0 引言

随着油气勘探的不断深入，人们逐渐认识到在含油气盆地中的泥岩盖层在形成后或多或少地都会受到断裂破坏，使其封闭油气能力发生不同程度的降低，造成油气渗滤、散失。因此，能否准确地评价泥岩盖层内断裂垂向封闭油气能力是油气资源评价不可缺少的内容。关于断裂垂向封闭性评价方法前人曾做过大量探讨，目前有两种常用方法：①通过对比断层面受到的正压力与泥岩发生塑性变形所需的最小压力的相对大小研究断裂垂向封闭性，如果前者大于后者，则断层面附近的泥岩发生塑性变形流动，堵塞断层面在正压力作用下发生紧闭后遗留渗漏空间，形成垂向封闭；反之，则不能形成垂向封闭^[1-13]。②将断裂视为倾置于围岩中的岩层，通过比较断层岩排替压力和下伏储层岩石的排替压力的相对大小研究断裂垂向封闭性，如果前者不小于后者，则断裂垂向封闭；反之，则断裂垂向不封闭^[14-19]。上述方法对含油气盆地中断裂垂向封闭性评价具有重要意义，但也存在不足之处。第一种方法是将断裂两盘视为面接触，只要断层面紧闭，断裂即可垂向封闭，而没有考虑断裂填充物成分的影响，这无疑影响断裂垂向封闭性评价的准确性。第二种方法从影响断裂垂向封闭机理的断层岩排替压力出发，研究断裂垂向封闭性，在理论上是可行的，但泥岩盖层中断裂垂向封闭能力除了受断层岩排替压力影响外，还受断裂对泥岩盖层的破坏程度(断接厚度或残留厚度，其大小等于泥岩盖层厚度减去断裂断距)、下伏储层中剩余压力的影响。断接厚度越大，则断裂带填充物泥质含量越高，垂向封闭能力越强；反之则越弱。下伏储层中剩余压力越大，油气越易穿过泥岩盖层中的断裂发生渗滤、散失，则垂向封闭能力相对越小；反之则越强。现有的断裂垂向封闭性评价方法均未考虑泥岩盖层断接厚度和下伏储层剩余压力的影响，可能会给油气勘探带来一定风险。因此，开展泥岩盖层内断裂垂向封闭油气能力综合评价方法研究，对于正确认识含油气盆地油气分布规律具重要意义。

1 泥岩盖层内断裂垂向封闭油气能力及其影响因素

当断裂破坏泥岩盖层时，如果泥岩盖层的断接厚度(泥岩盖层厚度减去断裂断距)不大于其封闭油气所需的最小断接厚度，泥岩盖层被断裂完全错开，则泥岩盖层对油气无垂向封闭能力，其内的断裂也无垂向封闭油气能力(图 1a)；相反，如果泥岩盖层的断接厚度小于其封闭油气所需的最小断接厚度，则泥岩盖层不封闭油气，而是断裂封闭油气(图 1b)。图 2为断裂垂向封闭油气能力影响因素示意图。由图可见，断裂垂向封闭油气能力应主要受断层自身封闭能力(断层岩的排替压力)、泥岩盖层的断接厚度、下伏储层油气剩余压力等3个因素的影响。断层岩排替压力越大、泥岩盖层断接厚度越大、下伏储层油气剩余压力越小，泥岩盖层内断裂垂向封闭油气能力越强；反之则越弱。

断层岩是在断裂形成过程中，被断裂破坏的两盘岩石碎屑落入断裂带中形成的断裂填充物，当断裂停止活动后，在上覆沉积载荷重量、区域主压应力、地表水所携带矿物质沉淀与胶结等作用下逐渐压实成岩形成的^[20-21]。断层岩的泥质含量、压实成岩程度越高排替压力越大。断裂对泥岩盖层的破坏程度表现为泥岩盖层的断接厚度，其值越大，断裂对泥岩盖层破坏程度越小，断层岩中泥质含量越高，垂向封闭油气能力越强^[22]。下伏储层油气剩余压力越大，油气在此压力作用下通过断裂向外渗滤、散失的能力越强，越不利于断裂垂向封闭油气；反之则有利于断裂垂向封闭油气。

2 泥岩盖层内断裂垂向封闭油气能力综合评价方法

综上所述，泥岩盖层内断裂垂向封闭油气能力主要受断层 岩排替压力、泥岩盖层断接厚度和下伏储层油气剩余压力的影响，应是3个影响因素综合作用的结果，因此可以利用油气在剩余压力作用下通过断裂渗滤、散失速率的相对大小(式1)综合反映泥岩盖层内断裂垂向封闭油气能力

$ V = \frac{\Delta P-P_{\mathrm{f}}}{H_{\mathrm{f}}} $

(1)

式中：V为油气在剩余压力作用下通过断裂的渗滤、散失速度；ΔP为下伏储层油气剩余压力；P_f为断层岩排替压力；H_f为泥岩盖层断接厚度。

由式(1)可见：V值越小，表明油气越不易在剩余压力的作用下通过断裂发生渗滤、散失，断裂垂向封闭油气能力越强；反之亦然。假设断裂为围岩地层内的倾斜岩层，可以按照泥岩盖层排替压力求取方法求得断层岩排替压力。由于泥岩盖层排替压力主要受压实成岩埋深和泥质含量的影响^[21]，因此只要确定断层岩压实成岩埋深和泥质含量，便可求得断层岩排替压力。由于断层岩的物质成分主要来自断层两盘地层，故可以假设断层岩的压实成岩速率与泥岩盖层压实成岩速率相近，由此可以得到断层岩的压实成岩埋深，即

$ Z_{\mathrm{f}} = \frac{T_{0}}{T} Z $

(2)

式中：Z_f为断层岩压实成岩埋深；Z为泥岩盖层压实成岩埋深；T₀为断层岩压实成岩时间，为从断裂停止活动至今的时间；T为泥岩盖层压实成岩时间，为从其沉积开始至今的时间。

式(2)中的Z(若上覆地层无明显的抬升剥蚀，可用现今埋深代替)可根据钻井和地震资料求得, T为泥岩盖层的地质年代, T₀为断裂向上延伸处地层的地质年代。将确定的Z、T₀、T代入式(2)，便可求得Z_f。再根据

$ R_{\mathrm{f}} = \frac{\sum\limits_{i = 1}^{n} H_{i} R_{i}}{L} $

(3)

便可以得到断层岩泥质含量。式中：R_f为断层岩泥质含量；H_i为被断裂错断的第i层岩层厚度；R_i为被断裂错断的第i层岩层泥质含量；n为被断裂错断的岩层数；L为断裂断距。

将确定的Z_f和R_f代入

$ P_{\mathrm{f}} = a \exp \left(b Z_{\mathrm{f}} R_{\mathrm{f}}\right) $

(4)

便可求得断层岩排替压力^[21]。式中a、b为与地区有关的常数。

泥岩盖层断接厚度H_f可以由钻井和地震资料获得的泥岩盖层厚度减去断裂在泥岩盖层内的断距得到。

下伏储层油气剩余压力ΔP可以利用

$ \Delta P = (k-1) \rho_{\mathrm{w}} Z_{\mathrm{c}} $

(5)

求得。式中：Z_c为储层埋深；k为储层地层压力系数；ρ_w为地层水平均密度。

将上述确定的断层岩排替压力P_f、泥岩盖层断接厚度H_f和下伏储层油气剩余压力ΔP代入式(1)，便可求出油气在剩余压力作用下通过断裂发生渗滤、散失速率V，从而综合评价断裂垂向封闭油气能力。

3 实例应用

呼和诺仁构造位于贝尔凹陷西部斜坡的西南部，是一个受断裂F1上倾遮挡的北东向的继承性断鼻构造(图 3)。该构造目前已发现的油气主要分布在南二段，盖层为大一段泥岩。断裂F1为呼和诺仁构造带顶部的一条犁式断层，走向为北东向，倾向为北西向，倾角为15°~50°，上陡下缓，延伸长度为13.4km(图 4)。断裂F1虽然错断了大一段泥岩盖层，断接厚度为17.56~121.47m，只有测点2处泥岩盖层厚度大于其封闭油气所需的最小断接厚度(107~119m，图 5)，其余14个测点均需研究断裂F1的垂向封闭能力。

由呼和诺仁构造南二段油气藏剖面图(图 4)可以统计出14个测点处的大一段泥岩盖层埋深，由钻井和地震资料可以得到断裂F1在大一段泥岩盖层内的断距、泥岩盖层厚度值(表 1)，由地质年代表可以得到大一段泥岩盖层压实成岩时间T约为127.5Ma。此外，由图 4可知，断裂F1在伊一段沉积时停止活动，根据地质年代表可以得到断裂F1断层岩压实成岩时间T₀约为106Ma。将上述参数代入式(2)~式(4)便可以求得断裂F1断层岩的压实成岩埋深Z_f、断层岩的泥质含量R_f、断层岩排替压力P_f(表 1)。由贝尔凹陷南二段地层压力系数统计表(表 2)可见，地层压力系数k的平均值为0.97。利用14个测点处南二段储层埋深Z_c，由式(5)可得到南二段油气剩余压力ΔP(表 1)。将确定的大一段泥岩盖层断层岩排替压力P_f、泥岩盖层断接厚度H_f和下伏储层油气剩余压力ΔP代入式(1)，便得到油气在剩余压力作用下通过断裂F1渗滤、散失速度(表 1)。可见，在呼和诺仁构造14个测点处油气通过断裂F1的渗滤、散失速度V均小于0，表明大一段泥岩盖层内断裂F1垂向封闭油气能力相对较强，解释了呼和诺仁构造获得工业油流(图 3)的原因。

4 结论

(1) 泥岩盖层内断裂垂向封闭油气能力主要受断层岩排替压力、泥岩盖层断接厚度和下伏储层油气剩余压力的影响，断层岩排替压力越大、泥岩盖层断接厚度越大、下伏储层油气剩余压力越小，泥岩盖层内断裂垂向封闭油气能力越强；反之则越弱。

(2) 利用油气在剩余压力作用下通过泥岩盖层内断裂渗滤、散失速度的相对大小，建立了一套泥岩盖层内断裂垂向封闭油气能力的综合评价方法。在海拉尔盆地贝尔凹陷呼和诺仁构造的应用结果表明：油气在剩余压力作用下通过大一段泥岩盖层内断裂F1渗滤、散失速度均小于0。表明大一段泥岩盖层内断裂垂向封闭油气能力相对较强，利于油气在南二段聚集与保存，与目前断裂F1附近南二段已发现大量油气分布相吻合，表明该方法用于综合评价泥岩盖层内断裂垂向封闭油气能力是可行的。