斷砂配置輸導—封閉連續(xù)轉換部位預測方法及應用

關鍵詞： 斷砂配置，輸導油氣，封閉油氣，連續(xù)轉換，部位分布，刻畫方法中圖分類號：P631 文獻標識碼：A DOI：10. 13810/j. cnki. issn. 1000?7210. 20240508

Method for determining transitional zones between migration path? ways and sealing sections based on transport direction in fault?sand configuration and its application：A case study of Niuju area in eastern Liaohe Depression

YU Xuefeng1，YU Fusheng1，GUO Qiang2，HAN Hongwei2 （1. College of Geosciences，China University of Petroleum（Beijing），Beijing 102249，China；2. Research Institute of Exploration and Development，PetroChina Liaohe Oilfield Company，Panjin，Liaoning ，China）

Abstract：To elucidate the characteristics of hydrocarbon migration along source faults and their distribution pat? terns in different sand bodies on both sides of the faults，a predictive method is developed based on the classifica? tion of fault ? sand configurations. This method determines the hydrocarbon migration pathways by identifying the sealing sections of regional mudstone cap rocks and the sealing sections by assessing the degree of sealing in the fault fill material at the fault?sand configurations. The method utilizes the fault?connection thickness and the degree of sealing in the fault fill material to determine transport direction in fault ?sand configuration and thereby predict the distribution of transitional zones between migration pathways and sealing sections. This method is applied to the Niuju area in the eastern part of the Liaohe Depression，Bohai Bay Basin. The results indicate that the transitional zones between migration pathways and sealing sections in the fault ? sand configurations of the Niuxi fault and the upper Es₃ sand bodies are mainly distributed in the central part，with a minor distribution in the eastern part. This distribution favors the accumulation of hydrocarbons generated from the Es₃ source rocks within the traps of the upper Es₃ ，which aligns with the currently discovered hydrocarbon distribution near the Niuxi fault. This demonstrates that the method is suitable for delineating the distribution of transitional zones between migration pathways and sealing sections in fault?sand configurations.

Keywords：fault ? sand configuration，transporting oil and gas，sealing oil and gas，continuous transition，distribu tion of sites，delineating method

于雪峰，于福生，郭強，等 . 斷砂配置輸導—封閉連續(xù)轉換部位預測方法及應用——以遼河坳陷東部牛居地區(qū)為例［J］. 石油地球物理勘探，2025，60（3）：752?760.

YU Xuefeng，YU Fusheng，GUO Qiang，et al. Method for determining transitional zones between migration pathways and sealing sections based on transport direction in fault ? sand configuration and its application：A case study of Niuju area in eastern Liaohe Depression［J］. Oil Geophysical Prospecting，2025，60（3）：752?760.

0 引言

斷裂和砂體構成的輸導通道是油氣運移的主要輸導通道。對于發(fā)育多套砂泥互層中的油氣藏，連續(xù)分布的砂體和成藏期活動的斷裂是油氣側向與垂向運移的通道。當沿斷裂垂向運移的油氣遇到區(qū)域性蓋層，則會通過斷裂兩側砂體發(fā)生側向分流，形成斷砂配置輸導體系，并在附近聚集成藏，因此二者的空間配置關系是控制砂泥互層型油氣藏富集的關鍵因 素[1?2]。

前人圍繞斷砂配置輸導油氣開展了大量研究。根據砂體之上區(qū)域性泥巖蓋層是否封閉來確定斷砂配置中可能輸導油氣的部位[1?3]，當砂體之上區(qū)域性泥巖蓋層封閉時，則認為該斷砂配置可輸導油氣。提出了斷面匯聚區(qū)和砂體構造脊空間上疊置部位是優(yōu)勢運移通道，將斷層面形態(tài)與構造脊方向進行疊合得到各輸導要素在空間上的配置關系，并以此推測油氣運移方向[4?6]。依據斷裂帶排替壓力與兩側儲層排替壓力的相對大小研究斷砂配置是否側向分流[1]。根據地層砂地比值相對大小，結合砂體含油氣特征，研究斷砂配置側向輸導油氣的層位[7-9]。區(qū)域性蓋層封閉能力、砂地比值相對大小及斷砂輸導油氣優(yōu)勢路徑耦合關系是控制斷砂配置側向輸導油氣特征的因素[2]。

1 斷 砂 配 置 輸 導 向 封 閉 連 續(xù) 轉 換條件

然而，上述研究主要是針對斷砂配置輸導油氣的條件、有利聚集部位及輸導油氣規(guī)模等方面，缺少針對斷裂帶自身結構對輸導油氣影響的研究，更缺少由于斷裂自身輸導—封閉能力差異造成的斷砂配置輸導—封閉轉換的研究。因此，開展斷砂配置輸導向封閉連續(xù)轉換條件及分布部位研究，對于分析砂泥互層中油氣差異分布規(guī)律具有指導作用。

本文選取渤海灣盆地遼河坳陷東部牛居地區(qū)典型油藏進行解剖，分析不同斷砂配置條件下斷裂輸導及封閉性能演化進程，明確油氣沿斷裂輸導運聚過程中斷裂輸導、封閉作用差異性對于油氣可能富集部位的影響，確定斷砂配置輸導向封閉連續(xù)轉換條件及分布部位，以期明確斷裂對油氣成藏的控制作用。

斷裂活動具有階段性。當斷裂活動時，會在斷裂周圍伴生大量裂縫，使斷裂帶相對圍巖具有較高的孔隙度和滲透率，與圍巖之間產生孔隙流體壓力差。在這種壓力差和浮力的作用下，油氣能夠沿著斷裂及伴生裂縫組成的斷裂帶垂向運移。如果遇到上覆區(qū)域性泥巖蓋層封堵，油氣則無法沿斷裂繼續(xù)向上運移，進而向兩側砂體中發(fā)生側向分流[10?11]。而當斷裂靜止（不發(fā)生活動）時，斷裂則不具有輸導能力，斷裂帶內部及活動時卷入斷裂帶內的泥巖會使斷裂成為阻止油氣側向運移的遮擋物，使斷砂配置具有封閉油氣的能力。此時，其封閉能力取決于斷裂帶內充填物的封閉程度。斷裂填充物封閉程度越高，斷砂配置封閉性越好；反之則越差。并且只有斷裂填充物封閉程度達到一定程度后的斷砂配置才能夠形成有效的油氣聚集（圖 1a ① 和 ③ ）。每個地區(qū)均存在一個能夠封閉油氣垂向運移的最小臨界條件，若斷裂填充物封閉程度超過這一臨界條件，則會形成油氣聚集，該部位稱為斷砂配置封閉部位；若低于這個臨界條件，則發(fā)生油氣的側向輸導，不會封閉油氣而形成油氣聚集。因此，將砂泥互層的圈閉中，斷砂配置輸導、封閉部位與斷砂配置輸導油氣部位重合之處稱為斷砂配置輸導向封閉連續(xù)轉換部位（圖 1b）。厘定斷砂配置輸導油氣部位和斷砂配置封閉油氣部位是組成斷砂配置輸導向封閉連續(xù)轉換部位的條件。

2 斷砂配置輸導向封閉連續(xù)轉換部位分布刻畫方法

刻畫斷砂配置輸導向封閉連續(xù)轉換部位的關鍵是厘定輸導斷裂中填充物封閉程度達到封閉臨界的部位，因此需先明確停止活動時斷砂配置處斷裂填充物封閉程度指數[12?13]。停止活動時斷裂填充物封閉程度指數為

S=ρ_rZR_fcosθ

式中： ρ_r 為巖石密度； Z 為斷裂填充物埋深； θ 為斷層面傾角； R_f 為斷裂填充物泥質含量，即

式中： H_i 為被斷裂錯斷第 i 層巖層厚度； R_i 為被斷裂錯斷第 i 層巖層泥質含量； n 為被斷裂錯斷巖層層數； L 為斷裂斷距；

由式（1）和式（2）可以看出，只需確定輸導斷層產狀和埋深、被錯斷地層層數、地層泥質含量[14?18]及斷層在該套地層中的斷距便可以計算斷裂充填物封閉程度。

對于某一砂泥互層中的斷塊油氣藏，沿控制油藏邊界的主干斷層分別計算不同部位斷裂填充物封閉程度指數，并統(tǒng)計 S 與目標層位已鉆井揭示的油氣貧富程度的關系，厘定斷裂停止活動時 S_min 。 S 大于或等于 S_min 的部位即為斷裂中斷砂配置的封閉部位（圖 2）。

泥巖蓋層厚度與斷裂斷距之差為泥巖蓋層的斷接厚度[19?20]。每個地區(qū)存在一個能夠封閉油氣垂向運移的最小斷接厚度，若斷裂某一處斷距大于最小斷接厚度，那么油氣在蓋層之下發(fā)生側向輸導，該部位即為斷砂配置輸導油氣部位。

圖2 斷砂配置封閉所需的最小填充物封閉程度指數厘定示意圖

將同一斷裂中斷砂配置的封閉部位與斷砂配置輸導油氣部位疊合，重合部位即為斷砂配置輸導向封閉連續(xù)轉換部位（圖 3）。

圖3 斷裂停止活動時斷砂配置輸導向封閉連續(xù)轉換部位分布厘定圖

3 實例應用

以遼河坳陷東部牛居地區(qū)牛西斷層（圖 4）為例，牛西斷層平面上呈 NE 向展布，延伸長度超過20km ；剖面上向南西方向傾斜，傾角變化為 50^°～ 80^° ，縱向斷穿沙三段 （Es₃） 、沙二段 （Es₂） （圖 4b），其中沙三段為砂泥互層。該區(qū)油氣成藏期為明化鎮(zhèn)組沉積晚期，烴源巖層主要為沙三中 （Es₃^#） ）、下亞段（Es₃^F ）泥巖，儲層主要為沙三上 ）亞段砂巖，沙二段泥巖為區(qū)域性蓋層。牛西斷層溝通源巖與儲層，且成藏期活動，使得沙三上亞段形成了大量油氣聚集。平面油氣分布結果顯示，該區(qū)油氣沿斷裂分布在斷層的中段，兩端含油氣性較差，表明牛西斷層控制油氣差異富集。由于受沙二段泥巖蓋層的封蓋，垂向運移的油氣向側向沙三上段砂體發(fā)生側向輸導，構成斷砂配置關系。

圖4 牛西斷層與沙三段油氣分布關系

通過成藏期（明化鎮(zhèn)組沉積晚期）不同部位泥巖蓋層厚度及牛西斷層在該套蓋層內古斷距，計算不同部位沙二段區(qū)域性泥巖蓋層的古斷接厚度，結合垂向油氣分布，得到最小斷接厚度（圖 5），進而確定牛西斷層沙二段區(qū)域性泥巖蓋層封閉部位（圖 6a）。除斷裂帶西段與中段局部存在可輸導斷砂配置關系外（圖 6b），牛西斷層其余部位沙二段區(qū)域性泥巖蓋層皆為封閉（圖 6c），均可形成牛西斷層與沙三上亞段砂體配置輸導油氣。

圖5 牛西斷層在沙二段區(qū)域性泥巖蓋層內分段生長上下連接所需最小斷接厚度厘定圖

圖6 牛西斷層處沙二段區(qū)域性泥巖蓋層封閉部位厘定圖測線位置見圖4。

通過地震資料解釋得到牛西斷層產狀、斷距等參數，利用式（2）求取牛西斷層不同部位在沙三上亞段內斷裂填充物泥質含量，將其代入式（1）可求得牛西斷層不同部位與沙三上亞段砂體配置處斷裂填充物封閉程度指數（圖 7），得到牛居地區(qū)斷砂配置封閉所需的最小斷裂填充物封閉程度指數約為 2.64MPa 。最終，據此可以得到牛西斷層不同部位與沙三上亞段砂體配置封閉部位（圖 8）。結果表明，牛西斷層

與沙三上亞段沙體配置封閉部位主要分布在斷裂帶中段，少量分布在斷裂帶東段。

最終將牛西斷層與沙三上亞段砂體配置輸導油氣部位（即沙二段區(qū)域性泥巖蓋層封閉部位）和牛西斷層與沙三上亞段砂體配置封閉部位疊合，便可以得到牛西斷層與沙三上亞段砂體配置輸導向封閉連續(xù)轉換部位分布（圖 9）。由圖可見，牛西斷層與沙三上亞段配置輸導向封閉連續(xù)轉換部位主要分布在斷裂中部。

圖8 停止活動時牛西斷層與沙三上亞段砂體配置封閉部位厘定圖

圖9 牛西斷層與沙三上亞段砂體配置輸導向封閉連續(xù)轉換部位分布刻畫圖

4 討論

前文已述及，斷砂配置輸導與封閉兩個條件缺一不可，只有二者同時發(fā)育且耦合關系較好才能形成斷砂配置輸導向封閉連續(xù)轉換部位。當只考慮斷砂配置輸導性能時，牛西斷層控制下的輸導部位只存在于測點 6 附近，無法解釋斷裂中段偏西側油氣富集的原因。而當只考慮斷砂配置封閉性能時，封閉部位較輸導部位的范圍有所擴大（測點 5～8 測點附近），但依舊與油氣分布對應關系較差。利用本文所提出的斷砂配置輸導向封閉連續(xù)轉換部位確定方法，可以對上述問題進行較為合理的解釋。

目前，牛西斷層在沙三上亞段內已發(fā)現(xiàn)油氣主要分布在中段，均分布在牛西斷層與沙三上亞段砂體配置輸導向封閉連續(xù)轉換部位處。這是因為只有位于牛西斷層與沙三上亞段砂體配置輸導向封閉連續(xù)轉換部位，才能通過牛西斷層與沙三上亞段砂體配置輸導從下部沙三中下亞段源巖處獲得油氣，并被牛西斷層與沙三上亞段砂體配置封閉形成油氣藏，鉆探才能見到油氣顯示，否則無油氣顯示。

深部烴源巖生成的油氣在沿斷裂向上運移的過程中，受斷裂遮擋作用差異或斷砂側向分流能力影響，造成油氣沿斷裂聚集部位及富集層系的差異，因此可以根據油氣在斷裂不同部位富集層系的差異來驗證斷砂配置輸導向封閉連續(xù)轉換的部位。對比斷裂不同部位油氣分布特征及富集層系，以 CC ′剖面為例，牛西斷層在此處斷距小，對沙二段區(qū)域蓋層破壞程度較小，且該段斷裂填充物封閉充填指數較小，為潛在的斷裂輸導向封閉連續(xù)轉換部位。該段斷層兩側鉆井均獲得較好的油氣顯示，且未突破上覆泥巖封堵，因此認為本文方法判識出的輸導向封閉連續(xù)轉換部位切實可靠。而位于斷裂東段的 BB′與之相反，蓋層破壞嚴重且斷裂內部密閉程度大，運用本文方法判斷出該部位僅可作為封閉部位，不利于油氣富集。

原油物性參數及地化參數的變化趨勢可以反映出油氣運移方向和運移路徑[21?22]，利用原油物性特征及地化參數進行油氣運移示蹤。油氣在沿輸導體系運移過程中，隨著運移距離的增加，原油的物性參數密度、黏度具有逐漸增大的特征。牛 18 井位于斷砂輸導向封閉連續(xù)轉換部位，其古近系原油密度、黏度由深至淺均呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢（原油在 3477.8m 處密度、黏度分別為 0.8059g/cm³.1.56mm²/s， ，至較淺的 2400.8m 處變?yōu)?0.8233g/cm³ 和 2.85mm²/s ，而在 2162.2m 處分別為 0.8381g/cm³ 和 3.34mm²/s? ，說明了原油自深部烴源灶排出后可以較為容易地沿牛西斷層分流，與本文方法得到的結論相吻合。隨著有機質熱演化程度及油氣運移距離的增加，原油主峰碳數具有逐漸減小的特征[21]。以 AA ′剖面為例，深層樣品較淺層主峰碳數呈現(xiàn)出明顯下降的趨勢，牛深 2 井 3247m 處主峰碳數為 C29，而斷層對盤的牛 18 井在 2383.6m 處主峰碳數為 C23，說明油氣沿牛西斷層向上運移過程中易在西段（輸導向封閉連續(xù)轉換部位）出現(xiàn)分流。

5 結論

（1）斷砂配置輸導向封閉連續(xù)轉換部位應是斷砂配置輸導油氣部位和斷砂配置封閉部位的重合部位，前者為區(qū)域性泥巖蓋層封閉部位，后者則為斷砂配置處斷裂填充物封閉程度指數大于或等于斷砂配置封閉所需的最小斷裂填充物封閉程度指數的部位。

（2）由區(qū)域性泥巖蓋層封閉部位厘定出的斷砂配置輸導油氣部位和斷砂配置處斷裂填充物封閉程度厘定出的斷砂配置封閉部位，本文構建了一套斷砂配置輸導向封閉連續(xù)轉換部位分布的刻畫方法。實際資料應用結果證實了該方法用于刻畫斷砂配置輸導向封閉連續(xù)轉換部位分布的可行性。

（3）渤海灣盆地遼河坳陷牛西斷層與沙三上亞段砂體配置輸導向封閉連續(xù)轉換部位主要分布在其中段，少量分布在東段，有利于沙三段源巖生成油氣在牛西斷層處沙三上亞段內聚集成藏，與目前牛西斷層在沙三上亞段內已發(fā)現(xiàn)油氣分布相吻合。

（4）本文方法主要適用于砂泥巖含油氣盆地中油源斷裂與砂體配置輸導向封閉連續(xù)轉換部位的刻畫。

參 考 文 獻

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（本文編輯：謝結來）

作 者 簡 介

于雪峰 博士研究生，1993 年生；2016、2019 年分別獲長江大學工程技術學院資源勘查工程專業(yè)學士學位和地球科學學院地質工程專業(yè)工程碩士學位；現(xiàn)在攻讀地質工程專業(yè)博士學位，主要從事構造地質學、油氣田勘探與開發(fā)、油藏描述等領域的研究。