源斷時空匹配關系及其對油氣運聚的控制作用

宋建陽，付 廣，厲 娜，胡 明，孫同文

(1.東北石油大學，黑龍江 大慶 163318;2.油氣藏形成機理與資源評價黑龍江省重點實驗室，黑龍江 大慶 163318)

0 引言

隨著油氣勘探的深入，人們越來越認識到并不是所有斷裂均可成為油氣運移的輸導通道，只有連接源巖和目的儲層，且在源巖大量排烴期活動的斷裂才能成為油氣輸導斷裂[1]。輸導斷裂的分布在一定程度上控制著下生上儲式生儲蓋組合含油氣盆地油氣的分布，能否正確認識源巖與輸導斷裂之間的時空匹配關系及其對油氣運聚的控制作用是下生上儲式生儲蓋組合油氣勘探的關鍵。雖然前人曾對斷裂輸導油氣作用做過大量研究和探討[2－5]，但這些研究主要是從斷裂本身發育特征入手，結合其是否溝通源巖和目的儲層，以及在源巖大量排烴期其是否活動著手研究，并通過其與油氣分布之間關系來分析研究斷裂對油氣成藏與分布的控制作用[6－9]。雖然也提到了斷裂與源巖之間的時空關系，但僅僅將連接源巖與目的儲層且在源巖大量排烴期活動的斷裂作為油氣輸導斷裂，并沒有考慮其他情況下源巖和輸導斷裂時空匹配關系對油氣運聚的作用，這不利于含油氣盆地下生上儲式生儲蓋組合油氣勘探的深入。通過開展源巖和輸導斷裂時空匹配關系及其對油氣運聚的控制作用研究，在源斷空間匹配類型及其對油氣聚集的控制作用研究取得了新認識，對正確認識含油氣盆地下生上儲式生儲蓋組合油氣成藏規律和指導油氣勘探均具重要意義。

1 源斷空間匹配關系及其特征

源斷空間匹配關系是指源巖和目的儲層是否被輸導斷裂連接，以及被輸導斷裂連接的源巖個數之間的匹配關系。輸導斷裂只有與源巖連接，才能成為油氣垂向運移的輸導通道，而且連接源巖個數越多，越有利于油氣大規模進行垂向運移;否則，斷裂不能成為油氣垂向運移的輸導通道，只能對油氣側向運移起到連接或變徑作用。通過含油氣盆地下生上儲式生儲蓋組合源巖與輸導斷裂之間空間位置關系研究，可以得到源斷空間匹配有以下3種關系。

1.1 多源斷匹配關系

多源斷空間匹配關系是指輸導斷裂同時連接2套以上源巖和目的儲層，這種空間匹配位于含油氣盆地油源區內，2套以上源巖生成的油氣通過輸導斷裂向上覆目的儲層中輸導運移，有利于油氣大規模向上覆目的儲層中垂向運移。如渤海盆地南堡凹陷中淺層(古近系東營組一段—新近系明化鎮組)，目前已找到了大量油氣。油源對比研究結果[10]表明，其油氣主要來自下伏古近系沙河街組三段或沙河街組一段—東營組三段2套源巖。由于中淺層目的儲層與這2套源巖之間被多套泥巖層相隔，使其生成的油氣不能通過地層孔隙直接向上覆中淺層運移，只能通過Ⅴ、Ⅵ型輸導斷裂[11]才能使其生成的油氣運移至上覆中淺層中，其中只有Ⅵ型輸導斷裂同時連接了這2套源巖和上覆中淺層，可使其生成的油氣沿其向中淺層輸導運移，屬于典型的多源斷匹配關系。

1.2 單源斷匹配關系

單源斷空間匹配關系是指輸導斷裂只連接一套源巖和目的儲層，該匹配關系也位于含油氣盆地的油源區內。有一套源巖生成的油氣通過輸導斷裂向上覆目的儲層中輸導運移，雖然有利于油氣垂向運移，但其油氣運移規模明顯不如多源斷匹配關系。如南堡凹陷Ⅴ型輸導斷裂僅連接了沙一段—東三段源巖和上覆中淺層，沒有連接下伏沙三段源巖，只有沙一段—東三段一套源巖生成的油氣沿其向上覆中淺層運移，屬于典型的單源斷匹配關系。

1.3 無源斷匹配關系

無源斷空間匹配關系是指輸導斷裂無源巖分布，不能連接源巖和上覆目的儲層。此空間匹配關系分布在油源區之外。油源區內源巖生成的油氣不能直接沿輸導斷裂向上運移，只能對沿砂體或不整合面側向運移油氣起到側向連接或變徑作用，如松遼盆地杏北地區位于下白堊統泉頭組四段的扶余油層，目前已獲得工業油流，油源對比結果[10]表明:油主要來自西側古龍凹陷上白堊統青山口組一段源巖，古龍凹陷青一段源巖生成的油在超壓的作用下，通過輸導斷裂(連接青一段源巖和下伏扶余油層，且在青一段源巖大量排烴期—上白堊統明水組沉積末期活動的斷裂)向下伏扶余油層倒灌運移。進入扶余油層中的油在浮力作用下沿砂體向杏北地區發生側向運移。在杏北地區油在側向運移過程中還會遇到大量輸導斷裂，這些斷裂對油側向運移起變徑作用，但由于受上覆青一段泥巖厚層蓋層的阻擋，這種變徑作用并不能使油運移至地表，使油繼續沿砂體側向運移，輸導斷裂僅起到的是側向連接作用，屬于典型的無源斷匹配關系。

2 源斷時間匹配關系及其特征

源斷時間匹配關系是指源巖大量排烴期與斷裂活動時期之間的匹配關系，如果源巖大量排烴期與輸導斷裂活動時期同期，源巖排出的油氣可以沿輸導斷裂進行大規模運移，有利于油氣大規模聚集成藏;相反不管是源巖大量排烴期早于或晚于輸導斷裂活動時期，無或僅有少量油氣沿輸導斷裂運移，不利于油氣大規模聚集成藏。按照源巖大量排烴期與輸導斷裂活動時期二者時間的相對關系，按源斷時間匹配關系有以下3種類型。

2.1 源早斷晚匹配關系

源早斷晚時間匹配關系是指源巖大量排烴期早于斷裂活動時期，如圖1所示，由于源巖大量排烴期相對較早，而輸導斷裂活動時期相對較晚，雖然斷裂連接了源巖和上覆目的儲層，但也無油氣或僅有少量油氣可以沿輸導斷裂向上覆目的儲層進行運移，不利于油氣大規模聚集成藏。如松遼盆地北部徐家圍子斷陷深層(下白堊統泉頭組二段以下地層)在下白堊統營城組火山巖中找到了大量天然氣，氣源對比結果[12]表明，天然氣主要來自下伏的下白堊統沙河子組源煤系源巖，由于營城組火山巖儲層與下伏沙河子組源巖之間被多套泥巖層或致密火山巖相隔，沙河子組源巖生成的天然氣無法通過地層孔隙直接向上覆營城組火山巖中運移，只能通過Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ3類輸導斷裂[13]使沙河子組源巖生成的天然氣運移進入營城組火山巖中(圖2)。由斷裂生長指數法[14]和活動速率法[15]，結合區域構造發育史剖面分析，可知徐家圍子斷陷營城組火山巖中的Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ3類輸導斷裂的活動時期主要有火石嶺組、沙河子組、營城組、青山口組—姚家組、嫩江組沉積末期、明水組沉積末期和古近系沉積末期7個時期。由源巖生排氣模擬結果[12]可知，徐家圍子斷陷沙河子組源巖在登婁庫組沉積早期開始向外排氣，在青山口組沉積時期達到大量排氣期。通過比較沙河子組源巖大量排氣期與輸導斷裂活動時期可以看出，徐家圍子斷陷營城組火山巖中的Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ3類輸導斷裂在古近系沉積末期的斷裂活動時期晚于沙河子組源巖大量排烴期，二者屬于源早斷晚匹配關系，不利于沙河子組源巖生成的天然氣沿Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ3類斷裂向上覆營城組火山巖中運移。

圖1 源斷時間匹配關系類型示意圖

2.2 源斷同期匹配關系

源斷同期匹配關系是指源巖大量排烴期與斷裂活動時期同期，如圖1所示，該匹配關系中由于源巖大量排烴期與斷裂活動同期，源巖排出的大量油氣便可以沿輸導斷裂大量向上覆目的儲層中運移，有利于油氣大規模聚集成藏。如上述松遼盆地北部徐家圍子斷陷營城組火山巖中Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ3類輸導斷裂[13]在青山口組—姚家組的活動時期與沙河子組源巖大量排烴期一致，二者屬于源斷同期匹配;有利于沙河子組源巖生成的天然氣沿Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ3類輸導斷裂向上覆營城組火山巖中運移。

圖2 徐家圍子斷陷斷裂系統劃分模式

2.3 源晚斷早匹配關系

源晚斷早匹配關系是指源巖大量排烴期晚于斷裂活動時期(圖1)，該匹配關系中由于斷裂活動時期早于源巖大量排烴期，當斷裂活動時，源巖尚未大量生成油氣，雖然輸導斷裂連接了源巖和上覆目的儲層，也無油氣或只有少量油氣從源巖向上覆目的儲層中運移，也不利于油氣大規模聚集成藏。如上述松遼盆地北部徐家圍子斷陷營城組火山巖中Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ3類輸導斷裂在火石嶺組、沙河子組、營城組3個活動時期，沙河子組源巖這3個時期內尚未開始向外排氣，二者屬于典型的源晚斷早匹配關系，不利于沙河子組源巖生成的天然氣沿Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ3類輸導斷裂向上覆營城組火山巖中運移。

3 源斷時空匹配關系對油氣運聚的控制作用

通過含油氣盆地下生上儲式生儲蓋組合油氣藏解剖，以及油氣分布與源斷時空匹配之間關系研究，認為源斷時空匹配關系對油氣運聚的控制作用主要表現在以下2個方面。

3.1 源斷空間匹配關系控制著油氣聚集部位和聚集量

在含油氣盆地下生上儲式生儲蓋組合中，源巖生成的油氣主要通過輸導斷裂向上覆目的儲層中運移，油進入到上覆目的儲層后，由于受到上覆區域性蓋層的阻擋。油氣便在其附近的正向構造如斷塊、斷背斜、斷層遮擋和斷層－巖性圈閉中聚集形成油氣藏，使得油氣主要聚集分布在輸導斷裂附近。如渤海灣盆地南堡凹陷中淺層目前已找到的柳贊、高尚堡、老爺廟，南堡1號、2號、3號、4號和5號油氣田均分布在輸導斷裂附近(圖3)。這是因為下伏沙三段或沙一段—東三段源巖生成的油氣主要是沿著這些輸導斷裂向上覆中淺層運移，進入到中淺層的油氣由于受到東二段泥巖、館三段火山巖和明下段泥巖蓋層阻擋，油氣便停止運移，在這些輸導斷裂附近的正向構造，如斷背斜、斷塊、斷層遮擋和斷層－巖性圈閉中聚集成藏，使油氣均分布在這些輸導斷裂附近。

圖3 南堡凹陷輸導斷裂與中淺層油氣分布關系

輸導斷裂溝通下伏源巖的個數越多，沿輸導斷裂向上覆目的層運移油氣的數量越多，越有利于油氣在上覆目的層中聚集成藏，油氣越富集;反之，油氣越不富集。南堡凹陷2號東地區中淺層，輸導斷裂與沙三段和沙一段—東三段2套源巖空間匹配(屬于多源斷匹配)的中淺層獲得油氣顯示最好，其次是輸導斷裂與沙一段—東三段1套源巖空間匹配(屬于單源斷匹配)的中淺層，輸導層未與沙三段或沙一段—東三段泥巖空間匹配(屬無源斷匹配)的中淺層僅見到了顯示和水。

3.2 源斷時間匹配關系控制著油氣聚集時期和聚集量

由上述分析可知，只有源斷同期匹配即源巖大量排烴期與輸導斷裂活動時期同期時，源巖生成的油氣方可沿斷裂發生大量運移，油氣才能形成大規模聚集成藏，此時期應為油氣成藏的主要時期。相反，不論是源早斷晚匹配關系還是源晚斷早匹配關系，無油氣或只有少量油氣沿輸導斷裂進行運移，也就不能形成油氣的大規模聚集，故這些時期不應是油氣成藏的主要時期。如松遼盆地北部徐家圍子斷陷營城組火山巖中Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ3類輸導斷裂雖然有火石嶺組、沙河子組、營城組、青山口組—姚家組、嫩江組沉積末期、明水組沉積末期和古近系沉積末期7個活動時期，而火石嶺組、沙河子組和營城組沉積時期，雖然Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ3類輸導斷裂活動，但此時沙河子組源巖尚未開始向外排氣，無天然氣或只有少量天然氣沿Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ3類輸導斷裂向上覆營城組火山巖中運移，也就無天然氣的大規模聚集成藏，故上述3個時期不應是營城組火山巖天然氣成藏的時期。古近系沉積末期的Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ3類斷裂活動，但沙河子組源巖向外排氣作用已停止，無天然氣或只有少量天然氣沿Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ3類輸導斷裂向上覆營城組火山巖中運移，也就無天然氣大規模聚集成藏，也不應是營城組火山巖天然氣成藏的時期。只有青山口組—姚家組、嫩江組沉積末期和明水組沉積末期Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ3類斷裂活動時，沙河子組源巖正處于大量向外排氣時期，有大量天然氣沿Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ3類斷裂向上覆營城組火山巖中運移，天然氣才會在營城組火山巖中大規模聚集成藏，該時期應為營城組火山巖天然氣成藏的主要時期。這可從目前徐家圍子斷陷營城組火山巖中流體包裹體均一溫度所揭示的天然氣成藏時期在青山口組沉積末期—明水組沉積末期得到證實。

4 結論

(1)源斷空間匹配關系可以分為多源斷、單源斷和無源斷3種，前2種油氣沿輸導斷裂發生垂向運移，多源斷匹配關系較單源斷匹配更有利于油氣大規模垂向運移，后1種源巖生成的油氣不能沿輸導斷裂發生垂向運移，只能對側向運移起到調整作用。

(2)源斷時空匹配關系可以分為源早斷晚、源晚斷早和源斷同期3種，只有源斷同期匹配有利于油氣大規模沿輸導斷裂運移，其他2種匹配關系皆不利于油氣大規模沿輸導斷裂運移。

(3)源斷時空匹配關系對油氣運聚的控制作用主要表現在2個方面:源斷空間匹配關系控制著油氣聚集部位和聚集數量;源斷時間匹配控制著油氣成藏時期與聚集量。

[1]付廣，楊敬博.斷蓋配置對沿斷裂運移油氣的封閉作用:以南堡凹陷中淺層為例[J].地球科學——中國地質大學學報，2013，38(4):783 －791.

[2]付廣，孫同文，呂延防.南堡凹陷斷—砂配置側向輸導油氣能力評價方法[J].中國礦業大學學報，2014，43(1):79－87.

[3]孫永河，呂延防，付廣，等.斷裂輸導體系輸導天然氣效率評價方法及其應用[J].天然氣地球科學，2006，17(1):73－77.

[4]馬慶佑，沙旭光，李玉蘭，等.塔中順托果勒區塊走滑斷裂特征及控油作用[J].石油實驗地質，2012，34(2):120－124.

[5]孫永河，呂延防，付曉飛，等.準噶爾盆地南緣褶皺沖斷帶斷裂輸導石油效率評價[J].吉林大學學報:地球科學版，2008，38(3):430 －436.

[6]馬中良，曾濺輝，鄭倫舉.穩態充注下輸導層交匯處油氣運移路徑的選擇性[J].石油實驗地質，2012，34(1):89－93.

[7]郝杰，李忠權.大慶長垣中部扶楊油層構造特征及其對油氣成藏的影響[J].大慶石油地質與開發，2013，32(1):7－11.

[8]呂志洲，李旻，田軍，等.一種改進后的斷裂封堵性研究方法——以龍門山沖斷帶為例[J].石油實驗地質，2012，34(3):325 －329.

[9]范柏林，劉成林，龐雄奇，等.渤海灣盆地南堡凹陷斷裂系統對油氣成藏的控制作用[J].石油與天然氣地質，2011，32(2):192 －206.

[10]梅玲，張枝煥，王旭東，等.渤海灣盆地南堡凹陷原油地球化學特征及油源對比[J].中國石油大學學報:自然科學版，2008，32(6):40 －46.

[11]孫永河，趙博，董月霞，等.南堡凹陷斷裂對油氣運聚成藏的控制作用[J].石油與天然氣地質，2013，34(4):540－549.

[12]李曉鋒，彭仕宓，邵明禮，等.松遼盆地深層天然氣成因分析及氣源對比[J].天然氣工業，2009，29(11):5－8.

[13]胡明，付廣，呂延防，等.松遼盆地徐家圍子斷陷斷裂活動時期及其與深層氣成藏關系分析[J].地質評論，2010，56(5):710 －718.

[14]陳剛，戴俊生，葉興樹，等.生長指數與斷層落差的對比研究[J]. 西南石油大學學報，2007，29(3):20 －23.

[15]吳中海，吳珍漢，胡道功，等.青藏高原中部溫泉盆地西側晚第四紀正斷層作用的地貌標志及斷裂活動速率[J].地質通報，2005，24(1):48－57.