断裂侧接输导油气运移部位预测方法及其应用

付 广 韩 刚 李世朝

(东北石油大学，黑龙江大庆 163318)

·地震地质·

断裂侧接输导油气运移部位预测方法及其应用

付 广*韩 刚 李世朝

(东北石油大学，黑龙江大庆 163318)

断裂转换带和断裂不封闭部位是断裂侧接输导油气运移的部位。依据断裂断距—距离曲线特征，按照同一条断裂中间断距大、两端断距变小的规律，可以确定断裂转换带的位置；实际断裂填充物泥质含量小于封闭油气所需的最小填充物泥质含量的部位即为断裂侧向不封闭部位；根据油气势能等值线法向汇聚的延伸方向确定油气沿砂体的运移路径。将油气沿砂体的侧向运移路径与断裂转换带和断裂侧向不封闭部位叠合，可以确定断裂侧接输导油气运移部位是断裂转换带还是断裂不封闭部位。并将上述方法应用于渤海湾盆地冀中坳陷霸县凹陷文安斜坡区沙一段、沙二段断裂侧接输导油气运移部位的预测。结果表明： 沙一段、沙二段断裂侧接输导油气运移部位主要是断裂转换带，其中一部分断裂转换带又是断裂侧向不封闭部位，更有利于断裂侧接输导油气运移； 只有几处断裂侧接输导油气运移部位是断裂侧向不封闭部位，有利于油气穿过断裂侧向运移和聚集，与沙一段、沙二段目前已发现的油气主要分布在断裂侧接输导油气运移部位附近的断裂处相吻合。

断裂 侧接输导 运移部位 断裂转换带 断裂侧向不封闭部位 运移路径

1 引言

油气勘探实践表明，不论是隆起区还是斜坡区，沿砂体侧向运移的油气均受断裂影响。断裂能否侧接输导油气运移及侧接输导油气的运移部位直接影响油气的分布特征，应是含油气盆地断裂发育区油气成藏与分布研究不可缺少的内容。关于断裂是否侧接输导油气运移前人曾做过一定的探讨，主要是针对断裂侧向是否封闭进行研究[1-9]，并认为：如果断裂侧向封闭，则断裂不能侧接输导油气运移，油气被断裂封闭在其一侧；如果断裂侧向不封闭，则断裂可以通过其侧向不封闭部位侧接输导油气运移。文献[10]～文献[13]从断裂分段生长与砂体发育之间的关系出发，对断裂侧接输导油气部位进行了探索，认为断裂转换带发育部位砂体发育，断层两侧砂体分布应是连续的，断裂可以通过连续分布的砂体侧接输导油气运移。然而，有关在油气沿砂体侧向运移路径上断裂侧接输导油气运移的部位是断裂侧向不封闭部位还是断裂转换带，以及如何预测断裂侧接输导油气运移部位等问题，上述文献均没有涉及。因此，开展确定断裂侧接输导油气运移部位的方法研究，对于正确认识含油气盆地断裂发育区油气藏分布规律和指导油气勘探均具有重要意义。

2 断裂侧接输导油气运移部位及其影响因素

断裂之所以能侧接输导油气运移，是因为砂体在断裂处未失去输导油气的能力，使砂体在断裂两盘不失去输导能力的情况只有两种。一种情况是砂体呈连续分布，没有被断裂错断或被断裂错断但仍保持连续分布，这种情况主要出现在两条分支断裂生长连接的断裂转换带发育部位。因为在软连接断裂转换带处砂体呈连续分布，断裂可以侧接输导油气运移(图1a)，即使是在硬连接断裂转换带处，断裂两盘砂体分布虽有一定落差，但仍呈连续分布，断裂仍可以侧接输导油气运移(图1b)。 另一种情况

图1 断裂侧接输导油气运移部位示意图

是虽然砂体被断裂错断呈不连续分布，但断裂带侧向封闭性差，不能阻止油气沿砂体通过断裂侧向运移，使断裂仍可以侧接输导油气运移(图1c)。由此看出，断裂转换带和断裂不封闭部位应是断裂侧接输导油气运移的部位。

3 断裂侧接输导油气运移部位的预测方法

综上所述，要确定断裂侧接输导油气运移部位，就必须确定油气沿砂体侧向运移路径、断裂转换带和断层侧向不封闭的部位。

3.1 断裂转换带预测

断裂转换带的预测方法为：首先利用三维地震资料读取断裂在不同测线处主要目的层内的垂直断距；然后做主要目的层的断裂断距—距离曲线(图2)；再依据断裂断距—距离曲线特征，按照同一条断裂中间断距大、两端断距变小的规律，便可以确定断裂转换带的位置，如由图2可确定两个断裂转换带。

图2 利用断裂断距—距离曲线确定断裂转换带示意图

3.2 断裂侧向不封闭部位预测

活动时期断裂能否阻止油气侧向运移的关键取决于断裂带填充物的泥质含量的相对大小，断裂带填充物泥质含量越高，其孔渗性越差，侧向封闭油气的能力越强，反之亦然。因此要确定断裂侧向不封闭部位，就必须确定断裂不同部位处填充物的泥质含量，据此便可以预测断裂侧向不封闭部位。具体方法为：①利用三维地震资料确定断裂不同部位的断距； ②利用钻井资料统计被错断的地层厚度； ③利用自然伽马测井资料计算地层泥质含量[14-16]，由

(1)

便可得到断裂不同部位填充物的泥质含量，式中：Rf为断裂填充物泥质含量；Hi为断裂错断第i层岩层厚度；Ri为断裂错断第i层泥质含量；L为断距；n为断裂错断岩层总数； ④统计研究区所有油气层处断裂(认为其侧向封闭)的泥质含量，取其最小值作为断裂封闭油气所需的最小填充物泥质含量(图3)； ⑤根据所要研究断裂不同部位填充物的泥质含量，按照断裂侧向封闭油气所需的最小填充物泥质含量厘定图(图3)中确定的断裂填充物泥质含量，便可以确定断裂不封闭部位，即实际断裂填充物泥质含量小于封闭油气所需的最小填充物泥质含量的部位。

图3 断裂侧向封油气所需的最小填充物泥质含量厘定图

3.3 油气沿砂体侧向运移路径预测

油气沿砂体侧向运移路径主要受砂体形态和油气势能分布特征的控制，对于大面积分布砂体，油气沿砂体运移路径主要受油气势能分布特征的控制，由高油气势能区向低油气势能区运移，具体路径为油气势能等值线法向汇聚延伸方向(图4a)。可通过

(2)

计算砂体顶面油气势能值Φ，做出油气势能等值线图。式中：z为砂体顶面现今埋深；p为油气所受的地层压力；ρ为油气密度；g为重力加速度；ρs为地层密度。

根据油气势能等值线法向汇聚的延伸方向确定油气沿砂体的运移路径。对于条带状砂体，油气沿砂体的侧向运移路径除了受油气势能分布特征控制外，还受形态的制约，为由高油气势能区至低油气势能区的方向(图4b)。通过式(2)计算砂体的油气势能值，做出油气势能等值线图，结合砂体展布方式可以确定油气沿砂体的侧向运移路径。将油气沿砂体的侧向运移路径与断裂转换带和断裂不封闭部位叠合，可以确定断裂侧接输导油气运移部位是断裂转换带还是断裂不封闭部位。

图4 油气沿不同形态砂体运移路径分布示意图

4 实例应用

本文以渤海湾盆地冀中坳陷霸县凹陷文安斜坡区为例，利用文中方法预测沙一段、沙二段断裂侧接输导油气部位，并通过分析预测结果与沙一段、沙二段已发现油气之间的关系，验证该方法用于预测断裂侧接输导油气运移部位的效果。

文安斜坡区位于冀中坳陷霸县凹陷东侧，整体为一个东抬西倾的斜坡，属于典型的源岩区外斜坡区，油气以侧向运移为主。文安斜坡区从下至上发育的地层有古近系的孔店组、沙河街组、东营组和新近系的馆陶组、明化镇组及第四系。目前已在沙一段、沙二段发现了大量油气藏，少量油气藏分布在东营组和明化镇组。油气源对比结果[17-22]表明，文安斜坡区目前已发现的油气主要来自西侧霸县凹陷沙一段源岩。油气藏解剖结果揭示：文安斜坡区沙二段主要为浅灰、灰绿色砂、泥岩夹油页岩。沙一段下部主要为灰色泥岩夹油页岩、页岩、薄层生物灰岩和白云岩；沙一段上部为灰色、灰绿色砂岩夹少量紫红色泥岩。霸县凹陷沙一段源岩生成的油气主要通过顺向断裂对接进入到沙二段，再向文安斜坡区侧向运移，并在文安斜坡区中部通过断裂上调进入上覆沙一段，又沿沙一段砂体进行侧向运移。文安斜坡区油气在沿沙一段、沙二段砂体侧向运移过程中，遇到了大量断裂，能否准确识别断裂侧接输导油气运移部位，是正确认识文安斜坡区沙一段、沙二段油气藏平面分布规律的关键。

文安斜坡区沙一段、沙二段为扇三角洲和辫状河三角洲沉积，砂体发育。但由于受到井点分布不均的影响，难以确定单砂体的空间连续分布范围，故只能借助地层砂地比值间接预测砂体空间分布的连续性。由文安斜坡区沙一段、沙二段地层砂地比与油气分布关系图(图5)可见，当沙一段、沙二段地层砂地比值不小于20%时，砂体中均含油，说明砂体连通，可作为油气运移的通道，使油气进入并形成聚集。由地层砂地比资料可以得到文安斜坡区沿沙二段、沙一段断裂侧接输导油气运移部位与油气分布关系图(图6)。由图可见，由于沙一段、沙二段砂体大面积分布，油气沿砂体的侧向运移路径主要受油气势能分布特征的控制。具体表现为：沙二段连通砂体主要分布在中部和南部，面积相对较大，油气沿砂体侧向运移路径相对发育，也分布在中部和南部，油气侧向运移路径由西至东展布，路径延伸距离相对较长(图6a)；沙一段连通砂体则主要分布在东部边缘，分布面积相对沙二段分布面积小，沿砂体侧向运移路径相对不发育，也分布在东部边缘，油气侧向运移路径也是由西向东展布，中部油气侧向运移路径延伸距离相对较长，南部和北部油气侧向运移路径延伸距离相对较短(图6b)。

三维地震资料解释结果表明，文安斜坡区沙一段、沙二段内发育大量不同规模和类型的断裂，但并不是所有断裂均可对沿砂体运移的油气起到侧接作用，只有在油气成藏期(明化镇组沉积晚期)[23，24]活动的断裂，才是沙一段、沙二段油气沿砂体运移油气的侧接断裂。图7为文安斜坡区典型剖面断裂类型划分图。由图可见，文安斜坡区沙一段、沙二段只有晚期张扭、中期张扭—晚期张扭和早期伸展—中期张扭—晚期张扭等3类断裂才能在油气成藏期活动，是沙一段、沙二段油气沿砂体运移油气侧接断裂。由文安斜坡区沿沙二段、沙一段断裂侧接输导油气运移部位与油气分布关系图(图6)可见：沙二段连通砂体内侧接断裂相对发育，主要分布在中部和南部，侧接断裂主要呈北东东向展布，少量呈北北东向展布(图6a)；沙一段连通砂体内侧接断裂相对不发育，主要分布在东部边缘，中部呈北东东向展布，南部和北部呈北北东向展布(图6b)。

通过三维地震资料读取文安斜坡区沙一段、沙二段不同测线处侧接断裂垂直断距数据，得到文安斜坡区文65井南断裂断距—位移曲线图(图8)，按照上述确定断裂转换带的方法，对沙一段、沙二段连通砂体内侧接断裂的转换带进行了识别(图6)。可见：文安斜坡区沙二段连通砂体内侧接断裂转换带相对发育，中部侧接断裂转换带个数明显多于南部，不同侧接断裂发育的转换带个数为1～9个(图6a)；沙一段连通砂体内侧接断裂转换带相对不发育，主要分布在中部、北部和南部边缘，中部侧接断裂转换带个数略多于南部，而南部侧接断裂转换带个数又多于北部(图6b)。

图5 文安斜坡区沙一段、沙二段地层砂地比与油气分布关系

图6 文安斜坡区沿沙二段(a) 、沙一段(b)断裂侧接输导油气运移部位与油气分布关系

图7 文安斜坡区典型剖面断裂类型划分图

图8 文安斜坡区文65井南断裂断距—位移曲线

图9 文安斜坡区沙一段(a)、沙二段(b)断层侧向封闭所需填充物泥质含量下限厘定图

利用三维地震资料和钻井资料确定文安斜坡地区已知井点处沙一段、沙二段连通砂体内侧接断裂的断距及其错断地层厚度，利用自然伽马测井资料由式(1)计算侧接断裂不同部位填充物的泥质含量[14-16]，并取油层处侧接断裂填充物泥质含量的最小值(30%，图9)作为侧接断裂封闭油气所需填充物泥质含量下限值，再利用三维地震资料和钻井资料统计文安斜坡区沙一段、沙二段连通砂体内所有侧接断裂的断距及被错断地层厚度和泥质含量，由式(1)得到断裂充填物泥质含量，按照沙一段、沙二段断层侧向封闭所需填充物泥质含量下限厘定图(图9)确定的填充物泥质含量下限值便可确定连通砂体内侧接断裂侧向封闭与不封闭部位(图6)。由文安斜坡区沿沙二段、沙一段断裂侧接输导油气运移部位与油气分布关系(图6)可见：沙二段连通砂体内侧接断裂侧向封闭部位主要分布在中部，南部和北部，仅少量侧接断裂发育于封闭部位，而大部分侧接断裂发育于不封闭部位(图6a)；沙一段连通砂体内侧接断裂侧向封闭部位也主要发育于东部的中央部位，东部的北端和南端侧接断裂侧向封闭部位不发育，断裂侧向不封闭部位主要分布东部、北部和南部地区，中部发育相对较少(图6b)。

将得到的文安斜坡区沙一段、沙二段油气沿砂体侧向运移路径、连通砂体内侧接断裂侧向不封闭部位和转换带叠合，便可以确定断裂侧接输导油气运移部位(图6)。可见：文安斜坡区沙二段断裂侧接输导油气运移部位主要是断裂转换带，其中有一部分断裂转换带又是断裂侧向不封闭部位，更有利于断裂侧接输导油气运移。仅有3处断裂侧接输导油气运移部位是断裂侧向封闭部位，其中在文安斜坡区南部有2处、北部有1处(图6a)。沙一段断裂侧接输导油气部位也主要是断裂转换带，其中也有一部分断裂转换带也是断裂侧向不封闭部位，更有利于断裂侧接输导油气运移。也仅有3处断裂侧接输导油气运移部位是断裂侧向不封闭部位，分别分布在文安斜坡区东部的北端、中部和南部(图6b)。综上所述，文安斜坡区沙一段、沙二段目前已发现的油气均分布在断裂侧接输导油气部位附近的断裂处，这是因为沙一段、沙二段油气是通过断裂转换带或断裂侧向不封闭部位由西至东侧向运移，使油气在不同断裂处的断层圈闭中聚集成藏形成的。

5 结束语

断裂侧接输导油气运移部位主要是断裂转换带或断裂侧向不封闭部位。通过确定油气沿砂体侧向运移路径、断裂转换带和侧向不封闭部位，并将三者叠合建立了一套断裂侧接输导油气运移部位的预测方法，并将其应用于冀中坳陷霸县凹陷文安斜坡区沙一段、沙二段断裂侧接输导油气运移部位预测，结果表明：文安斜坡区沙一段、沙二段断裂侧接输导油气运移部位主要是断裂转换带，其中一部分断裂转换带又是断裂侧向不封闭部位，更有利于断裂侧接输导油气运移。只有几处断裂侧接输导油气运移部位是断裂侧向不封闭部位，有利于油气穿过断裂侧向运移和聚集。上述认识与文安斜坡区沙一段、沙二段已发现油气藏分布在断裂侧接输导油气运移部位附近的断裂处相吻合，表明文中方法用于预测断裂侧接输导油气运移部位是可行的。

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*黑龙江省大庆市东北石油大学地球科学学院，163318。Email:fuguang2008@126.com

本文于2016年10月20日收到，最终修改稿于2017年9月13日收到。

本项研究受国家自然科学基金项目“油源断裂转换带优势输导油气条件研究”(41372153)资助。

1000-7210(2017)06-1298-07

付广，韩刚，李世朝.断裂侧接输导油气运移部位预测方法及其应用.石油地球物理勘探，2017,52(6):1298-1304.

P631

A

10.13810/j.cnki.issn.1000-7210.2017.06.021

(本文编辑：刘勇)

付广 教授，博士，1962年生；1984年获大庆石油学院石油地质专业学士学位; 1991年获大庆石油学院矿产普查与勘探专业硕士学位; 2006年获大庆石油学院油气田地质工程专业博士学位。一直在东北石油大学从事油气藏形成与保存研究。