成藏期后的斷層活動對油氣聚集與保存的控制作用

張立含，李宜強，王 芳，鄭 紅，程慧杰，張立明

（1.中國石油大學（北京）石油工程學院，北京 102200； 2.大慶油田有限責任公司 第四采油廠，黑龍江 大慶163511； 3.大慶榆樹林油田開發(fā)有限責任公司，黑龍江 大慶 163453； 4.大慶油田有限責任公司 測試技術服務分公司，黑龍江 大慶 163453）

成藏期后的斷層活動對油氣聚集與保存的控制作用

張立含1，李宜強1，王 芳2，鄭 紅2，程慧杰3，張立明4

（1.中國石油大學（北京）石油工程學院，北京 102200； 2.大慶油田有限責任公司 第四采油廠，黑龍江 大慶163511； 3.大慶榆樹林油田開發(fā)有限責任公司，黑龍江 大慶 163453； 4.大慶油田有限責任公司 測試技術服務分公司，黑龍江 大慶 163453）

針對油氣勘探中同一斷層不同部位油氣富集差異性，利用地震解釋資料和鉆探資料，研究遼河西部凹陷齊家—鴛鴦溝地區(qū)沙二段油氣聚集與保存所需最低的斷層后期活動強度.結果表明：沙二段內主要發(fā)育4條走向相同的斷層，在主要油氣成藏期—東營組沉積末期之后館陶組—第四系的活動過程中，其中f1斷層活動強度最大，對油氣聚集的破壞作用最強；其次是f3斷層，再次是f4斷層，f2斷層活動最弱，斷層后期活動強度與油氣分布之間具有密切關系，斷層后期活動強度越小的斷層或部位，油氣越富集，油氣鉆探成功率越高；反之，則越低.沙二段油氣聚集與保存所需最低的斷層后期活動強度約為2 m/Ma.

油氣聚集；斷層；后期活動強度；齊家-鴛鴦溝地區(qū)；沙二段

0 引言

齊家—鴛鴦溝地區(qū)位于遼河拗陷西部凹陷西斜坡中南段的齊家—鴛鴦溝坡洼過渡地區(qū)，面積約為350 km2，古近系的沙河街組從下至上發(fā)育有沙四段、沙三段、沙二段和沙一段.油氣勘探表明，西斜坡區(qū)目前已在不同層位中發(fā)現油氣，但主要分布在沙二段.沙二段中的油氣又與斷層密切相關，主要分布在斷層附近的斷塊或斷層—巖性圈閉中.然而并不是所有斷層，或同一斷層不同部位的斷層圈閉中均富集油氣，而是差異較大[1-2].根據斷層側向封閉性研究結果[3]，這些斷層或同一條斷層不同部位側向封閉性并無明顯差異，油氣保存條件較好.另外，遼河拗陷后期斷層反轉具有選擇性，西部凹陷主要是臺安—大洼斷裂發(fā)生反轉，位于此斷裂西北部的齊家—鴛鴦溝地區(qū)斷層基本不受或受后期反轉影響較小[4]，對油氣聚集和散失無明顯貢獻.人們針對不同斷層或同一條斷層不同部位油氣富集情況進行研究和探討[5-12]，但主要是從源巖、儲集、蓋層等成藏條件方面進行研究，對成藏期后斷層活動對先期聚集油氣的破壞作用研究甚少，筆者根據斷層后期活動強度，研究油氣聚集與保存所需要的最低斷層后期活動強度，對正確認識齊家—鴛鴦溝地區(qū)沙二段油氣成藏規(guī)律和指導油氣勘探具有指導意義.

1 沙二段內主要控藏斷層發(fā)育及活動特征

由齊家—鴛鴦溝地區(qū)斷層與油氣分布的關系可以看出（見圖1），沙二段油氣分布與4條主要斷層有密切關系，由地震資料解釋得到，4條主要斷層在沙二段內總體走向為NEE—近NW向，其中f1、f2、f3斷層平行分布.剖面上4條斷層傾角較陡，為50°～60°.斷距在700 m以上，其中f2斷距相對較小，在500 m以下.4條斷層剖面斷穿層位也不盡相同，其中f1、f2斷穿層位為Tg—T2，f3、f4斷穿層位為T6—T2.

綜合生長指數剖面、剖面伸展速率和構造發(fā)育史剖面研究得到，齊家—鴛鴦溝地區(qū)4條主要斷層的形成與演化先后經歷3期活動，即沙四段—沙三段沉積時期的伸展變形活動，沙一、二段—東營組沉積時期的走滑伸展變形活動，館陶組—第四系沉積時期的張扭變形活動（見圖2）.這3期斷層活動以沙四段—沙三段沉積時期斷層活動最強，其次是沙一、二段—東營組沉積時期斷層活動，館陶組—第四系沉積時期斷層活動最弱.

圖1 齊家—鴛鴦溝地區(qū)斷層與油氣分布關系

圖2 齊家—鴛鴦溝地區(qū)剖面伸展速率分布特征

2 斷層后期活動對油氣的破壞機理及影響因素

油氣勘探表明，油氣藏形成后斷層再活動，對油氣藏起破壞作用.齊家—鴛鴦溝地區(qū)沙二段油氣藏主要形成于東營組沉積末期，其后的館陶組—第四系沉積時期斷層活動對沙二段油氣成藏起破壞作用.

野外觀察和實驗模擬結果表明，斷層后期活動對斷層早期形成的封閉具有破壞作用，主要表現在2個方面：一是早期斷層形成的泥巖涂抹層，由于后期斷層活動，使其泥巖涂抹層遭到破壞[13]，斷層封閉性降低或失效，造成斷層圈閉中的油氣部分甚至完全散失；二是早期斷層形成的斷層巖石在后期斷層活動中產生裂縫[14-16]，成為油氣運移的輸導通道，造成斷層圈閉中的油氣部分甚至全部散失.無論是哪種情況，斷層后期活動破壞早期斷層的封閉性，使已聚集在斷層圈閉中的油氣向外散失，造成油氣聚集的破壞.斷層后期活動對油氣聚集的破壞作用程度主要受斷層后期活動強度的影響，斷層后期活動強度越大，早期斷層封閉性被破壞的程度越高，斷層圈閉聚油氣有效空間變小或無，越不利于油氣聚集與保存；相反，斷層后期活動強度越小，早期斷層封閉性被破壞的程度越低，斷層圈閉聚油氣有效空間變化較小或不變，越有利于油氣聚集與保存.

3 斷層后期活動強度的定量描述及特征

斷層后期活動性的強弱可用油氣成藏期之后的斷層活動強度R表示：

式中：L為斷層后期活動斷距；t為斷層后期活動時間.

由式（1）可以看出，R越大，斷層后期活動強度越大；反之，則越小.要確定斷層后期活動強度，首先需要確定油氣成藏時期和主要活動時期，再確定成藏期后的主要活動時期的斷距，最后計算斷層在成藏期之后活動強度.

根據館陶組—第四系沉積時期齊家—鴛鴦溝地區(qū)沙二段內4條主要斷層的斷距和活動時間資料，由式（1）對其在館陶組—第四系沉積時期的斷層活動強度進行計算（見圖3），齊家—鴛鴦溝地區(qū)f1斷層在館陶組-第四系沉積時期活動強度相對最大，但在斷層2個末端活動強度相對較??；其次是f3斷層，斷層東部的館陶組—第四系斷層活動強度明顯大于西部的；再次是f4斷層，其斷層在東部末端活動強度明顯大于中部和西部的；斷層活動強度最弱的是f2斷層.

4 斷層后期活動強度與油氣聚散關系

首先從錦33和錦24兩個相鄰斷層圈閉點看，齊家—鴛鴦溝地區(qū)沙二段斷層圈閉斷層后期活動強度與油氣聚散具有密切關系，錦33斷塊被3條主干斷層夾持，斷層圈閉高部位的錦33井在沙二段鉆遇工業(yè)油流，而與其緊鄰的錦24斷層圈閉也受3條主要斷層夾持，斷層圈閉高部位的錦24井在沙二段測井解釋為油水同層.錦33斷塊沙二段預測圈閉有效范圍與油氣顯示的關系見圖4.根據斷層側向封閉性研究成果，錦33和錦24斷層圈閉斷層側向上是封閉的（見表1），錦33和錦242口井位于斷層側向封閉所預測的油水界面內，錦33井為工業(yè)油流井，錦24井為油水同層，二者油氣富集的差異性并非是斷層封閉性差異造成的.統(tǒng)計錦33和錦24控制圈閉斷層沿f2走向斷層活動強度發(fā)現，f2斷層左端錦24斷層圈閉處活動強度為3.62 m/Ma，高于錦33斷塊處的斷層活動強度（2.94 m/Ma）（見圖5），即錦33斷塊斷層后期活動強度明顯較錦24斷塊斷層后期活動強度大，表明斷層后期活動對錦33斷塊中油氣聚集的破壞作用明顯較對錦24斷塊中油氣聚集的破壞作用要小，斷層后期活動強度的差異使錦24斷層圈閉油氣顯示明顯不如錦33斷層圈閉.

圖3 齊家—鴛鴦溝地區(qū)成藏期后斷層活動強度與油氣聚散關系

圖4 錦33斷塊沙二段預測圈閉有效范圍與油氣顯示之間關系

表1 錦33、錦24斷塊沙二段斷層側向封閉能力評價結果

圖5 錦33—錦24斷塊沙二段斷層后期活動強度與油氣顯示關系

其次從平面看，齊家—鴛鴦溝地區(qū)沙二段油氣分布與4條主要斷層后期活動強度之間有密切關系（見圖3），斷層后期活動強度相對較大的斷層或部位，無油氣聚集，所鉆探井為失利井.斷層后期活動強度相對較小的部位，油氣富集，所鉆探井為成功井，其原因是斷層后期活動強度越大的斷層或部位，斷層早期封閉性被破壞程度越大，斷層圈閉中油氣向外散失的量越大，達到一定程度斷層圈閉中無油氣聚集和保存，油氣鉆探越易失利.斷層后期活動強度越小的斷層或部位，斷層早期封閉性被破壞程度越小，斷層圈閉中油氣向外散失量也越少，斷層圈閉中聚集和保存的油氣量越多，油氣鉆探越易成功.

5 油氣聚集與保存所需最低斷層后期活動強度

為得到齊家—鴛鴦溝地區(qū)沙二段油氣聚集與保存所需要的最低斷層后期活動強度，首先將斷層圈閉劃分為3種類型：第1種為無失利井斷層圈閉；第2種為低部位有失利井斷層圈閉；第3種為構造高部位有失利井的斷層圈閉.然后統(tǒng)計3種類型斷層圈閉斷層后期平均活動強度.最后按斷層圈閉類型作出其斷層后期活動強度直方分布圖（見圖6），由圖6可以看出，無失利井的斷層圈閉斷層后期活動強度最小，低部位有失利井斷層圈閉次之，構造高部位有失利井斷層圈閉最大.齊家—鴛鴦溝地區(qū)沙二段油氣聚集與保存所需要的最低斷層后期活動強度約為2 m/Ma，即如果斷層后期活動強度小于此值，斷層早期封閉性破壞程度低，油氣聚集遭到斷層后期活動破壞程度小，油氣鉆探應為成功井.相反，如果斷層后期活動強度大于2 m/Ma，斷層早期封閉性破壞程度高，油氣聚集遭到斷層后期活動破壞程度大，油氣鉆探失利的可能性大.

圖6 齊家—鴛鴦溝地區(qū)沙二段斷層后期活動強度與不同類型含油氣圈閉之間關系

6 結論

（1）齊家—鴛鴦溝地區(qū)沙二段內發(fā)育4條主要斷層，走向近于相同，為NEE-近NW向，斷穿層位不同，主要活動時期有沙四段—沙三段、沙一、二段—東營組、館陶組—第四系3個時期.

（2）斷層后期活動對油氣聚集的破壞主要是早期斷層封閉性被破壞，造成油氣散失，斷層后期活動強度越大，對油氣聚集的破壞程度越大；反之，則越小.

（3）斷層后期活動強度可用成藏期后斷層活動強度定量描述，齊家—鴛鴦溝地區(qū)沙二段f1斷層后期活動強度最大，其次是f3斷層，再次是f4斷層，f2斷層活動最弱.

（4）齊家—鴛鴦溝地區(qū)沙二段斷層后期活動強度與油氣富集有著密切關系，斷層后期活動強度越小，油氣越富集，油氣鉆探成功率越高；反之，則越低.沙二段油氣聚集和保存所需要的最低斷層后期活動強度約為2 m/Ma.

[1]單俊峰，陳振巖，回雪峰.遼河拗陷西部凹陷坡洼過渡帶巖性油氣藏形成條件[J].石油勘探與開發(fā)，2005，32（6）：42-45.

[2]李曉光，陳振巖，余成，等.坡洼過渡地區(qū)巖性油藏勘探實踐—以齊家—鴛鴦溝地區(qū)為例[J].特種油氣藏，2007，14（2）：14-17.

[3]呂延防，黃勁松，付廣，等.砂泥巖薄互層段斷層封閉性定量研究[J].石油學報，2009，30（6）：824-829.

[4]鄭孟林，吳鐵生，王桂梁，等.遼河拗陷斷層的選擇反轉特征[J].石油地球物理勘探，2004，39（2）：228-231.

[5]李軍生，龐雄奇，梁戰(zhàn)松，等.遼河盆地東部凹陷西斜坡南段斷階帶油氣運聚模式[J].大慶石油學院學報，2007，31（5）：1-3.

[6]李曉光，張金川，陳振巖，等.遼河拗陷西部凹陷油氣成藏體系及天然氣分布[J].天然氣工業(yè)，2009，27（5）：39-43.

[7]張忠民，朱偉，趙澄林.遼河盆地下第三系深部碎屑巖儲層次生孔隙演化模式及其分布[J].大慶石油學院學報，2002，26（3）：12-15.

[8]馮有良，魯衛(wèi)華，門相勇.遼河西部凹陷古近系層序地層與地層巖性油氣藏預測[J].沉積學報，2009，27（1）：57-63.

[9]劉立峰，姜振學，鐘寧寧，等.遼河西部凹陷古近系烴源巖生烴動力學特征[J].地球科學（中國地質大學學報），2009，34（5）：799-804.

[10]王金花.遼河斷陷大民屯凹陷曹臺地區(qū)太古宇潛山儲層分析[J].大慶石油學院學報，2008，32（5）：16-19.

[11]柳成志，霍廣君，張冬玲.遼河盆地西部凹陷冷家油田沙三段扇三角洲-湖底扇沉積模式[J].大慶石油學院學報，1999，23（1）：1-4.

[12]鞠俊成，張鳳蓮，喻國凡，等.遼河盆地西部凹陷南部沙三段儲層沉積特征及含油氣性分析[J].古地理學報，2001，3（1）：63-69.

[13]呂延防，張發(fā)強，吳春霞.斷層涂抹層分布規(guī)律的物理模擬實驗研究[J].石油勘探與開發(fā)，2001，28（1）：30-32.

[14]Brown A，Capillary pressure effects on fault sealing[J].AAPG Bulletin，2003，87：381-395.

[15]Allan U S.Model for hydrocarbon migration and entrapment within faulted structure s[J].AAPG Bulletin，1989，73：803-811.

[16]Bouvier J D，Kaars-Sijpesteijn C H，Kluesner D F，et al.Three-dimensional seismic interpretation and fault sealing investigations，nun river field，nigeria[J].AAPG Bulletin，1989，73：1397-1414.

Control over hydrocarbon accumulation and preservation by faulting after formation/2012，36（1）：14-18

ZHANG Li-han1，LI Yi-qiang1，WANG Fang2，ZHENG Hong2，CHENG Hui-jie3，ZHANG Li-ming4
（1.School of Petroleum Engineering，China University of Petroleum，Beijing 102200，China；2.Oil Recovery Plant No.4，Daqing Oilfield Corp.Ltd.，Daqing Heilongjiang 163511，China；3.Daqing Yushulin Oil field Development Company Ltd.，Daqing，Heilongjiang 163453，China；4.Daqing Oilfield Corp.Ltd.，Daqing，Heilongjiang 163453，China；4.Test Technical Service Branch of Daqing Co.Ltd.，Daqing，Heilongjiang 163453，China）

Aiming at the problem that oil and gas accumulation is different in different parts of the same fault in oil and gas exploration，by use of seismic data interpretation and drilling data，it conducts the required minimum late activity intensity of fault in hydrocarbon accumulation and preservation in Shaer member of western depression of Liaohe Qijia-Yuanyanggou area，the results show that there are four faults with the same strike in Shaer member，in the period Guantao group to quaternary after the end of Dongying to Guantao deposition，activity intensity of f1 fault is maximum，followed by f3 fault，again is f4，the activity intensity of f2 fault is weakest.There is a close relationship between oil and gas distribution and late activity intensity of fault，the smaller parts of strength of post-event of fault，the more enriched oil and gas，and drilling success rate is higher；the other hand the more low.the required minimum late activity intensity of fault in hydrocarbon accumulation and preservation in Shaer member is about 2 m/Ma.

oil and gas accumulation；fault；late activity intensity；Qijia-Yuanyanggou area；Sha 2 member·

TE122.3

A

1000-1891（2012）01-0014-05

2011-07-07；編輯：陸雅玲

國家“973”重點基礎研究發(fā)展規(guī)劃項目（2001CB209104）

張立含（1972-），男，博士后，高級工程師，主要從事石油地質及提高采收率方面的研究.