加權斷層泥比率法(WSGR)定量判別斷層封閉性
——以蘇北盆地高郵凹陷永安地區為例

李儲華,于雯泉,丁建榮

1.中國石化 江蘇油田分公司 勘探開發研究院,江蘇 揚州 225009;2.中國石化 江蘇油田分公司 科技裝備部,江蘇 揚州 225009

斷塊油藏目前仍然是蘇北等中國東部盆地勘探挖潛的重要油藏類型之一[1-3],良好的斷層封閉性是斷塊圈閉成藏的關鍵條件,因此,斷層封閉性評價是斷塊圈閉成藏分析的重要內容。在生產實踐中,很多學者專家根據斷層封閉機理、影響因素以及技術手段對斷層封閉性進行了分析,形成了多種斷層封閉性評價方法[4-35],這些方法既有定性分析,如巖性對置法等[4-6,13,26],又有定量判別,如泥巖涂抹法等[4-12,14-17],評價方法總體表現出從定性分析向定量判別發展、評價對象從簡單理想化到復雜具體化發展的趨勢。不同的方法具有不同的優缺點,前人開展了深入研究,在此不一一贅述。其中泥巖涂抹法是針對斷層對置盤為砂泥巖地層、具有泥巖涂抹性質的一類封閉性定量判別方法,這已被大多數專家認可,并已根據不同側重點提出了多種泥巖涂抹計算方法來判別斷層封閉性,包括泥巖涂抹勢(CSP)、泥巖涂抹因子(SSF)、斷層泥比率(SGR)等[4-12,14-17]。一般情況下,這些方法能較好地表征泥巖涂抹程度,且具有簡潔實用的特點,在斷層封閉性判別中應用效果較好。然而,這些方法在評價封閉性過程中存在計算參數較簡單、判別誤差較大等問題,如斷層泥比率法,難以滿足不同具體特征的斷層封閉性評價需求,在應用中存在一定局限性[27]。

本文優選斷層泥比率法在封閉性判別中同樣發現存在誤差較大等問題,針對這些問題開展了計算參數及影響因素等分析,改進并構建新的計算方法,這種新的計算方法在實際應用中取得較好效果。

1 斷層泥比率法判別方法及影響因素

1.1 斷層泥比率法判別方法

一般認為泥巖涂抹是斷層活動的產物,泥巖涂抹的地方除了巖屑混雜、顆粒細小外還具有明顯的定向排列結構,這種定向排列將大大增加排替壓力,具有良好的封擋能力,是斷層封閉機制之一[4-12,14-17]。泥巖涂抹能夠較好地解釋對置盤為砂泥巖互層的目標位置所處的斷層仍具有較好封閉性的現象。斷層泥比率法就是基于泥巖涂抹機制,表征泥巖涂抹程度的斷層封閉性定量計算方法之一[4-12,14-17]。

在砂泥巖互層的地層中,泥巖涂抹程度與各層的泥質含量和厚度有關[11-12],斷層泥比率法(SGR)公式可表達為:

(1)

式中:Vshi為第i層泥質含量,小數;hi為被斷開的第i層泥巖厚度, 單位m;L為斷層斷距,單位m。

SGR較好地表征了斷距范圍內斷層泥質含量與封閉性的相關性,根據 YIELDING等[12]的觀點,用SGR區分斷層是否封閉的門限值為25%～30%,其值越大,封閉性越好。在實際應用中,一般將SGR值大于60%作為封閉性的判別界限[15-16]。

1.2 斷層泥比率法影響因素

從SGR公式來看,在砂泥巖互層地區,其計算參數只有兩個:泥質含量和泥巖厚度。認為形成泥巖涂抹的影響因素只與斷距范圍內的累計泥質含量的大小有關;并將累計的泥巖含量看作一個泥巖涂抹整體,與泥巖分布的具體位置無關。很明顯,利用巖性對置等方法判別,泥巖集中分布在上部地層的封閉性相當于儲層與泥巖段直接對接,封閉性良好(圖1a);而集中分布在下部斷層封閉性屬于儲層與滲透性砂巖對接,一般來說封閉性明顯較差(圖1b)。但斷層泥比率法對這兩種情況的計算值是相同的,認為兩種情況的封閉性是一致的,很顯然與實際分析有明顯不同。因此,各層泥巖距離目標位置的分布也是影響泥巖涂抹的重要因素,而斷層泥比率法沒有考慮泥巖的分布特征,在泥巖分布均勻的區域斷層泥比率法判別封閉性是有效的(圖1c);但在泥巖分布不均勻或分布特征差別較大的區域(圖1a,b,d),其形成的泥巖涂抹層也必然存在差異,斷層泥比率法將不能適用這些情況。

圖1 泥巖涂抹影響因素地質模型

通過以上分析認為,影響泥巖涂抹程度的因素有3個:斷層斷距、泥質含量、泥質分布特征。SGR簡單地把各層累計泥質含量看作一個整體,沒有考慮距離不同點的泥巖在形成泥巖涂抹層中的貢獻差異,適用范圍較局限,需要引入能夠反映泥巖分布特征的參數來改進斷層泥比率法。

2 加權斷層泥比率法

2.1 引入距離系數

為了表征泥巖距離目標位置遠近對泥巖涂抹的貢獻大小,我們引入了距離系數(D),定義為斷層斷距與泥巖到目標位置距離的差與斷層斷距的比值。其公式為:

Di=(L-Li)/L

(2)

式中:Di為第i層泥巖的距離系數;L為斷層的斷距,單位m;Li為泥巖到目標位置的垂直距離,單位m。

距離系數值越大,表明泥巖與目標位置的距離越近、滑過目標位置的時間越晚,泥巖對目標位置涂抹的貢獻越大;而距離越遠的泥巖滑過得越早,會被后來滑過的地層改變其涂抹層,對目標位置的貢獻越小。

2.2 構建加權斷層泥比率法

結合地質分析模型,認為滑過目標位置的每個點都具有涂抹貢獻,滑過目標位置的泥質含量越高、距離越近,貢獻越大;距離目標位置越遠,泥巖的涂抹會被后來滑過的泥巖涂抹所改變,對目標位置涂抹的貢獻越小。這樣,以該點的泥質含量與距離系數的乘積作為一個涂抹參數,把經過該目標位置的涂抹參數累加,能較好表征經過目標位置的涂抹程度。同時,為了不同斷距的對比,對參數之和進行歸一化處理,即除以距離系數之和,改進了斷層泥比率法,相當于在斷層泥比率法公式中引入了反映泥巖分布特征的加權值——距離系數,構建了加權斷層泥比率法公式(WSGR)。

將加權斷層泥比率法定義為各點的泥質含量(Vsh)與該點距離系數的乘積(Li/L)之和再與距離系數之和的比值,表征了不同距離的泥質含量對目標位置的疊合涂抹程度。公式如下:

(3)

式中:Vshi為經過目標位置點A斷距范圍內的第i點的泥質含量,小數;L為斷距,單位m;Li等為斷距范圍內第i點泥質含量到某點A的距離, 單位m(圖1a,b);n為所有的點數;(L-Li)/L為第i點的距離系數,反映第i點對目標位置涂抹的貢獻大小。

WSGR用斷距范圍內地層各點的泥巖含量與距離系數乘積之和來代替泥巖的累計厚度,用距離系數之和代替斷距;其計算值越大,表明不同距離的泥質含量對目標位置的疊合涂抹程度越強,反之越弱,該公式能夠適應各種泥巖分布的斷層封閉性評價。

3 實例應用

蘇北盆地高郵凹陷以斷塊油藏為主。圍繞斷塊成藏條件分析,前人開展了大量研究斷層封閉性研究工作[26-28]。但高郵凹陷上含油氣系統的控藏斷層在縱向上不同層段的封閉性存在差異,造成油水關系復雜,WSGR較好地解決了縱向封閉性變化的難題。本文首先應用WSGR對高郵凹陷上含油氣成藏系統已知的油水層進行封閉性驗證,確定WSGR的斷層封閉性判別標準,并以蘇北盆地高郵凹陷永安地區為例進行封閉性判別應用。

3.1 區域地質概況

高郵凹陷位于蘇北盆地東臺坳陷中部。晚白堊世以來,高郵凹陷經歷了多期構造運動,其中儀征構造運動事件奠定了高郵凹陷的晚白堊世—新生代盆地的基底,之后又經歷了吳堡、三垛等兩次較大的構造運動事件,對高郵凹陷的沉積格局和構造格局均有較大的影響[1]。平面上,按構造單元可劃分為北部斜坡帶、中央深凹帶和南部斷裂帶(圖2a),縱向上,這三次構造運動事件所對應的不整合面上、下地層中均發生了較大的變化,將沉積地層劃分為下、中和上3個構造層,并結合烴源巖與儲蓋配置關系,形成下、中和上3套含油氣系統(圖2b)[1,36-37]。

圖2 蘇北盆地高郵凹陷構造單元劃分及含油氣系統

3.2 確定封閉性判別標準

利用WSGR對上含油氣系統E2d、E2s為主的高郵凹陷真武、黃玨、富民等地區已知含油斷塊進行主控斷層封閉性判別計算,統計分析加權斷層泥比率值與油水層的對應關系(圖3a)。統計來看,在86個樣品點中,50個油層點和18個油水同層點處在WSGR值大于0.6的范圍;而18個水層點處在WSGR小于0.6范圍內,認為在高郵凹陷上含油氣系統加權斷層泥比率值大于0.6封閉性良好,且判別界限較清晰,從而確定了WSGR的判別標準。

圖3 蘇北盆地高郵凹陷上含油氣系統加權斷層泥比率值(WSGR)、斷層泥比率值(SGR)與油水關系

同時,對比開展了SGR的判別計算,并統計分析了斷層泥比率值與油水層的對應關系(圖3b)。統計來看,雖然整體看斷層泥比率值越大,斷層封閉可能性越高,但缺乏明確的判別界限。對比來看,WSGR是較適合于判斷高郵凹陷上含油氣系統E2d、E2s斷層封閉性的方法。

3.3 應用實例

Y48塊位于高郵凹陷永安地區西南部,戴南組圈閉是由漢留斷層和分支斷層共同控制的斷塊圈閉,地層產狀整體東傾西抬(圖2a,圖4a)。該塊高部位已鉆探成功YX48井,鉆探表明該塊砂巖較發育,以水下分支河道、河口壩砂體為主,該井在E2d具有油水間互的特征,為了增儲上產需要在圈閉東部部署鉆探評價井。分析認為漢留斷層是斷裂帶主干斷層,斷層長期活動并控制沉積,具有明顯同生性,斷層斷距較大,超過300 m,采用對置盤砂地比統計法開展評價認為東西段封閉性差異相對較小,斷層封閉性好;分支斷層斷距小,且東西段斷距存在差異,西段斷距約30 m而東段斷距約50 m。雖然YX48井的成功能夠證實西段斷層封閉性較好,為多套油層提供了封擋條件,但也存在多套水層,表明多個層段封閉性較差,東段斷層封閉性如何需要開展精細評價。

圖4 加權斷層泥比率法(WSGR)定量評價蘇北盆地高郵凹陷Y48塊斷層東段封閉性

圖5 蘇北盆地高郵凹陷Y48塊Y48-1X井鉆探成果與封閉判別對比

4 結論

(1)明確了斷層斷距、泥質含量及泥巖分布特征是泥巖涂抹的重要影響因素。其中泥巖分布對泥巖涂抹具有明顯的影響作用,認為斷距范圍內,滑過目標位置的對置盤所有泥質含量都具有涂抹貢獻,但不同點的貢獻不同,距離目標位置越近、泥質含量越高的對置盤泥巖點,其涂抹貢獻越大。

(2)引入了新的表征參數——距離系數,定義為斷層斷距與該泥巖點到目標位置距離的差與斷層斷距的比值,表征泥巖分布對涂抹程度的貢獻大小。在此基礎上,構建了新的泥巖涂抹計算方法——加權斷層泥比率法,定義為各點的泥質含量與距離系數的乘積之和再與距離系數之和的比值,表征了斷距范圍內不同距離的泥質含量對目標位置的疊合涂抹程度。

(3)形成了高郵凹陷加權斷層泥比率法判別標準,認為當加權斷層泥比率值大于0.6時,斷層具有較好的封閉性,能判別縱向上不同層段的控圈斷層封閉性。

(4)加權斷層泥比率法在高郵凹陷永安等地區始新統戴南組斷層封閉性評價中取得了較好的效果。

利益沖突聲明/Conflict of Interests

所有作者聲明不存在利益沖突。

All authors disclose no relevant conflict of interests.

作者貢獻/Authors’Contributions

李儲華完成研究論證;李儲華、于雯泉完成實際應用;李儲華、于雯泉、丁建榮參與論文寫作和修改。所有作者均閱讀并同意最終稿件的提交。

The study was completed by LI Chuhua. The application was completed by LI Chuhua and YU Wenquan. The manuscript was drafted and revised by LI Chuhua, YU Wenquan and DING Jianrong. All the authors have read the last version of paper and consented for submission.