活动期油源断裂输导油气有利凸面脊分布预测方法

果文斌 马朋朋 董 军 陈继成 李永峰 韩 晶

（中国华油集团有限公司大庆分公司，黑龙江 大庆 166400）

0 引 言

油气勘探结果揭示，油源断裂（连接烃源岩和目的层，且在油气成藏期活动的断裂）在油气成藏过程中起到了非常重要的作用［1-6］。学者们认为凸面脊作为油源断裂输导油气的有利部位，其附近也应是油气成藏的有利部位。然而，钻探结果表明，并不是在油源断裂凸面脊发育处附近均有油气发现，这主要取决于油源断裂凸面脊有利与否，当油源断裂凸面脊有利时，在其附近钻探应可见油气显示。由此可见，准确地识别出油源断裂有利凸面脊分布，是降低含油气盆地油源断裂附近油气勘探风险的关键。

关于油源断裂凸面脊输导油气，已有大量学者作过深入的探讨和分析，认为凸面脊是活动停止时期油源断裂对油气进行输导的有利部位［7-9］。在活动停止时期，在上覆沉积载荷和区域主压应力等因素的共同影响下，油源断裂伴生裂缝渐渐紧闭，对油气的输导作用也会随之减弱，但此时油源断裂内填充物并未完全压实成岩，尽管其孔渗性下降，但仍可运移油气。由于油气运移会遵循着由高势区向低势区汇聚运移的规律，因此在低势区的凸面脊发育处形成了油气输导的有利部位［10-14］。这些研究均在一定程度上正确认识了油源断裂凸面脊输导油气作用。但以上研究主要是将凸面脊作为活动停止时期油源断裂输导油气有利部位。关于活动期凸面脊能否成为油源断裂输导油气有利部位，目前尚未开展研究，这无疑不利于全面准确地判断油源断裂输导油气的真实能力。因此，开展活动期油源断裂输导油气有利凸面脊分布的预测方法研究，不仅能加深对含油气盆地油源断裂附近油气分布规律的认识，也能降低油气勘探风险。

1 活动期油源断裂凸面脊输导油气条件

大量研究结果表明，活动期油源断裂输导油气有利部位应为其伴生裂缝发育部位，而其凸面脊发育部位被认为是活动停止时期油源断裂输导油气的有利部位。凸面脊能否成为活动期油源断裂输导油气有利部位，应取决于活动期其伴生裂缝是否发育。若凸面脊处伴生裂缝发育，其应是活动期油源断裂输导油气有利部位；否则，其不是活动期油源断裂输导油气有利部位。通常情况下，凸面脊处由于断层面曲率相对较大，其伴生裂缝也较为发育。除此之外，凸面脊处伴生裂缝是否发育还要受到其构成地层脆塑性的影响，若凸面脊处地层为脆性，那么其伴生裂缝发育；相反，若凸面脊处地层为塑性，那么其伴生裂缝不发育。由此可知，只有地层为脆性的凸面脊发育部位，才是活动期油源断裂输导油气有利部位（图1）。

图1 活动期油源断裂输导油气有利凸面脊分布示意Fig.1 Distribution of favorable convex ridges for oil and gas transported by oil source faults in activity period

2 活动期油源断裂有利凸面脊分布预测

由上述分析可知，只要刻画出油源断裂凸面脊分布和被其错断地层脆性岩石分布，将二者叠合，即可确定出活动期油源断裂输导油气有利凸面脊分布。通过三维地震资料确定油源断裂在不同层位内的现今埋深，由地层古埋深恢复方法［15-16］恢复油气成藏期油源断裂在不同层位内的古埋深；由公式计算得到油源断裂断层面古油气势能，并作出油源断裂断层面古油气势能等值线分布；根据其等值线法线会聚特征，即可刻画出油源断裂凸面脊分布（图1）。油源断裂断层面古油势能计算公式为

式中：Φ——断层面油气势能，kJ；g——重力加速度，m/s2；Z——断层面埋深，m；p——断层面流体压力，MPa（其大小等于ρwZ，ρw为地层水密度，g/cm3）；ρ——油气密度，g/cm3。

利用钻井资料统计油源断裂错断地层砂地比情况（图2）。通过分析研究区目的层已知井点处砂地比与该井含油气特征之间关系，当某一井点为含油气井，且其砂地比为最小时，该井点的砂地比即为地层脆性岩石发育所需的最小砂地比（图2）［17］。将油源断裂错断地层砂地比大于地层脆性岩石发育所需最小砂地比的部位圈在一起，即可刻画出被油源断裂错断地层脆性岩石（图2）。将上述已刻画出的油源断裂凸面脊分布与被其错断地层脆性岩石分布进行叠合，其耦合部位即为活动期油源断裂输导油气有利凸面脊分布（图3）。

图2 被油源断裂错断地层脆性岩石分布厘定示意Fig.2 Determination of brittle rock distribution in faulted strata by oil source faults

图3 活动期油源断裂输导油气有利凸面脊分布预测示意Fig.3 Prediction of favorable convex ridges distribution for oil and gas transported by oil source faults in activity period

3 应用实例

以渤海湾盆地冀中坳陷廊固凹陷大柳泉地区旧州断裂中北段为例，应用该方法对活动期其在沙三中下亚段内输导油气有利凸面脊分布进行预测，将所得结果与其研究区已发现油气分布进行对比，检验此方法预测活动期油源断裂输导油气有利凸面脊分布是否具有可行性。

大柳泉地区是位于廊固凹陷中部的大型背斜构造带，是该凹陷油气的主产区。该区发育的地层除了有古近系的孔店组（E2k）、沙河街组（E3s）和东营组（E3d）、还有新近系的馆陶组（N1g）和明化镇组（N2m），同时还发育少量的第四系（Q）。目前该区已发现油气主要在沙三中下亚段富集，该层位油气主要来自沙三下亚段下部的烃源岩。旧州断裂中北段位于大柳泉地区中东部，是一条由西南向东北贯穿全区的正断裂（图4（a））。其由3 条分支断裂构成，由西向东分别为F7 断裂、F8 断裂和F9 断裂，从沙四段顶部向上断至馆陶组底部（图4（b））。旧州断裂中北段连接了沙三下亚段下部烃源岩和沙三中下亚段储层，且在油气成藏期——沙二段沉积时期活动，故为大柳泉地区沙三中下亚段的油源断裂。

由图4（a）中可以看出，旧州断裂中北段附近沙三中下亚段目前已发现油气主要分布在F7 断裂两侧、F8 断裂西部和F9 断裂处。经过分析得知，这种分布特征的影响因素虽然包括砂体和圈闭等诸多因素，但更加关键的是受到活动期旧州断裂中北段在沙三中下亚段内输导油气有利凸面脊分布的控制。由此可知，能否对活动期旧州断裂中北段在沙三中下亚段内输导油气有利凸面脊分布进行准确预测，应是指导旧州断裂中北段附近沙三中下亚段油气勘探的关键。

图4 活动期旧州断裂中北段在沙三中下亚段内输导油气有利凸面脊与油气分布关系Fig.4 Relationship between favorable convex ridges of oil and gas transported by middle and north section of Jiuzhou fault in middle and lower sub-member of Es3 in activity period and oil and gas distribution

通过三维地震资料查明旧州断裂中北段在不同层位断层面现今埋深，由地层古埋深恢复方法［15-16］恢复其在油气成藏期——沙二段沉积时期不同层位断层面的古埋深；将该值代入式（1）中，计算得到旧州断裂中北段在油气成藏期——沙二段沉积时期不同层位断层面古油气势能，并做出其断层面古油气势能等值线分布；由其断层面古油气势能等值线法线会聚特征，刻画出了旧州断裂中北段在沙三中下亚段内凸面脊，其发育特征如图5 所示。由图5 中可以看出，旧州断裂中北段在沙三中下亚段共发育了10 个凸面脊，其中F7 断裂和F8 断裂均发育4 个，F9 断裂仅发育2 个。

图5 旧州断裂中北段断层面古凸面脊分布厘定Fig.5 Determination of ancient convex ridge distribution of fault plane in middle and north section of Jiuzhou fault

利用钻井资料统计旧州断裂中北段附近沙三中下亚段地层砂地比，其分布特征如图6（a）所示。由图6（a）中可以看出，旧州断裂中北段附近沙三中下亚段地层砂地比除了在F7 断裂中部和F8 断裂中东部相对较小外，其余部位均相对较大，在F9 断裂处甚至大于40%。通过分析大柳泉地区沙三中下亚段已知井点处地层砂地比与该井含油气特征之间关系（图7），可以得到地层脆性岩石发育所需的最小砂地比约为18%。将旧州断裂中北段附近沙三中下亚段地层砂地比大于地层脆性岩石发育所需最小砂地比的部位圈在一起，刻画出了被旧州断裂中北段错断沙三中下亚段脆性岩石发育部位，其分布特征如图6（b）所示。由图6（b）中可以看出，被旧州断裂中北段错断沙三中下亚段脆性岩石发育部位主要分布在F7 断裂东部和西部端部、F8 断裂西部和东部端部以及F9 断裂。

图6 被旧州断裂中北段错断沙三中下亚段地层脆性岩石分布厘定Fig.6 Determination of brittle rocks distribution in middle and lower sub-member of Es3faulted strata of middle and north section of Jiuzhou fault

图7 旧州断裂附近地层脆性岩石发育所需的最小砂地比厘定Fig.7 Determination of the minimum sand-strata ratio required for development of formation brittle

将上述已确定出的旧州断裂中北段凸面脊分布与被其错断沙三中下亚段脆性岩石分布叠合，确定出了活动期旧州断裂中北段在沙三中下亚段内输导油气有利凸面脊分布（图4（a））。由图4（a）中可以看出，活动期旧州断裂中北段在沙三中下亚段内共发育8 个输导油气有利凸面脊，F7 断裂、F8断裂和F9 断裂分别发育2 个、4 个和2 个。

由图4（a）中可以明显看出，旧州断裂中北段附近沙三中下亚段目前已发现油气主要分布在F7 断裂西部、F8 断裂西部和F9 断裂处，正好为活动期旧州断裂中北段在沙三中下亚段内输导油气有利凸面脊处或附近。这种吻合性是因为活动期旧州断裂中北段在沙三中下亚段内输导油气有利凸面脊从其下部源岩获得油气，并在沙三中下亚段内聚集成藏。当对活动期旧州断裂中北段在沙三中下亚段内输导油气有利凸面脊处或附近进行钻探时，可以发现油气。F7 断裂东部端部和F8 断裂东部端部2个有利凸面脊处无油气是圈闭不发育所致。

4 结 论

（1）活动期油源断裂输导油气有利凸面脊是油源断裂凸面脊分布和被油源断裂错断地层脆性岩石分布的耦合部位。

（2）渤海湾盆地冀中坳陷廊固凹陷大柳泉地区活动期旧州断裂中北段在沙三中下亚段内输导油气有利凸面脊共发育8 个，F7 断裂、F8 断裂和F9 断裂分别发育2 个、4 个和2 个。除F7 断裂东部端部和F8 断裂东部端部有利凸面脊处由于圈闭不发育导致无油气显示外，其他有利凸面脊附近均发现油气。实例应用结果证实活动期油源断裂输导油气有利凸面脊分布预测方法应用于预测活动期油源断裂输导油气有利部位是可行的。