油气勘探实践表明，泥岩盖层在含油气盆地中形成后会受到断裂的破坏，使断盖配置从封闭形态变成渗漏形态。当断裂停止活动后，在上覆沉积载荷、区域主压应力和地下水所携带砂物质沉淀胶结等作用下紧闭愈合，断层岩封闭，断盖配置又由渗漏变成封闭。由此看出，处于不同时期的断盖配置，其对油气成藏所起作用也就明显不同。能否正确确定出断盖配置渗漏与封闭转换时期应是认识含油气盆地受断裂控制油气分布规律的关键。前人曾对未被断裂破坏泥岩盖层渗漏与封闭时期做过大量研究和探讨，文献[1⁃3]主要是利用泥岩盖层岩石实测排替压力和其压实成岩埋深和泥质含量之间关系，在假设泥岩盖层泥质含量各地质时期近似不变的条件下，通过泥岩盖层古压实成岩埋深恢复对其不同地质时期古排替压力进行计算，再比较其与下伏储层岩石排替压力的相对大小，确定未被断裂破坏泥岩盖层渗漏与封闭转换时期，认为泥岩盖层排替压力小于下伏储层岩石排替压力时期为泥岩盖层渗漏油气时期；反之则为泥岩盖层封闭时期。而对被断裂破坏泥岩盖层（或断盖配置）渗漏与封闭时期的研究目前相对较少，只有文献[4⁃7]对某一时期断盖配置古渗漏与古封闭性（或断层岩古开启性与封闭性）进行了恢复研究，而且由于受到断层岩信息难以获取及研究方法本身存在问题等因素的影响，造成断层岩古渗漏与古封闭性的恢复结果还不能准确地反映地下实际情况，用其确定断盖配置渗漏与封闭转换时期，大概率上会给油气勘探带来风险，并不利于受断裂控制地区油气勘探的深入。因此，确定断盖配置渗漏与封闭转换时期，对于进一步认识含油气盆地受断裂控制地区油气分布规律及油气勘探均具有重要意义。

若泥岩盖层形成后遭到断裂破坏，但断裂在泥岩盖层内分段生长上下不连接，未成为油气穿过泥岩盖层向上运移的通道，断盖配置仍是封闭的。此时期应为封闭时期（图1a）。当断裂在泥岩盖层内上下分段生长开始上下连接，成为油气穿过泥岩盖层向上运移的通道，断盖配置开始渗漏，此时期应为断盖配置由封闭向渗漏转换时期如图1b中t _AB时期。

图  1  断盖配置渗漏与封闭转换时期示意图

Figure 1.  Schematic diagram of fault⁃caprock configuration leakage and sealing transition period

由上可知，要研究断盖配置渗漏与封闭转换时期就必须确定出断裂在盖层内分段生长上下连接时期和断层岩排替压力等于储层岩石排替压力时期。

由于受到地震资料品质的影响，难以从地震剖面上直接判别现今断裂在泥岩盖层内上下分段生长是否连接，更何况是断裂活动时期。因此，只能利用间接方法确定断裂在泥岩盖层内分段生长上下开始连接时期，具体方法为：首先利用地震资料计算断裂的生长指数、活动速率和剖面伸展率，由图2综合确定断裂活动时期，即为三种方法所确定出的共同时期；其次是利用钻井和地震资料统计泥岩盖层厚度和断裂断距，根据文献[7]中地层古厚度恢复方法恢复泥岩盖层在不同地质时期的古厚度，利用最大断距相减法^[1]恢复断裂在不同地质时期的古断距，计算断盖配置在不同地质时期古断接厚度，作断盖配置断接厚度随时间变化关系图，如图1b所示。再次是通过统计研究区已知井点处断盖配置断接厚度与其上下油气分布特征^[8]，取油气仅在断盖配置之下分布的最小断接厚度作为断裂在泥岩盖层内分段生长上下连接所需的最大断接厚度；最后，将断裂活动时期与断盖配置断接厚度随时间变化曲线以及断裂活动时期与断裂在泥岩盖层内分段生长上下连接所需的最大断接厚度进行叠合，如图1b所示，便可以得到断裂在泥岩盖层内分段生长上下连接时期，如图1b中t _AB所示。

图  2  断裂活动时期厘定示意图

Figure 2.  A sketch map of the fracture activity period

断层岩排替压力与下伏储层岩石排替压力相等时期确定方法如下：首先假设断裂为倾置于围岩中的岩层，且断层岩物质主要来自于被错断两盘地层岩石。据此可以得到断层岩应与围岩具有相同的排替压力与其压实成岩埋深和泥质含量之间关系^[2，9⁃11]，如图3所示。由断裂在泥岩盖层内的断距和被其错断断层岩厚度及泥质含量，由文式1中断层岩泥质含量预测方法求得断层岩泥质含量。

式中：R_f 为断裂带填充物泥质含量，小数；H_i 为被断裂错断第i层岩层厚度；R_i 为被断裂错断第i层岩层泥质含量，小数；n为被断裂错断第i层岩层个数；L为断裂断距，m。

图  3  断层岩封闭阶段断层岩排替压力随时间变化关系确定示意图

Figure 3.  Displacement pressure variation diagram for fault rock varied with times in the closing stage

根据围岩实测排替压力与其压实成岩埋深和泥质含量之间关系所建立的经验公式（式2） ^[11]，再求出研究区断层岩泥质含量，便可以得到与断层岩具有相同泥质含量围岩排替压力随其压实成岩埋深变化关系，如图3所示。将与断层岩具有相同泥质含量围岩排替压力与其压实成岩埋深之间关系由围岩开始停止沉积（Ts）处移至相当于断裂开始压实成岩时期（图3中T₀’所对应的时间，可由Z ₀-（Z-Z ₀）cosθ对应时间得到），将其作为断层岩排替压力与其压实成岩埋深之间关系，假设在不同地质时期断层岩泥质含量近似不变，由文献[7]中的方法恢复断层岩在不用地质时期的古埋深，便可以得到断层岩排替压力随时间变化关系^[11]，如图1b所示。其次是利用储层实测排替压力与其压实成岩埋深和泥质含量之间关系，在假设储层岩石泥质含量不同地质时期近似不变的条件下，由文献[7]中方法恢复储层岩石在不同地质时期的古埋深，便可以得到储层排替压力随时间变化关系^[11]，如图1b所示。最后，取二者相等所对应时期即为断层岩排替压力与储层岩石排替压力相等时期，如图1b中的t _BC所示。

由上述已确定出的断裂在泥岩盖层内分段生长上下连接时期即为断盖配置由封闭向渗漏转换时期，断层岩排替压力等于储层岩石排替压力时期即为断盖配置由渗漏向封闭转换时期。

式中：P _s为围岩样品实测排替压力，MPa；Z _s为围岩样品压实成岩埋深，m，若上覆地层无明显抬升剥蚀，可用现今埋深表示；R _s为围岩样品泥质含量，%，可用自然伽马测井资料，由文献[12]中岩层泥质含量计算方法计算求得；a、b为与地区有关的常数。

本文将以上述方法确定渤海湾盆地南堡凹陷南堡5号构造F1断裂与东二段泥岩盖层配置渗漏与封闭转换时期，并通过确定结果与研究区附近目前已发现油气分布之间关系分析，验证该方法确定断盖配置渗漏与封闭转换时期的可行性。

南堡5号构造是南堡凹陷西北部的一个北北东向含油气构造，其上发育有大量北东东向断裂，如图4a所示。该构造油气钻探揭示的地层有古近系的孔店组、沙河街组、东营组和新近系的馆陶组、明化镇组及第四系^[12⁃14]。目前已勘探出的大部分油气主要分布在东二段盖层之下。油气在沿断裂向上运移时，受到东二段泥岩盖层的阻挡，在东二段内的聚集程度与F1断裂与东二段泥岩盖层配置渗漏与封闭转换时期长短有着密切关系。因此确定F1断裂与东二段泥岩盖层配置渗漏与封闭转换时期，能够进一步认识南堡5号构造F1断裂附近东二段油气富集规律。

图  4  南堡5号构造F1断裂与油气分布关系图

Figure 4.  The relationship between the F1 fault and hydrocarbon distribution in the Nanpu No.5 Structure

F1断裂是位于南堡5号构造中部的北东东向的正断层，长约13.4 km（图4a）。断距为70 ~145 m。断层倾角平均为25°（图4b），可以看出，F1断裂从东三段中部一直断至馆陶组中部。由地质年代表可知F1断裂约在距今13.3 Ma停止活动。由断裂生长指数统计可以得到，南堡凹陷断裂主要在沙二、三段、东一段和明化镇组—第四系沉积时期活动，据此可以得到F1断裂的活动时期应为东一段—馆陶组沉积中期。

由钻井资料和地震资料，统计不同测线处F1断裂东二段泥岩盖层厚度以及断距，如表1所示。从表1中可以看出，F1断裂在不同测线处与东二段泥岩盖层匹配的断接厚度值不同，在测线L1、L3、L4、L5、L6、L7和L9处断盖配置断接厚度大于断裂在东二段泥岩盖层连接所需的最大断接厚度（约为120 m^[7]），断盖配置封闭，表明其目前一直处于封闭时期，垂向渗漏时期转换有利于油气聚集与保存。而在测线L2和L8处断盖配置断接厚度小于断裂在东二段泥岩盖层内连接所需的最大断接厚度，断盖配置渗漏，那么其渗漏与封闭转换时期如何？为了研究此问题，首先由钻井和地震资料，利用文献[7]中方法恢复测线L2和L8处东二段泥岩盖层不同地层时期的古厚度，由最大断距相减法^[1]恢复F1断裂在不同地质时期的古断距，由此计算断盖配置不同时期的古断接厚度，如图5所示，从图5中可以看出，测线L2处断盖配置在距今约16 Ma时为由封闭向渗漏转换时期，而测线L8处断盖配置在距今约13.6 Ma时为由封闭向渗漏转换时期。

图  5  南堡5号构造F1断裂在东二段泥岩盖层分段生长上下连接时期厘定图

Figure 5.  Determination of the upper and lower connection period of the mudstone caprock in Ed ² for the F1 fault, Nanpu No.5 structure

由图4b中可以得到测线L2和L8处断裂在东二段泥岩盖层内的埋深分别为2 670.5 m和2 626.1 m，因其上无明显地层抬升剥蚀，可视其为压实成岩埋深。由F1断裂在测线L2和L8处东二段泥岩盖层内断距和被其错断地层厚度及泥质含量，由式1计算F1断裂在东二段泥岩盖层内的断层岩泥质含量分别为0.52和0.63，将其代入南堡凹陷泥岩盖层实测排替压力与其压实成岩埋深和泥质含量之间关系（式3）中，便可以得到与F1断裂在测线L2和L8处东二段泥岩盖层内断层岩泥质含量相同围岩排替压力与其压实成岩埋深之间关系（图6），将此关系由东二段泥岩盖层沉积停止时期（距今约26.3 Ma）移至相当于F1断裂开始压实成岩时期，即分别为2 002 m和2 048 m所对应时间（图6），将其作为F1断裂在测线L2和L8处东二段泥岩盖层内断层岩排替压力与其压实成岩埋深之间关系（图6），再利用文献[7]中地层古厚度恢复方法对断层岩古压实成岩埋深进行恢复，便可以得到其排替压力随时间变化关系如图6所示。

式中：P _m为南堡凹陷泥质岩样品排替压力，MPa；Z _m为南堡凹陷泥质岩样品压实成岩埋深，m；因其上地层无明显抬升剥蚀，可用现今埋深表示；R _m为南堡凹陷泥质岩样品泥质含量，%；可利用自然伽马测井资料，由文献[11]中岩层泥质含量求取方法得到。

图  6  测线L2和L8处F1断裂在东二段泥岩盖层内断层岩排替压力与东二段储层岩石排替压力相等时期厘定图

Figure 6.  Equal period determination of fault rock displacement pressure in the mudstone cap and reservoir rock in Ed ² of the F1 fault in lines L2 and L8

由自然伽马测井资料，由文献[1]中泥质含量计算方法可以得到F1断裂在测线L2和L8处东二段泥岩盖层之下储层泥质含量均约为0.17^[15⁃16]，将其代入南堡凹陷储层岩石实测排替压力与其压实成岩埋深及泥质含量之间关系（式4）中，便可以得到储层岩石排替压力与其实测成岩埋深之间关系（图6），再利用文献[7]中地层古厚度恢复方法对储层岩石古压实成岩埋深恢复，便可以得到其排替压力随时间变化关系如图6所示。

由图6中可以得到，F1断裂在测线L2和L8处东二段泥岩盖层内断层岩排替压力和下伏储层岩石排替压力相等处时间分别约为距今7.4 Ma和8.0 Ma，即为F1断裂与东二段泥岩配置由渗漏向封闭转换时期分别为距今7.4 Ma和8.0 Ma。

式中：P _c为南堡凹陷储层岩石实测排替压力，MPa；Z _c为南堡凹陷储层岩石压实成岩埋深，m；R _c为南堡凹陷储层岩石泥质含量，小数。

由上可知，目前在测线L2和L8处F1断裂与东二段泥岩盖层配置目前均处于封闭性时期，且渗漏时期相对较长，其余测线处F1断裂与东二段泥岩盖层配置一直处于封闭时期，均有利于油气聚集与保存，这可能是目前能在F1断裂附近东二段泥岩盖层之下发现大量油气（图4）的根本原因。

（1） 断裂在泥岩盖层内分段生长上下连接时，断盖配置由封闭向渗漏转换；断裂在泥岩盖层内垂向封闭时，断盖配置由渗漏向封闭转换。

（2） 通过确定断裂在泥岩盖层内上下分段生长连接时期和断层岩排替压力等于储层岩石排替压力时期，建立了一套断盖配置渗漏与封闭转换时期的确定方法，实例应用结果表明，该方法适用于确定断盖配置渗漏和封闭时期。

（3） 在渤海湾盆地南堡凹陷南堡5号构造中，F1断裂与东二段泥岩盖层配置在测线L1、L3、L4、L5、L6、L7和L9处至今一直处于封闭状态，没有发生渗漏，有利于油气聚集与保存，而在测线L2处F1断裂与东二段泥岩盖层配置在距今约16 Ma由封闭向渗漏转换，距今约7.4 Ma由渗漏向封闭转换；测线L8处F1断裂与东二段泥岩盖层配置在距今约13.6 Ma由封闭向渗漏转换，距今约8.0 Ma由渗漏向封闭转换。目前在测线L2和L8处F1断裂与东二段泥岩盖层配置处于封闭状态，有利于油气在东二段泥岩盖层之下聚集与保存。与目前南堡5号构造F1断裂附近东二段泥岩盖层之下储层中已发现的油气分布相吻合，表明该方法用于确定断盖配置渗漏与封闭转换时期是可行的。