0 引言

在含油气盆地的勘探开发工作中，石油地质工作者业已发现，油源断裂(成藏期活动且沟通源岩与储集层的断裂^[1])控制了下生上储式生储盖组合型油藏的油气聚集层位与分布区域。一般来说油气主要分布在油源断裂附近。然而，油气钻探结果表明，邻近油源断裂的区域并非每个部位皆有油气聚集，而且即使有油气聚集的部位，其油气富集程度也不尽相同。究其原因，一方面可能是恰好油源断裂邻近圈闭不发育储集层，另一方面还可能不具备油气优势输导通道或油气输导能力差。因此，能否正确认识油源断裂优势通道及其输导油气能力，是下生上储式油藏油气勘探工作的关键所在。关于油源断裂优势通道及其输导油气能力综合评价前人曾做过一定的研究和探讨。例如，一些学者在利用3D地震资料刻画油源断裂空间展布特征的基础上，通过埋深确定断层面油气势能等值线的法线汇聚线(断层面的凸面脊)分布，厘定其输导油气的优势通道^[2-5]；也有一些学者利用3D地震资料基于最大断距相减法恢复油源断裂成藏期的古断距和古活动速率，然后通过比较其不同部位的相对大小，确定油源断裂通过哪些优势通道来输导油气^[6-10]。

对油源断裂输导油气能力评价主要是依据油源断裂本身发育特征，如延伸长度、倾角、断裂填充物泥质含量，结合其对油源断裂输导油气能力的影响，综合研究其输导油气能力^[11-16]。以上这些研究成果对正确认识含油气盆地下生上储式油气分布规律及指导油气勘探起到了非常重要的作用，但上述这些研究主要是目前条件或断裂停止活动后油源断裂优势通道及输导油气能力的综合评价，而不是油气成藏期油源断裂优势通道及其输导油气能力的综合评价，难以准确地反映油气成藏期油源断裂优势通道输导油气的实际能力。虽然文献[1]对油源断裂优势通道输导油气能力进行了综合评价，但考虑的影响因素仍是断裂静止时油源断裂优势通道及输导油气能力的影响因素，没有把影响油气成藏期油源断裂优势通道输导能力因素考虑进去，故不能准确地反映油气成藏期油源断裂优势通道及其输导油气能力，给油气勘探带来一定的风险。因此，开展油气成藏期油源断裂优势通道输导油气能力综合评价研究，对于正确认识含油气盆地下生上储式油气分布规律和指导油气勘探均具重要意义。

目前石油地质工作者业已认识到，油源断裂并不是所有部位都从下至上输导油气，而仅是通过优势通道来进行油气输导的。发生在油气成藏期的断裂活动会使油源断裂形成许多伴生裂缝，这些裂缝会释放压力导致油源断裂内孔隙流体压力降低，使得围岩地层与油源断裂间产生了流体压力差。此孔隙流体压力差作用于围岩地层岩石孔隙中的油气，使得油气在伴生裂缝中汇聚运移。而且当油气进入到伴生裂缝后，此流体压力差还是有剩余的，油气在其作用下，继续沿油源断裂伴生裂缝输导运移^[17](图 1)。因此，油气成藏期油源断裂输导油气通道应为其伴生裂缝。被油源断裂错断的地层，其岩性绝大多数是非均质的，导致油源断裂内不同部位岩石抗张强度不同，其伴生裂缝在不同部位的发育程度也就不同。岩性相对较脆部位的地层岩石，伴生裂缝相对发育，有利于输导油气，是油源断裂输导油气的优势通道^[18]，如图 2中的1、2、3、4部位地层岩性脆，易形成伴生裂缝，应是油源断裂在油气成藏期的优势输导通道；而岩性相对塑性部位的地层岩石，伴生裂缝相对不发育，不利于输导油气。如图 2中除1、2、3、4部位之外的部位。

Δp.地层孔隙流体压力差；Z.目的层埋深；θ.油源断裂倾角。 图 1 油源断裂输导油气模式示意图 Fig. 1 Model of oil and gas transmission through the oil source fault

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1、2、3、4. 油源断裂输导油气优势通道。 图 2 油源断裂油气输导优势通道厘定示意图 Fig. 2 Schematic diagram for determining the dominant oil and gas transportation channel of oil source fault

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由上可知，油气在油源断裂中的向上运移主要是通过其优势通道进行的，其输导能力受控于油气输导动力、输导通道发育程度及开启程度3个因素。其一，油气输导动力越强，输导油气的能力也就越强；反之则越弱。而油源断裂输导油气动力的强弱则受到源岩地层剩余地层孔隙流体压力大小的影响，如图 1所示。源岩剩余地层孔隙流体压力越大，进入到伴生裂缝中剩余地层孔隙流体压力差越大，导致油气输导动力越强；反之则越弱(图 1)。其二，油源断裂输导油气优势通道——伴生裂缝越发育，油气输导能力就越强；反之则越弱^[19]。而伴生裂缝的发育程度受控于油源断裂的活动强度(图 2)，活动强度越大，伴生裂缝往往越发育；反之则越不发育^[18]。其三，优势通道开启程度越高，越有利于输导油气；反之则越不利于输导油气。而油源断裂输导通道开启程度(张开程度)又受到其上覆沉积载荷重量(埋深Z的相对大小)的影响，如图 1所示。油源断裂上覆沉积荷载重量越大，伴生裂缝开启程度越低；反之则越高^[20]。

由于受到钻井和取心的影响，难以利用岩心观察和测试分析研究油源断裂伴生裂缝的发育程度，尤其是油气成藏期油源断裂伴生裂缝的发育程度更无法预测，所以只能借助间接方法来研究油源断裂伴生裂缝发育程度^[21]。一般说来，断裂活动强度(或活动速率，即断距与活动时间的比值)是油源断裂伴生裂缝发育程度的主要控制因素，油源断裂的活动速率越大，伴生裂缝越发育；反之则越不发育，如图 2所示。所以可以利用断裂活动速率的相对大小间接地反映油源断裂伴生裂缝发育的程度。具体方法是：首先恢复地层的古埋深；然后基于3D地震资料采用最大断距相减法^[22] (该方法基于断裂分段生长原理，在利用一条断裂浅部层位断距极小值对该断裂进行分段的基础上，用各段深部层位的断距减去该段浅部层位的最大断距，所得结果即为该断裂各段的古断距)，确定油气成藏期油源断裂不同位置处的古断距，再除以活动时间，便可以得到不同位置处所对应的古活动速率；最后依据油源断裂不同位置古活动速率的相对大小，便可以确定油气成藏期油源断裂的优势输导通道(即古活动速率相对比较大的位置，图 2)。

由上可知，油源断裂优势输导通道的输导能力与油气的输导动力、输导通道发育程度和输导通道的开启程度有关，输导油气动力越强，输导油气优势通道越发育，开启程度越高，油气输导能力越强；反之则越弱。其中油源断裂油气输导动力可用源岩超压值和油源断裂倾角的正弦值的乘积表示，源岩超压值和油源断裂倾角正弦值越大，油气输导动力越大；反之则越小。油源断裂输导油气优势通道发育的程度可用其活动速率相对大小表示，油源断裂活动速率越大，优势输导通道越发育；反之则越不发育。油源断裂输导油气优势通道的开启程度主要受到断层面正压力大小的影响，倾角越缓，断层面正压力越大，优势输导通道开启程度越低；反之则越高。基于上述油源断裂优势输导通道的决定因素与其输导能力之间关系，可以用式(1)中的T值的相对大小来综合反映油气成藏期油源断裂优势输导通道的输导能力。由式(1)中可以看出，T值越大，表明油气成藏期油源断裂优势输导通道的油气输导能力越强；反之则越弱。

(1)

式中：T为油气成藏期油源断裂优势输导通道的油气输导能力评价参数，MPa/Ma；a为油源断裂优势输导通道的活动速率，m/Ma；θ为油源断裂优势输导通道的断面倾角；Z为油源断裂优势输导通道的埋深，m；Δp为源岩地层的剩余压力，MPa。

式(1)中的a值可以在恢复古埋深的基础上，利用最大断距相减法^[21]恢复优势通道处断裂在油气成藏期古断距，再除以断裂活动时间，便可以得到油源断裂优势输导通道的古活动速率，取其平均值便可以得到a值。Δp值可以在恢复古埋深的基础上，利用源岩的声波时差测量，由文献[23]中源岩超压计算方法求取油气成藏期源岩古超压值得到。Z值可以在古埋深恢复的基础上利用钻井数据或构造图直接读取得到。θ值也可以在古埋深恢复的基础上利用地震资料或构造图直接读取得到。

最后将上述已确定的油气成藏期油源断裂不同优势通道的a、Δp、Z、θ值代入式(1)中，便可以计算得到油气成藏期油源断裂优势输导通道的输导能力综合评判值T。根据T值的相对大小，便可以对油气成藏期油源断裂不同优势输导通道间的输导能力的相对强弱进行比较分析。

本文选择了渤海湾盆地冀中坳陷的廊固凹陷为靶区，利用上述方法对凹陷内大柳泉地区旧州断裂带的6条分支断裂进行了分析，而后对其油气输导能力进行了综合评判。并利用该断裂附近沙三中下亚段油气分布的现状，对成藏期优势输导通道输导能力的评判结果做了验证分析。

大柳泉区块位于廊固凹陷的西南部，为一个大型的背斜构造带。构造带内断裂活动强烈，形成了较复杂的断裂系统。其中大兴断裂位于廊固凹陷西侧，为上陡下缓、北东向展布的犁式正断层，是控凹断裂。旧州断裂带为凹陷的次级断裂，位于大柳泉区块中部，呈北东向展布。旧州断裂带长期发育，断开的地层从下伏沙四段，一直断至上覆馆陶组底部，断裂活动强度在东营组沉积之后明显减弱。该区块钻孔揭示自上而下发育的地层有第四系，新近系的明化镇组、馆陶组和古近系的东营组、沙河街组、孔店组。该区块含油气层位主要为沙三中下亚段，油气的母质来源主要为下伏的沙四段烃源岩，生储盖组合为下生上储式。本文为研究方便，将旧州断裂带的6条分支断裂从西至东分别编号为F₁、F₄、F₆、F₂、F₃和F₅(图 3)。通过过旧州断裂带的多条地质剖面(图 4、5)，对旧州断裂带6条分支断裂基本特征和活动特征进行了研究，得到断裂F₁和断裂F₂延伸最长，其次是F₅和F₆两条分支断裂，而F₃和F₄两条分支断裂延伸长度最小。6条分支断裂倾角均较陡，为74°~85°，且F₁、F₂和F₃三条分支断裂与F₄、F₅和F₆三条分支断裂倾向相反(表 1)。旧州断裂带连接了沙三中下亚段沙四段源岩，并且在油气成藏期活动(也就是在沙二段沉积时期是活动的)，因此是上覆沙三中下亚段的油源断裂。到目前为止，旧州断裂带附近发现的油气垂向上主要在沙三中下亚段，但平面上并不是储层和圈闭发育的所有位置均有油气聚集，油气成藏还受到旧州断裂带在沙三中下亚段优势通道及其输导油气能力强弱的影响。因此，开展油气成藏期旧州断裂带输导油气优势通道的确定及其输导油气能力综合评价，对于该断裂带附近沙三中下亚段的油气勘探工作具有重要的指导意义。

图 3 旧州断裂6条分支断裂输导油气优势通道与沙三中下亚段油气分布关系图 Fig. 3 Distribution of reservoir in the Es3z and Es3x Formation and the dominant channels of hydrocarbons transmission with six branches of Jiuzhou fault

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a. 任意线；b. 主测线2416。Ng.馆陶组；Ed.东营组；Es1.沙一段; Es2.沙二段; Es3s.沙三上亚段；Es3z.沙三中亚段；Es2x.沙三下亚段；Es3s.沙四上亚段；Es3z.沙四中亚段；Ek.孔店组。 图 4 大柳泉地区NW-SE向地震剖面图 Fig. 4 Seismic profile of Daliuquan area in the direction of northwest-southeast

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图 5 过旧州断裂沙三中下亚段油气藏剖面图 Fig. 5 Oil and gas reservoir profile of the Es3z and Es3x Formation through Jiuzhou fault

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井震结合恢复了地层古埋深，计算了旧州断裂带在油气成藏期(沙二段沉积时期)6条分支断裂不同部位的古断距，除以断裂活动时间(沙二段沉积时间)，便确定了6条分支断裂沙二段沉积时期不同部位的古活动速率(图 6)，据此确定了各条分支断裂的油气优势输导通道(图 3)。由图 6可以看出，在沙二段沉积时期，F₁分支断裂的古活动速率是这6条分支断裂中最大的，可达211 m/Ma，而且其自身有3个部位的古活动速率相对更高，即发育了3个优势通道。F₂分支断裂的古活动速率也是相对较高的，最高可达到167 m/Ma，其自身也有3个部位的古活动速率相对较高，也发育了3个优势通道。F₆分支断裂的古活动速率要明显小于F₁和F₂分支断裂的古活动速率，古活动速率最高也就只有80 m/Ma，只存在一个古活动速率相对高的部位，即只发育了一个优势通道。F₃、F₄和F₅分支断裂的古活动速率都不高，均小于25 m/Ma，分别为14、21和15 m/Ma，各自只有一个部位的古活动速率相对较高，即各只发育了一个优势通道。

图 6 沙二段沉积时期旧州断裂带6条分支断裂活动速率图 Fig. 6 Activity rate of six branches of Jiuzhou fault belt in the sedimentary period of Es2 Formation

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在前面确定了旧州断裂带6条分支断裂各自油气优势输导通道的基础上，对这些油气优势输导通道处在油气成藏期(沙二段沉积时期)的断裂平均古活动速率进行了统计(表 2)。然后恢复古埋深，井震结合确定这6条分支断裂10个优势通道处的古埋深和古倾角(表 2)。同时利用沙四段源岩的声波时差资料，由文献[23]中泥岩超压计算方法计算得到沙四段源岩油气成藏期(沙二段沉积时期)地层古剩余压力(表 2)。最后将上述10个优势输导通道各自的评判参数代入式(1)中，便可以得到其油气成藏期10个优势通道处油气输导能力的综合评价参数(表 2)。由表 2中可以看出，旧州断裂6条分支断裂中，F₁断裂3个优势通道和F₂断裂3个优势通道油气成藏期输导油气能力综合评判值相对较大，油气输导能力相对较强，有利于油气输导运移；而F₃、F₄、F₅和F₆四条分支断裂的4个优势通道的输导油气能力综合评判值相对较小，油气输导能力相对较弱，不利于油气运移。

由图 3可以看出，大柳泉区块旧州断裂带附近沙三中下亚段目前已发现的油气主要分布在F₁和F₂分支断裂的优势通道处及其附近，而F₃、F₄、F₅和F₆分支断裂优势通道无油气。这是因为只有位于旧州断裂F₁和F₂分支断裂优势通道处及其附近的沙三中下亚段圈闭，因其油气输导能力强，才能从下伏沙四段源岩处获得更多的油气，油气在此聚集成藏，其附近油气钻探才有所发现；相反，F₃、F₄、F₅和F₆分支断裂优势通道的油气输导能力弱，不能从下伏沙四段源岩处获得更多的油气，这些部位不利于油气的聚集，因此这些部位的油气钻探无所发现。

1) 油气成藏期油源断裂优势通道应是伴生裂缝发育的部位，其输导油气能力主要受到输导油气动力、输导通道发育程度和开启程度的影响。输导油气动力越大、输导通道越发育和开启程度越高，输导油气能力越强；反之则越弱。

2) 通过油气成藏期油源断裂不同部位古活动速率相对大小，确定其优势通道，并通过其优势通道处影响其输导油气能力的源岩古剩余地层孔隙流体压力、断裂古活动速率、古倾角和目的层古埋深，建立了一套油源断裂在油气成藏期优势输导通道厘定及输导能力综合评判的方法。

3) 冀中坳陷廊固凹陷的旧州断裂带发育6条分支断裂，其在油气成藏期——沙二段沉积时期发育10个优势通道。其中F₁和F₂断裂发育的6个优势通道油气输导能力相对较强，有利于油气运移，这与目前油气主要分布在此6个油气优势输导通道附近的勘探现状是吻合的，表明本文所提方法进行油源断裂成藏期优势输导通道的厘定及输导能力综合评判是可行的。