國外斷層封閉性研究進(jìn)展課件

國外斷層封閉性研究新進(jìn)展科技信息室2009年12月匯報(bào)人：馬士坤開發(fā)技術(shù)座談會(huì)匯報(bào)提綱、斷層封閉性研究歷程及現(xiàn)狀一、斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)及形成機(jī)制二

、斷裂帶孔滲特征三、斷層封閉性研究方法四、認(rèn)識(shí)與討論五一、斷層封閉性研究歷程及現(xiàn)狀第一階段：20世紀(jì)初~60年代人們對(duì)斷層的認(rèn)識(shí)大致經(jīng)歷了三個(gè)階段：第二階段：20世紀(jì)60~80年代初期Clapp(1910)首次將“斷層”這一概念引入到圈閉中。關(guān)注的焦點(diǎn)：斷層的類型、幾何形態(tài)以及斷層在圈閉中的作用。關(guān)注的焦點(diǎn)：斷層兩盤的儲(chǔ)層并置關(guān)系及泥巖涂抹。Perkins(1961)提出，斷裂地層中存在擠入的泥巖遮擋（后被Weber和Daukoru(1975)稱之為泥巖涂抹）也能形成圈閉。Smith(1966)將毛細(xì)管壓力理論應(yīng)用到斷裂帶的研究中。一、斷層封閉性研究歷程及現(xiàn)狀第三階段：20世紀(jì)80年代后期至今自Smith(1980)和Watts(1987)在其研究成果中引入了“斷層封閉”和“封閉斷層”的概念以后，開啟了斷層封閉性研究的先河。Jenyon（1990）在其長達(dá)400頁的關(guān)于80年代中期及以前有關(guān)石油圈閉研究成果的匯編中，僅有半頁紙和一幅插圖涉及斷層封閉方面的內(nèi)容（參考文獻(xiàn)為Smith和Watts的著作）。

在1995年度石油公司的技術(shù)需求報(bào)告中，國家石油理事會(huì)將斷層封閉分析設(shè)定為勘探開發(fā)研究的熱點(diǎn)。關(guān)注的焦點(diǎn)：斷層封閉性（斷層巖的組構(gòu)、巖石物理特征等）※最新動(dòng)態(tài)：斷層相匯報(bào)提綱、斷層封閉性研究歷程及現(xiàn)狀一、斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)及形成機(jī)制二、斷裂帶孔滲特征三、斷層封閉性研究方法四、認(rèn)識(shí)與討論五二、斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)及形成機(jī)制美國內(nèi)華達(dá)州Aztec砂巖剪切節(jié)理類斷層野外剖面圖(Eric,2005)斷層核部FaultCore碎裂巖斷層巖碎裂巖斷層巖誘導(dǎo)裂縫帶DamageZone原巖HostRock碎裂巖FragmentedRock斷層巖FaultRock1.斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)二、斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)及形成機(jī)制意大利Adriatic–Apulian前陸盆地Mattinata斷裂帶模式圖

AndreaBilli(2005)1.斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷裂帶FaultZone斷層核部誘導(dǎo)裂縫帶斷層泥斷層角礫巖誘導(dǎo)裂縫帶damagezonegougebrecciazonedamagezone誘導(dǎo)裂縫帶斷層面斷層泥斷層角礫巖斷層泥中的斷層角礫巖透鏡體二、斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)及形成機(jī)制MoabFault,191CanyonFoxford等，19982.斷層核部厚度與斷層位移的關(guān)系位移（m）斷層巖厚度（m）二、斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)及形成機(jī)制Childs等，2009厚度/位移（m）位移（m）2.斷層核部厚度與斷層位移的關(guān)系資料來源：J.Walsh，2009年11月二、斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)及形成機(jī)制斷層形成機(jī)制(Davatzes,2005)Splay

fractures3.斷層形成機(jī)制(a)砂巖脆性斷裂―形變帶主控機(jī)制；(b)砂巖脆性斷裂―節(jié)理主控機(jī)制；(c)帶有泥巖涂抹的斷裂結(jié)構(gòu)演化。二、斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)及形成機(jī)制形變帶主控機(jī)制主要產(chǎn)生形變帶、形變區(qū)和滑動(dòng)面。形變帶在遠(yuǎn)離斷裂帶的位置表現(xiàn)為孤立面狀，朝著斷層的方向形變帶數(shù)量增加，在主要滑動(dòng)面周圍的表現(xiàn)為網(wǎng)狀模式（縱橫交錯(cuò)）3.斷層形成機(jī)制二、斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)及形成機(jī)制3.斷層形成機(jī)制節(jié)理主控機(jī)制已有不連續(xù)構(gòu)造（如節(jié)理）的巖層發(fā)生局部剪切作用，導(dǎo)致了在剪切不連續(xù)的端部產(chǎn)生應(yīng)力擾動(dòng)。因早期節(jié)理的循環(huán)剪切作用和新節(jié)理（如張裂隙）的形成而不斷發(fā)生。二、斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)及形成機(jī)制猶他州莫阿比露頭區(qū)小斷層泥巖涂抹(Davatzes,2005)盡管砂巖層內(nèi)表現(xiàn)為形變帶或節(jié)理控制的脆性斷裂，但泥巖層自斷層下盤至上盤仍然保持連續(xù)，只是厚度明顯變薄。因此，自上部砂巖層至下部砂巖層的斷層面是不連續(xù)的，形成了垂向上的轉(zhuǎn)換帶（relayzone）。3.斷層形成機(jī)制在層狀砂泥巖地層中，當(dāng)斷層錯(cuò)動(dòng)時(shí)，斷裂帶內(nèi)容易產(chǎn)生泥巖涂抹，即泥巖巖層被削截、擠壓進(jìn)入斷裂帶，導(dǎo)致沿原泥巖層上下盤斷壁間發(fā)生脆性斷裂的削截砂巖層上形成了層狀的較薄泥質(zhì)層。砂泥巖互層中的泥巖涂抹二、斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)及形成機(jī)制猶他州部分莫阿比斷層系砂泥巖層中不同斷裂機(jī)制作用下的不同斷裂帶構(gòu)造類型3.斷層形成機(jī)制二、斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)及形成機(jī)制在砂巖層中，形變條帶類斷層很常見。節(jié)理主控機(jī)制產(chǎn)生的構(gòu)造疊加在形變帶之上，形成了復(fù)雜的斷層幾何形狀。在上盤褶皺砂層中也可見到形變帶，并且有節(jié)理疊加在形變帶之上。3.斷層形成機(jī)制匯報(bào)提綱、斷層封閉性研究歷程及現(xiàn)狀一、斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)及形成機(jī)制二、斷裂帶孔滲特征三、斷層封閉性研究方法四、認(rèn)識(shí)與討論五三、斷裂帶孔滲特征碎裂巖原巖經(jīng)過高度應(yīng)變的碎裂巖斷層巖美國內(nèi)華達(dá)州不同變形程度的Aztec砂巖組分鏡下觀察離斷層越近，孔隙度和滲透率越高，而在斷層巖處兩者驟然變小，而且斷層巖的滲透率在垂直于斷面的方向上最低。碎屑巖儲(chǔ)層內(nèi)單相滲透率分布概念模型三、斷裂帶孔滲特征美國內(nèi)華達(dá)州Aztec砂巖樣品的孔隙度、空氣滲透率縮略圖（Eric等，2005）（1）相對(duì)于原巖平均孔隙度，斷層巖的孔隙度降低，但變化不大；而碎裂巖孔隙度增大。（2）斷層巖滲透率比原巖滲透率中值低大約1到3個(gè)數(shù)量級(jí)。（3）從原巖到碎裂巖再到斷層巖粒徑中值依次降低。從原巖到碎裂巖分選性變差，但從碎裂巖到斷層巖分選性變好。三、斷裂帶孔滲特征馬來西亞沙撈越米里機(jī)場路露頭區(qū)5條斷層測得的形變帶出現(xiàn)頻率(RasoulSorkhabi,2005)距斷層滑動(dòng)面越近，形變帶數(shù)目越多。遠(yuǎn)離滑動(dòng)面的原巖中的形變帶具有孤立的特點(diǎn)，但在斷裂帶中形變帶相互交錯(cuò)形成網(wǎng)狀格局三、斷裂帶孔滲特征馬來西亞沙撈越米里機(jī)場路露頭區(qū)6斷層測得的滲透率分布圖和形變帶頻率分布圖(RasoulSorkhabi,2005)隨著斷裂帶內(nèi)形變帶數(shù)量(DBs)的增加，斷裂帶滲透率降低三、斷裂帶孔滲特征匯報(bào)提綱、斷層封閉性研究歷程及現(xiàn)狀一、斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)及形成機(jī)制二、斷裂帶孔滲特征三、斷層封閉性研究方法四、認(rèn)識(shí)與討論五四、斷層封閉性研究方法反映斷層封閉性分析流程的魚骨圖

斷層封閉性分析方法：Mitra，1988Allard，1997Knipe等，1997目前已經(jīng)提出了多種綜合的系統(tǒng)分析方法Skerlec，1999Grauls等，2002Jones和Hillis

2003四、斷層封閉性研究方法Allan(1989)提出了一項(xiàng)研究斷層并置的有效方法，該方法在一個(gè)斷層面（延斷層面走向）建立斷層下盤和上盤沉積層的并置關(guān)系，所得的結(jié)果圖為斷層面剖面，簡稱Allan圖。1.斷層并置分析法—Allan圖四、斷層封閉性研究方法馬來西亞沙撈越海Temana油田O斷層中Allan模式巖性并置圖1.斷層并置分析法—Allan圖四、斷層封閉性研究方法馬來西亞沙撈越海Temana油田斷層O中Allan模式CCR剖面圖1.斷層并置分析法—Allan圖四、斷層封閉性研究方法猶他州莫阿比斷層斷面平面圖1.斷層并置分析法四、斷層封閉性研究方法Knipe(1992)在北海ULA油氣田的綜合分析工作中對(duì)Allan圖作了改進(jìn)，使之能解決北海油氣田許多實(shí)際問題，尤其是油氣藏的不連續(xù)性。

并置圖，是將一個(gè)斷面的切片繪制成三角形，其中橫軸代表斷層斷距（從0至研究區(qū)域內(nèi)的最大斷層斷距），圖中左側(cè)的縱軸代表斷層上升盤（斷層下盤）的地層厚度（深度剖面），下降盤（斷層上盤）的地層剖面按照不同的斷距覆蓋在三角形之上。1.斷層并置分析法—三角圖KipCerveny(2004)Knipe(1992)四、斷層封閉性研究方法綜合了地層、測井、取心資料等斷層巖信息的并置圖1.斷層并置分析法—三角圖KipCerveny(2004)四、斷層封閉性研究方法2.泥巖涂抹參數(shù)（1）泥巖涂抹系數(shù)

（ShaleSmearFactor）SSF=斷距/泥巖層厚度=T/L

SSF<7Lindsayetal.,1993

（2）斷層泥比率（ShaleGougeRatio）SGR=Σ(泥巖層厚度/斷距)×100%=Σ(L/T)×100SGR>20%

Yieldingetal.,1997

四、斷層封閉性研究方法2.泥巖涂抹參數(shù)四、斷層封閉性研究方法（5）砂泥涂抹比率

（SmearGougeRatio）SMGR=砂巖總厚度/泥巖層厚度=Σ(S/L)

SMGR<2（似乎國內(nèi)尚未應(yīng)用該參數(shù)）（4）粘土含量比（ClayContentRatio）CCR=Σ(總厚度×粘土含量)/斷距×100=[Σ(L+S)ΣC]/T×100

CCR>20%（3）粘土涂抹潛力（ClaySmearPotential）CSP=Σ(泥巖層厚度2/涂抹距離)=Σ(L2/D)

CSP<10Weberetal.,19782.泥巖涂抹參數(shù)四、斷層封閉性研究方法(a)典型泥巖涂抹模型（兩個(gè)脆性單元夾一個(gè)塑性單元）；(b)兩層體系：下部為厚層砂巖，上部為以泥巖為主的地層。影響因素：斷距、原泥巖層厚度、與原泥巖層的距離、斷層幾何形狀、地層形狀等。2.泥巖涂抹參數(shù)（6）泥巖涂抹厚度（shalesmearwidth/thickness）四、斷層封閉性研究方法隨著與上盤原泥巖層距離（dsl）的增加，泥巖涂抹的寬度單調(diào)遞減，即形成了連續(xù)的泥巖涂抹。通常，這些曲線都呈漸近線形狀，表明薄層泥巖涂抹（幾米厚）在斷層核部能延伸很長距離，并且在厚度上呈略微變薄的錐形。當(dāng)與上盤原泥巖層的距離接近斷距（T）時(shí)，泥巖涂抹的寬度達(dá)到最小值。猶他州莫阿比斷層斷距標(biāo)準(zhǔn)化的泥巖涂抹寬度變化和與上盤原泥巖層距離(dsl)關(guān)系圖（b）BrushyBasin段（c）SaltWash段（d）Morrison組所有單元2.泥巖涂抹參數(shù)四、斷層封閉性研究方法Childs等，2007（7）泥巖涂抹概率

（

ProbabilisticShaleSmearFactor）PSSF=1-（T×（SSFc-1）/（D-T））2.泥巖涂抹參數(shù)四、斷層封閉性研究方法愛侶灣凝析氣田5條斷層的粘土含量比(CCR)

(Tokio,2005)2.泥巖涂抹參數(shù)應(yīng)用（之一）——單一參數(shù)愛侶灣凝析氣田5條斷層的泥巖涂抹系數(shù)(SSF)(Tokio2005)

四、斷層封閉性研究方法馬來西亞沙撈越海Temana油田斷層O中SSF與斷距及各泥巖涂抹參數(shù)交會(huì)圖2.泥巖涂抹參數(shù)應(yīng)用（之二）—兩兩參數(shù)四、斷層封閉性研究方法(Yielding,2002)2.泥巖涂抹參數(shù)應(yīng)用（之三）—參數(shù)與并置綜合斷層泥比率（SGR)與并置關(guān)系綜合分析判斷斷層封閉性四、斷層封閉性研究方法上述參數(shù)無法判斷當(dāng)前應(yīng)力狀態(tài)下斷層或斷層某一段的封堵性或滲漏特征。Ferrill等人(1999)提出了斷層滑脫趨勢(SlipTendency)Ts和膨脹趨勢(DilationTendency)Td的概念可以用來評(píng)價(jià)地下應(yīng)力條件下斷層封閉的相對(duì)強(qiáng)弱正斷層二維應(yīng)力場體現(xiàn)滑脫趨勢和擴(kuò)張趨勢的概念模型3.斷層滑脫趨勢與膨脹趨勢四、斷層封閉性研究方法馬來西亞沙撈越Temana油田O斷層的斷層面滑脫趨勢和擴(kuò)張趨勢(Shutaro,2005)斷層面滑脫和擴(kuò)張趨勢剖面圖指示了在同一時(shí)期應(yīng)力狀況下由于剪切或拉張作用破壞的斷層相對(duì)較強(qiáng)或較弱部位。該信息對(duì)預(yù)測開發(fā)階段斷層面隨地下流體壓力變化的動(dòng)態(tài)十分重要。

3.斷層滑脫趨勢與膨脹趨勢四、斷層封閉性研究方法斷層封閉概率（FaultSealProbability）

0.7＜PFS＜1.0并置封閉0.5＜PFS＜0.7泥巖涂抹封閉0.3＜PFS＜0.6可能存在滲漏0.0＜PFS＜0.3砂砂對(duì)接綜合：泥巖涂抹參數(shù)、并置關(guān)系、斷層埋深、斷層厚度及應(yīng)力參數(shù)4.斷層封閉概率四、斷層封閉性研究方法Sorkhabi等(2003)提出了一種斷層封堵失效概率(fault-sealfailureprobability)算法(FSFP)：該方法將CCR與當(dāng)前應(yīng)力狀態(tài)下斷層的滑動(dòng)趨勢或膨脹趨勢綜合在一起。斷層封堵失效概率的范圍是0～1，1表示斷層封堵因斷層滑脫(FSFP滑動(dòng))或膨脹(FSFP膨脹)而失效的最大概率。CCR表示粘土含量比；Ts

是滑動(dòng)趨勢；Ds是膨脹趨勢。CCR、Ts和Ds的極大值是各組數(shù)據(jù)中最大的數(shù)值(即粘土含量比，Ts和Ds除以其最大值，商為各參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值)。5.斷層封堵失效概率四、斷層封閉性研究方法泰國愛侶灣凝析氣田E-16的斷層封堵失效概率(TokioKachi,2005)

5.斷層封堵失效概率匯報(bào)提綱、斷層封閉性研究歷程及現(xiàn)狀一、斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)及形成機(jī)制二、斷裂帶孔滲特征三、斷層封閉性研究方法四、認(rèn)識(shí)與討論五五、認(rèn)識(shí)與討論1.國外的野外地質(zhì)研究程度馬來西亞沙撈越米里機(jī)場路露頭區(qū)5條斷層測得的形變帶出現(xiàn)頻率(RasoulSorkhabi,2005)每隔5cm取1個(gè)觀測點(diǎn)五、認(rèn)識(shí)與討論斷層核部（faultcore）：石油辭典上沒有該詞組的對(duì)應(yīng)譯文，兩個(gè)單詞組合可翻譯成斷層核，斷層中心，斷層中心部位等，與多位地質(zhì)專家討論后認(rèn)為用“斷層核部”可能更容易理解一些。斷層核部相當(dāng)于我們以前講的斷裂帶、斷層帶（faultzone）或破裂帶（fracturebelt,fracturezone）或破碎帶（crushedzone，fracturedzone），國外學(xué)者所提的破碎帶(或叫碎裂帶)(fragmentedrock)，相當(dāng)于我們以前說的斷層角礫巖帶，該帶與斷層巖帶（磨棱巖帶）構(gòu)成斷層核部。——斷層核部2.國外近幾年的一些新名詞討論五、認(rèn)識(shí)與討論美國內(nèi)華達(dá)州Aztec砂巖剪切節(jié)理類斷層野外剖面圖(Eric,2005)斷層核部FaultCore碎裂巖斷層巖碎裂巖斷層巖誘導(dǎo)裂縫帶（DamageZone）斷裂帶FaultZone斷層核部誘導(dǎo)裂縫帶斷層泥斷層角礫巖誘導(dǎo)裂縫帶damagezonegougebrecciazonedamagezone辭典：污染帶（區(qū)）。有人根據(jù)表面意思譯成：損害帶、破損帶、破碎帶？？——誘導(dǎo)裂縫帶2.國外近幾年的一些新名詞討論——形變帶與形變條帶2.國外近幾年的一些新名詞討論五、認(rèn)識(shí)與討論傳統(tǒng)意義上的斷層形變帶斷層形變帶主要發(fā)生在孔隙性或完全未膠結(jié)的顆粒物質(zhì)中，應(yīng)變過程中伴隨著形變界面的輕微起伏波動(dòng)。在變形的應(yīng)變強(qiáng)化過程中，孔隙度下降，顆粒旋轉(zhuǎn)，甚至破碎。變形帶deformationbands（Aydin1978