2017, Vol. 32
随着油气勘探的深入，人们逐渐认识到断裂不仅可以作为油气聚集的遮挡物，更重要的是作为油气运移的输导通道，即所谓的油源断裂，起着连接源岩和圈闭的桥梁作用，使油气聚集成藏.油源断裂的发育与分布在某种程度上控制着含油气盆地或凹陷下生上储油气的聚集与分布.然而，油气勘探的实践发现，在含油气盆地或凹陷下生上储式生储盖组合中并不是所有的油源断裂附近均有油气分布，而且同一条油源断裂不同部位油气分布特征也不同，这除了与油源断裂附近油气聚集圈闭和储集油气的砂体是否发育有关外，很大程度上受到油源断裂输导油气能力强弱的影响，而油源断裂输导油气能力强弱又受到其活动强弱和断面产状的影响.能否正确认识此问题，是含油气盆地或凹陷下生上储油气勘探的关键.虽然前人曾对油源断裂输导油气能力及油气富集做过大量研究和探讨，主要是关于油源断裂类型及其确定方法的研究 (周心怀等，2008；付广等，2012；赵彬彬等，2014) 和对油源断裂在油气成藏与分布控制作用进行的研究 (Hooper, 1991；孙向阳和任建业，2004；张升平等，2007；王永利等，2011)，而这些研究是将所有油源断裂作为一体来研究其在油气成藏与分布中的作用，并没有对不同油源断裂同一时期和同一条油源断裂不同时期和不同部位输导油气能力及其对油气成藏与分布起作用的差异性进行研究，从而造成不能解释为什么同是油源断裂有的油源断裂附近有油气分布，而有的油源断裂附近则无油气分布，同一条油源断裂有的部位油气富集，而其他部位油气则不富集，等等这些问题无疑妨碍了含油气盆地或凹陷下生上储油气勘探的深入.因此，开展油源断裂输导油气能力及油气富集的差异性研究，对正确认识含油气盆地或凹陷下生上储油气成藏规律和指导油气勘探均具重要意义.
1 油源断裂类型及其特征在含油气盆地或凹陷下生上储式生储盖组合中，由于上覆目的储层与下伏源岩之间往往被多套泥岩相隔，源岩生成的油气不能通过地层岩石孔隙直接向上覆目的储层中运移，只能通过断裂才能使源岩生成的油气向上覆目的储层中运移.然而，三维地震资料解释结果表明，目的储层内往往发育大量不同类型和规模的断裂，但并不是所有这些断裂均可成为油源断裂，使源岩生成的油气向上覆目的储层中运移，只有连接源岩和目的储层，且在油气成藏期活动的断裂才能成为油源断裂.根据含油气盆地油气成藏期与断裂活动时期相对早晚关系可知，油源断裂通常是一些长期活动断裂.如渤海盆地冀中坳陷饶阳凹陷的留楚地区，构造上是一个长期继承发育的塌陷背斜构造，是一个东翼陡，西翼缓的不对称背斜.该区从下至上发育地层有古近系的孔店组、沙河街组、东营组，新近系的馆陶组、明化镇组及第四系.截至目前为止，该区在沙河街组和东营组找到了大量油气，其中东二、三段是其油气的主要产层.油气源对比结果 (王爱香等，2000) 表明，其油气主要来自下伏古近系沙一段发育的暗色泥岩，由于东二、三段与下伏沙一段源岩之间被多套泥岩层相隔，沙一段源岩生成的油气不能通过地层岩石孔隙直接向上覆东二、三段储层中运移，只能通过油源断裂才能使沙一段源岩生成的油气运移进入上覆东二、三段储层中.由三维地震资料解释成果可知，留楚地区东二、三段储层中发育有中期走滑伸展、早期伸展-中期走滑伸展、晚期张扭、中期走滑伸展-晚期张扭和早期伸展-中期走滑伸展-晚期张扭等5种类型断裂，如图 1所示，但能够成为东二、三段储层油源断裂的只有中期走滑伸展-晚期张扭和早期伸展-中期走滑伸展-晚期张扭等2种类型断裂.由图 2中可以看出，留楚地区东二、三段中期走滑伸展-晚期张扭型油源断裂相对发育，几乎全区分布，而早期伸展-中期走滑伸展-晚期张扭型油源断裂相对不发育，仅分布在研究区的边部.
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图 1 留楚地区断裂系统划分模式图 Figure 1 Dividing model of fault system in Liuchu area |
通过油源断裂活动性的时空分布、断面产状与其附近油气分布之间关系研究，可以得到油源断裂输导油气能力及油气富集的差异性主要表现在以下几个方面.
2.1 不同油源断裂同一时期输导油气能力及油气富集的差异性按照上述油源断裂的定义，对于含油气盆地或凹陷下生上储的某一目的储层中往往会有多条油源断裂，如上述留楚地区东二、三段储层就发育有许多油源断裂，如图 2所示，那么是不是所有这些油源断裂在同一时期对油气的富集所起的作用均是相同的呢？不是的，因为油源断裂在同一时期对油气成藏所起的作用大小除了受到被其沟通源岩品质好坏的影响外，在很大程度上还要取决于油源断裂本身输导油气能力的强弱，同一时期输导油气能力越强的油源断裂，在源岩供油气能力相同的情况下，其输导的油气量越大，越有利于油气在其附近聚集，其附近油气越富集；反之其附近油气不富集.而油源断裂输导油气能力强弱又受到其活动强度 (或活动速率，等于油源断裂断距除以活动时间) 大小的影响，活动强度越大，油源断裂伴生和诱导裂缝越发育，开启程度越高，连通性越好，输导油气能力越强，越有利于油气聚集，其附近油气越富集；相反，活动强度越小，油源断裂伴生和诱导裂缝越不发育，开启程度越低，连通性越差，输导油气能力越弱，越不利于油气聚集，其附近油气越不富集，甚至没有.如渤海湾盆地渤海海域是目前渤海湾盆地油气勘探的重要领域，构造上包括辽东湾、渤中、济阳和黄骅4个坳陷和埕宁1个隆起.该区从下至上发育地层有古近系的孔店组、沙河街组、东营组，新近系的馆陶组、明化镇组和第四系.目前已在石臼坨凸起、南堡凹陷、沙田凸起、渤南低凸起、渤中凹陷和渤东低凸起新近系地层中找到了大量油藏，如图 3所示，油源对比结果表明，其油气均来自下伏沙三段或沙一段发育的暗色泥岩，由于新近系与下伏沙三段或沙一段源岩之间被多套泥岩层相隔，沙三段或沙一段源岩生成的油气不能通过地层岩石孔隙直接向上覆新近系地层中运移，只能通过长期活动断裂——油源断裂 (图 3) 向其运移，由图 4中可以看出，渤海海域新近系地层中发育有大量的油源断裂，主要展布方向为北北东向，主要分布在北部地区，少量为北西向、近南北向和近东西向，主要分布在中南部地区.由油气成藏期—明化镇组沉积中期 (付广等，2012) 油源断裂活动速率大小统计结果 (图 4) 中可以看出，渤海海域新近系地层中油源断裂同一时期内活动特征明显不同，按照活动速率大于25 m/Ma，10~25 m/Ma和 < 10 m/Ma可把油源断裂活动强度划分为大、中等、小3个等级，划分结果如图 4所示，由图 4中可以看出，渤海海域新近系地层中活动强度大的油源断裂主要分布在石臼坨凸起、南堡凹陷、渤南低凸起和莱北低凸起的东部、渤中凹陷和沙田凸起边部.活动强度小的油源断裂数量较少，仅分布在研究区南部.活动强度中等油源断裂数量最多，主要分布在研究区中北部地区，尤其是北部地区全是活动强度中等油源断裂.通过统计油源断裂活动强度与新近系地层中已发现油藏分布之间关系可以看出，渤海海域新近系地层中目前已发现的油藏主要分布在活动强度大和中等的油源断裂附近，而活动强度小的油源断裂附近无新近系油藏分布.这是因为活动强度大和中等的油源断裂伴生和诱导裂缝发育，且开启程度高，输导油气能力相对较强，下伏沙三段或沙一段源岩生成的油气沿这些油源断裂向上覆新近系地层中运移的油气量相对较多，可以克服运移途中各种损失，有利于油气聚集，其附近油气富集.而活动强度小的油源断裂伴生和诱导裂缝不发育，且开启程度低，输导油气能力相对较弱，下伏沙三段或沙一段源岩生成的油气沿这些油源断裂向上覆新近系地层中运移的油气量相对较少，不能克服运移途中各种损失，不利于油气聚集，其附近无油气富集.
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图 2 留楚地区东二、三段不同类型断裂分布图 Figure 2 Distribution of different type faults in Ed2 and Ed3 of Liuchu area |
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图 3 渤海海域断裂类型划分图 (据夏庆龙等，2012) Figure 3 Dividing diagram of fault types in Bohai ocean |
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图 4 渤海海域新近系油藏与不同活动强度油源断裂分布之间关系图 (据邹华耀，2015) Figure 4 Distribution relation between oil source fault with different active magnitude and oil reservoirs in Neogene system of Bohai ocean |
由于断裂活动的周期性，同一条油源断裂输导油气作用也具有周期性，这可以从断裂带中储层流体包裹体均一温度确定出油气多期成藏特征 (康永尚等，2004；李美俊等，2007；李纯泉和陈红汉，2007；肖骏等，2011) 得到证实.同一条油源断裂在不同的活动时期由于其活动强度不同，其输导油气能力也不同，对油气富集所起的作用也就不同.断裂活动相对强烈时期，伴生和诱导裂缝越发育，裂缝开启程度越高，连通性越好，输导油气能力越强，越有利于油气在其附近聚集，对油气富集所起的作用就越大，应是油气成藏的主要时期；相反，断裂活动相对较弱时期，伴生和诱导裂缝越不发育，裂缝开启程度越低，连通性越差，输导油气能力越弱，越不利于油气在其附近聚集，对油气富集所起的作用就越小，不是油气成藏的主要时期.如松辽盆地北部徐家围子断陷是深层天然气勘探的有利断陷，构造上是由徐西、宋西2条边界断裂控制形成的箕状断陷，由宋站低隆起和丰乐低隆起将其分隔成南北3个局部断陷，它们分别是安达次坳、杏山次坳和薄荷台次坳.该断陷从下至上发育地层有下白垩统火石岭组、沙河子组、营城组、登娄库组和泉头组一、二段.目前已于下白垩统营城组火山岩中找到了上千亿方天然气，气源对比结果 (肖骏等，2011) 表明，其天然气主要来自下伏下白垩统沙河子组煤系源岩.由于营城组火山岩储层和下伏沙河子组煤系源岩二者之间被多套泥岩层或非渗透的火山岩层相隔，沙河子组源岩生成的天然气也只能通过油源断裂才能向上覆营城组火山岩中运移，由图 5中可以看出，营城组火山岩中发育有5种类型的断裂，但并非这5种类型断裂均可成为营城组火山岩储层的油源断裂.由源岩生排气史模拟结果 (肖骏等，2011) 可知，徐家围子断裂沙河子组源岩在登娄库组沉积中期 (约120Ma) 开始向外排气，在青山口组沉积中期 (约96Ma) 达到排气高峰期.按照上述油源断裂的定义，可以得到Ⅴ型、Ⅵ型和Ⅶ型断裂应是沙河子组源岩生成的天然气向上覆营城组火山岩运移的油源断裂.通过统计典型剖面油源断裂不同时期的生长指数可以看出，徐家围子断陷从登娄库组至嫩一、二段沉积时期油源断裂活动强度相对较大的时期是青山口组和姚家组沉积时期，其次是嫩一、二段沉积时期，登娄库组和泉头组沉积时期断裂活动强度相对较弱，如图 6所示.由此看出，青山口组和姚家组沉积时期油源断裂输导天然气能力相对较强，有利于天然气聚集.其他时期油源断裂输导天然气能力相对较弱，不利于天然气在其附近聚集.这一结果与目前徐家围子断陷营城组火山岩储层利用流体包裹体均一温度确定出的天然气成藏期主要是青山口组和姚家组沉积时期 (李纯泉和陈红汉，2007；肖骏等，2011) 是一致的.
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图 5 徐家围子断陷断裂系统划分模式图 Figure 5 Division model of fault systems in Xujiaweizi depression |
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图 6 徐家围子断陷典型断裂生长指数剖面图 T06、T1、T11、T2、T3、T4、T5——地层反射界面 Figure 6 Profile of typical fault growth index in Xujiaweizi depression |
由于同一条油源断裂不同部位活动强度和断面产状不同，所以造成同一条油源断裂不同部位输导油气能力及特征不同，油气富集特征也就不同.通常情况下，同一条油源断裂由于其产状不同，其输导油气特征也就不同，凸面脊处由于其油气势能低于其四周，造成沿油源断裂向上运移油气向凸面脊汇集，是油源断裂输导油气运移的主要部位，有利于油气克服断裂的层析作用，有利于剩余油气聚集.凹面脊处由于其油气势能高于其四周，沿其向上运移油气会向其两侧低油势能的凸面脊发生侧向运移，使油气运移量减小，故其不是油源断裂输导油气的有利部位.此外，一条油源断裂活动强度越大的部位，油源断裂伴生和诱导裂缝越发育，开启程度越高，连通性越好，输导油气能力越强，越有利于油气聚集，是油气聚集的有利部位.相反，一条油源断裂活动强度越小的部位，油源断裂伴生和诱导裂缝越发育，开启程度越低，连通性越差，输导油气能力越弱，越不利于油气聚集，不是油气聚集的有利部位.由此看出，油源断裂活动速率大的凸面脊发育部位是其输导油气的有利部位，也是油气聚集的有利部位.
如渤海湾盆地冀中坳陷廊固凹陷大柳泉构造是一个后期反转的塌陷背斜构造，该区内以下至上发育的地层为古近系的孔店组、沙河街组、东营组、新近系的馆陶组、明化镇组和第四系.旧州断裂是研究区中部的一条北东向展布的大断裂，由F1、F2和F3三条断裂构成，该断裂从下部沙四段一直断至馆陶组顶部，是一条长期继承性断裂.由图 7中可以看出，旧州断裂附近在沙三段中部发现了大量油气，如图 7所示，油气源对比结果表明，油气来自下伏沙四段源岩，沙四段源岩生成的油气均是通过旧州油源断裂向上覆沙三段中部砂岩运移的.由图 7中可以看出，沙三段中部目前已发现的油气并非整个旧州断裂分布，主要集中分布在A、B、C三个部位.而其他部位油气相对较少或没有，这是为什么呢？为了解决此问题，首先利用地震资料对旧州断裂断面形态进行了研究，由图 8中可以看出旧州断裂在A、B、C三个部位均发育有凸面脊，应是下伏沙四段源岩生成油气沿旧州断裂向上覆沙三段中部储层运移的主要部位，有利于油气在A、B、C三个部位聚集；而其他部位则为非凸面脊发育部位，不利于油气聚集.再通过对旧州断裂不同部位在油气成藏期—沙二段早期断裂活动速率计算结果 (图 9) 可以看出，旧州断裂的A、B、C三个部位断裂活动速率相对较大，均大于10m/Ma，输导油气能力相对较强，有利于油气聚集；而其他部位断裂活动速率相对较小，均小于10m/Ma，输导油气能力相对较弱，不利于油气聚集.正是上述2个原因使得旧州断裂在A、B、C三个部位不仅断裂活动强度大，而且断层面为凸面脊，断裂输导油气能力强，有利于下伏沙四段源岩生成的油气沿旧州断裂向上覆沙三段中部运移和聚集成藏，其附近油气聚集.相反，旧州断裂其他部位由于断裂活动强度弱，且断层面非凸面脊，断裂输导油气能力弱，不利于下伏沙四段源岩生成的油气沿旧州断裂向上覆沙三段中部运移和聚集成藏，在其附近无油气聚集分布，如图 9所示.
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图 7 大柳泉地区旧州断裂与沙三段中部油气分布之间关系图 Figure 7 Distribution relation of oil-gas between Jiuzhou fault in Daliuquan area and middle place of Ed3 (supplement convex ridge place) |
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图 8 大柳泉地区旧州断裂凸面脊分布特征图 Figure 8 Distribution characteristics of ridges on Jiuzhou fault in Daliuquan area |
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图 9 旧州断裂油气成藏期 (沙二段沉积早期) 活动速率与油气分布之间关系图 Figure 9 Distribution relation between oil-gas accumulation period (early period of Es2) activity rate of Jiuzhou fault and oil-gas |
不同油源断裂同一时期输导油气能力及油气富集存在差异性，活动强度大的油源断裂输导油气能力强，有利于油气聚集，其附近油气富集；相反，活动强度小的油源断裂输导油气能力弱，不利于油气聚集，其附近油气不富集.
3.2同一条断裂不同时期输导油气能力及油气富集存在差异性，强活动时期断裂输导油气能力强，有利于油气聚集，对油气富集所起作用大，应是油气成藏的主要时期；相反，弱活动时期断裂输导油气能力弱，不利于油气聚集，对油气富集所起作用小，不是油气成藏的主要时期.
3.3同一条断裂不同部位输导油气能力及油气富集存在差异性，活动强度相对较大的油源断裂凸面脊发育部位输导油气能力强，有利于油气聚集，是油气富集的有利部位；相反，活动强度相对较小的油源断裂非凸面脊发育部位输导油气能力弱，不利于油气聚集，不是油气富集的有利部位.
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