断层研究现状

1、断层封闭性研究现状及发展趋势矿谱10级S100010139徐满一 前言在油气成藏理论研究与勘探实践中，断层封闭性研究历来是是石油地质学家研究的热点和难点。早在20世纪60年代，人们就开始尝试对断层封闭性进行评价，Smith D A（1966年）首先提出了断层封闭性判别的砂泥对接模型1，继Engelder J T研究了碎裂作用与断层泥生成关系之后2，Weber K J（1978年）等利用环形剪切试验证实了断层泥存在与分布3，Smith D A（1980年）通过野外地质观察与样品测试，证明了泥岩涂抹层具有较强的封闭能力4以此为基础，Bouvier J A（1989年）等提出了泥岩涂抹势（CSP）的

2、概念及其计算方法5，Lindsay A G（1993年）等提出了泥岩涂抹因子（SSF）概念及其计算方法6，在此期间，Allan U S（1989年）以砂泥对接封闭为理论基础，提出了利用断面剖面图解法研究断层两盘砂泥对接状态的概念模型7到目前为止，人们主要的一些主要认识有有：(1) 明确断层封闭的本质因素是差异排替压力；（2）指出断层封闭性具有侧向和垂向的双向性（3）确认砂泥对接和泥岩涂抹可以使断层形成侧向封闭；（4）提出影响砂泥对接和泥岩涂抹层分布的地质因素；（5）对于封闭的机理、封闭类型、封闭性影响因素等有了比较深入的认识（6）基于对封闭机理 封闭性影响因素的认识，人们也不断的探索了一些评价

3、断层封闭性的方法，并且由定性的评价不断地向精细化的定量评价发展。随着人们认识的不断深入，将会运用多学科、多手段研究，进行断层的物理模拟与数值模拟深入刻画断裂带内部的地质结构和断层岩的破坏程度。总而言之，断层是石油地质不可回避的问题，随着人们对断层封闭性的研究的深入，会对断层控制油气的运移和成藏有更深入的认识，为油气勘探提供新的思路，开拓新的勘探领域。二 详述自从1966年Smith D A 发表的第一篇关于断层封闭性研究论文到现在，人们对断层封闭性研究已经经历了四十多年的探索，在这四十年里人们对于断层的封闭性的认识不断深入并且取得了丰硕的认识。首先是对断层封闭机理的认识。断层封闭性是指断层对油

4、气运移的阻滞能力，其大小具有定量属性，只有定量描述才能科学表征这一自然属性断层封闭性分为垂向封闭性和侧向封闭性，分别表示断层在垂向上和侧向上阻滞油气运移的能力根据断层带内部结构研究，可归纳为3种情况：一是断裂内部无充填物质；二是断裂内部有断层岩充填；三是断层裂缝不愈合无论是哪种情况，断层封闭与否或封闭能力如何，其本质因素在于差异排替压力断裂内部无充填物时，断层的侧向封闭能力取决于目的盘储层与对置盘地层排替压力差，如果对置盘排替压力大于目的盘储层排替压力，断层侧向封闭，其封闭能力取决于二者排替压力差，因此，当目的盘储层与对盘非渗透层对置时，断层具有强封闭性；断层的垂向封闭能力取决于断层裂缝的愈合

5、程度，如果裂缝的排替压力大于储层排替压力，断层垂向封闭，其封闭能力取决于二者排替压力差当断裂内有充填物时，断层的垂、侧向封闭能力取决于断裂充填物与目的盘储层的排替压力差无论有否断裂充填，只要有裂缝存在，裂缝是沟通上部储层或侧向储层的重要通道，除非裂缝紧闭或被矿物充填，使其排替压力大于目的储层排替压力，断层才具有封闭能力；否则，断层开启。排替压力是一个相对的概念，因此断层的封闭性也是具有相对性的。其次人们对于影响断层封闭性的因素及其评价方法做了大量的研究。影响断层封闭性的因素有以下几个方面：1断层岩的泥质含量；在相同成岩程度的情况下，泥质含量越高，断层岩的孔隙越小，排替压力越大断层岩的泥质含量与

6、所错断地层的泥质含量有关，如果所错断的地层为大套泥岩层段，断裂充填物以泥质成分为主，形成的断层岩为泥质岩；如果所错断的地层为大套的砂质岩层段，断裂充填物以砂质成分为主，形成的断层岩为砂质岩；如果所错断的地层为砂泥岩薄互层段，断裂充填物中既有砂岩碎屑，也有泥岩碎屑，二者的成分比例取决于被错断地层中的砂泥岩层的厚度比例段层岩中的泥岩含量与净厚度与毛厚度比率（这里指净砂岩的厚度占整个目的层段厚度的多少。地层中非储集层的百分率和分布标志塑性涂抹或注入断层带的可能性。）和断距（断距大,断层带物质遭受的摩擦强,形成断层泥的机会就多,容易形成好的封闭物。但是如果断距超过区域盖层的厚度,就有可能造成垂向不封闭

7、。）8.其评价的方法主要是利用法断层岩是由泥岩碎屑和不同泥质含量砂岩碎屑混杂堆积而成的，其封闭能力主要取决于断层岩的泥质含量。2断层岩的成岩程度；在泥质含量相同的情况下，断层岩的成岩程度越高，其渗透能力越差，断层封闭性越好断层岩的成岩程度取决于断层岩处断面所受到的正岩压力，在区域应力为张性应力的环境下，该正压力即为静岩压力在断面上的垂直分力，这个力取决于断面的埋深和断层倾角，即断层埋深越大，断层倾角越小，断点处断层岩承受的压力越大，断层岩的成岩程度越强因此，断层岩的成岩程度主要取决于断层岩的埋深和断层倾角9另外胶结作用有利于断层封闭，特别是对断裂带伴生的次级破裂网络的封闭是极其重要的。正断层的

8、断面易形成更多的张裂隙,由于形成正断层体系的区域构造应力场通常为拉张性的,不能提供足够的挤压力使裂隙愈合。这类裂隙的闭合需由“焊接”来实现“,焊接物”可以是塑性的泥岩涂抹层11,也可以是断裂带内因化学沉淀、矿化作用、成岩作用形成的致密物质,以及石油氧化降解后残留的重油及沥青等,这些物质都会降低断裂带的渗透性,形成为有效的断面封闭10。在这方面定量的评价有一定的难度，因为断层破碎带的成岩作用在不同的深度，不同的温压条件，和不同的应力条条件下是不一样的。因此有待进一步做深入研究。3 断层的应力状态；最大水平主压应力方向与断层走向夹角越大,断层封闭性越好,反之越差。根据现场经验,二者夹角为9067.

9、5°时封闭性最好,为67.545°时封闭性好;为4522.5°时封闭性较差,为22.50°时不具封闭性,可作为渗流通道。在不同部位和不同层位,断层的走向和现今最大水平主压应力方向都会发生变化,二者夹角相应改变,因此必须分部位、分层位评价断层封闭性。此外断面某点上覆地层造成的重力中垂直于断面的压应力分量和相应深度最大水平主压应力垂直于断面的压应力分量之和大于或等于该处岩石的抗压强度时,断面处裂隙闭合或压紧、研磨断面物质,有利于增强断层封闭性,反之不利于断层封闭。正断层因沿破碎带发育许多张裂隙,其封闭性通常比扭断层和逆断层差。逆断层体系是挤压应力场作用的产物

10、,多次构造挤压作用可提供足够大的压力使裂隙闭合,或碾磨断裂带物质,增强断层封闭能力,因此其封堵性优于正断层。逆断层断面弯曲,正断层断面多为锯齿状,二者的破碎带都宽。扭性断层断面平直,破裂带窄,水平滑动距离比逆断层、正断层要长,断层两盘地层彼此摩擦作用强,形成断层泥封堵或薄膜封堵的可能性大,因此比逆断层、正断层封闭性要好。4断层的活动强度；断层活动强度可以用断层断距、断层年龄和断层活动速率来表征。断距大,断裂带物质遭受的碾磨作用强,容易形成断层泥,横向封闭性好,但如果断距大于区域盖层的厚度,其纵向封闭性会很差;若断距太小,断面不易形成封闭物质,横向封闭性会很差。在相同条件下,生长断层比非生长断层

11、的封闭性要好,因为未充分固结的泥岩很可能沿断面涂抹,利于形成薄膜封闭。年轻断层或重新复活的断层,尤其在断开不整合面或浅部储集层时,近代活动性越大纵向封闭能力越差7。研究珠江口盆地区域性盖层沉积后和主要排烃期之后断层活动速率与断层封闭关系的结果1,能够封闭油气的断层活动速率一般不大于11.1m/Ma,而活动速率较大(10.5127.8m/Ma)的断层一般封闭性较差。目前定量评价断层封闭性的方法主要有以下几个方面：1 砂泥岩对接概率法首先，对研究区已钻井资料进行剖面沉积相划分，统计每一种相的泥地比值，计算小层厚度分布，得到一系列不同泥地比值的小层厚度分布模型然后，利用地震资料作断面剖面图，并划分目

12、的盘与对置盘沉积相，计算各相泥地比值，选择该相该泥地比值下的小层厚度分布模型，建立断层两盘地层柱状图，计算砂泥对接概率，可得到目的盘砂岩层被对置盘泥岩层封堵的总厚度如果目的层段内大部分砂岩被对置盘泥岩封堵的概率高，则说明该段内断层侧向封闭性好11。2 法；法是一种断层岩封闭型断层侧向封闭性定量评价方法12断层岩是由泥岩碎屑和不同泥质含量砂岩碎屑混杂堆积而成的，其封闭能力主要取决于断层岩的泥质含量，其公式：SGR=H0/L×100% （0研究层段中泥岩层总厚度，为断层的垂直断距）3断储排替压力差根据断层封闭性形成机理分析，评价砂泥岩薄互层段内断层封闭性的实质是计算断层岩的排替压力，断层

13、岩的排替压力取决于断层岩的碎屑物质组成或泥质含量及断层岩的成岩程度断层岩的成岩程度取决于断点所承受的断面压力，断面压力受控于断点埋深和断层倾角如果能计算出断层岩的泥质含量和所承受的断面压力，可将该泥质含量和该断面压力下的断层岩看成是具有该泥质含量并承受着与该断面压力相同的静岩压力的沉积地层，如果获取了该泥质含量地层并承受该静岩压力沉积地层的排替压力，此排替压力即可看成是该断层岩的排替压力该排替压力减去储层的排替压力，如果为负值，断层开启；如果为正值，断层封闭，其封闭能力为二者排替压力差4 断层连通概率法；影响断层封闭性的主要因素是泥岩地层中的流体压力、断面正应力及断层岩中的泥质含量，因此张立宽

14、等13等人提出了启闭因数的概念并给出计算公式：C=P/(×SGR)其中为断移泥岩层中的流体压力；为断面正应力。5 断面正压力与流体压力的耦合关系法；童亨茂14认为，断层开启与封闭主要取决于断层面上的正压力和孔隙压力的关系当超过一定的深度时，张应力就不可能存在，即使张性盆地也是如此在张应力不存在的情况下，断层保持开启必须有流体压力（，其中为流体压力，为深度，为静水压力）的作用当流体压力大于或等于断层面上的正压应力时，断层就可以张开而成为油气运移的通道；否则，就成为油气的遮挡边界在盆地内垂向主应力为重力应力，水平方向的主应力为重力应力和构造应力的代数和。当流体压力大于断面上的正压力，即时

15、，断面就可以张开成为油气运移的通道。，分别为水平方向和垂直方向的构造应力；为上覆岩石的平均密度；为与非线性压缩有关的常数，一般岩石取；为泊松比；为异常压力因数虽然人们已经对断层封闭性研究做了很多的研究，但是为了勘探开发的需要，还需做更进一步 更深入的研究。断层封闭性研究未来的发展趋势大致有以下几个方面：1方法手段：利用地震、钻井、测井、录井、地球化学等手段和信息，从不同角度利用不同思路运用多学科、多手段研究对断层封闭性做定量研究。特别是油藏水动力学分析方法的改进、新的取心技术、露头类比研究、流体包裹体分析和3D地震解释,为断层研究提供了一个信息平台。以地质信息为约束，进行物理模拟和数值模拟，让

16、地层封闭性研究更加接近于真实的情况2 研究对象：在未来的勘探和开发中更需要的时断层精细的封闭性信息，因此未来研究对象要深入到断层岩内部。断裂带内部结构特征决定了断层封闭机理与类型，只有正确认识断裂带的裂缝发育特征，断层岩类型、成岩程度、厚度与分布及其与围岩的关系，才能有的放矢地确认断层封闭机理与类型，研究选择相应的方法定量评价其封闭能力另外还要以断层活动期次和活动强度作为研究对象，做深入的研究，物理模拟试验和野外地质观察表明，当断层初期活动时，对泥岩涂抹的形成起建设性作用；当断层再次活动时，断层的泥岩涂抹遭到破坏，由此也破坏了泥岩涂抹对断层起到的侧向封闭作用15在断层岩中如果岩屑堆积部分泥质含

17、量很高，当岩屑成岩以后也可起到侧向封闭作用，但如果断层后期再次活动，该部分断层岩也同样遭到破坏，尤其在其内部所产生的高角度裂缝，由于在地静压力下难以使其愈合，断层岩就难以恢复已形成的封闭能力可见，在油气运移后期，断层活动得越频繁，断层岩遭到破坏的可能性就越大，断层封闭能力的保存就越差，对断圈油气的聚集就越不利因此，研究断层封闭性时应该注意断裂后期活动的影响3研究思路：目前的研究还只是在较宏观的半定量的研究单一因素造成断层的封闭性。在未来的研究中应该更加注重精细定量的研究多个因素影响下的断层封闭性。实际上，断层的封闭性是多个因素共同影响着的。只是他们在不同地质条件下的影响程度有着很大的变化。三

18、总结；断层在垂向和侧向上的封闭性,不仅取决于断层两盘的岩性,还取决于断裂带的性质以及其所处的系统状态。不同地区的地质条件不同,其影响因素以及作用程度也有所不同。影响断层封闭性的因素有很多,可以概括为13个方面。(1)断层的力学性质。从定性的角度认为,张性、张扭性断层的封闭性较差,但如果在断裂过程中形成了大量的断层泥,其封闭性能会大大提高;挤压性断层封闭性较好;扭性断层在垂向上封闭较好。(2)断层面倾角。断层面倾角越陡,承受上覆地层压力就越小,断裂带愈合程度就越差,从而断层的封闭性就越差,反之,断层封闭性就越好。(3)断层走向。断层的走向与区域最大主应力方向垂直的断层,其封闭性最好,与最小主应力

19、方向垂直的断层,封闭性最差。(4)断层埋深。随断层埋深增加,上覆地层压力增大,孔隙度和渗透率的减小幅度也相应增加,封闭性较好;反之,封闭性较差。(5)断距。随着断距的增大,断层带内物质遭受的摩擦作用强,形成断层泥的机会多,就容易形成好的封闭条件;但是,如果断距超过区域盖层的厚度,就可能造成断层垂向的导通。(6)断裂的活动性。断层的疏导性具有幕式特征,断层活动期其封闭性差,静止期其封闭性相对较好。(7)断层密度。在一定的区域范围内,断层的条数越多,岩石破碎就厉害,变形程度就越大,因而断层封闭性就越差。(8)断裂带充填物质的胶结成岩作用。断裂带充填物质的胶结成岩作用越强,其孔隙度和渗透率就越低,断层封闭性就变得越好。(9)断层两盘对置的岩性。如果断层两盘是渗透性地层相接触,并且断面又没有封隔条件,则断层是不封闭的。若两盘是渗透层与非渗透层相对置,且断层具有封隔条件,则断层一般封闭较好。(10)断层面的泥岩涂抹。在砂泥岩地层剖面上,当断层错动时在断裂带内容易产生泥岩涂抹,形成涂抹层,有利于断层的侧向封闭性。(11)断层流体压力。断层要保持开启必须有流体压力的支撑,因此在一定程度上(12)断层内流体。在地层水密度一定的情况下,烃的密度越小,断层