海拉尔盆地贝西南地区南屯组断层-砂体组合类型及油气差异富集机理

孙同文 王 芳 王有功 李军辉 胡 明 欧阳杰婷 李 猛

（1.广东石油化工学院石油工程学院，广东 茂名 525000；2.东北石油大学三亚海洋油气研究院，海南 三亚 572025；3.中国石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江 大庆 163712）

0 引 言

贝西南地区南屯组是海拉尔盆地贝尔凹陷目前重要的增储上产领域，其中已发现的呼和诺仁构造带为贝尔凹陷三大工业油流带之一，呼和诺仁油田在南屯组已探明石油储量1 358.5×104t［1⁃2］，展示出较大的勘探潜力。贝西南地区整体为斜坡背景，断层和砂体是油气运聚成藏的关键影响因素，前人曾做过一定的研究和探讨，主要集中在3个方面：一是断层和砂体分别作为输导通道控制形成岩性或岩性-构造油藏［3⁃4］；二是断层与砂体配置形成复合输导体系，控制了斜坡区油气的富集部位和成藏模式［5⁃7］；三是断层、盖层和砂体三者组合，空间合理匹配关系控制斜坡区油气侧向运移和聚集［8］。然而，以上相关研究缺少综合考虑地层倾向、断层走向和砂体走向3种关键要素的断层-砂体组合类型划分，对不同断层-砂体组合类型的油气富集程度和富集机理的差异也没有明确的认识，制约了研究区的油气勘探进程。

本文在断层和砂体平面、剖面组合类型研究的基础上，进行了系统的油藏解剖，揭示了贝西南地区南屯组断层-砂体组合类型及油气富集机理的差异性，以期对研究区下一步勘探部署提供指导，并为其他地区的断层-砂体组合类型及控藏特征分析提供参考。

1 区域地质概况

贝西南地区位于海拉尔盆地贝尔凹陷西南部，分为4个构造单元，即贝西南次凹、贝西北次凹、贝西斜坡带和呼和诺仁构造带（断鼻构造带，脊部NE向展布，又可分为邻近贝西南次凹的东南翼和邻近贝西斜坡带的西北翼）（图1），面积约560 km2，是目前贝尔凹陷白垩系含油气性较好的一个重点勘探区块。沉积地层主要为白垩系，自下而上包括下白垩统塔木兰沟组（K1tm）、铜钵庙组（K1t）、南屯组（K1n）、大磨拐河组（K1d）、伊敏组（K1y），以及上白垩统青元岗组（K2q）共计6套地层。下白垩统分为上、中、下3套成藏组合［9］，其中，中部成藏组合是研究区主要的油气勘探目的层，南屯组作为生油层和储集层，大磨拐河组泥岩作为盖层，形成正常叠置的生储盖组合类型。南屯组自下而上分为两段，简称南一段和南二段。进入精细化勘探阶段后进一步划分小层，南一段分为7个小层，自下而上为N17—N11；南二段分为2个小层，N22和N21。

构造形态上，贝西南地区为“东断西超”的箕状断陷（图2），研究区整体为斜坡背景，贝西南次凹和贝西北次凹邻近控陷断层，贝西斜坡带位于缓坡带一侧。盆地基底之上地层呈楔形沉积，目的层南屯组地层厚400~800 m，自贝西北次凹向西部嵯岗隆起逐渐上超至尖灭。

南屯组断层主要为NE走向，在斜坡区，断层走向与地层倾向近于垂直。不同构造单元中断层倾向与地层倾向的组合有明显差异。在贝西北次凹和贝西斜坡带主要发育同向断层，即大部分断层倾向与斜坡倾向相同；而贝西南次凹和呼和诺仁构造东南翼主要发育反向断层，大部分断层倾向与斜坡倾向相反（图1、图2）。

图2 海拉尔盆地贝西南地区下白垩统地震剖面（剖面位置见图1）Fig. 2 Seismic section of Lower Cretaceous in Beixinan area of Hailar Basin (see Fig. 1 for section location)

贝西南地区主要有3个物源体系［10］（图1）：一是贝西斜坡带西北侧物源体系，物源方向为0°~10°；二是呼和诺仁构造带西南侧物源体系，物源方向为30°~45°；三是贝西南次凹东南侧物源体系，物源方向为340°~350°。

总体来看，在贝西南地区南屯组，呼和诺仁构造带物源的方向与断层的走向近平行，而贝西斜坡带和贝西南次凹陷的物源方向与断层的走向大角度相交（图1）。

图1 海拉尔盆地贝西南地区构造单元及地层系统Fig. 1 Structural units and stratigraphic system in Beixinan area of Hailar Basin

2 盆地斜坡区断层-砂体的一般组合类型

在张性盆地斜坡区，平面上，当仅考虑断层走向与砂体走向两者之间的匹配关系时，断层与河道砂体形成垂直接触、斜交接触及无接触共3种接触关系；断层与边滩砂体形成双向面接触、双向点接触、单向面接触、单向点接触以及无接触共5种接触关系［11⁃12］。当同时考虑地层倾向、断层走向和砂体走向三者之间的匹配关系时，在平面上可以组合出6种类型［13⁃14］（图3），具体如下（注：∥表示平行，⊥表示垂直）：

图3 斜坡区断层-砂体组合类型[13]Fig. 3 Fault-sandbody assemblage types in slope area[13]

（a）地层倾向∥砂体走向∥断层走向；

（b）地层倾向⊥砂体走向⊥断层走向；

（c）地层倾向⊥砂体走向∥（同向）断层走向；

（d）地层倾向∥砂体走向⊥（同向）断层走向；

（e）地层倾向⊥砂体走向∥（反向）断层走向；

（f）地层倾向∥砂体走向⊥（反向）断层走向。

上面的6种接触关系为理想情况下的分类，一般情况下实际地区大多数砂体与断层的组合介于垂直和平行之间。按二者夹角的大小，0°~45°可以近似按砂体走向平行断层走向模式进行分析，45°~90°可以近似按砂体走向垂直断层走向模式分析［14⁃15］。

3 贝西南地区南屯组断层-砂体组合类型

沉积相对油气藏分布起重要的控制作用，试油产量较高的井多分布于物性较好的河道砂体内［16⁃17］。贝西南地区扇三角洲前缘水下分流河道是最重要的储油砂体，本次断层-砂体组合类型研究中主要考虑水下分流河道砂体与断层的配置关系。

3.1 贝西北次凹—贝西斜坡带

贝西北次凹—贝西斜坡带砂体来源于西北侧物源，水下分流河道砂体走向方位角7°~24°，平均为11°，断层走向方位角12°~110°，平均为68°（图4（a）），以同向断层为主。水下分流河道砂体与断层平均夹角约57°，可近似按断砂垂直模式进行分析，因此，此区域砂体与断层组合关系为d型组合类型（地层倾向∥砂体走向⊥同向断层走向）（图4（b））。

在此近物源斜坡区，水下分流河道较为发育，砂地比50%~80%，砂体侧向连通性非常好，而与砂体走向大角度相交的同向断层规模较小（图4（b）），形成同层砂岩和砂岩对接，一般不能形成有效的侧向封闭。

图4 贝西南地区N16小层断层-砂体平面组合类型Fig. 4 Plane fault-sandbody assemblage types of N16 sublayer in Beixinan area

油气自贝西北次凹沿砂体和断层组合的通道呈“阶梯状”向斜坡高部位运移调整（图5B—B'剖面），在同向断层处很难形成油气聚集，钻井失利比率较高，如目的层为N13小层的贝31井、贝29井和贝37井均因此种原因而失利。

当油气运移受到大型同向断层或反向断层遮挡时才形成油藏，如目的层为N16小层的贝X69井（图4（b））。

3.2 贝西南次凹—呼和诺仁构造带东南翼

贝西南次凹—呼和诺仁构造带东南翼砂体来源于东南侧的物源，水下分流河道砂体走向的方位角分2个方向，分别为5°~21°和145°~174°，平均为9°和160°；断层走向方位角4°~95°，平均为59°（图4（c）），断层主要为近NW倾向的反向断层（图4（b））。水下分流河道砂体与断层平均夹角约50°和101°，可近似按断砂垂直模式进行分析，因此，此区域的砂体与断层的组合关系为f型组合类型（地层倾向∥砂体走向⊥反向断层走向）（图4（b））。

此区域砂地比40%~70%，砂体侧向连通性较好。但与贝西斜坡带不同的是，此处断层主要为反向断层，侧向封闭能力一般较强［18］，在反向断层下盘一侧容易形成油气聚集，如N16小层贝83、贝301井等（图5C—C'剖面）。随着运移距离的增大和反向断层的逐级遮挡，油气富集程度逐渐变差。

图5 贝西南地区南屯组断层-砂体剖面组合类型及油气富集特征（剖面位置见图4（b）、图6（b））Fig. 5 Section fault-sandbody assemblage types and hydrocarbon enrichment characteristics of Nantun Formation in slope area of Beixinan area (see Fig. 4b and Fig. 6b for section location)

3.3 呼和诺仁构造带脊部

呼和诺仁构造带砂体来源于西南侧物源体系，物性较好的水下分流河道砂体多局限于呼和诺仁构造带脊部，砂体走向方位角为43°~77°，平均为63°；断层走向方位角为13°~168°，平均为60°（图6（a）），断层主要为近NW倾向的反向断层（图6（b））。水下分流河道砂体与断层平均夹角约为3°，近于平行。

因此，此区域砂体与断层的组合关系为e型组合类型（地层倾向⊥砂体走向∥反向断层走向）（图6（b））。

图6 贝西南地区N14小层断层-砂体平面组合类型Fig. 6 Plane fault-sandbody assemblage types of N14 sublayer in Beixinan area

呼和诺仁构造带脊部具有两方面油气运聚成藏的优势条件：（1）位于构造脊上，属于低势区，是贝西北次凹、贝西南次凹的油气侧向运移的有利指向；（2）断层、砂体和构造脊三者近平行，砂体和构造脊组成高效“输导脊”，而断层在侧向上起到遮挡约束，使油气运移路线更为集中，共同组成一条优势运移通道。

在反向断层下盘“断棱”处，在错动过程中往往形成“牵引褶皱”而形成断鼻圈闭（图5D—D'剖面），形成工业油藏，如贝301、贝302等。基于以上得天独厚的条件，形成了目前的呼和诺仁油田。

4 贝西南地区断层-砂体组合类型的油气富集差异机理

4.1 不同断层-砂体组合类型的油气富集差异性

选取贝西南地区南屯组N16、N14、N13和N21共4个小层受断层-砂体组合控制的45口井（32口成功井和13口失利井）进行统计（表1），结果表明，研究区普遍发育d型、e型和f型，零星发育a型和c型，不发育b型，因此，贝西南地区南屯组主要的断层-砂体组合类型主要有d型、e型和f型3种。由成功井和失利井的个数可进一步揭示3种断层-砂体组合类型油气富集程度的差异性，由表1可以看出，f型4个小层全为成功井，共计16口，占成功井总数（32口）的50%，油气最富集；其次是e型，共计13口成功井和1口失利井，成功井占总数（32口）的41%，油气较为富集；d型多为失利井，共计11口失利井和2口成功井，失利井占总数（13口）的85%。

表1 贝西南地区南屯组断层-砂体组合类型与油藏的关系Table 1 Relationship between fault-sandbody assemblage types and reservoirs of Nantun Formation in Beixinan area

4.2 不同断层-砂体组合类型的油气富集机理

由以上分析可知，e型和f型反向断层与砂体的组合富油程度明显好于d型同向断层与砂体的组合，究其机理，是由断裂带内部结构的不对称性造成的（图7）。断裂带具有二分结构，由断层核和两侧的上、下盘的破裂带组成，对正断层而言，上盘为主动盘，破裂带裂缝较为发育，明显优于下盘，相比之下可认为下盘几乎不发育破裂带裂缝［18］。基于断裂带内部结构的不对称性阐述同向断层和反向断层与砂体组合在油气侧向运移和聚集中差异较大的机理。

4.2.1 同向断层-砂体组合类型

当油气沿砂体侧向运移至上倾遮挡的同向断层时，首先遇到断层上盘破裂带，油气可沿其裂缝网络垂向向上输导，由于断层核物质非均质性较强，在断层角砾之间通常存在“薄弱点”［19］，油气容易发生渗漏，穿越断层核进入下盘砂岩输导层，并继续向构造高部位运移（图7（a））。当盆地斜坡区由多条小型同向断层遮挡时，可形成“阶梯状”断层-砂体输导模式，更有利于垂向调整油气。只有当砂泥对接或大型同向断层非同层砂岩对接时才能侧向封闭而在上盘一侧富集成藏。

4.2.2 反向断层-砂体组合类型

当油气沿砂体侧向运移至上倾遮挡的反向断层时，首先遇到断层核致密物质，极容易形成侧向遮挡而使部分甚至全部油气在下盘一侧发生聚集，油气穿越并进入上盘破裂带内的概率较小。因此，反向断层遮挡情况下一般不利于油气向斜坡高部位继续运移，以短距离侧向运移为主，油气在下盘一侧聚集成藏（图7（b））。

图7 断层带内部结构的不对称性及断砂组合控藏机理（据参考文献[18]修改）Fig. 7 Asymmetry of internal structure of fault zone and reservoir control mechanism of fault-sandbody assemblage(modified from reference[18])

4.3 断层-砂体组合类型控制油气运聚的规律

通过贝西南地区斜坡区南屯组断层-砂体组合类型确定、油气富集差异性分析和不同断层-砂体组合类型的油气富集机理探讨，可初步总结出以贝西南地区南屯组d型、e型和f型3种断层-砂体组合类型控制油气运聚的规律。

d型组合类型（地层倾向∥砂体走向⊥同向断层走向）：最有利于油气沿斜坡呈“阶梯状”向高部位调整，断层附近失利井比例较高。当砂泥对接或大型同向断层非同层砂岩对接时才能侧向封闭而在上盘一侧富集成藏。

e型组合类型（地层倾向⊥砂体走向∥反向断层走向）：一般为近源侧向遮挡，油气运移距离较短。当进一步考虑沿断层走向的位移梯度变化时，一般在下盘位移高值区形成背斜，成为有利的油气富集部位。在个别情况下，如果此种断砂组合发育于背斜构造脊部，则会形成既有利于油气运移又有利于聚集，成藏条件得天独厚的区带。

f型组合类型（地层倾向∥砂体走向⊥反向断层走向）：最有利于侧向遮挡油气而不利于油气向斜坡高部位调整，容易在下盘一侧聚集成藏，形成断背斜、断块和断层-岩性油气藏。此种类型是目前盆地斜坡区油气最富集的类型，油气富集程度与断层侧向封闭能力有关。

值得注意的是，盆地斜坡区断层-砂体组合类型一般有6种，而贝西南地区南屯组主要发育d型、e型和f型3种，因此，本次研究仅是对此3种断层-砂体组合类型的油气富集差异性进行了探讨。

5 结 论

（1）同时考虑地层倾向、断层走向和砂体走向三者之间的匹配关系时，贝西南地区南屯组断层-砂体组合类型主要有3种，分别是贝西北次凹—贝西斜坡带的d型（地层倾向∥砂体走向⊥同向断层走向）、贝西南次凹—呼和诺仁构造带东南翼的f型（地层倾向∥砂体走向⊥反向断层走向）和呼和诺仁构造带脊部的e型（地层倾向⊥砂体走向∥反向断层走向）。

（2）不同断层-砂体组合类型的油气富集程度和机理有所差异，其中，f型和e型是富油类型，f型优于e型，d型多出现失利井。其油气富集机理的差异是由断裂带内部结构的不对称性造成的，正断层上盘破裂带裂缝明显优于下盘，侧向运移的油气在同向断层-砂体组合类型处先遇到断层上盘裂缝带，可沿其向斜坡高部位调整；在反向断层-砂体组合类型处油气受断层核致密物质遮挡，视断层侧向封闭能力强弱在下盘一侧部分聚集后短距离调整或直接终止运移。

（3）贝西南地区南屯组d型、e型和f型共3种断层-砂体组合类型控制油气富集的规律：d型最有利于油气沿斜坡呈“阶梯状”向高部位调整，断层附近失利井比例较高；e型一般为近源侧向遮挡，油气运移距离较短，在下盘一侧遮挡成藏，沿断层走向形成富集条带；f型最有利于侧向遮挡而不利于油气向斜坡高部位调整，容易在下盘一侧聚集成藏，形成断背斜、断块和断层-岩性油气藏。