斷裂輸導油氣能力的評價方法及其應用
——以高郵凹陷漢留斷裂帶為例

鄭元財，易娟子，吳 峰

(1.中國石化江蘇油田分公司勘探開發研究院，江蘇 揚州225009；2.中國石油西南油氣田分公司重慶氣礦，重慶 400707)

斷層是含油氣盆地成藏研究的一個關鍵，眾所周知作為油氣輸導通道。勘探實例證實，油源斷層作為復雜的地質體，不同狀態下對油氣運聚所起的作用是有差異的，開啟時主要起輸導作用，靜止時主要起封閉作用。Sibson等(1994)通過分析斷裂的內部結構，提出了地震泵機制，并指出斷裂帶中的流體運移遵從地震泵作用控制下的幕式流動機制[1-2]；也有學者依據斷層在地震剖面上的特征，從幾何學的角度提出了線形輸導、“Y”形輸導、似花狀輸導等多種輸導形式[3-6]。這些研究成果在實際勘探中取得了較好效果，也說明斷層對油氣的控制作用。

斷層在形成發展過程中，隨著應力場的變化，在不同部位發生了擴展、鏈接、合并、復活等變化；同一斷層相同時期不同部位的輸導能力不同，同一斷層不同時期的輸導能力也不同。用某一點結構特征、某一時刻斷層的特征，靜態表征斷層油氣輸導能力存在缺陷，需要從動態分析斷層不同部位的油氣輸導差異。本文在斷層、構造演化的基礎上，分析斷層與油氣輸導的相關因素，建立關鍵時期油源斷層優勢輸導通道的評價方法，并以高郵凹陷漢留斷層為實例開展評價、指導勘探，進一步豐富該區的成藏理論。

1 斷裂輸導油氣能力的評價方法

斷裂的優勢通道指能夠大量向上運移油氣的部位。識別斷層優勢輸導能力主要有兩大類方法：一是利用物理模擬實驗方法[7]，二是利用斷裂發育特征參數進行綜合表征的方法[8-9]，本文重點討論第二種方法。大量研究表明斷層輸導能力與斷層的幾何形態、斷層的動力學特征因素密切相關[8-13]，其中最為主要的幾個關鍵因素為：反映斷裂之間生長與傳遞變化的轉換帶發育情況、成藏期斷層活動強度、斷面幾何形態(輸導脊發育特征)。

1.1 轉換帶發育部位

轉換帶是Dahlstrom在1970年研究擠壓變形中首次提出來的[14]，是盆地中一種特殊的構造帶,通過調節單個斷層和盆地單元之間斷距的變化來調節構造的變形。斷層之間可以“軟連接”也可以“硬連接”，Morley根據主干斷層的平面幾何學關系，將其劃分為未疊置型、疊置型、平行型和共線型等四種類型；又依據斷層的剖面關系進一步劃分為相向傾斜、背向傾斜和同向傾斜，組合成三類四型的構造轉換帶的劃分方案[15-16]。構造轉換帶是斷層分段發育時由于差異活動所造成的結果，轉換帶在調節差異變形時內部會發育調節斷層、裂縫等；同時轉換帶內常形成坡折，也是沉積砂體的發育區，二者皆可為油氣的運聚提供良好的通道(圖1)。因此分析斷層轉換帶的形成發展，特別是成藏期前后轉換帶發育對油氣的運移有重要作用。

轉換帶的識別主要采用位移-距離曲線法，其原理基于斷裂的形成演化機制。孤立的斷裂在形成過程中，其位移隨著斷裂長度的增長而增長，二者呈正比例關系；孤立斷裂相互作用形成轉換帶的過程中，由于斷裂長度的彼此疊覆而導致斷裂位移相互傳遞轉化，從而在斷裂轉換帶部位會形成斷裂位移-距離曲線上的數值突變區[17]，可以依此進行斷裂轉換帶的識別(圖2)。

圖1 轉換帶油氣輸導模式

圖2 轉換帶發育識別模式

關鍵時期轉換帶的識別首先要進行斷層演化分析，恢復關鍵時期斷層展布，再利用斷距-長度線法進行識別。目前斷層恢復技術主要是斷距回剝法[18-20]，即沿斷層延伸方向從下部所有層位斷距減去最上部層位相對應的斷距，為上部該層沉積時的斷距，也稱之為層拉平法。

1.2 斷層活動強度

烴源巖大規模生排烴時期，斷層活動強度越大，造成的斷層斷距也越大，次級斷層、裂縫等也越發育，對油氣沿著斷層運移的作用越大。因此分析斷層活動強度，可以判別斷層對油氣的輸導能力。但是現今的斷層滑動強度對油氣運移的意義不大，因此需要在斷層演化分析的基礎上，恢復烴源巖大規模生排烴關鍵時期的斷層活動強度。

斷裂活動強度的表征量有斷層活動速率、斷層滑距率等。其中斷層活動速率指的是地質時期某一階段的斷層落差與沉積時間比值(m/Ma)，其中沉積時間為整套地層的沉積時間取平均值或用生物化石劃分沉積時間(圖3)。該方法在斷層與油氣運移關系的研究領域中被廣泛應用，并取得了較好的效果[21-23]。

圖3 斷層古落差及活動速率示意

1.3 斷裂輸導脊發育部位

斷層是一個復雜的地質體，常具有凹凸不平、陡緩不一的構造形態。油氣在沿斷層運移時，斷層的陡緩、斷層面的凹凸特征都會影響油氣的運移，使得油氣的輸導效率不一。據Hindle等人[24]的研究成果(圖4)：當斷面為凹面時，油氣沿斷層面呈發散運移，此時油氣在平面上緊貼斷面成帶分布；當斷面為凸面時，油氣沿斷面呈匯聚型運移，油氣多在斷面的樞紐處聚集成藏；凸面的低勢線即為斷裂輸導脊的發育部位。在構造解釋成果基礎上，逐一加密刻畫斷層的空間展布，斷層斷面的埋深等值線表現出的隆起部位連線則為斷層輸導脊發育區。

明確關鍵成藏期轉換帶的發育部位、成藏期的斷裂活動強度、斷裂輸導脊的發育部位等三個斷裂輸導評價關鍵參數后進行疊合，三者都疊合的區域為斷層油氣輸導最有利區—Ⅰ類有利評價區；三者之間有兩個因素疊合在一起的區域為較為有利區—Ⅱ類有利評價區；三者之間只有一個因素覆蓋的區域為油氣輸導的相對有利區—Ⅲ類評價區；三者無一疊合的區域評價為不利油氣輸導的差區—Ⅳ類差評價區。

圖4 斷面形態對油氣運移方向和路徑的影響[23]

2 在高郵凹陷漢留斷裂帶的應用

2.1 地質概況

漢留斷裂帶是蘇北盆地高郵凹陷深凹帶與北斜坡的分界斷層(圖5)。漢留斷裂帶全長約70 km，總體走向為北東東向，主要由漢留斷層及一系列次級斷層組成，西起天長凸起，東部在富民地區逐漸消失。

漢留斷裂帶具有明顯的分段差異活動特征，由四條斷距在200～1 000 m的斷層組成，自西向東分別為漢①、漢②、漢③、漢④；其中漢①斷層規模較大，從工區西端一直延續到漢②斷層中部地區，與漢②斷層間以橫向調節斷層相連接。漢②斷層發育規模介于漢①斷層和漢③斷層之間，彼此間側列連接，而漢③、漢④斷層規模相對減小(見圖5)。漢留斷裂帶作為真武斷裂的伴生走滑正斷層體系，控制著深凹帶的沉積演化及油氣分布，沿斷層下降盤現已發現馬家嘴油田、聯盟莊油田、永安油田等富集油氣藏；斷層上升盤地區勘探程度低、發現較少，目前只有在YAN地區發現了Y25塊、Y21塊油藏。上升盤地區油氣來源于深凹帶烴源巖，漢留斷層作為本區主要的烴源巖斷層，不同部位的輸導油氣能力決定著斷層上升盤不同部位的油氣富集程度，因此評價漢留斷層油氣的輸導能力有著重要勘探意義。

圖5 蘇北盆地高郵凹陷漢留斷裂帶構造區劃

2.2 輸導能力評價

漢留斷層自西向東存在hm3D、hjmjz3D、ZLYA3D三維地震解釋覆蓋，利用3個三維解釋成果，針對漢留斷層開展加密解釋，落實斷層的空間靜態展布特征，并采用多切線的方法，依次讀取與構造轉換帶、斷層活動強度分析緊密相關的各現今沉積層的斷層斷距值，結合斷層演化分析。

2.2.1 構造轉換帶分析

研究表明本區油氣大規模生排烴期為三垛末期[25]，運用斷層層拉平法分別對Ny沉積前、E2s沉積前兩個重要沉積期的斷距進行回剝恢復，并與現今斷距進行對比，結果表明：E2s沉積前，從漢①+②疊加斷距曲線看，該區的構造轉換帶以未疊覆軟連接為主，發育部位主要在ZLYA_L2900測線附近(圖6a)，漢②+漢③+④斷層不發育構造轉換帶，構造轉換帶在該時期范圍分別比較小；Ny沉積前，從漢①+②疊加斷距表明漢①與漢②構造轉換帶以轉換帶疊覆連接為主，擴大到ZLYA_L290～ZLYA_L450、ZLYA_L740～ZLYA_L1020測線范圍，呈連續分布，為換轉帶的發展期(圖6b)；Ny沉積后斷層活動小，轉換帶生長范圍減小，繼承原發育特征，分布在ZLYA_L290～ZLYA_L470、ZLYA_L740～ZLYA_L1050測線范圍(圖6c)；以構造轉換帶的發育特征為單因素分析，與大規模生排烴相匹配的斷層輸導有利地區在ZLYA_L290～ZLYA_L450、ZLYA_L740～ZLYA_L1020測線范圍。

圖6 漢留斷裂帶各時期斷距及轉換帶分布(a.E2s沉積前，b.Ny沉積前，c.現今)

2.2.2 斷層活動強度分析

依據恢復出的斷層在各個時期活動量，利用上述方法分別計算了漢①～④號斷層各個時期的落差量，其中漢①、漢②、漢③+④斷層E2s沉積期的最大古落差量分別為32,29,18.7 ms/Ma，將漢①斷層的活動速率曲線與依靠該斷層輸導的油藏展布進行疊合，發現油藏分布區活動速率最小，大約為4 ms/Ma，也就是說對于漢①斷層而言，在油氣大規模生排烴期，斷層活動速率大于4 ms/Ma為油氣輸導的有利區，分布范圍為hm3dL100～ZLYA_L290測線區域；同樣對漢②斷層也與油藏的展布進行疊合，油藏分布范圍最小活動速率為6 ms/Ma，即漢②斷層的有利區為斷層活動速率大于6 ms/Ma、分布在hm3dL550～ZLYA_L620測線范圍；漢③+④斷層與油藏的展布進行疊合，其油藏分布范圍最小活動速率為15 ms/Ma，則漢③+④斷層的有利區為斷層活動速率大于15 ms/Ma區域，分布范圍在ZLYA_L620～ZLYA_L600與ZLYA_L740～ZLYA_L1050測線之間。

以上斷層活動速率單因素分析結果表明，對于漢留斷層不同的分支評價標準是不一樣的，總體來說，漢留斷裂帶大規模生、排、烴相互匹配的斷層輸導疊合有利地區為hjmjz3dL100～ZLYA_L1050測線范圍內，見圖7。

圖7 漢留斷層三垛沉積期活動強度

2.2.3 輸導脊發育特征分析

漢留斷層的斷面形態起伏多變，形成多個脊狀構造帶和其間的凹陷槽。漢①斷層斷面還具有分帶差異性，西側斷面展布范圍及埋深在馬家嘴地區發生突變，斷面明顯變窄、埋深變淺，自西向東發育a～f等6支構造脊；漢②斷層活動強度較漢①斷層稍弱，斷面形態表現為中部寬闊且埋深較大，而兩側斷面寬度明顯變窄且埋深變淺，與漢①斷層一樣，漢②斷層斷面也具有起伏多變的特征，形成g～i等3支大致平行的構造脊(圖8)。漢③斷層與漢④斷層首尾相連，連接段的水平斷距明顯減小，斷面形態也表現出起伏多變的特征，形成j～p等數個基本平行的構造脊；YAN油田所處位置正好位于其中的兩個相鄰構造脊之上，驗證了構造脊輸導油氣的能力。從構造脊單一因素的分析，漢①～④斷層總共發育a～p等14支構造脊，為輸導油氣的良好通道。

疊合影響斷層輸導能力的三大關鍵點—斷面構造脊、構造轉換帶、斷層活動強度等的評價結果發現：漢留斷裂帶油氣的分布主要與Ⅰ、Ⅱ類評價區關系密切，分布于LD-YAN地區，其中Ⅰ類有利評價區主要分布于YAN主體構造地區(圖9)。

針對漢留斷層上升盤的Ⅱ類有利評價區部署鉆探了YX43井，戴南組獲油層4層9.0 m，油水同層1層4.5 m，取得了良好勘探效果，驗證了在漢留斷裂帶上升盤運用三要素疊合評價斷層輸導能力的可行性。

圖8 漢留斷層埋深斷面等值線

圖9 漢留斷層上升盤戴南組輸導評價

3 結論與討論

(1)運用斷裂發育特征參數進行綜合表征的方法，確定了影響油氣優勢輸導發育的斷面幾何形態、斷層活動強度、轉換帶等三個關鍵控制因素，形成以成藏期構造轉換帶、成藏期斷層活動速率及構造輸導脊為評價要素的斷層油氣輸導能力評價法。

(2)分析漢留斷層漢①～④斷層三要素的展布特征，并以此劃分漢留斷層油氣輸導Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類有利油氣輸導區，其中油氣的分布與Ⅰ、Ⅱ類有利油氣輸導區關系密切，經勘探證實該方法實際運用具有可行性。

(3)目前該評價技術與方法只是停留在三元定性的疊合評價方面，對多元參數有機拓展與定量融合尚未開展研究，對更加復雜的地質條件仍缺乏更加精準評價模型。