0 前言

随着油气勘探的深入，人们对正断层在含油气盆地下生上储式生储盖组合油气成藏与分布中所起作用的认识越来越深入，尤其是正断层对油气运移输导作用的认识，已清楚地认识到并非储层内所有发育的正断层均可成为油气运移的输导通道，而是只有一部分正断层(即输导正断层^[1])才能成为油气运移的输导通道。沿正断层向上运移的油气也并非都可以运移至地表，这除了要受到正断层向上延伸是否达到地表的制约外，还要受到盖层阻挡的影响^[2]等, 这些认识对指导受正断层输导运移控制所形成油气藏的勘探已起到了非常重要的作用。然而，由于受人们认识水平和油气勘探程度及手段的限制，虽然也对正断层输导油气作用曾做过大量研究和探讨，但这些研究主要是从正断层输导油气机理及形式^[3-7]、正断层输导油气能力和评价^[8-12]及正断层输导对油成藏与分布控制作用^[13-21]几个方面入手进行的研究，而对正断层输导油气运移的模式及其受其控制形成油气分布的控制作用研究相对较少^[22]，有也仅仅是对正断层输导油气垂向和侧向运移模式分别进行的研究，缺少全面、系统的研究，这无疑不利于正断层发育区油气勘探的深入。因此，开展正断层输导油气运移模式及其对油气分布的控制作用研究，对于正确认识含油气盆地正断层发育区油气分布规律和指导油气勘探均具重要意义。

对张性含油气盆地中下生上储式生储盖组合来说，通常情况下下伏源岩与上覆目的储层之间往往被多套泥岩层所隔，源岩生成的油气难以通过地层岩石孔隙直接向上覆目的储层中运移，只能通过正断层活动开启使下伏源岩生成的油气沿其向上运移至上覆目的储层中。虽然上覆目的储层内可能发育有大量不同类型和规模的正断层，但并不是所有这些正断层均可作为输导下伏源岩生成油气向上覆目的储层运移的通道，只有那些连接下伏源岩和上覆目的储层，且在油气成藏期活动的正断层才能成为输导油气运移的通道，即所谓的输导正断层^[1]。对于侧变式生储盖组合来说，能够输导油气侧向运移的正断层也应是油气成藏期活动的正断层。大量的研究结果表明，能够在油气成藏期活动的正断层通常在含油气盆地中为一些长期发育的正断层。如南堡凹陷中浅层(古近系的东营组(Ed)-新近系的明化镇组(Nm))目前发现了大量油气，油气源对比结果可知，其油气主要来自下伏沙河街组(Es)三段或沙河街一段-东营组三段源岩，中浅层与沙三段或沙一段-东三段源岩之间被多套泥岩层相隔，沙三段或沙一段-东三段源岩生成的油气不能通过地层岩石孔隙直接运移至上覆中浅层不同层位储层中，只能通过正断层才能使沙三段或沙一段-东三段源岩生成的油气运移至上覆中浅层不同层位的储层中。由地震资料解释成果可知，南堡凹陷中浅层发育有大量正断层，但并不是所有正断层均可成为沙三段或沙一段-东三段源岩生成油气向上覆中浅层不同层位储层中运移的输导通道，只有连接沙三段或沙一段-东三段源岩与上覆中浅层不同层位储层，且在沙三段或沙一段-东三段源岩大量排烃期-东营组沉积末期或明化镇组沉积晚期^[1]活动的正断层才能成为输导油气运移的通道。由图 1可以看出，南堡凹陷只有Ⅴ型和Ⅵ型正断层才能成为输导油气运移的通道，它们连接了沙三段或沙一段-东三段源岩和中浅层不同储层，且在东营组沉积末期或明化镇组沉积晚期活动。而Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型正断层均不满足条件，均不能成为输导油气运移的通道。

图 1 南堡凹陷典型剖面正断层系统划分示意图 Figure 1 Division diagram of normal fault system in typical section of Nanpu sag

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再如松辽盆地北部杏北地区下白垩统泉头组四段的扶余油层目前已获得了多口工业油流井，油源对比结果^[23]表明，油主要来自西部古龙凹陷的上白垩统青山口组一段源岩，古龙凹陷青一段源岩生成的油气先“倒灌”运移进入下伏扶余油层，再通过砂体向杏北地区发生侧向运移，油在侧向运移过程中会遇到一系列正断层，但并不是所有这些正断层都能对输导油气侧向运移起到作用，只有油气成藏期-明水组沉积末期^[23]活动的正断层才能对输导油气侧向运移起作用。由图 2可以看出，古龙凹陷扶余油层发育有3种类型正断层，只有Ⅲ类长期活动的正断层才能对输导油气侧向运移起到作用，而其他类型正断层则不能对输导油气侧向运移起作用。

图 2 古龙凹陷正断层系统划分图 Figure 2 Normal fault systerm map of Gulong sag

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虽然正断层对油气运移可以起到垂向输导作用，但对不同方向运移油气来说，正断层输导油气运移模式是不相同的，归纳起来主要有以下2种，其特征如下。

这种正断层输导油气垂向运移模式通常发生在下生上储式生储盖组合的油源区内，源岩生成的油气在地层剩余压力差和浮力^[2]的作用下，可直接沿输导正断层向上覆地层中输导运移。如果盖层断接厚度大于其封闭油气所需最小断接厚度^[2]时，那么油气则不能穿过盖层向上运移，而只能在盖层之下发生侧向分流运移，此种情况下正断层输导油气应是先垂后侧运移模式(图 3a)。相反，如果盖层断接厚度小于其封闭油气所需最小断接厚度时，那么油气仍可沿输导正断层穿过盖层向上覆地层中继续输导运移，因受盖层阻挡，部分油气可在其上下发生侧向分流运移，此种情况下正断层输导油气应为以垂向运移为主模式(图 3b)。

图 3 正断层输导油气垂向运移模式示意图 Figure 3 Schematic diagram of oil-gas vertical migration models through normal faults

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如南堡凹陷1号构造NP5-85井-NP102X1井剖面发育一条主干Ⅵ型正断层和3条与其相连的分支正断层，它们是下伏沙三段或沙一段源岩生成的天然气向上覆中浅层运移的输导正断层。沙三段或沙一段源岩生成的天然气在沿这4条输导正断层向上运移过程中，遇到了馆陶组(Ng)三段火山岩盖层的阻挡。通过统计馆三段火山岩盖层的断接厚度(图 4)可以看出，4条输导正断层只有靠近主干输导正断层的那条分支输导正断层馆三段火山岩盖层断接厚度(图 4)小于其封气所需最小断接厚度范围(150~180 m)(图 5)，沙三段或沙一段源岩生成的天然气沿其可穿过馆三段火山岩盖层继续向上运移，因馆三段火山岩盖层阻挡，少部分天然气在其上下发生侧向分流运移，此处属于输导油气以垂向运移为主模式。而主干输导正断层和其余2条分支输导正断层处馆三段火山岩盖层断接厚度(图 4)均大于其封气所需的最小断接厚度(图 5)，天然气不能沿其穿过馆三段火山岩盖层向上运移，只能在其下发生侧向分流运移，此处应属于输导油气先垂后侧运移模式。

图 4 南堡1号构造气藏剖面图 Figure 4 Gas reservoir section of 1st structure in Nanpu sag

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图 5 南堡凹陷馆三段火山岩盖层封气所需断接厚度下限厘定图 Figure 5 The limits of faulted thickness of sealing gas in Ng3 volcanic caprock of Nanpu sag

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这种正断层输导油气侧向运移模式通常发生在侧变式生储盖组合或下生上储式生储盖组合的油源区外，源岩生成的油气主要是沿砂体或不整合面向油源区之外进行侧向运移，当沿砂体或不整合面侧向运移的油气遇到输导正断层时，油气将改变运移路径，沿输导正断层进行垂向运移。如果上覆盖层断接厚度小于其封油气所需最小断接厚度，油气将沿输导正断层向上覆地层中进行垂向运移，此种情况下应属于输导油气先侧后垂运移模式，见图 6a，如果上覆盖层断接厚度大于其封闭油气所需的最小断接厚度，油气沿输导正断层的垂向运移将再次改变运移方向，继续沿另一盘同一砂体或不整合面进行侧向运移，此种情况下应属于输导油气侧向连接运移模式，见图 6b。

图 6 正断层输导油气侧向运移模式示意图 Figure 6 Schematic diagram of oil-gas lateral migration models through normal faults

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松辽盆地北部杏北地区扶余油层位于古龙凹陷油源区之外，古龙凹陷青一段源岩生成的油“倒灌”运移进入扶余油层^[22]后主要是通过砂体向杏北地区侧向运移的，油在沿砂体侧向运移过程中遇到了一系列输导正断层(图 7)，油气将改变运移方向向上输导运移，由于扶余油层中的泥岩盖层厚度小，大部分被正断层错开，断接厚度小于封闭油气所需最小断接厚度，此处正断层输导油气应为先侧后垂运移模式，见图 7。但由于上覆青一段泥岩盖层厚度大，断接厚度大于其封油气所需最小断接厚度，油气不能穿过其向上运移，仍继续沿另一盘同一砂体进行侧向运移，此处正断层输导油气应为侧向连接运移模式，见图 7。

图 7 杏北地区扶余油层油分布与反向正断层之间关系图 Figure 7 Relation between oil distribution and antithetic normal faults of Fuyu oil layer in Xingbei region

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通过正断层输导油气垂向和侧向运移模式与其所形成油气分布之间关系研究，可以得到正断层输导油气运移模式不同，对油气分布所起的控制作用也就不同。

通过正断层输导油气垂向运移模式与其所形成油气分布之间关系研究，可以得到正断层输导油气垂向运移模式对油气分布的控制作用主要表现在以下2个方面。

由上可知，油源区内油气在沿着输导正断层向上运移过程中遇到盖层时必然受其阻挡，如果盖层断接厚度小于其封闭油气所需最小断接厚度时，那么油气将穿过盖层向上运移，这种正断层输导油气以垂向运移为主模式形成的油气既可以分布在盖层之上，又可分布在盖层之下。如果盖层断接厚度大于其封闭油气所需最小断接厚度时，那么油气不能沿输导正断层穿过盖层向上运移，这种正断层输导油气先垂后侧运移模式形成的油气只能分布在盖层之下。

如南堡凹陷西南局部地区由于馆三段火山岩盖层断接厚度大于其封气所需的最小断接厚度(图 8)，沙三段或沙一段源岩生成的天然气不能穿过馆三段火山岩盖层沿输导正断层向上运移，属于输导油气先垂后侧运移模式，天然气只能在馆三段火山岩盖层之下发生侧向分流运移和聚集。目前该区仅在其下的馆四段和东一段中找到大量天然气，而其上则无天然气发现。而凹陷其他广大地区由于馆三段火山岩盖层断接厚度均小于其封气所需的最小断接厚度，沙三段或沙一段源岩生成的天然气可以穿过馆三段火山岩盖层向上运移，属于输导油气以垂向运移为主模式，天然气可以在馆三段火山岩盖层上下发生侧向分流运移和聚集，目前在该区馆三段火山岩盖层上下皆发现有天然气分布，但分散，如图 8所示。

图 8 南堡凹陷馆三段火山岩盖层封气区分布图 Figure 8 The distribution of sealing gas area of Ng3 volcanic caprock in Nanpu sag

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由于沿输导正断层向上运移油气受到盖层的阻挡，不管是输导油气先垂后侧运移还是输导油气垂向运移为主模式，油气均将向正断层上盘地层中发生侧向分流。这是因为正断层上盘伴生裂缝发育，有利于油气向上盘发生侧向分流运移，而下盘伴生裂缝不发育，不利于油气向下盘发生侧向分流运移^[6]。油气到底向正断层上盘哪些地层中发生侧向分流这主要取决于地层砂地比值的大小。如果地层的砂地比值越高，表明地层中泥岩越不发育，正断层错断过程中形成断裂带中的泥质含量越低，断层侧向封闭性越差，越有利于油气向该地层中侧向分流运移，故有利于油气聚集与分布。相反，如果地层中砂地比值越低，表明地层中泥岩越发育，正断层错断过程中形成断裂带中的泥质含量越高，断层侧向封闭性越好，油气越不利于向该地层中侧向分流运移，故无油气聚集与分布。

如渤南BZ28-2油田古近系沙河街组三段源岩生成油在沿输导正断层向上运移过程中，由于受到新近系明化镇组上部大厚度盖层的阻挡，断接厚度大于其封油所需的最小断接厚度，油不能穿过明化镇组上部大厚度盖层，只能在其下发生侧向分流运移，此处应属于输导油气先垂后侧运移模式(图 9)，油主要是在其下正断层上盘地层中发生侧向分流聚集。由表 1可以看出，油主要聚集分布在输导正断层上盘的明上段1、2油组的高砂地比地层中，而上部低砂地比的0油组和下部分的4、5油组皆为水层，这充分说明输导正断层上盘高砂体比地层应是正断层垂向输导油气聚集的有利部位。

图 9 BZ28-2油田油藏剖面图 Figure 9 Section of oil reservoirs in BZ28-2 oilfield

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通过正断层输导油气侧向运移模式与其控制形成的油气之间关系研究，得到正断层输导油气侧向运移模式对油气分布的控制作用主要表现在以下2个方面。

油气沿砂体进行侧向运移过程中遇到输导正断层时，油气将发生沿正断层的输导运移，如果盖层断接厚度大于其封油气所需的最小断接厚度，正断层输导油气为侧向连接运移的模式，所形成的油气主要分布在盖层之下。相反，如果盖层断接厚度小于其封油气所需的最小断接厚度，正断层输导油气为先侧后垂运移模式，形成的油气既可以分布在盖层之上，也可以分布在盖层之下。如松辽盆地杏北地区扶余油层中的油主要是古龙凹陷青一段生成并倒灌运移进入下伏扶余油层中的油^[22]，古龙凹陷扶余油层中的油主要是通过河道砂体向杏北地区侧向运移，扶余油层内盖层断接厚度小于其封油气所需的最小断接厚度，正断层输导油气为先侧后垂运移模式，形成的油气在盖层上下分布，见图 7。而上覆青一段泥岩盖层断接厚度大于其封油气所需的最小断接厚度，正断层输导油气为侧向连接运移模式，见图 7，所形成的油气只能在青一段泥岩盖层之下分布。二者综合作用的结果使得扶余油层含油气层位不断抬升，主要分布在青一段泥岩盖层之下的FⅠ油层组中，如图 10所示。

图 10 杏北地区扶余油层油分布与油层组之间关系 Figure 10 Relation between oil distribution and oil combination of Fuyu oil layer in Xingbei region

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油气在沿砂体或不整合面侧向运移过程中，遇到输导正断层便可发生垂向运移，当盖层断接厚度大于其封油气所需最小断接厚度时，正断层输导油气为侧向连接运移模式。如果输导正断层为反向正断层时，由于下盘油气运移砂体易与上盘下降的盖层对接，形成侧向封闭，油气在输导正断层下盘聚集分布。相反，如果输导正断层为顺向正断层时，由于下盘油气运移砂体不易与上盘下降的盖层对接，形成侧向封闭，不利于油气在其下盘聚集分布^[24]。如松辽盆地杏北地区扶余油层中的油气沿砂体由古龙凹陷向其侧向运移过程中，由于受到反向输导正断层错动使下盘扶杨油层砂体与上盘青一段泥岩对接，不易形成侧向封闭，使油平面上主要分布在反向输导正断层的下盘，如图 7所示。

1)正断层输导油气运移主要有2种模式：一种是输导油气垂向运移模式；另一种是输导油气侧向运移模式。正断层输导油气垂向运移模式又可分为输导油气以垂向运移为主模式和输导油气先垂后侧运移模式；正断层输导油气侧向运移模式又可分为输导油气侧向连接运移模式和输导油气先侧后垂运移模式。

2)正断层输导油气垂向运移模式对油气分布具有2个方面的控制作用：①正断层输导油气垂向运移模式控制着油气剖面分布特征，输导油气以垂向运移为主模式所形成的油气既可以分布在盖层之下，又可以分布在盖层之上，输导油气先垂后侧运移模式所形成的油气只能分布在盖层之下。②断层上盘高砂地比地层是其垂向输导运移模式形成油气平面分布的主要部位。

3)正断层输导油气侧向运移模式对油气分布具有2个方面的控制作用：①正断层输导油气侧向运移模式控制着油气剖面分布特征，输导油气先侧后垂运移模式形成的油气可以在盖层上下分布，输导油气侧向连接运移模式形成的油气只能在盖层之下分布。②反向正断层下盘是其侧向输导运移模式形成油气平面分布的主要部位。