油气沿断层走向运移的地质特征及相关问题探讨——以济阳坳陷沾化凹陷邵家断层为例

王亚琳

(中国石化 胜利油田分公司 勘探开发研究院，山东 东营 257015)

断裂是一个具有一定体积和复杂内部结构的三维地质体。油气进入断裂以后，就某一个点而言，油气在此点应存在纵向(沿断裂垂向运移)、横向(横穿断裂运移)和走向(沿断裂走向运移)3个方向的运移分量，而优势方向取决于各方向的运移动力及阻力。油气在断层中的垂向和横向运移极为多见，而沿断层的走向运移较为罕见或者说难以证实。即便如此，油气沿断层发生走向运移的观点目前已被石油勘探家们所接受，对于源—储难以对接的油藏，通常用油气沿断层的走向运移来解释其成因。但对油气沿断层发生走向运移的地质条件的研究成果却极为匮乏，或者说基本检索不到相关的文献。

目前，国内仅陈伟提出济阳坳陷惠民凹陷西部唐庄、肖庄地区沙三段油藏属于临邑断层的走向输导成因，并提出断裂内部输导脊和砂体—断裂输导脊2种运移方式[1]。宁方兴提出东营南坡乐安油田的部分原油来自其西侧的博兴烃源灶,而博兴烃源灶到乐安油田没有明显的构造脊，推测油气可能沿着NWW向的石村断层走向运移到乐安油田[2]。但是，唐庄、肖庄地区紧邻临南烃源灶，其油气来源可以用断裂—砂体阶梯式输导来解释；乐安油田与西邻的博兴烃源灶之间是否还存在其他的隐蔽输导通道也尚未可知。因此，以上2个地区是否存在真正意义上的、油气沿断裂发生走向运移的观点还存在不同的认识。

油气为什么会发生沿断层的走向运移？一定有其特殊的地质条件。济阳坳陷沾化凹陷西南部虎滩低凸起上的陈22、虎4等油藏,距离其最近的烃源灶——渤南烃源灶在20 km以上，中间隔有邵家、四扣洼陷等2个负向构造，其油气只能来自邵家断层的走向运移。邵家断层也因此成为济阳坳陷唯一一个没有任何争议的油气走向输导断层。下面以邵家断层为例，进行地质成因的解剖，以期破解油气走向运移发生的地质条件,为其他地区走向运移断层的判断和研究提供有益的参考和借鉴。

1 基本地质特征

1.1 虎滩低凸起

虎滩低凸起是位于渤海湾盆地济阳坳陷陈家庄凸起西段向北倾没的一个次级构造单元。西南逐渐过渡为流钟洼陷(图1)，向北为邵家洼陷，东为四扣洼陷。

自1961年沾1井钻遇馆陶组油层以来，虎滩低凸起及其周缘地区先后发现了沙四段、沙二段、沙一段、东营组和馆陶组等5个含油层系，发现了邵家油田和陈22、虎4等油藏。历经多年的勘探和研究，该地区的构造、沉积、生烃能力和成藏等特征已基本清楚[3-7]。

1.2 邵家断层

邵家断层属于邵家洼陷与四扣洼陷的分界断层，分为南、北两支：北支断层(F2)东北起自义南断层，西抵虎滩低凸起北坡东部，整体呈NEE—SWW走向，长约10 km，断面陡直(倾角60°左右)、南倾，整体呈波状弯曲；南支断层(F1)东北起自邵29井，西抵虎滩低凸起东坡，整体呈NEE—SWW走向，长约10 km。断面陡直(倾角70°以上)、北倾，整体较为平直(图1)。古近纪继承性发育，新近系馆陶组沉积中晚期停止活动。

古近纪，在区域SN向拉张应力作用下[8-10]，NEE向的邵家断层表现为右旋扭张特征；新近纪，在NEE向挤压应力作用下[11-12]，表现为弱的右旋压扭特征。整体而言，在不同的地质历史时期，均表现为具有一定走滑性质的正断层，且走滑方向相同。

图1 渤海湾盆地济阳坳陷沾化凹陷西部邵家洼陷及其周缘勘探形势Fig.1 Exploration situation of Shajia Subsag and its periphery in western Zhanhua Sag,Jiyang Depression,Bohai Bay Basin

1.3 陈22等油藏油气来源分析

陈22、虎4等油藏位于邵家洼陷西部的虎滩低凸起之上或斜坡部位(图1,2)，相继发现了陈22块东营组地层超覆油藏和邵203—邵205块、虎2—虎4块等沙一段生物灰岩构造—岩性油藏。前者上报探明储量200.77×104t，后者上报探明储量30.15×104t。

多年的勘探和研究表明，虎滩低凸起虽然被流钟、邵家和四扣3个洼陷包围，但这3个洼陷是已经证实的、不具备油气资源潜力的盆缘小洼陷。因此，陈22—邵203等油藏的油气只能来源于东北部的渤南烃源灶。而沟通烃源灶与陈22—邵203等油藏之间的桥梁就是NEE走向的邵家断层。

2 断层走向输导地质条件分析

总结邵家—四扣洼陷构造与地层、沉积与储层、圈闭与成藏等资料和研究成果，可以得出5点初步的地质认识：

(1)油气发生走向运移的断层必须位于构造脊之上。根据T6、T4、T2反射层构造图,邵家断层在不同的构造图上,均位于连接东北部渤南烃源灶与西南部虎滩低凸起之间的构造脊之上，其南为NEE走向的四扣洼陷最深处，向北为NW走向的邵家洼陷(图1)，且这2个负向构造具有明显的继承性。中部高、两侧低的构造格局限制了油气进入邵家断层以后向南、北两盘地层中的运移。

(2)油气能够发生走向运移的断层两盘缺乏有效的输导层。根据多口探井的录井及测井资料，邵家—四扣洼陷沙河街组沉积期主要接受了一套深褐色油页岩和灰质泥岩沉积。其中，沙一段发育厚度20～30 m的生物灰岩，沙四段主要为20～40 m的泥灰岩、灰岩及生物灰岩，2套灰岩是研究区主体部位发育的、物性最好的储层和输导层。因此，油气进入邵家断层以后，被断层两盘的油页岩等非渗透性地层封闭在断裂带内,无法向断层两盘的输导层中运移，只能沿断层发生横向和纵向运移。邵16井东营组、邵26井沙一段的构造油藏就是油气纵向运移、聚集的结果(图2)。

(3)充足的油源和沿途欠发育的圈闭，是油气能够完成走向运移的必要条件。充足的油源决定了油气能够运移的最大距离和远端的油气运聚总量。渤南洼陷是沾化凹陷重要的烃源灶，已经发现了渤南、罗家、邵家、陈家庄和三合村等油田，并为义和庄凸起、孤岛凸起和埕东凸起的部分圈闭提供油源，是济阳坳陷油气最富集的区域之一。邵家—四扣洼陷发现的邵家油田，探明储量约占以渤南烃源灶为油源的探明储量的1/20。邵家油田紧邻渤南烃源灶，包括以沙四段生物灰岩为储层的邵54块岩性及构造—岩性油藏，邵古2-11、邵4和邵18等井以沙一段生物灰岩为主的构造—岩性油藏，义古4块等规模较小的东营组构造油藏和沾1块馆陶组构造油藏。而远离渤南烃源灶的地区各层系圈闭均不发育(图1，2)。因此，渤南烃源灶充足的油源扣除部分被沿途圈闭捕获的油气，仍然有一部分油气可以沿断层向西南方向继续运移，为虎滩低凸起及其东缘的各类圈闭提供油气。

(4)区域应力场与异常高压是油气发生走向运移的驱动力。油气成藏动力学研究认为，平行最大水平主应力方向流体压力减小，油气沿最大水平主应力方向运移[13]，济阳坳陷新近纪古应力场中最大水平主压应力为NEE—SWW向，邵家断层的走向与压应力方向大体一致，对油气沿NEE向邵家断层的走向运移提供了间接动力。异常高压是成藏动力系统中油气排出和运移的主要动力。油气在烃源岩孔隙流体异常压力的驱动下，沿各种输导体系发生二次运移。据谢启超等研究，渤南洼陷在2 500～4 500 m之间的沙三段中、下亚段—沙四上亚段出现异常高压，在这一区间内压力系数大于1.2的点逐渐增多，最大达到1.8；埋藏小于2 500 m和大于4 500 m的深度范围内，压力系数基本正常[14-16]。渤南烃源灶位于邵家断层的东北部，其异常压力的施压方向与区域压应力方向基本一致，2种压力的相互叠加为油气沿邵家断层发生走向运移提供了充足的动力。

图2 渤海湾盆地济阳坳陷邵家次洼过陈6—陈22—虎2—邵26—邵59井连井油藏剖面剖面位置见图1的AA’。Fig.2 Profile crossing wells Chen6-Chen22-Hu2-Shao26-Shao59 in Shajia Subsag,Jiyang Depression,Bohai Bay Basin

(5)断层末端与输导砂体匹配，为油藏的形成奠定了基础。邵家断层的西部末端基本与虎滩低凸起相接；虎滩低凸起在沙三段—东营组沉积期开始为周边的洼陷区提供物源，表现为沙河街组及东营组逐渐向虎滩低凸起超覆。邵205井沙三段发育多套厚度在3～5 m的含砾砂岩；东营组一段和三段砂岩储层(输导层)极为发育，为油气的横向运移提供了输导条件。邵家断层与这些砂体相接触，将沿断层走向运移而来的油气释放给这些砂体，而这些进入输导砂体中的油气再沿着构造脊继续运移，在低部位的邵203、邵205、虎4和虎2等区块沙一段生物灰岩构造—岩性圈闭中聚集；部分油气沿断层继续向上发生垂向运移进入东营组输导层，在陈22井区东营组地层超覆圈闭中聚集成藏(图2)。

综上所述，邵家断层能够促使油气发生走向运移的地质条件非常特殊。换言之，通过对邵家断层的解剖，认为具有走向输导能力的断层应同时具备以下地质条件(内因)：(1)平面上较为平直、剖面上较为陡直的、具有走滑性质的正断层；(2)断层整体位于构造脊之上；(3)断层两盘缺乏有效的输导层和有效圈闭。另外充足的油源和异常高压等是油气走向运移的驱动力(外因)，而远端是否能够发生油气聚集则取决于走向输导断层末端与地层中的输导层的有效匹配和圈闭的发育等因素。因此，同时满足如邵家断层诸多地质条件的断层较少，这也是油气沿断层发生走向运移较为罕见的主要原因。

3 断层走向运移相关地质条件探讨

在济阳坳陷等断陷盆地中，具有走滑性质的正断层比较发育，平面上较为平直的断层也较发育，但同时也位于构造脊上的走滑正断层就较为罕见。因此，有必要对断层走向输导油气所具备的地质条件进行发散性思维：第一，局部弯曲的走滑正断层是否具有走向输导能力？第二，没有位于构造脊上的走滑正断层何种情况下可以将油气封闭在断层内？

3.1 断层走向、弯曲方向与油气走向输导能力

济阳坳陷主要发育NW、NE、EW和近SN(NNE)向断层[17]。近SN(NNE)向断层，在古近纪SN向拉张应力作用下，主要表现为走滑断层；在新近纪NEE向挤压应力作用下，以挤压作用为主，断层的油气输导能力较差。EW向断层主要形成于古近纪的SN向拉张应力，属于典型的正断层；在新近纪近EW向挤压应力作用下，以走滑作用为主，对断层的输导能力基本没有改变。而NW、NE向断层在古近纪SN向拉张应力作用下，具有扭张走滑性质；在新近纪NEE向挤压应力作用下，具有压扭走滑性质，由于断层的局部扭动弯曲，在断层的弯曲处局部应力性质会发生改变，而这一改变会影响断层的垂向和走向输导能力，下面重点对其进行讨论：

新近纪是济阳坳陷最重要的油气运移和成藏期[18-20]，在区域NEE向挤压应力作用下，NW、NE向断层在弯曲处表现为(图3)：

(1)NW向断层：左行左阶断层，在弯曲处形成拉张薄弱带，有利于断层的垂向和走向输导；左行右阶断层，在弯曲处形成局部挤压环境，不利于断层的横向和走向输导，而是有利于断层的侧向封堵。

(2)NE向断层：右行左阶断层，在弯曲处形成局部挤压环境，不利于断层的横向和走向输导，而有利于断层的侧向封堵；右行右阶断层，在弯曲处形成拉张薄弱带，有利于断层的垂向和走向输导。

图3 不同方向走滑断层局部应力性质变化示意Fig.3 Stress property changes of strike slip faults in different directions

分析认为：NE向右行右阶断层与NW向左行左阶断层的局部区段具有走向和垂向输导油气的能力。NE走向的邵家北支断层，整体属于右行右阶断层，其局部垂向和走向输导能力较强。这也是沿邵家断层中浅层(Es1、Ed、Ng)分布的少量圈闭都能富集成藏的地质原因。

3.2 输导层发育、地层等高线走向与断层走向运移能力

邵家及四扣洼陷沙河街组砂岩储层(输导层)极不发育，可以将油气封闭在断层内；而东营组一段、三段及馆陶组砂岩发育，同时断层具有垂向输导能力，当油气沿断层垂向运移至中浅层时，却因断层所在位置高、向断层两侧逐渐变深的构造形态限制，油气无法通过输导砂体运移出断层，这是邵家断层特有的地质特征。

通常情况下，断层两盘砂体均较发育的地区比较多。在这类地区，何种情况下可以将油气封闭在断层内？答案就是当断层与地层的组合关系不适合油气穿过断层发生断—砂输导时，就会将油气封闭在断层带内，并促使油气只能沿断层发生走向或垂向运移。通常断层与地层的组合关系可以用断层走向与地层等高线的关系来表现。

油气运移理论认为，油气在输导层中的运移主要沿着构造脊进行，而断层与地层等高线的组合方式决定了油气能否被断层两盘的地层封闭在断层内(图4)。

(1)砂体所在的地层等高线与断层间呈“羽状”收敛相交(图4a)，就可以保持断层位于构造脊之上，油气无法运移出断层面；(2)砂体所在的地层等高线与断层呈垂直的“丰”字形相交，油气也无法运移出断层(图4b)。邵家断层西部末端与地层就是这样的“丰”字形组合关系；(3)当断层一盘地层等高线与断层近于垂直、另一盘为“羽状”斜交时，油气也会被地层封闭在断层内(图4c)；(4)当断层一盘地层等高线与断层近于垂直或“羽状”相交、另一盘为“反羽状”斜交时，油气就会沿“反羽状”斜交的地层(输导层)一侧脱离断层的束缚，进入地层的输导层中向高部位运移，此时的断层也就失去了走向输导油气的部分能力(图4d，e)。

3.3 石村、临邑断层走向输导油气的可能性

根据断层与地层等高线组合关系模式，可以开展相关走滑断层是否具有走向输导能力的探讨和研究。

东营凹陷石村断层，其上升盘地层等高线与石村断层呈“羽状”组合，可以将来自西部博兴烃源灶中的油气封闭在断层内。而下降盘在草137井以西，地层等高线表现为一个负向构造，与上升盘一起将油气封闭在断层内，促使进入断层的油气自西向东发生走向运移；草137井以东，地层等高线与断层呈“反羽状”相交，部分油气沿下降盘中的输导层运移出石村断层(图5a)，向高部位发生运移并聚集成藏。因此，乐安油田中石村断层南侧下降盘的油气以博兴烃源灶为主要来源，石村断层的走向输导功不可没。

惠民凹陷临邑断层，其等高线与断层的组合关系和石村断层恰好相反：下降盘地层等高线与断层呈“羽状”相交，有利于将油气封闭在断层内(图5b)；肖庄断层上升盘地层等高线与断层呈反“羽状”相交，不利于油气沿断层的走向输导，而该盘高部位构造圈闭有油气聚集；加之来自临南烃源灶的油气运移方向与临邑断层上升盘的地层走向近于垂直，有利于油气的运移。因此，唐庄、肖庄地区的油气是否来自临邑断层的走向输导还有待商榷。

4 结论

以渤海湾盆地沾化凹陷邵家洼陷NEE向邵家断层为主要研究对象，结合相关问题的探讨，总结归纳出了油气沿断层发生走向运移的地质条件：

图4 地层等高线—断层的交接关系与断层走向运移理想模式Fig.4 Contacts between stratigraphic contour and fault,and an ideal model showing hydrocarbon migration along fault strike

图5 渤海湾盆地东营凹陷石村断层、惠民凹陷临邑断层与地层等高线组合关系Fig.5 Relation between stratigraphic contours and faults in Shicun Fault of Dongying Sag and Linyi Fault of Huimin Sag，Bohai Bay Basin

(1) 以平面上较为平直的走滑断层为主；而对于平面上局部弯曲的走滑断层，以NW向左行左阶断层、NE向右行右阶断层的垂向和走向输导能力最强，有利于油气沿断层的垂向和走向运移。

(2) 走向运移断层以位于构造脊(地层等高线与断层呈“羽状”)之上最优，可以对地层中储层(输导层)的存在与否不予考虑；其次是地层等高线与断层呈垂直或近于垂直的“丰”字形或断层一盘为半个“羽状”、另一盘为半个“丰”状，这2种地层与断层的组合结构也可以将油气封闭在断层内，有利于油气沿断层的走向运移。

(3)以烃源灶内异常高压的施压方向与油气在断层内的走向一致最优，可以为断层走向输导油气提供充足的动力。

(4) 在断层走向方向上，断层两盘圈闭欠发育最有利于油气的走向运移，可以保证大量的油气沿断层走向运移至远端；在远端断层与输导层合理匹配，油气就会在有利的圈闭中聚集成藏。