断层对油气成藏影响作用综述

孙建峰，石芳惠

(陕西延长石油(集团)有限责任公司 研究院，西安 710069)



断层对油气成藏影响作用综述

孙建峰，石芳惠

(陕西延长石油(集团)有限责任公司 研究院，西安 710069)

断层对成藏的影响作用是断块油气田成藏特征研究的重点，也是目前含油气盆地寻找油气藏的重要研究内容.分别调研了国内外断层对沉积作用、沉降、沉积中心以及成藏条件的影响，探讨了断层对成藏研究中存在的问题和发展方向，从正反两方面介绍了断层的开启和封闭在成藏中起的作用.认为，油气从生成到最终聚集成藏，断层都起着非常重要的作用，甚至决定了某个地质时期油气藏的形成.

断层;沉积盆地;圈闭;油气成藏

目前国内外学者一般认为世界主要的沉积盆地中，断层控制着油气藏的形成与分布[1-2].在中国含油气盆地中，断层对油气藏的控制作用更为明显.学者们公认中国东部大部分陆相沉积盆地都与伸展、走滑断层活动有关，断层活动影响着地层的沉积与剥蚀，控制着凹陷的形成和演化[3].在很多含油气盆地，断层活动几乎代表了某个特定时期的构造运动，是构造活动最主要的表现形式[4].研究断层对成藏的影响规律有助于揭示沉积盆地内含油气系统规律，对寻找油气藏在盆地内的空间分布有较重要的帮助作用.

1 断层对沉积作用的影响

1.1 区域断层控制着沉积盆地的边界

按照Magnavita等[5]的观点，裂谷边界体系(rift border system)的构造与沉积构成是由主断层、断阶和碎屑楔组成，主断层一般是一系列平行或者亚平行的断层，形成一个断层系统，控制裂谷边缘的几何形状.

大型断裂带决定着含油气盆地的发育大小，盆地基底的边界断层往往发育为沉积的斜坡带，而大型区域断裂带往往发育为盆地的边界.周新桂等[6](2004)在研究山东汶西凹陷时指出，南留边界断裂既控制盆地的演化发展,又控制了凹陷中心的迁移,同时直接控制砂体发育、砂体空间的形态、砂体迁移和展布方位的变化,边界断裂的活动强度控制了砂体展布范围.

作为欧洲中东部的主要产气区的特亚盆地是阿尔卑斯造山系东部的一个主要沉积盆地，由上白垩统至中新统上段构成了5 000～8 000 m的沉积厚度，该盆地北特兰西瓦尼亚断层控制了北部的沉积范围，西南以塞纳德断层为边界，南特兰西瓦尼亚断层则控制了盆地东南方向的沉积边界[7].东濮凹陷西南边界受长垣断层控制，东北边界受马寨断层控制.渤海湾盆地东西两侧受NNE走向的郯庐与太行山深大断裂控制[8].

区域断层的几何学、运动特征控制了整个凹陷的形成与演化[9]，断面特殊的产状限制了物源的方向.虽然在盆地其他特定的构造部位和地形也接受沉积，但由断面形成的斜坡区往往成为各种砂质沉积物的主要堆积地[10].

1.2 断层活动控制着沉积沉降中心

在一个地势平坦且构造活动较稳定的沉积盆地内，沉积中心处堆积的沉积物厚度最大，由于重力作用往往发育为沉降中心[11].箕状断陷盆地中高角度正断层会不断旋转变缓，并逐渐向上拱曲，继后被新一代高角度正断层切割，此过程反复而频繁发生，于是，“鱼鳞式”构造逐渐形成或最终被剥蚀，导致沉积中心向北北东方向迁移[12-13].

在受正断层控制的沉积中，沉积中心的变化随两盘拉张的变化而迁移，断距越大，沉积中心移动的横向位移越大；断层的落差越大，沉降的速率就越快.

在扭压应力背景下受走滑断层控制的沉积环境可形成丰富的横向构造，这些横向构造可将盆地分割成众多的次级构造单元从而形成多个沉积中心[14].

1.3 断层活动控制着沉积相的类型

由断层引起的垂向升降运动和水平伸展运动控制着凹陷的沉降与充填作用,多期的幕式构造运动造成沉积特征的旋回性与阶段性,同时控制着沉积基准面的变化和沉积体系在空间不同的组合方式[15].

断层活动初期，受区域应力场影响较强，活动剧烈，断层的落差迅速加大形成陡坡，由于坡度大，上下两盘有较大的水平方向的位移，沿断面形成湖相沉积体系.由于湖盆的下降速度与沉积速度大致相当，因此在临近湖岸地带主要发育了近源快速沉积的洪积扇体，滨浅湖地带主要沉积扇三角洲、辫状河三角洲[16].

断层活动中期，陡坡带主断层边界进一步加大，湖盆的沉降速度大于沉积速度，成为饥饿型湖盆，水体随边界陡坡带的坡度的增加而加深，为缺氧的还原环境，形成半深湖和深湖相.如果断面坡度较大，并且断面附近有充足的物源，则在断面处重力起主要作用，形成浊积岩相.辽河凹陷早第三纪的西斜坡上，在边界大断层不远有一条与之平行但倾向相对的一条断层，岸上洪水重力流到此后不能向西扩张，而是沿由两条断层组成的断沟南北流动，断崖上可能由多个沉积物重力流供给点，形成的沉积物呈狭长条带沿边界断层分布，岩性具有递变构造的杂乱砂泥砾混杂沉积形成非典型沟道浊积岩相(吴崇筠，1986).

断层活动晚期，盆地沉降较为平缓，物源随着河流进入湖盆，形成三角洲沉积，如果物源较为充分，在三角洲前缘出现向湖的自然倾斜，因堆积速度快，沉积厚，易产生重力滑动，常形成走向大致平行海岸的同沉积断层[17].

2 断层活动控制着油气藏的形成

2.1 由断层控制的沉积相类型决定了烃源岩的生烃能力

沉积相的类型直接决定了烃源岩的生烃能力.断层活动形成的较大落差给河流搬运作用提供了较好的动力，使物源进入盆地更加方便.断层活动致使盆地内多为半深湖-深湖相，为缺氧的还原或弱还原环境，适于有机质的保存和向石油的转化，是良好的生油环境，岩性以灰黑、深灰、灰褐色泥页岩为主，以浮游生物为主的化石较丰富.我国东部渤海湾盆地的烃源岩有机碳的较高含量(在部分层段如沙三段，阜四段，阜二段，核桃组等甚至超过2.0%)[18]可能和该沉积环境有关.

在三角洲相中，前三角洲亚相以黏土岩沉积为主，厚度大，分布广，堆积速度快，富含河流带来的和原地堆积的有机质，加上水体较安静，埋藏速度快，有利于有机质的富存，也具有良好的生油条件[17].

2.2 沉积相的类型对储集层的影响

在断陷盆地活动晚期，随着堆积物厚度的增加形成的三角洲沉积对储集层的物性有重要影响.三角洲平原上发育有分流河道和分流河道间沉积，河道内充填厚层砂岩分选磨圆好，可作为好的储集层.

在盆地边缘形成的扇三角洲沉积中的分流河道是扇三角洲前缘沉积的主体，岩性主要为砂砾岩、砂岩，砾石具较好的磨圆.河口砂坝位于分流河道前缘和侧缘，是由于水体深度的增加或地形坡降突然变缓，分流河道带来的碎屑物质在河道前缘沉积下来所形成的向上变粗的反粒序砂坝，随着沉积物的不断供给和河道的不断改造，可形成大面积的厚层砂体[19].

2.3 断层活动控制着不同类型油气圈闭的形成

构造运动是形成圈闭的主要因素，而断层的多次运动造成盆地的抬升与沉降，为圈闭的形成提供了有利条件.在已经发现的油气圈闭中，受断层活动控制的较为普遍，在中国东部受断层遮挡的断块圈闭占很大部分.

2.3.1 逆牵引背斜

逆牵引背斜又叫滚动背斜，是拉张构造应力环境下的一种重要背斜类型，多形成于正断层的下降盘.对这类圈闭的成因，现在一般认为，在低角度正断层的活动中，断层的下降盘由于沉积物的重力作用使断块下滑，断块所承受的水平分力逐渐增大，造成断层上、下盘水平拉开的距离不断增大，为了弥合这个潜在空间而发生沉陷或坍塌，通常产生反向断层，构成小型地堑.然而，如果物理条件没有造成破裂而发生了挠曲，那么断面附近的地层影响下发生弯曲，从而形成逆牵引挠曲.因此，断面形态是控制滚动背斜发育的一个很重要的因素.

除断层弯曲因素以外,生长断层下降盘沉降不均衡以及差异压实作用也是形成逆牵引构造的重要因素[20].随着同沉积断层的不断发育，两盘之间的落差加大了沉降的不均衡，从而使下降盘承受了越来越大的负载，导致断层附近的岩层背着区域地层倾斜方向下滑，最终形成逆牵引背斜.

2.3.2 靠断层遮挡形成的圈闭

当断层活动停止后，断面附近的砂泥质断层泥、盐湖蒸发形成的膏盐，以及成岩作用形成的方解石等非渗透性岩性的封堵作用，断层在侧向上开始具有封闭性，成为油气侧向运移的遮挡物，可形成断块、断鼻、断层-岩性等圈闭.

断块圈闭：在储集层的上倾方向为一断层切割，或者有多条断层切割包围，这类断层往往与地层产状相结合，靠断层的遮挡作用切割成许多的封闭断块，形成复杂的断块圈闭.这类圈闭在我国东部渤海湾盆地、松辽盆地以及南海诸多沉积盆地较为普遍.

断鼻圈闭：在倾斜的储集层上，断层切割了鼻状构造的上倾方向形成的圈闭，渤海湾分布了大量此类型的圈闭.

2.4 断层活动控制着油气的运移和聚集

在油气运移和聚集时期，断层有两方面作用：封闭或开启.McKnight(1940)指出,断层显然是含油物的溢出通道而不是阻止含油物穿过破碎和倾斜岩层的封闭层.Wilhelm(1945)认为：“通常，断层圈闭中的储集层在断面处为非渗透地层封闭，以防止断裂作用对储集层的影响.但是，覆有低渗透性塑性黏土或者粉末状断层泥薄层的断层面，可能将并置在一起的油藏与孔隙性含水砂层分开”.

一般来说，在拉张环境中形成的正断层常常起通道作用，而压扭成因的逆断层常常是封闭的.但断层在活动过程中无论其性质如何，均在垂向上具有开启性；静止后的断层如果其断面压力小或断裂带以砂质成分为主，那么它在垂向上具开启性[21].油气能否沿断层进行垂向和斜侧向的运移，关键在于断层的开启时期与油气的排出时期的配置[22].究竟起通道还是封闭作用，取决于断层开启与封闭的时间以及与油气运聚的相互配置关系.如果断层开启时恰逢烃源岩大量排烃时期，那么断层以及由断层产生的裂缝系统将会对运移起到通道作用，如果排烃时断层活动已经停止，那么断层的封堵性有利于油气聚集.

因此，断层不仅对排烃有重要的影响，对油气藏的后期改造也有影响.由于断层本身具有通道作用，对聚集成藏的油气又起着后天改造作用，可以破坏现有圈闭的完整性，使油气沿着断层溢出，也可以沟通几个圈闭，使已经形成的油气藏重新聚集，形成更大的油气藏.

3 结论

(1)断层作为一种重要的构造活动对油气成藏的影响是多方面的，对不同的盆地类型，其影响方式也不一样，在不同的地质时期，其表现形式也不一样；

(2)目前研究断层对成藏的影响主要集中在对成藏各个要素的影响，但油气聚集是一个复杂的、多因素共同作用的地质过程，在成藏体系中起什么作用，要分情况解决；

(3)断层在油气聚集中何时封闭、何时沟通，是目前研究中的难点，也是今后需要解决的问题.

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[责任编辑 仲 圆]

Summary of the Effects of Fault on Hydrocarbon Accumulation

SUN Jian-feng, SHI Fang-hui

(Research Institute of Shaanxi Yanchang Petroleum(GROUP)Co. Ltd., Xi’an 710069, China)

The effect of fault on hydrocarbon accumulation is the key point of the research on the reservoir forming characteristics of fault block oil and gas field, and it is also an important research content of exploring oil and gas reservoirs in the current oil and gas basin. In this paper, the effects of faults on sedimentation, sedimentation, deposition center and reservoir forming conditions are investigated respectively, the problems and development trend of the fault to the reservoir forming are discussed, and the role of the opening and closing of fault in the formation of reservoir are introduced from two aspects. Finally, it is concluded that the fault is playing a very important role from the production to the final accumulation of reservoir for oil and gas, even it determines the formation of oil and gas reservoirs in a geological period.

fault; sedimentary basin; trap, oil and gas accumulation

1008-5564(2016)04-0081-04

2016-03-20

孙建峰(1984—)，男，河南新乡人，陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院工程师，主要从事石油天然气开发地质研究.

TE347

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