不同类型断—砂配置输导的油气特征及成藏控制作用

孙建军

（大庆油田有限责任公司 第二采油厂，黑龙江 大庆 163416）

0 引言

对于碎屑岩盆地，断裂和砂体是油气运移的主要输导通道，它们在空间上有效配合构成含油气盆地或凹陷油气运移的输导体系，使源岩中生成的油气沿此输导体系向纵向上不同层位和平面上不同部位的圈闭中运移聚集形成油气藏.这种断—砂配置的类型不同，造成输导油气特征也存在差异，在某种程度上控制含油气盆地或凹陷油气空间分布和富集程度特征.关于断—砂配置在构造和构造—岩性油气藏成藏中的作用有大量探讨[1-12］，如刘玉祥、周广胜、邓运华等从断裂和砂体本身作为油气运移输导通道和油气运移机理等方面进行分析[1-8］；柳广弟、吕延防、孙永河等从断砂配置对油气成藏的控制作用方向上进行研究[9-12］.这些研究较合理地阐明了断裂和砂体作为输导通道的特征及对油气成藏的控制作用[13-14］，但是将二者结合起来研究其对油气的输导特征和对油气成藏的控制作用相对较少.因此，开展不同类型断—砂配置输导的油气特征及油气成藏控制作用研究，对于正确认识含油气盆地或凹陷中油气成藏规律和指导油气勘探均具有重要意义.

1 油气特征

1.1 断裂带内部结构及输导、封闭

野外观察描述结果表明，断裂两盘地层岩石并非以面接触，而是以断裂带相隔.断裂带通常由滑动破碎带和诱导裂缝带两部分组成，见图1[15］，其中滑动破碎带位于断裂带的中心部位，表现为复杂的、成组的、交叉排列的断层滑动面和相应的断层体的组合，以发育断层岩和伴生裂缝为主要特征.它消耗断裂发育时释放的大部分能量，集中断裂带的大部分变形.诱导裂缝带主要分布在断裂滑动破碎带两侧有限区域或断裂末端应力释放区内，以断裂伴生的低级别及多次序裂缝发育为特征，岩石保留原来母岩的基本特征，仅被纵横交错的裂缝切割[15］.

图1 断裂带内部结构示意Fig.1 Sketch for internal structure of fault zone

由于断层岩和断层泥发育，断裂带中滑动破碎带孔渗性明显低于围岩，难以成为油气沿断裂向上运移的有效输导通道，但可成为油气侧向运移的遮挡物.由于多次序裂缝发育，诱导裂缝带孔渗性明显高于围岩，可以成为油气沿断裂向上运移的有效输导通道，但不能成为油气侧向运移的遮挡物.

1.2 断—砂配置类型及输导

断—砂配置对油气的输导运移是否起作用，除了取决于断—砂二者之间的空间配置关系外，还取决于油气运移方向，同一断—砂配置如果油气运移方向不同，其对油气输导运移所起的作用也不同.因此，可按油气运移方向不同讨论不同类型断—砂配置及其输导油气特征.

1.2.1 油气沿断裂垂向运移

如果油气沿断裂垂向运移时，按照砂体与断裂之间的位置关系，可将断—砂配置类型分为二大类.

第一大类是断—砂配置类型为砂体位于断裂上盘，见图2.由图2（a）知，这种断—砂配置从断裂和砂体输导特征的接触关系上利于油气从断裂向砂体侧向分流输导运移，因为该断裂可输导油气的诱导裂缝带通常情况下发育于断裂上盘[15］，砂体输导通道可直接与诱导裂缝带接触，有利于油气向砂体中输导运移.这种断—砂配置油气能否从断裂向砂体中发生侧向输导运移，还要取决于断—砂之间产状的配置情况.按照断—砂之间产状的配置关系又可将其分为3种类型.

第1种是断—砂配置类型为砂体与水平面夹角大于0°（规定砂体与水平面之上交角为正，与水平面之下交角为负），见图3（a）.由图3（a）知，这种断—砂配置有利于油气从断裂向砂体中侧向输导运移，因为该断裂向上运移，油气浮力虽然与沿砂体侧向输导运移方向不一致，但其分力方向与沿砂体侧向输导运移方向一致，油气在此分力的作用下可向砂体中侧向分流输导运移.

第2种是断—砂配置类型为砂体与水平面夹角为0°，即砂体呈水平状态，见图3（b）.由图3（b）知，这种断—砂配置不利于油气从断裂向砂体中侧向分流输导运移，因为不仅油气浮力与沿砂体侧向输导运移方向垂向，油气不能在浮力作用下沿砂体侧向分流输导运移，不能成为油气沿砂体侧向输导运移的有效动力，因此，油气不易沿砂体发生侧向输导运移.

第3种是断—砂配置类型为砂体与水平面之间夹角小于0°，见图3（c）.由图3（c）知，这种断—砂配置更不利于油气从断裂向砂体中侧向分流输导运移，因为油气浮力与沿砂体侧向输导运移方向不但不是一个方向，而且近于相反，油气更不易沿砂体进行侧向分流输导运移，分力方向与沿砂体侧向输导运移方向也不是一个方向，二者之间的夹角较第2种的更大，更不利于油气向砂体中侧向分流输导运移，且随着砂体与水平面之间夹角负值越大，二者之间夹角越大；反之，则越小.

第二大类是断—砂配置类型为砂体位于断裂下盘，见图2（b）.由图2（b）知，这种断—砂配置从断裂和砂体输导特征接触关系上不利于油气从断裂向砂体侧向分流输导运移，因为砂体输导通道不能与断裂下盘作为输导通道的诱导裂缝带发生直接接触，而是与封闭性相对性较好的滑动破碎带直接接触，由于受滑动破碎带阻挡，沿断裂运移的油气不易发生向砂体中侧向输导运移.

图2 断—砂位置配置及其输导油气特征Fig.2 Space matching between fault and sandstone and its transporting oil-gas characteristics

1.2.2 油气沿砂体侧向运移

如果油气沿砂体侧向运移时，砂体应与水平面交角大于0°，浮力成为油气运移动力，否则油气浮力不能成为油气运移的动力，油气无法沿砂体侧向输导运移.按照断裂与砂体之间的位置关系，也可以将断—砂配置分为2种类型（见图4）.第1种是砂体位于断裂下盘，见图4（a）.由图4（a）知，这种断—砂配置关系对油气从砂体向断裂中运移不利，因为砂体输导通道与断裂下盘封闭性相对较好的滑动破碎带直接接触，油气受滑动破碎带阻挡，难以向断裂中输导运移.第2种是砂体位于断裂上盘，见图4（b）.由图4（b）知，这种断—砂配置对于油气从砂体向断裂中输导运移有利，因为砂体与断裂上盘作为输导通道的诱导裂缝带直接接触，有利于油气从砂体向断裂中输导运移.

图4 油气沿砂体侧向运移条件下断—砂配置及其输导油气特征Fig.4 Space matching between fault and sandstone and its transporting oil-gas characteristics under the condition of oil-gas migration laterally though sandstone

2 油气成藏控制作用

由于油气运移方向不同，对油气运移起输导作用的断—砂配置类型不同，对油气成藏的控制作用也不同.

2.1 油气沿断裂垂向运移

当油气沿断裂垂向运移时，只有砂体位于断裂上盘，且砂体与水平面之间夹角大于0°的断—砂配置类型，才利于油气从断裂向砂体中侧向分流输导运移.这种断—砂配置所输导运移的油气要聚集成藏，需要配有适当的遮挡条件才能形成油气聚集.油气勘探实践表明，受这种断—砂配置输导的油气通常是在断裂附近可形成的圈闭（主要有断背斜、断层遮挡、断块、断层岩性等，见图5）中聚集成藏，受这种断—砂配置形成的油气藏特点是主要分布在断裂附近.

图5 油气沿断裂垂向运移条件下断—砂配置控制形成的圈闭类型Fig.5 Trap types controlled by fault-sandstone matching under the condition of oil-gas migration vertically though fault

以南堡凹陷中浅层为例，阐述油气沿断裂垂向运移条件下断—砂配置对油气成藏的控制作用.

南堡凹陷位于渤海湾盆地黄骅拗陷北部，为黄骅拗陷新生代裂谷盆地的二级负向构造单元，总体上具有北断南超箕状断陷特征，自下而上发育古近系孔店组、沙河街组、东营组，新近系的馆陶组和明化镇组及第四系，东营组一段及以上地层称为中浅层.截至目前，南堡凹陷中浅层已发现高尚堡、柳赞、北堡、老爷庙、南堡1号、2号、3号、4号和5号油田，油气虽然纵向分布广泛，从下部的东一段至上部的明化镇组皆有分布，但油层对比结果表明油气主要来自下伏的沙三段或沙一段～东三段源岩.由于中浅层与下伏沙三段或沙一段～东三段源岩之间被多套泥岩层相隔，沙三段或沙一段～东三段源岩生成的油气无法通过地层岩石孔隙直接向上覆中浅层中运移；只能通过断裂，才能使沙三段或沙一段～东三段源岩生成的油气运移至上覆中浅层中，然后运移至中浅层中的油气再向断裂两侧的砂体中侧向运移聚集形成油藏.南堡凹陷中浅层油气的运聚成藏属于油气沿断裂垂向运移条件下的断—砂配置类型控制的油气成藏.

南堡凹陷中浅层断—砂配置关系主要有4种类型，即反向正断层、顺向正断层、“屋脊式”正断层和反“屋脊式”正断层（见图6）.由图6知，这4种断—砂配置关系中，只有反向正断层和反“屋脊式”正断层上盘砂体与断裂的配置有利于油气从断裂向砂体中侧向分流输导运移，南堡凹陷中浅层16口油流井83个断—砂配置属这2种情况，即沙三段或沙一段～东三段源岩生成的油气主要是沿着断裂向上运移进入中浅层，再沿反向正断层和反向“屋脊式”正断层上盘砂体侧向分流输导运移进入中浅层中，在断裂附近的正向构造，如断背斜、断层遮挡、断块圈闭中聚集形成目前发现的9个油气藏.这9个油气藏分布在断裂附近正向构造上（见图7），而反向正断层和反“屋脊式”正断层下盘砂体、顺向正断层和“屋脊式”正断层与砂体的配置不利于油气从断裂向砂体侧向分流输导运移，也就不利于油气在断裂附近聚集成藏.

2.2 油气沿砂体侧向运移

由图4知，当油气沿砂体侧向分层输导运移时，顺向断裂与砂体配置有利于油气从砂体向断裂中输导运移，不利于油气遮挡聚集形成油气藏.反向断裂与砂体配置不利于油气从砂体向断裂中输导运移，但有利于油气遮挡聚集形成油气藏，形成断背斜、断块和断层遮挡油气藏.

以松辽盆地三肇凹陷太东斜坡区葡萄花地层为例，阐述油气沿砂体侧向运移条件下断—砂配置对油气成藏的控制作用.

图6 南堡凹陷断—砂配置类型Fig.6 Fault-sandstone matching types in Nanpu depression

太东地区位于松辽盆地北部三肇凹陷的西斜坡上，构造上包括卫星构造和永乐向斜部分，为一总体呈现由西北向东南倾的斜坡构造.由于该区位于三肇凹陷油区之外，三肇凹陷青一段源岩生成的油，除了经过断裂垂向运移进入上覆葡萄花油层之外，还需沿砂体经过一定距离的侧向运移，才能到达太东地区的葡萄花油层中聚集成藏.该区葡萄花油层油运聚成藏属于油气沿砂体侧向运移条件下的断—砂配置类型控制的油气成藏.

由于太东地区位于三肇凹陷的西斜坡上，构造圈闭不发育，油气聚集圈闭主要是断层遮挡形成的圈闭构造.由该区沉积微相研究知，太东地区葡萄花油层发育浅水三角洲水下河道沉积，砂体展布方向为北北西向.三肇凹陷地区青一段源岩生成的油，通过断裂进入葡萄花油层后沿北北西向的砂体向太东地区侧向运移.由该区三维地震资料解释结果知，太东地区主要发育北北西向、北北东向和近南北向断裂，少量为北东、北西西和东西向.由断裂与砂体之间关系知，北北西向断裂与砂体展布方向平行，不能遮挡砂体形成圈闭，不利于油聚成藏.只有北北东向和近南北向断裂与北北西向展布砂体相交，断裂才能成为砂体的遮挡条件形成圈闭，有利于油聚集成藏.太东地区北北东向和近南北向遮挡断裂在剖面上与砂体配置关系有反向和顺向断裂2种，其中反向断裂与砂体配置形成的油气富集明显好于顺向断裂与砂体配置形成的油气富集（见表1）.由表1知，反向断裂与砂体配置的油流井产能明显高于顺向断裂与砂体配置的油流井产能，使得反向断裂遮挡成为太东地区葡萄花油层油成藏的一个重要控制因素.

图7 南堡凹陷正向构造与油气分布关系Fig.7 Relation between positive structures and oil-gas distribution in Nanpu depression

表1 反向和顺向断裂控制的油流井产能Table1 Contrast of original productivity of oil wells controlled by between transoid faults and cisoid faults

3 结论

（1）按照断裂与砂体之间位置关系，将断—砂配置分为砂体位于断裂上盘和砂体位于断裂下盘2种配置类型，砂体位于断裂上盘又可细分为砂体与水平面夹角大于0°、等于0°和小于0°共3种类型.

（2）油气运移方向不同，有利于油气输导运移的断—砂配置类型不同.当油气沿断裂垂向运移时，只有砂体位于断裂上盘，且砂体与水平面之间夹角大于0°的断—砂配置有利于油气从断裂向砂体中侧向分流输导运移；当油气沿砂体侧向运移时，顺向断裂与砂体的配置有利于油气从砂体向断裂中输导运移；当油气沿砂体侧向运移时，反向断裂与砂体的配置更有利于油气聚集成藏.

[1]刘玉祥，张金功，王永诗，等.断层输导封闭性能及其油气运移机理研究现状[J］.兰州大学学报，2008，44（专辑）：54-57.Liu Yuxiang，Zhang Jingong，Wang Yongshi，et al.Analysis hydrocarbon migration mechanism and the status of the fault conduit and fault close[J］.Journal of Lanzhou University，2008，44（album）：54-57.

[2]周广胜，彭仕宓，张秀丽，等.中国大中型气田断裂和砂体输导特征对比[J］.石油勘探与开发，2007，34（6）：653-657.Zhou Guangsheng，Peng Shimi，Zhang Xiuli，et，al.Contrast of transporting characteristics between faults and sandbodies of medium and large gas fields in China[J］.Petroleum Exploration and Development，2007，34（6）：653-657.

[3]姜超，梁力，卢亚析，等.断裂在贝尔凹陷油运聚成藏中作用[J］.大庆石油学院学报，2012，36（2）：58-64.Jiang Chao，Liang Li，Lu Yaxi，et al.Effects of faults on oil migration and accumulation in Beier depression[J］.Journal of Daqing Petroleum Institute，2012，36（2）：58-64.

[4]邓运华.断裂-砂体形成油气运移的“中转站”模式[J］.中国石油勘探，2005，10（6）：14-17.Deng Yunhua.“Transfer station”model of oil-gas migration formed by fault-sandbody[J］.China Petroleum Exploration，2005，10（6）：14-17.

[5]石波.乌尔逊凹陷不同构造活动时期断裂输导油气能力评价[J］.大庆石油学院学报，2008，31（2）：183-186.Shi Bo.Evaluation of transporting ability of faults in Wuerxun depression in different structural motion periods[J］.Journal of Daqing Petroleum Institute，2008，31（2）：183-186.

[6]朱筱敏，刘成林，曾庆猛，等.我国典型天然气藏输导体系研究——以鄂尔多斯盆地苏里格气田为例[J］.石油与天然气地质，2005，26（6）：724-729.Zhu Xiaomin，Liu Chenglin，Zeng Qingmeng，et al.Study of carrier system of typical gas reservoirs in China[J］.Oil＆Gas Geology，2005，26（6）：724-729.

[7]曾溅辉，王洪玉.输导层和岩性圈闭中石油运移和聚集模拟实验研究 [J］.地球科学（中国地质大学学报），1999，23（2）：193-196.Zeng Jianhui，Wang Hongyu.An experimental study of petroleum migration and accumulation in carrier bed and lithological trap[J］.Earth Science（Journal of China University of Geosciences），1999，23（2）：193-196.

[8]付广，付晓飞.断裂输导系统及其组合对油气成藏的控制作用[J］.世界地质，2001，20（4）：344-349.Fu Guang，Fu Xiaofei.Controlling of fault transport system and its combination to the formation and distribution of oil or gas reservoirs[J］.World Geology，2001，20（4）：344-349.

[9]柳广弟，李剑，李景明，等.天然气成藏过程有效性的主控因素与评价方法[J］.天然气地球科学，2005，16（1）：1-7.Liu Guangdi，Li Jian，Li Jingming，et al.The controls and the assessment method for the effectiveness of natural gas migration and accumulation process[J］.Natural Gas Geoscience，2005，16（1）：1-7.

[10]孙永河，吕延防，付晓飞，等.库车拗陷北带断裂输导效率及其物理模拟实验研究[J］.中国石油大学学报：自然科学版，2007，31（6）：135-140.Sun Yonghe，Lv Yanfang，Fu Xiaofei，et al.Gas transport efficiency through fault and its physical simulation in the north belt of Kuqa depression[J］.Journal of China University of Petroleum：Natural Science Edition，2007，31（6）：135-140.

[11]付广，孙永河，吕延防，等.库车拗陷北带断裂输导天然气效率评价[J］.大庆石油地质与开发，2007，26（1）：26-31.Fu Guang，Sun Yonghe，Lv Yanfang，et al.Evaluation on gas transporting efficiency through fault in the north zone of Kuche depression[J］.Petroleum Geology ＆ Oilfield Development in Daqing，2007，26（1）：26-31.

[12]付广，吕延防，于丹.中国大中型气田天然气聚集效率及其主控因素[J］.石油与天然气地质，2005，26（6）：754-759.Fu Guang，Lv Yanfang，Yu Dan.Gas accumulation efficiency and its main controlling factors in China’s large and medium gas fields[J］.Oil＆Gas Geology，2005，26（6）：754-759.

[13]尚晓庆，刘洛负，高小跃，等.断裂-砂体复合输导体系输导效率的定量评价[J］.石油天然气学报，2012，34（3）：38-45.

Shang Xiaoqing，Liu Luofu，Gao Xiaoyue，et al.Quantitative evaluation of transporting efficiency of composite fault-sand body pathway system[J］.Journal of Oil and Gas Technology，2012，34（3）：38-45.

[14]于海波，牛成民，彭文绪，等.黄河口凹陷新近系断裂-砂体控藏分析[J］.中国海上油气，2010，22（3）：151-154.Yu Haibo，Niu Chengmin，Peng Wenxu，et al.An analysis of Neogene fault-sandbody control over hydrocarbon accumulations in Yellow river mouth depression[J］.China Offshore Oil and Gas，2010，22（3）：151-154.

[15]吴智平，陈伟，薛雁，等.断裂带的结构特征及其对油气的输导和封堵性[J］.地质学报，2010，84（4）：570-577.Wu Zhiping，Chen Wei，Xue Yan，etal.Structural characteristics of faulting zone and its ability in transporting and sealing oil and gas[J］.Acta geologica sinica，2010，84（4）：570-577.