斷裂側接輸導油氣運移部位預測方法及其應用

付 廣 韓 剛 李世朝

(東北石油大學，黑龍江大慶 163318)

·地震地質·

斷裂側接輸導油氣運移部位預測方法及其應用

付 廣*韓 剛 李世朝

(東北石油大學，黑龍江大慶 163318)

斷裂轉換帶和斷裂不封閉部位是斷裂側接輸導油氣運移的部位。依據斷裂斷距—距離曲線特征，按照同一條斷裂中間斷距大、兩端斷距變小的規律，可以確定斷裂轉換帶的位置；實際斷裂填充物泥質含量小于封閉油氣所需的最小填充物泥質含量的部位即為斷裂側向不封閉部位；根據油氣勢能等值線法向匯聚的延伸方向確定油氣沿砂體的運移路徑。將油氣沿砂體的側向運移路徑與斷裂轉換帶和斷裂側向不封閉部位疊合，可以確定斷裂側接輸導油氣運移部位是斷裂轉換帶還是斷裂不封閉部位。并將上述方法應用于渤海灣盆地冀中坳陷霸縣凹陷文安斜坡區沙一段、沙二段斷裂側接輸導油氣運移部位的預測。結果表明： 沙一段、沙二段斷裂側接輸導油氣運移部位主要是斷裂轉換帶，其中一部分斷裂轉換帶又是斷裂側向不封閉部位，更有利于斷裂側接輸導油氣運移； 只有幾處斷裂側接輸導油氣運移部位是斷裂側向不封閉部位，有利于油氣穿過斷裂側向運移和聚集，與沙一段、沙二段目前已發現的油氣主要分布在斷裂側接輸導油氣運移部位附近的斷裂處相吻合。

斷裂 側接輸導 運移部位 斷裂轉換帶 斷裂側向不封閉部位 運移路徑

1 引言

油氣勘探實踐表明，不論是隆起區還是斜坡區，沿砂體側向運移的油氣均受斷裂影響。斷裂能否側接輸導油氣運移及側接輸導油氣的運移部位直接影響油氣的分布特征，應是含油氣盆地斷裂發育區油氣成藏與分布研究不可缺少的內容。關于斷裂是否側接輸導油氣運移前人曾做過一定的探討，主要是針對斷裂側向是否封閉進行研究[1-9]，并認為：如果斷裂側向封閉，則斷裂不能側接輸導油氣運移，油氣被斷裂封閉在其一側；如果斷裂側向不封閉，則斷裂可以通過其側向不封閉部位側接輸導油氣運移。文獻[10]～文獻[13]從斷裂分段生長與砂體發育之間的關系出發，對斷裂側接輸導油氣部位進行了探索，認為斷裂轉換帶發育部位砂體發育，斷層兩側砂體分布應是連續的，斷裂可以通過連續分布的砂體側接輸導油氣運移。然而，有關在油氣沿砂體側向運移路徑上斷裂側接輸導油氣運移的部位是斷裂側向不封閉部位還是斷裂轉換帶，以及如何預測斷裂側接輸導油氣運移部位等問題，上述文獻均沒有涉及。因此，開展確定斷裂側接輸導油氣運移部位的方法研究，對于正確認識含油氣盆地斷裂發育區油氣藏分布規律和指導油氣勘探均具有重要意義。

2 斷裂側接輸導油氣運移部位及其影響因素

斷裂之所以能側接輸導油氣運移，是因為砂體在斷裂處未失去輸導油氣的能力，使砂體在斷裂兩盤不失去輸導能力的情況只有兩種。一種情況是砂體呈連續分布，沒有被斷裂錯斷或被斷裂錯斷但仍保持連續分布，這種情況主要出現在兩條分支斷裂生長連接的斷裂轉換帶發育部位。因為在軟連接斷裂轉換帶處砂體呈連續分布，斷裂可以側接輸導油氣運移(圖1a)，即使是在硬連接斷裂轉換帶處，斷裂兩盤砂體分布雖有一定落差，但仍呈連續分布，斷裂仍可以側接輸導油氣運移(圖1b)。 另一種情況

圖1 斷裂側接輸導油氣運移部位示意圖

是雖然砂體被斷裂錯斷呈不連續分布，但斷裂帶側向封閉性差，不能阻止油氣沿砂體通過斷裂側向運移，使斷裂仍可以側接輸導油氣運移(圖1c)。由此看出，斷裂轉換帶和斷裂不封閉部位應是斷裂側接輸導油氣運移的部位。

3 斷裂側接輸導油氣運移部位的預測方法

綜上所述，要確定斷裂側接輸導油氣運移部位，就必須確定油氣沿砂體側向運移路徑、斷裂轉換帶和斷層側向不封閉的部位。

3.1 斷裂轉換帶預測

斷裂轉換帶的預測方法為：首先利用三維地震資料讀取斷裂在不同測線處主要目的層內的垂直斷距；然后做主要目的層的斷裂斷距—距離曲線(圖2)；再依據斷裂斷距—距離曲線特征，按照同一條斷裂中間斷距大、兩端斷距變小的規律，便可以確定斷裂轉換帶的位置，如由圖2可確定兩個斷裂轉換帶。

圖2 利用斷裂斷距—距離曲線確定斷裂轉換帶示意圖

3.2 斷裂側向不封閉部位預測

活動時期斷裂能否阻止油氣側向運移的關鍵取決于斷裂帶填充物的泥質含量的相對大小，斷裂帶填充物泥質含量越高，其孔滲性越差，側向封閉油氣的能力越強，反之亦然。因此要確定斷裂側向不封閉部位，就必須確定斷裂不同部位處填充物的泥質含量，據此便可以預測斷裂側向不封閉部位。具體方法為：①利用三維地震資料確定斷裂不同部位的斷距； ②利用鉆井資料統計被錯斷的地層厚度； ③利用自然伽馬測井資料計算地層泥質含量[14-16]，由

(1)

便可得到斷裂不同部位填充物的泥質含量，式中：Rf為斷裂填充物泥質含量；Hi為斷裂錯斷第i層巖層厚度；Ri為斷裂錯斷第i層泥質含量；L為斷距；n為斷裂錯斷巖層總數； ④統計研究區所有油氣層處斷裂(認為其側向封閉)的泥質含量，取其最小值作為斷裂封閉油氣所需的最小填充物泥質含量(圖3)； ⑤根據所要研究斷裂不同部位填充物的泥質含量，按照斷裂側向封閉油氣所需的最小填充物泥質含量厘定圖(圖3)中確定的斷裂填充物泥質含量，便可以確定斷裂不封閉部位，即實際斷裂填充物泥質含量小于封閉油氣所需的最小填充物泥質含量的部位。

圖3 斷裂側向封油氣所需的最小填充物泥質含量厘定圖

3.3 油氣沿砂體側向運移路徑預測

油氣沿砂體側向運移路徑主要受砂體形態和油氣勢能分布特征的控制，對于大面積分布砂體，油氣沿砂體運移路徑主要受油氣勢能分布特征的控制，由高油氣勢能區向低油氣勢能區運移，具體路徑為油氣勢能等值線法向匯聚延伸方向(圖4a)。可通過

(2)

計算砂體頂面油氣勢能值Φ，做出油氣勢能等值線圖。式中：z為砂體頂面現今埋深；p為油氣所受的地層壓力；ρ為油氣密度；g為重力加速度；ρs為地層密度。

根據油氣勢能等值線法向匯聚的延伸方向確定油氣沿砂體的運移路徑。對于條帶狀砂體，油氣沿砂體的側向運移路徑除了受油氣勢能分布特征控制外，還受形態的制約，為由高油氣勢能區至低油氣勢能區的方向(圖4b)。通過式(2)計算砂體的油氣勢能值，做出油氣勢能等值線圖，結合砂體展布方式可以確定油氣沿砂體的側向運移路徑。將油氣沿砂體的側向運移路徑與斷裂轉換帶和斷裂不封閉部位疊合，可以確定斷裂側接輸導油氣運移部位是斷裂轉換帶還是斷裂不封閉部位。

圖4 油氣沿不同形態砂體運移路徑分布示意圖

4 實例應用

本文以渤海灣盆地冀中坳陷霸縣凹陷文安斜坡區為例，利用文中方法預測沙一段、沙二段斷裂側接輸導油氣部位，并通過分析預測結果與沙一段、沙二段已發現油氣之間的關系，驗證該方法用于預測斷裂側接輸導油氣運移部位的效果。

文安斜坡區位于冀中坳陷霸縣凹陷東側，整體為一個東抬西傾的斜坡，屬于典型的源巖區外斜坡區，油氣以側向運移為主。文安斜坡區從下至上發育的地層有古近系的孔店組、沙河街組、東營組和新近系的館陶組、明化鎮組及第四系。目前已在沙一段、沙二段發現了大量油氣藏，少量油氣藏分布在東營組和明化鎮組。油氣源對比結果[17-22]表明，文安斜坡區目前已發現的油氣主要來自西側霸縣凹陷沙一段源巖。油氣藏解剖結果揭示：文安斜坡區沙二段主要為淺灰、灰綠色砂、泥巖夾油頁巖。沙一段下部主要為灰色泥巖夾油頁巖、頁巖、薄層生物灰巖和白云巖；沙一段上部為灰色、灰綠色砂巖夾少量紫紅色泥巖。霸縣凹陷沙一段源巖生成的油氣主要通過順向斷裂對接進入到沙二段，再向文安斜坡區側向運移，并在文安斜坡區中部通過斷裂上調進入上覆沙一段，又沿沙一段砂體進行側向運移。文安斜坡區油氣在沿沙一段、沙二段砂體側向運移過程中，遇到了大量斷裂，能否準確識別斷裂側接輸導油氣運移部位，是正確認識文安斜坡區沙一段、沙二段油氣藏平面分布規律的關鍵。

文安斜坡區沙一段、沙二段為扇三角洲和辮狀河三角洲沉積，砂體發育。但由于受到井點分布不均的影響，難以確定單砂體的空間連續分布范圍，故只能借助地層砂地比值間接預測砂體空間分布的連續性。由文安斜坡區沙一段、沙二段地層砂地比與油氣分布關系圖(圖5)可見，當沙一段、沙二段地層砂地比值不小于20%時，砂體中均含油，說明砂體連通，可作為油氣運移的通道，使油氣進入并形成聚集。由地層砂地比資料可以得到文安斜坡區沿沙二段、沙一段斷裂側接輸導油氣運移部位與油氣分布關系圖(圖6)。由圖可見，由于沙一段、沙二段砂體大面積分布，油氣沿砂體的側向運移路徑主要受油氣勢能分布特征的控制。具體表現為：沙二段連通砂體主要分布在中部和南部，面積相對較大，油氣沿砂體側向運移路徑相對發育，也分布在中部和南部，油氣側向運移路徑由西至東展布，路徑延伸距離相對較長(圖6a)；沙一段連通砂體則主要分布在東部邊緣，分布面積相對沙二段分布面積小，沿砂體側向運移路徑相對不發育，也分布在東部邊緣，油氣側向運移路徑也是由西向東展布，中部油氣側向運移路徑延伸距離相對較長，南部和北部油氣側向運移路徑延伸距離相對較短(圖6b)。

三維地震資料解釋結果表明，文安斜坡區沙一段、沙二段內發育大量不同規模和類型的斷裂，但并不是所有斷裂均可對沿砂體運移的油氣起到側接作用，只有在油氣成藏期(明化鎮組沉積晚期)[23，24]活動的斷裂，才是沙一段、沙二段油氣沿砂體運移油氣的側接斷裂。圖7為文安斜坡區典型剖面斷裂類型劃分圖。由圖可見，文安斜坡區沙一段、沙二段只有晚期張扭、中期張扭—晚期張扭和早期伸展—中期張扭—晚期張扭等3類斷裂才能在油氣成藏期活動，是沙一段、沙二段油氣沿砂體運移油氣側接斷裂。由文安斜坡區沿沙二段、沙一段斷裂側接輸導油氣運移部位與油氣分布關系圖(圖6)可見：沙二段連通砂體內側接斷裂相對發育，主要分布在中部和南部，側接斷裂主要呈北東東向展布，少量呈北北東向展布(圖6a)；沙一段連通砂體內側接斷裂相對不發育，主要分布在東部邊緣，中部呈北東東向展布，南部和北部呈北北東向展布(圖6b)。

通過三維地震資料讀取文安斜坡區沙一段、沙二段不同測線處側接斷裂垂直斷距數據，得到文安斜坡區文65井南斷裂斷距—位移曲線圖(圖8)，按照上述確定斷裂轉換帶的方法，對沙一段、沙二段連通砂體內側接斷裂的轉換帶進行了識別(圖6)。可見：文安斜坡區沙二段連通砂體內側接斷裂轉換帶相對發育，中部側接斷裂轉換帶個數明顯多于南部，不同側接斷裂發育的轉換帶個數為1～9個(圖6a)；沙一段連通砂體內側接斷裂轉換帶相對不發育，主要分布在中部、北部和南部邊緣，中部側接斷裂轉換帶個數略多于南部，而南部側接斷裂轉換帶個數又多于北部(圖6b)。

圖5 文安斜坡區沙一段、沙二段地層砂地比與油氣分布關系

圖6 文安斜坡區沿沙二段(a) 、沙一段(b)斷裂側接輸導油氣運移部位與油氣分布關系

圖7 文安斜坡區典型剖面斷裂類型劃分圖

圖8 文安斜坡區文65井南斷裂斷距—位移曲線

圖9 文安斜坡區沙一段(a)、沙二段(b)斷層側向封閉所需填充物泥質含量下限厘定圖

利用三維地震資料和鉆井資料確定文安斜坡地區已知井點處沙一段、沙二段連通砂體內側接斷裂的斷距及其錯斷地層厚度，利用自然伽馬測井資料由式(1)計算側接斷裂不同部位填充物的泥質含量[14-16]，并取油層處側接斷裂填充物泥質含量的最小值(30%，圖9)作為側接斷裂封閉油氣所需填充物泥質含量下限值，再利用三維地震資料和鉆井資料統計文安斜坡區沙一段、沙二段連通砂體內所有側接斷裂的斷距及被錯斷地層厚度和泥質含量，由式(1)得到斷裂充填物泥質含量，按照沙一段、沙二段斷層側向封閉所需填充物泥質含量下限厘定圖(圖9)確定的填充物泥質含量下限值便可確定連通砂體內側接斷裂側向封閉與不封閉部位(圖6)。由文安斜坡區沿沙二段、沙一段斷裂側接輸導油氣運移部位與油氣分布關系(圖6)可見：沙二段連通砂體內側接斷裂側向封閉部位主要分布在中部，南部和北部，僅少量側接斷裂發育于封閉部位，而大部分側接斷裂發育于不封閉部位(圖6a)；沙一段連通砂體內側接斷裂側向封閉部位也主要發育于東部的中央部位，東部的北端和南端側接斷裂側向封閉部位不發育，斷裂側向不封閉部位主要分布東部、北部和南部地區，中部發育相對較少(圖6b)。

將得到的文安斜坡區沙一段、沙二段油氣沿砂體側向運移路徑、連通砂體內側接斷裂側向不封閉部位和轉換帶疊合，便可以確定斷裂側接輸導油氣運移部位(圖6)。可見：文安斜坡區沙二段斷裂側接輸導油氣運移部位主要是斷裂轉換帶，其中有一部分斷裂轉換帶又是斷裂側向不封閉部位，更有利于斷裂側接輸導油氣運移。僅有3處斷裂側接輸導油氣運移部位是斷裂側向封閉部位，其中在文安斜坡區南部有2處、北部有1處(圖6a)。沙一段斷裂側接輸導油氣部位也主要是斷裂轉換帶，其中也有一部分斷裂轉換帶也是斷裂側向不封閉部位，更有利于斷裂側接輸導油氣運移。也僅有3處斷裂側接輸導油氣運移部位是斷裂側向不封閉部位，分別分布在文安斜坡區東部的北端、中部和南部(圖6b)。綜上所述，文安斜坡區沙一段、沙二段目前已發現的油氣均分布在斷裂側接輸導油氣部位附近的斷裂處，這是因為沙一段、沙二段油氣是通過斷裂轉換帶或斷裂側向不封閉部位由西至東側向運移，使油氣在不同斷裂處的斷層圈閉中聚集成藏形成的。

5 結束語

斷裂側接輸導油氣運移部位主要是斷裂轉換帶或斷裂側向不封閉部位。通過確定油氣沿砂體側向運移路徑、斷裂轉換帶和側向不封閉部位，并將三者疊合建立了一套斷裂側接輸導油氣運移部位的預測方法，并將其應用于冀中坳陷霸縣凹陷文安斜坡區沙一段、沙二段斷裂側接輸導油氣運移部位預測，結果表明：文安斜坡區沙一段、沙二段斷裂側接輸導油氣運移部位主要是斷裂轉換帶，其中一部分斷裂轉換帶又是斷裂側向不封閉部位，更有利于斷裂側接輸導油氣運移。只有幾處斷裂側接輸導油氣運移部位是斷裂側向不封閉部位，有利于油氣穿過斷裂側向運移和聚集。上述認識與文安斜坡區沙一段、沙二段已發現油氣藏分布在斷裂側接輸導油氣運移部位附近的斷裂處相吻合，表明文中方法用于預測斷裂側接輸導油氣運移部位是可行的。

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*黑龍江省大慶市東北石油大學地球科學學院，163318。Email:fuguang2008@126.com

本文于2016年10月20日收到，最終修改稿于2017年9月13日收到。

本項研究受國家自然科學基金項目“油源斷裂轉換帶優勢輸導油氣條件研究”(41372153)資助。

1000-7210(2017)06-1298-07

付廣，韓剛，李世朝.斷裂側接輸導油氣運移部位預測方法及其應用.石油地球物理勘探，2017,52(6):1298-1304.

P631

A

10.13810/j.cnki.issn.1000-7210.2017.06.021

(本文編輯：劉勇)

付廣 教授，博士，1962年生；1984年獲大慶石油學院石油地質專業學士學位; 1991年獲大慶石油學院礦產普查與勘探專業碩士學位; 2006年獲大慶石油學院油氣田地質工程專業博士學位。一直在東北石油大學從事油氣藏形成與保存研究。