油源斷裂活動(dòng)期輸導(dǎo)油氣有利部位預(yù)測方法的改進(jìn)

付 廣，梁木桂，李健如

(東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江大慶163318)

油源斷裂(溝通源巖和儲(chǔ)層，且活動(dòng)于油氣成藏期的斷裂[1-2])及其附近是含油氣盆地源上油氣成藏的有利部位，其輸導(dǎo)油氣有利部位更是控制著平面上油氣富集部位。前人對(duì)油源斷裂輸導(dǎo)油氣有利部位的確定方法可歸納為以下3個(gè)方面：一是根據(jù)斷裂古活動(dòng)速率的相對(duì)大小，結(jié)合油氣分布處所對(duì)應(yīng)的斷裂最小古活動(dòng)速率值，研究油源斷裂活動(dòng)期輸導(dǎo)油氣有利部位[3-7]，認(rèn)為油源斷裂古活動(dòng)速率大于油氣分布處所對(duì)應(yīng)的最小古活動(dòng)速率的部位，應(yīng)為油源斷裂活動(dòng)期輸導(dǎo)油氣有利部位；二是根據(jù)斷裂在油氣成藏期古油氣勢能等值線法線匯聚線或凸面脊發(fā)育部位，研究油源斷裂停止活動(dòng)后輸導(dǎo)油氣有利部位[1，8-11]，認(rèn)為凸面脊發(fā)育部位應(yīng)是油源斷裂停止活動(dòng)后輸導(dǎo)油氣有利部位；三是根據(jù)油源斷裂伴生裂縫發(fā)育部位和凸面脊發(fā)育部位的耦合特征，研究其輸導(dǎo)油氣有利部位[12-14]，認(rèn)為只有斷裂伴生裂縫發(fā)育部位和凸面脊發(fā)育部位的耦合部位，才是其輸導(dǎo)油氣有利部位。然而，這些研究成果僅僅考慮了斷裂活動(dòng)強(qiáng)度對(duì)其伴生裂縫發(fā)育部位的影響，而沒有考慮被其錯(cuò)斷地層巖石脆塑性對(duì)其伴生裂縫發(fā)育部位的影響，難以準(zhǔn)確地預(yù)測油源斷裂活動(dòng)期輸導(dǎo)油氣有利部位。筆者基于被斷裂錯(cuò)斷地層巖石脆塑性對(duì)其伴生裂縫發(fā)育部位的影響，對(duì)油源斷裂活動(dòng)期輸導(dǎo)油氣有利部位預(yù)測方法的改進(jìn)展開研究，以期更加準(zhǔn)確地預(yù)測出油源斷裂活動(dòng)期輸導(dǎo)油氣有利部位，降低油氣勘探帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

1 油源斷裂活動(dòng)期輸導(dǎo)油氣機(jī)制及有利部位

在斷裂活動(dòng)時(shí)期，受強(qiáng)烈構(gòu)造應(yīng)力作用，油源斷裂產(chǎn)生大量伴生裂縫。與圍巖地層相比，這些伴生裂縫具有更高的孔隙度和滲透率，其在剩余地層孔隙流體壓差和浮力的作用下，可將下伏源巖生成的油氣輸導(dǎo)至上覆目的儲(chǔ)層中[4]。然而，油源斷裂伴生裂縫發(fā)育程度要受到斷裂活動(dòng)強(qiáng)度和被錯(cuò)斷地層巖石脆塑性的影響，斷裂活動(dòng)強(qiáng)度越大、被錯(cuò)斷地層巖石脆性越強(qiáng)，油源斷裂伴生裂縫越發(fā)育；反之，油源斷裂伴生裂縫越不發(fā)育。因此油源斷裂活動(dòng)期輸導(dǎo)油氣有利部位應(yīng)是活動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)較大部位和被錯(cuò)斷地層脆性巖石發(fā)育部位的耦合部位(圖1),否則不管二者中缺少哪一個(gè)，或者二者發(fā)育但不耦合，均不是油源斷裂活動(dòng)期輸導(dǎo)油氣有利部位。斷裂活動(dòng)強(qiáng)度可用斷裂活動(dòng)速率的相對(duì)大小表征，斷裂活動(dòng)速率越大，其活動(dòng)強(qiáng)度越大；反之則越小。地層巖石脆塑性明顯受到地層巖性的控制[15-17]，地層砂地比越高，泥質(zhì)成分越低，巖石脆性越強(qiáng)，受力后裂縫越發(fā)育；相反，地層砂地比越低，泥質(zhì)成分越高，巖石脆性越弱，受力后裂縫越不發(fā)育(如鄂爾多斯盆地延長組地層巖性與裂縫密度之間關(guān)系，見圖2)。因此可用地層砂地比來表征砂泥巖地層巖石脆性，即地層砂地比越大，地層巖石脆性越強(qiáng)；反之則越弱。

圖1 油源斷裂活動(dòng)期輸導(dǎo)油氣有利部位(伴生裂縫發(fā)育部位)示意圖Fig.1 Favorable positions for hydrocarbon transport of oil-source faults in active period (associated fracture development positions)

圖2 鄂爾多斯盆地延長組巖石類型與裂縫密度之間關(guān)系Fig.2 Relationship between rock types and fracture density of Yanchang Formation in Ordos Basin

2 改進(jìn)前輸導(dǎo)油氣有利部位預(yù)測方法

文獻(xiàn)[18]～[20]中認(rèn)為油源斷裂之所以在活動(dòng)期可以輸導(dǎo)油氣，是因?yàn)槠浒樯写罅苛芽p。當(dāng)這些伴生裂縫連通分布時(shí)，便可以成為油源斷裂輸導(dǎo)油氣通道，即為輸導(dǎo)油氣有利部位。然而，受制于目前研究手段，油源斷裂伴生裂縫連通發(fā)育部位的預(yù)測只能借助于斷裂活動(dòng)強(qiáng)度分布預(yù)測(斷裂伴生裂縫發(fā)育程度與斷裂活動(dòng)強(qiáng)度呈正相關(guān)關(guān)系[21-22])?；诖?，由文獻(xiàn)[23]中斷裂伴生裂縫發(fā)育部位預(yù)測方法即可確定出油源斷裂活動(dòng)期輸導(dǎo)油氣有利部位(圖3)。

圖3 改進(jìn)前輸導(dǎo)油氣有利部位預(yù)測方法示意圖Fig.3 Schematic of prediction method of favorable positions for oil and gas transport before improvement

3 改進(jìn)后輸導(dǎo)油氣有利部位預(yù)測方法

圖4 改進(jìn)后輸導(dǎo)油氣有利部位預(yù)測方法示意圖Fig.4 Schematic of improved prediction method of favorable positions for oil and gas transport

改進(jìn)前油源斷裂活動(dòng)期輸導(dǎo)油氣有利部位的預(yù)測方法僅考慮斷裂活動(dòng)強(qiáng)度對(duì)伴生裂縫連通發(fā)育部位的影響，而沒有考慮被其錯(cuò)斷地層巖石脆塑性對(duì)伴生裂縫連通發(fā)育部位的影響，難以準(zhǔn)確地反映油源斷裂伴生裂縫的發(fā)育特征，也就不能準(zhǔn)確地預(yù)測油源斷裂活動(dòng)期輸導(dǎo)油氣有利部位。因?yàn)橹挥斜粩嗔彦e(cuò)斷地層巖石為脆性時(shí)，斷裂活動(dòng)強(qiáng)度越大，其伴生裂縫越發(fā)育，方可連通形成輸導(dǎo)油氣通道；相反，如果被斷裂錯(cuò)斷地層巖石為塑性，即使斷裂活動(dòng)強(qiáng)度再大，其伴生裂縫也不發(fā)育，也不能成為輸導(dǎo)油氣有利部位。由此說明，在對(duì)油源斷裂活動(dòng)期輸導(dǎo)油氣有利部位進(jìn)行預(yù)測時(shí)，必須考慮被錯(cuò)斷地層巖石脆塑性的影響，具體方法為：首先按照上述方法確定斷裂古活動(dòng)速率大于斷裂伴生裂縫連通發(fā)育所需的最小活動(dòng)速率的部位，即為斷裂活動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)較大部位(圖4(a))；其次利用鉆井資料統(tǒng)計(jì)研究區(qū)已知井點(diǎn)處目的層砂地比與其內(nèi)油氣分布之間關(guān)系，取油氣分布處最小地層砂地比作為地層脆性巖石發(fā)育所需的最小地層砂地比(圖4(b))，這是因?yàn)橹挥械貙哟嘈詭r石發(fā)育，在被斷裂錯(cuò)斷時(shí)才能形成伴生裂縫，輸導(dǎo)油氣成藏，油氣鉆探時(shí)才能發(fā)現(xiàn)油氣，否則油氣鉆探時(shí)無油氣發(fā)現(xiàn)；再次利用鉆井資料統(tǒng)計(jì)不同測線處目的層砂地比，將大于地層脆性巖石發(fā)育所需的最小地層砂地比的部位圈在一起，即為地層脆性巖石發(fā)育部位(圖4(b))；最后將上述已確定出的斷裂活動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)較大部位和地層脆性巖石發(fā)育部位耦合，二者重合部位即為油源斷裂活動(dòng)期輸導(dǎo)油氣有利部位(圖4(c))。

4 實(shí)例應(yīng)用

將改進(jìn)前后方法分別應(yīng)用于冀中坳陷大柳泉地區(qū)舊州4條分支斷裂，預(yù)測其活動(dòng)期在沙三中下亞段內(nèi)輸導(dǎo)油氣有利部位，并根據(jù)預(yù)測結(jié)果與油氣分布之間關(guān)系，闡述改進(jìn)后方法較改進(jìn)前方法的可行性及合理性。

舊州斷裂位于大柳泉鼻狀構(gòu)造帶內(nèi)，是一條北東向正斷裂，其由F1、F7、F8和F9 四條分支斷裂構(gòu)成，其中F1、F7和F8斷裂規(guī)模相對(duì)較大，延伸相對(duì)較遠(yuǎn)，而F9斷裂規(guī)模相對(duì)較小，延伸相對(duì)較近(圖5)。該斷裂附近發(fā)育的地層主要有古近系(孔店組、沙河街組和東營組)、新近系(館陶組和明化鎮(zhèn)組)及第四系，其中沙三中下亞段是主要油氣產(chǎn)層，其油氣來自下伏沙四段源巖。舊州4條分支斷裂溝通了下伏沙四段源巖和上覆沙三中下亞段儲(chǔ)層，且活動(dòng)于油氣成藏期——沙二段沉積時(shí)期[4]，可作為沙三中下亞段的油源斷裂。由圖5可以看出，沙三中下亞段油氣主要分布在F1和F7斷裂相交處附近、F7和F8斷裂相交處附近以及F9斷裂附近，這除了受到其構(gòu)造圈閉是否發(fā)育的影響外，主要是取決于其活動(dòng)期在沙三中下亞段內(nèi)輸導(dǎo)油氣有利部位分布。由此看出，準(zhǔn)確地預(yù)測出舊州4條分支斷裂活動(dòng)期在沙三中下亞段內(nèi)輸導(dǎo)油氣有利部位，對(duì)指導(dǎo)其附近沙三中下段油氣勘探至關(guān)重要。

圖5 舊州4條分支斷裂與沙三中下亞段油氣分布關(guān)系Fig.5 Relationship between four branch faults in Jiuzhou and oil and gas distribution in the middle and lower submembers of Es3

由斷裂古活動(dòng)速率與油氣分布關(guān)系(圖6(a))可知，大柳泉地區(qū)斷裂伴生裂縫連通發(fā)育所需的最小活動(dòng)速率約為10 m/Ma。由圖6(b)可以看出，舊州4條分支斷裂古活動(dòng)速率最大處分布在F8斷裂中部，其次是F9斷裂和F7斷裂中部，F(xiàn)1斷裂以及F7和F8斷裂相交處古活動(dòng)速率較小。據(jù)此，按照改進(jìn)前油源斷裂活動(dòng)期輸導(dǎo)油氣有利部位預(yù)測方法，得到了舊州4條分支斷裂活動(dòng)期在沙三中下亞段內(nèi)輸導(dǎo)油氣有利部位(斷裂古活動(dòng)速率大于斷裂伴生裂縫連通發(fā)育所需的最小活動(dòng)速率的部位)，其結(jié)果如圖6(c)所示。由圖6(c)可以看出，舊州4條分支斷裂活動(dòng)期在沙三中下亞段內(nèi)輸導(dǎo)油氣有利部位十分發(fā)育，主要分布在F1斷裂北部、F7斷裂南部和中北部、除南部局部外的F8斷裂和F9斷裂。

圖6 改進(jìn)前方法預(yù)測舊州4條分支斷裂活動(dòng)期輸導(dǎo)油氣有利部位與油氣分布關(guān)系Fig.6 Relationship between favorable positions for oil and gas transport of four branch faults in Jiuzhou in active period before improvement and oil and gas distribution

若按照改進(jìn)后方法，上述所確定出的舊州4條分支斷裂活動(dòng)期在沙三中下亞段內(nèi)輸導(dǎo)油氣有利部位僅是其斷裂活動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)較大部位，要預(yù)測其輸導(dǎo)油氣有利部位還必須確定出被舊州4條分支斷裂錯(cuò)斷地層脆性巖石發(fā)育部位。由大柳泉地區(qū)已知井點(diǎn)處沙三中下亞段地層砂地比與油氣分布關(guān)系(圖7(a))，取油氣分布處最小地層砂地比(約為18%)，作為地層脆性巖石發(fā)育所需的最小地層砂地比。由鉆井資料統(tǒng)計(jì)舊州4條分支斷裂在沙三中下亞段地層砂地比，其結(jié)果如圖7(b)所示。由圖7(b)可以看出，舊州4條分支斷裂附近沙三中下亞段地層砂地比最大值主要分布在F9斷裂和F8斷裂北部端部，其次是F8斷裂南部及F7斷裂北部端部和南部，F(xiàn)8斷裂中北部、F1斷裂和F7斷裂中部地層砂地比較小。據(jù)此，可以得到舊州4條分支斷裂附近沙三中下亞段地層脆性巖石發(fā)育部位(地層砂地比大于地層脆性巖石發(fā)育所需的最小地層砂地比的部位)，其結(jié)果如圖7(c)所示。由圖7(c)可以看出，舊州4條分支斷裂附近沙三中下亞段地層脆性巖石發(fā)育部位主要分布在F1斷裂南部局部和北部端部、F7斷裂南部和北部端部、F8斷裂南部和北部端部以及F9斷裂。將上述已確定出的舊州4條分支斷裂活動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)較大部位和地層脆性巖石發(fā)育部位疊合，取其重合部位即為舊州4條分支斷裂活動(dòng)期在沙三中下亞段內(nèi)輸導(dǎo)油氣有利部位(圖8)。由圖8可以看出，舊州4條分支斷裂活動(dòng)期在沙三中下亞段內(nèi)輸導(dǎo)油氣有利部位較為發(fā)育，主要分布在F1斷裂北部局部、F7斷裂南部、F8斷裂中南部和北部以及F9斷裂。

圖7 舊州4條分支斷裂不同測線處沙三中下亞段地層脆性巖石發(fā)育部位預(yù)測Fig.7 Prediction of development position of brittle rocks in the middle and lower submembers of Es3 at different survey lines of four branch faults in Jiuzhou

圖8 改進(jìn)后方法預(yù)測舊州4條分支斷裂活動(dòng)期輸導(dǎo)油氣有利部位與油氣分布關(guān)系Fig.8 Relationship between favorable positions for oil and gas transport of four branch faults in Jiuzhou in active period after improvement and oil and gas distribution

由圖6(c)和圖8可以看出，舊州4條分支斷裂附近沙三中下亞段油氣主要分布在F1和F7斷裂相交處附近、F7和F8斷裂相交處附近以及F9斷裂附近，與改進(jìn)后方法預(yù)測得到的舊州4條分支斷裂活動(dòng)期在沙三中下亞段內(nèi)輸導(dǎo)油氣有利部位分布對(duì)應(yīng)關(guān)系較好，均分布在其輸導(dǎo)油氣有利部位處。與改進(jìn)前方法預(yù)測得到的舊州4條分支斷裂活動(dòng)期在沙三中下亞段內(nèi)輸導(dǎo)油氣有利部位分布對(duì)應(yīng)關(guān)系較差，很大一部分輸導(dǎo)油氣有利部位無油氣分布。這說明改進(jìn)后方法預(yù)測得到的油源斷裂活動(dòng)期輸導(dǎo)油氣有利部位更符合地下實(shí)際情況，可以減少油氣勘探的風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié) 論

(1)油源斷裂活動(dòng)期輸導(dǎo)油氣有利部位應(yīng)是其連通的伴生裂縫，只有斷裂活動(dòng)強(qiáng)度較大部位和地層脆性巖石發(fā)育部位的耦合部位，才是斷裂伴生裂縫發(fā)育部位。

(2)通過確定斷裂活動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)較大部位和被斷裂錯(cuò)斷地層脆性巖石發(fā)育部位，二者疊合改進(jìn)了以往只考慮斷裂活動(dòng)強(qiáng)度的油源斷裂活動(dòng)期輸導(dǎo)油氣有利部位預(yù)測方法，實(shí)例應(yīng)用結(jié)果表明改進(jìn)后方法預(yù)測得到的油源斷裂活動(dòng)期輸導(dǎo)油氣有利部位與油氣分布關(guān)系更好，更符合地下實(shí)際。

(3)改進(jìn)后方法預(yù)測得到的舊州4條分支斷裂活動(dòng)期在沙三中下亞段內(nèi)輸導(dǎo)油氣有利部位主要分布在F1斷裂北部局部、F7斷裂南部、F8斷裂中南部和北部以及F9斷裂，明顯小于改進(jìn)前方法預(yù)測得到的油源斷裂活動(dòng)期輸導(dǎo)油氣有利部位主要分布在F1斷裂北部、F7斷裂南部和中北部、除南部局部外的F8斷裂和F9斷裂。