0 引言

断裂作为油气垂向运移的通道已被广泛接受，油源断裂的确定已成为油田勘探及生产部署中必不可少的环节.油气在沿油源断裂垂向运移过程中具有“顺枝开花”，呈“多层楼式”分布的特征(李宏义等，2010；孙同文等，2012；刘震等，2014)，即油源断裂输导的油气只有侧向分流进入两侧砂体才能够最终成藏.近几年来，随着渤海湾盆地浅层三角洲相内断裂与河道砂体匹配型油气藏的不断发现，断裂-体耦合控藏分析受到越来越多的重视.已有学者从断裂-砂体匹配关系、断裂与砂体之间物性、充注动力耦合方面对油气由断裂向砂体侧向分流作用进行了初步的物理模拟和理论分析(姜振学等，2005；郭凯等，2010；马中良等，2012).但随着断陷盆地油气勘探不断向精细化发展，逐渐又暴露出两方面关键问题：一是沿油源断裂垂向运移的油气究竟向哪一盘侧向充注，优势的充注部位在哪？二是对于断裂同一盘，纵向上发育多套砂泥组合，目前钻探情况看含油气情况差别很大，有的为工业油气层，而有的含油较差或直接为干层或水层，油气优先向什么样的砂层侧向分流？这是目前制约断陷盆地油气精细勘探的“瓶颈”，造成井位部署存在许多不确定性.基于此，本文在断砂配置类型及运移油气机理研究的基础上，系统分析了油气由断裂向砂体侧向分流的多方面影响因素，以期为断裂-砂体耦合侧向分流油气的理论研究及油田生产实践提供一定的指导.

1 断裂-砂体配置类型

国内、外学者研究表明，断裂是油气从深部烃源岩层向浅层垂向运移的重要通道(Hooper, 1991；李春光，1994；Losh et al., 1999；卓勤功，2006；张善文等，2008；李宏义等，2010；胡光义等，2012；孙同文，2014).而目前油气勘探成果揭示，断裂本身并不能作为好的油气圈闭(罗群等，2007)，沿断裂带垂向运移的烃类流体必须要向两盘砂体侧向分流，进入合适的储集空间才能够最终聚集形成油气藏(郭凯等，2010；吕延防等，2013；付广等, 2014, 2015).

1.1 断裂-砂体平面配置类型

断裂与砂体耦合接触关系决定了输导体系的有效性，也决定了他源型油气藏的形成与分布(魏刚等，2005；于海波等，2010；张新涛等，2012).在张性盆地中，平面上，仅考虑断层与砂体走向之间的匹配关系时，断层与河道砂体形成垂直接触、斜交接触及无接触共3种接触关系，断层与边滩砂体形成双向面接触、双向点接触、单向面接触、单向点接触以及无接触共5种接触关系(图 1)(彭文绪等，2009；张新涛等，2012).在几种接触关系中，河道砂体与断裂垂直接触、斜交接触以及边滩砂体的双向面接触、单向面接触情况下，断裂-砂体接触长度较大，有利于油气的运移与遮挡成藏；当同时考虑地层、断层和砂体的走向与倾向时，三者在平面上可以组合出6种接触关系(陈方文等，2014)，分别是(图 2)：(a)砂体走向//地层倾向//断层走向；(b)砂体走向//地层倾向⊥(顺向)断层走向；(c)砂体走向//地层倾向⊥(反向)断层走向；(d)砂体走向⊥地层倾向//断层走向；(e)砂体走向⊥地层倾向⊥(顺向)断层走向；(f)砂体走向⊥地层倾向⊥(反向)断层走向(注：//表示平行，⊥表示垂直).这种组合接触关系主要存在于凹陷斜坡区，在油气侧向运移中具有重要作用.

1.2 断裂-砂体剖面配置类型

根据断层倾向与砂体倾向的组合类型，剖面上断裂-砂体主要形成4种接触关系(图 1)，分别为同向正断层、反向正断层、“屋脊式”正断层和“反屋脊式”正断层(戴俊生，2006；彭文绪等，2009；张新涛等，2012；付广等，2014)；或者，也有学者根据断层两侧砂体翘倾方向不同定义为上抬-下倾型、下倾-上抬型、下倾-下倾型和上抬-上抬型(薛永安等，2008)，他所指的“上抬”或“下倾”是相对于断裂而言的，“上抬”即向着断裂方向砂体向上抬起，同样，“下倾”是指向着断裂方向向下倾斜.因此，上抬-下倾型就是指顺向正断层，其他三类依次与反向正断层、“屋脊式”正断层和“反屋脊式”正断层相对应，两种分类只是名称不同，在本质上是一致的.

2 断裂-砂体耦合运移油气机理

油气运移的本质为浮力和水动力等驱动力克服运移前方毛细管阻力的过程(Schowalter，1979；England et al., 1987).油气成藏是运移动力与阻力相互耦合的结果，国内学者依据流体势理论并结合中国东部陆相盆地的勘探实践提出了“相-势”耦合控藏理论(李丕龙等，2004；庞雄奇等, 2007, 2013；马中良等，2012)，认为油气成藏过程是“势”所代表的成藏动力(浮力、水动力、异常压力等)克服“相”所代表的成藏阻力(毛细管阻力)的过程.“相-势”耦合作用宏观上决定了油气由断裂向砂体的侧向充注.

断裂-砂体对油气的侧向分流与断裂的垂向输导机理密切相关.目前研究普遍认为，断裂具有幕式活动的特点(Hooper，1991；郝芳等，2005)，一个活动周期又可分为活动期、活动-间歇过渡期和间歇期3个阶段(孙同文等，2012；姜大朋等，2014).在断裂活动期，构造应力、超压或两者共同作为流体运移的主要动力(华保钦，1995；孙永河等，2007).断裂破碎带伴生裂缝、连通孔隙及诱导裂缝带都可以作为油气输导的通道，而伴生裂缝带输导性最好，是活动期流体运移的优势通道，油气在“地震泵”抽吸作用下沿断裂带以油、气、水混相涌流的方式向浅部地层运移，速率很大(Sibson et al., 1975；Hooper，1991；郝芳等，2005).在运移过程中，受断裂垂向物性变化影响，当垂向运移受到阻碍，而断裂带压力大于所流经砂体的毛细管阻力时油气可产生侧向分流.

断裂活动-间歇过渡期，随着构造活动减弱、流体的释放和压力的降低，在上覆沉积载荷、区域主压应力和流体运移过程中水-岩作用引起的矿物沉淀等作用下，断层破碎带内伴生裂缝(垂直裂缝)很快紧闭愈合，诱导裂缝连通构成裂隙网，具有比破碎带及未变形原岩更高的孔渗性，为主要通道(付晓飞等, 2005, 2012；孙同文，2014).油气在剩余压力和浮力共同作用下沿诱导裂缝带向上输导，在砂泥岩互层段或区域性泥岩盖层遮挡下产生集聚，当聚集油柱所产生的浮力及剩余压力之和大于砂体毛细管力时，油气由断裂向该砂体产生侧向分流而充注成藏.断裂在间歇期不具备输导能力或只有少数断裂或断裂的某一段具有输导能力，且输导能力很弱.在浮力作用下以单相或混相缓慢渗流为主，断裂-砂体侧向分流油气能力不具备或很弱.

3 断裂-砂体耦合侧向分流油气的影响因素

针对目前断裂-砂体耦合的研究现状，总结起来主要有以下7方面对油气的侧向分流有着重要的影响.

3.1 盖层垂向封盖作用

断裂是油气由深部烃源岩层向浅部地层垂向运移的重要通道，而盖层是垂向遮挡油气、防止油气向上逸散的保护层，二者是矛盾的统一体.在盖层发育的层段，由于(膏)泥岩盖层的塑性剪切或涂抹，或脆性盖层的刮削、研磨碎屑充填，使断裂在盖层段附近垂向上渗透性降低，形成一定的垂向封闭能力(吕延防等，2008).当垂向运移的油气受到阻挡时，在压力或短暂聚集后的油气柱浮力侧向分力作用下改变方向，向两侧砂体侧向分流.当不存在盖层遮挡时，由于断裂带渗透率一般较大，并且浮力方向垂直向上，油气必然选择阻力最小的路径—沿断裂垂向运移，而不会侧向分流进入储层砂体，这已被大量的油气勘探实践所证实(彭文绪等，2009；张新涛等，2012；姜大朋等，2014；孙同文，2014).因此，盖层垂向遮挡是油气发生侧向分流进入砂体的必备和前提条件，类似于集输管道系统的“节流阀”.

3.2 断裂垂向优势运移通道和砂体侧向优势运移通道

(1) 断裂垂向优势运移通道.对于断裂而言，由于断裂带内部结构复杂、断层面往往凹凸不平，油气并非沿整条油源断裂运移，而是存在着优势运移通道.油气优势运移路径主要受断面几何形态及流体势影响，可以分为以下3种情况(Hindle, 1997；罗群等，2007)：① 平面断层不改变油运移路径，油气自入口点开始路径保持不变，优势运移通道不明显；② 凹面断层使流线向上呈发散状，无优势运移通道；③ 凸面断层流线汇集形成垂向的优势运移通道.显然，断层凸面脊不仅为低势区，而且能使油气发生汇聚，是油气沿断层面运移的优势通道.

(2) 砂体侧向优势运移通道.在浮力驱动下，砂岩输导层的优势输导通道主要受“高渗透性带”和“构造脊”两大因素控制，并且数值模拟结果表明，“构造脊”是控制砂岩输导层油气优势运移通道的关键因素，而“高孔渗”的“构造脊”则是输导层油气运移的“高速公路”.为了描述此类优势输导通道，李思田(2000)提出了输导脊的概念，即由构造脊与高渗透性输导层相匹配形成的输导通道.在浮力作用下，油气首先向砂体输导层顶面运移，然后再向输导脊汇聚，最终沿输导脊作长距离的侧向运移，输导脊运移是油气成藏的关键过程，没有油气的脊运移阶段，就不可能形成具有经济价值的油气藏.

从目前研究来看，断层凸面脊与砂岩输导层输导脊匹配的部位是断裂-砂体匹配形成的复式输导体系的优势通道部位.

3.3 断裂带诱导裂缝的发育程度

断裂带具有断层核和破碎带的二元结构已被各类研究证实(Bruhn et al., 1994；Flodin and Aydin, 2004)，从目前研究结果来看，断裂破碎带可能数十米厚，而诱导裂缝带可能数百米厚(Bruhn et al., 1994；Gray et al., 1999).多数情况下，断层破碎带两侧诱导裂缝具有不对称性(Flodin and Aydin, 2004)，对于正断层而言，上盘裂缝更发育(尤其是断距超过10 m的断层)，并且越靠近破碎带部位变形强度越大，裂隙规模和密度也大；相比之下，下盘裂缝密度更复杂，无明显减小规律(Brogi，2008).规模较大的诱导裂缝带除了能够改善断裂与砂体之间孔渗空间外，还可以在断层与砂体之间起“单向阀”(One-way valve)作用(Losh et al., 1999)，即随着油气流向砂体，断层内流体压力逐渐下降至围岩水平，断裂-砂体之间达到压力平衡，诱导裂缝系统有效阻止砂体内侧向分流的流体向断层回流，保证了断裂-砂体输导体系的畅通性和运移油气的有效性.

3.4 断裂-砂体接触长度、厚度和接触面积

目前部分学者已对断裂-砂体接触程度做了尝试性的研究.渤南地区BZ28-2SN油田油气藏解剖表明(孙永河等，2012)，在砂体发育的情况下，砂体的延伸方向与断裂的接触长度及剖面上的断裂-砂体接触厚度对油气的侧向充注及聚集成藏具有一定的控制作用，通过统计可知，断-砂接触程度与烃柱高度呈明显的正相关性，即随着断砂接触长度和接触厚度的增大，砂体内烃柱高度也越大.彭文绪等(2009)通过研究表明，渤中26-3和渤中29-5油田主力油层与油源断层的接触面积控制了储层油气藏的充满程度.胡光义等(2012)对渤海海域黄河口凹陷新近系研究表明，砂体与油源断裂的接触面积大时砂体富集大量油气，相反，和断层不相连的砂体油气难以运移和聚集.张新涛等(2012)通过建立断层与砂体耦合接触关系半定量静态模型，将接触面积近似为矩形(接触长度和接触厚度的乘积)，并通过渤海湾盆地黄河口凹陷渤中34区明化镇组下段断裂-砂体接触面积的定量计算证实了断层与砂体的接触面积是影响油气充满度、储量丰度和油柱高度的重要参数.王伟等(2017)在前人研究的基础上，初步考虑了断层面形态(发育波状起伏的脊、槽结构)，并通过地震反演技术确定了断层面上砂体的分布，由此确定出断裂-砂体的接触面积(图 4)，与前人研究相比，这是目前相对最为准确的计算方式.

3.5 断裂和砂体间渗透率差异

究竟断裂与砂体之间处于什么关系时有利于油气断裂-砂体侧向分流呢？姜振学等(2005)实验室物理模拟表明，当断裂带渗透率明显大于两侧砂层的渗透率，即断裂带与两侧砂层渗透率之比大于约11.56时油主要沿断裂带垂向运移，而当渗透率之比小于5.45时，一部分油穿越断裂带向砂层中侧向运移.另外，郭凯等(2010)进一步考虑了输导动力的影响，物理模拟实验证实，断裂输导动力与断层和砂体渗透率比值的耦合关系决定了流体横穿断层面侧向分流的能力，即断层与砂体渗透率比值越高，油在沿断层垂向运移过程中发生侧向分流所需的动力就越大，油就越难分流充注所流经的砂体.

3.6 砂体层间非均质性

断裂两侧砂体的非均质性(韵律及渗透率级差)对油气由断裂向砂体的侧向选择性充注有着重要的影响.考虑不同砂体间的非均性，通过系统的物理模拟实验可以建立起断裂-砂体复式输导体系的主要油气运移模式(姜振学等，2005；郭凯等2010)：(1) 强输导能力断层-反韵律砂体，油沿断层垂向运移的过程中不易侧向向砂体分流，油主要在最上部区域性盖层之下砂体中富集；(2) 弱输导能力-反韵律砂体，油沿断层垂向运移的过程中较易侧向分流，在纵向流经的各砂体中均有一定油气富集，但直接位于区域性盖层之下的砂体更为富集；(3) 强输导能力-正韵律砂体，油沿断层垂向运移的过程中极易侧向分流，主要在下部物性较好砂体中富集，直接位于区域性盖层之下的砂体则稍差一些.

3.7 砂体是否存在泄水通道

一般的研究认为只要断裂与砂体之间配置关系较好、存在流体势梯度时油气即可顺利地侧向分流进入砂体，而忽略了地层水和石油的压缩性问题，即油气充注单砂体时必须要排替地层水，但由于地层水的可压缩性很小，甚至可认作不可压缩流体，则在只存在单断层输导时，油气很难大量注入砂体，只有当砂体内存在多余空间或者当砂体存在泄水通道断层时，油气才能充注(刘震等，2014).

4 存在的问题及发展趋势

(1) 断裂-砂体复式输导体系是断陷盆地非常重要的输导体系类型，油气能否从断裂向砂体侧向分流取决于断裂与砂体之间物性差，而现阶段的研究工作主要基于实验室物理模拟结果，由于尺度不同，很难应用于实际油田勘探.缺少行之有效的方法或理论利用油田生产资料确定出油气运移时期油源断裂与两盘砂层之间的物性关系.在未来的研究中，可以通过断层的演化历史恢复方法确定出成藏时期断裂带的泥质含量，以此间接确定其渗透性.通过断层两盘砂层的取样测试及成岩历史分析确定不同砂层的古物性，最终确定出成藏期断裂-砂体耦合运移油气的有效性.

(2) 断裂两盘诱导裂缝带一方面改善断裂与砂体之间孔渗空间，另一方面可以在断层与砂体之间起“单向阀”作用，阻止砂体流体向断层回流.但目前关于诱导裂缝的定量描述，如裂缝密度、裂缝带宽度等多用于开发阶段，未与断裂-砂体耦合输导油气结合起来，导致油气分流的评价不够准确.在今后的研究中应在断裂带附近井成像测井等应用的前提下，结合裂缝预测等技术手段综合评价断裂两盘砂体孔渗特征.

(3) 目前针对断裂-砂体耦合复式输导体系的研究，仅初步考虑了断裂-砂体的几何接触关系、并且把砂体假设为厚层均质体、把接触面积理想化为矩形(接触长度和接触厚度的乘积)，这与断面脊理论相矛盾，同时也与实际地质情况相差甚远，现阶段缺少专门的理论.在以后的研究中需要综合考虑成藏期断裂垂向优势运移通道、并通过三维地质建模及储层反演的技术手段确定断裂-砂体接触面积(三维曲面)及成藏期断裂-砂体物性差等因素，相对准确地刻画出断裂-砂体输导体系的优势运移通道，有效地分析断裂某一盘纵向上含油差别较大的原因.

致谢 感谢审稿专家提出的修改意见和编辑部的大力支持！