源外斜坡區斷裂密集帶對油氣成藏的控制作用：以松遼盆地肇源南扶余油層為例

肖佃師，盧雙舫，陳海峰，王嬋娟

（東北石油大學 地球科學學院，黑龍江 大慶，163318）

斷裂是沉積盆地中最常見的構造變形樣式，控制著盆地蓋層的沉積、變形、成烴及成藏過程。松遼盆地幾十年油氣勘探證實，油氣分布主要受斷裂的控制，通常這些斷裂并非孤立存在，而是按一定成因密集成帶展布。許多學者稱之為斷裂密集帶[1?3]，并從不同角度研究斷裂密集帶對油氣成藏的控制作用。斷裂密集帶在油源區內外油氣成藏中所起作用不同[2]，油源區內斷裂密集帶起垂向導通，垂向上不同層系油氣區沿斷裂帶呈“層樓狀”分布[4]；油源區外斷裂密集帶起“橫向遮擋、側向輸導”[3]，油氣得以長距離側向運移、并沿斷裂密集帶聚集分布[2]。源外斷裂密集帶輸導、聚集油氣受諸多因素制約：斷裂活動性質、密集帶走向、密集帶與砂體空間組合關系等，正確分析上述因素在斷裂密集帶輸導及聚集油氣過程中的控制作用是解決油源區外斷裂密集帶上油水分布復雜、油氣聚集規律認識不清等問題的關鍵。為此，本文作者選取構造簡單、油源單一、砂體發育和勘探程度較高的肇源南地區扶余油層為例，從斷裂發育特征、及斷裂密集帶與河道砂體空間組合關系的角度出發，差異性分析東西斷裂密集帶上油氣輸導、聚集過程，研究源外斜坡區斷裂密集帶對油氣成藏的控制作用。

1 區域地質背景

肇源南地區位于黑龍江省東南部肇源縣境內，東為朝陽溝油田，南為吉林新民油田。構造上該區處于朝陽溝階地向三肇凹陷過渡的斜坡上，總體上呈現東南高，西北低的單斜形態，在此寬緩單斜背景之上發育薄荷臺鼻狀及裕民鼻狀2個三級正向構造（如圖1所示）。該區自下而上沉積上侏羅統的火石嶺組、下白堊統的沙河子組、營城組、登婁庫組、泉頭組和上白堊統的青山口組、姚家組、嫩江組及第四系地層（如圖1所示），缺失四方臺組、明水組、依安組、大安組和泰康組地層，主要產油目的層為泉頭組三段上部和四段的扶余油層。該地區作為大慶油田增儲上產的重要接替區塊，目前已有多口井獲得工業油流，90%工業油流井分布在斷裂密集帶上（如圖2（a）所示），充分說明斷裂密集帶與油氣運聚關系密切。油源對比顯示，研究區扶余油層的油主要來自于三肇凹陷青山口組一段烴源巖，屬于典型油源區外斜坡區成藏模式[5]。

2 斷裂發育特征

2.1 斷裂分布特征

通過精細地震資料解釋重新厘定該區斷裂在剖面及平面上的分布。研究認為，該區斷層走向具繼承性，以近南北向為主，其次為北北西和北北東向。斷層多斷穿泉頭組、青山口組和姚家組地層，尤其以T2斷裂（斷穿扶余油層頂面）最為發育，而深部和淺部斷層較少。該區共發育T2斷裂346條，平均斷裂密度為0.63條/km2，平面上斷裂密度分布不均，整體呈8個密集帶分布（如圖2（a）所示）。根據斷裂密集帶平剖面特征，以M8-L48-M73-C93井連線為界，這些斷裂密集帶可分為東、西2部分。東部發育2條斷裂密集帶（編號為①和②），展布方向均為北北東向，帶內斷層呈右階雁行式排列，彼此平行不相連；西部發育6條斷裂密集帶（編號為③?⑧），由南向北密集帶展布方向由北東向向南北向、北西向轉變，密集帶內小規模斷層常夾持在南北向邊界斷層之間組成“辮狀”組合。由圖 3所示，T2斷裂密集帶剖面上呈“似花狀”組合，多發育在基底斷裂的上方，密集帶優勢走向與基底斷裂走向一致，說明T2斷裂密集帶的形成主要受基底斷裂的控制。

圖1 松遼盆地肇源南地區構造位置及地層序列Fig.1 Regional structural location and formation catalog of Zhaoyuannan region in Songliao Basin

圖2 肇源南地區扶余油層斷裂平面分布、油氣運移模式及運移路徑Fig.2 Fault distribution in Fuyu oil layer,migration models and pathways of hydrocarbon in Zhaoyuannan region

2.2 斷裂發育期次

松遼盆地構造演化經歷早期斷陷伸展、中期坳陷沉降和晚期抬升萎縮 3個階段[6]，沉積蓋層具有“下斷中坳上隆頂平”的四元結構[7]。構造發育史及斷層生長指數揭示該區構造活動主要有6期：早白堊世早期、青山口組早期、姚家組?嫩江組一二段、嫩江組末期、明水組末期及古近系末期。前3期表現為拉張作用，控制斷陷期斷裂、T2斷層系及T11?T1斷層系的形成。后3期表現為壓扭作用，控制著西南部北東向逆斷層（如圖2（a）所示）的形成，而且使該區發生不同程度的反轉（強度具“東強西弱，南強北弱”特點）。根據斷裂活動時期該區斷層可分為早期、中期、晚期和長期斷層4類，其中長期斷裂又細分為中晚期活動的早期斷層和長期同生斷層，如圖3所示。

形成于斷陷初期或侏羅紀沉積末期的早期斷層，一般斷開T5，T4層，斷層數目少，規模大，其中基底控陷斷裂對扶余油層沉積時期古地形有控制作用。形成于青山口組早期的中期斷層，一般斷穿泉頭組三、四段及青山口組下部地層，少數向下斷開T3層，斷層數量最多，與扶余油層中油氣運聚關系密切。形成于嫩江組沉積末期及其后的晚期斷層，斷開 T11層及其以上層位，多數斷層下部消失在青山口組，斷層數目少。長期斷層是斷陷期形成坳陷期繼續活動的斷層，一般斷穿T5?T11或T3?T11層，根據斷層活動性質，可分為中晚期活動的早期斷層和長期同生斷層2類。前者指早期斷層在斷陷期形成后，停止活動，處于休眠狀態，中晚期（青山口組早期、嫩江組末期）強烈構造運動將早期斷層激活，重新活動；后者為長期繼承性發育斷層，具有持續活動特點。兩者明顯區別為：前者斷層斷距上部和下部大、中部小，上、下盤坳陷層地層厚度變化不大；而后者斷層斷距由深到淺逐漸變小，下降盤地層厚度明顯大于上升盤地層厚度。長期同生斷層由于其長期活動性，對扶余油層地層沉積具有重要控制作用。

扶余油層斷層主要由中期及長期斷層組成，T2斷裂密集帶的邊界斷層一般為長期斷層，密集帶內部由中期斷層組成，見圖 3。斷裂在油氣二次運移中能否起輸導通道作用，關鍵取決于在油氣大規模排烴期斷裂是否活動，若斷裂活動時期與油氣大規模排烴期兩者一致，則斷裂主要起輸導作用[8?10]。結合區域生排烴史研究[11]，在明水組沉積末期及其后（對應三肇凹陷青一段源巖大規模生排烴期）活動的斷層對扶余油層油氣運移起輸導作用。受明水組末期強烈擠壓作用，該區東部薄荷臺鼻狀構造形成[12]，在地層抬升隆起過程中，由于應力釋放松弛，差異應力變大產生剪切破裂，東部北北東向斷裂密集帶上的斷裂復活開啟，同時產生大量構造裂縫[13]，這些復活開啟性斷層及構造裂縫為扶余油層油側向運移提供輸導通道。而該區西部反轉程度相對較弱，僅斷裂密集帶邊界斷層選擇性復活開啟[1]，其他斷層多處于封閉狀態。

3 斷裂對沉積的控制作用及斷裂密集帶與河道砂體組合關系

泉頭組沉積時期，隨著盆地由斷陷向坳陷轉化，大慶長垣以東地區基本上已形成以徐家圍子—肇州為中心的統一湖盆[14]，肇源南地區古地形呈現東南高，西北低的緩坡背景。受南部懷德水系的控制，該區扶余油層主要發育河控淺水三角洲沉積體系，微相類型以三角洲平原分流河道為主，其他微相不發育。小層沉積微相揭示分流河道砂體呈西南?東北向條帶狀展布，砂體展布方向除受古地形控制外，還要受基底斷裂及長期同生斷裂的控制。

3.1 基底斷裂控制扶余油層砂體展布

圖3 肇源南地區斷裂密集帶剖面特征及斷層形成期次（AA′位置見圖2）Fig.3 Profile characteristic of fault condensed belts and formation stages of faults in Zhaoyuannan region

由文獻[15]可知，基底斷裂在沉積蓋層發育期間具“隱性”活動特點。由于基底斷裂上方為應力相對薄弱區，基底斷裂的小幅度活動就可使地表產生破碎帶，若有水系注入時，河道的沖刷下切極易取其走向，因此，基底斷裂的分布區成為河道砂的主要發育部位。肇源南地區扶余油層砂巖厚度與基底斷裂分布圖見圖4。從圖4可見：扶余油層砂體發育區與基底斷裂的分布基本吻合，如近南北向展布的徐西基底斷裂就是該區扶余油層砂體最發育部位，砂巖厚度分布在 40～80 m，而徐西斷裂兩側扶余油層砂巖厚度減薄，厚度多小于40 m。這充分說明基底斷裂控制著扶余油層砂體的展布。

圖4 肇源南地區扶余油層砂巖厚度與基底斷裂分布關系Fig.4 Relation between basement faults and sand bodies in Fuyu oil layer in Zhaoyuannan region

3.2 規模較大的長期同生斷裂控制扶余油層河道走向

長期同生斷層在斷陷期地層沉積中起到重要控制作用，它們控制著地層充填樣式及沉積體系的空間展布，而對坳陷期地層（如該區扶余油層）的控制作用相對較弱，這是因為坳陷期長期同生斷層的斷距小，延伸距離短，對沉積水系的控制作用不明顯。但由于長期同生斷層的存在，扶余油層沉積時期該區平緩斜坡背景上會出現一個“階狀”地形，這使得斷層下降盤一側地層厚度明顯增大，而且當河流流經時，其走向會發生明顯變化。肇源南地區長期同生斷層兩盤扶余油層地層厚度及砂體發育特征見表1。從表1可知：除 F187號斷層外，其他長期同生斷層下降盤一側扶余油層地層厚度均較上升盤明顯增大，但斷層兩盤砂體發育層數及厚度并無明顯規律，僅 F22，F245及F152號斷層下降盤砂體較上升盤明顯發育，這說明長期同生斷層對扶余油層地層厚度控制作用明顯，但對砂體控制作用較弱。通過小層分流河道微相與長期同生斷裂的匹配關系分析（圖5），發現規模較大長期同生斷裂對分流河道走向具較強控制作用，表現為：

（1）河道與長期同生斷層高角度斜交，如：FI6小層中f126號，f187號與f245號斷層；FII1小層中f120號，f48號，f245號與f126號斷層。

（2）河道距斷層一定距離后，沿最大坡降方向（即斷層末端）延伸，如FI3小層中f120號，f92號，f150號，f152號，f226號和f238號斷層；FI6小層中f120號，f110號和f152號斷層；FII1小層中f108號，f238號和f152號斷層。

3.3 斷裂密集帶與河道砂體空間組合關系

綜上所述，基底斷裂及長期同生斷裂共同控制著扶余油層砂體展布及河道走向，但兩者所起作用不同，基底斷裂宏觀控制著扶余油層砂體的展布，而長期同生斷裂視其規模局部影響著河道走向。在基底斷裂及長期同生斷層共同控制下，T2斷裂密集帶與扶余油層河道砂體間表現出多種組合關系：兩者低角度相交、高角度相交、河道砂體在邊界斷層上升盤一側沿密集帶走向長距離延伸。當T2斷裂密集帶上長期同生斷裂不發育（數量少、規模小）時，受基底斷裂的控制，斷裂密集帶與河道砂體發育區高度吻合，即兩者走向基本一致，表現為第一類組合關系，如東部①和②號密集帶及西部③號密集帶，見圖5；當T2斷裂密集帶上長期同生斷裂相對發育（數量多、規模大）時，受長期同生斷裂影響，斷裂密集帶與河道砂體表現為后兩類組合關系，如西部④號密集帶，FI6小層中河道砂體與其表現為第二類組合關系，FI3和FII1小層中河道砂體與其表現為第三類組合關系（圖5）。

由圖5可見：長期同生斷裂主要分布在肇源南地區西部，尤其集中于④、⑤號斷裂密集帶上，而東部長期同生斷裂不發育，因此，東部斷裂密集帶與河道砂體間多表現為第一類組合關系，西部斷裂密集帶與河道砂體間多表現為第二、第三類組合關系。這種組合關系的差異，必然會影響斷裂密集帶上油輸導方式及聚集部位。

表1 肇源南地區長期同生斷層兩盤扶余油層地層厚度及砂體發育特征Table 1 Characteristics of thickness and sand bodies in Fuyu oil layer of two walls of long-term growth faults in Zhaoyuannan region

圖5 肇源南地區扶余油層典型小層分流河道微相與長期同生斷裂、斷裂密集帶匹配關系Fig.5 Relation between long-term growth faults,fault condensed belts and distributary channel microfacies of typical units in Fuyu oil layer in Zhaoyuannan region

4 斷裂密集帶對成藏的控制作用

從肇源南地區扶余油層與三肇凹陷青一段源巖之間的空間位置關系（圖 1）及前人對三肇凹陷青一段源巖生成油氣“倒灌”運移的研究結果[9,13?14,16]，可以得到肇源南地區扶余油層油成藏模式為三肇凹陷青一段源巖生成的油氣首先沿T2源斷裂向下“倒灌”運移至扶楊油層，再在浮力的作用下沿斷裂配合砂體形成的輸導通道側向運移進入扶余油層，最后在肇源南地區的斷塊及斷層巖性圈閉中聚集成藏。由肇源南地區扶余油層原油物性隨深度的變化規律（圖6）可知：東西斷裂密集帶上的原油密度及粘度由構造低部位向高部位均呈現減少趨勢，這也證實肇源南地區扶余油層原油經過長距離側向運移。肇源南地區已知油藏與斷裂密集帶位置間分布關系，見圖7。從圖7可見：斷裂密集帶對肇源南地區扶余油層的油運移及聚集過程具有十分重要的作用。

4.1 扶余油層油主要沿T2斷裂密集帶進行側向運移，東西斷裂密集帶上油氣輸導方式存在差異

由于肇源南地區扶余油層河道砂體呈西南—北東向展布，且處于東南向西北下傾的單斜背景上，油沿河道砂體向構造高部位側向運移的浮力較小，同時北部河道砂體規模變小、連續性變差，這也使得扶余油層中的油單靠河道砂體難以進行長距離側向運移。該區南北向、北北東向展布的T2斷裂密集帶向北延伸至三肇凹陷成熟源巖區，在河道砂體的有機匹配下，三肇凹陷扶楊油層中油可以沿 T2斷裂密集帶向肇源南地區扶余油層中側向運移。由于東西斷裂密集帶內斷層活動性質及密集帶與河道砂體組合關系的差異，使得東西斷裂密集帶上具有不同的油氣輸導方式。

圖6 肇源南地區斷裂密集帶上扶余油層原油物性隨深度變化規律Fig.6 Physical property characteristics of oil varying with depth in Fuyu oil layer of fault condensed belts in Zhaoyuannan region

圖7 肇源南地區扶余油層斷裂密集帶位置與鉆井試油結論統計關系Fig.7 Relation between fault condensed belts position and oil testing conclusion in Fuyu oil layer in Zhaoyuannan region

4.1.1 東部斷裂密集帶油氣輸導特征

斷裂活動期次研究表明，在源巖大規模生排烴期（明水組沉積末期及其以后）東部斷裂密集帶上的北北西向斷層復活開啟，表現為輸導斷層性質。雖然這類斷層呈雁行式排列，彼此平行不相連，但在北東向河道砂體有機溝通下，形成“輸導斷層?巖性”接力式輸導體系（圖 2（b））。從斷裂密集帶與河道砂體組合關系來看（圖5），東部斷裂密集帶與河道砂體間呈低角度相交，即兩者展布方向基本一致，這也使得三肇凹陷扶楊油層中的油能夠沿東部①和②號斷裂密集帶向東部薄荷臺鼻狀構造高部位長距離側向運移（圖2（a））。

4.1.2 西部斷裂密集帶油氣輸導特征

明水組沉積末期及其以后，西部斷裂密集帶上僅邊界斷層選擇性復活開啟，而其他斷層多處于封閉狀態。西部斷裂密集帶與河道砂體間多表現為兩類組合關系：一為兩者高角度相交，雖然邊界斷層與河道砂體匹配可形成油氣輸導通道，但油難以沿此通道進行長距離側向運移；二為河道砂在邊界斷層上升盤一側沿密集帶走向延伸，由于受到上覆及斷層下降盤一側青一段泥巖的遮擋，在邊界斷層上升盤易形成高效的“邊界斷層?巖性”輸導脊[17]（圖2（c）），油氣主要沿斷裂密集帶（④和⑤號密集帶）兩側“邊界斷層?巖性”輸導脊向西部裕民鼻狀構造高部位長距離側向運移（圖2（a））。

4.2 T2斷裂密集帶為扶余油層油聚集的主要部位，東西斷裂帶上油氣富集部位存在差異

油藏精細解剖表明，肇源南地區扶余油層的局部構造主要為T2斷裂密集帶內不同成因斷裂相互平行、交叉、切割形成的斷塊（地壘、地塹、反向斷階）及斷裂與河道砂體斜交形成的斷層?巖性圈閉。在三肇凹陷扶楊油層中油沿 T2斷裂密集帶向肇源南地區扶余油層側向運移過程中，這些沿T2斷裂密集帶分布的圈閉會優先俘獲油而成藏，使得T2斷裂密集帶成為肇源南地區扶余油層油聚集的主要場所。由于東西斷裂密集帶上油氣輸導方式存在差異，油在密集帶上的聚集部位也存在明顯不同。

東部斷裂密集帶上油輸導通過輸導斷層與河道砂體的接力式運移而實現，由于輸導斷層數量多、分布廣泛、與河道砂體有機匹配，東部斷裂密集帶內及兩側的圈閉均極易被有效輸導通道溝通，這使得斷裂密集帶兩側的斷層?巖性圈閉、及密集帶內斷塊均有油氣聚集，目前在這些部位上鉆遇工業油流、低產油流井的成功率較高（圖7）；西部斷裂密集帶上油氣輸導主要通過“邊界斷層?巖性”輸導脊而實現，受反轉作用影響斷裂密集帶內呈現“凹中隆”形態（圖8），油沿輸導脊運移過程中會向斷裂密集帶內部充注，受密集帶內多條反向斷層（與地層傾向相反的斷層）的遮擋，使得斷裂密集帶上含油性由兩側向內部逐漸變差（圖8），因此，西部斷裂密集帶兩側邊界斷層上升盤形成的斷層巖性圈閉、邊界斷層與次級斷層組成的斷階、地壘等斷塊上鉆井成功率高（圖7），而斷裂密集帶內次級斷層組成的斷塊鉆井多為干井、見顯示井（圖7）。

圖8 西部斷裂密集帶扶余油層油運聚成藏分析剖面圖（BB′位置見圖2）Fig.8 Profile map showing hydrocarbon migration and accumulation of Fuyu oil layer in western fault condensed belts

5 結論

（1）肇源南地區扶余油層斷裂密度最大，受基底斷裂控制剖面上形成“似花狀”壘塹組合，平面上密集成帶分布。在基底斷裂及長期同生斷裂兩者共同控制下T2斷裂密集帶與扶余油層河道砂體間呈現3類組合關系：兩者低角度相交、高角度相交、河道砂體在邊界斷層上升盤一側沿密集帶走向長距離延伸。東部斷裂密集帶與扶余油層河道砂體多表現為第一類組合關系，西部斷裂密集帶與河道砂體多表現為第二、三類組合關系。

（2）三肇凹陷扶楊油層中油主要沿T2斷裂密集帶向肇源南地區扶余油層進行長距離側向運移。斷裂密集帶與河道砂體組合關系決定油輸導方式：東部斷裂密集帶上輸導斷層與河道砂體有機匹配形成“輸導斷層?巖性”接力式輸導體系；西部斷裂密集帶邊界斷層上升盤一側形成“邊界斷層?巖性”輸導脊。

（3）肇源南地區扶余油層中油主要聚集在T2斷裂密集帶上。東部斷裂密集帶兩側的斷層?巖性圈閉及密集帶內斷塊均有油氣聚集；西部斷裂密集帶兩側邊界斷層上升盤形成的斷層巖性圈閉、邊界斷層與次級斷層組成的斷階、地壘等斷塊內油氣較為聚集，而斷裂帶內次級斷層組成的斷塊含油性較差。

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