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断层控制了含油气系统的要素和过程,断层的封闭性和输导性是断层研究关键的科学问题之一。已有研究多以碎屑岩地区的张性断层为主,对西部碳酸盐岩地区的走滑断层和逆冲断层研究不够深入。本文以塔中83井区碳酸盐岩层系断层为研究对象,分析了断层的分布,产状,活动期次,胶结程度等断层要素与油气成藏的关系,结合野外露头研究探讨了影响碳酸盐岩层系断层封闭性的主控因素。在此基础上建立了塔中83井区的三维数值模型,开展了应力分析模拟和油气运移三维数值模拟,探讨了定量表征碳酸盐封闭性的方法。
塔中地区构造格局“南北分带,东西分块”,塔中83井区是最具代表性和地质认识相对清晰的代表性区块。本区原油(密度,粘度,含蜡量)和天然气性质(干燥系数,H2S含量)参数在NE向断层与NW向断层的交汇部位异常高,而随着远离断层交汇部位逐渐降低,并顺构造脊有规律的降低,说明断层交汇部位是本区油气的注入点,而油气运移的主输导通道沿本区的鼻状构造展布。
塔中83井区地质特征和野外露头解剖显示,碳酸盐岩地区断层的封闭性受四大因素控制。(1)地应力状态:数值模拟表明断层交汇部位是体积应变集中的部位,受力压缩过程中会产生程度高的扩张带,如果伴随低剪切应变,将会增加扩张带的效应;(2)岩石破裂作用:岩石变形破碎形成高孔渗的开放性裂缝带,裂缝密度随着远离断层逐渐降低,可有效改善储层物性,使得断层泥岩涂抹及胶结封闭的可能性降低;(3)泥岩涂抹程度:测定了周口店典型碳酸盐岩露头岩样泥质含量,认识到断层核部泥质含量是围岩的2倍左右,随着远离断层核的部位,泥质含量稳定下降,说明在碳酸盐岩层系的断层中泥岩涂抹作用仍然是断层封闭的最重要的机理之一;(4)胶结作用:通过岩心和镜下观察认为在碳酸盐岩地区碳酸盐矿物,特别是方解石的胶结作用是断层封闭的另一个最重要的机理,这种机理表现在所有的破碎带中均存在明显的碳酸盐岩胶结作用。
根据上述控制断层封闭性的岩石破碎程度和泥岩涂抹程度,本文尝试了应用渗透率和碳酸盐岩断层泥岩涂抹系数(CSGR)来定量表征碳酸盐岩封闭性的方法。三维数值模拟表明这两者是表征碳酸盐岩层系断层封闭性潜在可行的方法。