第六讲 断裂构造与油气成藏关系

1、2022-3-81China University of Geosciences2022-3-82断裂构造与油气成藏关系Faulting, Fracturing and Hydrocarbon accumulation China University of Geosciences2022-3-83 当作用于岩石上的力超过其强度界限时，岩石就会发当作用于岩石上的力超过其强度界限时，岩石就会发生断裂。根据断裂面两侧岩石位移的程度，可将断裂分为生断裂。根据断裂面两侧岩石位移的程度，可将断裂分为两种基本类型：其一，断裂面两侧的岩石位移不明显，称两种基本类型：其一，断裂面两侧的岩石位移不明显，称之为之

2、为节理节理；其二，断裂面两侧的岩石位移明显，称之为；其二，断裂面两侧的岩石位移明显，称之为断断层层。 China University of Geosciences2022-3-84 一、节理及节理分类一、节理及节理分类 倾向节理顺层节理斜向节理1、根据节理产状与岩层产状的关系分为： 走向节理、倾向节理、斜节理、顺层节理走向节理China University of Geosciences2022-3-852、根据节理与褶皱轴方位的关系分为： a.纵节理；c.横节理；b.斜节理China University of Geosciences2022-3-863、根据力学性质、根据力学性质剪节理剪

3、节理2022-3-87张节理张节理3、根据力学性质、根据力学性质China University of Geosciences2022-3-88断层（Fault）是地壳岩石体（地质体）中顺破裂面发生明显位移的一种破裂构造；是地壳表层岩石的一种脆性破裂；2022-3-89China University of Geosciences2022-3-810China University of Geosciences2022-3-811上盘（下降盘）上盘（下降盘）下盘（上升盘）下盘（上升盘）China University of Geosciences2022-3-812 正断层：上盘下降，下盘上升

4、的断层。正断层：上盘下降，下盘上升的断层。 特特 征：断面产状陡，倾角一般在征：断面产状陡，倾角一般在4545度以上，大型正断层度以上，大型正断层往往上陡下缓呈铲状。往往上陡下缓呈铲状。China University of Geosciences2022-3-813 逆断层逆断层(Reverse fault)(Reverse fault)：上盘上升，下盘下降的断层。：上盘上升，下盘下降的断层。 高角度逆断层：断面倾角在高角度逆断层：断面倾角在4545度以上。度以上。 低角度逆断层：断面倾角小于低角度逆断层：断面倾角小于4545度。度。 逆冲断层：位移量很大的低角度逆断层，倾角在逆冲断层：位移

5、量很大的低角度逆断层，倾角在3030度左右。度左右。 推覆构造，推覆体，飞来峰，构造窗推覆构造，推覆体，飞来峰，构造窗China University of Geosciences2022-3-8142022-3-815 平移断层平移断层(Strike-slip faults)(Strike-slip faults)：断层两盘顺断面走向相对运动：断层两盘顺断面走向相对运动的断层。的断层。 特征：断面近于直立。特征：断面近于直立。 左行左行(left-lateral)(left-lateral)平移断层；右行平移断层；右行(right-lateral)(right-lateral)平移断层平移断

6、层 走滑断层：规模巨大的平移断层。走滑断层：规模巨大的平移断层。China University of Geosciences2022-3-816斜向滑动断层斜向滑动断层(Oblique-slip fault) (Oblique-slip fault) ，命名采用组合命名法，命名采用组合命名法。China University of Geosciences2022-3-817 断层的两盘以断层面上某一点为轴作旋转运动称之为枢纽断层。断层的两盘以断层面上某一点为轴作旋转运动称之为枢纽断层。枢纽断层分两种类型，旋转轴位于断层的一端，其特点为断层各枢纽断层分两种类型，旋转轴位于断层的一端，其特点为断

7、层各处的断距不等，近轴处短，远处大；旋转轴位于断层的中间，其处的断距不等，近轴处短，远处大；旋转轴位于断层的中间，其特点为断层的一侧如为正断层，另一侧则为逆断层。特点为断层的一侧如为正断层，另一侧则为逆断层。China University of Geosciences2022-3-81812345671、正断层2、逆断层3、平移断层4、正平移断层5、逆平移断层6、7、枢纽断层China University of Geosciences2022-3-819阶梯状断层地堑地垒China University of Geosciences2022-3-820叠瓦状断层对冲式断层背冲式断层Chin

8、a University of Geosciences2022-3-821平行于最大压应力方向产生节理形成雁行排列节理带最终形成共轭断层节理带渐进演化成连续的角砾岩带China University of Geosciences2022-3-822断层带立体示意图China University of Geosciences2022-3-823China University of Geosciences2022-3-824 1 1、在勘探方面，断层开启性、在勘探方面，断层开启性沉积盆地穿层、汇聚式流动，沉积盆地穿层、汇聚式流动， 即油气垂向输导系统；封闭性即油气垂向输导系统；封闭性侧向遮挡形

9、成圈闭。侧向遮挡形成圈闭。 2 2、在开发方面，因断层分隔作用而造成油气藏的非均质性、在开发方面，因断层分隔作用而造成油气藏的非均质性 和截然不同油气水界面。和截然不同油气水界面。 3 3、断层作用对原生油气的破坏作用。、断层作用对原生油气的破坏作用。 4 4、通过断层的流体流动而造成储层的溶蚀、通过断层的流体流动而造成储层的溶蚀/ /胶结作用。胶结作用。归纳起来，可分为五个方面：归纳起来，可分为五个方面： （1 1）断层对油气聚集的）断层对油气聚集的“集中效应集中效应”； （2 2）断层对油气藏的）断层对油气藏的“分散效应分散效应”； （3 3）断层对油气藏的）断层对油气藏的“连通效应连通效

10、应”； （4 4）断层对油气藏的）断层对油气藏的“分隔效应分隔效应”； （5 5）断层对油气储、盖层的）断层对油气储、盖层的“改造作用改造作用”。断裂作用与油气成藏关系研究意义断裂作用与油气成藏关系研究意义Faulting, Fault Sealing and Fluid Flow in Hydrocarbon ReservoirsChina University of Geosciences2022-3-825Smith, D. A., 1966, Theoretical consideration of sealing and nonsealing faults: AAPG Bulleti

11、n, v. 50, p. 363374.Smith, D. A., 1980, Sealing and non-sealing faults in Louisiana Gulf Coast salt basin: AAPG Bulletin, v. 64, p. 145 172.China University of Geosciences2022-3-826Allan, U. S., 1989, Model for hydrocarbon migration and entrapment within faulted structures: AAPG Bulletin, v. 73, p.

12、803811.China University of Geosciences2022-3-827China University of Geosciences2022-3-828九十年代以前，主要九十年代以前，主要是断层圈闭样式及断是断层圈闭样式及断层带毛细管力相对遮层带毛细管力相对遮挡能力的评价（挡能力的评价（Smith, 1966, 1980; Schowalter, 1979; Watts, 1987; Allan, 1989; Bouvier等，等，1989）。）。China University of Geosciences2022-3-829 九十年代以后，断层与油气成藏研究才真正

13、进入到实质性九十年代以后，断层与油气成藏研究才真正进入到实质性阶段：阶段： 1 1、断层损伤带、断裂岩物理特性及其封闭性分析；、断层损伤带、断裂岩物理特性及其封闭性分析； 2 2、断裂带古流体温压条件和流体化学特性；、断裂带古流体温压条件和流体化学特性； 3 3、断裂带与汇聚式流体流动；、断裂带与汇聚式流体流动； 4 4、断层封闭性定量分析。、断层封闭性定量分析。 China University of Geosciences2022-3-830克拉克拉2构造总发育构造总发育6条逆断裂，断裂的拟和相态为条逆断裂，断裂的拟和相态为“人人”字型和字型和“入入”字型。除字型。除F5和和F6断裂断裂外

14、，其他外，其他4条断裂均断穿储层与原岩层，并向上终止于下第三系膏泥岩层中，只有条断裂均断穿储层与原岩层，并向上终止于下第三系膏泥岩层中，只有F1断裂断穿老断裂断穿老第三系膏泥岩之中。第三系膏泥岩之中。F1断裂上部及断裂上部及F6断裂属于盖层内滑脱断裂。断裂属于盖层内滑脱断裂。 China University of Geosciences2022-3-831China University of Geosciences2022-3-832东秋东秋5构造发育两条北倾滑脱性质逆断裂构造发育两条北倾滑脱性质逆断裂F4和和F5。圈闭形成于库车期，定性于第四。圈闭形成于库车期，定性于第四系，与烃源岩排烃

15、期相匹配。但该构造只受系，与烃源岩排烃期相匹配。但该构造只受F1一条穿盐断裂控制，且被一条穿盐断裂控制，且被F1断裂相连通断裂相连通的盐上康村组储层物性远远高于下第三系和白垩系储层物性。的盐上康村组储层物性远远高于下第三系和白垩系储层物性。东秋东秋5 5构造构造2022-3-833F4F2F12022-3-834 通过上述两个模拟实验，可以发现天然气通过活动开启断裂的运移具有通过上述两个模拟实验，可以发现天然气通过活动开启断裂的运移具有以下四个特点：以下四个特点：（1）断裂活动形成的空腔为天然气的运移提供了畅通的通道。）断裂活动形成的空腔为天然气的运移提供了畅通的通道。 （2）天然气沿断裂空腔

16、内的运移比在储层内的运移更容易。）天然气沿断裂空腔内的运移比在储层内的运移更容易。 （3）沿断裂运移的天然气向相邻储层注入时具有明显得选择性。）沿断裂运移的天然气向相邻储层注入时具有明显得选择性。 （4）天然气运移聚集的主要方向和场所是断裂带上盘储层。）天然气运移聚集的主要方向和场所是断裂带上盘储层。天然气沿断裂带运移与注入图解天然气沿断裂带运移与注入图解China University of Geosciences2022-3-835 断层既作为油气运移的重要输导通道，也作为油气聚集的重要遮挡断层既作为油气运移的重要输导通道，也作为油气聚集的重要遮挡条件，其在油气运移和聚集过程中，这两种不同

17、性质作用的决定因素是条件，其在油气运移和聚集过程中，这两种不同性质作用的决定因素是断层本身的封闭性，断层开启时起输导通道作用，断层封闭时起遮挡油断层本身的封闭性，断层开启时起输导通道作用，断层封闭时起遮挡油气作用。同一条断层在其发育的全过程中，可能要经历多期开启与封闭气作用。同一条断层在其发育的全过程中，可能要经历多期开启与封闭过程，过程，准确认识断层封闭与开启性及其发育历史，有助于正确认识油气准确认识断层封闭与开启性及其发育历史，有助于正确认识油气运移、聚集、散失过程及油气现今分布规律。运移、聚集、散失过程及油气现今分布规律。因此，自上个世纪因此，自上个世纪6060年代年代初期，初期，Smi

18、thSmith发表的第一篇关于断层封闭性研究的文章以后，已有众多研发表的第一篇关于断层封闭性研究的文章以后，已有众多研究者对此进行过深入研究，并取得了许多重要研究成果。究者对此进行过深入研究，并取得了许多重要研究成果。断层封闭性（断层封闭性（Fault Sealing）China University of Geosciences2022-3-836China University of Geosciences2022-3-837侧向封闭垂向封闭断断 层层 封封 闭闭China University of Geosciences2022-3-838 所谓断层侧向封闭性是指断层在侧向上沿断层面法

19、线方向穿过断层面运移油气的封闭能力。断层侧向封闭机理分为以下三种形式： 1） 砂泥对接封闭机理 2） 断裂带高排替压力封闭机理 3） 泥岩涂抹形成的侧向封闭机理断层侧向封闭机理断层侧向封闭机理China University of Geosciences2022-3-839 当断层两盘岩层以当断层两盘岩层以“面面”接触时，断层能否形成侧向接触时，断层能否形成侧向封闭主要取决于封闭主要取决于断层两侧对接岩层排替压力的相对大小断层两侧对接岩层排替压力的相对大小。1 1） 砂泥对接封闭机理砂泥对接封闭机理China University of Geosciences2022-3-8402） 断裂带高

20、排替压力封闭机理 当断层两盘为“带”接触时，尽管断层两盘为砂砂接触，尽管对置盘砂岩的排替压力低于油气运移盘岩层的排替压力，如果断裂带的排替压力断裂带的排替压力大于油气运移盘岩层的排替压力，断裂带就能阻止油气的侧向运移，断层具侧向封闭性。China University of Geosciences2022-3-841(1)泥质填充封闭泥质填充封闭(2)后期成岩封闭后期成岩封闭 依据断裂带物质形成高排替压力的原因此种封闭作用又可分为以下两种形式。China University of Geosciences2022-3-842成因成因： 由于同生断层在活动过程中，由于构造应力和上覆岩层重量的作用

21、，断层两盘的未固结或半固结的泥岩层被削截、挤压进入断裂空隙，在断层两盘削截砂岩层上形成的一薄泥质岩层。3 3） 泥岩涂抹形成的侧向封闭机理泥岩涂抹形成的侧向封闭机理China University of Geosciences2022-3-843China University of Geosciences2022-3-844涂抹层的分类涂抹层的分类 泥岩涂抹层分布广泛，厚度展布较均匀，是遮挡油气的良好隔层。 涂抹层的厚度通常随着与原泥岩层距离的增加而减小，在上下盘对应层的中间位置达到最薄。a a 剪切型剪切型：主要发生在断距相对较大，断层倾角较：主要发生在断距相对较大，断层倾角较缓，断面较光

22、滑的断层处。缓，断面较光滑的断层处。China University of Geosciences2022-3-845b b 削截型削截型：是砂岩滑过涂抹层后，削截作用所形成的泥页岩薄层。断距逐渐增大，涂抹层本身也逐渐被削蚀掉。这种类型一般发育在砂岩刚性较强的断层中。China University of Geosciences2022-3-846c c 填塞型填塞型：涂抹层对砂岩中裂缝及孔隙的：涂抹层对砂岩中裂缝及孔隙的局部充填，有学者称为侵入型涂抹。局部充填，有学者称为侵入型涂抹。China University of Geosciences2022-3-847China Universi

23、ty of Geosciences2022-3-848（3 3）涂抹层的分布）涂抹层的分布 涂抹层在空间上的分布并不是理想规则，主要受泥岩厚度、断距、主应力、断面粗糙程度的影响。一般情况下，断层带中涂抹层拖拽越远，其厚度越薄；断层带空间较大，易发育较厚涂抹层，反之，发育较薄涂抹层，甚至不发育。China University of Geosciences2022-3-849 由于泥岩涂抹层在形成过程中受到较大的剪应力与地重力的共同作用，使其孔渗性明显低于相应深度的泥岩层的孔渗性，故具有较高的排替压力，可形成对目的层的侧向封闭，且只要存在泥岩涂抹，这种侧向封闭油气不存在任何问题，故这种侧向封闭作

24、用主要取决于其空间分布的连续性，其空间分布的连续性越好，泥岩涂抹的侧向封闭性越好，反之则越差。China University of Geosciences2022-3-8502 2、断层垂向封闭机理、断层垂向封闭机理1 1） 断层面紧闭封闭机理断层面紧闭封闭机理 这种封闭机制的形成所需要的地质条件是断层两盘之间无断裂填充物，断层两盘之间以“面”接触。在这种情况下，断层面主要是依靠上覆岩层重力或区域主压应力使其发生紧闭。然而，由于断层面的凸凹起伏，仍会遗留渗漏空间，通常在断层缓角处紧闭，陡角处开启造成油气渗滤散失。因此，仅仅依靠断层面所受到的压力，还不能使断层对油气在垂向上形成完全封闭，还必须

25、借助于泥岩的塑性流动，来堵塞断层紧闭后遗留下来的渗漏空间。China University of Geosciences2022-3-851 大量实验结果(鲁兵等，1996)表明，断层面紧闭处地层多为岩性较软的泥质岩层，硬度低，塑性强，尤其是当其所受压力超过泥岩塑性变形所需要的最小压力(据李德发等1991年对川西坳陷上三叠统泥岩的高压实验研究证明，其所抗最大压力不超过5MPa)时，泥岩便发生塑性变形向渗漏空间流动，堵塞断层面紧闭后所遗留的渗漏空间，使其愈合起来，在垂向上形成对油气的封闭作用。否则，断层在垂向上难以形成封闭。China University of Geosciences2022-

26、3-8522 2） 断裂带排替压力差封闭机理断裂带排替压力差封闭机理 指断层两盘之间存在断裂充填物，断层两盘呈带接触。 （1 1） 泥质填充封闭机理泥质填充封闭机理（2 2） 后期成岩封闭机理后期成岩封闭机理 China University of Geosciences2022-3-853储层段与盖层段内油气运移方向示意图储层段与盖层段内油气运移方向示意图 储层段内应研究断层储层段内应研究断层的侧向封闭性，盖层的侧向封闭性，盖层段内应研究断层的垂段内应研究断层的垂向封闭性。向封闭性。断层封闭性研究的层段差别断层封闭性研究的层段差别China University of Geosciences

27、2022-3-854China University of Geosciences2022-3-855China University of Geosciences2022-3-856China University of Geosciences2022-3-857Allan, U. S., 1989, Model for hydrocarbon migration and entrapment within faulted structures: AAPG Bulletin, v. 73, p. 803811.China University of Geosciences2022-3-858

28、China University of Geosciences2022-3-859 断层侧向封闭性评价的断层侧向封闭性评价的Allen图解图解China University of Geosciences2022-3-860China University of Geosciences2022-3-861China University of Geosciences2022-3-862China University of Geosciences2022-3-863China University of Geosciences2022-3-8642022-3-865离断距内某点至泥岩层距泥岩层

29、厚度2CSPChina University of Geosciences2022-3-866泥岩层厚度断距SSFChina University of Geosciences2022-3-867断距泥岩层厚度100SGRChina University of Geosciences2022-3-868断层泥比率（断层泥比率（SGR）定量分析断层封闭性的步骤）定量分析断层封闭性的步骤China University of Geosciences2022-3-869 大张坨断层断面上SGR的分布特征China University of Geosciences2022-3-870China Un

30、iversity of Geosciences2022-3-871目前，国内外常规的断层封闭性分析：目前，国内外常规的断层封闭性分析：China University of Geosciences2022-3-872主参数主参数断层封闭性评价岩性配置关系（确定性参数）泥岩涂抹指数（相对性参数）封堵层的排替压力断面埋深断面压应力断距单层砂岩厚度断层活动期所处的成岩阶段断面倾角相关参数相关参数China University of Geosciences2022-3-873研究实例A new process-based methodology for analysis of shale smear

31、 along normal faults in the Niger Delta砂泥对接与泥岩涂抹结合2022-3-874China University of Geosciences2022-3-875China University of Geosciences2022-3-876China University of Geosciences2022-3-8772022-3-878China University of Geosciences2022-3-879基本原理应用三维地震、测井资料并结合正断层分段模型，确定断层几何形状，评价涂抹泥岩的性质，最终建立一个真实的并置图，进行断层封闭性分

32、析。分析过程利用正断层分段模式，在三维地震剖面中进行断层几何形状的精确解释，主要是对断层进行分段以及识别张性断层的断裂叠复过渡带（extensional relay）。构建断裂带和断裂岩结构：根据一些规则，可在剖面中对断裂带和断裂带结构进行详细的识别。利用测井数据来识别和绘出沿着断层以及横穿断层的储层和非储层地层。依据横穿断层的泥岩涂抹绘出断裂岩的分布，在此基础上构建包括断裂岩在内的并置图。利用该真实的并置图进行断层封闭性分析。适用条件高品质三维地震资料地区，利用断层分段模式可在剖面上识别出断层段以及断裂叠复过渡带，才能进一步确定泥岩涂抹及断裂岩的分布。China University of

33、Geosciences2022-3-880China University of Geosciences2022-3-881断面正应力越大，断面的紧闭程度越好，封闭性越强。而对于断面正应力的计算应考虑最大主应力、最小主应力、重力及流体压力的综合效应。断面正应力大于孔隙压力，是断层封闭的一个重要前提，当具备这个条件时，断面应是闭合的，否则断面将开启，不具封闭性。断面正应力断面正应力China University of Geosciences2022-3-882对比研究断裂带及其两侧储层古流体活动特征（深部盐水流体、热流体和含油气流体） 探井（钻遇断层）流体成分活动期次相对时间活动规模流体运移方

34、向对比研究断裂带两侧储层古流体活动特征（深部盐水流体和含油气流体） 探井（上盘）探井（下盘）流体成分活动期次相对时间活动规模流体运移方向流体地球化学证据流体地球化学证据China University of Geosciences2022-3-883断层两侧若无岩性、物性的横向剧变，且不属于同一个压力系断层两侧若无岩性、物性的横向剧变，且不属于同一个压力系统，那么断层应是封闭的。另外，干扰试井法、示踪剂法及油统，那么断层应是封闭的。另外，干扰试井法、示踪剂法及油水井生产动态分析法等也对断层封闭性研究有重要意义。水井生产动态分析法等也对断层封闭性研究有重要意义。China University

35、of Geosciences2022-3-884 主要考虑以下几种因素：（1）断层两侧的岩性配置关系（s1）（2）断层的力学性质（v2）（3）断层泥的分布(SSF封堵指数)（v3）（4）岩层产状配置关系（v4）（5）封堵层泥岩百分含量（v5）（6）断层面所承受的压应力分量（v6）（7）断层活动期与油气运移期配置（v7）（8）断距（v8）模糊综合评价China University of Geosciences2022-3-885断断断断层层层层封封封封堵堵堵堵性性性性模模模模糊糊糊糊综综综综合合合合评评评评判判判判隶隶隶隶属属属属度度度度影响因素评价标志隶属度压压性性断断层层1压压扭扭性性断断

36、层层09扭扭性性断断层层07张张扭扭性性断断层层05断层力学性质张张性性断断层层0SSF指数S SS SF F越越小小，封封堵堵性性越越好好计计算算断面承受的压应力分量断断面面承承受受的的压压应应力力分分量量越越大大，封封堵堵性性越越好好计计算算顺顺向向断断层层0反反向向断断层层05反反向向屋屋脊脊断断层层08岩层产状配置关系屋屋脊脊式式断断层层0断断层层在在油油气气运运移移期期活活动动0.3断断层层在在油油气气运运移移期期停停止止活活动动08断层活动期与油气运移期配置关系断断层层在在油油气气运运移移期期后后仍仍活活动动0封堵层泥岩百分含量NN值值越越大大，断断层层封封堵堵性性越越强强计计算算2022-3-886断层模糊综合评判各因素权系数饼形图断层模糊综合评判各因素权系数饼形图0.10.10.20.20.250.250.150.150.20.20.10.1力学性质岩层产状配置断层活动期与油气运移期配置封堵层泥岩百分含量ssf指数断层面所受压应力分量China University of Geosciences2022-3-887