斷裂輸導(dǎo)油氣能力的評價方法及其應(yīng)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(fā)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(guān)鍵，眾所周知作為油氣輸導(dǎo)通道?？碧綄嵗C實，油源斷層作為復(fù)雜的地質(zhì)體，不同狀態(tài)下對油氣運聚所起的作用是有差異的，開啟時主要起輸導(dǎo)作用，靜止時主要起封閉作用。Sibson等(1994)通過分析斷裂的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，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(xué)者依據(jù)斷層在地震剖面上的特征，從幾何學(xué)的角度提出了線形輸導(dǎo)、“Y”形輸導(dǎo)、似花狀輸導(dǎo)等多種輸導(dǎo)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(fā)展過程中，隨著應(yīng)力場的變化，在不同部位發(fā)生了擴展、鏈接、合并、復(fù)活等變化；同一斷層相同時期不同部位的輸導(dǎo)能力不同，同一斷層不同時期的輸導(dǎo)能力也不同。用某一點結(jié)構(gòu)特征、某一時刻斷層的特征，靜態(tài)表征斷層油氣輸導(dǎo)能力存在缺陷，需要從動態(tài)分析斷層不同部位的油氣輸導(dǎo)差異。本文在斷層、構(gòu)造演化的基礎(chǔ)上，分析斷層與油氣輸導(dǎo)的相關(guān)因素，建立關(guān)鍵時期油源斷層優(yōu)勢輸導(dǎo)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(dǎo)勘探，進一步豐富該區(qū)的成藏理論。

1 斷裂輸導(dǎo)油氣能力的評價方法

斷裂的優(yōu)勢通道指能夠大量向上運移油氣的部位。識別斷層優(yōu)勢輸導(dǎo)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(fā)育特征參數(shù)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(dǎo)能力與斷層的幾何形態(tài)、斷層的動力學(xué)特征因素密切相關(guān)[8-13]，其中最為主要的幾個關(guān)鍵因素為：反映斷裂之間生長與傳遞變化的轉(zhuǎn)換帶發(fā)育情況、成藏期斷層活動強度、斷面幾何形態(tài)(輸導(dǎo)脊發(fā)育特征)。

1.1 轉(zhuǎn)換帶發(fā)育部位

轉(zhuǎn)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(gòu)造帶,通過調(diào)節(jié)單個斷層和盆地單元之間斷距的變化來調(diào)節(jié)構(gòu)造的變形。斷層之間可以“軟連接”也可以“硬連接”，Morley根據(jù)主干斷層的平面幾何學(xué)關(guān)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(jù)斷層的剖面關(guān)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(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的劃分方案[15-16]。構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶是斷層分段發(fā)育時由于差異活動所造成的結(jié)果，轉(zhuǎn)換帶在調(diào)節(jié)差異變形時內(nèi)部會發(fā)育調(diào)節(jié)斷層、裂縫等；同時轉(zhuǎn)換帶內(nèi)常形成坡折，也是沉積砂體的發(fā)育區(qū)，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(zhuǎn)換帶的形成發(fā)展，特別是成藏期前后轉(zhuǎn)換帶發(fā)育對油氣的運移有重要作用。

轉(zhuǎn)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(guān)系；孤立斷裂相互作用形成轉(zhuǎn)換帶的過程中，由于斷裂長度的彼此疊覆而導(dǎo)致斷裂位移相互傳遞轉(zhuǎn)化，從而在斷裂轉(zhuǎn)換帶部位會形成斷裂位移-距離曲線上的數(shù)值突變區(qū)[17]，可以依此進行斷裂轉(zhuǎn)換帶的識別(圖2)。

圖1 轉(zhuǎn)換帶油氣輸導(dǎo)模式

圖2 轉(zhuǎn)換帶發(fā)育識別模式

關(guān)鍵時期轉(zhuǎn)換帶的識別首先要進行斷層演化分析，恢復(fù)關(guān)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(fù)技術(shù)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(yīng)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(guī)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(fā)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(dǎo)能力。但是現(xiàn)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(chǔ)上，恢復(fù)烴源巖大規(guī)模生排烴關(guān)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(zhì)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(guān)系的研究領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)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(dǎo)脊發(fā)育部位

斷層是一個復(fù)雜的地質(zhì)體，常具有凹凸不平、陡緩不一的構(gòu)造形態(tài)。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(dǎo)效率不一。據(jù)Hindle等人[24]的研究成果(圖4)：當(dāng)斷面為凹面時，油氣沿斷層面呈發(fā)散運移，此時油氣在平面上緊貼斷面成帶分布；當(dāng)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(dǎo)脊的發(fā)育部位。在構(gòu)造解釋成果基礎(chǔ)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(xiàn)出的隆起部位連線則為斷層輸導(dǎo)脊發(fā)育區(qū)。

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

圖4 斷面形態(tài)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(yīng)用

2.1 地質(zhì)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(qū)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(guī)模較大，從工區(qū)西端一直延續(xù)到漢②斷層中部地區(qū)，與漢②斷層間以橫向調(diào)節(jié)斷層相連接。漢②斷層發(fā)育規(guī)模介于漢①斷層和漢③斷層之間，彼此間側(cè)列連接，而漢③、漢④斷層規(guī)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(xiàn)已發(fā)現(xiàn)馬家嘴油田、聯(lián)盟莊油田、永安油田等富集油氣藏；斷層上升盤地區(qū)勘探程度低、發(fā)現(xiàn)較少，目前只有在YAN地區(qū)發(fā)現(xiàn)了Y25塊、Y21塊油藏。上升盤地區(qū)油氣來源于深凹帶烴源巖，漢留斷層作為本區(qū)主要的烴源巖斷層，不同部位的輸導(dǎo)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(dǎo)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(gòu)造區(qū)劃

2.2 輸導(dǎo)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(tài)展布特征，并采用多切線的方法，依次讀取與構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶、斷層活動強度分析緊密相關(guān)的各現(xiàn)今沉積層的斷層斷距值，結(jié)合斷層演化分析。

2.2.1 構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶分析

研究表明本區(qū)油氣大規(guī)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(fù)，并與現(xiàn)今斷距進行對比，結(jié)果表明：E2s沉積前，從漢①+②疊加斷距曲線看，該區(qū)的構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶以未疊覆軟連接為主，發(fā)育部位主要在ZLYA_L2900測線附近(圖6a)，漢②+漢③+④斷層不發(fā)育構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶，構(gòu)造轉(zhuǎn)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(gòu)造轉(zhuǎn)換帶以轉(zhuǎn)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(xù)分布，為換轉(zhuǎn)帶的發(fā)展期(圖6b)；Ny沉積后斷層活動小，轉(zhuǎn)換帶生長范圍減小，繼承原發(fā)育特征，分布在ZLYA_L290～ZLYA_L470、ZLYA_L740～ZLYA_L1050測線范圍(圖6c)；以構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的發(fā)育特征為單因素分析，與大規(guī)模生排烴相匹配的斷層輸導(dǎo)有利地區(qū)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(zhuǎn)換帶分布(a.E2s沉積前，b.Ny沉積前，c.現(xiàn)今)

2.2.2 斷層活動強度分析

依據(jù)恢復(fù)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(dǎo)的油藏展布進行疊合，發(fā)現(xiàn)油藏分布區(qū)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(guī)模生排烴期，斷層活動速率大于4 ms/Ma為油氣輸導(dǎo)的有利區(qū)，分布范圍為hm3dL100～ZLYA_L290測線區(qū)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(qū)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(qū)為斷層活動速率大于15 ms/Ma區(qū)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(jié)果表明，對于漢留斷層不同的分支評價標(biāo)準是不一樣的，總體來說，漢留斷裂帶大規(guī)模生、排、烴相互匹配的斷層輸導(dǎo)疊合有利地區(qū)為hjmjz3dL100～ZLYA_L1050測線范圍內(nèi)，見圖7。

圖7 漢留斷層三垛沉積期活動強度

2.2.3 輸導(dǎo)脊發(fā)育特征分析

漢留斷層的斷面形態(tài)起伏多變，形成多個脊?fàn)顦?gòu)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(cè)斷面展布范圍及埋深在馬家嘴地區(qū)發(fā)生突變，斷面明顯變窄、埋深變淺，自西向東發(fā)育a～f等6支構(gòu)造脊；漢②斷層活動強度較漢①斷層稍弱，斷面形態(tài)表現(xiàn)為中部寬闊且埋深較大，而兩側(cè)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(gòu)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(tài)也表現(xiàn)出起伏多變的特征，形成j～p等數(shù)個基本平行的構(gòu)造脊；YAN油田所處位置正好位于其中的兩個相鄰構(gòu)造脊之上，驗證了構(gòu)造脊輸導(dǎo)油氣的能力。從構(gòu)造脊單一因素的分析，漢①～④斷層總共發(fā)育a～p等14支構(gòu)造脊，為輸導(dǎo)油氣的良好通道。

疊合影響斷層輸導(dǎo)能力的三大關(guān)鍵點—斷面構(gòu)造脊、構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶、斷層活動強度等的評價結(jié)果發(fā)現(xiàn)：漢留斷裂帶油氣的分布主要與Ⅰ、Ⅱ類評價區(qū)關(guān)系密切，分布于LD-YAN地區(qū)，其中Ⅰ類有利評價區(qū)主要分布于YAN主體構(gòu)造地區(qū)(圖9)。

針對漢留斷層上升盤的Ⅱ類有利評價區(qū)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(dǎo)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(dǎo)評價

3 結(jié)論與討論

(1)運用斷裂發(fā)育特征參數(shù)進行綜合表征的方法，確定了影響油氣優(yōu)勢輸導(dǎo)發(fā)育的斷面幾何形態(tài)、斷層活動強度、轉(zhuǎn)換帶等三個關(guān)鍵控制因素，形成以成藏期構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶、成藏期斷層活動速率及構(gòu)造輸導(dǎo)脊為評價要素的斷層油氣輸導(dǎo)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(dǎo)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類有利油氣輸導(dǎo)區(qū)，其中油氣的分布與Ⅰ、Ⅱ類有利油氣輸導(dǎo)區(qū)關(guān)系密切，經(jīng)勘探證實該方法實際運用具有可行性。

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