摘要：斷層巖壓實成巖埋深對于準確評價斷層側向封閉性至關重要，以往主要是通過斷層埋深、傾角、停止活動至今時期、相同深度圍巖壓實成巖時期和圍巖壓實系數，預測斷層巖壓實成巖埋深，所得結果偏小難以準確地反映地下的實際情況。為此在斷層巖壓實成巖埋深與相同深度圍巖壓實成巖埋深之間關系的基礎上，對以往的方法進行改進，提出通過斷層巖壓實成巖程度和圍巖壓實成巖程度與壓實成巖埋深之間關系，確定斷層巖壓實成巖埋深的預測方法，并以渤海灣盆地南堡凹陷南堡5號構造F3斷層為例對改進前后方法的預測結果進行對比。結果表明：利用改進后方法預測出的F3斷層在東三段、東二段和東一段內斷層巖壓實成巖埋深分別約為2450、2350和2300 m，明顯大于利用改進前方法預測出的F3斷層在東三段、東二段和東一段內斷層巖壓實成巖埋深(分別約為1974.4、1267.7和1329.5 m)。與改進前方法相比，改進后方法預測出的F3斷層在東三段、東二段和東一段內斷層巖壓實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現的油氣分布，更符合地質規律。

　　關鍵詞：斷層;壓實成巖埋深;預測方法;改進;應用

　　論文《斷層巖壓實成巖埋深預測方法改進及其應用》發表在《中國石油大學學報(自然科學版)》，版權歸《中國石油大學學報(自然科學版)》所有。本文來自網絡平臺，僅供參考。

　　引言

　　隨著油氣勘探的不斷深入，人們對斷層側向封閉性的認識不斷深入。斷層在側向上能否形成封閉，主要取決于斷層巖排替壓力的相對大小，斷層巖排替壓力越大，斷層側向封閉能力越強;反之則越弱。而斷層巖排替壓力相對大小又受到斷層巖泥質含量和壓實成巖埋深的影響，只要能確定出斷層巖泥質含量和壓實成巖埋深，便可以確定出斷層巖排替壓力，據此便可對斷層側向封閉性進行評價。

　　目前斷層巖泥質含量的確定已有有效方法，但斷層巖壓實成巖埋深預測目前尚無切實可行的方法，無法準確預測出地下斷層巖壓實成巖埋深，造成斷層側向封閉性評價結果難以反映地下實際情況。因此開展斷層巖壓實成巖埋深預測方法的改進，對于正確認識斷層側向封閉性和指導斷層油氣藏勘探均具有重要意義。

　　關于斷層巖壓實成巖埋深前人曾做過一定的研究與探討，總結起來主要有以下2種預測方法：第一種預測方法是在假設斷層巖與相同深度圍巖具有相同壓實成巖速率的基礎上，由斷層巖壓實成巖速率(斷層巖壓實埋深除以停止活動至今時期)和相同深度圍巖壓實成巖速率(圍巖壓實埋深除以圍巖壓實成巖時期)相等，利用斷層巖埋深、傾角和停止活動時期預測斷層巖壓實成巖埋深;第二種預測方法則是在假定斷層巖與相同深度圍巖具有相同壓實成巖歷史的基礎上，由斷層巖和相同深度圍巖壓實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系，利用斷層巖埋深、傾角、停止活動時期、與斷層巖相同深度圍巖壓實成巖埋深和圍巖壓實系數預測斷層巖壓實成巖埋深。

　　上述兩種預測方法對正確認識斷層側向封閉性和指導斷層油氣藏勘探起到了重要作用。然而，第一種預測方法假設斷層巖和相同深度圍巖的壓實成巖速率相等是不合適的，因為斷層巖成分及壓實成巖時期均與相同深度圍巖有明顯的差異，造成兩者壓實成巖速率不可能相同，故以此為依據，預測出的斷層巖壓實成巖埋深難以準確地反映地下實際情況。而第二種預測方法假設斷層巖和相同深度圍巖具有相同的壓實成巖歷史，因為斷層巖物質來自于圍巖，只是其壓實成巖時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系預測斷層巖壓實成巖埋深時，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系，用反比關系預測得到的斷層巖壓實成巖埋深效果相對較好，可以較好地反映地下實際情況;而在淺部斷層巖和相同深度圍巖孔隙度為指數關系，變化大，用反比關系預測得到的斷層巖壓實成巖埋深效果相對不好，難以準確地反映地下實際情況。因此，開展斷層巖壓實成巖埋深預測方法改進，對于正確認識斷層側向封閉性和指導斷層油氣藏勘探均具有重要意義。

　　1 斷層巖壓實成巖埋深與相同深度圍巖壓實埋深之間關系

　　由于斷層活動開啟，造成圍巖破碎物質落入斷層帶中，并在區域應力及沿斷層面的剪切應力作用下使碎屑物質顆粒細?；踔列纬蓴鄬幽?，它們構成了斷層填充物。當斷層停止活動后，斷層填充物在上覆沉積載荷、區域主壓應力和地下水攜帶物質沉淀膠結等作用下，逐漸壓實成巖。

　　斷層巖壓實成巖埋深并非為其現今埋深，因為斷層停止活動時期相對較晚，壓實成巖時期明顯晚于相同深度圍巖的壓實成巖時期，且斷層傾斜造成其由上覆沉積載荷重量形成的壓實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成巖壓力，致使斷層巖壓實成巖埋深明顯小于相同深度圍巖的壓實成巖埋深。

　　2 改進前斷層巖壓實成巖埋深預測方法

　　由相關文獻可知，改進前斷層巖壓實成巖埋深的預測方法是假定斷層巖與相同深度圍巖具有相同的壓實成巖歷史?；诖?，由斷層巖與相同深度圍巖壓實成巖程度(壓實成巖壓力與壓實成巖時間的乘積)之比與斷層巖與相同深度圍巖孔隙度之比具有的反比關系，推導便可以得到斷層巖壓實成巖埋深。

　　計算公式為：

　　利用三維地震資料確定出斷層巖埋深、停止活動時期、傾角，利用鉆井和測井資料確定出相同深度圍巖的壓實系數，由地質年代表確定出圍巖壓實成巖時期和斷裂停止活動至今時期的地質年齡，將其代入式(2)便可以預測出斷層巖壓實成巖埋深。

　　3 改進后斷層巖壓實成巖埋深預測方法

　　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)難以準確地預測出符合地下斷層巖壓實成巖埋深，故須對上述斷層巖壓實成巖埋深的預測方法進行改進，具體方法如下：

　　與上同理，假設斷層巖與圍巖具有相同壓實成巖歷史，那么斷層巖的壓實成巖演化規律應符合圍巖的壓實成巖演化規律，即圍巖的壓實成巖程度與壓實成巖埋深之間的關系也應是斷層巖的壓實成巖程度與壓實成巖埋深之間的關系?；谏鲜黾僭O及原理，由斷層巖目前的壓實成巖程度，利用所建立的圍巖壓實成巖程度與壓實成巖埋深之間的關系，便可以獲取斷層巖壓實成巖埋深。

　　3.1 圍巖壓實成巖程度求取

　　由于圍巖壓實成巖程度應受到其所受到的壓實成巖壓力、壓實成巖時期和泥質含量相對大小的影響，其所受到的壓實成巖壓力越大、壓實成巖時期越長，泥質含量越大，泥巖壓實成巖程度越高;反之，則泥巖壓實成巖程度越低。故可以利用圍巖所受到的壓實成巖程度應為其所受到的壓實成巖壓力、壓實成巖時期和泥質含量的乘積來求取圍巖壓實成巖程度。

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

　　計算公式為：

　　3.2 斷層巖壓實成巖程度求取

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

　　斷層巖泥質含量計算公式為：

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

　　斷層巖壓實成巖程度計算公式為：

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

　　3.3 斷層巖壓實成巖埋深確定

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

　　4 實例應用

　　本文選取渤海灣盆地南堡凹陷南堡5號構造F3斷層作為應用實例，利用改進前后斷層巖壓實成巖埋深預測方法，分別預測F3斷層在東三段、東二段和東一段內的斷層巖壓實成巖埋深，并通過預測結果與目前F3斷層處東三段、東二段和東一段已發現油氣分布之間關系和地質規律，闡述改進后較改進前斷層巖壓實成巖埋深預測方法的合理性。

　　4.1 研究區概況

　　南堡5號構造是位于南堡凹陷北部的一個繼承性發育的北東向背斜構造，其上被一系列近南北向的斷裂復雜化。南堡5號構造處已發現的地層從下往上有古近系(孔店組、沙河街組和東營組)、新近系(館陶組和明化鎮組)和少量第四系。目前已發現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號構造上的一條北東向的正斷層，長約13.4 km，斷距為70~145 m，傾角平均25°，具有長期發育繼承性活動特征，從下部沙三段中部向上一直斷至上部明化鎮組，連接了下伏東三段源巖和東三段、東二段和東一段儲層，且在油氣成藏期—明化鎮組沉積中晚期活動，應是東三段、東二段和東一段的油源斷裂。

　　F3斷裂附近目前已發現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、東二段和東一段內斷層巖壓實成巖埋深(因F3斷層在東三段、東二段和東一段內斷層巖泥質含量相差不大，其側向封閉性的差異主要受到其壓實成巖埋深大小的影響)相對大小的影響，因此能否準確地預測出F3斷層在東三段、東二段和東一段內斷層巖壓實成巖埋深，對正確認識F3斷層在東三段、東二段和東一段內油氣分布規律及指導其油氣勘探至關重要。

　　4.2 參數確定與預測結果

　　由相關資料可以得到F3斷層不同地層圍巖壓實成巖埋深;由地層年代表中讀取不同地層圍巖壓實成巖時期;利用自然伽馬測井資料，由相關文獻中巖石泥質含量求取方法，可以求取不同地層圍巖泥質含量;由式(3)便可以得到南堡5號構造不同地層圍巖壓實成巖程度，再與其壓實成巖埋深作圖，便可以得到F3斷層處圍巖壓實成巖程度與壓實成巖埋深之間關系。

　　由相關資料讀取F3斷層在東三段、東二段和東一段內埋深分別為3800、3000和2900 m，F3斷層停止活動時埋深約為2320 m，由地質年代表可以得到F3斷層停止活動時期距今約為13.3 Ma;由地質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成巖時期分別約為28.5、27.3和25.3 Ma;由相關資料可以得到南堡凹陷圍巖壓實成巖系數為0.00047;由相關資料可以得到F3斷層在東三段、東二段和東一段地層內斷層傾角約為25°，將上述參數代入到式(2)中便可以得到改進前方法(式(2))預測得到的F3地層在東三段、東二段和東一段內斷層巖壓實成巖埋深分別為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埋深、斷層傾角和F3斷層停止活動至今時期，再由F3斷層在東三段、東二段和東一段內斷距和被其錯斷地層巖層厚度及泥質含量，由式(4)求取F3斷層在東三段、東二段和東一段內斷層巖泥質體積分數，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斷層巖壓實成巖程度分別約為3.62×10²、2.67×10²和2.58×10² MPa·Ma，再由圍巖壓實成巖程度與壓實成巖埋深關系圖便可以得到改進后方法預測得到的F3斷層在東三段、東二段和東一段內斷層巖壓實成巖埋深分別約為2450、2350和2300 m。

　　4.3 結果分析

　　由上述改進前后預測得到的F3斷層在東三段、東二段和東一段內斷層巖壓實成巖埋深預測結果可以看出，兩者相差較大。改進后方法預測得到的F3斷層在東三段、東二段和東一段內斷層巖壓實成巖埋深由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由大變小的變化規律，表明F3斷層在東三段、東二段和東一段內斷層側向封閉能力(因為F3斷層在東三段、東二段和東一段內斷層巖泥質含量分別為31%、29%和29%，相差不大，其側向封閉性主要取決于其壓實成巖埋深相對大小)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。

　　而改進前方法得到的F3斷層在東三段、東二段和東一段內斷層巖壓實成巖埋深分別約為1974.4、1267.7和1329.5 m，除了相對較小，低估了F3斷層在東三段、東二段和東一段內斷層側向封閉能力外，且F3斷層在東二段內斷層巖壓實成巖埋深小于F3斷層在東一段內斷層巖壓實成巖埋深，與F3斷層在東二段內埋深大于F3斷層在東一段內埋深不符。由此得到的F3斷層在東二段內斷層側向封閉能力較其在東一段內斷層側向封閉能力弱，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 結論

　　(1) 斷層巖壓實成巖埋深應明顯小于相同深度圍巖的壓實成巖埋深。

　　(2) 通過斷層埋深、傾角、停止活動至今時期和斷層巖泥質含量，確定斷層巖壓實成巖程度，結合圍巖壓實成巖程度隨壓實成巖埋深之間變化關系，建立了一套斷層巖壓實成巖埋深的預測方法，改進了原來利用斷層埋深、傾角、停止活動至今時期與其具有相同埋深圍巖壓實成巖時期和圍巖壓實系數，確定斷層巖壓實成巖埋深的預測方法。

　　(3) 改進后方法預測得到的渤海灣盆地南堡凹陷南堡5號構造F3斷層在東三段、東二段和東一段內斷層巖壓實成巖埋深分別約為2450、2350和2300 m，明顯大于改進前方法預測得到的F3斷層在東三段、東二段和東一段內斷層巖壓實成巖埋深(分別約為1974.4、1267.7和1329.5 m)。改進后方法較改進前方法預測得到的F3斷層在東三段、東二段和東一段內斷層巖壓實成巖埋深更符合地質規律和油氣分布。

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