孙平，郭泽清, ，刘卫红，张林，田继先，张绍胜，曾旭

（1. 中国石油勘探开发研究院廊坊分院；2. 中国石油勘探开发研究院）

0 引言

前人有关断层封闭机理的研究较多，如Watts通过大量研究证实，非渗透地层和储集层对接的岩性封闭是断层封闭的主要机制[1-2]。断层活动过程中，由于拖曳、挤压、研磨和塑性流动等作用，沿断层分布的极细粒、非渗透性泥状物附着在断层面上，增强了断层的封闭性，可用相关参数定量表征，如断层泥比率SGR（Shale Gouge Ratio）和涂抹因子 SF（Smear Factor）[3]、泥岩涂抹因子SSF（Shale Smearing Factor）[4]和泥岩沾污潜力CSP（Clay Smear Potential）[5]等。然而在一些情况下，SGR值极低的砂岩-砂岩对接断层也对流体运移起到了阻碍作用[6-7]，说明岩性封闭之外的其他机制亦能提供有效封闭。Fisher[7]和Doughty[8]等指出，在断层长期活动或地应力较大的地区，断层附近颗粒发生挤压和破碎作用，较粗的断层角砾岩和碎砾岩细化成断层泥，使孔渗性变差，对断层两侧储集层起到了封闭作用。在石英组分含量高的深层砂岩中，断层碎裂作用通常伴生原生石英胶结物，使断层孔隙度和渗透率降低，在泥岩涂抹层不发育的情况下，也能对流体运移起到良好遮挡作用[9]。

构造活动对油气藏具有一定改造和破坏作用，中深层原生油气藏会因此发生改造和调整[10-11]，浅层原生油气藏也会遭受破坏，常形成地表油砂和油苗[12]。因此，通常认为浅层很难形成大规模油气聚集，从而导致油气勘探对中浅层重视程度不够，如从20世纪90年代开始，在柴达木盆地西部（以下简称柴西）狮子沟、南翼山等主要勘探区域，探井主要目的层均为中深层，2 000 m以浅的浅层甚至未录井，导致近20年柴西地区油气勘探无重大突破。2010年以来，在柴西英东一号构造浅层发现高丰度油气田，证实柴达木盆地在断裂发育的中浅层仍能形成规模储量。本文研究英东一号构造浅层油气田成藏模式及断层输导、封堵机理，并据此模式寻找相似有利区域。

1 研究区地质背景

英东一号油气田位于柴西英雄岭西南缘油砂山—大乌斯（包括北乌斯和南乌斯）构造带 3号高点（砂37井附近），主要包括油砂山、南乌斯和北乌斯等地面构造，其西北为尕斯库勒油田、东南邻近乌南油田（见图1）。地震资料解释表明（见图2），英东一号构造是一个受断层切割的小型背斜构造，闭合面积约7 km2。

图1 柴达木盆地西部构造纲要和研究区位置图

图2 英东一号构造过砂37井地震剖面

2010年6月在英东一号构造钻探砂37井，完钻井深1 251 m，自上而下共钻遇上油砂山组（N22）、下油砂山组（N21）两套地层。根据砂 37井含油井段长、油层组多的特点，有针对性地对9个层组进行了试油，其中 8个层组获高产工业油气流，从而拉开了英东地区油气勘探的序幕。紧接着沿构造长轴和东西两翼先后部署实施的2口预探井（砂40井、砂41井）、6口评价井（英东102井—英东107井），以及3口开发试采井（英试1-1井、英试2-1井和英试3-1井）共11口井均获成功。英东一号构造N21和N22油（气）层具有以下特点：单层厚度较薄，但单井纵向油（气）层数多，单井最多有油（气）层 176层；累计厚度大，单井最大累计油（气）层厚365 m。单井平均发育83个油（气）层，平均累计厚度250 m。由此证实英东一号构造N21、N22油气藏是高丰度、长井段、多油气水单元的层状构造油藏。英东一号发现油气田丰度达107t/km2左右，在柴达木盆地50多年的勘探历史上尚属首次。

2 断层“上封下开”的证据

英东一号构造断裂体系发育，在剖面上发育两组不同时期形成的断层体系，具有“两层楼”式结构特征（见图2）。深层断层发育较早，具有“两断夹一隆”的构造格局；浅层断层发育较晚，是晚喜马拉雅运动的产物。浅层断层总体为一多级反“Y”字形断层，由一条主干滑脱断层和若干次级断层组合而成。主干滑脱断层为油砂山断层（①号断层），上部较陡，断至地表；下部平缓，在N1和E32延伸较远（见图2）。

英东一号构造浅层在平面上表现为：整体为一被北倾油砂山断层及其伴生断层（②—⑤号）所切割的构造背斜，断层将背斜构造切割成若干断块。因此，浅层表现为背斜背景上的断块油气田，对于每一个断块而言，单个油层呈层状向上倾斜，油层上倾方向靠断层封堵（见图 3），若断层是开启的，油气就会沿着断层向上运移至地表散失或者形成油砂。实际钻探证实该油气田油气丰度高、油层多且未见油砂，说明浅层断层具有很好的封闭性。研究表明，该区烃源岩为E32和N1两套地层，而油气成藏是在浅层的N21和N22层段，为典型的“下生上储”式油气成藏，油气通过E32和 N1烃源岩中的断层向上运移成藏，深部油源断层必然是开启的。因此，英东一号构造断裂体系具有“上封下开”的特征。该构造浅层断裂体系的发育可分为两期：主干滑脱断层油砂山断层和反向断层形成较早，形成“两断夹一隆”的背斜构造，油气通过断层和砂岩输导层在背斜构造中成藏，形成完整的背斜油气藏（见图4a）；后期在背斜构造中又形成了一系列次级断层，完整的背斜油气藏被断层切割成若干断块油气藏（见图4b），由于这些断层是封闭的，油气藏未曾遭到破坏。因此油气先成藏，后被断层切割。该成藏模式可以概括为：深层断裂疏导，浅层断裂封堵，晚期源上成藏。

图3 英东105井—英试2-1井—英东106井油藏剖面

图4 英东一号油气藏浅层成藏模式

3 断层“上封下开”与油气成藏

如前所述，断层封闭机理比较复杂[1-9]，概括起来主要有 3点[13]。①涂抹作用：塑性的泥质物或其他非渗透性岩层被拖拽进断层带敷在断层面上；②碎裂作用：断层位移期间的颗粒挤压和破碎作用，形成的断层岩明显降低了断层带渗透性；③成岩胶结作用：断层破碎带的产生不仅有利于流体的流动，也有利于胶结物的生成。

研究表明，英东一号构造断层封闭与开启主要受泥岩涂抹作用和碎裂作用影响。在浅层，不仅砂岩-泥岩对接起到封闭作用，最重要的是断层活动过程中碎裂作用和泥岩涂抹使得断层封闭；在深层，泥岩形成大量裂缝，不具有涂抹作用，故断层开启。受地层成岩作用影响，泥岩在深层和浅层表现为不同作用。

根据邻井砂新1井埋藏史可知，该区N23顶部剥蚀总厚度达1 200 m左右（见图5）。研究区N22现今埋深200～1 000 m，N21现今埋深900～2 200 m，因此N22和N21最大埋深分别为2 200 m和3 400 m。对于柴西地层而言，埋深小于2 000 m属早成岩阶段A期，埋深2 000～2 750 m属早成岩阶段B期；埋深2 750～3 500 m属中成岩阶段A期；埋深大于3 500 m则进入中成岩阶段B期[14]。因此，N22处于早成岩阶段A、B期，N21则处于早成岩阶段 B、中成岩阶段 A期。N1以下地层则处于中成岩阶段B期或晚成岩阶段。

图5 砂新1井埋藏史

英东一号构造浅层处于早成岩—中成岩阶段A期，砂岩中保存大量原生孔隙，原生粒间孔占 75%以上（见图6a）。英东地区N21储集层具有很高的孔隙度和渗透率，140块岩心样品分析显示孔隙度为14.1%～27.0%，平均19.9%，渗透率平均为96.7×10-3μm2。在早成岩作用阶段，泥岩处于塑性状态，在断层带内随着断距加大，泥岩层变薄而不间断，被拖拽进断层带敷在断层面上。而砂岩发生脆性断裂形成碎块夹杂在泥岩中（见图6b），擦痕明显，断层剥离面具有“镜面”特征（见图6c）。在断层活动过程中发生了碎裂作用：颗粒摩擦滑动，大的颗粒破碎形成小的粉砂级颗粒（见图6d），原生孔隙被泥质填充。镜下观察砂岩碎块中的颗粒呈“悬浮”状镶嵌在泥质中，形成泥质胶结，面孔率极低（见图6d）。英东102井1 470.56 m处的断层岩，砂岩平均孔隙度为 5%，平均渗透率为 0.07×10-3μm2（5块样品），而断层带以上紧邻的砂岩平均孔隙度为13%，平均渗透率为1.1×10-3μm2（28块样品），断层带以下砂岩平均孔隙度为 17.6%，平均渗透率为65×10-3μm2（21块样品）（见图7）。由此可见断层带中的砂岩与断层带上下砂岩物性差别较大，断层带中的砂岩标准盐水突破压力高达 5～11 MPa，因此断层是封闭的，其模式见图8a。

图6 英东一号岩心手标本及镜下照片

图7 英东102井断层岩孔隙度与围岩孔隙度

资料证实英东一号构造深层断层是开启的。例如：英东103井1 970.5～1 995.4 m取心井段钻遇英东②号断层，近25 m的岩心全部位于断层带内，岩性为上干柴沟组（N1）灰色—黑色泥岩，岩心全部含油，部分饱含油（见图9a），说明断层不封闭，为油气运移通道。深层断层开启的主要原因是：深层成岩性较强（为中成岩阶段B期或晚成岩阶段），泥质岩易发生脆性断裂形成大量裂缝（见图9b）；并且相对于更深层断层而言形成时间较晚，而且持续活动，断层破碎带中未形成胶结物，裂缝开启，油气沿着裂缝向上运移（见图9c），成为油气运移的通道。并且随着断距的增加，砂岩与砂岩直接对接，泥岩难以形成泥质涂抹，断层难以封闭，其模式见图8b。

图8 浅层断层封闭模式及深层断层开启模式示意图

4 有利勘探目标

4.1 狮子沟—油砂山构造带

图9 断层带岩心照片

英东一号与狮子沟—油砂山构造带同属一个构造带，两者构造样式相似，且油砂山断层与英东一号滑脱断层是同一条断层。狮子沟—油砂山地区发育深、浅两套构造，浅层构造受狮子沟断层和油砂山断层控制。狮子沟断层断面北东倾，断面上陡下缓，滑脱于E32（见图 10）；平面上从犬牙沟延伸至游园沟，与油砂山断层相接，延伸长度约32 km。油砂山断层断面北倾，纵向上断面上陡下缓，滑脱于E32（见图11）；平面上北西西向展布，从砂西一直延伸到大乌斯地区，区内延伸长度约60 km。

图10 狮子沟05029.5测线地震解释剖面

图11 油砂山S07045测线地震解释剖面

狮子沟地区中浅层N21—N1虽发现了狮子沟、游园沟、花土沟油田，但很多探井在中浅层未录井，中浅层仍具有很大勘探潜力；油砂山构造只在油砂沟和英东一号发现了油气田，油砂山断层延伸约60 km，在油砂沟高点与大乌斯高点之间仍具有广阔勘探前景。

4.2 开特米里克构造

开特米里克构造位于柴西北区，为西部坳陷区茫崖凹陷亚区油泉子背斜带中的一个三级构造。开特米里克构造同样发育深浅两套构造系统，浅层发育开南、开北断层（见图12）。中浅层为受开北滑脱断层控制的背斜，断层组合为“Y”字形，与英东一号反“Y”字形相反。发育开特断背斜、开特1号断鼻构造，地层产状较陡。此外，开特米里克构造以南的盐山构造与其构造特征相似，这两个构造的中浅层将是下一步勘探的有利目标。

图12 开特米里克01-00066测线解释剖面

4.3 油墩子构造

油墩子构造在区域上西南紧邻英雄岭凹陷，南面与茫崖生油凹陷相邻，1979年在该区钻探墩5井失利，该井在1 545～3 277 m共出现60层气测异常，失利的主要原因是偏离构造高点。

油墩子地区的断层均为北西向展布，主要断层有浅层油墩子断层、深层墩南断层及墩北断层（见图13）。油墩子断层南倾，北西走向，纵向上断面上陡下缓，断距上大下小，下部滑脱于N22和N21。油墩子构造为典型的双层结构，上盘冲起较高，产状较陡。油墩子断层控制了浅层构造发育，横贯整个工区，延伸长度31 km，断距一般300～1 350 m。油墩子断层上盘的T2′反射层（相当于 N22底）三维地震解释为一个断背斜，圈闭面积30.1 km2，高点埋深2 450 m，闭合高度1 150 m，是油气勘探的有利目标。

图13 油墩子01-0084.5测线解释剖面

5 结论

英东一号油气田成藏模式为：深层断裂输导，浅层断裂封堵，晚期源上成藏。英东一号浅层保存高丰度的油气藏，说明浅层断层具有很好的封闭性；由于油源来源于深层的E32和N1烃源岩，油气运移通道是E32和N1烃源岩中的断层，因此深部断层是开启的，断裂体系具有“上封下开”的特点。该区断层“上封下开”封闭机理为：断层封闭主要受成岩作用的影响，浅层处于早成岩阶段，泥岩处于塑性状态，拉长而不间断形成泥质涂抹，而砂岩则发生碎裂作用，故断层封闭；深层成岩作用较强，泥岩发生脆性断裂，形成大量裂缝，难以形成泥质涂抹，故断层开启。英东一号油气田的发现，改变了以往的勘探思路：前期勘探强调后期断裂对中浅层油气藏的破坏作用，探井主要目的层为中深层，对中浅层的油气勘探重视程度不够。因此，本次发现对柴达木盆地西部浅层油气勘探具有重要意义：①表明柴西地区中浅层具有广阔的油气勘探前景，在浅层断层封闭的地区能够形成小而肥的油气田；②表明柴西地区有些逆冲断层具有“上封下开”的理想状态，在地质背景相似的地区，寻找类似于英东一号的构造类型和成藏模式，有可能发现一批中浅层油气藏；③N21以下应该寻找自成封闭体系的完整的构造圈闭或岩性圈闭，柴西某些地区地面油苗或油砂可能是地层剥蚀的结果，而不是深层油气沿断层的泄漏，深层仍然具有一定勘探潜力。根据以上启示，提出狮子沟—油砂山、开特米里克、盐山和油墩子构造浅层构造形式和成藏模式与英东一号构造类似，是下一步勘探的有利目标。

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