姬塬西北部长8油层组断层特征及对油藏的影响

赵俊兴，邹 敏，胡友清，朱广社，伍宏远，李凤杰，邵晓岩

（1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室（成都理工大学），成都 610059；2.中国石油长庆油田分公司超低渗透油藏第四项目部，甘肃 庆阳 745100；

3.中国石油长庆油田分公司第三采油厂，银川 750006）

姬塬西北部长8油层组断层特征及对油藏的影响

赵俊兴1，邹 敏1，胡友清2，朱广社3，伍宏远1，李凤杰1，邵晓岩3

（1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室（成都理工大学），成都 610059；2.中国石油长庆油田分公司超低渗透油藏第四项目部，甘肃 庆阳 745100；

3.中国石油长庆油田分公司第三采油厂，银川 750006）

立足于前人研究成果，利用测井、钻井、地震等基础资料，系统分析鄂尔多斯盆地姬塬西北部地区长8油层组的断层成因机制和发育特征，探讨油藏类型和断层对成藏的控制作用。研究表明，姬塬西北部地区断层发育主要受到燕山、喜马拉雅两期构造运动的影响，形成了东部马家滩—古峰庄隆起带北西—南东向的逆断层发育区、中部红井子拗陷带北北西—南南东向的逆断层及直立断层发育区和西侧的红柳沟斜坡带近南北向的地堑式组合正断层发育区；按成因机制及发育特征将断层划分为直立断层、前期逆断层、后期正断层和横断层4种基本类型；将区内油藏划分出断层-小背斜型油藏、断背斜型油藏以及岩性油气藏3种类型。断层对油藏的控制作用主要体现在横向与垂向上控制原油运移、侧向的封闭性及后期的调整性，并提出低压吸拉和毛细管力导入两种成藏模式。

姬塬西北部；长8油层组；断层；成藏模式

鄂尔多斯盆地发育在华北克拉通西部，具有沉降稳定、构造平缓、多旋回叠合的特点。其结晶基底为太古界和元古界结晶变质岩系。自中生代以来，盆地分别经历印支、燕山、喜马拉雅等多期构造运动旋回，形成东高西低、南北分布的古构造格局［1，2］。在晚三叠世，沉积盆地中心向西迁移，并以湖泊三角洲沉积为主体，湖盆经历了形成—扩张—萎缩—消亡的过程［3］。而长8油层组的形成正处于湖盆由形成到扩张的过渡阶段，岩性表现为灰色中细砂岩与暗色泥岩互层。研究区位于盆地西北部，横跨天环拗陷和陕北斜坡（图1）。前人的研究表明，该区长8油层组受西缘逆冲构造带影响形成岩性-构造复合型油藏，上覆的长7油层组属优质烃源岩，为岩性油藏的形成奠定了油源基础；然而，对于长8油层组油气的运移成藏机制一直存在争议［4－6］，而且姬塬西北部长8的断层构造对该地区油藏运聚和控藏机理的认识仍显不足。因此，笔者在总结前人研究成果的基础上，利用地震及测井资料来分析研究区内的断层发育特征，进而探讨断层对长8油藏的影响。

1 断层发育特征

研究区自延长组沉积以来，依次受到燕山期、喜马拉雅期构造应力场的影响。中晚侏罗世以来，由于太平洋板块向欧亚板块的斜向俯冲，盆地整体处于北东向左旋挤压的构造环境。受构造应力场的影响，东部整体向西掀斜，西部发生了多期次的逆冲推覆运动，天环拗陷以东发育西倾的鼻状构造，西侧逆冲构造大量发育。进入喜马拉雅期后，印度洋板块与欧亚板块的碰撞加上太平洋板块的向西俯冲，盆地受到西南方向的挤压应力及南北方向右行剪切应力的影响，北西－南东方向的拉张应力与北东－南西方向的挤压应力并存，导致盆地周缘发育一系列断陷盆地，此时盆地西北部正断层开始发育［7］。总之，燕山期与喜马拉雅期构造运动一方面奠定了西陡东缓、东西分异的古构造格局；另一方面，构造应力场为断层的形成提供了动力来源。

图1 鄂尔多斯盆地构造分区及研究区位置Fig.1 Tectonic division of Ordos Basin and the location of the study area

1.1 断层走向及组合模式

近些年来，有些学者开始通过砂箱模拟实验来研究盆地内部断层构造的时空演化与分布。根据McClay开展的对于盆地轴向呈60°斜向伸展的砂箱模拟实验，先存构造与后期伸展方向对后期断层的走向分布有影响作用，靠近盆地边界，后期断层与盆地轴向近一致；而在盆地内部，后期断层走向与轴向垂直［8］。

鄂尔多斯盆地整体沉积格局为南北向展开，研究区内断层多呈北西－南东方向和北北西－南南东方向分布。根据断层形成的期次与级次，可以分为继承性活动的早期逆断层和受拉张环境影响形成的后期正断层。前者主要位于研究区西部，靠近马家滩—马儿庄—摆宴井断裂带，断层及背斜构造大规模发育，走向主要呈北北西－南南东方向，部分地段被北东方向断层所切割；后者主要分布于天环拗陷以东，但规模小，只是局部地区发育近北西－南东方向的微断层（图2）。本文以长8油层组的顶面构造特征为基础，将研究区划分为马家滩—古峰庄隆起带、红井子拗陷带、红柳沟斜坡带3个构造单元进行解释，并截取了对应区块的3条地震剖面（图3）。

图2 姬塬西北部长8油层组断层构造分布Fig.2 The distribution of the fault structures of Chang-8 oil formation in the northwest of Jiyuan

a.马家滩—古峰庄隆起带：由一系列北西－南东方向的逆断层组成，包括早期形成及后期继承性活动的断层。其西面为逆冲推覆体系发育区，发育近南北方向展布的断裂体系。受西缘逆冲作用的影响，发育一系列直立断层、逆冲断层以及背斜构造，断层的规模和延伸距离较大，断面比较陡，垂向断距较小，大部分断层基本上穿插上覆长7和下伏长9的地层界面。从断层的组合模式上看，主要包括阶梯状逆冲断层、直立断层和“Y”形逆冲断层（图3的A－B剖面）。

b.红井子拗陷带：位于天环拗陷轴部地区，主要由北西－南东方向和北西西－南东东方向的断层组成。其东部为西倾的鼻状构造，整体构造趋势平缓，局部地区发育微断层，规模较小，断面较陡，样式较单一，主要是逆断层及直立断层（图3的C－D剖面）。

c.红柳沟斜坡带：位于天环拗陷以东，为一平缓向西倾的斜坡。根据前人的资料，在中生代时期，盆地西北缘曾发生过大规模的岩浆侵入活动［9］，表明该区进入挤压期后的伸展作用阶段，整个构造环境也由燕山期的挤压应力场逐渐进入喜马拉雅期的拉张应力场。该区主要发育以地堑式组合的正断层，断层走向多呈北西西－南东东方向。由于整体构造平缓，而且受西缘逆冲带影响相对较弱，所以断距相对研究区西缘要大，断层规模较小，局部断层穿插整个层位，断层组合样式也相对较简单，主要为阶梯状正断层（图3的E－F剖面）。

图3 姬塬西北部长8油层组测线地震解释剖面Fig.3 Regional seismic section of Chang-8 oilformation in the northwest of Jiyuan

1.2 断层的成因类型

根据断层形成原因和期次，研究区长8油层组主要发育4种成因类型的断层。（1）直立断层：早期形成的背斜被后期的走滑挤压作用从轴部切分为两半，使得断层直立，郭庄子—古峰庄地区部分断层就有此特征。（2）后期正断层：后期在拉张应力作用下形成正断层，如分布在研究区东部的平缓褶皱带的阶梯状正断层。（3）前期逆冲断层：主要受挤压应力影响，按照受挤压应力的大小和期次，从而形成不同的组合样式，此类断层较为发育，主要靠近西缘逆冲带的马家滩—马儿庄地区。（4）横断层：近东西方向断层，起分块作用，受后期来自西部挤压的影响而使早期东西方向断裂水平错动，错断近南北方向的断层，这类断层主要集中在研究区西部。不同成因机制控制着断层的组合样式，整体与其所处的构造应力场密切相关，这导致了地区之间断层特征的差异性。

断层不仅能作为油气运移的通道，同时与周边围岩构成的圈闭更能有效地控制油气成藏。研究区内构造圈闭分布广泛，除了背斜圈闭之外，断块、断鼻、断背斜等断层圈闭也大量发育，它们大多在地震资料上被发现，为油气聚集提供了良好的条件。根据断层成因机制和圈闭特征，总结出4种断层类型的发育模式及形成的圈闭类型（图4），这些认识对油气评价有重要意义。

2 油藏类型

研究区长8油层组地质结构、有利储集体展布和优势疏导体系的组合，决定了油藏的多样性和特殊性。受构造形态的影响，加上断层的控制作用，油藏多分布于鼻状构造及微断层发育的地区，如马家滩油田、摆宴井油田、古峰庄油田、红井子油田等，上覆长7泥页岩以及断层形成的岩性-构造圈闭为油气的聚集提供了条件。根据典型的油藏剖面分析，考虑到圈闭与油藏的组合模式，研究区主要有3种油藏类型：第一种是后期逆冲挤压形成的断层-小背斜构造油藏；第二种是在两侧挤压应力的作用下断层上盘形成的断背斜型油气藏；第三种是受微构造影响在其上倾方向逐渐尖灭形成的岩性圈闭油气藏。前两种分布在研究区的中西部，而第三种主要在东部平缓褶皱带。

图4 断层组合模式及成因机制Fig.4 Composite mode and formation mechanism of faults

a.断层-小背斜构造油藏：该类油藏主要位于研究区中西部，一方面，砂体受分流间洼地的分割，呈透镜状分布；另一方面，受逆断层的影响形成小幅度背斜构造，两者的有效结合，为油藏的聚集提供有利条件。此外，由于断层的发育，前期为油源的运移提供通道，后期起到了有效的遮挡作用，典型例子为盐67井区的油藏剖面（图5-A）。

b.断背斜油藏：这类油藏油气聚集、运移比较活跃。储集砂体受后期逆断层改造作用，形成小幅断背斜构造圈闭。该类油藏的典型代表为黄235井区的油藏剖面（图5-B），它位于研究区的中西部，近北东－南西方向，与长8油层组的物源方向平行，砂体连通较好，油藏聚集在断背斜构造中，两边的断层起到遮挡作用。

c.砂岩上倾尖灭油藏：该类型是砂体沿斜坡向上倾方向尖灭，砂岩尖灭线与构造等深线相交形成圈闭，油藏受岩性侧向遮挡条件控制。这类油藏主要位于研究区东部，受西倾单斜构造的影响，形成上倾尖灭型岩性油藏，典型的例子为黄255井区油藏剖面（图5-C）。该剖面黄255井砂体油藏发育，而相邻的盐36井与黄256井砂体不发育，两者之间形成岩性圈闭油藏。

3 断层对油藏的控制作用

油气勘探的资料表明，姬塬西北部地区油藏的形成、分布与断层的关系密切，一方面，它可以作为油气运移的通道，使得油气重新分配或散失；另一方面，可以作为有效遮挡物使得油气聚集成藏。但是断层究竟起何种作用，取决于断层的封闭性和开启性，它不仅与活动历史、受力性质以及断层带充填物成分等因素有关，还要受到埋深和后期矿化以及成岩作用的影响。综合来看，研究区断层对油藏控制作用主要体现在：控制油藏运移、通过封闭性控制圈闭、后期对油藏起进一步调整改造（图6）。

3.1 对油藏运移的控制

断层对油藏运移的影响通常表现在两个方面：油藏沿断层垂向运移和横穿断层运移。从垂向上看，断层活动强度、充足的油源以及异常高压是保证油藏有效运移的基本条件［10］。一般在油藏运移期间，活动性较强的断层垂向上具有开启性，但同时需要充足的油源作为基础，再加上超压为油气的运移提供动力，三者相辅相成，不可或缺。

前人的研究表明，长7油层组泥页岩在燕山晚期进入了生烃高峰期，与此同时，天环拗陷以及伊陕斜坡也逐渐形成，受燕山期构造应力场的影响，研究区内断层活动性较强。当长7油层组进入排烃期后，烃源岩生烃膨胀形成的超压使得油气通过断层垂向运移至下伏的长8油层组中。一方面由于长8油层组内三角洲前缘水下分流河道微相发育，具有良好的物性特征；另一方面，由于断层的存在，促进了周边裂缝的发育。这些条件使得油藏可以通过横向运移到两侧鼻状隆起，在有效圈闭中聚集。另一方面，超压的形成又有利于重新生成微断层和微裂缝，促进了油气的运聚。总而言之，断层的存在使得油源与储层在纵向上相互沟通，使得垂向上具有更多的含油层系。但垂向运移机制复杂多变，有待进一步研究。

图5 姬塬西北部长8油层组典型油藏剖面Fig.5 The typical reservoir profiles of Chang-8 oil formation in the northwest of Jiyuan

图6 姬塬西北部长8油层组断层对油藏的控制模式Fig.6 The control model of faults on the reservoir of Chang-8 oil formation in the northwest of Jiyuan

3.2 对圈闭形成的控制

断层的侧向封闭一般指厚层泥岩在储层断面两侧对接形成泥岩封闭。通常而言，断距大小和相邻一侧泥岩层的厚度与层数影响圈闭的有效性和高度，当断距小于泥岩厚度的时候，砂岩与泥岩对接，有利于成藏［11］。在同一埋深情况下，非渗透性物质含量的多少又决定了断层封闭的烃柱高度，两者呈正比关系。非渗透性物质通常包括黏土涂抹、碎裂作用、矿物沉淀及沥青侵入作用等成因类型，这些因素共同影响和制约了断层圈闭的有效性［12］。

对于长8油层组，上覆的长7油层组泥页岩不仅为其提供烃类来源，而且为长8储层提供了良好的盖层和封堵条件；加上长8油层组本身多期次短期旋回沉积的一套泥岩，在断块和断背斜圈闭中，长8储集层砂体通过断层与连续泥岩段侧向对接，形成良好的封闭层。在研究区中西部地区，断距较小，伴随断层活动同时发育挤压型背斜、断块、断背斜等圈闭构造，油气聚集后，随着西部逆冲推覆作用加强，加上上覆地层的不断沉积，压实和挤压双重作用使得断层的封闭性越来越强，对油气的运聚起到了遮挡的作用。而对于研究区东部受拉张应力形成的地堑等构造，由于断距过大，不利于泥岩的充填和封堵，导致油藏难以聚集。所以并非所有的圈闭都可以有效成藏，按其有效性一般有3种：完全有效圈闭、部分有效圈闭、完全无效圈闭。部分有效圈闭在研究区占大多数，另外两种分布较少。

3.3 后期的调整作用

油藏保存通常要经历漫长的地质过程，其中要受到很多地质因素的控制，断层活动又是对油藏运移保存的最重要的控制因素之一。如果后期不受其他构造应力影响，断层活动弱，那么油藏便能有效地保存；反之则打破这种平衡，使得油藏进行再次分配或者破坏。

根据前人的模拟实验表明，断层后期活动对早期封闭性破坏表现在两个方面：一是破坏了早期形成的泥岩涂抹层，使得封闭性失效；二是在断层岩石中产生裂缝，造成油藏的散失［13］。由于研究区内正断层发育较少，中东部地区整体受构造影响较小，加上喜马拉雅期之后第三系和第四系覆盖沉积物的缓冲作用，推测喜马拉雅期拉张应力对长8油层组作用较弱，而燕山期构造活动才是主要的控制因素。每个地区受构造活动影响的强弱，导致彼此间油藏类型的差异性。例如西部主要形成断背斜、断块型构造油气藏，断层能形成有效的遮挡；而东部主要以岩性油藏为主，正断层只起到后期调整的作用。

4 成藏模式

要了解一个地区的成藏模式，通常要考虑3个因素：烃源岩与构造属性的关系、疏导体系以及排烃期与成藏期的耦合关系。综合各种条件，研究区长8油藏的动力学成因模式包括两类：低压势场吸拉成藏模式以及毛细管力引导成藏模式（图7）。

图7 姬塬西北部长8油层组成藏模式图Fig.7 The accumulation model of Chang-8 oilformation in the northwest of Jiyuan

4.1 低压吸拉成藏模式

这类模式主要是受构造活动影响，在低部位形成负压场，吸拉周边流体汇聚成藏，这类油藏多形成于源岩区的断裂带中［14］。就研究区而言，主要是由于断层开启地层而形成负压场导致的油气成藏。相对于长8油层组，上覆长7油层组发育一套厚层泥页岩，它不仅为良好的区域盖层，更是长8油层组的优质烃源岩，源控特征明显。根据断层形成期次推测研究区应存在两期成藏，第一期为燕山期，长7烃源岩的大量排烃，生烃膨胀形成了异常高压，早期形成的断层及裂缝一方面为其提供了良好的运输体系，另一方面造成层位开启形成低势区，流体顺势运移，在断鼻、断背斜等构造中聚集成藏；第二期为喜马拉雅期拉张环境，由于应力环境变化，封闭条件遭到破坏，早期聚集的油藏进一步调整，多以垂向运移为主，在新的圈闭中聚集。

4.2 毛细管力导入成藏模式

这种成藏模式多与岩性油藏形成密切相关，高孔渗的砂体被有效的烃源岩包围，大小孔隙之间毛细管压力差为流体的运移提供动力，通常会从烃源岩进入孔隙性砂岩中。研究区长8油层组以三角洲前缘亚相为主，同样沉积有一套泥页岩；而且泥页岩中也存在有机质，同样可以作为烃源岩而存在。三角洲前缘的水下分流河道沉积可以作为良好的储集体，可以以毛细管力引导聚集成藏。这种成藏模式因受孔渗性影响较大，与断层疏导油藏体系相区别，但后期受伸展断层切割形成封闭断块，每个断块可以作为独立的油藏系统。

综上，对于研究区长8油层组的成藏模式，我们可以简洁概括为：低压吸拉、近源充注、优势疏导、两期成藏。

5 结 论

a.姬塬西北部地区断层发育主要受到燕山、喜马拉雅两期构造运动的影响，断层分布呈规律性排列，形成了两大断裂分布带。在西缘发育近南北方向展布的早期逆冲断裂带，在中东部发育北西－南东方向展布的正断层分布带。西部断层发育表现为逆冲断层、直立断层、断背斜等组合形态；而东部地区受后期伸展构造的影响，以发育地堑、断块等形态为主。各类断层构造表现为不同的成因机制，并形成对应的油藏圈闭类型。

b.研究区长8油层组主要发育3种油藏类型：断层-小背斜型油藏、断背斜型油藏及岩性油气藏。其中断层对油藏的影响主要表现在：一方面在纵向与横向上为其提供疏导体系，另一方面在后期通过侧向封闭控制圈闭，使油藏得以保存。

c.研究区长8油层组的断层对油藏的控制作用主要表现为横向与垂向油气运移、侧向的封闭性及后期的调整性。区内主要存在两种成藏模式，即低压吸拉和毛细管力导入成藏。受断层活动影响的油藏为低压吸拉成藏模式，岩性油藏则以毛细管力导入成藏模式为主。

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Fault characteristics of Chang-8 oil formation and their impact on reservoir in northwest of Jiyuan，Ordos Basin，China

ZHAO Jun-xing1，ZOU Min1，HU You-qing2，ZHU Guang-she3，WU Hong-yuan1，LI Feng-jie1，SHAO Xiao-yan3

1.State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China；
2.The Fourth Section of Ultra-low Permeability Reservoirs，Changqing Oilfield in PetroChina，Qingyang 745100，China；
3.No.3 Oil Extraction of Changqing Oilfield in PetroChina，Yinchuan 750006，China

Based on the preceding research results，the authors make a systematic analysis of Chang-8 oil formation's fault characteristics，formation mechanism and their control on the reservoir in the northwest of the Jiyuan district，Ordos Basin，and discuss how the faults influence on the reservoir.The result shows that the formation of the faults are affected by Yanshan and Himalayan tectonic movements.The SE-NW thrust faults have developed in the Majiatan-Gufengzhuang uplift belt on the east，and in middle part，the Hongjingzi depression belt，the NW-SE and NNW-SEE thrust faults and vertical faults have well developed，but on the west side，the Hongliugou clinoform zone is distributed by the S-N normal faults which are featured by Graben combination.According to the formation mechanism and development characteristics，the faults can be classified as the vertical fault，the former thrust fault，the later normal fault and the transverse fault.Combined with the characteristics of the three reservoir types（the fault-small anticline type reservoir，the fault anticline type reservoir and the lithologic reservoir）in the survey region，the authors think that the control of the faults on the oil and gas reservoir is mainly to control the migration of the reservoir from lateral and vertical directions，to seal the lateral direction and adjust the later state.Finally，this paper presents two kinds of accumulation model pulled by low pressure and channeled through capillary.

Jiyuan；Chang-8 oil formation；fault；accumulation model

TE122.321

A

10.3969／j.issn.1671-9727.2014.03.01

1671-9727（2014）03-0257-09

2013-12-24

国家“十二五”重大科技专项（2011ZX05002-001-001）

赵俊兴（1972－），男，博士，教授，从事沉积学与含油气盆地分析专业的教学与科研工作，E-mail：zhaojx＠cdut.edu.cn。