壹、斷層封閉性的研究現狀及主要認識
斷層的封閉性對油氣藏的形成至關重要。然而，斷層封閉性受多種因素影響(如斷層活動特征、性質、產狀和斷層充填物等)。)，在空間和時間上往往表現出多變性和復雜性，目前可獲得的信息非常有限，因此對斷層封閉性的研究壹直處於探索階段(富光等，1998)。目前主要采用綜合地質分析和數學地質分析研究斷層封閉性(方德全，1998)。前者是根據各種資料的綜合分析判斷斷層封閉性，即以實際地質資料和石油構造地質學理論為基礎，從分析影響斷層封閉性的地質因素入手，根據現有資料直接或間接判斷斷層封閉性。數學地質分析法是通過對影響斷層封閉能力的諸多因素進行數學變換和計算，來反映斷層的實際封閉能力。成熟的方法有“非線性映射分析法”、“邏輯信息法”、“斷層兩盤間砂泥對接統計及地質參數評價法”等。這些評價方法各有優勢，在應用中應根據不同的地質條件進行選擇。目前，中外學者對斷層封閉性的認識主要有以下幾點:
(1)如果毛管壓力高的非滲透層與斷層另壹側的目標儲層相對，則斷層的橫向是閉合的(Smith，1980)。
(2)當儲層上方蓋層較厚，斷層未將其完全打破時，斷層垂直閉合(Weber，1987)。
(3)當斷層兩側與滲透性地層接觸時，斷層泥能提供良好的側向封閉性(Weber，1987)。
(4)斷裂帶的礦化、巖石的成巖作用或石油的降解都可能降低斷裂帶的滲透率(Smith，1980)。
(5)如果巖石固結良好或脆性巖石破裂，往往沿正斷層形成裂縫，氣體沿較老的斷層帶向上泄漏。如果裂縫被水泥填滿，它將不再是壹個運移通道(哈丁，1989)。
(6)如果斷層再次活動，並繼續穿過不整合面或向上延伸至缺乏向上封閉的較淺油藏，則氣(油)沿斷層面垂直泄漏的機會將增加(Hurding，1989)。
(7)如果斷層和與斷層有關的裂縫穿插，垂直滲漏的可能性會增加。
(8)如果斷塊的位移使不同流體壓力的巖石接觸，低壓斷塊的封閉性會得到改善(陳發景，1989；哈丁，1989).
(9)斷層在活動時大多是開放的，長時間停止活動的斷層更有可能是封閉的(陳發景，1989)。
(10)大斷距斷層增加了形成裂縫的可能性，從而增加了沿斷層垂向氣(油)漏的風險(HardiNg，1989)。
(11)垂直於最大主壓應力走向的斷層有可能閉合；走向平行於最大壓應力的斷層更有可能垂直滲漏(陳張銘等人，1992)。
(12)儲蓋組合上細下厚的特點，決定了當斷層傾向與斷塊地層傾向相反時，儲層會形成壹個上部封閉、側部封堵的良好斷塊圈閉。但當斷層與地層傾角相同時，斷塊圈閉無法形成(喬漢生等，1999)。
(13)同等條件下，扭性斷層比壓性斷層和張性斷層封閉性好。無論正斷層還是逆沖斷層，剖面傾角由陡變緩的地方往往是油氣聚集的有利場所(陸冰等，1996)。
2.柴達木盆地北緣斷層封閉性探討
柴達木盆地北緣是斷裂最發育的地區。斷層不僅控制著中生代以來的沈積和構造演化，而且對油氣的運移、聚集和保存具有重要影響，對油氣藏的形成起著決定性作用。因此，研究柴達木盆地北緣斷層封閉性具有重要意義。鑒於該地區斷層資料有限，不可能評價所有斷層的封閉性。但從目前發現的油氣田分析，油氣藏類型主要是斷塊油氣藏和斷層背斜、背斜油氣藏。冷湖3號油田、冷湖4號油田、冷湖5號油田為斷塊油藏，油氣主要分布在第三系和侏羅系，斷層發育。冷湖三號侏羅系油藏斷層兩側屬於不同的壓力系統。冷湖4號和5號油田的油氣通過冷湖構造帶東側的大型逆斷層向上運移，聚集在具有背斜帶背景的冷湖4號和5號油田下盤的封閉斷塊中。南八仙油氣田是受斷層控制的背斜油氣藏，油氣主要集中在斷層下盤。可以看出這些油氣藏存在斷層封閉性(附圖5-12)，但同時存在壹個事實，即雖然油氣來源均來自侏羅系，但斷塊構造以油藏為主，斷層背斜或背斜以氣為主，這與目前我國氣田氣藏少的現象是壹致的。這說明斷塊構造中的斷層封堵對油可能有效，對氣影響不大。為了說明柴達木盆地北緣的斷層封閉性，選取南八仙(已確認為油氣田)和冷湖5號2號高點(鉆井尚未突破)兩個類似構造進行研究。
1.斷層的基本特征
冷湖五號構造主要有42、Q、7、I四條逆斷層(附圖5-13)，其中兩條斷層對油氣成藏起關鍵作用。42號斷層是深斷層。斷層傾向東北，斷層面為侏羅系、第三系陸樂河組和下幹柴溝組(可作為烴源斷層)，斷距750 ~ 1650 m，斷層於中侏羅世末(燕山早期運動)開始活動，壹直持續到新近紀末。斷層壹是淺斷層。該斷層是喜馬拉雅晚期強烈水平擠壓形成的走滑逆沖斷層，將第三系下幹柴溝組與地表斷開，是影響油氣保存的主要斷層，斷距約1000 m(表5-11)。南八仙構造斷裂眾多，但仙南斷裂和仙北斷裂是成藏的主控因素(附圖5-12B)。鮮南斷裂的斷層面為侏羅系和古近系，斷距1190 ~ 3250 m，近東西走向，延伸長度10.2 km，傾向北北東向。該斷層在燕山早期開始作為正斷層活動，在喜馬拉雅期轉變為逆斷層，直至新近紀末。鮮卑斷裂對油氣的運移和保存有重要影響。形成於喜馬拉雅晚期，與幹柴溝組斷開，延伸至油砂山組，但未達到地表。傾向於偏南，斷層距離215 ~ 265米(表5-11)。
圖5-12柴達木盆地北緣斷層封堵實例
圖5-13冷湖5號第二高點構造特征(94314測線)
表5-11冷湖五號和南八仙構造斷層基底特征
2.斷層封閉性的初步識別
根據目前對斷層封閉性的地質認識，初步判斷這四條斷層的封閉性如下。
(1)冷湖五號42號斷層。主要斷層為侏羅系和第三系陸樂河組。根據冷科1井的鉆井剖面分析，侏羅系湖西山組頂部3473~4300 m主要為泥質巖(僅泥質巖就占層厚的85.6%)，4300~4660 m為壹套以砂巖為主的儲層段，4660 m以下為壹套泥質巖..頂部泥巖段(厚827 m)厚於中部砂巖段，斷層偏移750 ~ 1650 m，推測上部砂巖段與下部泥巖段基本對接，具有側向封閉性。路樂河組也有砂泥巖互層，但很難判斷砂泥巖是否對接。橫截面為向下平緩、向上陡峭的弧形。由於斷層形成於燕山期，主滑動面應該是平緩的。由於壓應力的作用，上陡面極大地阻礙了上壁的運動，是封閉的(陸冰等，1996)。斷層活動時間長，可能是張開的，但斷層的主壓應力基本垂直於走向，其封閉性增強。
(2)冷湖五號I斷層。冷科1井剖面中，斷開的幹柴溝組泥質巖占絕大多數(覆蓋地層厚度的70%以上)，砂泥對接的可能性較大。同時，斷層傾角緩，斷距大，在剖面上容易形成斷層泥，側向封閉的可能性大。當斷層斷至地表時，強烈坍塌，增加了形成裂縫的可能性，降低了垂向封閉性。
(3)南八仙仙南斷裂。斷層斷裂侏羅系和古近系，下降盤地層與上升盤基巖對接。仙6井鉆入基巖。基巖主要是閃長巖，巖石硬而脆。電測井曲線顯示是壹個比較致密的層。它的表面可能已經風化有裂縫，但其下未風化的基巖由於變質作用非常致密，對下落的板塊有側向封閉作用。上升的板塊E3 x 1與下降的板塊E3 x 2對接。根據仙4、5、6井砂泥巖統計，E3 x 2泥巖厚度較大，E3 x 1和E3 x 2泥巖厚度占該層總厚度的50%以上。所以砂泥巖對接的可能性很大，也可以形成側向封堵。從斷層兩側的地層變化特征可以看出，該斷層形成於燕山期，開始為正斷層，其活動壹直持續到漸新世(E1+2)，此時轉為逆斷層，所以是垂直開啟的。
(4)南八仙鮮卑斷層。斷層將幹柴溝組和油砂山組斷開。仙4、5、6井巖性統計結果表明，油砂山組和上幹柴溝組泥質巖占絕大多數，泥土比超過70%，兩套砂泥對接和側向封閉的機會較大。斷層沒有完全斷開上油砂山組的蓋層，所以它是垂直閉合的。橫截面的特點是向下平緩，向上陡峭。根據應力分析，它的主滑動面應該是陡峭的，所以斷層的上段是閉合的，而下段平緩面由於應力釋放是張開的。
可以看出，這四條斷層都具有側向封閉性，但垂向封閉性有所不同。冷湖5號42號斷層封閉的可能性大於開啟的可能性，I號斷層開啟的可能性更大。南八仙構造中的仙南斷裂在活動期很可能是張開的，仙北斷裂具有下開上閉的特點。
3.斷層封閉性的數學評價
(1)泥巖塗抹系數法。泥巖塗抹是斷裂帶中常見的地質現象。在斷層活動過程中，由於泥巖的高塑性，在壓應力或重力的作用下，泥巖被壓成粘土，切割上、下壁斷層墻之間的砂巖層，形成糜棱巖化泥巖夾層。這種泥巖塗抹層在壓應力或重力作用下，不僅使泥質顆粒侵入砂巖段堵塞其孔隙，而且由於不同程度的動力變質作用而被致密化和封閉。泥巖塗抹封堵是斷層側向封堵的壹種形式。其封堵質量與斷層性質、產狀、斷層地層泥地比、產狀和斷面形狀有關。在實際應用中，可以從斷層的位移和破碎泥巖的厚度得到泥巖塗抹系數，從而定量描述泥巖塗抹層的空間發育程度，判斷斷層的側向封閉性(富光等，1998)。
柴達木盆地北緣石油地質
式中，fm為泥巖塗抹系數；l為故障距離，m；Hi為斷層錯動的第壹層泥巖地層厚度，i = 1，2，...，n；n為斷層交錯的泥巖層數；h為斷層破碎地層的厚度，m；Rm是被斷層斷開的地層的泥巖厚度與地層厚度的比值。
圖5-14泥巖鋪展系數與烴柱高度的關系
從公式(5-1)可以看出，泥巖塗抹系數越小，泥巖塗抹層在空間上的連續性越好，側向封閉性越好，反之亦然。根據Richard G.Gib-son對泥巖塗抹系數的測試，泥巖塗抹空間分布的連續性與可封閉油柱高度的關系(附圖5-14)，只要泥巖塗抹系數小於4，泥巖塗抹層就能保持空間分布的連續性，形成的斷層側向封閉性好；相反，泥巖塗抹層在空間上分布不連續，斷層側向封閉性差。根據目前能收集到的地質資料，根據不同斷距下泥巖塗抹系數公式，計算上述四條斷層的塗抹系數。這四條斷層中，斷距(L)超過斷層面(上升盤)厚度的斷層為仙南斷層(E1+2的底斷距為1285 m)，故采用公式(5-1)。其他斷層的斷距不大於破碎地層的厚度，因此按公式(5-2)計算。計算結果表明，這四條斷層的塗抹系數均小於4，表明它們是側向封閉的。冷湖5號構造深大斷層側向封閉性好於淺部斷層，南八仙構造淺部斷層側向封閉性好於深大斷層(表5-12)。
表5-12柴達木盆地北緣冷湖5號構造和南八仙構造主要斷層塗抹系數
(2)斷面壓力的計算方法。該方法由陸艷芳等(1996)提出，用於評價斷層的垂向封閉程度。影響斷層垂向封閉性的關鍵因素是斷面的緊密性。如果剖面封閉，斷層垂向封閉性好，油氣不能沿剖面垂向運移。否則，斷層將成為油氣運移的通道。截面的緊密度可以通過截面上的法向壓力來衡量，其計算公式為:
柴達木盆地北緣石油地質
式中，p為截面上的正壓力(MPa)；h為截面埋深(m)；ρr為上覆巖層的平均密度(g/cm3)；ρw為地層水密度(g/cm3)；θ是截面的傾斜角度(度)。當剖面上的法向壓力大於泥巖的變形強度時，由於泥巖的變形，斷層的裂縫愈合，導致斷層的垂向閉合。根據斷裂地層中泥質巖的變形強度，斷層的垂向封閉性按剖面上正壓力的大小細分為五級(表5-13)。斷層的垂向封閉性不僅與剖面壓力有關，還受斷層置換地層中泥巖含量的影響。雖然剖面上的法向壓力比較大，但是如果斷陷地層剖面中泥巖的比例很小，那麽斷層充填壹定是以砂質為主。以砂體為主的斷層充填就像壹個傾斜在斷層面上的油藏，僅靠斷層壓力將其滲透率降低到泥質巖的水平是極其困難的。即使沒有斷層充填，由於斷層兩側泥巖較少，砂巖較多，兩泥巖層不相交，油氣仍可沿剖面向上運移。因此，當斷裂地層的砂地比較高時，不利於斷層的垂向封閉。泥巖中的砂含量與地層剖面上的砂地比有關，特別是在陸相沈積地層中砂巖地層比較發育的地區，泥巖中的砂含量往往較高，高砂含量泥巖的變形強度過大。因此，根據剖面壓力評價斷層垂向封閉性時，應考慮斷層地層的砂地比(表5-13)。利用剖面壓力公式研究了柴達木盆地北緣冷湖5號和南八仙構造四條斷層的垂向封閉性，將剖面埋深作為斷層中部的深度。由於本區地層以泥質巖為主，上覆地層的平均密度主要以泥巖和粉砂質泥巖的實測密度為基礎，地層水的密度盡可能通過鉆探水樣測得。若無法獲得實測值，可借助相鄰構造或有成因聯系的構造所鉆地層水的實測值來確定。這四條斷層的剖面壓力計算結果表明，除鮮卑斷層垂向封閉外，其余三條斷層的剖面壓力均較高。深斷層比淺斷層具有更好的垂向封閉性；在不同構造深度對應的斷層中，冷湖五號構造垂向封閉性強於南八仙構造(表5-13、表5-14)。
表5-13縱斷面閉合評定標準表
斷層橫向封閉性和縱向封閉性的定量評價結果基本壹致。但在各構造中，與深斷裂相比，側向封閉性和垂向封閉性也不壹致。如南八仙構造淺部斷層側向封閉性好於深部斷層，而垂向封閉性深部好於淺部斷層。這個結果並不矛盾，因為垂向封閉強調斷層的緊密性，而側向封閉強調斷層兩側形成的封堵。同時，定量評價中考慮了現狀(靜態)，但實際上不同地質歷史時期的斷層性質、構造形式和活動條件是不同的。因此，在評價斷層封閉性時，只有綜合考慮靜態和動態條件，才能正確評價斷層的封閉效果。根據以上地質分析和定量評價結果，可以認為冷湖五號構造I號斷層和42號斷層封閉性較好，在地質歷史上也是封閉的；南八仙構造中的仙南斷裂和鮮卑斷裂目前閉合較好，但仙南斷裂在地質歷史上具有由正轉負的特征(有開啟期)，鮮卑斷裂也有向下開啟和閉合的可能性。
表5-14柴達木盆地北緣冷湖五號和南八仙構造主要斷層剖面壓力
4.斷層封閉與油氣聚集
根據對冷湖五號構造和南八仙構造四條主要斷層封閉性的分析研究，發現這兩個構造的斷層封閉性有明顯的差異，這可能是這兩個構造油氣含量不同的原因之壹。冷湖五號構造的兩條斷層比南八仙構造的封閉性好，而且從地質歷史的角度來看，斷層始終處於壓應力狀態，使斷層始終處於相對封閉的狀態。導致侏羅系油氣源未能沿斷層面運移至上部有利儲層聚集，侏羅系儲層物性差，以致冷湖五號構造第二高點未形成油氣藏。冷科1井的失敗也說明了這壹點。南八仙構造中的仙南斷層是燕山期局部張性形成的正斷層。該斷層在喜馬拉雅期受擠壓由正斷層變為逆斷層。在此過程中，斷層傾角不斷變化，必然在某壹時期垂向閉合最小，進入開啟期。但是，很難對開放期進行定量估計。筆者認為大概發生在E3-E1+2期(喜馬拉雅晚期第二斷層形成之前)，即油氣開始成熟並達到生烴高峰的時期。此時，部分侏羅系油氣沿斷層和不整合面運移，首先聚集在E3x1層。鮮卑斷層在喜馬拉雅晚期開始形成。由於主滑動面在斷層的上部，斷層沒有斷至地表(下部敞開，上部閉合)，E3x1的油氣或沿深斷層的油氣再次運移至淺部，聚集於上幹柴溝組和油砂山組形成油氣藏。仙6、仙4深井試氣產量普遍高於淺井，也可以作為油氣自下而上運移，斷層自下而上逐漸閉合的證明。