油源斷裂輸導(dǎo)油氣通道演化形式的研究方法及其應(yīng)用*

付 廣 沙子萱 王宏偉 姜文亞 董雄英

（1.東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院 黑龍江大慶 163318；2.中國石油大港油田公司 天津 300280）

隨著油氣勘探的深入，人們越來越認識到含油氣盆地下生上儲式油氣運聚成藏明顯受到油源斷裂（連接源巖和目的層，且在油氣成藏期活動的斷裂）的控制（He et al.，2012；胡欣蕾等，2014；付廣等，2016，2018a，2018c；李建民等，2019），使油氣在油源斷裂處或附近分布（Qu et al.，2008；付廣等，2012，2019，2021a，2021b；楊德相等，2017；劉濱瑩等，2017）。然而，油氣勘探結(jié)果表明，并非油源斷裂附近均有油氣分布，這除了受到油源斷裂附近砂體和圈閉是否發(fā)育的影響外，主要是受到了油源斷裂輸導(dǎo)油氣通道演化形式的影響，油源斷裂在不同時期輸導(dǎo)油氣通道及其演化形式不同，其對油氣聚集成藏所起的作用不同，油氣富集程度也就不同。因此，能否準確的研究油源斷裂輸導(dǎo)通道演化形式，對于正確認識含油氣盆地下生上儲式油源斷裂附近油氣分布規(guī)律及指導(dǎo)油氣勘探均至關(guān)重要。

關(guān)于不同時期油源斷裂輸導(dǎo)油氣通道前人曾做過一定研究工作，歸納起來主要有以下兩個方面：一方面是根據(jù)活動期油源斷裂古活動速率的相對大小，研究活動期油源斷裂輸導(dǎo)油氣通道（姜貴璞等，2017；付廣等，2018b；劉濤等，2018），認為古活動速率相對大的部位，伴生裂縫相對發(fā)育，應(yīng)是活動期油源斷裂輸導(dǎo)油氣通道。另一方面是根據(jù)油源斷裂斷層面產(chǎn)狀形態(tài)，利用停止活動后斷層面古油氣勢能分布特征，研究停止活動后油源斷裂輸導(dǎo)油氣通道（付廣等，2014，2021a，2021b；王浩然等，2018），認為斷層面古油氣勢能等值線法線匯聚線—古構(gòu)造脊應(yīng)為停止活動后油源斷裂輸導(dǎo)油氣通道。上述這些研究成果對認識油源斷裂附近油氣分布規(guī)律及指導(dǎo)油氣勘探均起到了非常重要的作用。

然而，由于受到研究手段及人們認識水平的局限，目前對不同時期油源斷裂輸導(dǎo)油氣通道的研究考慮的因素尚不全面，仍存在問題，如活動期油源斷裂輸導(dǎo)油氣通道—伴生裂縫發(fā)育除了受到古活動速率相對大小的影響外，還要受到被斷裂錯斷地層巖性的影響，只有脆性地層巖石才易形成伴生裂縫，而塑性地層巖石不易形成伴生裂縫。而停止活動后油源斷裂輸導(dǎo)油氣通道僅考慮了斷層面形態(tài)，而沒有考慮斷裂填充物泥質(zhì)含量的影響，斷層面雖發(fā)育古構(gòu)造脊，但填充物泥質(zhì)含量高，也不是油源斷裂輸導(dǎo)油氣通道。而且截至目前為止，將活動期和停止活動后結(jié)合起來研究油源斷裂輸導(dǎo)油氣通道演化形式尚未見到文獻報道，等等上述問題無疑造成對油源斷裂附近油氣分布規(guī)律認識的偏差，給油氣勘探帶來一定風(fēng)險。因此，開展油源斷裂輸導(dǎo)油氣通道演化形式的研究，對于正確認識含油氣盆地下生上儲式油源斷裂附近油氣分布規(guī)律和指導(dǎo)其油氣勘探均具重要意義。

1 不同時期油源斷裂輸導(dǎo)油氣通道及其演化形式

活動期油源斷裂之所以能輸導(dǎo)油氣，是因為其伴生有大量裂縫的形成，這些伴生裂縫較圍巖地層具有相對較高的孔滲性，是油源斷裂輸導(dǎo)油氣的主要通道，如圖1a所示。由于受到油源斷裂不同部位活動特征及被其錯斷地層巖性特征的影響，不同部位油源斷裂伴生裂縫發(fā)育特征不同，通常情況下是斷裂活動強和地層巖石脆性發(fā)育的部位，伴生裂縫發(fā)育，輸導(dǎo)油氣通道發(fā)育；否則，二者缺少哪一個，油源斷裂輸導(dǎo)油氣通道均不發(fā)育。

圖1 不同時期油源斷裂輸導(dǎo)油氣通道示意圖Fig.1 Schematic diagram of oil and gas transportation channels of oil source faults in different periods

油源斷裂停止活動后，伴生裂縫在上覆沉積載荷重量、區(qū)域主壓應(yīng)力作用下緊閉失去輸導(dǎo)油氣能力，但此時斷裂填充物尚未壓實成巖，仍具有一定的孔滲性，可以輸導(dǎo)油氣，如圖1b所示。不同部位油源斷裂輸導(dǎo)油氣特征的不同是因為其斷距和被其錯斷地層巖層厚度和泥質(zhì)含量不同導(dǎo)致的其斷裂填充物泥質(zhì)含量不同而引起的。一般狀況下斷裂填充物泥質(zhì)含量比較小的部位，孔滲性相對較好，發(fā)育輸導(dǎo)油氣通道；反之則不發(fā)育輸導(dǎo)油氣通道。

綜合上述方面研究，可以得到油源斷裂輸導(dǎo)油氣通道演化主要有以下4種形式：1）一直輸導(dǎo)通道演化形式是活動期和停止活動后油源斷裂均是輸導(dǎo)油氣通道，最有利于油源斷裂輸導(dǎo)油氣和聚集成藏；2）先輸導(dǎo)后不輸導(dǎo)通道演化形式是活動期油源斷裂為輸導(dǎo)油氣通道，但停止活動后不再是輸導(dǎo)油氣通道，較有利于油源斷裂輸導(dǎo)油氣和聚集成藏；3）先不輸導(dǎo)后輸導(dǎo)通道演化形式是活動期油源斷裂不是輸導(dǎo)油氣通道但停止活動后油源斷裂是輸導(dǎo)油氣通道，不利于油源斷裂輸導(dǎo)油氣和聚集成藏；4）一直不輸導(dǎo)通道演化形式是活動期和停止活動后油源斷裂均不是輸導(dǎo)油氣通道，油源斷裂不能輸導(dǎo)油氣和聚集成藏，如圖2所示。

圖2 油源斷裂輸導(dǎo)油氣通道演化形式厘定示意圖Fig.2 A schematic diagram for determining the evolution form of oil and gas transportation channels of oil source faults

2 油源斷裂輸導(dǎo)油氣通道演化形式的研究方法

由上可知，要研究油源斷裂輸導(dǎo)油氣通道演化形式，就必須確定出活動期和停止活動后油源斷裂輸導(dǎo)油氣通道。

要確定活動期油源斷裂輸導(dǎo)油氣通道，就必須確定出油源斷裂伴生裂縫可能發(fā)育部位和被其錯斷地層脆性發(fā)育部位，二者的耦合部位即為活動期油源斷裂輸導(dǎo)油氣通道。利用三維地震資料讀取油源斷裂在目的層內(nèi)的現(xiàn)今斷距，由最大斷距相減法（謝昭涵等，2015）恢復(fù)其在油氣成藏期古斷距，再除以斷裂活動時期，便可以得到不同部位油源斷裂古活動速率，如圖3所示。由研究區(qū)已知井點處油源斷裂古活動速率與其附近油氣分布關(guān)系，確定油源斷裂伴生裂縫發(fā)育所需的最小活動速率（袁紅旗等，2021），如圖3所示。將油源斷裂古活動速率大于伴生裂縫發(fā)育所需的最小活動速率的部位圈在一起，便可以得到油源斷裂伴生裂縫可能發(fā)育部位（如圖3）。利用鉆井和地震資料統(tǒng)計不同部位被油源斷裂錯斷地層砂地比值分布（如圖4）。統(tǒng)計研究區(qū)已知井點油源斷裂處被其錯斷地層砂地比值與其油氣顯示之間關(guān)系，取油氣顯示處最小地層砂地比值作為地層脆性巖石發(fā)育所需的最小地層砂地比值（如圖4）。這是因為只有地層脆性巖石發(fā)育，被油源斷裂錯斷時才能發(fā)育伴生裂縫，輸導(dǎo)油氣聚集成藏，油氣勘探才能發(fā)現(xiàn)油氣；否則無油氣發(fā)現(xiàn)。將被油源斷裂錯斷地層砂地比值大于地層脆性發(fā)育所需的最小地層砂地比值的部位圈在一起，便可以得到被油源斷裂錯斷地層脆性發(fā)育部位（如圖4）。

圖3 活動期油源斷裂伴生裂縫可能發(fā)育部位厘定示意圖Fig.3 Determination of the possible development position of associated fractures during the active period of oil source faults

圖4 被油源斷裂錯斷地層脆性發(fā)育部位厘定示意圖Fig.4 Determination of brittleness development position of faulted formation by oil source fault

將上述已確定出的油源斷裂伴生裂縫可能發(fā)育部位和被油源斷裂錯斷地層脆性發(fā)育部位疊合，二者重合部位即為油源斷裂活動期輸導(dǎo)油氣通道（如圖5）。

圖5 活動期油源斷裂輸導(dǎo)油氣通道厘定示意圖Fig.5 Determination of oil and gas channels of oil source faults in active period

要確定停止活動后油源斷裂輸導(dǎo)油氣通道，就必須確定出油源斷裂填充物泥質(zhì)含量分布和填充物輸導(dǎo)油氣所需的最大泥質(zhì)含量。利用鉆井和地震資料讀取油源斷裂在被錯斷地層內(nèi)的斷距和被其錯斷地層巖層厚度及泥質(zhì)含量，由式（1）計算不同部位油源斷裂在被其錯斷地層內(nèi)斷裂填充物泥質(zhì)含量（如圖6）。統(tǒng)計研究區(qū)已知井點處油源斷裂填充物泥質(zhì)含量與其附近油氣顯示之間關(guān)系，取油氣顯示處最大斷裂填充物泥質(zhì)含量作為填充物輸導(dǎo)油氣所需的泥質(zhì)含量上限（如圖6），這是因為只有填充物泥質(zhì)含量小于填充物輸導(dǎo)油氣所需的最大泥質(zhì)含量，才具孔滲性輸導(dǎo)油氣，油氣不能在此聚集，油氣鉆探無油氣發(fā)現(xiàn)；反之則有油氣聚集，油氣鉆探有油氣發(fā)現(xiàn)。將油源斷裂填充物泥質(zhì)含量小于填充物輸導(dǎo)油氣所需的最大泥質(zhì)含量部位圈在一起，便可以得到停止活動后油源斷裂輸導(dǎo)油氣通道（如圖6）。

圖6 停止活動后油源斷裂輸導(dǎo)油氣通道厘定示意圖Fig.6 Determination of oil and gas channel of oil source fault after stopping activity

式中：Rf為斷層巖泥質(zhì)含量/%；Hi為被斷裂錯斷第i層巖層厚度/m；Ri為 被斷裂錯斷第i層巖層泥質(zhì)含量/%；n為被斷裂錯斷巖層層數(shù)；L為斷裂斷距/m。

將上述已確定出的活動期和停止活動后油源斷裂輸導(dǎo)油氣通道結(jié)合，便可以得到油源斷裂輸導(dǎo)油氣通道演化形式，如圖2所示。

3 實例應(yīng)用

本文選取渤海灣盆地冀中坳餡廊固凹陷大柳泉地區(qū)舊州斷裂作為實例，利用上述方法研究其在沙三中-下亞段內(nèi)輸導(dǎo)油氣通道的演化形式，并通過研究結(jié)果與目前舊州斷裂附近沙三中-下亞段已發(fā)現(xiàn)油氣分布之間關(guān)系分析，驗證該方法用于研究油源斷裂輸導(dǎo)油氣通道演化形式的可行性。

大柳泉地區(qū)位于廊固凹陷中部，是廊固凹陷目前油氣勘探的重點地區(qū)。該區(qū)從下至上發(fā)育的地層有古近系的孔店組、沙河街組、東營組，新近系的館陶組及明化鎮(zhèn)組和第四系。目前該區(qū)已發(fā)現(xiàn)油氣主要分布在沙三中-下亞段，其油氣主要來自下伏沙四段源巖，應(yīng)為下生上儲式生儲蓋組合。舊州斷裂是位于大柳泉地區(qū)中部的一條正斷層，是由F1、F7、F8和F9這4條斷裂構(gòu)成，其中F7和F8斷裂規(guī)模相對較大，延伸相對較遠，其次是F1斷裂，最小為F9斷裂，如圖7所示。舊州斷裂從下部沙四段向上一直斷至館陶組底部，連接了沙三中-下亞段和沙四段源巖，且在油氣成藏期—沙二段沉積時期活動，應(yīng)為沙三中-下亞段的油源斷裂。由圖7中可以看出，目前舊州斷裂附近沙三中-下亞段目前已發(fā)現(xiàn)油氣主要分布在F1和F7斷裂交界處、F7和F8斷裂交界處和F9斷裂處，這除了受到其砂體和圈閉是否發(fā)育的影響外，主要是受到了舊州斷裂在沙三中-下亞段內(nèi)輸導(dǎo)油氣通道演化形式的影響，因此，能否正確認識舊州斷裂在沙三中-下亞段輸導(dǎo)油氣通道演化形式，對認識舊州斷裂附近沙三中-下亞段油氣分布規(guī)律及指導(dǎo)油氣勘探至關(guān)重要。

圖7 舊州斷裂輸導(dǎo)油氣通道演化形式與沙三中-下亞段油氣分布關(guān)系圖Fig.7 The relationship between the evolution of oil and gas transportation channels of Jiuzhou fault and the oil and gas distribution in the middle and lower Es3

利用三維地震資料讀取不同部位舊州斷裂在沙三中-下亞段內(nèi)現(xiàn)今斷距，利用最大斷距相減法（劉哲等，2012）恢復(fù)其在沙二段沉積時期的古斷距，再除以斷裂活動時期，便可以得到不同部位舊州斷裂在沙三中-下亞段內(nèi)的古活動速率，如圖8a所示，由圖8a中可以看出，舊州斷裂中F8和F9斷裂古活動速率相對較大，其次是F7斷裂，最小是F1斷裂。由大柳泉地區(qū)油源斷裂伴生裂縫發(fā)育所需的最小活動速率（圖9a）約為10 m/Ma，便可以得到舊州斷裂在沙三中-下亞段內(nèi)伴生裂縫可能發(fā)育部位（圖10a）主要分布在F1斷裂中東部、F7斷裂西部及中東部、除西部端部的F8斷裂和F9斷裂處。利用鉆井資料統(tǒng)計不同部位舊州斷裂沙三中-下亞段地層砂地比值，如圖8b所示，由圖8b中可以看出，不同部位舊州斷裂附近沙三中-下亞段地層砂地比值F8和F9斷裂相對較高，F(xiàn)1和F7斷裂相對較低，由大柳泉地區(qū)沙三中-下亞段地層脆性發(fā)育所需的最小地層砂地比值（圖9b）約為18%，便可以得到不同部位舊州斷裂沙三中-下亞段地層脆性發(fā)育部位（圖10b），主要分布在F1斷裂東部端，F(xiàn)7斷裂東西兩端，F(xiàn)8中西部及東部端部和F9斷裂處。將上述已確定出的不同部位舊州斷裂在沙三中-下亞段內(nèi)伴生裂縫可能發(fā)育部位和地層脆性發(fā)育部位疊合，便可以識別出活動期舊州斷裂輸導(dǎo)油氣通道分布，如圖10c所示。由圖10c中可以看出，活動期舊州斷裂輸導(dǎo)油氣通道主要分布在F1斷裂東部局部、F7斷裂西部、F8斷裂中西部及東部端部和F9斷裂處。

圖8 活動期舊州斷裂在沙三中-下亞段內(nèi)輸導(dǎo)油氣特征圖a.古活動速率；b.地層砂地比值Fig.8 Characteristics of oil and gas migration of Jiuzhou fault in middle and lower Es3 during active period·

圖9 大柳泉地區(qū)活動期油源斷裂輸導(dǎo)油氣特征影響因素下限厘定圖a.斷裂伴生裂縫發(fā)育所需的最小活動速率；b.地層脆性發(fā)育所需的最小地層砂地比值Fig.9 Determination of the lower limit of influencing factors of oil and gas migration characteristics of oil source faults in Daliuquan area during active period

利用鉆井和地震資料統(tǒng)計不同部位舊州斷裂在沙三中-下亞段內(nèi)斷距和被其錯斷地層巖層厚度及泥質(zhì)含量，由式（1）計算不同部位舊州斷裂在沙三中-下亞段地層內(nèi)斷裂填充物泥質(zhì)含量，如圖11a所示，由圖11a中可以看出，舊州斷裂在沙三中-下亞段內(nèi)填充物泥質(zhì)含量高值區(qū)主要分布在F7斷裂西部及東部端部、除東部端部的F8斷裂和F9斷裂處。由大柳泉地區(qū)填充物輸導(dǎo)油氣所需的最大泥質(zhì)含量（圖11b）約為29%，便可以識別出停止活動后舊州斷裂輸導(dǎo)油氣通道，如圖11c所示，由圖11c中可以看出，停止活動后舊州斷裂輸導(dǎo)油氣通道主要分布在F1斷裂、F7斷裂中東部、F8和F9斷裂交界處。

由圖10c和圖11c可以得到舊州斷裂在沙三中-下亞段內(nèi)輸導(dǎo)油氣通道演化形式特征，如圖7所示，由圖7中可以看出，舊州斷裂共發(fā)育4種輸導(dǎo)油氣通道演化形式，其中一直輸導(dǎo)通道演化形式僅分布在F1斷裂東部局部和F8斷裂的東部端部；先輸導(dǎo)后不輸導(dǎo)通道演化形式主要分布在F7斷裂西部、F8斷裂中西部及東部和F9斷裂處；先不輸導(dǎo)后輸導(dǎo)通道演化形式主要分布在除東部局部的F1斷裂、F7斷裂的中東部；一直不輸導(dǎo)通道演化形式主要分布在F7斷裂中部、F7斷裂和F8斷裂交界處及F8斷裂東部。

圖10 活動期舊州斷裂在沙三中-下亞段內(nèi)輸導(dǎo)油氣通道厘定圖Fig.10 Determination of oil and gas transportation channels of Jiuzhou fault in middle and lower Es3 during active period

圖11 停止活動后舊州斷裂在沙三中-下亞段內(nèi)輸導(dǎo)油氣通道厘定圖a.斷裂填充物泥質(zhì)含量；b.填充物輸導(dǎo)油氣所需的最大泥質(zhì)含量；c.斷裂輸導(dǎo)油氣通道Fig.11 Determination of oil and gas transportation channels in the middle and lower Es3 after the activity of Jiuzhou fault stopped

由圖7中可以看出，舊州斷裂附近沙三中-下亞段目前已發(fā)現(xiàn)油氣主要分布在一直輸導(dǎo)和先輸導(dǎo)后不輸導(dǎo)通道演化形式分布處或附近，這是因為只有位于一直輸導(dǎo)和先輸導(dǎo)后不輸導(dǎo)通道演化形式分布部位處或附近才能通過活動期和停止活動后舊州斷裂輸導(dǎo)油氣通道從下伏沙四段源巖處獲得大量油氣，在上覆沙三中-下亞段內(nèi)聚集成藏，油氣勘探才能發(fā)現(xiàn)油氣；否則無油氣發(fā)現(xiàn)。

4 結(jié) 論

（1）活動期油源斷裂輸導(dǎo)通道為伴生裂縫，其發(fā)育主要受到斷裂活動強渡和被其錯斷地層脆性的影響，斷裂活動強度越大，地層巖性為脆性，輸導(dǎo)通道越發(fā)育，反之則不發(fā)育。停止活動后油源斷裂輸導(dǎo)油氣通道為填充物連通孔隙，主要受到填充物泥質(zhì)含量的影響，填充物泥質(zhì)含量越小，輸導(dǎo)通道越發(fā)育；反之則不發(fā)育。

（2）通過確定油源斷裂伴生裂縫可能發(fā)育部位和地層脆性發(fā)育部位，識別油源斷裂活動期輸導(dǎo)油氣通道。通過確定斷裂填充物泥質(zhì)含量和填充物輸導(dǎo)油氣所需的最小泥質(zhì)含量，識別停止活動后油源斷裂輸導(dǎo)油氣通道。二者結(jié)合建立了一套油源斷裂輸導(dǎo)油氣通道演化形式的研究方法，并通過實例應(yīng)用，驗證了該方法用于研究油源斷裂輸導(dǎo)油氣通道演化形式的可行性。

（3）渤海灣盆地冀中坳餡廊固凹陷大柳泉地區(qū)舊州斷裂在沙三中-下亞段內(nèi)共發(fā)育4種輸導(dǎo)油氣通道演化形式，其中一直輸導(dǎo)通道演化形式僅分布在F1斷裂東部局部和F8斷裂的東部端部；先輸導(dǎo)后不輸導(dǎo)通道演化形式主要分布在F7斷裂西部、F8斷裂中西部及東部和F9斷裂處；先不輸導(dǎo)后輸導(dǎo)通道演化形式主要分布在除東部局部的F1斷裂、F7斷裂的中東部；一直不輸導(dǎo)通道演化形式主要分布在F7斷裂中部、F7斷裂和F8斷裂交界處及F8斷裂東部。一直輸導(dǎo)和先輸導(dǎo)后不輸導(dǎo)通道演化形式分布部位處及附近有利于沙三中-下亞段油氣聚集成藏，與目前舊州斷裂附近沙三中-下亞段已發(fā)現(xiàn)油氣分布相吻合。

（4）該方法主要應(yīng)用于砂泥巖含油氣盆地下生上儲式油源斷裂輸導(dǎo)油氣通道演化形式的研究。