断裂密集带油气差异富集主控因素探讨——以歧口凹陷歧南断阶带为例

胡贺伟，李慧勇，许 鹏，陶 莉，华晓莉

（中海石油（中国）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300452）

0 引言

地表露头的油苗及断裂内的沥青都是油气沿断裂向上运移的直接证据；油气藏多数围绕断裂较为集中发育的区域分布［1-4］。关于断裂特征、断裂密集带分类及分布范围等，国内外学者做过深入研究，如利用三维地震资料研究断裂平面分布规律、剖面组合特征及其造成这种差异的原因；通过密集带内断层倾向与断层内、外地层倾向之间的差异对断裂密集带进行分类并追踪其分布范围［5-9］。同样，国内外学者对密集带与其附近中浅层已发现油气藏之间的关系也进行过大量研究，如油气主要在断裂密集带内、外富集，同一类型断裂密集带不同部位油气富集程度有较大差异，断裂密集带对不同方向来源的油气分布具有遮挡或输导作用，断裂密集带大多数边界断裂即为油源断裂，背形断裂密集带内油气最为富集等［10-19］。综上所述，前人主要研究同一类型密集带内油气差异富集规律，对不同类型或同类型不同部位油气差异富集研究相对较少，同时，本文研究区歧南断阶带在20 世纪90 年代前在深层和中浅层均有较大发现，之后鲜有发现，而且，投入研究力量也主要集中在中深层古近系构造及近岸扇三角洲储层物性等方面［20-22］，仅少数学者从断裂控藏角度对中浅层油气宏观规律进行了总结分析［23-25］，成藏条件精细研究相对较为薄弱，严重制约了歧南断阶带中浅层油气深入勘探。

笔者利用最新三维地震、钻井、分析化验等基础资料，通过对研究区内断裂密集带类型划分及平面分布刻画，分析不同类型断裂密集带油气在平面上的差异分布规律，通过断裂密集带累计隆升幅度及盖层断阶厚度等2 个参数探讨同一类型断裂密集带油气在平面及垂向差异富集规律和主控因素，总结歧南断阶带断裂密集带中浅层油气差异运聚规律，建立歧南断阶带2 种油气运聚模式，以期指导歧南断阶带下一步的油气勘探。

1 区域地质概况

歧南断阶带位于中国东部渤海湾盆地黄华坳陷东部歧口凹陷北侧，埕子口凸起南侧，东西长约50 km，南北宽约27 km，总面积约1 200 km2。由于近南北向拉张应力，歧南断阶带发育3 条NEE 走向正断层，由北向南依次为海一断层、海四断层和羊二庄断层，将歧南断阶段带分为歧口深洼、一级台阶、二级台阶、三级台阶和埕子口凸起等5 个次级构造单元［21］［图1（a）］。同时，根据歧南断阶带新生界底面三维可视化构造形态图，可将歧南断阶段带分为东段、西段。歧南断阶带整体呈向歧口凹陷北掉的断阶带，断阶带发育上、中、下共3 套较好的储盖组合，其中下组合为中生界侏罗系（J1-2）潜山基岩，岩性组合为辫状河砂砾岩、含砾砂岩及厚层凝灰质泥岩组成，局部区域发育煤层；中组合为古近系沙河街组（E2s3—E2s1-2）、东营组（E3d）构成，岩性主要由扇三角洲砂砾岩、含砾砂岩、中粗砂岩和湖相泥岩组成；上组合由新近系馆陶组（N1g）和明化镇组（N1-2m）及第四系（Qp）构成，岩性主要为辫状河砂砾岩、含砾砂岩，曲流河砂岩、泥岩［22］［图1（b）］。目前油气勘探成果表明歧南断阶带具有较好的勘探前景，歧口凹陷共发育2 套烃源岩，分别为E3s3—E3s1和E3d3，歧南断阶带处于歧口凹陷高部位，是歧口凹陷油气长距离运聚的优势聚集区［25-26］。迄今为止，歧南断阶带总共发现了QK17-2，QK17-3，QK18-1，QK18-2 和QK17-9 等5 个油气田，同时还发现了QK17-1，QK18-7 和QK18-9 等多个含油气构造［图1（a）］。

图1 歧南断阶带区域位置（a）及综合柱状图（b）Fig.1 Geological settings（a）and stratigraphic column（b）in Qinan step-fault zone

2 断裂密集带分布及类型

断裂密集带是指剖面上呈似地堑、“Y”字型、反“Y”字型或似花状结构，平面上呈多条断裂密集分布的断裂组合［5，13，25-26］。根据密集带断层倾向，内、外部地层倾向之间的差异特征，可将歧口凹陷歧南段阶段断裂密集带类型划分为3 类：第1 种模式为密集带内部地层及两侧外部地层倾向与边界断裂倾向相反，呈现为整体向上凸起的特征，称为“背形断裂密集带”［图2（a）］，同时根据“背形断裂密集带”边界断层是否为油源断层又可细分为油源断层和非油源断层；第2 种模式为密集带内部地层和外部地层与边界断裂倾向一致，均向内倾斜，呈现为整体向下凹陷的特征，称为“向形断裂密集带”［图2（b）］；第3 种模式为密集带内地层向同一方向倾斜，整体呈单斜特征，称为“单斜形断裂密集带”［图2（c）］。通过对歧南断阶带内断裂密集带联合剖面对比分析可知，研究区明化镇组下段（明下段）顶面共发育断裂密集带17 条，受长期活动断层控制，走向主要为NE，NEE 和近EW 向（图3）。通过研究区西段地震剖面可以看出，研究区多数断裂剖面组合形态具有“似花状构造”特征，剖面特征为上宽下窄的“楔形”，“楔形”以内的地层为密集带内部，而“楔形”控边断裂之外相邻的地层为断裂密集带边部（图4）。从研究区西段贯穿南北的地震剖面可以看出，该剖面共切割了5 个断裂密集带，分别为QK17-2 N-A1，QK17-2-A1，QK17-1-A1，QK17-3-A1 和QK18-3-A1，这些断裂密集带内部和外部地层倾向具有明显差异（图4）。通过对研究区断裂密集带类型分类及整体分析发现，研究区内大部分断裂密集带为背形，在明下段顶面有9 条，主要分布在研究区北部偏中及东南部，如QK17-2 N-A1，QK17-2-A1和QK17-3-A1等密集带（图3）；向形断裂密集带发育较少，如QK18-3-A1 等，共3 条，主要分布在QK18-3 构造西段和QK17-2 北构造西段（图3）；单斜形断裂密集带发育最少，如QK17-1-A1 等，研究区共发育3 条，主要分布研究区中部（图3）。钻探结果发现，油源断裂背形断裂密集带及附近有利于油气聚集成藏，向形断裂密集带及附近和单斜形断裂密集带及附近不利于油气聚集成藏。

图2 断裂密集带内部结构类型示意图（T1，T2 和T3 均为反射层界面）Fig.2 Schematic diagram of internal structure types of fault concentrated zones

图3 歧南断阶带中浅层断裂密集带及油气平面分布（N2mU 顶）Fig.3 Fault concentrated zones and oil and gas distribution in the middle and shallow layers of Qinan step-fault zone

图4 歧南断阶带断裂密集带典型剖面［剖面位置见图（3）］Fig.4 Typical profile of fault concentrated zones in Qinan step-fault zone

3 断裂密集带与油气的关系

歧口凹陷歧南断阶带成藏条件较好，已钻井情况揭示中浅层油气主要分布于明化镇组，馆陶组顶部有少部分［24-26］。从已探明储量的平面分布位置分析，已探明的油气藏主要位于断裂密集带附近，总共发现89 个油气藏，占探明油气藏总量的89.9%，与断裂密集带无关的油气藏占总探明油气藏数量的10.1%［图5（a）］。不同类型密集带之间成藏条件差异较大，由断裂密集带类型与油气藏平面分布特征图可知［图5（a）］，与密集带相关的油气藏全部分布在背形密集带内，向形密集带与单斜形密集带未见油气藏。同时，背形断裂密集带内部和边部油气藏数量及油气储量分布存在较大差异，由油气藏数量与密集带位置关系图可知［图5（b）］，背形断裂密集带内部油气藏数量较多，总共发现58 个油气藏，占密集带油气藏总量的65.2%，背形密集带边部发现31 个油气藏，占密集带油气藏总量的34.8%；由油气储量与密集带位置关系图可知［图5（c）］，背形密集带边部探明储量与内部探明储量差异较小，边部探明储量1 390 万t，占背形密集带总探明储量的52.7%，内部探明储量1 250 万t，占背形密集带总探明储量的47.3%。同时，同一条背形断裂密集带不同部位油气富集程度存在差异较大，如QK17-2-A1，QK17-3-A1 等断裂密集带油气主要分布于中部（参见图3）。

图5 歧南断阶带断裂密集带与油气藏分布关系Fig.5 Relationship between fault concentrated zones and reservoir distribution in Qinan step-fault zone

综上所述，由研究区内油气藏分布特征与断裂密集带类型之间的关系可以看出，已探明油气藏全部位于背形断裂密集带。背形密集带内部和边部油气均富集，密集带内部由于构造活动较强，油气运移较活跃，同时，构造较破碎，圈闭面积小，幅度陡，密集带内部发现油气藏数量较多，但总储量相对较少，而密集带边部活动相对较弱，构造较完整，圈闭面积大，幅度较缓，油气藏数量虽然较少，但总储量相对较大。同一背形断裂密集带内，油气仅在密集带局部区域富集。

4 油气分布差异性

由断裂密集带与油气分布的关系可知，不同类型密集带或同一类型密集带不同部位油气富集程度存在较大差异，造成这种现象的原因是不同类型密集带之间或同一类型密集带内不同部位成藏条件不同。

4.1 平面差异性

断裂密集带类型不同，其油气成藏条件必然有差异，通过对歧口凹陷歧南断阶带油源断裂发育情况的梳理发现，上述3 种类型密集带均发育油源断裂，已钻井及大港油田钻探成果证实研究区内油源充足，油气运移活跃，烃源岩不是油气在密集带间平面差异成藏的关键原因［25-27］。据前人研究成果可知，研究区内馆陶组、明下段储层发育，砂地比较高，即油气可以经油源断裂向中浅层运移，然后经馆陶组横向输导，通过次级油源断层在明下段断砂耦合较好的砂体富集成藏［22，28-29］，所以，中浅层储层差异也不是油气在密集带间平面差异成藏的决定因素。

上文重点分析在油源断裂和中浅层砂岩储层条件基本相似的条件下不同类型密集带油气差异富集的主控因素。由图2（a）可知，背形断裂密集带外部两侧地层向外倾斜，内部地层向内隆起，深部油气经密集带边部油源断层向上运移，然后经馆陶组储层横向分流，在流体势差的控制下，沿着地层倾向向构造高部位聚集，然后经由次级断裂向明下段高部位断砂耦合较好的砂体富集成藏。由图2（b）可知，向形断裂密集带内、外地层都向内倾斜，深层油气沿向形密集带边界油源断层向上运移至馆陶组及明下段低势区储层聚集，然而，由于向形密集带内地层与断层倾向一致，圈闭遮挡条件差，油气沿断层向上倾方向运移直至散失。由图2（c）可知，单斜形密集带内、外地层与断裂倾向一致，深层沿单斜边界油源断层运移至馆陶组和明下段的油气容易沿断层或穿过断层向上运移，与向形密集带中浅层保存条件类似，圈闭遮挡条件差。因此，由于向形密集带与单斜形密集带中浅层油气保存条件差，背形密集带中浅层更容易成藏，即使油气源充足，向形密集带与单斜形密集带顺向断层也不利于大量油气聚集成藏。

针对同一背形密集带，油气平面分布也存在较大差异。由图3 可知，已成藏的背形断裂密集带内，油气并非在整条密集带内都成藏，而仅在密集带内某一区域成藏，如QK17-2 油田主要分布在QK17-2-A1 密集带的中部。为了分析背形密集带不同部位油气富集的差异性，间隔2 km 截取1 条垂直于密集带的地震剖面，并按顺序编号（参见图3）。以QK17-2 构造QK17-2-A1 断裂密集带为例（图6），由截取剖面可看出，不同部位密集带内断裂之间地层倾斜程度和密集带宽度均有不同。对比明化镇组内部界面（T02）密集带宽度（H）可知，密集带宽度最大的剖面为图6（c）—（e），密集带宽度最小的剖面为图6（f）。密集带内地层倾角相对较大的剖面为图6（a）—（b），密集带内地层倾角相对较小的剖面为图6（e）—（f）。经过分析发现，背形断裂密集带内地层隆升幅度和密集带发育规模对油气成藏均有影响，为了能够同时反映上述2 个参数，引用断裂密集带内地层累计隆升幅度这一综合参数［12］。任意选取一背形断裂密集带进行分析：模式一，当背形密集带宽度相同时，地层倾角越大，则密集带内相邻断裂间地层翘倾幅度也越大，背形密集带累计隆升幅度越大，否则反之；模式二，当地层倾角相同时，背形密集带宽度越大，则密集带内相邻断层间地层翘倾幅度也越大，背形密集带累计隆升幅度也越大，否则反之。经上述分析可知，背形密集带累计隆升幅度可同时反映密集带的隆起幅度和横向规模等2 个参数。

图6 歧南断阶带QK17-2 构造QK17-2-A1 密集带联合剖面Ha—Hf 分别为剖面a—e 明化镇组底界断裂密集带宽度，剖面位置见图3Fig.6 Combined profiles of QK17-2-A1 fault concentrated zone in QK17-2 structure of Qinan step-fault zone

图7 为背形断裂密集带地层累计隆升幅度的具体计算方法，在背形密集带内相邻2 个断层间，由于不同部位所受构造应力不同，相应的，地层翘倾高度也会存在差异，如图7 所示h1，h2，h3（首先读取两交点双程反射时间，然后经邻井VSP 时深转换成深度，两断裂间翘倾幅度即为两交点深度差值）分别代表背形密集带内相邻两断层间地层的翘倾值，累计隆升幅度为密集带内所有相邻断层间地层隆升幅度之和，即H=h1+h2+h3（图7）。

图7 歧南断阶带背形断裂密集带累计隆升幅度计算示意图Fig.7 Schematic diagram showing cumulative uplift amplitude in antiformal fault concentrated zones of Qinan step-fault zone

对研究区明化镇组内部8 条背形断裂密集带内地层累计隆升幅度、油藏数量及探明储量之间的关系进行了统计（表1）。同时，绘制了单条剖面内地层累计隆升幅度、背形断裂密集带宽度与该剖面切过油藏探明总储量相关关系图（图8）。由图8 可知，背形断裂密集带宽度与其切过油藏总探明储量呈正相关，但相关性较弱［图8（a）］；背形断裂密集带累计隆升幅度与其切过油藏总探明储量呈正相关，且相关性较强，即背形断裂密集带规模越大，累计隆升幅度越高，其浅层探明储量越多，越容易成藏［图8（b）］。同时，由图8（b）可知，切过油藏总探明储量外包络线与背形密集带累计隆升幅度呈较好正相关，说明背形密集带规模、累计隆升幅度控制中浅层油气藏的储量规模。

表1 歧南断阶带背形断裂密集带内累计隆起幅度与探明地质储量Table 1 Statistics of cumulative uplift amplitude and proven reserves in antiformal fault concentrated zones in Qinan step-fault zone

图8 歧南断阶带背形似花状断裂带油气藏探明地质储量与断裂密集带宽度（a）和累计隆起幅度（b）的关系Fig.8 Relationship of proven reserves with width（a）and cumulative uplift amplitude（b）in antiformal flower-like fault concentrated zones of Qinan step-fault zone

4.2 垂向差异性

从过研究区主体油藏剖面分析，油气垂向分布也存在较大差异。由图3 和图9 可知，QK18-1，QK17-3 等含油气构造中浅层都发育背形断裂密集带，而QK18-1 含油构造仅在东二下段区域泥岩盖层之下沙河街组发现规模性油藏，中浅层无油气显示；QK17-3 含油构造不仅东二下段区域泥岩盖层之下沙河街组发现规模性油藏，同时在其主体部分中浅层地层内也发现规模性油藏。通过上述构造钻探揭示，QK17-3 构造油藏垂向分布不受东二下段区域泥岩盖层控制。针对研究区部分密集带内油气垂向差异分布这一问题，笔者通过调研大量文献，同时结合研究区各成藏要素的特征综合分析认为，密集带内油源断裂及晚期断裂发育，油气垂向运移能力较强，同时，油源断裂与东二下段区域性泥岩盖层匹配关系较好时，深层油气才能沿油源断裂运移至中浅层规模成藏。因此，笔者引进盖层断接厚度这一重要参数来评价盖层被油源断层破坏程度与油气富集层位的关系，断接厚度=区域泥岩盖层厚度-油源断裂断距（当断接厚度为负值时则表示区域泥岩盖层被完全错开，反之则没被完全错开），当断接厚度小于某特定值时，油气能穿过区域泥岩盖层向上运移至中浅层成藏［7，10-12，14-15］。钻井揭示，歧南断阶带东二下段发育一套区域泥岩盖层，通过统计研究区内41 口井东二下段盖层断接厚度表明（图9），当断接厚度小于50 m 时，区域泥岩盖层被严重破坏，深层先期聚集油气能穿过东二下段泥岩盖层向中浅层背形断裂密集带聚集成藏。例如，QK18-1 含油构造断裂密集带（QK18-1-A1）油源断裂东二下段断接厚度为55.1～215.0 m，大于东二下段门槛值50 m，油气不能穿过东二下段泥岩盖层，仅在深层沙河街组成藏，中浅层无油气显示（图9）；QK17-3 含油构造断裂密集带（QK17-3-A1）油源断裂东二下段断接厚度为-66～53 m，大多数小于东二下段门槛值50 m，油气能穿过东二下段泥岩盖层向中浅层聚集，钻井已证实QK17-3 油田深层沙河街组和中浅层明化镇组、馆陶组均已成藏（图9）。通过对研究区内东二下段断阶带厚度统计发现，歧南断阶带西段东二下段断阶带厚度均小于门槛值，油气在深层沙河街组和浅层明下段均成藏，为复式成藏；东段东二下段断阶带厚度均大于门槛值，油气仅在深层沙河街组聚集成藏（参见图3）。因此，东二下段断接厚度是控制研究区油气垂向差异分布的重要因素，只有断接厚度小于门槛值的背形密集带中浅层才是油气有利聚集区。

5 成藏模式

由分析化验资料和前人研究成果可知，歧口凹陷歧南断阶带油气主要成藏期较晚（馆陶组—明上段沉积期），歧口凹陷沙三段、沙一段、东三段等3 套主力烃源岩均已成熟。已钻井揭示，研究区中浅层明下段、馆陶组发育2 套较好储盖组合。背形断裂密集带边界油源断层能有效沟通烃源岩与储层，烃源岩生成的油气沿油源断层向上运移至储盖组合较好的圈闭中，再通过晚期断裂调节分流聚集，造成现今研究区油气在平面上沿断裂密集带富集，垂向上多层系分布［21-29］。

图10 歧南断阶带断裂密集带油气成藏模式Fig.10 Hydrocarbon accumulation model of fault concentrated zones in Qinan step-fault zone

综合上述断裂密集带油气成藏条件差异的探讨，建立了歧南断阶带断裂密集带油气综合成藏模式（图10）。歧南断阶带成藏模式分东西两段，由上文研究成果可知，东段由于油源断层活动性较弱，油源断层对东二下段区域泥岩盖层破坏程度较小（断接厚度大于门槛值），油气不能通过东二下段泥岩盖层向浅层运移，烃源岩生成的油气经过初次运移，储集在生烃层系相邻的储层中成藏，仅在深层沙河街组成藏，如QK18-1 油田，QK18-2 油田（图9—10）；西段油源断裂活动性强，油源断层对东二下段区域泥岩盖层破坏程度大（断接厚度小于或等于门槛值），烃源岩生成的油气首先在大型油源断裂下盘中转站中聚集，然后一部分油气随断层“幕式”运动沿油源断层向中浅层构造脊高部位成藏，再经晚期断裂调节至明下段断砂耦合较好的砂体成藏；同时，另一部分油气经烃源岩排出后直接进入深层沙河街组储层聚集成藏，垂向上深、浅构造均成藏，如QK17-3 油田（图9—10）。向形断裂密集带和单斜形断裂密集带由于都是顺向断层遮挡，油气侧向封堵能力较差，研究区内这2 种类型断裂密集带均未成藏，不做过多分析。由上文可知，背形断裂密集带规模和累计隆升幅度共同控制油层储量规模，西段油气沿断层调节至背形断裂密集带后，主要向累计隆升幅度较高的区域聚集成藏，油气由H4部位向H3部位运移，然后向H2部位运移，最终运移并聚集于H1部位（累计隆升幅度H1>H2>H3>H4），累计隆升幅度最高部位最富集，H1部位累计隆升幅度最高，油气最富集，H2部位与H3部位累计隆升幅度逐渐减小，油气富集程度也随之逐渐减少，由于H4部位累计隆升幅度最小，因此，浅层没有油气聚集（图10）。背形断裂密集带主要形成2 种类型油气藏：断块型、反向断层遮挡型。

6 结论

（1）歧口凹陷歧南断阶带剖面上呈现似花状结构，平面上发育17 条NE 向、近EW 向断裂密集带。依据密集带内断层倾向及内外地层倾向的差异特征，歧南断阶带断裂密集带可划分为背形断裂密集带、向型断裂密集带及单斜形断裂密集带等3 类，其中以背形断裂密集带为主。

（2）平面上，油气主要分布在断裂密集带附近。从断裂密集带类型分析，油气主要富集在背形断裂密集带内外，因为背形断裂密集带侧向遮挡能力更强。背形断裂带外部发现油藏数量较少，探明储量较多；背形断裂带内部发现的油藏数量较多，探明储量较少，这是由于断裂密集带外部构造较完整，圈闭面积大，幅度较缓，而断裂密集带内部构造较破碎，圈闭面积小，幅度陡；在背形断裂密集带内，地层累计隆升幅度最高的部位油气最富集，背形断裂密集带规模越大，累计隆升幅度越高，中浅层油气藏的储量规模越大。

（3）垂向上，歧口凹陷歧南断阶带背形断裂带中浅层油气主要富集于馆陶组和明化镇组。断裂密集带内东二下段泥岩盖层断接厚度控制油气在中浅层层位富集，当断接厚度小于或等于50 m 时，深层先存油气能突破东二下段泥岩盖层向中浅层馆陶组、明化镇组运移，深层和中浅层油气均富集；当断接厚度大于50 m 时，油气不能突破东二下段泥岩盖层，仅在深层富集。

（4）歧口凹陷歧南断阶带发育东、西段2 种油气运移模式：东段油气成藏模式为烃源岩生成的油气经过初次运移，储集在生烃层系相邻的储层中成藏，主要在深层沙河街组成藏；西段油气运移模式为烃源岩生成的油气首先在大型油源断裂下盘聚集，然后随断层“幕式”运动沿断层向上运移至中浅层构造脊高部位成藏，再经晚期断裂调节至明下段断-砂耦合较好的砂体成藏。