利用地震资料预测油源断裂有利输导油气部位

付 广 王浩然

(东北石油大学，黑龙江大庆 163318)

1 引言

随着油气勘探的深入，人们逐渐认识到含油气盆地“下生上储”式生储盖组合中并不是同一条油源断裂(连接源岩与上覆目的层，且在油气成藏期活动的断裂[1])的所有部位均有油气藏分布，油气藏分布与油源断裂附近的储集油气砂体和圈闭的发育程度、油源断裂不同部位输导油气能力的差异性有关。在油源断裂输导油气能力强的部位油气运移量相对较大，在克服油气运移途中的损失后，还有大量剩余油气在油源断裂附近聚集成藏；在油源断裂输导油气能力弱的部位油气运移量相对较小，不能克服油气在运移途中的损失，没有或仅有少量油气在油源断裂附近聚集成藏。能否准确预测油源断裂输导油气的有利部位，是含油气盆地“下生上储”式生储盖组合油气勘探的关键。关于油源断裂及其对油气成藏的控制作用前人曾做过大量研究，主要通过源岩和目的层之间的空间位置关系、断裂穿层性及断裂活动时期与油气成藏期之间的关系厘定油源断裂类型[1-13]，并根据油源断裂与油气藏分布之间的关系研究油源断裂对油气藏的控制作用[14-22]。对油源断裂输导油气的有利部位研究的相对较少，仅仅从断面形态入手，利用“凸面脊”位置确定油源断裂输导油气的有利部位[22-25]，没有考虑断裂活动速率的相对大小和转换带等因素的影响，这些因素对油源断裂输导油气有利部位具有重要作用，从而难以准确地确定地下油源断裂输导油气的有利部位，给油气勘探带来风险。因此，开展利用地震资料预测油源断裂有利输导油气部位方法研究，对了解含油气盆地“下生上储”式油气藏分布规律及其油气勘探均具有重要意义。

2 油源断裂有利输导油气部位及其影响因素

大量研究结果表明[7-16]，在含油气盆地“下生上储”式生储盖组合中的主要目的层内往往发育大量不同类型和规模的断裂，但并不是所有断裂均可成为油源断裂，只有连接源岩和主要目的层、且在油气成藏期活动的断裂才是油源断裂，通常是长期持续性发育的断裂。油气沿油源断裂由下至上运移过程中，并非沿着断面大面积向上运移，而是沿着某些有利部位向上运移[22-25]，这主要是断裂不同部位的多种特征差异明显，导致输导油气能力不同所致。所谓油源断裂有利输导油气部位是指大量油气沿油源断裂向上运移的部位，主要受断裂不同部位活动特征、断面形态和砂体及裂缝发育特征的影响。由于同一条油源断裂不同部位的地层岩石力学性质不同，受到地应力作用发生破坏的程度也不同，表现为活动强度不同，断裂开启程度及伴生、诱导裂缝发育特征也不同。活动强度相对较大的部位(图1b中的C、E、F处)，断裂开启程度相对较高，伴生、诱导裂缝相对发育，输导油气能力相对强[14，15]，对应油源断裂有利输导油气部位；活动强度相对较小的部位(图1b中的A、B、D处)，断裂开启程度相对较低，伴生、诱导裂缝相对不发育，输导油气能力相对弱[14,15]，不是油源断裂有利输导油气部位。同一条油源断裂由于不同部位地层岩石力学性质不同，受到地应力作用发生弯曲变形的特征也不同，表现为断面凸凹不平的特征。在断面呈“凸面脊”的部位(图1b中的A、C、E处)，由于其构造位置相对较高，为油气运移的低势区，在油源断裂由下至上输导油气过程中，“凸面脊”两侧高油气势能区的油气向低势区的“凸面脊”汇聚运移，形成油气运移的有利部位；在断面呈“凹面脊”的部位(图1b中的B、D、F处)，由于其构造位置相对较低，为油气运移的高势区，在油源断裂由下至上输导油气的过程中，高势区“凹面脊”处的油气向两侧低势区的“凸面脊”发散运移，使油气减少甚至散失。任何一条油源断裂往往是由多条小断裂分段生长、连接形成的，在任何两条小断裂的连接处(即转换带部位，如图1b中的A、C、E处)，由于断裂活动弱，地势相对较低，往往是砂体入湖部位，砂体相对发育[16，17]。同时，在断裂转换带处应力相对集中，裂缝相对发育，有利于油气运移，因此油源断裂转换带也应是油源断裂输导油气的有利部位[16，17]。

综上所述，油源断裂有利输导油气部位应是断裂强活动部位、“凸面脊”和断裂转换带发育部位的重合处(图1b中的C、E处)，且砂体和裂缝发育，应是油源断裂有利输导油气部位。A处虽是“凸面脊”和断裂转换带，但不是断裂强活动部位；F处虽然是断裂强活动部位，但不是“凸面脊”和断裂转换带；B、D处既不是断裂强活动部位，也不是“凸面脊”和断裂转换带。故A、B、D、F处都不是油源断裂有利输导油气部位。

图1 油源断裂输导油气有利部位示意图 (a)断裂活动速率分布图； (b)断面油气势能场分布图； (c)断裂转换带分布图

3 利用地震资料预测油源断裂有利输导油气部位

由前文可知，要确定油源断裂有利输导油气部位，就必须利用地震资料确定油源断裂“凸面脊”、转换带和强活动部位，由三者重合部位便可确定油源断裂有利输导油气部位。

3.1 油源断裂断面“凸面脊”发育部位确定

首先利用三维地震资料拆分主要目的层内断裂的断穿层位，将连接源岩与主要目的层且在油气成藏期活动的断裂(图2中的④类断裂)作为油源断裂。再利用三维地震资料追索油源断裂断面的空间分布，并绘出断面埋深等值线图。然后利用断面埋深，由

其中

P=ρwZ

计算断面不同部位的油气势能值Φ[18]，并绘出断面油气势能分布图(图1b)。式中：Z为断面埋深；P为断面埋深Z处的流体压力；ρ为油气密度；ρw为地层水密度；g为重力加速度。最后根据断面油气势能等值线分布形态，利用油气势能等值线的法线汇聚收敛处确定断面“凸面脊”发育部位(图1b中的A、C、E处)。

图2 油源断裂厘定示意图 ①、②、③为非油源断裂，④为油源断裂

3.2 油源断裂活动速率预测

断裂活动速率(断裂的活动位移量除以发生位移所经历的时间)是反映断裂活动强弱的有效参数，其值越大，断裂活动强度越大，反之亦然。确定油源断裂强活动部位的方法如下：首先利用三维地震资料计算油源断裂在不同时期的生长指数，从而确定活动时期，并将与油气成藏期一致的活动期作为计算油源断裂活动速率的时期；然后利用地震资料确定断裂活动期对应的地层顶、底界面处的断裂断距，将两者相减便得到油源断裂活动的位移量；再由断裂活动位移量除以发生位移所经历的时间便得到油源断裂在不同测线处的活动速率；最后根据不同测线处油源断裂活动速率的相对大小确定油源断裂强活动部位(图1b中的C、E、F处)。

3.3 油源断裂转换带确定

利用三维地震资料统计不同测线处油源断裂在不同层位的断距，绘制断距—距离曲线(图3)，断距相对较小处即为油源断裂转换带的位置。将已确定的油源断裂“凸面脊”、转换带与强活动部位进行叠合，三者重合之处即为油源断裂有利输导油气部位(图1b中的C、E处)，而三者不重合部位不是油源断裂有利输导油气部位。

图3 断距—距离曲线 ①、②为断裂转换带发育部位

4 实例应用

本文以分布在渤海湾盆地冀中坳陷廊固凹陷大柳泉地区的旧州断裂为例，利用上述方法预测有利输导油气部位，并分析有利输导油气部位与沙三中下亚段已发现油气藏分布之间的关系，以验证利用该方法预测油源断裂有利输导油气部位的可行性。

大柳泉地区位于廊固凹陷西南部，是廊固凹陷的主要油气产区。该区从下至上发育有古近系孔店组(Ek)、沙河街组(Es)、东营组(Ed)和新近系的馆陶组(Ng)、明化镇组(Nm)及第四系(Q)。油气主要产于沙三中下亚段(Es3zx)，油气源对比结果表明，油气主要来自下伏沙四段(Es4)，属于典型的“下生上储”式生储盖组合。旧州断裂位于大柳泉地区中部，呈北北东向展布，是由F1、F2、F3、F4、F5、F6等6条分支断裂生长、连接而成的一条长期发育的断裂(图4)，各分支断裂走向相近，其中F1和F2延伸相对较长， F5和F6、F3和F4延伸相对较短。分支断裂的倾角均较大( 74°～85°)，且F1、F2、F3与F4、F5、F6的倾向相反。

旧州断裂从Es4顶一直断至Ng底部(表1、图5)，主要活动时期为沙三中段(Es3z)-Ed沉积时期，Ed沉积之后旧州断裂活动强度明显减弱。由文

表1 旧州断裂各分支断裂的几何学特征

图4 旧州断裂输导油气有利部位与Es3zx油气藏分布关系图

图5 大柳泉地区过旧州断裂油藏剖面图

献[19]可知，大柳泉地区Es3zx油气成藏期为Es2沉积时期。由此看出，旧州断裂连接了下伏Es4源岩和Es3zx主要储层，且在油气成藏期活动，应是大柳泉地区Es4源岩生成油气向Es3zx储层运移的油源断裂，目前在其附近已发现了大量油气藏(图4、图5)。能否准确地利用地震资料预测旧州断裂各分支断裂的有利输导油气部位，对于正确认识旧州断裂附近的油气藏分布规律和指导油气勘探至关重要。

由于大柳泉地区沙二段(Es2)-Ed皆被剥蚀，为了计算旧州断裂各分支断裂的活动速率，取地层保存完整的沙三上段(Es3s)作为主要目的层计算各分支断裂的活动速率。根据三维地震资料，由Es3s顶界面的断距减去Es3s底界面的断距得到各分支断裂的活动位移量，再除以发生活动位移经历的时间(Es3s沉积时间)，得到各分支断裂的活动速率(图6)。可见：F1活动速率相对较大，最大可达200m/Ma，存在3处强活动部位； F2活动速率也较大，最大可达160m/Ma，存在2处强活动部位； F6活动速率明显较F1、F2小，最大为80m/Ma，存在1处强活动部位； F3、F4、F5的活动速率相对较小，均小于25m/Ma，不发育强活动部位。

图6 旧州断裂各分支断裂在不同测线处的活动速率分布图 (a)F1； (b)F2； (c)F3； (d)F4； (e)F5； (f)F6

利用三维地震资料追索旧州断裂各分支断裂的断面分布，绘出断面埋深等值线图，在此基础上，利用断面埋深由式(1)计算油气势能值，得到旧州断裂各分支断裂断面油气势能分布图(图7)。可见，旧州断裂各分支断裂断面油气势能分布总体特征表现为由下至上油气势能值逐渐变小，油气沿断裂由下至上运移。但各分支断裂的断面油气势能形态分布特征却明显不同，即F1发育4处“凸面脊”，F2和F3各发育2处“凸面脊”，F4和F6各发育1处“凸面脊”，F5不发育“凸面脊”。

利用三维地震资料统计旧州断裂各分支断裂在不同层位的断距，绘出断距—距离曲线(图8)。可见，F1发育2个转换带，F2发育4个转换带，F3发育2个转换带，F5发育4个转换带，F6发育2个转换带。

将确定的旧州断裂各分支断裂“凸面脊”发育部位、转换带和强活动部位叠合，便得到旧州断裂各分支断裂有利输导油气部位(图4)。可见：F1、 F2各发育2处有利输导油气部位，F3、F4、F5和F6均无有利输导油气部位发育；大柳泉地区Es3zx目前已发现的油气藏主要分布在F1和F2的有利输导油气部位处，而其他部位和其他分支断裂附近油气藏分布较少。因为只有位于F1和F2有利输导油气部位的圈闭构造才能从下伏Es4源岩处捕获大量油气，并克服运移途中的损失而聚集成藏，其他部位和其他分支断裂不发育有利输导油气部位，不能从下伏Es4源岩处捕获大量油气，导致油气散失或仅有少量油气聚集成藏。

图7 旧州断裂各分支断裂断面油气势能及“凸面脊”分布图 (a)F1； (b)F2； (c)F3； (d)F4； (e)F5； (f)F6

图8 旧州断裂各分支断裂断距—距离曲线特征图 (a)F1； (b)F2； (c)F3； (d)F4； (e)F5； (f)F6 T6-2代表沙三段下亚段顶界面，T6-1代表沙三段中亚段顶界面，T5代表沙三段上亚段顶界面，T2代表东营组顶界面

5 结束语

利用地震资料确定油源断裂“凸面脊”、转换带和强活动部位，建立了一套利用地震资料预测油源断裂有利输导油气部位的方法，并将其应用于渤海湾盆地冀中坳陷廊固凹陷大柳泉地区旧州断裂有利输导油气部位的预测。结果表明：油源断裂有利输导油气部位分布既受断裂活动特征的影响，又受断裂发育特征的影响，应为油源断裂强活动部位、转换带和“凸面脊”的重合处；旧州断裂在分支断裂F1和F2上共发育4处有利输导油气部位，有利于下伏沙四段源岩生成的油气在沙三中下亚段运聚成藏，与已发现的油气藏的分布规律相符，表明该方法用于预测油源断裂有利输导油气部位是可行的。

[1] 付广,周亮,安立刚.油源断裂输导油气能力定量评价与油气聚集——以南堡凹陷东一段为例.岩性油气藏,2012,24(4):8-12. Fu Guang,Zhou Liang,An Ligang.Quantitative eva-luation for hydrocarbon transport ability of faults connected with source rocks and relation with hydrocarbon accumulation: an example from Ed1of Nanpu Depression.Lithologic Reservoirs,2012,24(4):8-12.

[2] 王云波,李洪革,沈亚等.阿尔金山山前带东段构造特征与油气成藏的关系.石油地球物理勘探,2015,50(1):156-161. Wang Yunbo,Li Hongge,Shen Ya et al.The relationship between structural features and hydrocarbon entrapment in the east part of Altyn Tagh piedmont.OGP,2015,50(1):156-161.

[3] 杜春国,郝芳,邹华耀等.断裂输导体系研究现状及存在的问题.地质科技情报,2007,26(1):51-56. Du Chunguo,Hao Fang,Zou Huayao et al.Progress and problems of faults conduit systems for hydrocarbon migration.Geological Science and Technology Information,2007,26(1):51-56.

[4] 周天伟,周建勋,董月霞等.渤海湾盆地南堡凹陷新生代断裂系统形成机制.中国石油大学学报:自然科学版,2009,33(1):12-17. Zhou Tianwei,Zhou Jianxun,Dong Yuexia et al.Formation mechanism of Cenozoic fault system of Nanpu sag in Bohai Bay Basin.Journal of China University of Petroleum,2009,33(1):12-17.

[5] 卓勤功,宁方兴,荣娜.断陷盆地输导体系类型及控藏机制.地质论评,2005,51(4):416-422. Zhuo Qingong,Ning Fangxing,Rong Na.Types of passage systems and reservoir controlling mechanisms in rift basins.Geological Review,2005,51(4):416-422.

[6] 张迎朝.珠江口盆地西部南断裂带油气成藏特征与成藏模式.石油地球物理勘探,2012,47(5):786-794. Zhang Yingchao.Hydrocarbon pooling characteristics and pooling patterns in the south fault belt,West Pearl River Mouth Basin.OGP,2012,47(5):786-794.

[7] 高君,吕延防,田庆丰.断裂带内部结构与油气运移及封闭.大庆石油学院学报,2007,31(2):4-7. Gao Jun,Lv Yanfang,Tian Qingfeng.Analysis of hydrocarbon migration through the fault based on the interior structure of fault zone.Journal of Daqing Petroleum Institute,2007,31(2):4-7.

[8] 田涛,蒋有录,万涛等.南堡凹陷断裂发育特征及其演化机制.断块油气田,2012,19(4):409-413. Tian Tao,Jiang Youlu,Wan Tao et al.Development characteristics of fault and its evolution mechanism in Nanpu Sag.Fault Block Oil & Gas Field,2012,19(4):409-413.

[9] 范柏江,刘成林,柳广弟等.南堡凹陷断裂系统形成机制及构造演化研究.西安石油大学学报(自然科学版),2010,25(2):13-21. Fan Baijiang,Liu Chenglin,Liu Guangdi et al.Forming mechanism of the fault system and structural evolution history of Nanpu Sag.Journal of Xi'an Shiyou University(Natural Science Edition),2010,25(2):13-21.

[10] 滕长宇,郝芳,邹华耀等.辽东湾坳陷JX1-1构造发育演化及油气勘探意义.石油地球物理勘探,2017,52(3):599-611. Teng Changyu,Hao Fang,Zou Huayao et al.Development and evolution of the structure JX1-1 in Liaodong Bay Depression and its significance in petroleum exploration.OGP,2017,52(3):599-611.

[11] 何静波,陈志刚,刘良琼等.哈萨克斯坦B区块断裂特征及对油气成藏的控制.石油地球物理勘探,2016,51(增刊):106-112. He Jingbo,Chen Zhigang,Liu Liangqiong et al.Fault characteristics in the Block B,Kazakhstan and their control over hydrocarbon accumulation.OGP,2016,51(S):106-11.

[12] 张东东,刘池洋,黄翼坚等.歧口凹陷北大港凸起构造带形成演化及其油气意义.地学前缘,2015,22(3):129-136. Zhang Dongdong,Liu Chiyang,Huang Yijian et al.Uplifting characteristics and its petroleum significance of Beidagang salient tectonic belt in Qikou Sag.Earth Science Frontiers,2015,22(3):129-136.

[13] 刘华,蒋有录,徐昊清等.冀中坳陷新近系油气成藏机理与成藏模式.石油学报,2011,32(6):928-936. Liu Hua,Jiang Youlu,Xu Haoqing et al.Accumulation mechanisms and modes of Neogene hydrocarbon in Jizhong Depression.Acta Petrolei Sinica,2011,32(6):928-936.

[14] 宗奕,邹华耀,滕长宇.郯庐断裂带渤海段断裂活动差异性对新近系油气成藏的影响.中国海上油气,2010,22(4):237-239. Zong Yi,Zou Huayao,Teng Changyu.Impacts of differential faulting along Bohai segment of Tanlu fault zone on Neogene hydrocarbon accumulation.China Offshore Oil and Gas,2010,22(4):237-239.

[15] 庄新兵,邹华耀,滕长宇.新构造运动期断裂活动对油气的控制作用——以渤中地区为例.中国矿业大学学报,2012,41(3):452-459. Zhuang Xinbing,Zou Huayao,Teng Changyu.Controlling of hydrocarbon by neotectonics and tectonics fault activities：a case study of Bozhong area.Journal of China University of Mining & Technology,2012,41(3):452-459.

[16] 王海学,吕延防,付晓飞等.裂陷盆地转换带形成演化及其控藏机理.地质科技情报,2013,32(4):102-110. Wang Haixue,Lv Yanfang,Fu Xiaofei et al.Formation,evolution and reservoir controlling mechanism of relay zone in rift basin.Geological Science & Technology Information,2013,32(4):102-110.

[17] 王浩然,付广,孙同文.油源断裂古转换带恢复及其输导油气的有利条件——以南堡凹陷2号构造F10断裂为例.天然气地球科学,2016,27(10):1848-1854. Wang Haoran,Fu Guang,Sun Tongwen.Recovery of oil-source fault ancient transfer zone and its favorable conditions to oil-gas transportation: Taking fault F10 in No.2 structure of Nanpu Sag as an example.Natural Gas Geoscience,2016,27(10):1848-1854.

[18] 罗群,庞雄奇,姜振学.一种有效追踪油气运移轨迹的新方法——断面优势运移通道的提出及其应用.地质论评,2005,51(2):156-162. Luo Qun,Pang Xiongqi,Jiang Zhenxue.A new method for effective trace petroleum migration path—concept of fault section dominant migrating channel and its application.Geological Review,2005,51(2):156-162.

[19] 邓婷婷,查明,高长海.廊固凹陷旧州断层封闭性研究.石油地质与工程,2013,27(4):9-12. Deng Tingting,Zha Ming,Gao Changhai.Study on sealing property of Jiuzhou fault in Langgu depression.Petroleum Geology and Engineering,2013,27(4):9-12.

[20] 石存英,孙学栋,赵建儒等.鸭儿峡地区古近系断裂特征与油气成藏模式探讨.石油地球物理勘探,2015,50(6):1190-1195. Shi Cunying,Sun Xuedong,Zhao Jianru et al.Fracture characteristics and hydrocarbon accumulation models of Paleogene in Yaerxia area.OGP,2015,50(6):1190-1195.

[21] 崔海峰,田雷,刘军等.麦盖提斜坡东段断裂活动特征及油气意义.石油地球物理勘探,2016,51(6):1241-1250. Cui Haifeng,Tian Lei,Liu Jun et al.Fault activity characteristics in Maigaiti eastern slope and its hydrocarbon significance.OGP,2016,51(6):1241-1250.

[22] 孙同文,付广,吕延防等.南堡1号构造中浅层油气富集主控因素分析.天然气地球科学,2014,25(7):1042-1051. Sun Tongwen,Fu Guang,Lv Yanfang et al.Main controlling factors on the hydrocarbon accumulation in the middle-shallow layer of 1st structure,Nanpu sag.Natural Gas Geoscience,2014,25(7):1042-1051.

[23] 蒋有录,刘景东,李晓燕等.根据构造脊和地球化学指标研究油气运移路径:以东濮凹陷濮卫地区为例.地球科学,2011,36(3):521-529. Jiang Youlu,Liu Jingdong,Li Xiaoyan et al.Actual hydrocarbon migration paths based on ridge-like structures analysis and geochemical indicators tracking:a case study of Puwei area of Dongpu depression.Earth Science,2011,36(3):521-529.

[24] 姜海燕,刘滨莹,孙同文等.断面优势运移通道有效性等级及控藏作用.特种油气藏,2017,24(3):49-53. Jiang Haiyan,Liu Binying,Sun Tongwen et al.Gradations and controlling effect on hydrocarbon reservoirs of the effectiveness of dominant migration pathways along fault surfaces.Special Oil and Gas Reservoirs,2017,24(3):49-53.

[25] 平贵东,刘云燕,高煜婷等.走滑断裂端部破碎带发育特征及控藏作用——以方正断陷大罗密地区走滑断裂系为例.中国矿业大学学报,2016,45(3):553-561. Ping Guidong,Liu Yunyan,Gao Yuting et al.Characteristics of strike-slip fault tip damage zones and their control on hydrocarbon accumulation:a case study of strike-slip fault system of Daluomi,Fangzheng fault depression.Journal of China University of Mining & Technology,2016,45(3):553-561.