活動(dòng)期油源斷裂輸導(dǎo)油氣有利凸面脊分布預(yù)測(cè)方法

果文斌 馬朋朋 董 軍 陳繼成 李永峰 韓 晶

（中國(guó)華油集團(tuán)有限公司大慶分公司，黑龍江 大慶 166400）

0 引 言

油氣勘探結(jié)果揭示，油源斷裂（連接烴源巖和目的層，且在油氣成藏期活動(dòng)的斷裂）在油氣成藏過程中起到了非常重要的作用［1-6］。學(xué)者們認(rèn)為凸面脊作為油源斷裂輸導(dǎo)油氣的有利部位，其附近也應(yīng)是油氣成藏的有利部位。然而，鉆探結(jié)果表明，并不是在油源斷裂凸面脊發(fā)育處附近均有油氣發(fā)現(xiàn)，這主要取決于油源斷裂凸面脊有利與否，當(dāng)油源斷裂凸面脊有利時(shí)，在其附近鉆探應(yīng)可見油氣顯示。由此可見，準(zhǔn)確地識(shí)別出油源斷裂有利凸面脊分布，是降低含油氣盆地油源斷裂附近油氣勘探風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵。

關(guān)于油源斷裂凸面脊輸導(dǎo)油氣，已有大量學(xué)者作過深入的探討和分析，認(rèn)為凸面脊是活動(dòng)停止時(shí)期油源斷裂對(duì)油氣進(jìn)行輸導(dǎo)的有利部位［7-9］。在活動(dòng)停止時(shí)期，在上覆沉積載荷和區(qū)域主壓應(yīng)力等因素的共同影響下，油源斷裂伴生裂縫漸漸緊閉，對(duì)油氣的輸導(dǎo)作用也會(huì)隨之減弱，但此時(shí)油源斷裂內(nèi)填充物并未完全壓實(shí)成巖，盡管其孔滲性下降，但仍可運(yùn)移油氣。由于油氣運(yùn)移會(huì)遵循著由高勢(shì)區(qū)向低勢(shì)區(qū)匯聚運(yùn)移的規(guī)律，因此在低勢(shì)區(qū)的凸面脊發(fā)育處形成了油氣輸導(dǎo)的有利部位［10-14］。這些研究均在一定程度上正確認(rèn)識(shí)了油源斷裂凸面脊輸導(dǎo)油氣作用。但以上研究主要是將凸面脊作為活動(dòng)停止時(shí)期油源斷裂輸導(dǎo)油氣有利部位。關(guān)于活動(dòng)期凸面脊能否成為油源斷裂輸導(dǎo)油氣有利部位，目前尚未開展研究，這無(wú)疑不利于全面準(zhǔn)確地判斷油源斷裂輸導(dǎo)油氣的真實(shí)能力。因此，開展活動(dòng)期油源斷裂輸導(dǎo)油氣有利凸面脊分布的預(yù)測(cè)方法研究，不僅能加深對(duì)含油氣盆地油源斷裂附近油氣分布規(guī)律的認(rèn)識(shí)，也能降低油氣勘探風(fēng)險(xiǎn)。

1 活動(dòng)期油源斷裂凸面脊輸導(dǎo)油氣條件

大量研究結(jié)果表明，活動(dòng)期油源斷裂輸導(dǎo)油氣有利部位應(yīng)為其伴生裂縫發(fā)育部位，而其凸面脊發(fā)育部位被認(rèn)為是活動(dòng)停止時(shí)期油源斷裂輸導(dǎo)油氣的有利部位。凸面脊能否成為活動(dòng)期油源斷裂輸導(dǎo)油氣有利部位，應(yīng)取決于活動(dòng)期其伴生裂縫是否發(fā)育。若凸面脊處伴生裂縫發(fā)育，其應(yīng)是活動(dòng)期油源斷裂輸導(dǎo)油氣有利部位；否則，其不是活動(dòng)期油源斷裂輸導(dǎo)油氣有利部位。通常情況下，凸面脊處由于斷層面曲率相對(duì)較大，其伴生裂縫也較為發(fā)育。除此之外，凸面脊處伴生裂縫是否發(fā)育還要受到其構(gòu)成地層脆塑性的影響，若凸面脊處地層為脆性，那么其伴生裂縫發(fā)育；相反，若凸面脊處地層為塑性，那么其伴生裂縫不發(fā)育。由此可知，只有地層為脆性的凸面脊發(fā)育部位，才是活動(dòng)期油源斷裂輸導(dǎo)油氣有利部位（圖1）。

圖1 活動(dòng)期油源斷裂輸導(dǎo)油氣有利凸面脊分布示意Fig.1 Distribution of favorable convex ridges for oil and gas transported by oil source faults in activity period

2 活動(dòng)期油源斷裂有利凸面脊分布預(yù)測(cè)

由上述分析可知，只要刻畫出油源斷裂凸面脊分布和被其錯(cuò)斷地層脆性巖石分布，將二者疊合，即可確定出活動(dòng)期油源斷裂輸導(dǎo)油氣有利凸面脊分布。通過三維地震資料確定油源斷裂在不同層位內(nèi)的現(xiàn)今埋深，由地層古埋深恢復(fù)方法［15-16］恢復(fù)油氣成藏期油源斷裂在不同層位內(nèi)的古埋深；由公式計(jì)算得到油源斷裂斷層面古油氣勢(shì)能，并作出油源斷裂斷層面古油氣勢(shì)能等值線分布；根據(jù)其等值線法線會(huì)聚特征，即可刻畫出油源斷裂凸面脊分布（圖1）。油源斷裂斷層面古油勢(shì)能計(jì)算公式為

式中：Φ——斷層面油氣勢(shì)能，kJ；g——重力加速度，m/s2；Z——斷層面埋深，m；p——斷層面流體壓力，MPa（其大小等于ρwZ，ρw為地層水密度，g/cm3）；ρ——油氣密度，g/cm3。

利用鉆井資料統(tǒng)計(jì)油源斷裂錯(cuò)斷地層砂地比情況（圖2）。通過分析研究區(qū)目的層已知井點(diǎn)處砂地比與該井含油氣特征之間關(guān)系，當(dāng)某一井點(diǎn)為含油氣井，且其砂地比為最小時(shí)，該井點(diǎn)的砂地比即為地層脆性巖石發(fā)育所需的最小砂地比（圖2）［17］。將油源斷裂錯(cuò)斷地層砂地比大于地層脆性巖石發(fā)育所需最小砂地比的部位圈在一起，即可刻畫出被油源斷裂錯(cuò)斷地層脆性巖石（圖2）。將上述已刻畫出的油源斷裂凸面脊分布與被其錯(cuò)斷地層脆性巖石分布進(jìn)行疊合，其耦合部位即為活動(dòng)期油源斷裂輸導(dǎo)油氣有利凸面脊分布（圖3）。

圖2 被油源斷裂錯(cuò)斷地層脆性巖石分布厘定示意Fig.2 Determination of brittle rock distribution in faulted strata by oil source faults

圖3 活動(dòng)期油源斷裂輸導(dǎo)油氣有利凸面脊分布預(yù)測(cè)示意Fig.3 Prediction of favorable convex ridges distribution for oil and gas transported by oil source faults in activity period

3 應(yīng)用實(shí)例

以渤海灣盆地冀中坳陷廊固凹陷大柳泉地區(qū)舊州斷裂中北段為例，應(yīng)用該方法對(duì)活動(dòng)期其在沙三中下亞段內(nèi)輸導(dǎo)油氣有利凸面脊分布進(jìn)行預(yù)測(cè)，將所得結(jié)果與其研究區(qū)已發(fā)現(xiàn)油氣分布進(jìn)行對(duì)比，檢驗(yàn)此方法預(yù)測(cè)活動(dòng)期油源斷裂輸導(dǎo)油氣有利凸面脊分布是否具有可行性。

大柳泉地區(qū)是位于廊固凹陷中部的大型背斜構(gòu)造帶，是該凹陷油氣的主產(chǎn)區(qū)。該區(qū)發(fā)育的地層除了有古近系的孔店組（E2k）、沙河街組（E3s）和東營(yíng)組（E3d）、還有新近系的館陶組（N1g）和明化鎮(zhèn)組（N2m），同時(shí)還發(fā)育少量的第四系（Q）。目前該區(qū)已發(fā)現(xiàn)油氣主要在沙三中下亞段富集，該層位油氣主要來(lái)自沙三下亞段下部的烴源巖。舊州斷裂中北段位于大柳泉地區(qū)中東部，是一條由西南向東北貫穿全區(qū)的正斷裂（圖4（a））。其由3 條分支斷裂構(gòu)成，由西向東分別為F7 斷裂、F8 斷裂和F9 斷裂，從沙四段頂部向上斷至館陶組底部（圖4（b））。舊州斷裂中北段連接了沙三下亞段下部烴源巖和沙三中下亞段儲(chǔ)層，且在油氣成藏期——沙二段沉積時(shí)期活動(dòng)，故為大柳泉地區(qū)沙三中下亞段的油源斷裂。

由圖4（a）中可以看出，舊州斷裂中北段附近沙三中下亞段目前已發(fā)現(xiàn)油氣主要分布在F7 斷裂兩側(cè)、F8 斷裂西部和F9 斷裂處。經(jīng)過分析得知，這種分布特征的影響因素雖然包括砂體和圈閉等諸多因素，但更加關(guān)鍵的是受到活動(dòng)期舊州斷裂中北段在沙三中下亞段內(nèi)輸導(dǎo)油氣有利凸面脊分布的控制。由此可知，能否對(duì)活動(dòng)期舊州斷裂中北段在沙三中下亞段內(nèi)輸導(dǎo)油氣有利凸面脊分布進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，應(yīng)是指導(dǎo)舊州斷裂中北段附近沙三中下亞段油氣勘探的關(guān)鍵。

圖4 活動(dòng)期舊州斷裂中北段在沙三中下亞段內(nèi)輸導(dǎo)油氣有利凸面脊與油氣分布關(guān)系Fig.4 Relationship between favorable convex ridges of oil and gas transported by middle and north section of Jiuzhou fault in middle and lower sub-member of Es3 in activity period and oil and gas distribution

通過三維地震資料查明舊州斷裂中北段在不同層位斷層面現(xiàn)今埋深，由地層古埋深恢復(fù)方法［15-16］恢復(fù)其在油氣成藏期——沙二段沉積時(shí)期不同層位斷層面的古埋深；將該值代入式（1）中，計(jì)算得到舊州斷裂中北段在油氣成藏期——沙二段沉積時(shí)期不同層位斷層面古油氣勢(shì)能，并做出其斷層面古油氣勢(shì)能等值線分布；由其斷層面古油氣勢(shì)能等值線法線會(huì)聚特征，刻畫出了舊州斷裂中北段在沙三中下亞段內(nèi)凸面脊，其發(fā)育特征如圖5 所示。由圖5 中可以看出，舊州斷裂中北段在沙三中下亞段共發(fā)育了10 個(gè)凸面脊，其中F7 斷裂和F8 斷裂均發(fā)育4 個(gè)，F(xiàn)9 斷裂僅發(fā)育2 個(gè)。

圖5 舊州斷裂中北段斷層面古凸面脊分布厘定Fig.5 Determination of ancient convex ridge distribution of fault plane in middle and north section of Jiuzhou fault

利用鉆井資料統(tǒng)計(jì)舊州斷裂中北段附近沙三中下亞段地層砂地比，其分布特征如圖6（a）所示。由圖6（a）中可以看出，舊州斷裂中北段附近沙三中下亞段地層砂地比除了在F7 斷裂中部和F8 斷裂中東部相對(duì)較小外，其余部位均相對(duì)較大，在F9 斷裂處甚至大于40%。通過分析大柳泉地區(qū)沙三中下亞段已知井點(diǎn)處地層砂地比與該井含油氣特征之間關(guān)系（圖7），可以得到地層脆性巖石發(fā)育所需的最小砂地比約為18%。將舊州斷裂中北段附近沙三中下亞段地層砂地比大于地層脆性巖石發(fā)育所需最小砂地比的部位圈在一起，刻畫出了被舊州斷裂中北段錯(cuò)斷沙三中下亞段脆性巖石發(fā)育部位，其分布特征如圖6（b）所示。由圖6（b）中可以看出，被舊州斷裂中北段錯(cuò)斷沙三中下亞段脆性巖石發(fā)育部位主要分布在F7 斷裂東部和西部端部、F8 斷裂西部和東部端部以及F9 斷裂。

圖6 被舊州斷裂中北段錯(cuò)斷沙三中下亞段地層脆性巖石分布厘定Fig.6 Determination of brittle rocks distribution in middle and lower sub-member of Es3faulted strata of middle and north section of Jiuzhou fault

圖7 舊州斷裂附近地層脆性巖石發(fā)育所需的最小砂地比厘定Fig.7 Determination of the minimum sand-strata ratio required for development of formation brittle

將上述已確定出的舊州斷裂中北段凸面脊分布與被其錯(cuò)斷沙三中下亞段脆性巖石分布疊合，確定出了活動(dòng)期舊州斷裂中北段在沙三中下亞段內(nèi)輸導(dǎo)油氣有利凸面脊分布（圖4（a））。由圖4（a）中可以看出，活動(dòng)期舊州斷裂中北段在沙三中下亞段內(nèi)共發(fā)育8 個(gè)輸導(dǎo)油氣有利凸面脊，F(xiàn)7 斷裂、F8斷裂和F9 斷裂分別發(fā)育2 個(gè)、4 個(gè)和2 個(gè)。

由圖4（a）中可以明顯看出，舊州斷裂中北段附近沙三中下亞段目前已發(fā)現(xiàn)油氣主要分布在F7 斷裂西部、F8 斷裂西部和F9 斷裂處，正好為活動(dòng)期舊州斷裂中北段在沙三中下亞段內(nèi)輸導(dǎo)油氣有利凸面脊處或附近。這種吻合性是因?yàn)榛顒?dòng)期舊州斷裂中北段在沙三中下亞段內(nèi)輸導(dǎo)油氣有利凸面脊從其下部源巖獲得油氣，并在沙三中下亞段內(nèi)聚集成藏。當(dāng)對(duì)活動(dòng)期舊州斷裂中北段在沙三中下亞段內(nèi)輸導(dǎo)油氣有利凸面脊處或附近進(jìn)行鉆探時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)油氣。F7 斷裂東部端部和F8 斷裂東部端部2個(gè)有利凸面脊處無(wú)油氣是圈閉不發(fā)育所致。

4 結(jié) 論

（1）活動(dòng)期油源斷裂輸導(dǎo)油氣有利凸面脊是油源斷裂凸面脊分布和被油源斷裂錯(cuò)斷地層脆性巖石分布的耦合部位。

（2）渤海灣盆地冀中坳陷廊固凹陷大柳泉地區(qū)活動(dòng)期舊州斷裂中北段在沙三中下亞段內(nèi)輸導(dǎo)油氣有利凸面脊共發(fā)育8 個(gè)，F(xiàn)7 斷裂、F8 斷裂和F9 斷裂分別發(fā)育2 個(gè)、4 個(gè)和2 個(gè)。除F7 斷裂東部端部和F8 斷裂東部端部有利凸面脊處由于圈閉不發(fā)育導(dǎo)致無(wú)油氣顯示外，其他有利凸面脊附近均發(fā)現(xiàn)油氣。實(shí)例應(yīng)用結(jié)果證實(shí)活動(dòng)期油源斷裂輸導(dǎo)油氣有利凸面脊分布預(yù)測(cè)方法應(yīng)用于預(yù)測(cè)活動(dòng)期油源斷裂輸導(dǎo)油氣有利部位是可行的。