油源斷裂輸導和遮擋配置油氣成藏有利部位預測方法及其應用

付廣，韓旭，梁木桂

東北石油大學，黑龍江大慶，163318

內容提要: 為了研究含油氣盆地下生上儲式油源斷裂附近油氣成藏規律，在油源斷裂輸導和遮擋配置油氣運聚機制及有利部位研究的基礎上，通過確定油源斷裂伴生裂縫發育部位和儲集油氣砂體分布區，確定油源斷裂輸導油氣有利部位；通過確定油源斷裂側向封油氣部位和儲集砂體分布區，確定油源斷裂遮擋油氣有利部位，二者結合建立了一套油源斷裂輸導和遮擋配置油氣成藏有利部位的預測方法，并將其應用于渤海灣盆地歧口凹陷板橋斷裂在始新統沙河街組一段下亞段(沙一下亞段)內輸導和遮擋配置油氣成藏有利部位的預測中，結果表明：板橋斷裂在沙一下亞段內輸導和遮擋配置油氣成藏有利部位主要分布在其東北中部，少量分布在西南東部，有利于下伏始新統沙河街組三段(沙三段)源巖生成油氣在沙一下亞段內運聚成藏，與目前板橋斷裂附近沙一下亞段內已發現油氣主要分布在其東北中部，少量分布在西南東部相吻合，表明該方法用于預測油源斷裂輸導和遮擋配置油氣成藏有利部位是可行的。

油氣勘探實踐表明，油源斷裂連接著含油氣盆地下伏源巖和上覆目的儲層，且在油氣成藏期活動，在油氣成藏中既是油氣運移的輸導通道，又是油氣聚集的遮擋物，對油氣的運聚成藏起到了非常重要的作用(Bense et al., 2003; Sample et al., 2006; 陳偉等，2010；王圣柱等，2018)。然而，并非油源斷裂附近皆有油氣藏分布，這除了受到圈閉是否發育的影響外，很大程度上受到油源斷裂輸導和遮擋配置油氣成藏有利部位的影響，只有位于油源斷裂輸導和遮擋配置油氣成藏有利部位或附近，才有利于油氣成藏，油氣鉆探才能發現油氣；否則無油氣發現(付曉飛等，2005，2012；賈茹等，2017；劉宗堡等，2017)。因此，能否準確地預測出油源斷裂輸導和遮擋配置油氣成藏有利部位，應是含油氣盆地下生上儲式油源斷裂附近油氣勘探的關鍵。關于油源斷裂輸導和遮擋油氣有利部位前人曾做過一定研究和探討，對油源斷裂輸導油氣有利部位主要是利用活動期斷裂活動速率相對大小，通過預測油源斷裂伴生裂縫發育部位，研究活動期油源斷裂輸導油氣有利部位(宗奕等，2009；吳智平等，2010；莊新兵等，2012；孟令東等，2014)，認為油源斷裂伴生裂縫發育部位即為其活動期輸導油氣有利部位；反之則不是斷裂輸導油氣有利部位。再者是利用斷裂斷層面的起伏特征，刻畫油源斷裂的凸面脊分布，研究停止活動后油源斷裂輸導油氣有利部位(Hindle et al., 1997；Lightenberg et al.,1997；羅群等，2005；姜振學等，2005)。認為凸面脊發育部位即為停止活動后油源斷裂輸導油氣有利部位，反之則不是斷裂輸導油氣有利部位(姜素華等，2005；蔣有錄等，2011；袁波等，2014；姜貴璞等，2017)。對于油源斷裂遮擋油氣有利部位主要是利用斷裂斷距和被其錯斷巖層厚度及泥質含量，預測斷層巖泥質含量(付廣等，2016)，再通過斷層巖泥質含量和斷裂側向封閉油氣所需的最小斷層巖泥質含量比較，研究油源斷裂側向封閉的有利部位(付廣等，2013，2016；許新明，2014；呂延防等，2016)，進而研究油源斷裂遮擋油氣有利部位。認為斷層巖泥質含量大于或等于其封油氣所需的最小斷層巖泥質含量的部位，即為油源斷裂遮擋油氣有利部位；反之則不是遮擋油氣有利部位。上述這些研究成果對指導含油氣盆地下生上儲式油源斷裂附近油氣勘探起到了非常重要作用。然而，上述這些研究對油源斷裂輸導油氣有利部位和遮擋油氣有利部位研究均是分開進行的，缺少二者的綜合研究，造成研究結果與目前油源斷裂附近已發現油氣并不完全符合，給油氣勘探帶來了一定風險。因此，開展油源斷裂輸導和遮擋配置油氣成藏有利部位預測方法研究，對于正確認識含油氣盆地下生上儲式油源斷裂附近油氣成藏規律和指導油氣勘探均具重要意義。

1 油源斷裂輸導和遮擋配置油氣成藏機制及其有利部位

油源斷裂附近之所以能有油氣聚集成藏，主要是因為在斷裂活動時期油源斷裂伴生裂縫發育，可作為輸導通道，將下伏源巖生成的油氣輸導至其附近目的層內砂體中，當斷裂停止活動后，油源斷裂伴生裂縫在上覆沉積載荷、區域主壓應力和地下水沉淀膠結等作用下緊閉愈合，側向封閉，遮擋砂體中的油氣，使油氣在油源斷裂附近的斷砂配置圈閉中聚集成藏，如圖1中的A部位，既是油源斷裂輸導油氣的有利部位，又是油源斷裂遮擋油氣的有利部位，應是油源斷裂輸導和遮擋配置油氣成藏的有利部位，有利于油氣的聚集成藏。而圖1中的B部位，雖是輸導油氣有利部位，但不是遮擋油氣有利部位，不是油源斷裂輸導和遮擋配置油氣成藏有利部位，不利于油氣聚集成藏。

圖1 油源斷裂輸導與遮擋配置油氣成藏有利部位示意圖Fig. 1 Sketch map of favorable positions for oil and gas accumulation in oil source fault transportation and shielding configuration(a)斷裂；(b)砂體所在地層；A—油源斷裂輸導和遮擋配置油氣成藏有利部位; B—油源斷裂輸導和遮擋配置油氣成藏有利部位(a)fault；(b)sand body location stratum；A—favorable position of oil and gas accumulation sites by oil source fault transmission and shielding; B—non-favorable position of oil and gas accumulation sites by oil source fault transmission and shielding

2 油源斷裂輸導和遮擋配置油氣成藏有利部位的預測方法

由上可知，要預測油源斷裂輸導和遮擋配置油氣成藏有利部位，就必須確定出油源斷裂輸導油氣有利部位和油源斷裂遮擋油氣有利部位，取二者重合部位即為油源斷裂輸導和遮擋配置油氣成藏有利部位。

2.1 油源斷裂輸導油氣有利部位確定方法

要確定油源斷裂輸導油氣有利部位，就必須確定出油源斷裂伴生裂縫發育部位和儲集油氣砂體分布區，二者重合部位即為油源斷裂輸導油氣有利部位。

由三維地震資料統計油源斷裂在目的層內的斷距，由最大斷距相減法(劉哲等，2012)恢復其在油氣成藏期的古斷距(若地層存在抬升剝蝕，首先須利用地層古厚度方法對地層古厚度進行恢復(龐雄奇等，1991)，再按最大斷距相減法(劉哲等，2012)恢復其油氣成藏期古斷距)，再除以斷裂活動時期，便可以得到油源斷裂在油氣成藏期的古活動速率(圖2)，統計研究區油氣成藏期油源斷裂古活動速率與油氣分布之間關系，取油氣分布處最小古活動速率作為油源斷裂伴生裂縫連通分布所需的最小活動速率(圖2)，這是因為只有油源斷裂活動，才能產生伴生裂縫，且斷裂活動強度(可用活動速率相對大小表示)越大，伴生裂縫越發育；反之則不發育。而且伴生裂縫僅存在于斷裂活動時期，停止活動后便在各種地質因素作用下緊閉愈合失去輸導能力，而變成油氣聚集的遮擋物。通常情況下只有油源斷裂伴生裂縫連通分布，才能輸導油氣，才會有油氣聚集成藏，油氣勘探才能發現油氣；反之則無油氣發現。二者結合取油源斷裂古活動速率大于伴生裂縫連通分布所需的最小活動速率的部位，即為油源斷裂伴生裂縫連通分布部位(圖2)。

圖2 油源斷裂伴生裂縫連通與分布部位厘定示意圖Fig. 2 Sketch map for determination of connection and distribution parts of associated fractures of oil source faultV —油源斷裂古活動速率；Vmin —伴生裂縫發育所需的最小活動速率V—paleoactivity rate of oil source fault; Vmin—minimum activity rate required for associated fracture development

目的層中砂體是否儲集油氣主要取決于地層砂地比值的相對大小，由鉆井資料統計可以得到油源斷裂附近目的層中的砂地比值(圖3)。統計研究區含油氣砂體所在地層砂地比值，取含油氣砂體所在地層最小砂地比值作為能儲集油氣砂體所需的最小地層砂地比值(圖3)，這是因為只有砂體能儲集油氣，油氣才能在其內運移和聚集，油氣鉆探才能發現油氣；否則無油氣發現。二者結合取砂地比值大于能儲集油氣砂體所需的最小砂地比值的區域，即為儲集油氣砂體分布區(圖3)。

圖3 儲集油氣砂體分布區厘定示意圖Fig. 3 Determination of distribution area of oil and gas reservoir sand bodyRs—地層砂地比值; Rs,min—能儲集油氣砂體所需的最小地層砂地比值Rs—stratum sand-formation ratio; Rs,min—minimum sand-formation ratio required for oil and gas sand reservoir

將上述已確定出的油源斷裂伴生裂縫連通分布部位和儲集油氣砂體分布區疊合，二者重合部位即為油源斷裂輸導油氣有利部位(圖1)。

2.2 油源斷裂遮擋油氣有利部位確定方法

要確定油源斷裂遮擋油氣有利部位，就必須確定油源斷裂側向封閉部位和儲集油氣砂體分布區，取二者重合部位即為油源斷裂遮擋油氣有利部位。儲集油氣砂體分布區確定方法如上所示。

圖4 油源斷裂遮擋油氣有利部位厘定示意圖Fig. 4 Sketch map for determination of oil and gas favorable sealing position of oil source faultRf—斷層巖泥質含量; Rf,min —斷裂側向封油氣所需的最小斷層巖泥質含量Rf—mudstone content of fault-rock; Rf,min—minimum mudstone content of fault-rock required for lateral sealing of oil and gas in fault

大量研究表明斷裂停止活動后在側向上能否形成封閉，要受到區域主壓應力、上覆沉積載荷重量、沉淀膠結和斷層巖泥質含量等多種因素的影響，而對同一地區近于相同埋深的目的層而言，區域主壓應力、上覆沉積載荷重量和沉淀膠結作用近于相同，其側向封閉性的差異主要受到斷層巖泥質含量的影響，故本文主要利用斷層巖泥質含量相對大小研究斷層側向封閉性。由鉆井和地震資料統計油源斷裂在目的層中的斷距和被其錯斷巖層厚度及泥質含量，由式1計算油源斷裂斷層巖泥質含量如圖4所示。統計研究區已知井點處斷層巖泥質含量，將其由小至大排列，取含油氣砂體處斷裂斷層巖最小泥質含量作為斷裂側向封閉油氣所需的最小斷層巖泥質含量(圖4)，這是因為只有斷裂側向封閉，斷砂配置圈閉中油氣才能聚集成藏，油氣鉆探才有油氣發現；否則無油氣發現。將二者結合取斷層巖泥質含量大于斷裂側向封油氣所需的最小斷層巖泥質含量的部位，即為側向封閉油源斷裂側向封閉部位(圖4)。

(1)

式中：Rf為斷層巖泥質含量，單位：%；Hi為被斷裂錯斷第i層巖層厚度，單位：m；Ri為被斷裂錯斷第i層巖層泥質含量，單位： %；L為斷裂斷距，單位：m；n為被斷裂錯斷巖層個數。

圖5 渤海灣盆地黃驊坳陷歧口凹陷板橋斷裂分布特征Fig. 5 Distribution characteristics of Banqiao fault in Qikou Sag, Huanghua depression, Bohai Bay BasinQ+Nm—第四系+明化鎮組; Ng—館陶組; Ed —東營組; Es11—沙一上亞段; Es12—沙一中亞段; Es13—沙一下亞段;Es2—沙二段; Es31—沙三上亞段; Es32—沙三中亞段; Es33—沙三下亞段; Es4—沙四段Q+Nm—Quaternary + the Neogene Minghuazhen Formation; Ng—the Guantao Formation; Ed —the Dongying Formation; Es11—the upper Sha-1 Submember; Es12—the middle Sha-1 Submember; Es13—the lower Sha-1 Submember; Es2— the Sha-2 Formation; Es31—the upper Sha-3 Submember; Es32—the middle Sha-3 Submember; Es33—the middle Sha-3 Submember; Es4—the Sha-4 Formation

將上述已確定出油源斷裂側向封閉部位和儲集油氣砂體分布部位疊合，取二者的重合區即為油源斷裂遮擋油氣有利部位(圖1)。

最后，將上述已確定出的油源斷裂輸導油氣有利部位和油源斷裂遮擋油氣有利部位疊合，取二者重合部位即為油源斷裂輸導和遮擋配置油氣成藏有利部位(圖1)。

3 實例應用

本文選取渤海灣盆地黃驊坳陷歧口凹陷板橋斷裂為例，利用上述方法預測其在始新統沙河街組一段下亞段(沙一下亞段)輸導和遮擋配置油氣成藏有利部位，并通過預測結果與目前沙一下亞段已發現油氣分布之間關系，驗證該方法用于預測油源斷裂輸導和遮擋配置油氣成藏有利部位的可行性。

圖6 海灣盆地黃驊坳陷歧口凹陷板橋斷裂沙一下亞段油源斷裂輸導和遮擋條件特征Fig. 6 Characteristics of oil source fault transportation and shielding conditions in the Qikou Sag, Huanghua Depression, Bohai Bay Basin

板橋斷裂位于歧口凹陷北部，平面延伸約13 km，走向為北東東向(圖5a)，向北西西方向傾斜，傾角介于60°～70°，從下部沙四段向上一直斷至明化鎮組(圖5b)。由于板橋斷裂連接了下伏沙三段源巖和沙一下亞段目的層，且在油氣成藏期——明化鎮組沉積晚期活動，應是沙一下亞段的油源斷裂。目前油氣勘探已在板橋斷裂附近在沙一下亞段內找到了大量油氣(圖5b)，但中部和東北部油氣較西南部油氣富集，這除了受到圈閉發育的影響外，很大程度受到板橋斷裂輸導和遮擋配置油氣成藏有利部位的影響，能否準確地預測出板橋斷裂輸導和遮擋配置油氣成藏有利部位，應是板橋斷裂附近沙一下亞段油氣進一步勘探的關鍵。

圖7 海灣盆地黃驊坳陷歧口凹陷板橋斷裂沙一下亞段油源斷裂輸導和遮擋條件下限厘定示意圖Fig. 7 Sketch map for determination of lower limit of oil source fault transportation and shielding conditions in the Qikou Sag, Huanghua Depression, Bohai Bay Basin

由三維地震資料統計板橋斷裂在沙一下亞段內斷距，由最大斷距相減恢復方法(劉哲等，2012)恢復油氣成藏期板橋斷裂在沙一下亞段內的古斷距，再除以斷裂活動時期，便可以得到板橋斷裂在油氣成藏期的古活動速率，由圖6a中可以看出，板橋斷裂的古活動速率高值區主要分布在其東北中部和西南中部，最大可達到7 m/Ma，由2個高值區向其中部和東部部位古活動速率逐漸減小，小于4 m/Ma，統計歧口凹陷沙一下亞段內含油氣部位油源斷裂的古活動速率，可以得到含油氣部位最小活動速率約為4 m/Ma(圖7a)，將其作為油源斷裂伴生裂縫連通分布所需的最小活動速率。取古活動速率大于伴生裂縫連通分布所需的最小活動速率的部位即為板橋斷裂伴生裂縫發育部位。由圖6a中可以看出，板橋斷裂伴生裂縫主要分布在其西部和東部中部，由鉆井資料統計板橋斷裂不同測線處沙一下亞段地層的砂地比值，由圖6b中可以看出，板橋斷裂東北中部和東南邊部沙一下亞段地層砂地比值相對較高，最大可達到35%以上，由此向兩側沙一下亞段地層砂地比值逐漸減小，在東北和西南邊部沙一下亞段地層砂地比值小于24%。統計歧口凹陷沙一下亞段含油氣砂體所在地層砂地比值，取含油氣砂體所在地層的最小砂地比值，約為24%，作為能儲集油氣砂體所需的最小地層砂地比值(圖7b)，取砂地比值大于能儲集油氣砂體所需的最小地層砂地比值的區域，即為板橋斷裂儲集油氣砂體分布區，由圖6b中可以看出板橋斷裂沙一下亞段儲集油氣砂體主要分布在其中東部。

將上述已確定出的板橋斷裂在沙一下亞段內伴生裂縫發育部位和儲集油氣砂體分布區疊合，二者重合部位即為板橋斷裂輸導油氣有利部位，由圖8a中可以看出，板橋斷裂輸導油氣有利部位主要分布在其東北部，其次分布在其西南東部。

由鉆井和地震資料統計板橋斷裂在沙一下亞段內斷距和被其錯斷巖層厚度及泥質含量，由式1計算板橋斷裂在沙一下亞段內斷層巖泥質含量，由圖6c中可以看出，板橋斷裂在沙一下亞段內斷層巖泥質含量東北部大于西南部，最大可達到30%以上，最小在西南邊部，小于25%，統計歧口凹陷含油氣部位斷裂在沙一下亞段內斷層巖泥質含量，取含油氣部位最小斷層巖泥質含量，約為25%，作為斷裂側向封油氣所需的最小斷層巖泥質含量(圖7c)，取斷層巖泥質含量大于斷裂側向封油氣所需的最小斷層巖泥質含量的部位即為板橋斷裂側向封閉部位，由圖7c中可以看出，板橋斷裂除西南邊部外，其余大部分側向上均是封閉。

將上述已確定出的板橋斷裂側向封油氣部位和儲集油氣砂體分布區疊合，取二者重合部位即為板橋斷裂遮擋油氣有利部位，由圖8b中可以看出，板橋斷裂除西南和東北邊部，其余大部分部位皆為遮擋油氣有利部位。

將上述已確定出的板橋斷裂在沙一下亞段內輸導油氣有利部位和遮擋油氣有利部位疊合，取二者重合部位即為板橋斷裂輸導和遮擋配置油氣成藏有利部位，由圖8c中可以看出，板橋斷裂輸導和遮擋配置油氣成藏有利部位主要分布在其東北部中部，其次是西南東部。

圖8 海灣盆地黃驊坳陷歧口凹陷板橋斷裂輸導和遮擋配置成藏有利部位厘定圖Fig. 8 Determination of favorable position for hydrocarbon accumulation in fault transportation and shielding configuration of Banqiao fault in the Qikou Sag, Huanghua Depression, Bohai Bay Basin

為了驗證上述方法的可信性，本文選取板橋斷裂附近的2口探井進行闡述。板831井位于板橋斷裂東北部輸導和遮擋配置油氣成藏有利部位內(圖8)。該部位板橋斷裂在活動時期可輸導下伏沙三段源巖生成的大量油氣輸導進入到沙一下亞段砂體中。板橋斷裂停止活動后又可以遮擋進入到沙一下亞段砂體中的油氣聚集成藏，油氣鉆探結果板831井獲得了工業油流。而另一口井板823井位于板橋斷裂西南端的輸導和遮擋配置油氣成藏非有利部位附近(圖8)。該部位板橋斷裂在活動時期既不能將下伏沙三段源巖生成大量油氣運移至沙一下亞段砂體中，又不能在停止活動后遮擋已進入到沙一下亞段砂體中的少量油氣聚集成藏，油氣鉆探結果板823井為水井。上述二個例子均證實該方法用于確定油源斷裂輸導和遮擋配置油氣成藏有利部位是可行的。

4 結論

(1)油源斷裂輸導和遮擋配置油氣成藏有利部位應是油源斷裂輸導油氣有利部位和油源斷裂遮擋油氣有利部位的重合部位，既有利于油氣運移，又有利于油氣聚集。否則二者缺少哪一個均不利于油氣聚集成藏。

(2)通過確定油源斷裂伴生裂縫發育部位和儲集油氣砂體分布區，確定油源斷裂輸導油氣有利部位；通過確定油源斷裂側向封閉油氣部位和儲集油氣砂體分布區，確定油源斷裂遮擋油氣有利部位，二者結合建立一套油源斷裂輸導和遮擋配置油氣成藏有利部位的預測方法，實測應用結果表明，該方法用于預測油源斷裂輸導和遮擋配置油氣成藏有利部位是可行的。

(3)渤海灣盆地歧口凹陷板橋斷裂在沙一下亞段內輸導和遮擋配置油氣成藏有利部位主要分布在其東北中部，少量分布在西南東部，有利于下伏沙三段源巖生成油氣在沙一下亞段內聚集成藏，與目前板橋斷裂附近沙一下亞段已發現油氣主要分布在東北中部，少量分布在西南東部相吻合。

(4)該方法主要適用于砂泥巖含油氣盆地下生上儲式油源斷裂輸導和遮擋配置油氣成藏有利部位的預測。

致謝：感謝審稿專家和編輯提出的寶貴意見。