油源断裂输导和遮挡配置油气成藏有利部位预测方法及其应用

付广，韩旭，梁木桂

东北石油大学，黑龙江大庆，163318

内容提要: 为了研究含油气盆地下生上储式油源断裂附近油气成藏规律，在油源断裂输导和遮挡配置油气运聚机制及有利部位研究的基础上，通过确定油源断裂伴生裂缝发育部位和储集油气砂体分布区，确定油源断裂输导油气有利部位；通过确定油源断裂侧向封油气部位和储集砂体分布区，确定油源断裂遮挡油气有利部位，二者结合建立了一套油源断裂输导和遮挡配置油气成藏有利部位的预测方法，并将其应用于渤海湾盆地歧口凹陷板桥断裂在始新统沙河街组一段下亚段(沙一下亚段)内输导和遮挡配置油气成藏有利部位的预测中，结果表明：板桥断裂在沙一下亚段内输导和遮挡配置油气成藏有利部位主要分布在其东北中部，少量分布在西南东部，有利于下伏始新统沙河街组三段(沙三段)源岩生成油气在沙一下亚段内运聚成藏，与目前板桥断裂附近沙一下亚段内已发现油气主要分布在其东北中部，少量分布在西南东部相吻合，表明该方法用于预测油源断裂输导和遮挡配置油气成藏有利部位是可行的。

油气勘探实践表明，油源断裂连接着含油气盆地下伏源岩和上覆目的储层，且在油气成藏期活动，在油气成藏中既是油气运移的输导通道，又是油气聚集的遮挡物，对油气的运聚成藏起到了非常重要的作用(Bense et al., 2003; Sample et al., 2006; 陈伟等，2010；王圣柱等，2018)。然而，并非油源断裂附近皆有油气藏分布，这除了受到圈闭是否发育的影响外，很大程度上受到油源断裂输导和遮挡配置油气成藏有利部位的影响，只有位于油源断裂输导和遮挡配置油气成藏有利部位或附近，才有利于油气成藏，油气钻探才能发现油气；否则无油气发现(付晓飞等，2005，2012；贾茹等，2017；刘宗堡等，2017)。因此，能否准确地预测出油源断裂输导和遮挡配置油气成藏有利部位，应是含油气盆地下生上储式油源断裂附近油气勘探的关键。关于油源断裂输导和遮挡油气有利部位前人曾做过一定研究和探讨，对油源断裂输导油气有利部位主要是利用活动期断裂活动速率相对大小，通过预测油源断裂伴生裂缝发育部位，研究活动期油源断裂输导油气有利部位(宗奕等，2009；吴智平等，2010；庄新兵等，2012；孟令东等，2014)，认为油源断裂伴生裂缝发育部位即为其活动期输导油气有利部位；反之则不是断裂输导油气有利部位。再者是利用断裂断层面的起伏特征，刻画油源断裂的凸面脊分布，研究停止活动后油源断裂输导油气有利部位(Hindle et al., 1997；Lightenberg et al.,1997；罗群等，2005；姜振学等，2005)。认为凸面脊发育部位即为停止活动后油源断裂输导油气有利部位，反之则不是断裂输导油气有利部位(姜素华等，2005；蒋有录等，2011；袁波等，2014；姜贵璞等，2017)。对于油源断裂遮挡油气有利部位主要是利用断裂断距和被其错断岩层厚度及泥质含量，预测断层岩泥质含量(付广等，2016)，再通过断层岩泥质含量和断裂侧向封闭油气所需的最小断层岩泥质含量比较，研究油源断裂侧向封闭的有利部位(付广等，2013，2016；许新明，2014；吕延防等，2016)，进而研究油源断裂遮挡油气有利部位。认为断层岩泥质含量大于或等于其封油气所需的最小断层岩泥质含量的部位，即为油源断裂遮挡油气有利部位；反之则不是遮挡油气有利部位。上述这些研究成果对指导含油气盆地下生上储式油源断裂附近油气勘探起到了非常重要作用。然而，上述这些研究对油源断裂输导油气有利部位和遮挡油气有利部位研究均是分开进行的，缺少二者的综合研究，造成研究结果与目前油源断裂附近已发现油气并不完全符合，给油气勘探带来了一定风险。因此，开展油源断裂输导和遮挡配置油气成藏有利部位预测方法研究，对于正确认识含油气盆地下生上储式油源断裂附近油气成藏规律和指导油气勘探均具重要意义。

1 油源断裂输导和遮挡配置油气成藏机制及其有利部位

油源断裂附近之所以能有油气聚集成藏，主要是因为在断裂活动时期油源断裂伴生裂缝发育，可作为输导通道，将下伏源岩生成的油气输导至其附近目的层内砂体中，当断裂停止活动后，油源断裂伴生裂缝在上覆沉积载荷、区域主压应力和地下水沉淀胶结等作用下紧闭愈合，侧向封闭，遮挡砂体中的油气，使油气在油源断裂附近的断砂配置圈闭中聚集成藏，如图1中的A部位，既是油源断裂输导油气的有利部位，又是油源断裂遮挡油气的有利部位，应是油源断裂输导和遮挡配置油气成藏的有利部位，有利于油气的聚集成藏。而图1中的B部位，虽是输导油气有利部位，但不是遮挡油气有利部位，不是油源断裂输导和遮挡配置油气成藏有利部位，不利于油气聚集成藏。

图1 油源断裂输导与遮挡配置油气成藏有利部位示意图Fig. 1 Sketch map of favorable positions for oil and gas accumulation in oil source fault transportation and shielding configuration(a)断裂；(b)砂体所在地层；A—油源断裂输导和遮挡配置油气成藏有利部位; B—油源断裂输导和遮挡配置油气成藏有利部位(a)fault；(b)sand body location stratum；A—favorable position of oil and gas accumulation sites by oil source fault transmission and shielding; B—non-favorable position of oil and gas accumulation sites by oil source fault transmission and shielding

2 油源断裂输导和遮挡配置油气成藏有利部位的预测方法

由上可知，要预测油源断裂输导和遮挡配置油气成藏有利部位，就必须确定出油源断裂输导油气有利部位和油源断裂遮挡油气有利部位，取二者重合部位即为油源断裂输导和遮挡配置油气成藏有利部位。

2.1 油源断裂输导油气有利部位确定方法

要确定油源断裂输导油气有利部位，就必须确定出油源断裂伴生裂缝发育部位和储集油气砂体分布区，二者重合部位即为油源断裂输导油气有利部位。

由三维地震资料统计油源断裂在目的层内的断距，由最大断距相减法(刘哲等，2012)恢复其在油气成藏期的古断距(若地层存在抬升剥蚀，首先须利用地层古厚度方法对地层古厚度进行恢复(庞雄奇等，1991)，再按最大断距相减法(刘哲等，2012)恢复其油气成藏期古断距)，再除以断裂活动时期，便可以得到油源断裂在油气成藏期的古活动速率(图2)，统计研究区油气成藏期油源断裂古活动速率与油气分布之间关系，取油气分布处最小古活动速率作为油源断裂伴生裂缝连通分布所需的最小活动速率(图2)，这是因为只有油源断裂活动，才能产生伴生裂缝，且断裂活动强度(可用活动速率相对大小表示)越大，伴生裂缝越发育；反之则不发育。而且伴生裂缝仅存在于断裂活动时期，停止活动后便在各种地质因素作用下紧闭愈合失去输导能力，而变成油气聚集的遮挡物。通常情况下只有油源断裂伴生裂缝连通分布，才能输导油气，才会有油气聚集成藏，油气勘探才能发现油气；反之则无油气发现。二者结合取油源断裂古活动速率大于伴生裂缝连通分布所需的最小活动速率的部位，即为油源断裂伴生裂缝连通分布部位(图2)。

图2 油源断裂伴生裂缝连通与分布部位厘定示意图Fig. 2 Sketch map for determination of connection and distribution parts of associated fractures of oil source faultV —油源断裂古活动速率；Vmin —伴生裂缝发育所需的最小活动速率V—paleoactivity rate of oil source fault; Vmin—minimum activity rate required for associated fracture development

目的层中砂体是否储集油气主要取决于地层砂地比值的相对大小，由钻井资料统计可以得到油源断裂附近目的层中的砂地比值(图3)。统计研究区含油气砂体所在地层砂地比值，取含油气砂体所在地层最小砂地比值作为能储集油气砂体所需的最小地层砂地比值(图3)，这是因为只有砂体能储集油气，油气才能在其内运移和聚集，油气钻探才能发现油气；否则无油气发现。二者结合取砂地比值大于能储集油气砂体所需的最小砂地比值的区域，即为储集油气砂体分布区(图3)。

图3 储集油气砂体分布区厘定示意图Fig. 3 Determination of distribution area of oil and gas reservoir sand bodyRs—地层砂地比值; Rs,min—能储集油气砂体所需的最小地层砂地比值Rs—stratum sand-formation ratio; Rs,min—minimum sand-formation ratio required for oil and gas sand reservoir

将上述已确定出的油源断裂伴生裂缝连通分布部位和储集油气砂体分布区叠合，二者重合部位即为油源断裂输导油气有利部位(图1)。

2.2 油源断裂遮挡油气有利部位确定方法

要确定油源断裂遮挡油气有利部位，就必须确定油源断裂侧向封闭部位和储集油气砂体分布区，取二者重合部位即为油源断裂遮挡油气有利部位。储集油气砂体分布区确定方法如上所示。

图4 油源断裂遮挡油气有利部位厘定示意图Fig. 4 Sketch map for determination of oil and gas favorable sealing position of oil source faultRf—断层岩泥质含量; Rf,min —断裂侧向封油气所需的最小断层岩泥质含量Rf—mudstone content of fault-rock; Rf,min—minimum mudstone content of fault-rock required for lateral sealing of oil and gas in fault

大量研究表明断裂停止活动后在侧向上能否形成封闭，要受到区域主压应力、上覆沉积载荷重量、沉淀胶结和断层岩泥质含量等多种因素的影响，而对同一地区近于相同埋深的目的层而言，区域主压应力、上覆沉积载荷重量和沉淀胶结作用近于相同，其侧向封闭性的差异主要受到断层岩泥质含量的影响，故本文主要利用断层岩泥质含量相对大小研究断层侧向封闭性。由钻井和地震资料统计油源断裂在目的层中的断距和被其错断岩层厚度及泥质含量，由式1计算油源断裂断层岩泥质含量如图4所示。统计研究区已知井点处断层岩泥质含量，将其由小至大排列，取含油气砂体处断裂断层岩最小泥质含量作为断裂侧向封闭油气所需的最小断层岩泥质含量(图4)，这是因为只有断裂侧向封闭，断砂配置圈闭中油气才能聚集成藏，油气钻探才有油气发现；否则无油气发现。将二者结合取断层岩泥质含量大于断裂侧向封油气所需的最小断层岩泥质含量的部位，即为侧向封闭油源断裂侧向封闭部位(图4)。

(1)

式中：Rf为断层岩泥质含量，单位：%；Hi为被断裂错断第i层岩层厚度，单位：m；Ri为被断裂错断第i层岩层泥质含量，单位： %；L为断裂断距，单位：m；n为被断裂错断岩层个数。

图5 渤海湾盆地黄骅坳陷歧口凹陷板桥断裂分布特征Fig. 5 Distribution characteristics of Banqiao fault in Qikou Sag, Huanghua depression, Bohai Bay BasinQ+Nm—第四系+明化镇组; Ng—馆陶组; Ed —东营组; Es11—沙一上亚段; Es12—沙一中亚段; Es13—沙一下亚段;Es2—沙二段; Es31—沙三上亚段; Es32—沙三中亚段; Es33—沙三下亚段; Es4—沙四段Q+Nm—Quaternary + the Neogene Minghuazhen Formation; Ng—the Guantao Formation; Ed —the Dongying Formation; Es11—the upper Sha-1 Submember; Es12—the middle Sha-1 Submember; Es13—the lower Sha-1 Submember; Es2— the Sha-2 Formation; Es31—the upper Sha-3 Submember; Es32—the middle Sha-3 Submember; Es33—the middle Sha-3 Submember; Es4—the Sha-4 Formation

将上述已确定出油源断裂侧向封闭部位和储集油气砂体分布部位叠合，取二者的重合区即为油源断裂遮挡油气有利部位(图1)。

最后，将上述已确定出的油源断裂输导油气有利部位和油源断裂遮挡油气有利部位叠合，取二者重合部位即为油源断裂输导和遮挡配置油气成藏有利部位(图1)。

3 实例应用

本文选取渤海湾盆地黄骅坳陷歧口凹陷板桥断裂为例，利用上述方法预测其在始新统沙河街组一段下亚段(沙一下亚段)输导和遮挡配置油气成藏有利部位，并通过预测结果与目前沙一下亚段已发现油气分布之间关系，验证该方法用于预测油源断裂输导和遮挡配置油气成藏有利部位的可行性。

图6 海湾盆地黄骅坳陷歧口凹陷板桥断裂沙一下亚段油源断裂输导和遮挡条件特征Fig. 6 Characteristics of oil source fault transportation and shielding conditions in the Qikou Sag, Huanghua Depression, Bohai Bay Basin

板桥断裂位于歧口凹陷北部，平面延伸约13 km，走向为北东东向(图5a)，向北西西方向倾斜，倾角介于60°～70°，从下部沙四段向上一直断至明化镇组(图5b)。由于板桥断裂连接了下伏沙三段源岩和沙一下亚段目的层，且在油气成藏期——明化镇组沉积晚期活动，应是沙一下亚段的油源断裂。目前油气勘探已在板桥断裂附近在沙一下亚段内找到了大量油气(图5b)，但中部和东北部油气较西南部油气富集，这除了受到圈闭发育的影响外，很大程度受到板桥断裂输导和遮挡配置油气成藏有利部位的影响，能否准确地预测出板桥断裂输导和遮挡配置油气成藏有利部位，应是板桥断裂附近沙一下亚段油气进一步勘探的关键。

图7 海湾盆地黄骅坳陷歧口凹陷板桥断裂沙一下亚段油源断裂输导和遮挡条件下限厘定示意图Fig. 7 Sketch map for determination of lower limit of oil source fault transportation and shielding conditions in the Qikou Sag, Huanghua Depression, Bohai Bay Basin

由三维地震资料统计板桥断裂在沙一下亚段内断距，由最大断距相减恢复方法(刘哲等，2012)恢复油气成藏期板桥断裂在沙一下亚段内的古断距，再除以断裂活动时期，便可以得到板桥断裂在油气成藏期的古活动速率，由图6a中可以看出，板桥断裂的古活动速率高值区主要分布在其东北中部和西南中部，最大可达到7 m/Ma，由2个高值区向其中部和东部部位古活动速率逐渐减小，小于4 m/Ma，统计歧口凹陷沙一下亚段内含油气部位油源断裂的古活动速率，可以得到含油气部位最小活动速率约为4 m/Ma(图7a)，将其作为油源断裂伴生裂缝连通分布所需的最小活动速率。取古活动速率大于伴生裂缝连通分布所需的最小活动速率的部位即为板桥断裂伴生裂缝发育部位。由图6a中可以看出，板桥断裂伴生裂缝主要分布在其西部和东部中部，由钻井资料统计板桥断裂不同测线处沙一下亚段地层的砂地比值，由图6b中可以看出，板桥断裂东北中部和东南边部沙一下亚段地层砂地比值相对较高，最大可达到35%以上，由此向两侧沙一下亚段地层砂地比值逐渐减小，在东北和西南边部沙一下亚段地层砂地比值小于24%。统计歧口凹陷沙一下亚段含油气砂体所在地层砂地比值，取含油气砂体所在地层的最小砂地比值，约为24%，作为能储集油气砂体所需的最小地层砂地比值(图7b)，取砂地比值大于能储集油气砂体所需的最小地层砂地比值的区域，即为板桥断裂储集油气砂体分布区，由图6b中可以看出板桥断裂沙一下亚段储集油气砂体主要分布在其中东部。

将上述已确定出的板桥断裂在沙一下亚段内伴生裂缝发育部位和储集油气砂体分布区叠合，二者重合部位即为板桥断裂输导油气有利部位，由图8a中可以看出，板桥断裂输导油气有利部位主要分布在其东北部，其次分布在其西南东部。

由钻井和地震资料统计板桥断裂在沙一下亚段内断距和被其错断岩层厚度及泥质含量，由式1计算板桥断裂在沙一下亚段内断层岩泥质含量，由图6c中可以看出，板桥断裂在沙一下亚段内断层岩泥质含量东北部大于西南部，最大可达到30%以上，最小在西南边部，小于25%，统计歧口凹陷含油气部位断裂在沙一下亚段内断层岩泥质含量，取含油气部位最小断层岩泥质含量，约为25%，作为断裂侧向封油气所需的最小断层岩泥质含量(图7c)，取断层岩泥质含量大于断裂侧向封油气所需的最小断层岩泥质含量的部位即为板桥断裂侧向封闭部位，由图7c中可以看出，板桥断裂除西南边部外，其余大部分侧向上均是封闭。

将上述已确定出的板桥断裂侧向封油气部位和储集油气砂体分布区叠合，取二者重合部位即为板桥断裂遮挡油气有利部位，由图8b中可以看出，板桥断裂除西南和东北边部，其余大部分部位皆为遮挡油气有利部位。

将上述已确定出的板桥断裂在沙一下亚段内输导油气有利部位和遮挡油气有利部位叠合，取二者重合部位即为板桥断裂输导和遮挡配置油气成藏有利部位，由图8c中可以看出，板桥断裂输导和遮挡配置油气成藏有利部位主要分布在其东北部中部，其次是西南东部。

图8 海湾盆地黄骅坳陷歧口凹陷板桥断裂输导和遮挡配置成藏有利部位厘定图Fig. 8 Determination of favorable position for hydrocarbon accumulation in fault transportation and shielding configuration of Banqiao fault in the Qikou Sag, Huanghua Depression, Bohai Bay Basin

为了验证上述方法的可信性，本文选取板桥断裂附近的2口探井进行阐述。板831井位于板桥断裂东北部输导和遮挡配置油气成藏有利部位内(图8)。该部位板桥断裂在活动时期可输导下伏沙三段源岩生成的大量油气输导进入到沙一下亚段砂体中。板桥断裂停止活动后又可以遮挡进入到沙一下亚段砂体中的油气聚集成藏，油气钻探结果板831井获得了工业油流。而另一口井板823井位于板桥断裂西南端的输导和遮挡配置油气成藏非有利部位附近(图8)。该部位板桥断裂在活动时期既不能将下伏沙三段源岩生成大量油气运移至沙一下亚段砂体中，又不能在停止活动后遮挡已进入到沙一下亚段砂体中的少量油气聚集成藏，油气钻探结果板823井为水井。上述二个例子均证实该方法用于确定油源断裂输导和遮挡配置油气成藏有利部位是可行的。

4 结论

(1)油源断裂输导和遮挡配置油气成藏有利部位应是油源断裂输导油气有利部位和油源断裂遮挡油气有利部位的重合部位，既有利于油气运移，又有利于油气聚集。否则二者缺少哪一个均不利于油气聚集成藏。

(2)通过确定油源断裂伴生裂缝发育部位和储集油气砂体分布区，确定油源断裂输导油气有利部位；通过确定油源断裂侧向封闭油气部位和储集油气砂体分布区，确定油源断裂遮挡油气有利部位，二者结合建立一套油源断裂输导和遮挡配置油气成藏有利部位的预测方法，实测应用结果表明，该方法用于预测油源断裂输导和遮挡配置油气成藏有利部位是可行的。

(3)渤海湾盆地歧口凹陷板桥断裂在沙一下亚段内输导和遮挡配置油气成藏有利部位主要分布在其东北中部，少量分布在西南东部，有利于下伏沙三段源岩生成油气在沙一下亚段内聚集成藏，与目前板桥断裂附近沙一下亚段已发现油气主要分布在东北中部，少量分布在西南东部相吻合。

(4)该方法主要适用于砂泥岩含油气盆地下生上储式油源断裂输导和遮挡配置油气成藏有利部位的预测。

致谢：感谢审稿专家和编辑提出的宝贵意见。