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断层封闭性研究现状及发展趋势
矿谱10级S100010139徐满
一 前言
在油气成藏理论研究与勘探实践中，断层封闭性研究历来是是石油地质学家研究的热点和难点。早在20世纪60年代，人们就开始尝试对断层封闭性进行评价，Smith D A（1966年）首先提出了断层封闭性判别的砂泥对接模型[1]，继Engelder J T研究了碎裂作用与断层泥生成关系之后[2]，Weber K J（1978年）等利用环形剪切试验证实了断层泥存在与分布[3]，Smith D A（1980年）通过野外地质观察与样品测试，证明了泥岩涂抹层具有较强的封闭能力[4]．以此为基础，Bouvier J A（1989年）等提出了泥岩涂抹势（CSP）的概念及其计算方法[5]，Lindsay A G（1993年）等提出了泥岩涂抹因子（SSF）概念及其计算方法[6]，在此期间，Allan U S（1989年）以砂泥对接封闭为理论基础，提出了利用断面剖面图解法研究断层两盘砂泥对接状态的概念模型[7]．到目前为止，人们主要的一些主要认识有有：(1) 明确断层封闭的本质因素是差异排替压力；（2）指出断层封闭性具有侧向和垂向的双向性（3）确认砂泥对接和泥岩涂抹可以使断层形成侧向封闭；（4）提出影响砂泥对接和泥岩涂抹层分布的地质因素；（5）对于封闭的机理、封闭类型、封闭性影响因素等有了比较深入的认识（6）
基于对封闭机理 封闭性影响因素的认识，人们也不断的探索了一些评价断层封闭性的方法，并且由定性的评价不断地向精细化的定量评价发展。随着人们认识的不断深入，将会运用多学科、多手段研究，进行断层的物理模拟与数值模拟深入刻画断裂带内部的地质结构和断层岩的破坏程度。总而言之，断层是石油地质不可回避的问题，随着人们对断层封闭性的研究的深入，会对断层控制油气的运移和成藏有更深入的认识，为油气勘探提供新的思路，开拓新的勘探领域。
二 详述
自从1966年Smith D A 发表的第一篇关于断层封闭性研究论文到现在，人们对断层封闭性研究已经经历了四十多年的探索，在这四十年里人们对于断层的封闭性的认识不断深入并且取得了丰硕的认识。
首先是对断层封闭机理的认识。断层封闭性是指断层对油气运移的阻滞能力，其大小具有定量属性，只有定量描述才能科学表征这一自然属性．断层封闭性分为垂向封闭性和侧向封闭性，分别表示断层在垂向上和侧向上阻滞油气运移
的能力．根据断层带内部结构研究，可归纳为3种情况：一是断裂内部无充填物质；二是断裂内部有断层岩充填；三是断层裂缝不愈合．无论是哪种情况，断层封闭与否或封闭能力如何，其本质因素在于差异排替压力．断裂内部无充填物时，断层的侧向封闭能力取决于目的盘储层与对置盘地层排替压力差，如果对
置盘排替压力大于目的盘储层排替压力，断层侧向封闭，其封闭能力取决于二者排替压力差，因此，当目的盘储层与对盘非渗透层对置时，断层具有强封闭性；断层的垂向封闭能力取决于断层裂缝的愈合程度，如果裂缝的排替压力大于储层排替压力，断层垂向封闭，其封闭能力取决于二者排替压力差．当断裂内有充填物时，断层的垂、侧向封闭能力取决于断裂充填物与目的盘储层的排替压力差．无论有否断裂充填，只要有裂缝存在，裂缝是沟通上部储层或侧向储层的重要通道，除非裂缝紧闭或被矿物充填，使其排替压力大于目的储层排替压力，断层才具有封闭能力；否则，断层开启。排替压力是一个相对的概念，因此断层的封闭性也是具有相对性的。
其次人们对于影响断层封闭性的因素及其评价方法做了大量的研究。影响断层封闭性的因素有以下几个方面：
1断层岩的泥质含量；
在相同成岩程度的情况下，泥质含量越高，断层岩的孔隙越小，排替压力越大．断层岩的泥质含量与所错断地层的泥质含量有关，如果所错断的地层为大套泥岩层段，断裂充填物以泥质成分为主，形成的断层岩为泥质岩；如果所错断的地层为大套的砂质岩层段，断裂充填物以砂质成分为主，形成的断层岩为砂质岩；如果所错断的地层为砂泥岩薄互层段，断裂充填物中既有砂岩碎屑，也有泥岩碎屑，二者的成分比例取决于被错断地层中的砂泥岩层的厚度比例．段层岩中的泥岩含量与净厚度与毛厚度比率（这里指净砂岩的厚度占整个目的层段厚度的多少。地层中非储集层的百分率和分布标志塑性涂抹或注入断层带的可能性。）和断距（断距大,断层带物质遭受的摩擦强,形成断层泥的机会就多,容易形成好的封闭物。但是如果断距超过区域盖层的厚度,就有可能造成垂向不封闭。）[8].其评价的方法主要是利用ＳＧＲ法断层岩是由泥岩碎屑和不同泥质含量砂岩碎屑混杂堆积而成的，其封闭能力主要取决于断层岩的泥质含量。
2断层岩的成岩程度；
在泥质含量相同的情况下，断层岩的成岩程度越高，其渗透能力越差，断层封闭性越好．断层岩的成岩程度取决于断层岩处断面所受到的正岩压力，在区域
应力为张性应力的环境下，该正压力即为静岩压力在断面上的垂直分力，这个力取决于断面的埋深和断层倾角，即断层埋深越大，断层倾角越小，断点处断层岩承受的压力越大，断层岩的成岩程度越强．因此，断层岩的成岩程度主要取决于断层岩的埋深和断层倾角［9］．另外胶结作用有利于断层封闭，特别是对断裂带伴生的次级破裂网络的封闭是极其重要的。正断层的断面易形成更多的张裂隙,由于形成正断层体系的区域构造应力场通常为拉张性的,不能提供足够的挤压力使裂隙愈合。这类裂隙的闭合需由“焊接”来实现“,焊接物”可以是塑性的泥岩涂抹层[11],也可以是断裂带内因化学沉淀、矿化作用、成岩作用形成的致密物质,以及石油氧化降解后残留的重油及沥青等,这些物质都会降低断裂带的渗透性,形成为有效的断面封闭[10]。在这方面定量的评价有一定的难度，因为断层破碎带的成岩作用在不同的深度，不同的温压条件，和不同的应力条条件下是不一样的。因此有待进一步做深入研究。
3 断层的应力状态；
最大水平主压应力方向与断层走向夹角越大,断层封闭性越好,反之越差。根据现场经验,二者夹角为90～67.5°时封闭性最好,为67.5～45°时封闭性好;为45～22.5°时封闭性较差,为22.5～0°时不具封闭性,可作为渗流通道。在不同部位和不同层位,断层的走向和现今最大水平主压应力方向都会发生变化,二者夹角相应改变,因此必须分部位、分层位评价断层封闭性。此外断面某点上覆地层造成的重力中垂直于断面的压应力分量和相应深度最大水平主压应力垂直于断面的压应力分量之和大于或等于该处岩石的抗压强度时,断面处裂隙闭合或压紧、研磨断面物质,有利于增强断层封闭性,反之不利于断层封闭。正断层因沿破碎带发育许多张裂隙,其封闭性通常比扭断层和逆断层差。逆断层体系是挤压应力场作用的产物,多次构造挤压作用可提供足够大的压力使裂隙闭合,或碾磨断裂带物质,增强断层封闭能力,因此其封堵性优于正断层。逆断层断面弯曲,正断层断面多为锯齿状,二者的破碎带都宽。扭性断层断面平直,破裂带窄,水平滑动距离比逆断层、正断层要长,断层两盘地层彼此摩擦作用强,形成断层泥封堵或薄膜封堵的可能性大,因此比逆断层、正断层封闭性要好。
4断层的活动强度；
断层活动强度可以用断层断距、断层年龄和断层活动速率来表征。断距大,断裂带物质遭受的碾磨作用强,容易形成断层泥,横向封闭性好,但如果断距大于区域盖层的厚度,其纵向封闭性会很差;若断距太小,断面不易形成封闭物质,横向
封闭性会很差。在相同条件下,生长断层比非生长断层的封闭性要好,因为未充分固结的泥岩很可能沿断面涂抹,利于形成薄膜封闭。年轻断层或重新复活的断层,尤其在断开不整合面或浅部储集层时,近代活动性越大纵向封闭能力越差[7]。研究珠江口盆地区域性盖层沉积后和主要排烃期之后断层活动速率与断层封闭关系的结果[1],能够封闭油气的断层活动速率一般不大于11.1m/Ma,而活动速率较大(10.5～127.8m/Ma)的断层一般封闭性较差。
目前定量评价断层封闭性的方法主要有以下几个方面： 1 砂泥岩对接概率法
首先，对研究区已钻井资料进行剖面沉积相划分，统计每一种相的泥地比值，计算小层厚度分布，得到一系列不同泥地比值的小层厚度分布模型．然后，利用地震资料作断面剖面图，并划分目的盘与对置盘沉积相，计算各相泥地比值，选择该相该泥地比值下的小层厚度分布模型，建立断层两盘地层柱状图，计算砂泥对接概率，可得到目的盘砂岩层被对置盘泥岩层封堵的总厚度．如果目的层段内大部分砂岩被对置盘泥岩封堵的概率高，则说明该段内断层侧向封闭性好[11]。
2 ＳＧＲ法；
ＳＧＲ法是一种断层岩封闭型断层侧向封闭性定量评价方法[12]．断层岩是由泥岩碎屑和不同泥质含量砂岩碎屑混杂堆积而成的，其封闭能力主要取决于断层岩的泥质含量，其ＳＧＲ公式：
SGR=∑H0/L×100% （Ｈ0研究层段中泥岩层总厚度，Ｌ为断层的垂直断距．）
3断储排替压力差
根据断层封闭性形成机理分析，评价砂泥岩薄互层段内断层封闭性的实质是计算断层岩的排替压力，断层岩的排替压力取决于断层岩的碎屑物质组成或泥质含量及断层岩的成岩程度．断层岩的成岩程度取决于断点所承受的断面压力，断面压力受控于断点埋深和断层倾角．如果能计算出断层岩的泥质含量和所承受的断面压力，可将该泥质含量和该断面压力下的断层岩看成是具有该泥质含量并承受着与该断面压力相同的静岩压力的沉积地层，如果获取了该泥质含量地层并承受该静岩压力沉积地层的排替压力，此排替压力即可看成是该断层岩的排替压力．该排替压力减去储层的排替压力，如果为负值，断层开启；如果为正值，断层封闭，其封闭能力为二者排替压力差．
4 断层连通概率法；
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