油源斷裂輸導(dǎo)油氣時(shí)期厘定方法的改進(jìn)及其應(yīng)用
——以渤海灣盆地歧口凹陷南大港斷裂為例

付 廣，李佳靜，于 桐

（東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江 大慶 163318）

隨著油氣勘探的深入，人們發(fā)現(xiàn)在含油氣盆地下生上儲式生-儲-蓋組合中，同是油源斷裂但其附近油氣富集程度明顯不同。這除了受到圈閉和砂體發(fā)育程度的影響外，還主要受到了油源斷裂輸導(dǎo)油氣時(shí)期長短的影響。油源斷裂輸導(dǎo)油氣時(shí)期越長，輸導(dǎo)油氣量越多，油氣越富集；反之油氣越少。由此不難看出，能否準(zhǔn)確地厘定出油源斷裂輸導(dǎo)油氣時(shí)期對于正確認(rèn)識含油氣盆地下生上儲式油源斷裂附近油氣分布規(guī)律及指導(dǎo)油氣勘探至關(guān)重要。

關(guān)于油源斷裂輸導(dǎo)油氣時(shí)期前人曾做過一定研究與探討，歸納起來主要有以下兩個(gè)方面：①根據(jù)斷裂不同時(shí)期生長指數(shù)，結(jié)合地層剖面伸展率確定油源斷裂活動時(shí)期，進(jìn)而厘定油源斷裂輸導(dǎo)油氣時(shí)期［1-7］，將斷裂生長指數(shù)大于1，且地層剖面伸展率相對較大時(shí)期作為油源斷裂活動時(shí)期，即為油源斷裂輸導(dǎo)油氣時(shí)期；②根據(jù)油源斷裂活動時(shí)期和烴源巖排烴時(shí)期，厘定油源斷裂輸導(dǎo)油氣時(shí)期［8-16］，認(rèn)為只有烴源巖排烴時(shí)期之內(nèi)的油源斷裂活動時(shí)期，才是油源斷裂輸導(dǎo)油氣時(shí)期。上述這些研究成果對正確認(rèn)識含油氣盆地下生上儲式油源斷裂附近油氣分布規(guī)律及指導(dǎo)油氣勘探起到了非常重要的作用。然而，這些研究認(rèn)為油源斷裂輸導(dǎo)油氣主要來自烴源巖直接生成排出的油氣，而油源斷裂活動時(shí)期相對較短，烴源巖生成排出的油氣量有限，難以滿足油源斷裂短時(shí)期內(nèi)大量輸導(dǎo)油氣形成油氣藏的需要，故造成上述依據(jù)烴源巖排烴時(shí)期厘定出的油源斷裂輸導(dǎo)油氣時(shí)期難以反映地下的實(shí)際情況，用其指導(dǎo)油氣勘探可能帶來一定風(fēng)險(xiǎn)。在前人研究的基礎(chǔ)上，本文在考慮烴源巖內(nèi)砂體和烴源巖外圈閉中先期已聚集油氣對油源斷裂輸導(dǎo)油氣時(shí)期影響的基礎(chǔ)上，通過確定油源斷裂活動時(shí)期與烴源巖內(nèi)、外油氣聚集時(shí)期的疊合時(shí)間，預(yù)測油源斷裂輸導(dǎo)油氣時(shí)期，改進(jìn)以往僅通過油源斷裂活動時(shí)期或結(jié)合油源斷裂活動時(shí)期和烴源巖排烴時(shí)期預(yù)測油源斷裂輸導(dǎo)油氣時(shí)期的方法，以期更準(zhǔn)確地認(rèn)識油源斷裂在油氣成藏中的作用。

1 油源斷裂輸導(dǎo)油氣機(jī)理及時(shí)期

油源斷裂之所以能輸導(dǎo)油氣是因?yàn)槠湓诨顒訒r(shí)期伴生大量裂縫，這些伴生裂縫較圍巖具有相對較高的孔滲性，是油源斷裂輸導(dǎo)油氣運(yùn)移的有利通道。同時(shí)由于油源斷裂活動開啟，地層孔隙流體壓力降低，在斷裂伴生裂縫與圍巖地層之間產(chǎn)生地層孔隙流體壓力差，驅(qū)使烴源巖內(nèi)、外已聚集油氣向油源斷裂伴生裂縫中匯聚運(yùn)移，進(jìn)入到油源斷裂伴生裂縫中的油氣仍具有一定的剩余地層孔隙流體壓力差，在這個(gè)壓力差和浮力的作用下，油氣沿油源斷裂伴生裂縫向上覆地層輸導(dǎo)運(yùn)移（圖1）。

圖1 油源斷裂輸導(dǎo)油氣機(jī)理示意圖Fig.1 Schematic sketch showing hydrocarbon migration mechanismin a source rock-rooted fault

由上可以得到，油源斷裂輸導(dǎo)油氣時(shí)期應(yīng)是油源斷裂活動時(shí)期與烴源巖內(nèi)、外油氣聚集時(shí)期的疊合時(shí)間。

2 改進(jìn)前、后油源斷裂輸導(dǎo)油氣時(shí)期的厘定方法

2.1 改進(jìn)前的油源斷裂輸導(dǎo)油氣時(shí)期厘定方法

油源斷裂輸導(dǎo)油氣時(shí)期主要受到油源斷裂活動時(shí)期與烴源巖排烴時(shí)期的控制，應(yīng)為二者的疊合時(shí)間［10］。只要確定出油源斷裂活動時(shí)期與烴源巖排烴時(shí)期，便可以厘定出油源斷裂輸導(dǎo)油氣時(shí)期。

利用地震資料讀取油源斷裂兩盤同一地層厚度，由上盤地層厚度除以下盤地層厚度求取斷裂生長指數(shù)；再利用兩盤地層厚度相減求取斷層古落差值。斷裂生長指數(shù)大于1［17］且斷層古落差值相對較大［18］的地層所對應(yīng)的地質(zhì)時(shí)期即為油源斷裂活動時(shí)期（圖2中的3，4，6和7時(shí)期）。

圖2 利用生長指數(shù)和斷層古落差厘定斷裂活動時(shí)期示意圖Fig.2 Schematic sketch showing the determination of faulting period by growth index and paleo-fault fall

根據(jù)烴源巖地化參數(shù)，利用生烴潛力法［19］求取烴源巖在不同地質(zhì)時(shí)期的排烴量，作出烴源巖排烴量演化曲線，便可以得到烴源巖排烴時(shí)期（圖3中的t1—t2時(shí)期），再將已確定出的油源斷裂活動時(shí)期與烴源巖排烴時(shí)期疊合，二者重合時(shí)間即為油源斷裂輸導(dǎo)油氣時(shí)期（圖3）。

圖3 改進(jìn)前油源斷裂輸導(dǎo)油氣時(shí)期厘定示意圖Fig.3 Schematic sketch showing the determination of hydrocarbon migration period in a source rock-rooted fault with the original method

2.2 改進(jìn)后的油源斷裂輸導(dǎo)油氣時(shí)期厘定方法

改進(jìn)前方法認(rèn)為油源斷裂輸導(dǎo)油氣主要來自烴源巖直接生成排出的油氣，但由于油源斷裂活動時(shí)期相對較短，烴源巖難以在此較短時(shí)期內(nèi)為油源斷裂輸導(dǎo)提供成藏所需的充足油氣，故油源斷裂輸導(dǎo)的油氣通常情況下不會是來自烴源巖直接生成排出的油氣，而是主要來自烴源巖內(nèi)、外已聚集油氣（只有烴源巖品質(zhì)特別好，又處于大量生排烴時(shí)期，且斷裂活動時(shí)期相對較長的情況下，斷裂輸導(dǎo)烴源巖生成的油氣可能形成油氣藏）。只有在烴源巖內(nèi)、外存在已聚集油氣的情況下，才能為油源斷裂輸導(dǎo)提供成藏所需的大量油氣。由此不難看出，油源斷裂輸導(dǎo)油氣時(shí)期應(yīng)主要是油源斷裂活動時(shí)期與烴源巖內(nèi)、外油氣聚集時(shí)期的疊合時(shí)間，油源斷裂活動時(shí)期可以按上述方法確定。烴源巖油氣聚集分為兩部分，其中烴源巖生成的油氣直接在其內(nèi)砂體中聚集形成的是源內(nèi)油氣聚集，若烴源巖生成的油氣排出源外，在適當(dāng)?shù)娜﹂]中聚集，則形成源外油氣聚集。無論是源內(nèi)還是源外油氣聚集，一旦形成便可為油源斷裂輸導(dǎo)提供油氣來源，直至完全枯竭。故可以將烴源巖內(nèi)、外油氣聚集開始時(shí)間至其終止時(shí)間作為烴源巖內(nèi)、外油氣聚集時(shí)期。烴源巖內(nèi)、外油氣聚集開始時(shí)間可以利用烴源巖內(nèi)、外油氣聚集儲層流體包裹體均一溫度，結(jié)合儲層埋藏史和熱史恢復(fù)結(jié)果得到的油氣充注開始時(shí)間來確定［20］。若下伏油氣聚集至今還存在，其終止時(shí)間應(yīng)為現(xiàn)今；若下伏油氣聚集未至現(xiàn)今已枯竭，那么可以通過對斷裂帶內(nèi)瀝青伴生石英流體包裹體進(jìn)行40Ar/39Ar同位素測年實(shí)驗(yàn)［21］確定油氣藏終止時(shí)間，再依據(jù)油氣充注開始時(shí)間及其終止時(shí)間，可得到烴源巖內(nèi)、外油氣聚集時(shí)期。將油源斷裂活動時(shí)期與烴源巖內(nèi)、外油氣聚集時(shí)期疊合，便可以得到油源斷裂輸導(dǎo)油氣時(shí)期（圖4）。

圖4 改進(jìn)后油源斷裂輸導(dǎo)油氣時(shí)期厘定示意圖Fig.4 Schematic sketch showing the determination of hydrocarbon migration period in a source rock-rooted fault with the improved method

3 實(shí)例應(yīng)用

本文選取渤海灣盆地黃驊坳陷歧口凹陷南大港斷裂為例，利用上述改進(jìn)前、后方法厘定其輸導(dǎo)油氣至古近系沙河街組一段（沙一段）儲層的時(shí)期，并基于厘定結(jié)果與目前南大港斷裂附近沙一段已發(fā)現(xiàn)油氣分布的關(guān)系，闡述改進(jìn)后方法較改進(jìn)前方法的合理性。

南大港斷裂位于歧口凹陷歧南斜坡區(qū)，是一條北東向的正斷層，平面延伸長度約為34.3 km，斷層面向南東方向傾斜，傾角介于45°～50°（圖5）。南大港斷裂附近油氣鉆探揭示的地層有古近系（孔店組、沙河街組和東營組）、新近系（館陶組和明化鎮(zhèn)組）及少量第四系。目前南大港斷裂已發(fā)現(xiàn)油氣主要分布在沙一段，其次是沙河街組三段（沙三段），少量分布在東營組。由于南大港斷裂位于凹陷邊部，沙一段烴源巖埋深相對較淺，至今尚未成熟，無法為沙一段油氣成藏提供油氣來源，故南大港斷裂附近沙一段油氣主要是通過南大港斷裂輸導(dǎo)的來自下伏沙三段烴源巖內(nèi)、外已聚集油氣，屬于下生上儲式生-儲-蓋組合。由圖5b可以看出，南大港斷裂從下伏基巖向上一直斷至上覆明化鎮(zhèn)組頂部，連接了沙三段烴源巖和上覆沙一段儲層，且在油氣成藏期——明化鎮(zhèn)組沉積早期［22］活動，應(yīng)是沙一段儲層的油源斷裂。由圖5a可以看出，南大港斷裂附近沙一段目前已發(fā)現(xiàn)的油氣最為富集，這除了受到其圈閉和砂體發(fā)育的影響外，還主要受到了南大港斷裂輸導(dǎo)油氣至沙一段儲層時(shí)期長短的影響。

圖5 渤海灣盆地歧口凹陷南大港斷裂及其附近油氣分布Fig.5 Hydrocarbon distribution around the South Dagang fault in the Qikou Sag of Bohai Bay Basin

利用地震資料讀取南大港斷裂兩盤不同層位地層厚度，計(jì)算其在不同層位的生長指數(shù)和斷層古落差值，結(jié)果如圖6所示。南大港斷裂生長指數(shù)最大時(shí)期為沙一段，其次是沙三段，再次是東營組和館陶組，明化鎮(zhèn)組最??；南大港斷裂兩側(cè)斷層古落差值最大為沙一段，其次是沙三段，再次是館陶組和明化鎮(zhèn)組下部，沙河街組二段（沙二段）和東營組相對較小。據(jù)此，可以得到南大港斷裂有3個(gè)活動時(shí)期，即沙三段沉積時(shí)期、沙一段沉積時(shí)期和館陶組至明化鎮(zhèn)組沉積時(shí)期。

圖6 渤海灣盆地歧口凹陷南大港斷裂活動時(shí)期厘定Fig.6 Timing of the active periods of the South Dagang fault in the Qikou Sag of Bohai Bay Basin

根據(jù)烴源巖發(fā)育及地化特征，采用生烴潛力法［19］計(jì)算歧口凹陷沙三段烴源巖排烴量，得到其隨時(shí)間變化關(guān)系，如圖7所示。歧口凹陷沙三段烴源巖在沙河街組沉積末期開始向外排烴，在館陶組沉積末期達(dá)到排烴高峰期，之后沙三段烴源巖排烴量逐漸減小，但至今仍有一定排烴量。

將上述已確定出的南大港斷裂活動時(shí)期與沙三段烴源巖排烴時(shí)期疊合，便可以得到方法改進(jìn)前的南大港斷裂輸導(dǎo)油氣至沙一段儲層時(shí)期應(yīng)為館陶組—明化鎮(zhèn)組沉積時(shí)期（圖7）。

圖7 改進(jìn)前方法厘定出的南大港斷裂輸導(dǎo)油氣至沙一段儲層的時(shí)期Fig.7 Timing of hydrocarbon migration to the E s1 reservoir along the South Dagang fault with the original method

由于南大港斷裂所在地區(qū)沙三段烴源巖內(nèi)、外儲層（沙三段和沙二段）目前已發(fā)現(xiàn)了大量油氣，可以為南大港斷裂向沙一段輸導(dǎo)提供油氣來源。歧口凹陷歧南2井沙三段烴源巖內(nèi)、外儲層（沙三段和沙二段）流體包裹體均一溫度主要有2個(gè)峰值，一個(gè)為100～105℃，另一個(gè)在120～140℃［20］（圖8a）。結(jié)合歧口凹陷沙三段烴源巖內(nèi)、外儲層（沙三段和沙二段）埋藏史和熱史恢復(fù)結(jié)果，可以得到其油氣充注開始時(shí)間主要有兩個(gè)，一個(gè)是東營組沉積晚期，另一個(gè)則為明化鎮(zhèn)組沉積早期（圖8b）。由于東營組沉積晚期沙三段烴源巖尚未大量排烴，因而不是其油氣聚集開始時(shí)間，而明化鎮(zhèn)組沉積早期烴源巖大量排烴，故而是其油氣聚集開始時(shí)間。另因南大港斷裂所在地區(qū)沙三段和沙二段儲層目前仍有大量油氣分布，表明其油氣藏至今仍未被完全破壞，故可以得到沙三段和沙二段油氣藏終止時(shí)間應(yīng)為現(xiàn)今，即由此確定其油氣聚集時(shí)期應(yīng)為明化鎮(zhèn)組沉積早期至現(xiàn)今。

將上述已確定出的南大港斷裂活動時(shí)期與沙三段烴源巖內(nèi)、外儲層（沙三段和沙二段）油氣聚集時(shí)期疊合，便可以得到方法改進(jìn)后的南大港斷裂輸導(dǎo)油氣至沙一段儲層時(shí)期應(yīng)為明化鎮(zhèn)的組沉積時(shí)期（圖9）。

對比圖7和圖9可以看出，改進(jìn)前、后方法厘定出的南大港斷裂輸導(dǎo)油氣至沙一段儲層時(shí)期相差較大，改進(jìn)后方法明顯短于改進(jìn)前方法。由圖5a中可以看出，南大港斷裂附近沙一段儲層目前已發(fā)現(xiàn)了大量油氣，可用改進(jìn)后方法厘定出的南大港斷裂輸導(dǎo)油氣至沙一段儲層時(shí)期對其進(jìn)行合理的解釋，因?yàn)槟洗蟾蹟嗔演攲?dǎo)的油氣來自下伏沙三段烴源巖內(nèi)、外儲層（沙三段和沙二段）已聚集油氣，油氣供給充足，可以在短時(shí)期內(nèi)大規(guī)模聚集成藏。而用改進(jìn)前方法厘定出的南大港斷裂輸導(dǎo)油氣至沙一段儲層時(shí)期是無法解釋南大港斷裂附近沙一段已發(fā)現(xiàn)的大量油氣，因?yàn)楦倪M(jìn)前方法厘定出的南大港斷裂輸導(dǎo)油氣至沙一段儲層的時(shí)期雖長，但油氣主要來自沙三段烴源巖，此時(shí)期南大港斷裂輸導(dǎo)至沙一段的油氣量仍有限，難以大量聚集成藏，與目前沙一段已發(fā)現(xiàn)大量油氣（圖5a）相矛盾，同時(shí)與目前利用儲層流體包裹體均一溫度確定出的南大港斷裂附近沙一段油氣成藏期［23］也相矛盾，故可認(rèn)為改進(jìn)后方法厘定出的南大港斷裂輸導(dǎo)油氣至沙一段儲層的時(shí)期更符合實(shí)際。

圖9 改進(jìn)后方法厘定出的南大港斷裂輸導(dǎo)油氣至沙一段儲層的時(shí)期Fig.9 Timing of hydrocarbon migration to the E s1 reservoir along the South Dagang fault with the improved method

4 結(jié)論

1）油源斷裂輸導(dǎo)油氣時(shí)期應(yīng)主要是油源斷裂活動時(shí)期與下伏烴源巖內(nèi)、外油氣聚集時(shí)期的疊合時(shí)間，只有下伏烴源巖內(nèi)、外油氣聚集后，油源斷裂才能大量輸導(dǎo)油氣至儲層內(nèi)聚集成藏；否則沒有足夠多的油氣可供油源斷裂輸導(dǎo)進(jìn)入儲層聚集成藏。

2）通過確定油源斷裂活動時(shí)期與烴源巖內(nèi)、外油氣聚集時(shí)期的疊合時(shí)間，改進(jìn)了以往僅通過油源斷裂活動時(shí)期或結(jié)合油源斷裂活動時(shí)期和烴源巖排烴時(shí)期預(yù)測油源斷裂輸導(dǎo)油氣時(shí)期的方法。實(shí)例應(yīng)用結(jié)果表明，改進(jìn)后方法厘定出的渤海灣盆地歧口凹陷南大港斷裂輸導(dǎo)油氣至沙一段儲層的時(shí)期為明化鎮(zhèn)組沉積時(shí)期，明顯較改進(jìn)前方法厘定出的南大港斷裂輸導(dǎo)油氣至沙一段儲層的時(shí)期（館陶組—明化鎮(zhèn)組沉積時(shí)期）要短，與改進(jìn)前方法相比，改進(jìn)后方法厘定出的南大港斷裂輸導(dǎo)油氣至沙一段儲層時(shí)期與油氣分布關(guān)系更吻合，更符合斷裂輸導(dǎo)油氣機(jī)理。

3）改進(jìn)后的油源斷裂輸導(dǎo)油氣時(shí)期厘定方法可應(yīng)用于砂泥巖含油氣盆地中下生上儲式油源斷裂輸導(dǎo)時(shí)期的厘定。