引言

断裂在油气成藏过程中具有双重意义，既可以起遮挡作用，也能够作为油气运移的通道^{[1, 2, 3]}。断层封闭性分析作为油气成藏分析的是一项重要内容，它主要用于分析油气运聚过程和预测圈闭漏失风险。人们早期对断层封闭性研究时，一般用“封闭”或“不封闭”两类状态来分析断层封闭性，评价方法也大多为定性描述，例如岩性配置法^[4]。随着地质学家对断层的深入研究，发现断层并不是两盘之间一个简单的面，而是在断层裂隙之间充填有厚度、岩性等分布不均一的复杂地质体，即断层岩^[3]。断层之所以具有侧向封闭性是由于断层岩与储层之间存在着不同渗透性^[3]。随着认识的深入，地质学家对断层封闭性分析的方法也实现了定量化，例如泥岩涂抹势(CSP)法^[5]，断层岩泥质含量(SGR)法^[6-9]，断-储排驱压力法^[10-21]。

涠西南凹陷多年的勘探经验证实，断层的侧向封堵性是断层封堵的关键，其封闭能力除了控制着油气的分布，还影响断块圈闭油气的充满度。不同断层由于封闭能力不同，所能封住的油柱高度也不同，断层具体能封闭多少油气，只有通过定量研究才能分析清楚。因此，在涠西南凹陷开展断层封闭性的定量分析，对断块类圈闭提高钻探成功率和井位部署意义重大。以涠西南凹陷TY油田的块1目标为靶区，基于断层封闭机理，通过分析断层岩的泥质含量和压实程度，比较断层岩和目标储层的排驱压力来定量评价断层的侧向封闭能力。在分析断层岩排驱压力过程中不仅考虑了断层岩的泥质含量，还考虑了断层倾角以及断点埋深对断层岩压实成岩作用的影响，考虑因素全面，研究思路更加合理。TY油田块1钻井证实通过该方法分析的断层封闭性与实际钻探结果相吻合，准确性较高。

1 区域概况

涠西南凹陷是位于北部湾盆地北部拗陷的一个三级构造，历经古近纪张裂阶段(断陷)和新近纪裂后阶段(拗陷)，先后经历多期构造运动形成了复杂的断裂系统^{[22, 23, 24, 25]}。TY油田位于涠西南低凸起，总体是一系列被断层复杂化的断块圈闭，油气运移条件好，成藏主控因素为圈闭有效性。自下而上发育流沙港组和涠洲组两大含油层系，本次研究的目的层段涠洲组储层类型为三角洲前缘砂岩，岩性组合特征为灰色细砂岩、中砂岩与杂色泥岩不等厚互层，砂体横向连续性较好，储层物性较好，多为高—中孔、高—中渗储层^[23]。

TY油田块1为一近东西走向的断鼻构造，南高北低，圈闭闭合幅度在81$\sim$87 m，闭合面积2.5 km$^{{\rm 2}}$左右，地层倾角9.5(图 1)。

块1高部位受F$_2$反向断层遮挡，F$_2$断层北东东走向，断距80 m左右，该圈闭成藏的关键因素是高部位F$_2$断层的封堵性，对F$_2$断层的封闭能力进行定量评价对于井位部署具有重要指导意义。

2 断层封闭机理及控制因素 2.1 断层封闭机理

断层在活动过程中，由于上、下盘地层错动，被刮屑下来的岩石碎屑充填在断裂带中，经后期成岩作用，形成了断层岩^[6]，由于断层岩与储层之间存在着差异渗透能力，使得断层能够封堵油气。因而评价断层封堵性的关键是分析储层与对其产生封堵作用的断层岩的渗透能力，即对比排驱压力的大小。若断层岩的排驱压力比储层排驱压力小，则不能封堵油气；反之，则起封堵作用(图 2，其中，$p_{\mbox{ 断}}$—断层岩的排驱压力，MPa；$p_{\mbox{ 储}}$—储层排驱压力，MPa)。

2.2 影响断层封闭性的主要因素

断层岩的排驱压力是决定断层封闭能力的关键因素，其排驱压力主要受以下两个因素的影响：(1)断层岩粒度，也即泥质含量。在同等压实条件下，若断层岩粒度越细，则渗透能力越弱，即排驱压力也就越大。(2)断层的埋深与断层倾角。断层岩所受成岩作用主要为压实作用，在张扭盆地中，压实程度的强弱主要受上覆地层重力所产生的垂直作用于断面正压力影响，断层岩受到的正压力越大，断层岩越致密，排驱压力越大。而断层的倾角和埋深决定断面的正压力大小，断层埋深越深，倾角越缓，则作用于断面的正压力越大，反之也就越小。

3 断层侧向封闭性定量评价方法

依据断层封闭性机理的分析，如何计算断层岩的排驱压力是断层封闭性分析的重点^[10]。断层岩的压实程度和泥质含量决定了其排驱压力，可以先计算出断面某点处断层岩受到的垂直断面压力和泥质含量，用具有相同泥质含量大小并且承受着相同地层压力的正常沉积岩层的排驱压力来表示断面上该点处断层岩的排驱压力。然后，利用常规沉积地层岩石的排驱压力和岩石泥质含量、埋深资料建立的三者之间定量关系来间接分析得到断层岩的排驱压力。最后，通过比较断层岩和储层的排驱压力大小便达到定量评价断层侧向封堵性的目的。

3.1 排驱压力与泥质含量、埋深关系

利用TY油田取样分析得到的压汞资料，结合测井解释的泥质含量及岩样的取样深度，拟合得到岩石的排驱压力与泥质含量、地层埋深之间的函数关系为(图 3)

$ \left \{ \begin{array}{l} {{p}_{{\rm d}}}=0.0336{{{\rm e}}^{0.000063x}} \\ x =Z{V}_{\rm sh} \end{array} \right . $

(1)

式中：${p_{\rm d}}$—沉积地层岩石排驱压力，MPa；

$Z$—地层埋深，m；

${V_{{\text{sh}}}}$—岩样泥质含量，%；

$x$—中间变量，为泥质含量与埋深之积，m。

3.2 断层岩排驱压力的计算

根据TY油田岩石排驱压力与泥质含量、埋深之间的关系函数(式1)可知，想要得到断层岩的排驱压力需要先求得它的泥质含量和埋深这两个参数。

3.2.1 断层岩泥质含量求取

断层岩是断层在形成或再次活动过程中，从两盘地层刮屑下来的岩石碎屑经成岩作用后形成的^[10]。断层岩的泥质含量($V_{\rm SGR}$)可利用Yieding提出的方法计算^[6]

$ V_{\rm SGR} = \dfrac{{\mathop \sum \nolimits_{i = 1}^n {h_i}{V_{{\rm sh}, i}}}}{D} $

(2)

式中：$V_{\rm SGR}$—断层岩的泥质含量，%；

${h_i}$—第$i$套地层厚度，m；

${V_{{\rm sh}, i}}$—第$i$套地层泥质含量，%；

$n$—滑过研究点的地层数；

$D$—断层的垂直断距，m。

依据以上方法，利用距离F$_2$断层较近的TY-3井作为标准井通过软件模拟得到F$_2$断层断面泥质含量分布图(图 4)。

3.2.2 断面埋深转换为地层深度

由于断层在地下都具有一定倾斜角度，其中间的断层岩在地下也就相当于一层倾斜沉积岩，可以将断层上覆地层的重力能分解为沿着断面和垂直断层面两个方向的压力。垂直于断层面的重力分量才对断层岩起压实作用，通过三角函数可以将该分量折算为在某一深度下岩石的静压力(图 5)。当断层停止活动后，来自侧向的拉张或挤压地应力很微弱，与上覆地层压力相比，可忽略不计，对断层岩压实成岩起作用的主要是其上覆岩层的重力对断层面产生的垂直压力，计算式为

$ {N_{\rm f}} = {\rho _{\rm r}}{Z_{\rm f}}\cos \theta $

(3)

式中：${N_{\rm f}}$—垂直断面的正压力，MPa；

${\rho _{\rm r}}$—上覆地层平均密度，kg/m$^{{\rm 3}}$；

${{\text{Z}}_{\text{f}}}$—所分析断层岩的埋深，m；

$\theta$—断层的倾角，(º)。

地层静岩压力的计算公式为

$ {N_{\rm h}} = {\rho _{\rm r}}{Z_{\rm h}} $

(4)

式中：${N_{\rm h}}$—与断面受到相同压力的垂直静岩压力，MPa；

${Z_{\rm h}}$—同等压力下断点对应的地层深度，m。

由${{{N}}_{\text{f}}} = {{{N}}_{\text{h}}}$，可得

$ {Z_{\rm h}} = {Z_{\rm f}}\cos \theta $

(5)

所以，可以通过断层的倾角和埋深，利用式(5)得到和断面所受压实程度相当的正常沉积岩层的地层深度。

通过式(5)计算得到断层岩对应正常压实岩层的埋深，式(2)计算得到断层岩泥质含量，再利用排驱压力与埋深、泥质含量的定量关系式(式(1))就能够反算得到断层岩的排驱压力。

3.3 储层排驱压力的求取 3.3.1 储层泥质含量的计算

由于在TY油田涠三段储层以辫状河三角洲为主，储层横向展布稳定，砂体连续性好，可以利用邻近已钻井与块1目的层等时地层的泥质含量作为块1目的层的泥质含量。

自然伽马曲线能很好地指示地层中岩石的泥质含量，标准井储层段的泥质含量可以利用自然伽马曲线通过以下公式定量求取^[21]

$ \left \{ \begin{array}{l} {V_{\rm sh}} = \dfrac{{{2^{{G_{\rm CUR}}{I_{\rm R}}}} - 1}}{{{2^{{G_{\rm CUR}}}} - 1}} \\[5pt] {I_{\rm R}} = \dfrac{{G_{\rm R} - G_{\rm R_{min}}}}{{G_{\rm R_{max}} - G_{\rm R_{min}}}} \end{array} \right . $

(6)

式中：

${I_{\rm R}}$—泥质含量指数，无因次；

$G_{\rm R_{max}}$—纯泥岩段自然伽马值，API；

$G_{\rm R_{min}}$—纯砂岩段自然伽马值，API；

${G_{\rm CUR}}$—西尔奇指数，与地层地质时代有关。

3.3.2 储层排驱压力的计算

得到储层泥质含量以后，通过地震时间深度关系转换得到各目的层储层在断面处的埋深，就可以通过式(1)反算出储层在该埋深处的排驱压力。

3.4 断层侧向封闭性定理评价

根据上面步骤可以分别求出所要研究的断层岩排驱压力以及储层排驱压力，对比两者大小关系，如果断层岩排驱压力$\leqslant$储层排驱压力，则断层没有封闭能力；反之，则断层有封闭能力，其封闭能力的高低取决于二者差值的大小，若差值越大，侧向封闭能力也就越强，越小则越弱。

3.5 块1断层封闭性定量评价

运用以上方法对块1控圈断层F$_2$在涠洲组的4\mbox{个}目的层的封闭性进行了定量分析。以过圈闭高部位的Inline1459号测线为例说明(表 1)。

钻前块1在涠洲组设计了4套目的层，埋深分布在1 368$\sim$1 500 m，控圈断层倾角较陡(70º左右)。由于断层比较陡，上覆岩层重力产生的垂直断面的正压力较小，只相当于埋深在450$\sim$500 m的正常沉积地层的静岩压力，断层岩被压实程度较弱因而排驱压力较小。

由表 1可知，在部分层段，虽然断层岩的泥质含量高于储层中的泥质含量，但是由于储层受上覆地层的压实程度相对较强，致使储层的排驱压力反而较大。对比4套目的层在断面附近的断层岩与储层的排驱压力，认为H1、H2两层高部位断面处的断层岩排驱压力高于储层排驱压力，断层具有侧向封闭能力，H3和H4储层断面不具有封堵性。

研究成果与钻探成果吻合较好，TY-7井钻后在H1和H2两层钻遇油层，钻遇油柱高度分别为63.5和59.7 m，未钻遇油水界面，H3和H4两层钻遇水层，由于在H3和H4断面处的断层岩排驱压力小于储层排驱压力，该断层在这两套储层段不具备封闭能力，油气进入这些储层后往高部位发生漏失。钻前断层封堵性分析有效地落实了各目的层的风险情况，指导了井位的部署，保证了钻探的成功率。

4 结论

(1) 分析断层岩与储层的排驱压力差是评价断层封堵性的一种有效方法。断层中断层岩的粒度(泥质含量)和压实程度(埋深和断层倾角)是影响断层封堵性的主要因素。

(2) 利用涠西南凹陷TY油田的压汞分析资料，建立了研究区岩石的排驱压力与埋深、泥质含量三者的关系，定量分析了块1控圈断层侧向封堵性，分析结果表明在上面的H1和H2两个层段F$_2$断层封堵性好，在H3和H4两层封堵能力相对差，预测结果与实钻结果吻合较好，有效规避了钻前风险。