何春波，張亞雄，于英華，袁紅旗

（1. 東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江 大慶 163318；2. 中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 102206）

含油氣盆地油氣勘探實踐表明，斷裂對油氣運移具有重要控制作用。在凹陷區(qū)，斷裂可以將烴源巖生成的油氣直接輸導(dǎo)至淺部地層；在斜坡區(qū)，油氣側(cè)向運移所賦存的砂體被斷裂切割時，斷裂導(dǎo)致砂體輸導(dǎo)油氣運移路徑改變（變徑），使油氣向淺部調(diào)整，變徑不但控制著斜坡區(qū)油氣運聚層位，而且變徑部位還控制著斜坡區(qū)油氣運聚部位。因此，對于斜坡區(qū)淺層油氣勘探工作，準(zhǔn)確地判識斷裂誘發(fā)砂體輸導(dǎo)油氣變徑部位是至關(guān)重要的。

目前，學(xué)者對斷裂誘發(fā)砂體輸導(dǎo)油氣變徑作用及部位進(jìn)行了一定的研究，概括為兩方面認(rèn)識：一是根據(jù)斷-蓋配置關(guān)系，確定斷裂誘發(fā)砂體輸導(dǎo)油氣變徑的條件［1-4］，只有斷裂貫通蓋層情況下，油氣由砂體輸導(dǎo)的側(cè)向運移變?yōu)閿嗔演攲?dǎo)的垂向運移，即斷裂對砂體輸導(dǎo)油氣起變徑作用；二是根據(jù)油氣成藏期，基于斷-蓋配置的古斷接厚度和蓋層內(nèi)斷裂分段生長上下連接所需的最大斷接厚度的比較，研究斷裂對砂體輸導(dǎo)油氣變徑分布區(qū)［5-8］，將斷-蓋配置古斷接厚度小于蓋層內(nèi)斷裂垂向分段生長連接所需最大斷接厚度的部位圈定在一起，即為油氣在沿砂體輸導(dǎo)過程中斷裂起到變徑的部位。但是，前人主要側(cè)重于源內(nèi)油氣沿斷裂運移至淺層有利部位的預(yù)測研究［9-12］，對于源外油氣沿砂體運移過程中，斷裂誘發(fā)砂體輸導(dǎo)油氣變徑部位的研究仍較薄弱。

1 斷裂誘發(fā)砂體輸導(dǎo)油氣變徑作用

在含油氣盆地內(nèi)，斷裂垂向分段生長連接較為普遍。如果位于蓋層上部和下部的斷裂在蓋層內(nèi)相互連接（硬連接），蓋層之下砂體輸導(dǎo)的油氣遇到斷裂后則不再繼續(xù)側(cè)向運移，而是沿著連接的斷裂穿過蓋層垂向運移，斷裂對砂體輸導(dǎo)的油氣起到變徑作用。如果位于蓋層上部和下部的斷裂在蓋層內(nèi)沒有相互連接（軟連接），此時蓋層是封閉的，那么油氣就不能通過蓋層繼續(xù)向上運移，蓋層之下砂體輸導(dǎo)的油氣遇到斷裂后仍然穿過斷裂繼續(xù)側(cè)向運移，斷裂對砂體輸導(dǎo)的油氣不起變徑作用。

2 斷裂誘發(fā)砂體輸導(dǎo)油氣變徑部位預(yù)測方法

斷裂誘發(fā)砂體輸導(dǎo)油氣變徑部位是蓋層滲漏部位、斷裂輸導(dǎo)油氣優(yōu)勢路徑及砂體輸導(dǎo)油氣優(yōu)勢路徑的耦合部位。

2.1 蓋層滲漏部位

斷接厚度是蓋層被斷裂切割后、斷裂兩盤蓋層仍然對接的厚度，是表征受斷裂切割的蓋層封閉能力的重要參數(shù)。利用地震及鉆井資料求取現(xiàn)今蓋層厚度和斷裂錯開蓋層的斷距，通過地層古厚度定量恢復(fù)方法［13］和最大斷距相減法［14］分別恢復(fù)油氣成藏期蓋層古厚度和斷裂錯開蓋層的古斷距，由前者減去后者求取蓋層古斷接厚度（圖1）。由文獻(xiàn)［15］中斷裂在蓋層內(nèi)分段生長上、下連接所需的最大斷接厚度確定方法確定斷裂在蓋層內(nèi)垂向分段生長連接所需的最大斷接厚度。蓋層古斷接厚度小于斷裂在蓋層內(nèi)垂向分段生長連接所需的最大斷接厚度的部位是蓋層滲漏部位（圖1）。

圖1 蓋層滲漏部位厘定示意圖Fig. 1 Schematic diagram for determining hydrocarbon leakage position of cap rocks

2.2 斷裂輸導(dǎo)油氣優(yōu)勢路徑

輸導(dǎo)斷裂是油氣成藏過程中活動、且連接烴源巖與目的層的斷裂，斷裂輸導(dǎo)油氣優(yōu)勢路徑與輸導(dǎo)斷裂的活動速率密切相關(guān)。在地震解釋基礎(chǔ)上，進(jìn)行層位、斷裂時-深轉(zhuǎn)換，讀取現(xiàn)今輸導(dǎo)斷裂的斷距，由文獻(xiàn)［14］中斷裂古斷距復(fù)原方法恢復(fù)油氣成藏過程中輸導(dǎo)斷裂在目的層內(nèi)的古斷距，用古斷距除以斷裂活動時期，最終就可以求得輸導(dǎo)斷裂在目的層內(nèi)不同部位古活動速率，由文獻(xiàn)［15］中的方法確定研究區(qū)斷裂輸導(dǎo)油氣所需的最小活動速率，斷裂古活動速率大于最小古活動速率所對應(yīng)的部位就是斷裂輸導(dǎo)油氣優(yōu)勢路徑（圖2）。

圖2 斷裂輸導(dǎo)油氣優(yōu)勢路徑厘定示意圖Fig. 2 Schematic diagram for determining dominant pathways for hydrocarbon migration along faults

2.3 砂體輸導(dǎo)油氣優(yōu)勢路徑

砂體連通分布區(qū)內(nèi)古構(gòu)造脊的分布范圍是砂體輸導(dǎo)油氣優(yōu)勢路徑，因此，首先確定砂體連通分布區(qū)。應(yīng)利用鉆井資料統(tǒng)計目的層的砂地比值，根據(jù)文獻(xiàn)［16］所述方法確定出目的層砂體連通分布所需的最小砂地比值，在平面圖中，將大于砂體連通分布所需的最小砂地比值連在一起，就能確定出目的層砂體連通分布區(qū)。在此基礎(chǔ)上，再確定砂體所在地層頂面古構(gòu)造脊的分布范圍。利用地震資料讀取現(xiàn)今砂體地層頂面埋深，通過文獻(xiàn)［17］中地層古埋深復(fù)原方法復(fù)原其在形成油氣藏的過程中的古埋深，根據(jù)［公式（1）］求得古油氣勢能值，并制作古油氣勢能等值線，其法線匯聚線便是砂體所在地層頂面古構(gòu)造脊的分布范圍。最后將砂體連通分布區(qū)和砂體所在地層頂面古構(gòu)造脊分布范圍疊合，得到砂體輸導(dǎo)油氣優(yōu)勢路徑（圖3）。

圖3 砂體輸導(dǎo)油氣優(yōu)勢路徑厘定示意圖Fig. 3 Schematic diagram for determining dominant pathways for hydrocarbon migration along sand carrier beds

式中：Φ為古油氣勢能，kJ；Z為古埋深，m；p為流體壓力，MPa（其大小等于ρwZ，ρw為地層水密度，g/cm3）；ρ為油氣密度，g/cm3；g為重力加速度，m/s2。

將上述確定出的蓋層滲漏部位、斷裂輸導(dǎo)油氣優(yōu)勢路徑與砂體輸導(dǎo)油氣優(yōu)勢路徑疊合，取三者重合部位，就能獲得油氣沿砂體運移過程中斷裂誘發(fā)的變徑部位。

3 實例應(yīng)用

本次以渤海灣盆地歧口凹陷趙北斷裂為研究對象，根據(jù)上述方法，預(yù)測其誘發(fā)的沙一下亞段砂體向淺層館陶組輸導(dǎo)油氣變徑部位，將所得結(jié)果與實際研究區(qū)館陶組的油氣分布特征進(jìn)行對比，證明本文所述方法用來研究斷裂誘發(fā)砂體輸導(dǎo)油氣變徑部位是可行的。

趙北斷裂是一條位于歧口凹陷岐南斜坡區(qū)的正斷裂，走向NEE，傾向NNW，傾角22° ～ 77°，長約20.3 km，從基底一直延伸到地表附近，具有長期繼承性發(fā)育特點（圖4）。研究區(qū)地層自下而上發(fā)育古近系、新近系和少量第四系，古近系自下而上發(fā)育孔店組（Ek）、沙河街組（Es）、東營組（Ed）；新近系自下而上發(fā)育館陶組（Ng）和明化鎮(zhèn)組（Nm）。目前研究區(qū)的油氣大量分布在沙河街組，沙一下亞段油氣最為發(fā)育，明化鎮(zhèn)組和館陶組油氣發(fā)育較少。由于研究區(qū)處于歧南次凹沙三段源巖區(qū)的東南部，源巖生成油氣通過油源斷裂運移至沙一下亞段，再被沙一下亞段內(nèi)砂體側(cè)向運移至岐南斜坡區(qū)；側(cè)向運移的油氣在遇到趙北斷裂時，由于趙北斷裂破壞了其沙一中亞段和東二段區(qū)域性泥巖蓋層，沙一下亞段砂體輸導(dǎo)的油氣不再繼續(xù)側(cè)向運移，而是沿趙北斷裂向淺層館陶組垂向運移，目前趙北斷裂處館陶組油氣僅分布在中部（圖4a），這除了與圈閉和砂體發(fā)育有關(guān)外，更主要的是受到了趙北斷裂誘發(fā)的沙一下亞段砂體輸導(dǎo)油氣變徑部位的影響，因此準(zhǔn)確地預(yù)測變徑部位是趙北斷裂附近淺層館陶組油氣勘探的關(guān)鍵。

圖4 趙北斷裂與館陶組油氣分布關(guān)系Fig. 4 Relationships between the Zhaobei fault and the hydrocarbon distribution in the Guantao Formation

利用井-震資料確定出趙北斷裂在東二段和沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)斷距和被趙北斷裂所斷開的東二段和沙一中亞段泥巖蓋層厚度，由文獻(xiàn)［13-14］中斷裂古斷距和地層古厚度復(fù)原方法求得明化鎮(zhèn)組沉積中后期趙北斷裂在沙一中亞段和東二段區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)古斷距和被趙北斷裂錯斷沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層古厚度，通過蓋層古厚度減去古斷距得到研究區(qū)沙一中亞段與東二段泥巖蓋層古斷接厚度［18-19］。因歧口凹陷沙一中亞段和東二段泥巖蓋層封閉油氣所需的最小斷接厚度分別約為139 m 和236 m（圖5），其與趙北斷裂在沙一中亞段和東二段區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)古斷接厚度分別相比較，可以確定趙北斷裂除了西部局部外，沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層皆為滲漏油氣部位；東二段區(qū)域性泥巖蓋層西部為封閉油氣部位，中部和東部皆為滲漏油氣部位（圖6）。

圖5 歧口凹陷沙一中亞段和東二段區(qū)域性泥巖蓋層封閉油氣所需的最小斷接厚度厘定Fig. 5 Determination of the minimum juxtaposition thicknesses of the regional mudstone cap rocks for hydrocarbon sealing in the middle submember of the 1st member of the Shahejie Formation and the 2nd member of the Dongying Formation in the Qikou Sag

圖6 被趙北斷裂破壞的沙一中亞段（a）和東二段（b）區(qū)域性泥巖蓋層滲漏油氣部位厘定Fig. 6 Determination of the hydrocarbon leakage position in the regional mudstone cap rocks destroyed by the Zhaobei fault in the middle submember of the 1st member of the Shahejie Formation and the 2nd member of the Dongying Formation

依據(jù)文獻(xiàn)［20］可知歧口凹陷斷裂輸導(dǎo)油氣所需的最小活動速率約為4 m/Ma（圖7）。利用三維地震資料確定趙北斷裂在沙一下亞段內(nèi)斷距，由文獻(xiàn)［13］中斷裂古斷距復(fù)原方法復(fù)原明化鎮(zhèn)組沉積中后期油氣成藏過程中趙北斷裂在沙一下亞段內(nèi)古斷距，再利用所求得的古斷距除以斷裂具體活動時期，就能獲得趙北斷裂在沙一下亞段內(nèi)古活動速率，趙北斷裂走向上不同部位在沙一下亞段內(nèi)古活動速率均大于4 m/Ma（圖8），表明整個趙北斷裂均為輸導(dǎo)油氣優(yōu)勢路徑。

圖7 歧口凹陷斷裂輸導(dǎo)油氣所需的最小活動速率厘定Fig. 7 Determination of the minimum paleo-activity rate required for hydrocarbon migration along faults in the Qikou Sag

圖8 趙北斷裂輸導(dǎo)油氣優(yōu)勢路徑厘定Fig. 8 Determination of the dominant pathway for hydrocarbon migration along the Zhaobei fault

通過鉆井等資料求出研究區(qū)沙一下亞段的地層砂地比值，然后做出其平面分布圖［21］，基于研究區(qū)所在的歧口凹陷中沙一下亞段砂體連通分布所需的最小地層砂/地比值約為15 %（圖9）［22］，能夠得到研究區(qū)的沙一下亞段砂體連通分布區(qū)有3處，分別是西部、中部和東部（圖10a）。

圖9 歧口凹陷沙一下亞段砂體連通分布所需的最小地層砂/地比厘定Fig.9 Determination of the minimum net-to-gross ratio required for the connected distribution of sand bodies in the lower submember of the 1st member of the Shahejie Formation of the Qikou Sag

圖10 趙北斷裂在沙一下亞段內(nèi)輸導(dǎo)油氣優(yōu)勢路徑厘定Fig. 10 Determination of the dominant pathways for hydrocarbon migration along the sand carrier beds in the lower submember of the 1st member of the Shahejie Formation

通過文獻(xiàn)［17］中地層古埋深復(fù)原方法恢復(fù)明化鎮(zhèn)組沉積中后期油氣成藏過程中沙一下亞段頂面古埋深，再根據(jù)［公式（1）］計算方法，求得沙一下亞段頂面的古油氣勢能值，古油氣勢能等值的線法線匯聚線就是研究區(qū)沙一下亞段頂面古構(gòu)造脊的發(fā)育位置（圖10b），研究區(qū)沙一下亞段頂面古構(gòu)造脊共有4 條，其中在研究區(qū)的東部分布1 條，中部分布1 條，其余2條分布在西部。

將上述已確定出的趙北斷裂附近沙一下亞段砂體連通分布區(qū)和沙一下亞段頂面古構(gòu)造脊分布疊合，就能夠確定出研究區(qū)沙一下亞段內(nèi)的砂體輸導(dǎo)油氣優(yōu)勢路徑（圖10c），研究區(qū)存在2 條砂體輸導(dǎo)油氣優(yōu)勢路徑，分別分布在中部和西部。這2 條砂體輸導(dǎo)油氣優(yōu)勢路徑連接了西北岐南次凹沙三段源巖，向趙北斷裂輸導(dǎo)油氣。位于東部的古構(gòu)造脊未與北部岐口主凹沙三段源巖連接，因此不能向趙北斷裂輸導(dǎo)油氣，是無效的砂體輸導(dǎo)油氣優(yōu)勢路徑。

將上述研究中已確定出的沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層滲漏部位、東二段區(qū)域性泥巖蓋層滲漏部位、趙北斷裂輸導(dǎo)油氣優(yōu)勢路徑及沙一下亞段砂體輸導(dǎo)油氣優(yōu)勢路徑疊合，便能夠確定出趙北斷裂誘發(fā)的沙一下亞段砂體向淺層館陶組輸導(dǎo)油氣變徑部位，變徑部位僅有一處，分布在中部（圖11）。

圖11 趙北斷裂對沙一下亞段砂體輸導(dǎo)油氣向淺層館陶組的變徑作用部位與館陶組油氣分布之間關(guān)系Fig. 11 Relationship between the hydrocarbon distribution in the Guantao Formation and the Zhaobei fault-induced change of pathways for hydrocarbon migration along the sand carrier beds in the lower submember of the 1st member of the Shahejie Formation where hydrocarbons migrate into the shallow Guantao Formation

目前在趙北斷裂附近館陶組已發(fā)現(xiàn)的油氣主要分布在中部，正位于趙北斷裂誘發(fā)的沙一下亞段砂體向淺層館陶組輸導(dǎo)油氣變徑部位及其附近。在該部位，趙北斷裂將沙一下亞段砂體輸導(dǎo)的油氣垂向調(diào)整到淺層館陶組，并在館陶組趙北斷裂中部附近聚集成藏。

4 結(jié)論

1） 建立了一套將蓋層滲漏部位、斷裂輸導(dǎo)油氣優(yōu)勢路徑及砂體輸導(dǎo)油氣優(yōu)勢路徑三者疊合，預(yù)測斷裂誘發(fā)砂體輸導(dǎo)油氣變徑部位的方法。

2） 斷裂誘發(fā)砂體輸導(dǎo)油氣變徑部位越發(fā)育，越有利于淺層油氣聚集；反之則不利于淺層油氣聚集。

3） 趙北斷裂誘發(fā)的沙一下亞段砂體向淺層館陶組輸導(dǎo)油氣變徑部位僅有1 處，且分布在中部，使用該方法預(yù)測的結(jié)果與趙北斷裂附近淺層館陶組已發(fā)現(xiàn)油氣主要分布在中部相吻合，表明該方法用于預(yù)測斷裂誘發(fā)砂體輸導(dǎo)油氣變徑部位是可行的。