2. 中国石油大港油田公司研究院, 天津 300280
2. Research Institute, PetroChina Dagang Oilfield Company, Tianjin 300280, China
0 引言
油气勘探实践表明，在含油气盆地源外斜坡区油气沿砂体的侧向运移过程中，不可避免地要遇到断裂遮挡，油气将在断裂附近聚集成藏。能否准确地预测出源外斜坡区断裂附近油气聚集的有利部位，对指导含油气盆地源外斜坡区断裂附近油气勘探至关重要。前人对油源断裂附近油气聚集有利部位曾做过一定的研究和探讨，归纳起来主要有以下3个方面：一是认为油源断裂活动速率相对较大的部位伴生裂缝发育，有利于输导油气，油气在此处及附近聚集成藏，其应是油源断裂附近油气聚集的有利部位[1]；且油源断裂凸面脊发育部位及附近油气汇聚输导，有利于油气在此处及附近聚集成藏，其应是油气聚集的有利部位。二是认为砂体发育部位可以储集油气，其也应是油源断裂附近油气聚集的有利部位[3-5]。三是认为油源断裂侧向封闭部位可以遮挡油气聚集成藏，其是油源断裂附近油气聚集有利部位[6-9]。上述这些研究成果对正确认识含油气盆地油源断裂附近油气分布和指导油气勘探起到了非常重要作用。
然而，源外斜坡区断裂本身不能直接输导油气，只能通过砂体侧向运移向断裂输送油气，但断裂不同部位本身发育特征不同，运移油气特征也不同，油气聚集特征也就不同；上述预测油源断裂附近油气聚集有利部位的方法并不一定适用于源外斜坡区断裂附近聚集有利部位的预测。因此，建立一套源外斜坡区断裂附近油气聚集有利部位预测方法，对于正确认识含油气盆地源外斜坡区断裂附近油气分布规律及指导油气勘探均具重要意义。
1 源外斜坡区断裂聚集附近油气聚集机制及有利部位源外斜坡区断裂附近之所以有油气聚集成藏，是因为其具备了沿砂体侧向运移向断裂输送油气路径和发育断砂配置圈闭2个条件，而且沿砂体侧向运移向断裂输送油气路径和断砂配置圈闭油气部位只有耦合发育才能在断裂附近聚集成藏(图 1A、B耦合区)；否则，二者缺少任一个或即使二者均发育，但不耦合，也不能在断裂附近聚集形成油气藏。
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| lmax.油气沿砂体侧向运移路径最大距离; B.输送路径(两条绿色虚线间的区域)。 图 1 源外斜坡区断裂附近油气聚集有利部位示意图 Fig. 1 Schematic diagram of oil and gas accumulation mechanism near fault in slope area outside source |
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源外斜坡区断裂未沟通源岩，其油气主要来自于砂体的侧向运移。因为受到源外斜坡区断裂本身不同部位形成与演化特征差异性的影响，其不同部位构造高低起伏变化特征不同，受其控制形成的油气势能场特征也就不同，所以源外斜坡区断裂附近不同部位沿砂体向断裂侧向运移油气路径发育及分布特征不同。由图 1B区可以看出，只有砂体所在地层顶面古构造脊与能储集油气砂体分布区耦合，才能形成沿砂体向断裂侧向运移油气路径，凹陷区源岩生成的油气才能通过此路径向源外斜坡区断裂输送。源外斜坡区断裂与砂体配置要形成油气圈闭，则需断裂侧向封闭部位和能储集油气砂体分布区二者耦合发育(图 1A、C区)；反之则不是断砂配置圈闭油气部位。
2 源外斜坡区断裂附近油气聚集有利部位预测方法由上可知，要预测源外斜坡区断裂附近油气聚集有利部位，就必须确定出源外斜坡区沿砂体侧向运移向断裂输送油气路径和断砂配置圈闭油气部位，由二者耦合的重合部位，才可得到源外斜坡区断裂附近油气聚集有利部位。
2.1 沿砂体侧向运移向断裂输送油气部位确定沿砂体向断裂侧向运移油气路径的确定是判定源外斜坡区沿砂体侧向运移向断裂输送油气部位的先决条件，而能储集油气砂体分布区和砂体顶面古构造脊分布区的确定则是明确沿砂体向断裂侧向运移油气路径的先决条件。受到钻井资料的限制，目前难以利用井资料确定能储集油气砂体分布区，所以只能借助于间接方法，即通过钻井资料统计砂体所在地层砂地比值，并且统计研究区已知井点处砂体所在地层砂地比值，取含油气砂体所在地层砂地比的最小值，将其作为能储集油气砂体的所需最小砂地比值[10-12]。砂体只有能储集油气，油气才能在其内聚集成藏，油气钻探才能发现油气。将砂体所在地层砂地比值大于能储集油气砂体所需的地层砂地比最小值的区域圈在一起，即为能储集砂体分布区。利用恢复方法[13]根据研究区已知井点砂体所在地层顶面埋深、地层古埋深恢复油气成藏期砂体所在地层顶面古埋深。由式(1)计算砂体所在地层顶面古油气势能值、古油气势能等值线法线汇聚线，可以得到砂体所在地层顶面古构造脊分布，如图 2所示。
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| 图 2 源外斜坡区沿砂体向断裂侧向运移油气路径厘定示意图 Fig. 2 Diagram of lateral migration path determination of fractured hydrocarbon in slope area outside source |
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(1) 式中：φ为地层古油气势能值，kJ；g为重力加速度，m2/s；z为地层古埋深，m；p为地层流体压力，MPa；ρ为油气密度，g/cm3。
将上述已确定出的能储集油气砂体分布区与砂体顶面古构造脊分布区叠合，取能储集油气砂体分布区内的砂体顶面古构造脊即为源外斜坡区沿砂体向断裂侧向运移油气路径，如图 2所示。
统计研究区已知井点处油气井与沿砂体向断裂侧向运移路径之间距离，取最大距离(Lmax)，作为油气沿砂体侧向运移向断裂输送所需的最大距离(lmax)(图 3a); 据此便可以确定出油气沿砂体侧向运移向断裂输送部位(图 3b)。
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| L. 油气井沿砂体侧向运移距离; Lmax.L的最大值。a. 油气井沿砂体向断裂侧向运移输送所需的距离；b. 沿砂体侧向运移向断裂输送油气部位。 图 3 沿砂体向断裂输送油气部位厘定示意图 Fig. 3 Schematic diagram of oil and gas supply to fracture along sand body |
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要确定断砂配置圈闭油气部位，就必须确定出源外斜坡区断裂侧向封闭部位和能储集油气砂体分布区。研究[14-16]表明，断裂侧向封闭性主要受到断层岩压实成岩埋深和泥质体积分数的影响，断层岩压实成岩埋深和泥质体积分数越大，断裂侧向封闭性越好。对于同一层位断裂而言，由于不同部位压实成岩埋深差异不大，其侧向封闭性主要受到其泥质体积分数大小的影响。依据断裂在目的层内的断距和被其错断地层岩层厚度和泥质体积分数，先用式(2)计算源外断裂在目的层内不同部位断层岩泥质体积分数，统计研究区已知井点目的层内砂体处断裂断层岩泥质体积分数；再取含油气砂体处断层岩泥质体积分数的最小值，作为断裂侧向封油气所需的最小断层岩泥质体积分数[17-18]；然后将断层岩泥质体积分数大于断裂侧向封油气所需的断层岩泥质体积分数最小值的部位圈在一起，即为断裂侧向封闭部位。
(2) 式中：Vf为断层岩泥质体积分数，%；n为被断裂错断岩层层数；Hi为被断裂错断第i层岩层厚度，m；V i为被断裂错断第i层岩层泥质体积分数，%；M为断裂断距，m。
将上述已确定出的源外斜坡区断裂侧向封闭部位和能储集油气砂体分布区叠合，二者重合部位即为断砂配置圈闭油气部位，如图 1所示。
2.3 源外斜坡区断裂附近油气聚集有利部位预测将上述已确定出的源外斜坡区沿砂体侧向运移向断裂输送油气部位与断砂配置圈闭油气部位进行耦合，二者重合部位即为源外斜坡区断裂附近油气聚集有利部位，如图 1所示。
3 实例应用本文选取渤海湾盆地歧口凹陷歧南斜坡区赵北断裂，利用上述方法预测赵北断裂附近沙一段下部油气聚集有利部位，并将预测结果与目前赵北断裂附近沙一段下部已发现油气情况对比分析，以验证该方法用于预测源外斜坡区断裂附近油气聚集有利部位的可行性。
赵北断裂位于歧口凹陷歧南斜坡部，走向北东方向，平面延伸长度约为20.3 km。剖面上赵北断裂从基底一直断至明化镇组顶部，是一条长期发育的断裂。该断裂位于凹陷沙三段源岩区之外，是一条源外断裂。油气钻探揭示，赵北断裂附近发育地层有古近系、新近系和第四系，古近系有孔店组、沙河街组和东营组，新近系有馆陶组和明化镇组。目前赵北断裂附近在沙一段下部已发现了大量油气，但油气主要分布在断裂的西部，少量分布在中部，东部无油气发现，这主要受到赵北断裂附近油气聚集分布有利部位的控制。
由钻井资料统计赵北断裂附近沙一段下部地层砂体的砂地比值(图 4)可以看出，赵北断裂沙一段下部地层砂地比值最大可以达到40%，由高值区向断裂周围沙一段下部，地层砂地比值逐渐减小，至断裂中部和西部局部地区可减小至0。
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| 图 4 赵北断裂附近沙一段下部能储集油气砂体分布图 Fig. 4 Distribution of oil and gas reservoir sand bodies in the Es1x near Zhaobei fault |
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歧口凹陷沙一段下部能储集油气砂体所需的最小地层砂地比值约为20%(图 5)，据此条件可判定赵北断裂能储集油气砂体分布。由图 4可以看出赵北断裂附近能储集油气砂体(砂地比值大于20%)主要分布在其东部、西部和中西部局部部位。
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| Rs.地层砂地比值；Rsmin.能储集油气所需最小砂地比值。 图 5 歧口凹陷沙一段下部能储集油气砂体所需的最小地层砂地比值厘定图 Fig. 5 Determination diagram of minimum formation sand ground ratio required for oil and gas reservoir sand body in the Es1xin Qikou sag |
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由赵北断裂附近沙一段下部地层顶面埋深(图 6a)，可以看出该区沙一段下部地层顶面现今埋深为西北部深、东南部浅。利用地层古埋深恢复方法[13]恢复其在油气成藏期—明化镇组沉积晚期的古埋深，研究区地层水密度取1.00 g/cm3, 油密度取0.85 g/cm3，重力加速度取9.8 m/s2，将这些参数代入式(1)计算其古油势能值，再绘制其古油势能等值线图，见图 6b。由图 6b可以看出：赵北断裂附近沙一段下部古油势能高值区主要分布在其北部，存在3个局部高值区，古油势能值大于26 MJ；由此向南古油势能值逐渐减小，在南部边部减小至21 MJ以下，与其现今埋深具有较好的对应关系(因为其上地层无明显剥蚀)。由图 6b古油势能等值线法线汇聚线，便可以得到沙一段下部地层顶面古构造脊分布(图 6b)，由图 6b可以看出，赵北断裂附近沙一段下部砂体顶面发育有4条古构造脊，均由北至南穿过赵北断裂，其中西部两条、中部一条、东部一条。
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| a. 沙一段下部地层顶面现今埋深；b. 古油势能场分布。 图 6 赵北断裂附近沙一段下部顶面油势能场分布图 Fig. 6 Distribution of oil potential energy field on the top of Es1x near Zhaobei fault |
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将上述已确定出的沙一段下部能储集油气砂体分布区与其顶面古构造脊分布叠合，可以得到沿沙一段下部砂体向赵北断裂侧向运移油气路径分布(图 7)，由图 7可以看出，有3条油气沿砂体向赵北断裂侧向运移路径，其中一条分布在断裂东部，另外两条分布在其西部。
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| 图 7 沿沙一段下部砂体向断裂侧向运移油气路径分布图 Fig. 7 Distribution of oil and gas migration paths along the Es1x to the fault |
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由歧口凹陷沙一段下部油气距沿砂体向断裂侧向运移路径之间的最大距离约为1.3 km(图 8)，可以得到沿沙一段下部砂体侧向运移向赵北断裂输送油气部位(图 9)。由图 9可以看出，油气沿沙一段下部砂体侧向运移向赵北断裂输送油气路径主要分布在断裂西南2处。因为西部两条沿沙一段下部砂体向赵北断裂侧向运移油气路径连接了西北部源岩区，可以向赵北断裂输送油气，故发育沿砂体向赵北断裂侧向运移油气路径；而东部那条沿沙一段下部砂体向赵北断裂侧向运移路径未连接西北部源岩区(图 7)，不能向赵北断裂供油气，故在断裂附近无油气显示。
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| 图 8 歧口凹陷油气向沙一段下部砂体侧向运移向断裂输送油气所需的最大距离厘定图 Fig. 8 Determination diagram of the maximum distance required for lateral migration of oil and gas to the Es1x in Qikou sag to supply oil and gas to the fault |
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| 图 9 赵北断裂附近油气聚集有利部位与油气分布关系图 Fig. 9 Relationship between the favorable location of oil and gas accumulation and oil and gas distribution near Zhaobei fault |
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利用钻井和地震资料，统计赵北断裂在沙一段下部地层内断距和被其错断地层岩层厚度及泥质体积分数，由式(2)计算赵北断裂不同部位在沙一段下部地层由断层岩泥质体积分数，结果见图 10(测线号分布见图 9)。由图 10可以看出，赵北断裂除东西两端和中西部局部部位断层岩泥质体积分数相对较低外，其余大部分部位断层岩泥质体积分数相对较高。由研究区断裂侧向封油气所需的最小断层岩泥质体积分数约为23%(图 10)，可以得到整个赵北断裂侧向上均是封闭的。
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| Vfmin.Vf的最小值。 图 10 不同测线赵北断裂在沙一段下部地层内和断层岩泥质体积分数分布图 Fig. 10 Distribution map of shale volume fraction of Zhaobei fault and fault rock in the Es1x along different survey lines |
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将上述已确定出的断裂侧向封闭部位和能储集油气砂体部位叠合，可以得到赵北断裂在沙一段下部断砂配置圈闭油气部位主要分布在断裂东部1处和西部2处，如图 9所示。
将上述已确定出的沿砂体侧向运移向赵北断裂输送油气路径和断砂配置圈闭油气部位叠合，便可以得到赵北断裂附近沙一段下部油气聚集有利部位，如图 9所示。
由图 9可以看出：赵北断裂附近沙一段下部油气聚集有利部位主要分布在西部的2处，目前已发现的油气主要分布在西部油气聚集有利部位处及附近，这是因为西北部歧南凹陷源岩生成的油气沿沙一段下部砂体向赵北断裂侧向运移，并在其断砂配置圈闭中聚集成藏；庄42井位于本文所预测得到的赵北断裂附近沙一段下部油气聚集有利部位附近，故西北部歧南凹陷沙三段源岩生成油气沿砂体向其侧向运移输送油气，使油气在断砂配置圈闭中聚集成藏，油气钻探在沙一段下部获得工业油流；而庄海3X1井则并不在本文所预测得到的赵北断裂附近沙一段下部油气聚集有利部位附近，无油气沿砂体向其侧向运移，不利于油气在此聚集成藏，故钻探为水层。这说明本文的预测结果是可信的。
4 结论1) 用地层最小砂地比值(20%)圈闭能储油砂体分布区。砂体地层顶面古构造脊利于油气汇聚输导。能储油砂体区和古构造脊区叠合部位就判定为沿砂体侧向运移向断裂输送油气路径。
2) 能储油砂体区和断裂侧向封闭部位叠合区即为断砂配置圈闭油气部位。
3) 建立源外斜坡区断裂附近油气聚集有利部位的预测方法，即沿砂体侧向运移向断裂输送油气路径和断砂配置圈闭油气部位的耦合部位预测为油气聚集有利部位的方法。
4) 用该方法预测渤海湾盆地歧口凹陷源外歧南斜坡区赵北断裂附近沙一段下部油气聚集有利部位与已发现油气主要分布相吻合。验证了该方法的可行性。
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