油源断裂活动期输导油气有利部位预测方法的改进

付 广，梁木桂，李健如

(东北石油大学地球科学学院，黑龙江大庆163318)

油源断裂(沟通源岩和储层，且活动于油气成藏期的断裂[1-2])及其附近是含油气盆地源上油气成藏的有利部位，其输导油气有利部位更是控制着平面上油气富集部位。前人对油源断裂输导油气有利部位的确定方法可归纳为以下3个方面：一是根据断裂古活动速率的相对大小，结合油气分布处所对应的断裂最小古活动速率值，研究油源断裂活动期输导油气有利部位[3-7]，认为油源断裂古活动速率大于油气分布处所对应的最小古活动速率的部位，应为油源断裂活动期输导油气有利部位；二是根据断裂在油气成藏期古油气势能等值线法线汇聚线或凸面脊发育部位，研究油源断裂停止活动后输导油气有利部位[1，8-11]，认为凸面脊发育部位应是油源断裂停止活动后输导油气有利部位；三是根据油源断裂伴生裂缝发育部位和凸面脊发育部位的耦合特征，研究其输导油气有利部位[12-14]，认为只有断裂伴生裂缝发育部位和凸面脊发育部位的耦合部位，才是其输导油气有利部位。然而，这些研究成果仅仅考虑了断裂活动强度对其伴生裂缝发育部位的影响，而没有考虑被其错断地层岩石脆塑性对其伴生裂缝发育部位的影响，难以准确地预测油源断裂活动期输导油气有利部位。笔者基于被断裂错断地层岩石脆塑性对其伴生裂缝发育部位的影响，对油源断裂活动期输导油气有利部位预测方法的改进展开研究，以期更加准确地预测出油源断裂活动期输导油气有利部位，降低油气勘探带来的风险。

1 油源断裂活动期输导油气机制及有利部位

在断裂活动时期，受强烈构造应力作用，油源断裂产生大量伴生裂缝。与围岩地层相比，这些伴生裂缝具有更高的孔隙度和渗透率，其在剩余地层孔隙流体压差和浮力的作用下，可将下伏源岩生成的油气输导至上覆目的储层中[4]。然而，油源断裂伴生裂缝发育程度要受到断裂活动强度和被错断地层岩石脆塑性的影响，断裂活动强度越大、被错断地层岩石脆性越强，油源断裂伴生裂缝越发育；反之，油源断裂伴生裂缝越不发育。因此油源断裂活动期输导油气有利部位应是活动强度相对较大部位和被错断地层脆性岩石发育部位的耦合部位(图1),否则不管二者中缺少哪一个，或者二者发育但不耦合，均不是油源断裂活动期输导油气有利部位。断裂活动强度可用断裂活动速率的相对大小表征，断裂活动速率越大，其活动强度越大；反之则越小。地层岩石脆塑性明显受到地层岩性的控制[15-17]，地层砂地比越高，泥质成分越低，岩石脆性越强，受力后裂缝越发育；相反，地层砂地比越低，泥质成分越高，岩石脆性越弱，受力后裂缝越不发育(如鄂尔多斯盆地延长组地层岩性与裂缝密度之间关系，见图2)。因此可用地层砂地比来表征砂泥岩地层岩石脆性，即地层砂地比越大，地层岩石脆性越强；反之则越弱。

图1 油源断裂活动期输导油气有利部位(伴生裂缝发育部位)示意图Fig.1 Favorable positions for hydrocarbon transport of oil-source faults in active period (associated fracture development positions)

图2 鄂尔多斯盆地延长组岩石类型与裂缝密度之间关系Fig.2 Relationship between rock types and fracture density of Yanchang Formation in Ordos Basin

2 改进前输导油气有利部位预测方法

文献[18]～[20]中认为油源断裂之所以在活动期可以输导油气，是因为其伴生有大量裂缝。当这些伴生裂缝连通分布时，便可以成为油源断裂输导油气通道，即为输导油气有利部位。然而，受制于目前研究手段，油源断裂伴生裂缝连通发育部位的预测只能借助于断裂活动强度分布预测(断裂伴生裂缝发育程度与断裂活动强度呈正相关关系[21-22])。基于此，由文献[23]中断裂伴生裂缝发育部位预测方法即可确定出油源断裂活动期输导油气有利部位(图3)。

图3 改进前输导油气有利部位预测方法示意图Fig.3 Schematic of prediction method of favorable positions for oil and gas transport before improvement

3 改进后输导油气有利部位预测方法

图4 改进后输导油气有利部位预测方法示意图Fig.4 Schematic of improved prediction method of favorable positions for oil and gas transport

改进前油源断裂活动期输导油气有利部位的预测方法仅考虑断裂活动强度对伴生裂缝连通发育部位的影响，而没有考虑被其错断地层岩石脆塑性对伴生裂缝连通发育部位的影响，难以准确地反映油源断裂伴生裂缝的发育特征，也就不能准确地预测油源断裂活动期输导油气有利部位。因为只有被断裂错断地层岩石为脆性时，断裂活动强度越大，其伴生裂缝越发育，方可连通形成输导油气通道；相反，如果被断裂错断地层岩石为塑性，即使断裂活动强度再大，其伴生裂缝也不发育，也不能成为输导油气有利部位。由此说明，在对油源断裂活动期输导油气有利部位进行预测时，必须考虑被错断地层岩石脆塑性的影响，具体方法为：首先按照上述方法确定断裂古活动速率大于断裂伴生裂缝连通发育所需的最小活动速率的部位，即为断裂活动强度相对较大部位(图4(a))；其次利用钻井资料统计研究区已知井点处目的层砂地比与其内油气分布之间关系，取油气分布处最小地层砂地比作为地层脆性岩石发育所需的最小地层砂地比(图4(b))，这是因为只有地层脆性岩石发育，在被断裂错断时才能形成伴生裂缝，输导油气成藏，油气钻探时才能发现油气，否则油气钻探时无油气发现；再次利用钻井资料统计不同测线处目的层砂地比，将大于地层脆性岩石发育所需的最小地层砂地比的部位圈在一起，即为地层脆性岩石发育部位(图4(b))；最后将上述已确定出的断裂活动强度相对较大部位和地层脆性岩石发育部位耦合，二者重合部位即为油源断裂活动期输导油气有利部位(图4(c))。

4 实例应用

将改进前后方法分别应用于冀中坳陷大柳泉地区旧州4条分支断裂，预测其活动期在沙三中下亚段内输导油气有利部位，并根据预测结果与油气分布之间关系，阐述改进后方法较改进前方法的可行性及合理性。

旧州断裂位于大柳泉鼻状构造带内，是一条北东向正断裂，其由F1、F7、F8和F9 四条分支断裂构成，其中F1、F7和F8断裂规模相对较大，延伸相对较远，而F9断裂规模相对较小，延伸相对较近(图5)。该断裂附近发育的地层主要有古近系(孔店组、沙河街组和东营组)、新近系(馆陶组和明化镇组)及第四系，其中沙三中下亚段是主要油气产层，其油气来自下伏沙四段源岩。旧州4条分支断裂沟通了下伏沙四段源岩和上覆沙三中下亚段储层，且活动于油气成藏期——沙二段沉积时期[4]，可作为沙三中下亚段的油源断裂。由图5可以看出，沙三中下亚段油气主要分布在F1和F7断裂相交处附近、F7和F8断裂相交处附近以及F9断裂附近，这除了受到其构造圈闭是否发育的影响外，主要是取决于其活动期在沙三中下亚段内输导油气有利部位分布。由此看出，准确地预测出旧州4条分支断裂活动期在沙三中下亚段内输导油气有利部位，对指导其附近沙三中下段油气勘探至关重要。

图5 旧州4条分支断裂与沙三中下亚段油气分布关系Fig.5 Relationship between four branch faults in Jiuzhou and oil and gas distribution in the middle and lower submembers of Es3

由断裂古活动速率与油气分布关系(图6(a))可知，大柳泉地区断裂伴生裂缝连通发育所需的最小活动速率约为10 m/Ma。由图6(b)可以看出，旧州4条分支断裂古活动速率最大处分布在F8断裂中部，其次是F9断裂和F7断裂中部，F1断裂以及F7和F8断裂相交处古活动速率较小。据此，按照改进前油源断裂活动期输导油气有利部位预测方法，得到了旧州4条分支断裂活动期在沙三中下亚段内输导油气有利部位(断裂古活动速率大于断裂伴生裂缝连通发育所需的最小活动速率的部位)，其结果如图6(c)所示。由图6(c)可以看出，旧州4条分支断裂活动期在沙三中下亚段内输导油气有利部位十分发育，主要分布在F1断裂北部、F7断裂南部和中北部、除南部局部外的F8断裂和F9断裂。

图6 改进前方法预测旧州4条分支断裂活动期输导油气有利部位与油气分布关系Fig.6 Relationship between favorable positions for oil and gas transport of four branch faults in Jiuzhou in active period before improvement and oil and gas distribution

若按照改进后方法，上述所确定出的旧州4条分支断裂活动期在沙三中下亚段内输导油气有利部位仅是其断裂活动强度相对较大部位，要预测其输导油气有利部位还必须确定出被旧州4条分支断裂错断地层脆性岩石发育部位。由大柳泉地区已知井点处沙三中下亚段地层砂地比与油气分布关系(图7(a))，取油气分布处最小地层砂地比(约为18%)，作为地层脆性岩石发育所需的最小地层砂地比。由钻井资料统计旧州4条分支断裂在沙三中下亚段地层砂地比，其结果如图7(b)所示。由图7(b)可以看出，旧州4条分支断裂附近沙三中下亚段地层砂地比最大值主要分布在F9断裂和F8断裂北部端部，其次是F8断裂南部及F7断裂北部端部和南部，F8断裂中北部、F1断裂和F7断裂中部地层砂地比较小。据此，可以得到旧州4条分支断裂附近沙三中下亚段地层脆性岩石发育部位(地层砂地比大于地层脆性岩石发育所需的最小地层砂地比的部位)，其结果如图7(c)所示。由图7(c)可以看出，旧州4条分支断裂附近沙三中下亚段地层脆性岩石发育部位主要分布在F1断裂南部局部和北部端部、F7断裂南部和北部端部、F8断裂南部和北部端部以及F9断裂。将上述已确定出的旧州4条分支断裂活动强度相对较大部位和地层脆性岩石发育部位叠合，取其重合部位即为旧州4条分支断裂活动期在沙三中下亚段内输导油气有利部位(图8)。由图8可以看出，旧州4条分支断裂活动期在沙三中下亚段内输导油气有利部位较为发育，主要分布在F1断裂北部局部、F7断裂南部、F8断裂中南部和北部以及F9断裂。

图7 旧州4条分支断裂不同测线处沙三中下亚段地层脆性岩石发育部位预测Fig.7 Prediction of development position of brittle rocks in the middle and lower submembers of Es3 at different survey lines of four branch faults in Jiuzhou

图8 改进后方法预测旧州4条分支断裂活动期输导油气有利部位与油气分布关系Fig.8 Relationship between favorable positions for oil and gas transport of four branch faults in Jiuzhou in active period after improvement and oil and gas distribution

由图6(c)和图8可以看出，旧州4条分支断裂附近沙三中下亚段油气主要分布在F1和F7断裂相交处附近、F7和F8断裂相交处附近以及F9断裂附近，与改进后方法预测得到的旧州4条分支断裂活动期在沙三中下亚段内输导油气有利部位分布对应关系较好，均分布在其输导油气有利部位处。与改进前方法预测得到的旧州4条分支断裂活动期在沙三中下亚段内输导油气有利部位分布对应关系较差，很大一部分输导油气有利部位无油气分布。这说明改进后方法预测得到的油源断裂活动期输导油气有利部位更符合地下实际情况，可以减少油气勘探的风险。

5 结 论

(1)油源断裂活动期输导油气有利部位应是其连通的伴生裂缝，只有断裂活动强度较大部位和地层脆性岩石发育部位的耦合部位，才是断裂伴生裂缝发育部位。

(2)通过确定断裂活动强度相对较大部位和被断裂错断地层脆性岩石发育部位，二者叠合改进了以往只考虑断裂活动强度的油源断裂活动期输导油气有利部位预测方法，实例应用结果表明改进后方法预测得到的油源断裂活动期输导油气有利部位与油气分布关系更好，更符合地下实际。

(3)改进后方法预测得到的旧州4条分支断裂活动期在沙三中下亚段内输导油气有利部位主要分布在F1断裂北部局部、F7断裂南部、F8断裂中南部和北部以及F9断裂，明显小于改进前方法预测得到的油源断裂活动期输导油气有利部位主要分布在F1断裂北部、F7断裂南部和中北部、除南部局部外的F8断裂和F9断裂。