制油气运移能力一般. 结合对铜城地区乃至整个金湖凹陷油气藏在平面上的分布情况的研究,认为油气主要富集在由两条或者多条断层形成的向油源区扇形断块区. 因此,铜城地区的扇形断块,论1)运用泥岩涂抹指数对铜城断裂带的断层侧向封闭性进行定量研究,价铜城地区断层垂向封闭能力的过程中引入断层垂向封闭因子(时考虑了断裂带填充物中的泥质含量和断面正压力两个影响因素,1] 杨晓兰,孔维军,]002(3):162] 刘启东,杨晓兰,]002,16(5):73] 吕延防,付 ]油工业出版社,2002.[4] 赵密福,信荃麟,李亚辉,]001,22(3):2585] 鲁 兵,丁文龙,刘 忠,]998,17(3):756] 任森林,刘 琳,徐 ]011,23(5):1017] 刘启东,李储华,]010,32(2):588] 崔艳敏,陆正元,钟 ]008,20(3):839] 郑秀娟,于兴河,]004,23(6):19- 21.[10] ,, T. ]. 997,81(6):89711] 肖毓祥,龚幸林,贺向阳. 以中国东部]005,10(4):5112] 杨 智,何 生,李奇艳,]005,24(3):25913] 梁全胜,刘 震,何小胡,]008,22(5):80314] ]006,24(6):115] 付晓飞,方德庆,吕延防,]国地质大学学报,2005,30(3):32816] 付 广,]007,14(1):117] ]庆石油大学,2006.[18] 吕延防,付 广,高大岭,]油工业出版社,1996.[19]付广,]002,24(1):120]付广,]005,26(6):4021] 吕延防,付 广,]油工业出版社,2002.[22] 高先志,陈 祥,]003,24(1):35 23]孙 ]都理工大学,2005.(编辑 郑壮丽)表3 天13块 、天 he of 3 3 :铜城地区阜宁期断层封闭性的定量研究 91ing
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