斷層對油氣成藏影響作用綜述

孫建峰，石芳惠

(陜西延長石油(集團)有限責任公司 研究院，西安 710069)

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斷層對油氣成藏影響作用綜述

孫建峰，石芳惠

(陜西延長石油(集團)有限責任公司 研究院，西安 710069)

斷層對成藏的影響作用是斷塊油氣田成藏特征研究的重點，也是目前含油氣盆地尋找油氣藏的重要研究內(nèi)容.分別調(diào)研了國內(nèi)外斷層對沉積作用、沉降、沉積中心以及成藏條件的影響，探討了斷層對成藏研究中存在的問題和發(fā)展方向，從正反兩方面介紹了斷層的開啟和封閉在成藏中起的作用.認為，油氣從生成到最終聚集成藏，斷層都起著非常重要的作用，甚至決定了某個地質(zhì)時期油氣藏的形成.

斷層;沉積盆地;圈閉;油氣成藏

目前國內(nèi)外學(xué)者一般認為世界主要的沉積盆地中，斷層控制著油氣藏的形成與分布[1-2].在中國含油氣盆地中，斷層對油氣藏的控制作用更為明顯.學(xué)者們公認中國東部大部分陸相沉積盆地都與伸展、走滑斷層活動有關(guān)，斷層活動影響著地層的沉積與剝蝕，控制著凹陷的形成和演化[3].在很多含油氣盆地，斷層活動幾乎代表了某個特定時期的構(gòu)造運動，是構(gòu)造活動最主要的表現(xiàn)形式[4].研究斷層對成藏的影響規(guī)律有助于揭示沉積盆地內(nèi)含油氣系統(tǒng)規(guī)律，對尋找油氣藏在盆地內(nèi)的空間分布有較重要的幫助作用.

1 斷層對沉積作用的影響

1.1 區(qū)域斷層控制著沉積盆地的邊界

按照Magnavita等[5]的觀點，裂谷邊界體系(rift border system)的構(gòu)造與沉積構(gòu)成是由主斷層、斷階和碎屑楔組成，主斷層一般是一系列平行或者亞平行的斷層，形成一個斷層系統(tǒng)，控制裂谷邊緣的幾何形狀.

大型斷裂帶決定著含油氣盆地的發(fā)育大小，盆地基底的邊界斷層往往發(fā)育為沉積的斜坡帶，而大型區(qū)域斷裂帶往往發(fā)育為盆地的邊界.周新桂等[6](2004)在研究山東汶西凹陷時指出，南留邊界斷裂既控制盆地的演化發(fā)展,又控制了凹陷中心的遷移,同時直接控制砂體發(fā)育、砂體空間的形態(tài)、砂體遷移和展布方位的變化,邊界斷裂的活動強度控制了砂體展布范圍.

作為歐洲中東部的主要產(chǎn)氣區(qū)的特亞盆地是阿爾卑斯造山系東部的一個主要沉積盆地，由上白堊統(tǒng)至中新統(tǒng)上段構(gòu)成了5 000～8 000 m的沉積厚度，該盆地北特蘭西瓦尼亞斷層控制了北部的沉積范圍，西南以塞納德斷層為邊界，南特蘭西瓦尼亞斷層則控制了盆地東南方向的沉積邊界[7].東濮凹陷西南邊界受長垣斷層控制，東北邊界受馬寨斷層控制.渤海灣盆地東西兩側(cè)受NNE走向的郯廬與太行山深大斷裂控制[8].

區(qū)域斷層的幾何學(xué)、運動特征控制了整個凹陷的形成與演化[9]，斷面特殊的產(chǎn)狀限制了物源的方向.雖然在盆地其他特定的構(gòu)造部位和地形也接受沉積，但由斷面形成的斜坡區(qū)往往成為各種砂質(zhì)沉積物的主要堆積地[10].

1.2 斷層活動控制著沉積沉降中心

在一個地勢平坦且構(gòu)造活動較穩(wěn)定的沉積盆地內(nèi)，沉積中心處堆積的沉積物厚度最大，由于重力作用往往發(fā)育為沉降中心[11].箕狀斷陷盆地中高角度正斷層會不斷旋轉(zhuǎn)變緩，并逐漸向上拱曲，繼后被新一代高角度正斷層切割，此過程反復(fù)而頻繁發(fā)生，于是，“魚鱗式”構(gòu)造逐漸形成或最終被剝蝕，導(dǎo)致沉積中心向北北東方向遷移[12-13].

在受正斷層控制的沉積中，沉積中心的變化隨兩盤拉張的變化而遷移，斷距越大，沉積中心移動的橫向位移越大；斷層的落差越大，沉降的速率就越快.

在扭壓應(yīng)力背景下受走滑斷層控制的沉積環(huán)境可形成豐富的橫向構(gòu)造，這些橫向構(gòu)造可將盆地分割成眾多的次級構(gòu)造單元從而形成多個沉積中心[14].

1.3 斷層活動控制著沉積相的類型

由斷層引起的垂向升降運動和水平伸展運動控制著凹陷的沉降與充填作用,多期的幕式構(gòu)造運動造成沉積特征的旋回性與階段性,同時控制著沉積基準面的變化和沉積體系在空間不同的組合方式[15].

斷層活動初期，受區(qū)域應(yīng)力場影響較強，活動劇烈，斷層的落差迅速加大形成陡坡，由于坡度大，上下兩盤有較大的水平方向的位移，沿斷面形成湖相沉積體系.由于湖盆的下降速度與沉積速度大致相當，因此在臨近湖岸地帶主要發(fā)育了近源快速沉積的洪積扇體，濱淺湖地帶主要沉積扇三角洲、辮狀河三角洲[16].

斷層活動中期，陡坡帶主斷層邊界進一步加大，湖盆的沉降速度大于沉積速度，成為饑餓型湖盆，水體隨邊界陡坡帶的坡度的增加而加深，為缺氧的還原環(huán)境，形成半深湖和深湖相.如果斷面坡度較大，并且斷面附近有充足的物源，則在斷面處重力起主要作用，形成濁積巖相.遼河凹陷早第三紀的西斜坡上，在邊界大斷層不遠有一條與之平行但傾向相對的一條斷層，岸上洪水重力流到此后不能向西擴張，而是沿由兩條斷層組成的斷溝南北流動，斷崖上可能由多個沉積物重力流供給點，形成的沉積物呈狹長條帶沿邊界斷層分布，巖性具有遞變構(gòu)造的雜亂砂泥礫混雜沉積形成非典型溝道濁積巖相(吳崇筠，1986).

斷層活動晚期，盆地沉降較為平緩，物源隨著河流進入湖盆，形成三角洲沉積，如果物源較為充分，在三角洲前緣出現(xiàn)向湖的自然傾斜，因堆積速度快，沉積厚，易產(chǎn)生重力滑動，常形成走向大致平行海岸的同沉積斷層[17].

2 斷層活動控制著油氣藏的形成

2.1 由斷層控制的沉積相類型決定了烴源巖的生烴能力

沉積相的類型直接決定了烴源巖的生烴能力.斷層活動形成的較大落差給河流搬運作用提供了較好的動力，使物源進入盆地更加方便.斷層活動致使盆地內(nèi)多為半深湖-深湖相，為缺氧的還原或弱還原環(huán)境，適于有機質(zhì)的保存和向石油的轉(zhuǎn)化，是良好的生油環(huán)境，巖性以灰黑、深灰、灰褐色泥頁巖為主，以浮游生物為主的化石較豐富.我國東部渤海灣盆地的烴源巖有機碳的較高含量(在部分層段如沙三段，阜四段，阜二段，核桃組等甚至超過2.0%)[18]可能和該沉積環(huán)境有關(guān).

在三角洲相中，前三角洲亞相以黏土巖沉積為主，厚度大，分布廣，堆積速度快，富含河流帶來的和原地堆積的有機質(zhì)，加上水體較安靜，埋藏速度快，有利于有機質(zhì)的富存，也具有良好的生油條件[17].

2.2 沉積相的類型對儲集層的影響

在斷陷盆地活動晚期，隨著堆積物厚度的增加形成的三角洲沉積對儲集層的物性有重要影響.三角洲平原上發(fā)育有分流河道和分流河道間沉積，河道內(nèi)充填厚層砂巖分選磨圓好，可作為好的儲集層.

在盆地邊緣形成的扇三角洲沉積中的分流河道是扇三角洲前緣沉積的主體，巖性主要為砂礫巖、砂巖，礫石具較好的磨圓.河口砂壩位于分流河道前緣和側(cè)緣，是由于水體深度的增加或地形坡降突然變緩，分流河道帶來的碎屑物質(zhì)在河道前緣沉積下來所形成的向上變粗的反粒序砂壩，隨著沉積物的不斷供給和河道的不斷改造，可形成大面積的厚層砂體[19].

2.3 斷層活動控制著不同類型油氣圈閉的形成

構(gòu)造運動是形成圈閉的主要因素，而斷層的多次運動造成盆地的抬升與沉降，為圈閉的形成提供了有利條件.在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的油氣圈閉中，受斷層活動控制的較為普遍，在中國東部受斷層遮擋的斷塊圈閉占很大部分.

2.3.1 逆牽引背斜

逆牽引背斜又叫滾動背斜，是拉張構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境下的一種重要背斜類型，多形成于正斷層的下降盤.對這類圈閉的成因，現(xiàn)在一般認為，在低角度正斷層的活動中，斷層的下降盤由于沉積物的重力作用使斷塊下滑，斷塊所承受的水平分力逐漸增大，造成斷層上、下盤水平拉開的距離不斷增大，為了彌合這個潛在空間而發(fā)生沉陷或坍塌，通常產(chǎn)生反向斷層，構(gòu)成小型地塹.然而，如果物理條件沒有造成破裂而發(fā)生了撓曲，那么斷面附近的地層影響下發(fā)生彎曲，從而形成逆牽引撓曲.因此，斷面形態(tài)是控制滾動背斜發(fā)育的一個很重要的因素.

除斷層彎曲因素以外,生長斷層下降盤沉降不均衡以及差異壓實作用也是形成逆牽引構(gòu)造的重要因素[20].隨著同沉積斷層的不斷發(fā)育，兩盤之間的落差加大了沉降的不均衡，從而使下降盤承受了越來越大的負載，導(dǎo)致斷層附近的巖層背著區(qū)域地層傾斜方向下滑，最終形成逆牽引背斜.

2.3.2 靠斷層遮擋形成的圈閉

當斷層活動停止后，斷面附近的砂泥質(zhì)斷層泥、鹽湖蒸發(fā)形成的膏鹽，以及成巖作用形成的方解石等非滲透性巖性的封堵作用，斷層在側(cè)向上開始具有封閉性，成為油氣側(cè)向運移的遮擋物，可形成斷塊、斷鼻、斷層-巖性等圈閉.

斷塊圈閉：在儲集層的上傾方向為一斷層切割，或者有多條斷層切割包圍，這類斷層往往與地層產(chǎn)狀相結(jié)合，靠斷層的遮擋作用切割成許多的封閉斷塊，形成復(fù)雜的斷塊圈閉.這類圈閉在我國東部渤海灣盆地、松遼盆地以及南海諸多沉積盆地較為普遍.

斷鼻圈閉：在傾斜的儲集層上，斷層切割了鼻狀構(gòu)造的上傾方向形成的圈閉，渤海灣分布了大量此類型的圈閉.

2.4 斷層活動控制著油氣的運移和聚集

在油氣運移和聚集時期，斷層有兩方面作用：封閉或開啟.McKnight(1940)指出,斷層顯然是含油物的溢出通道而不是阻止含油物穿過破碎和傾斜巖層的封閉層.Wilhelm(1945)認為：“通常，斷層圈閉中的儲集層在斷面處為非滲透地層封閉，以防止斷裂作用對儲集層的影響.但是，覆有低滲透性塑性黏土或者粉末狀斷層泥薄層的斷層面，可能將并置在一起的油藏與孔隙性含水砂層分開”.

一般來說，在拉張環(huán)境中形成的正斷層常常起通道作用，而壓扭成因的逆斷層常常是封閉的.但斷層在活動過程中無論其性質(zhì)如何，均在垂向上具有開啟性；靜止后的斷層如果其斷面壓力小或斷裂帶以砂質(zhì)成分為主，那么它在垂向上具開啟性[21].油氣能否沿斷層進行垂向和斜側(cè)向的運移，關(guān)鍵在于斷層的開啟時期與油氣的排出時期的配置[22].究竟起通道還是封閉作用，取決于斷層開啟與封閉的時間以及與油氣運聚的相互配置關(guān)系.如果斷層開啟時恰逢烴源巖大量排烴時期，那么斷層以及由斷層產(chǎn)生的裂縫系統(tǒng)將會對運移起到通道作用，如果排烴時斷層活動已經(jīng)停止，那么斷層的封堵性有利于油氣聚集.

因此，斷層不僅對排烴有重要的影響，對油氣藏的后期改造也有影響.由于斷層本身具有通道作用，對聚集成藏的油氣又起著后天改造作用，可以破壞現(xiàn)有圈閉的完整性，使油氣沿著斷層溢出，也可以溝通幾個圈閉，使已經(jīng)形成的油氣藏重新聚集，形成更大的油氣藏.

3 結(jié)論

(1)斷層作為一種重要的構(gòu)造活動對油氣成藏的影響是多方面的，對不同的盆地類型，其影響方式也不一樣，在不同的地質(zhì)時期，其表現(xiàn)形式也不一樣；

(2)目前研究斷層對成藏的影響主要集中在對成藏各個要素的影響，但油氣聚集是一個復(fù)雜的、多因素共同作用的地質(zhì)過程，在成藏體系中起什么作用，要分情況解決；

(3)斷層在油氣聚集中何時封閉、何時溝通，是目前研究中的難點，也是今后需要解決的問題.

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[責任編輯 仲 圓]

Summary of the Effects of Fault on Hydrocarbon Accumulation

SUN Jian-feng, SHI Fang-hui

(Research Institute of Shaanxi Yanchang Petroleum(GROUP)Co. Ltd., Xi’an 710069, China)

The effect of fault on hydrocarbon accumulation is the key point of the research on the reservoir forming characteristics of fault block oil and gas field, and it is also an important research content of exploring oil and gas reservoirs in the current oil and gas basin. In this paper, the effects of faults on sedimentation, sedimentation, deposition center and reservoir forming conditions are investigated respectively, the problems and development trend of the fault to the reservoir forming are discussed, and the role of the opening and closing of fault in the formation of reservoir are introduced from two aspects. Finally, it is concluded that the fault is playing a very important role from the production to the final accumulation of reservoir for oil and gas, even it determines the formation of oil and gas reservoirs in a geological period.

fault; sedimentary basin; trap, oil and gas accumulation

1008-5564(2016)04-0081-04

2016-03-20

孫建峰(1984—)，男，河南新鄉(xiāng)人，陜西延長石油(集團)有限責任公司研究院工程師，主要從事石油天然氣開發(fā)地質(zhì)研究.

TE347

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