斷裂密集帶對油氣運聚成藏的控制
——以松遼盆地杏北扶余油層為例

劉峻橋，張 桐，呂延防，張夢迪，孫同文，姜貴璞，薛 盼

(1.東北石油大學 地球科學學院，黑龍江 大慶 163318； 2.大慶油田有限責任公司 勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712； 3.大慶油田有限責任公司 第四采油廠，黑龍江 大慶 163511)

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斷裂密集帶對油氣運聚成藏的控制
——以松遼盆地杏北扶余油層為例

劉峻橋1，張 桐2，呂延防1，張夢迪1，孫同文1，姜貴璞3，薛 盼1

(1.東北石油大學 地球科學學院，黑龍江 大慶 163318； 2.大慶油田有限責任公司 勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712； 3.大慶油田有限責任公司 第四采油廠，黑龍江 大慶 163511)

為了明確斷裂密集帶在油氣運聚成藏中的控制作用，選取松遼盆地杏北扶余油層斷裂密集帶為研究對象，以三維地震為基礎，結合斷裂密集帶平面、剖面特征，總結杏北地區(qū)扶余油層斷裂密集帶分布特征及成因機制。同時，利用油藏解剖技術，結合斷裂密集帶分布特征、油氣分布規(guī)律及砂體分布特征，對斷裂密集帶在油氣運聚成藏中的控制作用進行了分析，研究結果表明：(1)杏北地區(qū)扶余油層斷裂密集帶廣泛分布，主要包括伸展成因機制的平行地塹帶和耦合成因機制的混合式密集帶；(2)橫向斷裂密集帶的遮擋作用導致中央背斜帶南部和東部緩坡帶無油氣富集，斷裂密集帶外油氣主要富集在密集帶邊界反向斷裂上盤，反向斷裂斷距規(guī)模越大，油氣富集程度越高；(3)順向斷裂密集帶邊界斷裂可以作為油氣沿斷裂走向運移的通道，受構造反轉(zhuǎn)作用影響，中央背斜帶發(fā)育的斷裂密集帶內(nèi)部形成“塹中隆”構造，斷裂密集帶內(nèi)部油氣主要富集在“塹中隆”構造發(fā)育部位。

斷裂密集帶；油氣成藏；控制作用；扶余油層；杏北地區(qū)；松遼盆地

杏北地區(qū)構造上位于松遼盆地杏樹崗背斜北部，是大慶油田重要的產(chǎn)油區(qū)。該區(qū)自下而上依次發(fā)育下白堊統(tǒng)火石嶺組、沙河子組、營城組、登婁庫組、泉頭組和上白堊統(tǒng)青山口組、姚家組、嫩江組、四方臺組、明水組以及古近系和新近系沉積地層。扶余油層位于泉四段地層，屬于典型的河道沉積，是該區(qū)主要的含油層位，目前已鉆探多口工業(yè)油流井，展現(xiàn)出良好的勘探前景。油源對比表明，該區(qū)西側(cè)緊鄰的齊家古龍凹陷青一段源巖倒灌運移至扶余油層之后可側(cè)向運移至杏北地區(qū)扶余油層，蓋層為廣泛發(fā)育的青一段暗色泥巖[1]。杏北地區(qū)共劃分為4個構造單元，分別為東部緩坡區(qū)、中央背斜帶、西南斜坡區(qū)和西北斜坡區(qū)[2]，該區(qū)斷裂極其發(fā)育，油氣分布受斷裂控制作用明顯(圖1)。前人對該區(qū)及周邊扶余油層斷裂在油氣運聚成藏過程中的作用曾進行了大量的研究和探討[1-11]，但斷裂密集帶作為斷裂密集條帶狀分布的整體，其在該區(qū)扶余油層成藏過程中的作用研究相對較少，阻礙了對扶余油層油氣富集規(guī)律的認識和油氣勘探的深入。因此，開展斷裂密集帶對油氣分布的控制作用研究，對該區(qū)成藏規(guī)律的進一步認識和指導油氣勘探均具有重要的理論和實際意義。

1 斷裂密集帶特征及與油氣分布關系

1.1 斷裂密集帶分布特征

松遼盆地發(fā)育經(jīng)歷了“斷陷、斷拗、拗陷、反轉(zhuǎn)”4個階段[12]，斷裂在拗陷期密度最大，反轉(zhuǎn)期其次，斷陷期最小，斷裂規(guī)模大小混雜，斷距大小不一，延伸距離長短不一，表現(xiàn)出斷裂多期活動特點[13]。扶余油層斷裂屬于拗陷層斷裂，斷裂走向以近北西和北西西向為主，其次是北東東向斷裂，斷裂密度高達1.3條/km2，平面上以平行、雁列組合形態(tài)為主，剖面上表現(xiàn)為“似花狀”和“V”字形組合形態(tài)。

斷裂密集帶是由一系列走向相同或相近，在平面上呈條帶狀分布，剖面上表現(xiàn)為“V”字型或嵌套“V”字形組合樣式，具有一定成因聯(lián)系的斷裂組合。在三維地震精細解釋基礎上，厘定出杏北地區(qū)扶余油層20條斷裂密集帶，并對其進行編號(圖1)。斷裂密集帶在杏北地區(qū)扶余油層分布廣泛，在西北斜坡區(qū)僅發(fā)育2條斷裂密集帶，呈北西走向，并且東南端均延伸入中央背斜帶；西南斜坡區(qū)僅發(fā)育3條斷裂密集帶，走向為北西向；中央背斜帶發(fā)育5條斷裂密集帶，走向為北西向和北北西向；東部緩坡帶面積最大，發(fā)育斷裂密集帶條數(shù)也最多，共發(fā)育密集帶10條，走向多方位，主要以北西向為主。一般情況下，斷裂密集帶存在發(fā)辮式斷裂密集帶、平行式地塹密集帶、雁行式密集帶和混合式密集帶4種不同的平面組合樣式[14]。該區(qū)主要發(fā)育平行地塹式密集帶和混合式密集帶，無論哪種平面組合類型的斷裂密集帶，剖面上均表現(xiàn)為壘塹相間的花狀結構、平面上密集成帶的特征(圖2)。

1.2 斷裂密集帶成因分析

平行地塹式密集帶屬于伸展成因，是原巖受水平方向拉張力和自身巖體重力影響，產(chǎn)生的一組或多組相向傾斜的正斷層。在平面上表現(xiàn)為一組或多組走向大致相同的斷層組合，剖面上呈現(xiàn)“V”字形地塹或階梯式斷層組合模式。若盆地基底存在拆離帶，基底在拉張作用力下會發(fā)育大型鏟式正斷層，于斷層上盤派生出低級別斷裂，二者在剖面組合形成“Y”字形樣式(圖2)。此種斷裂密集帶是松遼盆地斷裂密集帶的主體，分布廣泛，主要產(chǎn)生在拗陷期[15-16]。研究區(qū)此類斷裂密集帶是拗陷期近東西向拉張作用力下形成的南北向密集帶，后因反轉(zhuǎn)作用走向表現(xiàn)為北西和北北西向，除西南斜坡區(qū)外，該平面組合樣式密集帶在全區(qū)均有分布。

混合式平面組合樣式密集帶可在兩種不同情況下產(chǎn)生。一是受水平伸展與后期反轉(zhuǎn)共同作用產(chǎn)生。以松遼盆地大慶長垣地區(qū)為例，斷裂密集帶拗陷期受近東西向水平拉張作用形成，反轉(zhuǎn)期在盆地反轉(zhuǎn)變形過程中受左旋壓扭作用逆時針旋轉(zhuǎn)改造定型，反轉(zhuǎn)變形程度取決于先存斷陷構造展布方向與區(qū)域擠壓應力場方向的夾角[17-18]，夾角越大，擠壓分量越大，反轉(zhuǎn)變形程度越高，反之，夾角越小，相對先存斷陷的展布方向而言，促使其發(fā)生走滑位移的應力分量越大，從而反轉(zhuǎn)變形程度越低，故在同一區(qū)帶內(nèi)不同位置發(fā)生反轉(zhuǎn)變形程度不同，在變形強烈位置平面形態(tài)就可由平行式變?yōu)檠懔惺?，斷裂帶?nèi)部出現(xiàn)反轉(zhuǎn)構造。二是在區(qū)域水平張力作用下，受先存主干斷裂影響，產(chǎn)生斜向拉張作用，其上方新生斷裂平面上呈現(xiàn)雁列式面貌，不存在先存主干斷裂的地區(qū)不受其影響，平面上仍然呈現(xiàn)出平行式樣貌特征[19]。兩種成因的區(qū)別在于前者是在反轉(zhuǎn)期定型，后者在拗陷期定型，位于先期主干斷裂之上。研究區(qū)混合式平面組合樣式密集帶屬于第2種成因，杏北地區(qū)西南斜坡區(qū)和中央背斜帶中南部發(fā)育有3條基底斷裂[13]，混合密集帶均位于基底斷裂之上，在拗陷期形成，近東西向拉張作用力受基底斷裂影響產(chǎn)生斜拉效果，在平面上形成一系列北北西或北西向混合樣式排列的斷裂密集帶(圖2)。

1.3 斷裂密集帶與油氣分布關系

杏北地區(qū)扶余油層自下而上發(fā)育FⅠ、FⅡ、FⅢ和FⅣ4個油層組，油氣分布表現(xiàn)為西好東差的特征，油氣主要分布在中央背斜帶和西南斜坡區(qū)，西北斜坡區(qū)油氣分布較少，東部緩坡帶幾乎無油氣富集，目前已發(fā)現(xiàn)的油藏絕大部分均富集在斷裂密集帶內(nèi)部或附近，僅少量與斷裂密集帶無關(圖3)。

圖2 松遼盆地杏北地區(qū)斷裂密集帶模式Fig.2 Different types of intensively faulted zones in Xingbei area, Songliao Basin

圖3 松遼盆地杏北地區(qū)扶余油層斷裂密集帶與油井分布關系Fig.3 Relationship between intensively faulted zones and oil well distribution of Fuyu oil layer in Xingbei area, Songliao Basin

2 斷裂密集帶對油氣成藏的控制作用

杏北地區(qū)扶余油層斷裂密集帶對油氣成藏有重要的控制作用。油源對比表明，杏北扶余油層油氣來自其西側(cè)齊家-古龍凹陷青一段源巖[20]，具有西北和西南2個油氣來源[8]。斷裂密集帶外油氣往往受斷裂密集帶邊界反向斷裂遮擋聚集成藏，斷裂密集帶內(nèi)油氣主要在“塹中隆”構造聚集成藏。

2.1 密集帶邊界反向斷裂下盤是有利聚油部位

當密集帶走向與地層傾角呈大角度(45°～90°)相交時稱為橫向密集帶，橫向密集帶通常對油氣運移具有遮擋作用[21]。橫向斷裂密集帶因其走向與地層傾角近垂直，油氣從油源區(qū)沿砂體運移，遇到橫向斷裂密集帶遮擋，因斷裂密集帶邊界斷裂

和內(nèi)部斷裂不同程度的封閉作用，油氣不能穿越斷裂密集帶繼續(xù)運移。以西南斜坡區(qū)最為明顯，斷裂密集帶邊界斷裂斷距較大，斷裂下盤砂體與上盤青一段泥巖能夠形成砂泥對接，形成封閉，受多條橫向斷裂密集帶遮擋作用，油氣很難運移至中央背斜帶南部和東部緩坡帶。通過井壁取心可以進一步驗證該地區(qū)是否發(fā)生過油氣運移[22-23]，對東部緩坡帶鉆井(杏4-2-丙490、杏4-3-更2431、杏5-1-更丙35、杏35、杏353和杏7-丁4-更143)和中央背斜帶南部鉆井(杏扶69-1、杏扶69-2、杏5-2-更27和杏5-21-側(cè)斜624)合計10口井共268個取心樣品(泉四段)的含油氣性統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，所有砂巖樣品均無油氣顯示，證實了東部緩坡帶和中央背斜帶南部未發(fā)生油氣運移，橫向斷裂密集帶的部分和完全遮擋作用是中央背斜帶南部和東部緩坡區(qū)油藏不發(fā)育的原因之一。

齊家古龍凹陷生成的油氣向杏北地區(qū)運移的過程中，無論是西南側(cè)油源還是西北側(cè)油源，均會受到研究區(qū)廣泛發(fā)育的北北西向斷裂不同程度的遮擋作用。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，斷裂密集帶邊界反向斷裂下盤是斷裂密集帶外油氣主要富集部位(圖4)，反向斷裂斷距規(guī)模越大，油氣越難以穿過斷裂，上盤油氣越少(圖5)。造成這一現(xiàn)象主要是因為當反向斷裂斷距較大時，斷裂下盤砂體往往與斷裂上盤青一段砂體形成砂泥對接，斷距越大，對接的青一段泥巖厚度越大，所封堵的斷層下盤有效砂層組越多，油氣在斷裂上盤的含油層數(shù)也越多。相反，若斷裂斷距小，則與之對接的青一段泥巖厚度小，斷裂封堵的油層數(shù)量減小，油氣富集程度降低，同時，斷裂上盤油氣富集程度升高。而當橫向斷裂密集帶邊界反向斷裂斷距規(guī)模較小時，斷裂下盤扶余油層砂體可以與斷裂上盤扶余油層砂體形成砂砂對接，油氣可穿過斷裂繼續(xù)運移，在油氣繼續(xù)運移的過程中，在浮力作用下，油氣可以自下而上沿斷裂向上覆油組調(diào)整(圖4)。

圖4 松遼盆地杏北地區(qū)西南斜坡區(qū)扶余油層油氣運聚成藏模式Fig.4 Oil-and-gas accumulation model of Fuyu oil layer in southwestern slope of Xingbei area, Songliao Basin

圖5 松遼盆地杏北地區(qū)反向斷裂斷距規(guī)模與油氣富集關系Fig.5 Relationship between displacement scale of reverse faults and hydrocarbon enrichment in Xingbei area, Songliao Basin

2.2 密集帶內(nèi)部“塹中隆”構造為富油部位

目前研究認為[24-28]，盆地后期構造反轉(zhuǎn)作用強烈會導致部分斷裂密集帶內(nèi)部形成“塹中隆”形態(tài)，有利于油氣聚集，因此，密集帶內(nèi)“塹中隆”的發(fā)育是斷裂密集帶內(nèi)能否富油的關鍵。

當密集帶走向與地層傾向呈小角度(0°～45°)相交時稱為同向斷裂密集帶[21]，同向斷裂密集帶走向與地層傾角方向近一致時，配合良好的蓋層條件和砂體展布特征油氣可沿斷裂走向運移，成藏關鍵時刻活動的密集帶邊界斷裂是油氣沿斷裂走向運移的主要通道[29-30]。研究區(qū)此種斷裂密集帶主要發(fā)育在西北斜坡區(qū)(圖6)，由于上覆青一段大套泥巖蓋層相隔形成頂部封閉，地層抬升方向與斷裂密集帶內(nèi)斷裂走向一致，砂體近南北向展布，構造上沿斷裂向東具有油氣運移流體勢，邊界油源斷裂在成藏關鍵期開啟[31]，斷裂密集帶邊界斷裂與砂體配合形成“接力式”長距離側(cè)向輸導通道。

對西北斜坡區(qū)順向斷裂帶原油密度與原油黏度統(tǒng)計可知，沿斷裂密集帶自西北向東南高部位原油密度和黏度逐漸減小(圖7)，充分證明了油氣沿同向斷裂密集帶發(fā)生運移。因此，當油氣沿西北部斷裂密集帶運移時，同向斷裂密集帶為油氣側(cè)向運移的通道，有利于油氣運移。

圖6 松遼盆地杏北地區(qū)西北斜坡區(qū)油氣沿斷裂輸導特征及斷裂密集帶—砂體配置關系平面位置見圖1左上部虛線框。Fig.6 Characteristics of oil and gas migration along conducting fractures and the relationship between intensively faulted zones and sand body in northwest slope area, Xingbei area, Songliao Basin

中白堊世末期，日本海開始擴張，向西的推擠力波及到松遼盆地，產(chǎn)生左旋壓扭應力場[32-33]，大慶長垣杏樹崗背斜構造形成，在背斜的軸部和翼部發(fā)育的斷裂密集帶受此應力場影響發(fā)生反轉(zhuǎn)，在斷裂密集帶內(nèi)部形成“塹中隆”構造。對比斷裂密集帶位于斜坡區(qū)和中央背斜帶部分可以看出，位于中央背斜帶部分由于受構造反轉(zhuǎn)作用較強，具有明顯的“塹中隆”特征；而位于斜坡區(qū)部分為正常地塹，無明顯“塹中隆”特征(圖8)，不利于油氣聚集，幾乎沒有油氣顯示。對西北斜坡區(qū)和中央背斜帶的密集帶內(nèi)部及周圍分布的不同井類型數(shù)據(jù)統(tǒng)計結果表明：位于中央背斜帶6號、9號和10號斷裂密集帶及西北斜坡區(qū)1號、2號密集帶延伸到中央背斜帶的部分“塹中隆”構造內(nèi)的井，多為工業(yè)油流井和試油同層井；而位于斷裂密集帶內(nèi)部正常地塹部位的井，多為測井解釋油氣層井和測井解釋油水同層井(表1)。

圖7 松遼盆地杏北地區(qū)西北斜坡區(qū)順向斷裂密集帶原油物性變化Fig.7 Changes of crude oil physical properties in consequent intensively faulted zones in Xingbei area, Songliao Basin

圖8 松遼盆地杏北地區(qū)已鉆遇成功井斷裂密集帶對比解剖Fig.8 Contrast and anatomy of intensively faulted zones through successful wells in Xingbei area, Songliao Basin 表1 松遼盆地杏北地區(qū)不同斷裂帶內(nèi)部結構井類型統(tǒng)計 Table 1 Well statistics of different fault zone structures in Xingbei area, Songliao Basin

井名井類型位置斷裂密集帶號密集帶內(nèi)部形態(tài)薩9-斜3解釋油氣層西北斜坡區(qū)1正常地塹杏1-20-斜丙617解釋油氣層西北斜坡區(qū)1正常地塹杏2-4-更丙水153解釋油氣層西北斜坡區(qū)2正常地塹杏3-2-丙615解釋油氣層西北斜坡區(qū)2正常地塹杏3-41-側(cè)斜611解釋油氣層西北斜坡區(qū)2正常地塹杏3-1-E903解釋油水同層西北斜坡區(qū)2正常地塹杏1-330-822工業(yè)油流井中央背斜帶1“背形”構造杏1-4-E917工業(yè)油流井中央背斜帶1“背形”構造杏3-丁4-側(cè)斜107工業(yè)油流井中央背斜帶2“背形”構造杏3-丁4-側(cè)斜324試油同層中央背斜帶9“背形”構造杏扶70-2試油同層中央背斜帶6“背形”構造杏1-332-丁706油水同層中央背斜帶10“背形”構造

3 結論

(1)杏北地區(qū)扶余油層斷裂密集帶廣泛分布，共發(fā)育20條斷裂密集帶，主要為伸展作用下形成的平行式地塹密集帶和耦合作用下形成的混合式密集帶。

(2)杏北扶余油層主要存在西北和西南2個油氣來源，油氣分布與斷裂密集帶關系密切，斷裂密集帶對油氣側(cè)向運移具有“同向輸導、橫向遮擋”作用，導致中央背斜帶和西南斜坡區(qū)油氣富集，而中央背斜帶南部和東部緩坡帶幾乎無油氣聚集。

(3)杏北地區(qū)扶余油層斷裂密集帶外油氣主要受密集帶邊界反向斷裂遮擋，在斷裂上盤聚集成藏，邊界斷裂斷距規(guī)模越大，油氣越富集；而斷裂密集帶內(nèi)油氣主要分布在后期反轉(zhuǎn)作用下形成的“塹中隆”構造內(nèi)。

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(編輯 徐文明)

Controls of intensively faulted zones on hydrocarbon migration and accumulation: An example of Fuyu oil layer in Xingbei area, Songliao Basin

Liu Junqiao1, Zhang Tong2, Lü Yanfang1, Zhang Mengdi1, Sun Tongwen1, Jiang Guipu3, Xue Pan1

(1.CollegeofGeosciences,NortheastPetroleumUniversity,Daqing,Heilongjiang163318,China; 2.ExplorationandDevelopmentResearchInstituteofDaqingOilfieldCompanyLtd,Daqing,Heilongjiang163712,China; 3.No.4OilRecoveryPlant,DaqingOilfieldCorpLtd,Daqing,Heilongjiang163511,China)

The types and genetic mechanism of intensively faulted zones in the Fuyu oil layer in the Songliao Basin were studied based on 3D seismic data and combined with the plane and profile characteristics of intensively faulted zones, so as to identify the controls of intensively faulted zones on hydrocarbon migration and accumulation. Reservoir dissecting technology was applied, and the distribution characteristics of intensively faulted zones, hydrocarbon and sand bodies were taken into consideration. Several conclusions were made as follows. (1) Intensively faulted zones are widely distributed in the Fuyu oil layer in Xingbei area, including the parallel graben belts caused by stretching and the hybrid intensively faulted zones caused by coupling. (2) Sheltered by transverse intensively faulted zones, the ramp zones to the south and east of the central anticline have no oil or gas enrichment. Hydrocarbon was enriched in the hanging wall of boundary reverse faults outside intensively faulted zones. The larger the scale of fault displacement, the higher the degree of oil enrichment. (3) The boundary faults of consequent intensively faulted zones can be hydrocarbon migration pathways along the fault strike. Tectonic inversion occurred in the central anticline zone, and the “uplifted graben” morphology formed in intensively faulted zones, where oil and gas accumulated.

intensively faulted zone; reservoir formation; controlling effect; Fuyu oil layer; Xingbei area; Songliao Basin

1001-6112(2017)04-0453-08

10.11781/sysydz201704453

2017-03-28；

2017-05-25。

劉峻橋(1989—)，男，博士研究生，從事斷裂控藏方面的研究。E-mail: smartqiao_2013@163.com。

呂延防(1957—)，男，教授，從事油氣藏形成與保存方面的研究。E-mail：571128lyf@nepu.edu.cn。

國家自然科學基金項目(41372154，41602164)、中國博士后科學基金(2016M591509)和東北石油大學研究生創(chuàng)新科研項目(YJSCX2016-001NEPU)聯(lián)合資助。

TE122.3

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