油源断裂输导油气通道演化形式的研究方法及其应用*

付 广 沙子萱 王宏伟 姜文亚 董雄英

（1.东北石油大学地球科学学院 黑龙江大庆 163318；2.中国石油大港油田公司 天津 300280）

随着油气勘探的深入，人们越来越认识到含油气盆地下生上储式油气运聚成藏明显受到油源断裂（连接源岩和目的层，且在油气成藏期活动的断裂）的控制（He et al.，2012；胡欣蕾等，2014；付广等，2016，2018a，2018c；李建民等，2019），使油气在油源断裂处或附近分布（Qu et al.，2008；付广等，2012，2019，2021a，2021b；杨德相等，2017；刘滨莹等，2017）。然而，油气勘探结果表明，并非油源断裂附近均有油气分布，这除了受到油源断裂附近砂体和圈闭是否发育的影响外，主要是受到了油源断裂输导油气通道演化形式的影响，油源断裂在不同时期输导油气通道及其演化形式不同，其对油气聚集成藏所起的作用不同，油气富集程度也就不同。因此，能否准确的研究油源断裂输导通道演化形式，对于正确认识含油气盆地下生上储式油源断裂附近油气分布规律及指导油气勘探均至关重要。

关于不同时期油源断裂输导油气通道前人曾做过一定研究工作，归纳起来主要有以下两个方面：一方面是根据活动期油源断裂古活动速率的相对大小，研究活动期油源断裂输导油气通道（姜贵璞等，2017；付广等，2018b；刘涛等，2018），认为古活动速率相对大的部位，伴生裂缝相对发育，应是活动期油源断裂输导油气通道。另一方面是根据油源断裂断层面产状形态，利用停止活动后断层面古油气势能分布特征，研究停止活动后油源断裂输导油气通道（付广等，2014，2021a，2021b；王浩然等，2018），认为断层面古油气势能等值线法线汇聚线—古构造脊应为停止活动后油源断裂输导油气通道。上述这些研究成果对认识油源断裂附近油气分布规律及指导油气勘探均起到了非常重要的作用。

然而，由于受到研究手段及人们认识水平的局限，目前对不同时期油源断裂输导油气通道的研究考虑的因素尚不全面，仍存在问题，如活动期油源断裂输导油气通道—伴生裂缝发育除了受到古活动速率相对大小的影响外，还要受到被断裂错断地层岩性的影响，只有脆性地层岩石才易形成伴生裂缝，而塑性地层岩石不易形成伴生裂缝。而停止活动后油源断裂输导油气通道仅考虑了断层面形态，而没有考虑断裂填充物泥质含量的影响，断层面虽发育古构造脊，但填充物泥质含量高，也不是油源断裂输导油气通道。而且截至目前为止，将活动期和停止活动后结合起来研究油源断裂输导油气通道演化形式尚未见到文献报道，等等上述问题无疑造成对油源断裂附近油气分布规律认识的偏差，给油气勘探带来一定风险。因此，开展油源断裂输导油气通道演化形式的研究，对于正确认识含油气盆地下生上储式油源断裂附近油气分布规律和指导其油气勘探均具重要意义。

1 不同时期油源断裂输导油气通道及其演化形式

活动期油源断裂之所以能输导油气，是因为其伴生有大量裂缝的形成，这些伴生裂缝较围岩地层具有相对较高的孔渗性，是油源断裂输导油气的主要通道，如图1a所示。由于受到油源断裂不同部位活动特征及被其错断地层岩性特征的影响，不同部位油源断裂伴生裂缝发育特征不同，通常情况下是断裂活动强和地层岩石脆性发育的部位，伴生裂缝发育，输导油气通道发育；否则，二者缺少哪一个，油源断裂输导油气通道均不发育。

图1 不同时期油源断裂输导油气通道示意图Fig.1 Schematic diagram of oil and gas transportation channels of oil source faults in different periods

油源断裂停止活动后，伴生裂缝在上覆沉积载荷重量、区域主压应力作用下紧闭失去输导油气能力，但此时断裂填充物尚未压实成岩，仍具有一定的孔渗性，可以输导油气，如图1b所示。不同部位油源断裂输导油气特征的不同是因为其断距和被其错断地层岩层厚度和泥质含量不同导致的其断裂填充物泥质含量不同而引起的。一般状况下断裂填充物泥质含量比较小的部位，孔渗性相对较好，发育输导油气通道；反之则不发育输导油气通道。

综合上述方面研究，可以得到油源断裂输导油气通道演化主要有以下4种形式：1）一直输导通道演化形式是活动期和停止活动后油源断裂均是输导油气通道，最有利于油源断裂输导油气和聚集成藏；2）先输导后不输导通道演化形式是活动期油源断裂为输导油气通道，但停止活动后不再是输导油气通道，较有利于油源断裂输导油气和聚集成藏；3）先不输导后输导通道演化形式是活动期油源断裂不是输导油气通道但停止活动后油源断裂是输导油气通道，不利于油源断裂输导油气和聚集成藏；4）一直不输导通道演化形式是活动期和停止活动后油源断裂均不是输导油气通道，油源断裂不能输导油气和聚集成藏，如图2所示。

图2 油源断裂输导油气通道演化形式厘定示意图Fig.2 A schematic diagram for determining the evolution form of oil and gas transportation channels of oil source faults

2 油源断裂输导油气通道演化形式的研究方法

由上可知，要研究油源断裂输导油气通道演化形式，就必须确定出活动期和停止活动后油源断裂输导油气通道。

要确定活动期油源断裂输导油气通道，就必须确定出油源断裂伴生裂缝可能发育部位和被其错断地层脆性发育部位，二者的耦合部位即为活动期油源断裂输导油气通道。利用三维地震资料读取油源断裂在目的层内的现今断距，由最大断距相减法（谢昭涵等，2015）恢复其在油气成藏期古断距，再除以断裂活动时期，便可以得到不同部位油源断裂古活动速率，如图3所示。由研究区已知井点处油源断裂古活动速率与其附近油气分布关系，确定油源断裂伴生裂缝发育所需的最小活动速率（袁红旗等，2021），如图3所示。将油源断裂古活动速率大于伴生裂缝发育所需的最小活动速率的部位圈在一起，便可以得到油源断裂伴生裂缝可能发育部位（如图3）。利用钻井和地震资料统计不同部位被油源断裂错断地层砂地比值分布（如图4）。统计研究区已知井点油源断裂处被其错断地层砂地比值与其油气显示之间关系，取油气显示处最小地层砂地比值作为地层脆性岩石发育所需的最小地层砂地比值（如图4）。这是因为只有地层脆性岩石发育，被油源断裂错断时才能发育伴生裂缝，输导油气聚集成藏，油气勘探才能发现油气；否则无油气发现。将被油源断裂错断地层砂地比值大于地层脆性发育所需的最小地层砂地比值的部位圈在一起，便可以得到被油源断裂错断地层脆性发育部位（如图4）。

图3 活动期油源断裂伴生裂缝可能发育部位厘定示意图Fig.3 Determination of the possible development position of associated fractures during the active period of oil source faults

图4 被油源断裂错断地层脆性发育部位厘定示意图Fig.4 Determination of brittleness development position of faulted formation by oil source fault

将上述已确定出的油源断裂伴生裂缝可能发育部位和被油源断裂错断地层脆性发育部位叠合，二者重合部位即为油源断裂活动期输导油气通道（如图5）。

图5 活动期油源断裂输导油气通道厘定示意图Fig.5 Determination of oil and gas channels of oil source faults in active period

要确定停止活动后油源断裂输导油气通道，就必须确定出油源断裂填充物泥质含量分布和填充物输导油气所需的最大泥质含量。利用钻井和地震资料读取油源断裂在被错断地层内的断距和被其错断地层岩层厚度及泥质含量，由式（1）计算不同部位油源断裂在被其错断地层内断裂填充物泥质含量（如图6）。统计研究区已知井点处油源断裂填充物泥质含量与其附近油气显示之间关系，取油气显示处最大断裂填充物泥质含量作为填充物输导油气所需的泥质含量上限（如图6），这是因为只有填充物泥质含量小于填充物输导油气所需的最大泥质含量，才具孔渗性输导油气，油气不能在此聚集，油气钻探无油气发现；反之则有油气聚集，油气钻探有油气发现。将油源断裂填充物泥质含量小于填充物输导油气所需的最大泥质含量部位圈在一起，便可以得到停止活动后油源断裂输导油气通道（如图6）。

图6 停止活动后油源断裂输导油气通道厘定示意图Fig.6 Determination of oil and gas channel of oil source fault after stopping activity

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

将上述已确定出的活动期和停止活动后油源断裂输导油气通道结合，便可以得到油源断裂输导油气通道演化形式，如图2所示。

3 实例应用

本文选取渤海湾盆地冀中坳馅廊固凹陷大柳泉地区旧州断裂作为实例，利用上述方法研究其在沙三中-下亚段内输导油气通道的演化形式，并通过研究结果与目前旧州断裂附近沙三中-下亚段已发现油气分布之间关系分析，验证该方法用于研究油源断裂输导油气通道演化形式的可行性。

大柳泉地区位于廊固凹陷中部，是廊固凹陷目前油气勘探的重点地区。该区从下至上发育的地层有古近系的孔店组、沙河街组、东营组，新近系的馆陶组及明化镇组和第四系。目前该区已发现油气主要分布在沙三中-下亚段，其油气主要来自下伏沙四段源岩，应为下生上储式生储盖组合。旧州断裂是位于大柳泉地区中部的一条正断层，是由F1、F7、F8和F9这4条断裂构成，其中F7和F8断裂规模相对较大，延伸相对较远，其次是F1断裂，最小为F9断裂，如图7所示。旧州断裂从下部沙四段向上一直断至馆陶组底部，连接了沙三中-下亚段和沙四段源岩，且在油气成藏期—沙二段沉积时期活动，应为沙三中-下亚段的油源断裂。由图7中可以看出，目前旧州断裂附近沙三中-下亚段目前已发现油气主要分布在F1和F7断裂交界处、F7和F8断裂交界处和F9断裂处，这除了受到其砂体和圈闭是否发育的影响外，主要是受到了旧州断裂在沙三中-下亚段内输导油气通道演化形式的影响，因此，能否正确认识旧州断裂在沙三中-下亚段输导油气通道演化形式，对认识旧州断裂附近沙三中-下亚段油气分布规律及指导油气勘探至关重要。

图7 旧州断裂输导油气通道演化形式与沙三中-下亚段油气分布关系图Fig.7 The relationship between the evolution of oil and gas transportation channels of Jiuzhou fault and the oil and gas distribution in the middle and lower Es3

利用三维地震资料读取不同部位旧州断裂在沙三中-下亚段内现今断距，利用最大断距相减法（刘哲等，2012）恢复其在沙二段沉积时期的古断距，再除以断裂活动时期，便可以得到不同部位旧州断裂在沙三中-下亚段内的古活动速率，如图8a所示，由图8a中可以看出，旧州断裂中F8和F9断裂古活动速率相对较大，其次是F7断裂，最小是F1断裂。由大柳泉地区油源断裂伴生裂缝发育所需的最小活动速率（图9a）约为10 m/Ma，便可以得到旧州断裂在沙三中-下亚段内伴生裂缝可能发育部位（图10a）主要分布在F1断裂中东部、F7断裂西部及中东部、除西部端部的F8断裂和F9断裂处。利用钻井资料统计不同部位旧州断裂沙三中-下亚段地层砂地比值，如图8b所示，由图8b中可以看出，不同部位旧州断裂附近沙三中-下亚段地层砂地比值F8和F9断裂相对较高，F1和F7断裂相对较低，由大柳泉地区沙三中-下亚段地层脆性发育所需的最小地层砂地比值（图9b）约为18%，便可以得到不同部位旧州断裂沙三中-下亚段地层脆性发育部位（图10b），主要分布在F1断裂东部端，F7断裂东西两端，F8中西部及东部端部和F9断裂处。将上述已确定出的不同部位旧州断裂在沙三中-下亚段内伴生裂缝可能发育部位和地层脆性发育部位叠合，便可以识别出活动期旧州断裂输导油气通道分布，如图10c所示。由图10c中可以看出，活动期旧州断裂输导油气通道主要分布在F1断裂东部局部、F7断裂西部、F8断裂中西部及东部端部和F9断裂处。

图8 活动期旧州断裂在沙三中-下亚段内输导油气特征图a.古活动速率；b.地层砂地比值Fig.8 Characteristics of oil and gas migration of Jiuzhou fault in middle and lower Es3 during active period·

图9 大柳泉地区活动期油源断裂输导油气特征影响因素下限厘定图a.断裂伴生裂缝发育所需的最小活动速率；b.地层脆性发育所需的最小地层砂地比值Fig.9 Determination of the lower limit of influencing factors of oil and gas migration characteristics of oil source faults in Daliuquan area during active period

利用钻井和地震资料统计不同部位旧州断裂在沙三中-下亚段内断距和被其错断地层岩层厚度及泥质含量，由式（1）计算不同部位旧州断裂在沙三中-下亚段地层内断裂填充物泥质含量，如图11a所示，由图11a中可以看出，旧州断裂在沙三中-下亚段内填充物泥质含量高值区主要分布在F7断裂西部及东部端部、除东部端部的F8断裂和F9断裂处。由大柳泉地区填充物输导油气所需的最大泥质含量（图11b）约为29%，便可以识别出停止活动后旧州断裂输导油气通道，如图11c所示，由图11c中可以看出，停止活动后旧州断裂输导油气通道主要分布在F1断裂、F7断裂中东部、F8和F9断裂交界处。

由图10c和图11c可以得到旧州断裂在沙三中-下亚段内输导油气通道演化形式特征，如图7所示，由图7中可以看出，旧州断裂共发育4种输导油气通道演化形式，其中一直输导通道演化形式仅分布在F1断裂东部局部和F8断裂的东部端部；先输导后不输导通道演化形式主要分布在F7断裂西部、F8断裂中西部及东部和F9断裂处；先不输导后输导通道演化形式主要分布在除东部局部的F1断裂、F7断裂的中东部；一直不输导通道演化形式主要分布在F7断裂中部、F7断裂和F8断裂交界处及F8断裂东部。

图10 活动期旧州断裂在沙三中-下亚段内输导油气通道厘定图Fig.10 Determination of oil and gas transportation channels of Jiuzhou fault in middle and lower Es3 during active period

图11 停止活动后旧州断裂在沙三中-下亚段内输导油气通道厘定图a.断裂填充物泥质含量；b.填充物输导油气所需的最大泥质含量；c.断裂输导油气通道Fig.11 Determination of oil and gas transportation channels in the middle and lower Es3 after the activity of Jiuzhou fault stopped

由图7中可以看出，旧州断裂附近沙三中-下亚段目前已发现油气主要分布在一直输导和先输导后不输导通道演化形式分布处或附近，这是因为只有位于一直输导和先输导后不输导通道演化形式分布部位处或附近才能通过活动期和停止活动后旧州断裂输导油气通道从下伏沙四段源岩处获得大量油气，在上覆沙三中-下亚段内聚集成藏，油气勘探才能发现油气；否则无油气发现。

4 结 论

（1）活动期油源断裂输导通道为伴生裂缝，其发育主要受到断裂活动强渡和被其错断地层脆性的影响，断裂活动强度越大，地层岩性为脆性，输导通道越发育，反之则不发育。停止活动后油源断裂输导油气通道为填充物连通孔隙，主要受到填充物泥质含量的影响，填充物泥质含量越小，输导通道越发育；反之则不发育。

（2）通过确定油源断裂伴生裂缝可能发育部位和地层脆性发育部位，识别油源断裂活动期输导油气通道。通过确定断裂填充物泥质含量和填充物输导油气所需的最小泥质含量，识别停止活动后油源断裂输导油气通道。二者结合建立了一套油源断裂输导油气通道演化形式的研究方法，并通过实例应用，验证了该方法用于研究油源断裂输导油气通道演化形式的可行性。

（3）渤海湾盆地冀中坳馅廊固凹陷大柳泉地区旧州断裂在沙三中-下亚段内共发育4种输导油气通道演化形式，其中一直输导通道演化形式仅分布在F1断裂东部局部和F8断裂的东部端部；先输导后不输导通道演化形式主要分布在F7断裂西部、F8断裂中西部及东部和F9断裂处；先不输导后输导通道演化形式主要分布在除东部局部的F1断裂、F7断裂的中东部；一直不输导通道演化形式主要分布在F7断裂中部、F7断裂和F8断裂交界处及F8断裂东部。一直输导和先输导后不输导通道演化形式分布部位处及附近有利于沙三中-下亚段油气聚集成藏，与目前旧州断裂附近沙三中-下亚段已发现油气分布相吻合。

（4）该方法主要应用于砂泥岩含油气盆地下生上储式油源断裂输导油气通道演化形式的研究。