梁 斌，王 臣

（中國石油大港油田分公司，天津 300280）

油氣勘探開發(fā)實踐表明，斷層對于油氣藏的形成與分布具有重要控制作用，同時復雜斷裂加大了勘探開發(fā)難度，開展斷裂控運控藏機理研究對指導油氣勘探開發(fā)具有重要意義。關于斷層對油氣的運聚作用，國內(nèi)外學者做了大量研究，Allan 和Dowrey 等認為斷層既不是油氣運移的通道，也不是遮擋面，斷層的封堵性取決于斷層兩盤巖性對接關系和地層形態(tài)。目前多數(shù)學者認為，斷層具有開啟和封閉雙重性[1]，既是通道，又是封堵面，斷層的開啟部位會導致油氣縱向或側(cè)向運移，封閉部位會導致油氣聚集成藏。前人關于斷層疏導能力及成藏作用研究也取得較多成果，Sibson 在研究了熱液金屬礦與古代斷裂破碎帶的關系后提出“地震泵”模式，認為含礦熱液是通過較深古斷裂呈幕式運移的，通過斷層帶運移至具較低正應力的張裂隙中，并指出地震泵作用有利于油氣在構造活動區(qū)運移；Hindle（1997 年）提出油氣沿斷裂帶運移特征與本身斷裂特征有關，同時也受斷裂兩側(cè)地層構造形態(tài)的影響；Hooper[2]認為流體沿斷層運移是一個幕式流動過程，與斷裂活動性質(zhì)和期次密切相關，且流速快，釋放出的流體賦存于斷裂上部儲層中；鄒華耀等認為油氣沿斷層向上運移有兩種途徑：（1）斷層活動期沿斷層面可產(chǎn)生裂縫，成為運移通道；（2）如果斷層橫向上是開啟的，油氣可沿斷層面兩側(cè)連通的滲透性砂巖呈“之”字形途徑向上運移。近些年隨著地質(zhì)研究技術的發(fā)展，構造解釋、三維模擬技術在構造研究方面的結(jié)合應用，對斷層的研究逐漸由二維趨于三維，揭示出斷層面的各種特征，斷層面作為油氣疏導運移的通道，那么進行斷面特征與油氣疏導關系的研究對深化成藏規(guī)律認識具有重要意義。本文通過對斷層三維形態(tài)特征及其封閉差異性研究，分析油氣沿斷層面運移的優(yōu)勢路徑，并提出油氣通過斷層向儲層充注的“高勢進，低勢出”的成藏模式。

1 斷層優(yōu)勢疏導路徑分析

斷裂活動是區(qū)域應力場主應力的積累超過巖石的破裂極限時產(chǎn)生斷層的應力釋放，斷層面一旦形成，沿斷裂部位構造應力迅速釋放，此時周圍未破裂的巖石中尚存較大的應力，巖石中的流體在該應力的驅(qū)動下，由斷裂兩盤應力的高值部位向低應力區(qū)沿斷層運移。斷層后期的生長過程中，在不受其他斷層切割影響下，斷面形態(tài)幾乎不會發(fā)生變化，而斷面局部形態(tài)、曲率、埋深、巖性及應力場特征均有不同，致使斷面不同部位封閉能力存在差異。斷層作為油氣長距離垂向運移的主要途徑，尤其是油源斷層，開展斷面對油氣疏導運移的控制作用研究具有重要意義。

1.1 斷層封閉性評價

縱向表現(xiàn)為弧形的張性斷層，曲率對其封閉性影響較大，下降盤沿斷層旋轉(zhuǎn)下掉，上下盤的接觸關系表現(xiàn)為：斷面淺部緊密接觸，斷層兩盤擠壓應力大，在泥巖涂抹或碎屑充填物作用下，易具有較強的封閉性；隨著下降盤旋轉(zhuǎn)下掉，斷層下部兩盤間開啟縫增大，此段時期弧形斷層在深層部分一直處于開啟狀態(tài)，有助于大量烴源巖持續(xù)排烴。隨著斷距增大，斷層下部的開啟寬度達到一定程度，最終在應力均衡作用下，產(chǎn)生反向斷層，斷層下部開啟縫閉合。

斷層的封閉性具有時空的不均勻性，受構造演化史的影響，早期開啟的斷層，后期由于應力場轉(zhuǎn)變、成巖作用等因素作用成為封閉性斷層，封堵油氣，形成次生油氣藏；相反，早期封閉的斷層，后期因構造應力轉(zhuǎn)變，斷層重新開啟，油氣藏受到破壞，散失。斷層的封閉性與構造演化過程密切相關，大范圍開啟與閉合，控制著油氣的重新運移、分布。

斷層兩側(cè)巖性配置關系是決定斷層能否具有側(cè)向封堵的重要條件之一，也是經(jīng)典斷層封閉性研究的主要手段[3]，當斷層兩盤砂巖與泥巖對接時，斷層封閉性好；當砂巖與砂巖對接，且具有相同或相近的排驅(qū)壓力時，斷層封閉性差；當斷層兩側(cè)接觸的砂巖具有不同排驅(qū)壓力時，斷層的封閉程度取決于封堵砂巖的排驅(qū)壓力和儲集層的排驅(qū)壓力之差。在油氣井小層對比研究中，斷層兩側(cè)巖性對接關系很好匹配了油水分布，即：“砂-砂”對接時，兩側(cè)砂體連通，若為油層，具有統(tǒng)一油水界面；“砂-泥”對接時，含油砂層構造高方向受泥巖封閉性較好，成為油氣聚集場所。

斷層的封閉性受多種因素控制，活動期的斷層在地震時表現(xiàn)為開啟狀態(tài)，地震活動常伴隨熱泉水涌出、地下水位異常、油氣產(chǎn)量及壓力異常[4，5]，如1976 年7月28 日唐山地震，震中地區(qū)臨震前井下水位上升，冒出地面。靜止期的斷層，尤其規(guī)模較大的油源斷層，縱向貫穿深，走向延伸距離遠，斷面形態(tài)、曲率、巖性等因素縱、橫向變化較大，成為影響斷面封閉性的不確定因素，筆者認為，靜止期的斷層仍然存在開啟部分，如港西油田出現(xiàn)注水井附近地面有污水冒出，鉆井過程中鉆遇斷層，鉆井液漏失嚴重等現(xiàn)象，如2018 年2 月港西油田西56-6-2 井，鉆井至1 120 m 斷層位置，漏液嚴重，封井。在含油氣盆地生烴期，處于活動期或靜止期的斷層均可以作為油氣運移的通道，從油氣疏導的規(guī)模及速度上對比，活動期斷層通道更寬暢、運移速率更高，斷層伴隨地震活動間幕式開啟，斷層附近壓力釋放，巖石孔隙度滲透率增大，促使斷層附近流體壓力下降，導致圍巖中流體向斷層運移，烴源巖內(nèi)及早期儲集在斷層下方巖層中的油氣向斷層帶快速運移；靜止期斷層面上形成的類似網(wǎng)狀連通的運移通道，沿斷層面垂向運移能力較弱，運移效率較低，由于該種油氣運移方式持續(xù)時間長久，因此其對整個區(qū)塊油氣藏儲量貢獻同樣占比較大。尤其是弧形張性斷層，斷層面深層部分在其活動期與靜止期均處于開啟狀，其對油氣疏導運移具有更高的效率，為油氣的規(guī)模性運聚成藏提供了有利條件。

綜上所述，斷層側(cè)向和垂向封閉性受多種地質(zhì)因素控制，同時由于斷層面復雜的形態(tài)、巖性及應力特征，致使處于靜止期的斷層仍存在相互連通的油氣垂向運移通道，該類通道在源巖生烴期長期疏導油氣，相比活動期斷層間歇式油氣運聚方式，對整個盆地規(guī)模性油氣儲量的形成具有重大作用。

1.2 斷層面優(yōu)勢運移路徑分析

油氣勘探實踐表明，斷層作為油氣運移重要通道之一，對油氣成藏具有重要作用，尤其是下生上儲含油氣組合中斷層的輸導運移更是起到至關重要的作用，在一定程度上控制著油氣藏的形成與分布。因此，能否正確認識斷層在疏導油氣的特征和能力，是油氣成藏規(guī)律及勘探評價的關鍵。在斷層疏導油氣運移方面，前人做過大量研究，成果主要為斷裂類型[6-9]、斷裂輸導油氣動力[10-13]、斷裂帶內(nèi)部結(jié)構及輸導優(yōu)勢通道[14，15]、斷裂輸導油氣時期[16，17]等。從以上的研究成果看，研究內(nèi)容主要集中在斷層類型、組合、疏導動力以及疏導時期等方面，近些年隨著斷層解釋及三維模擬技術的成熟應用，斷層面的特征更容易提取出來，而針對斷層面的三維特征與油氣疏導能力方面仍缺少研究。開展該方面的研究，有助于細化認識油氣運聚成藏過程，對油氣有利聚集帶識別具有重要指導作用。

在地質(zhì)構造研究中，依據(jù)野外露頭資料及室內(nèi)地震資料解釋成果證實，斷層在走向上曲折形態(tài)屢見不鮮，通過地震精細解釋與三維模擬技術結(jié)合應用，對港西油田多條油源斷層立體成像研究，認為斷層面特征表現(xiàn)為：在張力、重力及摩擦力共同作用下，形成呈條帶狀縱向延伸的正負構造，其形態(tài)近似于斷層平面走向形態(tài)向深層延伸形成的剖面，斷面特征對油氣垂向運移路徑具有重要控制作用。

圖1 斷層面優(yōu)勢路徑示意圖

油氣運移總是按照由高勢區(qū)向低勢區(qū)沿阻力最小路徑的總規(guī)律，油氣運移沿斷面優(yōu)勢路徑的選擇，也遵循這個規(guī)律，烴源巖排出的油氣沿斷層面垂向運移，在斷層面勢能場的約束下，高勢區(qū)油氣發(fā)散向低勢區(qū)匯聚，進而形成條帶狀向淺層流動。從斷層面示意圖（見圖1）上看，油氣沿斷面匯聚于低勢路徑向淺層運移，路過處于開啟狀態(tài)的儲層，油氣才有機會進入，在圈閉條件滿足情況下形成油氣藏。通過斷層面形態(tài)特征及流體勢勢能的分析、研究，可以更加精細識別油氣沿斷層的優(yōu)勢運移路徑，結(jié)合構造演化史，有助于識別油氣富集帶。

2 斷層疏導作用與油氣充注作用關系分析

斷層在烴源巖和儲集層間起著油氣溝通、疏導作用，油氣在沿斷層面優(yōu)勢路徑運移過程中，即使路過砂體具備同樣的圈閉條件，也不是都會有油氣充注進入，作者認為存在以下三點關鍵性問題：（1）斷層對油氣的疏導和充注動力條件存在差異，斷面疏導是油氣在斷面通道中的運移，而斷層充注是油氣通過斷層向砂體注入的作用，油氣運移通道發(fā)生了改變；（2）油氣運移路徑上砂體封閉性存在差異，油氣從源巖向淺層疏導過程中，選擇優(yōu)勢路徑逐漸匯聚成流帶向上運移，在優(yōu)勢路徑上砂體封閉性存在差異，只有開啟的砂體才有機會注入油氣；（3）忽略了斷塊封閉性問題，若油氣充注進入斷塊時，砂體儲集空間被地層水充填，地層水若不排出，很難有足夠的空間容納大量油氣進入。針對以上三點問題，下面對斷層控制的油氣充注模式展開分析、論述。

斷層是油氣疏導運移的通道，當斷層活動斷開深層超壓帶時，高壓流體沿斷層迅速外泄，在深淺壓力差的作用下斷層帶像泵一樣把超壓流體向淺層抽吸，致使斷裂帶中流體被推移至淺部壓力較小的地層[18]。隨著斷層的活動，應力得以釋放，進入淺層后的油氣動能減弱，為油氣充注進入儲層提供了必要條件。

斷層活動期，斷層面瞬間大范圍開啟，是大量油氣快速進入儲層的機遇，同時也會使原油氣藏遭受破壞。雙斷層控制的砂體，當兩個斷層同時開啟，砂體內(nèi)部流體在勢能差的作用下迅速由低勢區(qū)流出，同時高勢區(qū)抽吸流經(jīng)斷層的流體進入儲層，因其開啟面大、流體沿斷面、砂體內(nèi)部運移速率高、流量大，因此斷層活動期是油氣快速、規(guī)模性充注進入砂體的重要方式；單條斷層活動，儲層內(nèi)部流體流動性較弱，油氣短時間進入砂體的規(guī)模較小。

斷層靜止期，在斷面上仍存在著相互連通的開啟網(wǎng)，作者認為油氣大量充注進入砂體須滿足的條件是：砂體為有效圈閉，在油氣沿斷層運移路徑上存在開啟段，作為油氣充注入口，同時在相對入口段較低勢能區(qū)存在斷層開啟段，作為儲層內(nèi)流體排出口，油氣在儲層入、出口流體勢能差作用下被吸入儲層，進入儲層的油氣在密度差異作用下向構造高部位封閉區(qū)聚集成藏，出口開啟段的位置決定著有效圈閉面積，即出口段構造最高點為圈閉溢出點。下面將油氣充注模式分為兩種類型：油氣充注模式1（見圖2）為一受雙斷層夾持的圈閉，A 段位于2 號斷層，為油氣優(yōu)勢運移路徑上的開啟段，B 段位于1 號斷層，開啟段勢能較A 段低，油氣在A、B 段勢能差作用下進入砂體，油氣密度較地層水輕，向構造高部位聚集形成油氣藏；充注模式2（見圖3），斷層開啟段入口、出口在同一斷層上，同樣遵循油氣高勢進，低勢出的規(guī)律。

圖2 油氣充注模式1

綜上所述，斷層活動期對油氣成藏是一把雙刃劍，既有利于油氣運聚成藏，又會對原油氣藏產(chǎn)生破壞，斷層活動期雙斷層同時開啟模式更有利于油氣快速注入儲層，斷層靜止期油氣的充注模式雖然低速、低效，但其作用時間更長久，也可形成大儲量油氣藏，且該充注過程不會對原油氣藏產(chǎn)生破壞。

3 實例分析

港西油田位于渤海灣盆地歧口凹陷，斷裂發(fā)育，為典型的復雜斷塊油氣藏。港西斷層為該油田一主要油源斷層，為油氣成藏期油氣疏導運移的主要通道，沿該斷層附近形成一系列含油氣圈閉，通過多年勘探開發(fā)，目前各斷塊探明程度較高，緊鄰港西斷層的各斷塊含油氣豐度、縱向油氣分布規(guī)律及油氣藏特征差異性較大，表明油氣沿油源斷層向各斷塊運聚成藏過程應有不同。

對于油源斷層控運、控藏研究，應用地震精細解釋技術及三維模擬技術，對港西斷層面（見圖4）三維特征開展研究，遵循流體總是由高勢區(qū)流向低勢區(qū)的原則，識別斷面構造特征控制的油氣優(yōu)勢運移路徑。油氣沿港西斷層運移過程中，油氣由高勢區(qū)向低勢區(qū)匯聚，在斷面上形成垂向條帶狀最佳運移路徑，與這些優(yōu)勢路徑溝通的開啟儲層，且滿足雙斷層控制的“低勢出，高勢進”的油氣充注模式，將會有大量的油氣進入。如港西斷層東部構造區(qū)，港西斷層（1 號斷層）西段向南凸起部位為油氣優(yōu)勢運移路徑，其與2 號斷層間的Ⅰ斷塊滿足雙斷層油氣充注模式，勘探開發(fā)成果證實該斷塊縱向含油氣砂體多，單個砂體儲量大。而5 號斷層上升盤單斜圈閉Ⅱ，僅構造部位一條斷層遮擋，油氣難以規(guī)模進入，已證實該圈閉部分砂體油氣儲量極少，在構造高點僅發(fā)育少量頂油。

圖4 港西斷層平面及三維形態(tài)圖

4 結(jié)論與認識

（1）斷層面受形態(tài)、曲率、深度、巖性及應力場影響，在斷層活動靜止期，斷面上仍存在相互連通的開啟網(wǎng)絡，成為油氣長期低速運移通道，且為油氣大量聚集成藏的一重要模式。

（2）通過斷層的三維形態(tài)研究證實，斷層面存在構造特征，油氣沿斷層運移過程中，受斷面構造趨勢影響，油氣總是沿阻力最小方向由高勢區(qū)向低勢區(qū)運移，油氣沿斷面匯聚于縱向條帶狀優(yōu)勢路徑向淺層運移，對斷層控運控藏機理及油氣有利聚集帶預測研究具有重要指導意義。

（3）對于油氣充注進入儲層，提出“低勢出，高勢進”充注模式，即在圈閉低勢部位存在開啟段，作為地層流體排出口，高勢區(qū)油氣優(yōu)勢運移路徑上存在開啟段，為油氣入口，在出入口間形成流體勢能差，斷層運移路過的油氣就會被抽吸進入儲層，油氣在密度差作用下在儲層內(nèi)部向構造高部位封閉區(qū)聚集成藏。