油源断裂向下输导油气时期厘定方法及其在松辽盆地三肇凹陷的应用

杨茗卉

（中国石油大庆油田有限责任公司第二采油厂，黑龙江 大庆 163414）

0 引 言

油气勘探的实践表明，在含油气盆地中油源断裂既能将油气向上进行输导，还可以向下输导，其输导油气时期长短，在一定程度上控制着上生下储式油气富集程度。由此看出，能否准确地厘定出油源断裂向下输导油气时期，是进一步认识含油气盆地上生下储式油源断裂附近油气分布规律和提高油气勘探成功率的关键。

针对油源断裂输导油气时期，很多学者都进行过一定的探究，其主要是针对油源断裂向上输导油气时期，归纳起来主要有2 个方面：第1 个方面是利用断裂生长指数或地层剖面伸展率大小，研究油源断裂活动时期［1-6］，将断裂生长指数大于1 或地层剖面伸展率相对较大时期，作为油源断裂活动时期；第2 个方面是利用油源断裂活动时期与源岩排油气时期，研究油源断裂向上输导时期［7-12］，认为只有在源岩排油气时期之内的油源断裂活动时期，才是油源断裂向上输导油气时期。这些研究成果在一定程度上揭示了在含油气盆地上生下储式油源断裂附近油气分布规律，对油气勘探工作也具有一定指导意义。但是，由于受到人们认识水平及研究手段的限制，对油源断裂向下输导油气的研究，目前仅仅是关于输导油气条件及向下输导油气最大距离的研究［13-17］，还没有针对油源断裂向下输导油气时期进行研究，这对于弄清油气在含油气盆地上生下储式油源断裂附近的分布情况明显是十分不利的，因此会给油气勘探带来风险。

本文针对油源断裂向下输导油气时期厘定方法进行研究，以期更准确地预测油源断裂附近上生下储式油气分布，为含油气盆地油气勘探指明方向。

1 油源断裂向下输导油气机制及时期

通常情况下，油源断裂是不能向下输导油气的，因为油源断裂向下输导油气要较向上输导油气遇到更大的阻力，包括地层孔隙流体压力、浮力和断裂带毛细管力之和，只有油源断裂输导油气的动力大于3 个阻力之和才能进行向下输导油气。由此可以看出，源岩必须存在超压，且大于油源断裂向下输导油气所遇到的阻力时，油源断裂才能向下输导油气，反之油源断裂不能向下输导油气。

由上述油源断裂向下输导油气机理可以得到，油源断裂向下输导油气时期应是油源断裂活动时期与源岩向下排油气时期的耦合时期，如图1所示。

图1 油源断裂向下输导油气时期厘定示意Fig.1 Schematic diagram of determining downward hydrocarbon transport period of oil source fault

2 油源断裂向下输导油气时期厘定方法

要厘定油源断裂向下输导油气时期，就必须确定出油源断裂活动时期和源岩向下排油气时期。

要确定油源断裂活动时期，需利用三维地震资料读取被油源断裂错断的两盘各套地层厚度，由下盘各地层厚度除以上盘各相应地层厚度求取断裂生长指数，如图2所示，将断裂生长指数大于1 的层位所对应的时期作为油源断裂活动时期（图2），或者是利用地震资料计算油源断裂两盘不同层位地层剖面伸展率或断裂活动速率，取其相对较大部位所对应的时期，作为油源断裂活动时期（图2）。

图2 油源断裂活动时期厘定示意Fig.2 Schematic diagram of determining activity period of oil source fault

要确定源岩向下排油气时期，就必须确定出源岩生排油气时期和源岩向下排油气超压形成时期。

要确定源岩生排油气期，需利用源岩发育及其地化特征，源岩生排油气量计算方法［18］计算源岩在不同地质时期生排油气量，绘制源岩生排油气量随时间变化关系曲线（图1），便可以得到源岩生排油气时期，如图1中ts至现今时期。

要确定源岩超压形成时期，需利用钻井泥岩声波时差随埋深变化关系，源岩超压开始形成时期确定方法确定研究区源岩超压开始形成时期［19］。利用源岩声波时差资料，等效深度法建立的源岩现今超压值的计算方法［20］求取目前研究区源岩超压值，源岩古超压恢复方法［21］，便可以得到不同地质时期源岩超压值的变化，据此便可以得到源岩超压形成时期，如图1中tc至现今时期。

由于油源断裂向下输导油气要克服地层孔隙流体压力、浮力和断裂带毛细管力的综合阻挡，因此源岩中并非全部超压均可以起使油源断裂向下输导油气的作用。只有源岩超压值大于上述3 种阻力后，油源断裂方可向下输导油气。源岩向下排油气所需的最小超压确定方法［22］，确定研究区源岩向下排油气所需的最小超压值。据此便可以得到源岩向下排油气超压开始形成时期，如图2中tp时期。再与源岩超压形成时期叠合，便可以得到源岩向下排油气超压形成时期，如图2中tp至现今时期。

将上述已确定出的源岩排油气时期与源岩向下排油气超压形成时期叠合，便可以得到源岩向下排油气时期（图1）。

将上述已确定出的油源断裂活动时期与源岩向下排油气时期叠合，便可以得到油源断裂向下输导油气时期，如图1所示。

3 应用实例

选择的应用实例为三肇凹陷扶杨油层，其位于松辽盆地北部。运用上述方法对其油源断裂向下伏扶杨油层输导油气时期进行预测，并通过厘定结果与目前三肇凹陷扶杨油层由流体包裹体均一温度所确定出的油气成藏期是否相同进行验证，证明此方法对于预测油源断裂向下输导油气时期的准确性。

位于松辽盆地北部中央坳陷区的三肇凹陷，一直是松辽盆地油气勘探的关键地区。该区油气钻探揭示的有下白垩统的火石岭组，沙河子组、营城组、登娄库组和泉头组，上白垩统的青山口组、姚家组、嫩江组、四方台组、明水组和少量的新生界地层，目前三肇凹陷中浅层已发现油气主要分布在位于泉三、四段的扶杨油层和姚家组的葡萄花油层，以扶杨油层油气最为富集，其上的青一段源岩是油气的主要来源，属于上生下储式生储盖组合。上覆青一段源岩生成油气主要受到超压的影响由油源断裂向下输导至扶杨油层中［23-24］，并在油源断裂附近聚集成藏。因此，能否准确地厘定出三肇凹陷油源断裂向下伏扶杨油层输导油气时期，对于更深刻地搞清油气在扶杨油层油源断裂附近的分布情况及能够更高效进行油气勘探十分关键。

由三维地震解释成果可知，三肇凹陷扶杨油层可以划分出多种断裂，但与青一段源岩和扶杨油层相连，同时活动时期在油气成藏期——明水组沉积末期［25］的断裂，即油源断裂主要有3 类，分别为早期走滑伸展-晚期伸展（Ⅴ）和早期走滑伸展-晚期张扭（Ⅵ）及走滑（Ⅶ）3 类断裂，这3 类断裂在三肇凹陷大面积发育［26］，可作为青一段源岩生成油气向下伏扶杨油层运移的输导通道。利用三维地震资料对三肇凹陷扶杨油层内油源断裂在不同层位的断距进行统计，断裂古断距恢复方法［27］恢复其古断距，再除以其活动时期，便可以得到三肇凹陷扶杨油层油源断裂在不同层位古活动速率分布图，如图3所示。由图3中可以看出，三肇凹陷扶杨油层油源断裂有2 个主要活动时期，火石岭组—营城组沉积时期和青山口组—姚家组沉积时期。利用构造反转期还可以识别出油源断裂的另外3 个活动时期［27］，即嫩江组沉积末期、明水组沉积末期和古近系沉积末期。综上可知，三肇凹陷扶杨油层油源断裂活动时期共有5 期，即三肇凹陷扶杨油层油源断裂主要有火石岭组—营城组沉积时期、青山口组—姚家组沉积时期、嫩江组沉积末期、明水组沉积末期和古近系沉积末期。

图3 三肇凹陷不同层位油源断裂古活动速率Fig.3 Paleo-activity rate of oil source faults in different horizons in Sanzhao Sag

三肇凹陷青一段为深湖相沉积，暗色泥岩发育，最大厚度在凹陷中心可达80 m 以上［23］。三肇凹陷青一段源岩有机质丰富，有机碳质量分数平均可达到3.125%，氯仿沥青“A”质量分数平均可达到0.5%，生烃潜量（S1+S2）平均可达到24 mg/g，有机质干酪根类型主要是Ⅰ型和ⅡA型，有机质已进入成熟阶段（Ro为0.6%～1.2%），能够给下伏扶杨油层提供充足油气来源。源岩生排油气量计算方法［18］计算得到三肇凹陷青一段源岩生烃量随时间变化关系，如图4所示。由图4中可以看出，三肇凹陷青一段源岩在嫩五段沉积早期开始生成油气，在明水组沉积末期开始大量生成油气，至今尚未达到生烃高峰期，因此可将嫩五段沉积早期至现今作为三肇凹陷青一段源岩生排油气时期。

图4 三肇凹陷油源断裂向扶杨油层输导油气时期厘定Fig.4 Determination of hydrocarbon transport period from oil source faults to Fuyang reservoir in Sanzhao Sag

由声波时差资料可知，三肇凹陷青一段源岩普遍欠压实，存在超压。徐14 井作为研究区典型井，根据其钻井声波时差与深度之间关系（图5），源岩超压开始形成时期确定方法［19］，可确定出嫩四段沉积时期是三肇凹陷青一段源岩超压开始形成的最主要时期，如图6所示。

图5 徐14井泥岩声波时差与深度关系Fig.5 Relationship between mudstone acoustic moveout with buried depth in Well Xu 14

图6 三肇凹陷青一段源岩超压形成时期Fig.6 Overpressure formation period distribution of source rock in Member Qing-1 of Sanzhao Sag

利用青一段源岩声波时差资料，源岩超压值计算方法［20］可以计算得到三肇凹陷青一段源岩超压平均在12 MPa 左右。源岩古超压恢复方法［21］，便可以得到不同地质时期三肇凹陷青一段源岩超压值的变化，据此可以得到三肇凹陷青一段源岩超压形成时期约为嫩四段沉积时期至现今时期（图4）。

利用由钻井资料统计得到的三肇凹陷油气成藏期——明水组沉积末期青一段源岩古超压［20］与目前扶杨油层已发现的油底深度（可近似地看作是油源断裂向下输导油气的最大深度）之间关系（图7），可以得到三肇凹陷青一段源岩向下排油气所需的最小超压约为5 MPa，据此可以得到三肇凹陷青一段源岩向下排油气超压开始形成时期约为明一段沉积末期，将其与三肇凹陷青一段源岩超压形成时期结合，便可以得到三肇凹陷青一段源岩向下排油气超压形成时期约为明一段沉积末期至现今时期（图4）。将上述已确定出的三肇凹陷青一段源岩向下排油气超压形成时期与源岩生排油气期叠合，便可以得到三肇凹陷青一段源岩向下排油气时期约为明一段沉积末期至现今时期。将上述已确定出的三肇凹陷扶杨油层油源断裂活动时期与青一段源岩向下排油气时期叠合，便可以得到其油源断裂向下伏扶杨油层输导油气时期应为明水组沉积末期和古近系沉积末期，如图4所示。

图7 三肇凹陷青一段源岩古超压值与扶杨油层油底深度关系Fig.7 Relationship between paleo-overpressure value of source rock and oil bottom depth of Fuyang reservoir in Member Qing-1 of Sanzhao Sag

利用扶杨油层储层流体包裹体均一温度［28］，结合埋藏史和热史确定出的三肇凹陷扶杨油层油气成藏期为明水组沉积末期和古近系沉积末期，正好为油源断裂向下输导油气至扶杨油层时期。这是因为只有明水组沉积末期与古近系沉积末期的油源断裂活动期，青一段源岩超压才能大于油源断裂向下伏扶杨油层输导油气所遇到的各阻力，且此时期青一段源岩已开始大量生成油气，应是油源断裂向下伏扶杨油层输导油气时期，有利于油气在扶杨油层内油源断裂附近聚集成藏，油气钻探才能发现油气；否则无油气发现。

4 结 论

（1）油源断裂向下输导油气时期应是油源断裂活动时期与源岩向下排油气时期的耦合时期，其中源岩向下排油气时期应是源岩生排油气期与源岩向下排油气超压形成时期的耦合时期。

（2）通过断裂生长指数或地层剖面伸展率或活动速率，确定油源断裂活动时期；通过源岩生排油气时期和源岩向下排油气超压形成时期，确定源岩向下排油气时期，二者叠合建立了一套油源断裂向下输导油气时期的厘定方法，经实例应用，结果证实了该方法用于厘定油源断裂向下输导油气时期是可行的。

（3）松辽盆地北部三肇凹陷油源断裂向下伏扶杨油层输导油气时期应为明水组沉积末期和古近系沉积末期，与扶杨油层储层流体包裹体均一温度确定的油气成藏期是一致的。