摘要：斷層巖壓實(shí)成巖埋深對(duì)于準(zhǔn)確評(píng)價(jià)斷層側(cè)向封閉性至關(guān)重要，以往主要是通過(guò)斷層埋深、傾角、停止活動(dòng)至今時(shí)期、相同深度圍巖壓實(shí)成巖時(shí)期和圍巖壓實(shí)系數(shù)，預(yù)測(cè)斷層巖壓實(shí)成巖埋深，所得結(jié)果偏小難以準(zhǔn)確地反映地下的實(shí)際情況。為此在斷層巖壓實(shí)成巖埋深與相同深度圍巖壓實(shí)成巖埋深之間關(guān)系的基礎(chǔ)上，對(duì)以往的方法進(jìn)行改進(jìn)，提出通過(guò)斷層巖壓實(shí)成巖程度和圍巖壓實(shí)成巖程度與壓實(shí)成巖埋深之間關(guān)系，確定斷層巖壓實(shí)成巖埋深的預(yù)測(cè)方法，并以渤海灣盆地南堡凹陷南堡5號(hào)構(gòu)造F3斷層為例對(duì)改進(jìn)前后方法的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明：利用改進(jìn)后方法預(yù)測(cè)出的F3斷層在東三段、東二段和東一段內(nèi)斷層巖壓實(shí)成巖埋深分別約為2450、2350和2300 m，明顯大于利用改進(jìn)前方法預(yù)測(cè)出的F3斷層在東三段、東二段和東一段內(nèi)斷層巖壓實(shí)成巖埋深(分別約為1974.4、1267.7和1329.5 m)。與改進(jìn)前方法相比，改進(jìn)后方法預(yù)測(cè)出的F3斷層在東三段、東二段和東一段內(nèi)斷層巖壓實(shí)成巖埋深更合理地解釋了F3斷層附近東三段、東二段和東一段目前已發(fā)現(xiàn)的油氣分布，更符合地質(zhì)規(guī)律。

　　關(guān)鍵詞：斷層;壓實(shí)成巖埋深;預(yù)測(cè)方法;改進(jìn);應(yīng)用

　　論文《斷層巖壓實(shí)成巖埋深預(yù)測(cè)方法改進(jìn)及其應(yīng)用》發(fā)表在《中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)》，版權(quán)歸《中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)》所有。本文來(lái)自網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，僅供參考。

　　引言

　　隨著油氣勘探的不斷深入，人們對(duì)斷層側(cè)向封閉性的認(rèn)識(shí)不斷深入。斷層在側(cè)向上能否形成封閉，主要取決于斷層巖排替壓力的相對(duì)大小，斷層巖排替壓力越大，斷層側(cè)向封閉能力越強(qiáng);反之則越弱。而斷層巖排替壓力相對(duì)大小又受到斷層巖泥質(zhì)含量和壓實(shí)成巖埋深的影響，只要能確定出斷層巖泥質(zhì)含量和壓實(shí)成巖埋深，便可以確定出斷層巖排替壓力，據(jù)此便可對(duì)斷層側(cè)向封閉性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

　　目前斷層巖泥質(zhì)含量的確定已有有效方法，但斷層巖壓實(shí)成巖埋深預(yù)測(cè)目前尚無(wú)切實(shí)可行的方法，無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出地下斷層巖壓實(shí)成巖埋深，造成斷層側(cè)向封閉性評(píng)價(jià)結(jié)果難以反映地下實(shí)際情況。因此開(kāi)展斷層巖壓實(shí)成巖埋深預(yù)測(cè)方法的改進(jìn)，對(duì)于正確認(rèn)識(shí)斷層側(cè)向封閉性和指導(dǎo)斷層油氣藏勘探均具有重要意義。

　　關(guān)于斷層巖壓實(shí)成巖埋深前人曾做過(guò)一定的研究與探討，總結(jié)起來(lái)主要有以下2種預(yù)測(cè)方法：第一種預(yù)測(cè)方法是在假設(shè)斷層巖與相同深度圍巖具有相同壓實(shí)成巖速率的基礎(chǔ)上，由斷層巖壓實(shí)成巖速率(斷層巖壓實(shí)埋深除以停止活動(dòng)至今時(shí)期)和相同深度圍巖壓實(shí)成巖速率(圍巖壓實(shí)埋深除以圍巖壓實(shí)成巖時(shí)期)相等，利用斷層巖埋深、傾角和停止活動(dòng)時(shí)期預(yù)測(cè)斷層巖壓實(shí)成巖埋深;第二種預(yù)測(cè)方法則是在假定斷層巖與相同深度圍巖具有相同壓實(shí)成巖歷史的基礎(chǔ)上，由斷層巖和相同深度圍巖壓實(shí)成巖程度之比與斷層巖和相同深度圍巖孔隙度之比的反比關(guān)系，利用斷層巖埋深、傾角、停止活動(dòng)時(shí)期、與斷層巖相同深度圍巖壓實(shí)成巖埋深和圍巖壓實(shí)系數(shù)預(yù)測(cè)斷層巖壓實(shí)成巖埋深。

　　上述兩種預(yù)測(cè)方法對(duì)正確認(rèn)識(shí)斷層側(cè)向封閉性和指導(dǎo)斷層油氣藏勘探起到了重要作用。然而，第一種預(yù)測(cè)方法假設(shè)斷層巖和相同深度圍巖的壓實(shí)成巖速率相等是不合適的，因?yàn)閿鄬訋r成分及壓實(shí)成巖時(shí)期均與相同深度圍巖有明顯的差異，造成兩者壓實(shí)成巖速率不可能相同，故以此為依據(jù)，預(yù)測(cè)出的斷層巖壓實(shí)成巖埋深難以準(zhǔn)確地反映地下實(shí)際情況。而第二種預(yù)測(cè)方法假設(shè)斷層巖和相同深度圍巖具有相同的壓實(shí)成巖歷史，因?yàn)閿鄬訋r物質(zhì)來(lái)自于圍巖，只是其壓實(shí)成巖時(shí)期較相同深度圍巖要晚而已，但用斷層巖與相同深度圍巖壓實(shí)成巖程度之比和斷層巖與相同深度圍巖孔隙度之比之間的反比關(guān)系預(yù)測(cè)斷層巖壓實(shí)成巖埋深時(shí)，明顯受到圍巖和斷層巖孔隙度隨深度變化特征的影響，在深部斷層巖和相同深度圍巖的孔隙度近于直線關(guān)系，用反比關(guān)系預(yù)測(cè)得到的斷層巖壓實(shí)成巖埋深效果相對(duì)較好，可以較好地反映地下實(shí)際情況;而在淺部斷層巖和相同深度圍巖孔隙度為指數(shù)關(guān)系，變化大，用反比關(guān)系預(yù)測(cè)得到的斷層巖壓實(shí)成巖埋深效果相對(duì)不好，難以準(zhǔn)確地反映地下實(shí)際情況。因此，開(kāi)展斷層巖壓實(shí)成巖埋深預(yù)測(cè)方法改進(jìn)，對(duì)于正確認(rèn)識(shí)斷層側(cè)向封閉性和指導(dǎo)斷層油氣藏勘探均具有重要意義。

　　1 斷層巖壓實(shí)成巖埋深與相同深度圍巖壓實(shí)埋深之間關(guān)系

　　由于斷層活動(dòng)開(kāi)啟，造成圍巖破碎物質(zhì)落入斷層帶中，并在區(qū)域應(yīng)力及沿?cái)鄬用娴募羟袘?yīng)力作用下使碎屑物質(zhì)顆粒細(xì)粒化，甚至形成斷層泥，它們構(gòu)成了斷層填充物。當(dāng)斷層停止活動(dòng)后，斷層填充物在上覆沉積載荷、區(qū)域主壓應(yīng)力和地下水?dāng)y帶物質(zhì)沉淀膠結(jié)等作用下，逐漸壓實(shí)成巖。

　　斷層巖壓實(shí)成巖埋深并非為其現(xiàn)今埋深，因?yàn)閿鄬油Ｖ够顒?dòng)時(shí)期相對(duì)較晚，壓實(shí)成巖時(shí)期明顯晚于相同深度圍巖的壓實(shí)成巖時(shí)期，且斷層傾斜造成其由上覆沉積載荷重量形成的壓實(shí)成巖壓力又小于相同深度圍巖由上覆沉積載荷重量形成的壓實(shí)成巖壓力，致使斷層巖壓實(shí)成巖埋深明顯小于相同深度圍巖的壓實(shí)成巖埋深。

　　2 改進(jìn)前斷層巖壓實(shí)成巖埋深預(yù)測(cè)方法

　　由相關(guān)文獻(xiàn)可知，改進(jìn)前斷層巖壓實(shí)成巖埋深的預(yù)測(cè)方法是假定斷層巖與相同深度圍巖具有相同的壓實(shí)成巖歷史。基于此，由斷層巖與相同深度圍巖壓實(shí)成巖程度(壓實(shí)成巖壓力與壓實(shí)成巖時(shí)間的乘積)之比與斷層巖與相同深度圍巖孔隙度之比具有的反比關(guān)系，推導(dǎo)便可以得到斷層巖壓實(shí)成巖埋深。

　　計(jì)算公式為：

　　利用三維地震資料確定出斷層巖埋深、停止活動(dòng)時(shí)期、傾角，利用鉆井和測(cè)井資料確定出相同深度圍巖的壓實(shí)系數(shù)，由地質(zhì)年代表確定出圍巖壓實(shí)成巖時(shí)期和斷裂停止活動(dòng)至今時(shí)期的地質(zhì)年齡，將其代入式(2)便可以預(yù)測(cè)出斷層巖壓實(shí)成巖埋深。

　　3 改進(jìn)后斷層巖壓實(shí)成巖埋深預(yù)測(cè)方法

　　由于受到斷層巖與圍巖孔隙度隨埋深變化深部與淺部特征差異的影響，由式(2)難以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出符合地下斷層巖壓實(shí)成巖埋深，故須對(duì)上述斷層巖壓實(shí)成巖埋深的預(yù)測(cè)方法進(jìn)行改進(jìn)，具體方法如下：

　　與上同理，假設(shè)斷層巖與圍巖具有相同壓實(shí)成巖歷史，那么斷層巖的壓實(shí)成巖演化規(guī)律應(yīng)符合圍巖的壓實(shí)成巖演化規(guī)律，即圍巖的壓實(shí)成巖程度與壓實(shí)成巖埋深之間的關(guān)系也應(yīng)是斷層巖的壓實(shí)成巖程度與壓實(shí)成巖埋深之間的關(guān)系。基于上述假設(shè)及原理，由斷層巖目前的壓實(shí)成巖程度，利用所建立的圍巖壓實(shí)成巖程度與壓實(shí)成巖埋深之間的關(guān)系，便可以獲取斷層巖壓實(shí)成巖埋深。

　　3.1 圍巖壓實(shí)成巖程度求取

　　由于圍巖壓實(shí)成巖程度應(yīng)受到其所受到的壓實(shí)成巖壓力、壓實(shí)成巖時(shí)期和泥質(zhì)含量相對(duì)大小的影響，其所受到的壓實(shí)成巖壓力越大、壓實(shí)成巖時(shí)期越長(zhǎng)，泥質(zhì)含量越大，泥巖壓實(shí)成巖程度越高;反之，則泥巖壓實(shí)成巖程度越低。故可以利用圍巖所受到的壓實(shí)成巖程度應(yīng)為其所受到的壓實(shí)成巖壓力、壓實(shí)成巖時(shí)期和泥質(zhì)含量的乘積來(lái)求取圍巖壓實(shí)成巖程度。

　　利用鉆井和測(cè)井資料確定出不同層位圍巖壓實(shí)成巖埋深，利用地質(zhì)年代表便可確定出不同層位圍巖壓實(shí)成巖時(shí)期，利用自然伽馬測(cè)井資料，由相關(guān)文獻(xiàn)中巖石泥質(zhì)含量求取方法便可獲得圍巖不同層位泥質(zhì)含量，將三者代入計(jì)算公式中便可以求取不同層位圍巖壓實(shí)成巖程度，再利用不同層位圍巖壓實(shí)成巖程度與壓實(shí)成巖埋深之間關(guān)系作圖，便可以得到圍巖壓實(shí)成巖程度與壓實(shí)成巖埋深之間關(guān)系。

　　計(jì)算公式為：

　　3.2 斷層巖壓實(shí)成巖程度求取

　　首先利用三維地震資料獲取斷層巖埋深、傾角、停止時(shí)期，利用地質(zhì)年代表確定斷裂停止活動(dòng)至今時(shí)期。再利用斷裂斷距和被其錯(cuò)斷地層巖層厚度及泥質(zhì)含量，求取斷層巖泥質(zhì)含量。最后，求取斷層巖的壓實(shí)成巖程度。

　　斷層巖泥質(zhì)含量計(jì)算公式為：

　　式中，(R_{f}) 為斷層巖泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù);(H_{i}) 為斷裂錯(cuò)斷的第(i)層巖層厚度，m;(R_{i}) 為斷裂錯(cuò)斷的第(i)層巖層泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù);(L) 為斷裂垂直斷距;(i) 為斷裂錯(cuò)斷的第(i)層巖層;(n) 為斷裂錯(cuò)斷巖層數(shù)。

　　斷層巖壓實(shí)成巖程度計(jì)算公式為：

　　式中，(A_{f}) 為斷層巖壓實(shí)成巖程度，MPa·Ma;(Z) 為斷層巖埋深，m;( heta) 為斷層傾角;(T_{0}) 為斷層停止活動(dòng)至今時(shí)期，Ma;( ho_{r}) 為圍巖平均密度，g/cm³。

　　3.3 斷層巖壓實(shí)成巖埋深確定

　　最后由斷層巖目前壓實(shí)成巖程度(A_{f})，從圍巖壓實(shí)成巖程度與壓實(shí)成巖埋深關(guān)系圖中，找到與斷層巖壓實(shí)成巖程度相對(duì)應(yīng)的圍巖壓實(shí)成巖埋深，即為斷層巖壓實(shí)成巖埋深(Z_{f})。

　　4 實(shí)例應(yīng)用

　　本文選取渤海灣盆地南堡凹陷南堡5號(hào)構(gòu)造F3斷層作為應(yīng)用實(shí)例，利用改進(jìn)前后斷層巖壓實(shí)成巖埋深預(yù)測(cè)方法，分別預(yù)測(cè)F3斷層在東三段、東二段和東一段內(nèi)的斷層巖壓實(shí)成巖埋深，并通過(guò)預(yù)測(cè)結(jié)果與目前F3斷層處東三段、東二段和東一段已發(fā)現(xiàn)油氣分布之間關(guān)系和地質(zhì)規(guī)律，闡述改進(jìn)后較改進(jìn)前斷層巖壓實(shí)成巖埋深預(yù)測(cè)方法的合理性。

　　4.1 研究區(qū)概況

　　南堡5號(hào)構(gòu)造是位于南堡凹陷北部的一個(gè)繼承性發(fā)育的北東向背斜構(gòu)造，其上被一系列近南北向的斷裂復(fù)雜化。南堡5號(hào)構(gòu)造處已發(fā)現(xiàn)的地層從下往上有古近系(孔店組、沙河街組和東營(yíng)組)、新近系(館陶組和明化鎮(zhèn)組)和少量第四系。目前已發(fā)現(xiàn)油氣主要分布在東三段、東二段和東一段。

　　F3斷裂是位于南堡5號(hào)構(gòu)造上的一條北東向的正斷層，長(zhǎng)約13.4 km，斷距為70~145 m，傾角平均25°，具有長(zhǎng)期發(fā)育繼承性活動(dòng)特征，從下部沙三段中部向上一直斷至上部明化鎮(zhèn)組，連接了下伏東三段源巖和東三段、東二段和東一段儲(chǔ)層，且在油氣成藏期—明化鎮(zhèn)組沉積中晚期活動(dòng)，應(yīng)是東三段、東二段和東一段的油源斷裂。

　　F3斷裂附近目前已發(fā)現(xiàn)油氣主要分布在東三段、東二段和東一段，且從上至下油氣逐漸增多，這除了受到圈閉和砂體發(fā)育的影響外，主要是受到了F3斷裂在東三段、東二段和東一段內(nèi)斷層巖壓實(shí)成巖埋深(因F3斷層在東三段、東二段和東一段內(nèi)斷層巖泥質(zhì)含量相差不大，其側(cè)向封閉性的差異主要受到其壓實(shí)成巖埋深大小的影響)相對(duì)大小的影響，因此能否準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出F3斷層在東三段、東二段和東一段內(nèi)斷層巖壓實(shí)成巖埋深，對(duì)正確認(rèn)識(shí)F3斷層在東三段、東二段和東一段內(nèi)油氣分布規(guī)律及指導(dǎo)其油氣勘探至關(guān)重要。

　　4.2 參數(shù)確定與預(yù)測(cè)結(jié)果

　　由相關(guān)資料可以得到F3斷層不同地層圍巖壓實(shí)成巖埋深;由地層年代表中讀取不同地層圍巖壓實(shí)成巖時(shí)期;利用自然伽馬測(cè)井資料，由相關(guān)文獻(xiàn)中巖石泥質(zhì)含量求取方法，可以求取不同地層圍巖泥質(zhì)含量;由式(3)便可以得到南堡5號(hào)構(gòu)造不同地層圍巖壓實(shí)成巖程度，再與其壓實(shí)成巖埋深作圖，便可以得到F3斷層處圍巖壓實(shí)成巖程度與壓實(shí)成巖埋深之間關(guān)系。

　　由相關(guān)資料讀取F3斷層在東三段、東二段和東一段內(nèi)埋深分別為3800、3000和2900 m，F(xiàn)3斷層停止活動(dòng)時(shí)埋深約為2320 m，由地質(zhì)年代表可以得到F3斷層停止活動(dòng)時(shí)期距今約為13.3 Ma;由地質(zhì)年代表可以分別得到東三段、東二段和東一段圍巖地層壓實(shí)成巖時(shí)期分別約為28.5、27.3和25.3 Ma;由相關(guān)資料可以得到南堡凹陷圍巖壓實(shí)成巖系數(shù)為0.00047;由相關(guān)資料可以得到F3斷層在東三段、東二段和東一段地層內(nèi)斷層傾角約為25°，將上述參數(shù)代入到式(2)中便可以得到改進(jìn)前方法(式(2))預(yù)測(cè)得到的F3地層在東三段、東二段和東一段內(nèi)斷層巖壓實(shí)成巖埋深分別為1974.4、1267.9和1329.5 m。

　　將上述已確定出的F3斷層在東三段、東二段和東一段地層內(nèi)埋深、斷層傾角和F3斷層停止活動(dòng)至今時(shí)期，再由F3斷層在東三段、東二段和東一段內(nèi)斷距和被其錯(cuò)斷地層巖層厚度及泥質(zhì)含量，由式(4)求取F3斷層在東三段、東二段和東一段內(nèi)斷層巖泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)，分別約為31%、29%和29%;最后由式(5)求取F3斷層在東三段、東二段和東一段地層內(nèi)斷層巖壓實(shí)成巖程度分別約為3.62×10²、2.67×10²和2.58×10² MPa·Ma，再由圍巖壓實(shí)成巖程度與壓實(shí)成巖埋深關(guān)系圖便可以得到改進(jìn)后方法預(yù)測(cè)得到的F3斷層在東三段、東二段和東一段內(nèi)斷層巖壓實(shí)成巖埋深分別約為2450、2350和2300 m。

　　4.3 結(jié)果分析

　　由上述改進(jìn)前后預(yù)測(cè)得到的F3斷層在東三段、東二段和東一段內(nèi)斷層巖壓實(shí)成巖埋深預(yù)測(cè)結(jié)果可以看出，兩者相差較大。改進(jìn)后方法預(yù)測(cè)得到的F3斷層在東三段、東二段和東一段內(nèi)斷層巖壓實(shí)成巖埋深由2450至2350再至2300 m，由大變小，符合F3斷層在東三段、東二段和東一段埋深由3800至3000 m再至2900 m由大變小的變化規(guī)律，表明F3斷層在東三段、東二段和東一段內(nèi)斷層側(cè)向封閉能力(因?yàn)镕3斷層在東三段、東二段和東一段內(nèi)斷層巖泥質(zhì)含量分別為31%、29%和29%，相差不大，其側(cè)向封閉性主要取決于其壓實(shí)成巖埋深相對(duì)大小)由東三段至東二段再至東一段逐漸減弱，與目前F3斷層附近B13井在東三段至東二段再至東一段油氣顯示逐漸減少是相符合的。

　　而改進(jìn)前方法得到的F3斷層在東三段、東二段和東一段內(nèi)斷層巖壓實(shí)成巖埋深分別約為1974.4、1267.7和1329.5 m，除了相對(duì)較小，低估了F3斷層在東三段、東二段和東一段內(nèi)斷層側(cè)向封閉能力外，且F3斷層在東二段內(nèi)斷層巖壓實(shí)成巖埋深小于F3斷層在東一段內(nèi)斷層巖壓實(shí)成巖埋深，與F3斷層在東二段內(nèi)埋深大于F3斷層在東一段內(nèi)埋深不符。由此得到的F3斷層在東二段內(nèi)斷層側(cè)向封閉能力較其在東一段內(nèi)斷層側(cè)向封閉能力弱，與目前F3斷層附近B13井中東二段油氣多于東一段油氣不符。

　　5 結(jié)論

　　(1) 斷層巖壓實(shí)成巖埋深應(yīng)明顯小于相同深度圍巖的壓實(shí)成巖埋深。

　　(2) 通過(guò)斷層埋深、傾角、停止活動(dòng)至今時(shí)期和斷層巖泥質(zhì)含量，確定斷層巖壓實(shí)成巖程度，結(jié)合圍巖壓實(shí)成巖程度隨壓實(shí)成巖埋深之間變化關(guān)系，建立了一套斷層巖壓實(shí)成巖埋深的預(yù)測(cè)方法，改進(jìn)了原來(lái)利用斷層埋深、傾角、停止活動(dòng)至今時(shí)期與其具有相同埋深圍巖壓實(shí)成巖時(shí)期和圍巖壓實(shí)系數(shù)，確定斷層巖壓實(shí)成巖埋深的預(yù)測(cè)方法。

　　(3) 改進(jìn)后方法預(yù)測(cè)得到的渤海灣盆地南堡凹陷南堡5號(hào)構(gòu)造F3斷層在東三段、東二段和東一段內(nèi)斷層巖壓實(shí)成巖埋深分別約為2450、2350和2300 m，明顯大于改進(jìn)前方法預(yù)測(cè)得到的F3斷層在東三段、東二段和東一段內(nèi)斷層巖壓實(shí)成巖埋深(分別約為1974.4、1267.7和1329.5 m)。改進(jìn)后方法較改進(jìn)前方法預(yù)測(cè)得到的F3斷層在東三段、東二段和東一段內(nèi)斷層巖壓實(shí)成巖埋深更符合地質(zhì)規(guī)律和油氣分布。

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