吳雨農(nóng)，袁紅旗，張亞雄，王漢強

1)東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江大慶，163318；2)中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院，北京，100083；3)大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠第四油礦，黑龍江大慶，163114

內(nèi)容提要:為了研究含油氣盆地斷蓋配置上下油氣分布規(guī)律，在斷蓋配置封閉性演化階段劃分的基礎(chǔ)上，通過明確斷蓋配置斷接厚度與時間之間的關(guān)系和斷裂破壞蓋層封閉性所需要的最大斷接厚度，確定斷裂破壞蓋層封閉性開始時期；通過斷層巖排替壓力隨時間的變化關(guān)系和儲層巖排替壓力隨時間的變化關(guān)系，確定斷層巖封閉開始時期，據(jù)此建立了一套斷蓋配置封閉性演化階段恢復(fù)方法，并將其應(yīng)用于海拉爾盆地貝爾凹陷呼和諾仁構(gòu)造F5斷裂與下白堊統(tǒng)大磨拐河組一段下亞段(大一下段)蓋層配置在測點4、6、9、10、11、12、14這7處封閉性演化階段恢復(fù)中。結(jié)果表明，F(xiàn)5斷裂與大一下段蓋層配置在以上7處測點處不發(fā)育蓋層封閉階段，從大一下亞段沉積末期至上白堊統(tǒng)青元崗組沉積早期為不封閉階段，從青元崗組沉積早期至現(xiàn)今為斷層巖封閉階段。因其在油氣成藏期為不封閉階段，且斷層巖封閉開始時期晚于油氣成藏期(下白堊統(tǒng)伊敏組沉積末期)，不利于油氣在其下下白堊統(tǒng)南屯組二段(南二段)聚集和保存，與目前F5斷裂附近南二段油氣分布相吻合，表明該方法用于恢復(fù)斷蓋配置封閉性演化階段是可行的。

油氣勘探實踐表明，在含油氣盆地同一斷蓋配置(通常是指長期發(fā)育的輸導(dǎo)斷裂與區(qū)域性蓋層的配置)不同部位其上下油氣分布特征也不盡相同，這主要是受到了其封閉性不同的影響，封閉性相對較好的斷蓋配置部位油氣主要在其下分布，封閉性相對較差的斷蓋配置部位油氣在其上下分布。而斷蓋配置封閉性好壞又與其所處的演化階段有著密切關(guān)系，斷蓋配置所處的封閉性演化階段不同，其封閉特征也不同，造成其上下油氣分布特征也就不同。因此，能否準(zhǔn)確地恢復(fù)斷蓋配置封閉性演化階段，對于正確認(rèn)識含油氣盆地斷蓋配置上下油氣分布規(guī)律具有重要意義。

有關(guān)斷蓋配置封閉油氣性研究前人已做過一定研究與探討，表現(xiàn)有以下幾個方面：第一個方面是根據(jù)斷裂在蓋層內(nèi)分段生長上下是否連接，研究斷蓋配置封閉油氣機理(付曉飛等，2012；王海學(xué)等，2014)，認(rèn)為若斷裂來破壞蓋層封閉性時，油氣不能穿過蓋層運移，斷蓋配置封閉；相反，若斷裂破壞蓋層封閉性時，斷裂可成為油氣穿過蓋層運移，斷蓋配置不封閉(袁紅旗等，2019，2021a；于英華等，2021)。第二個方面是利用斷蓋配置斷接厚度(蓋層厚度與斷裂斷距的差值)與斷蓋配置封閉油氣所需的最小斷接厚度的相對大小的比較(袁紅旗等，2021b)，研究斷蓋配置封閉性(呂延防等，2014；付廣等，2014a，2016)，如果斷蓋配置斷接厚度大于或等于斷蓋配置封閉要求的最小斷接厚度時，斷蓋配置封閉；反之，斷蓋配置不封閉。第三個方面是根據(jù)斷層巖排替壓力隨時間變化關(guān)系和下伏儲層巖排替壓力隨時間變化關(guān)系，研究斷蓋配置封閉性形成時期(付廣等，2013，2014b，2020a；胡慧婷等，2014)，將斷層巖排替壓力與下伏儲層巖排替壓力相等時期作為斷蓋配置封閉性形成時期。這些成果對研究含油氣盆地斷蓋配置上下油氣分布規(guī)律具有非常重要作用。

目前這些研究對斷蓋配置封閉性演化階段的恢復(fù)研究相對較少，有也僅僅是蓋層或斷層巖封閉性演化階段研究(張喜等，2007；呂延防等，2016；付廣等，2017)，缺少二者結(jié)合研究，這無疑不利于含油氣盆地斷蓋配置上下油氣勘探的深入。因此，開展斷蓋配置封閉性演化階段恢復(fù)方法研究，對于正確認(rèn)識含油氣盆地斷蓋配置上下油氣分布規(guī)律及豐富完善斷裂控藏理論均具重要意義。

1 斷蓋配置封閉性演化及階段劃分

大量研究成果表明，斷裂對蓋層的破壞作用是逐漸形成的，開始時期，由于斷裂活動相對較弱，斷距相對較小，斷裂未破壞蓋層封閉性，油氣不能穿過蓋層運移，斷蓋配置仍是蓋層封閉(圖1a)。隨著斷裂活動強度加大，斷距相對較大，斷裂破壞蓋層封閉性，油氣油氣穿過蓋層運移，此時斷裂已完全破壞了蓋層封閉性，斷蓋配置已無封閉性(圖1b)。由于斷裂停止活動后，在各種因素的共同作用下斷裂填充物緊閉愈合，不再是油氣運移輸導(dǎo)通道，開始封閉，但此時斷蓋配置不再是蓋層封閉，而是斷層巖封閉，如圖1c所示，據(jù)斷裂在蓋層內(nèi)分段生長上下連接時期和斷層巖開始封閉時期，通常可以把斷蓋配置封閉性演化劃分為3個階段，第一個階段為蓋層封閉階段，從斷裂開始活動至斷裂破壞蓋層封閉性開始時期，如圖2a中的ta—t1時期，封閉性相對較好；第二個階段為不封閉階段，從斷裂破壞蓋層封閉性開始時期至斷層巖開始封閉時期，如圖2a中t1—t2時期，無封閉性；第三個階段為斷層巖封閉階段，從斷層巖封閉開始時期至現(xiàn)今(圖2a中t2～現(xiàn)今)，封閉性相對較差。

圖1 斷蓋配置封閉性演化階段示意圖Fig.1 The sealing evolution stage of fault—caprock configuration

2 斷蓋配置封閉性演化階段恢復(fù)方法

由上可知，要恢復(fù)斷蓋配置封閉性演化階段，就必須確定出2個時間節(jié)點，一個是斷裂破壞蓋層封閉性開始時期和斷層巖封閉開始時期，便可以恢復(fù)斷蓋配置封閉性階段。

要確定斷裂破壞蓋層封閉性開始時期，就必須確定斷蓋配置斷接厚度與時間關(guān)系和斷裂破壞蓋層封閉性所需的最大斷接厚度。利用鉆井和地震資料讀取斷裂在蓋層內(nèi)斷距和對應(yīng)處蓋層厚度，二者相減求取現(xiàn)今斷蓋配置斷接厚度，由最大斷距相減法(劉哲等，2012)和地層古厚度恢復(fù)方法(曹強等，2007)恢復(fù)斷裂在其活動期古斷距和蓋層古厚度，二者相減求取不同時期斷蓋配置古斷接厚度。據(jù)此便可以得到斷蓋配置斷接厚度隨時間變化關(guān)系(圖2b)。統(tǒng)計研究區(qū)已知井點處斷蓋配置古斷接厚度及其上下油氣分布特征，取油氣分布在斷蓋配置下的最大古斷接厚度，作為斷裂破壞蓋層封閉性所需的最大斷接厚度(付廣等，2020b)。據(jù)此由圖2b便可以得到斷裂破壞蓋層封閉性開始時期。

圖2 斷蓋配置封閉性演化階段劃分示意圖：(a) 斷蓋配置封閉性；(b) 斷蓋配置斷接厚度Fig.2 The division of sealing evolution stage of fault—caprock configuration：(a) fault—cap configuration sealing;(b) fault—caprock thickness configuration

要確定斷層巖封閉開始時期，就必須確定斷層巖排替壓力隨時間變化關(guān)系和儲層巖排替壓力隨時間變化關(guān)系，可按照文獻(xiàn)(付廣等，2020a)中的方法求取斷層巖排替壓力隨時間變化關(guān)系和儲層巖排替壓力隨時間變化關(guān)系，取二者相交處所對應(yīng)的時期，便可求取斷層巖封閉開始時期(圖2a)。

有了斷裂破壞蓋層封閉性時期和斷層巖開始封閉時期，結(jié)合斷裂開始時期，便可以恢復(fù)斷蓋配置封閉性演化階段，即斷裂開始活動時期至斷裂破壞蓋層封閉性開始時期為蓋層封閉階段，斷裂破壞蓋層封閉性開始時期至斷層巖封閉開始時期為不封閉階段，斷層巖封閉開始時期至今為斷層巖封閉階段。

3 實例應(yīng)用

本文以海拉爾盆地貝爾凹陷呼和諾仁構(gòu)造F5斷裂為例，利用上述方法恢復(fù)不同測點處其與下白堊統(tǒng)大磨拐河組一段下亞段(大一下段)蓋層配置封閉性演化階段，并通過恢復(fù)結(jié)果與目前呼和諾仁構(gòu)造F5斷裂附近下白堊統(tǒng)南屯組二段(南二段)油氣分布之間關(guān)系，驗證該方法恢復(fù)斷蓋配置封閉性演化階段的可行性。

呼和諾仁構(gòu)造位于貝爾凹陷貝西斜坡西部，是一個被F5斷裂破壞北東東走向的背斜構(gòu)造，是貝爾凹陷貝西斜坡的主要含油氣構(gòu)造(圖3a)。該區(qū)鉆井所揭示的地層從下至上有下白堊統(tǒng)、上白堊統(tǒng)及新生界，下白堊統(tǒng)地層從下至上有南屯組、大磨拐河組和伊敏組，上白堊統(tǒng)僅為青元崗組，該構(gòu)造目前主要在南二段發(fā)現(xiàn)了油氣，其來自東側(cè)西洼槽下白堊統(tǒng)南屯組一段(南一段)源巖(李文科等，2015)，蓋層為大一下段發(fā)育的大套泥巖蓋層，屬于下生上儲式生儲蓋組合。由圖3中可以看出，呼和諾仁構(gòu)造目前已發(fā)現(xiàn)油氣主要分布在F5斷裂的中部，少量分布在北部，這除了受到砂體和圈閉發(fā)育的影響外，主要是受到了F5斷裂與大一下段蓋層配置封閉性演化階段不同的影響。因此，能否準(zhǔn)確地恢復(fù)F5斷裂與大一下段蓋層配置封閉性演化階段，應(yīng)是指導(dǎo)呼和諾仁構(gòu)造南二段油氣勘探的關(guān)鍵。

圖3 海拉爾盆地貝爾凹陷呼和諾仁構(gòu)造F5斷裂與下白堊統(tǒng)南屯組二段(南二段)油氣分布關(guān)系：(a) F5斷裂平面位置；(b) F5斷裂與油氣關(guān)系剖面圖Fig.3 Hydrocarbon distribution map of F5 fault and the 2nd Member,Nantun Foration,Lower Cretaceous,in the Huhenuoren Structure,Beier Sag,Hailar Basin:(a) the F5 fault plane location map;(b) the F5 fault and hydrocarbon relationship section

由三維地震資料解釋成果，F(xiàn)5斷裂位于呼和諾仁構(gòu)造中部，走向為北東向，平面延伸長度約為13.4 km，斷裂向西傾，傾角為15°～50°，上陡下緩，斷距在中部最大，次極值斷距分布在南部，由2個極值點向其南北兩側(cè)斷距逐漸減小(圖4a)。由圖3b中可以看出，F(xiàn)5斷裂從下伏基巖一直向上斷至下白堊統(tǒng)伊敏組二段和三段(伊二、三段)，是一條長期活動斷裂，由圖5中可以看出，其主要活動時期為南一、二段和大二段—伊二、三段沉積時期。由鉆井資料統(tǒng)計可以得到F5斷裂不同測點大一下段蓋層厚度(圖4b)，由圖4b中可以看出，F(xiàn)5斷裂處大一下段蓋層厚度南部大于北部，但最小值位于測點6處，小于40 m。由F5斷裂不同測點處大一下段蓋層厚度和斷距，由地層古厚度恢復(fù)方法(曹強等，2007)和最大斷距相減法(劉哲等，2012)恢復(fù)其在油氣成藏期蓋層古厚度和古斷距，二者相減求取不同測點F5斷裂與大一下段蓋層配置古斷接厚度(圖4c)，由圖4c中可以看出，南部F5斷裂與大一下段蓋層配置古斷接厚度相對較大，北部相對較小，由貝爾凹陷斷裂破壞大一下段蓋層封閉性所需的最大斷接厚度(圖6)約為72 m，在測點1、2、3、5、7、8、13和15處F5斷裂與大一下段泥巖蓋層配置斷接厚度大于斷裂破壞大一下段泥巖蓋層封閉性所需的最大斷接厚度，未破壞大一下段泥巖蓋層封閉性，不必恢復(fù)其封閉性演化階段。而測點4、6、9、11、12和14處F5斷裂與大一下段蓋層配置古斷接厚度小于斷裂破壞大一下段蓋層封閉性所需的最大斷接厚度，破壞了大一下段泥巖蓋層封閉，須對其封閉性演化階段進(jìn)行恢復(fù)。

圖4 海拉爾盆地貝爾凹陷呼和諾仁構(gòu)造不同測點處F5斷裂與下白堊統(tǒng)大磨拐河組一段下亞段(大一下段)蓋層配置斷接厚度分布特征：(a) F5斷裂斷距；(b) 大一下段蓋層厚度；(c)斷蓋配置斷接厚度Fig.4 The thickness distribution characteristics of F5 fault at different measuring points in the Huhenuoren Structure,Beier Sag,Hailar Basin,and cover layer of the Lower Submember,1st Member,Damoguaihe Formation,Lower Cretaceous(Da-1-L):(a) F5 fault displacement;(b) caprock thickness of the Da-1-L;(c) fault contact thickness of fault—caprock

圖5 海拉爾盆地貝爾凹陷不同時期斷裂生長指數(shù)分布圖Fig.5 The distribution of fracture growth index in the Beier Sag,Hailaer Basin,in different periods

作測點4、6、9、11、12和14處F5斷裂與大一下段蓋層配置古斷接厚度與不同時期的變化關(guān)系圖(圖7)，可以得到除測點10處F5斷裂破壞沙一下蓋層封閉性時期略晚于斷裂開始時期外，其余測點4、6、9、11、12和14處F5斷裂破壞大一下段蓋層封閉性幾乎在斷裂開始活動時期，故可以認(rèn)為F5斷裂破壞大一下蓋層封閉性時期約為其開始活動時期。即大一段沉積末期。

圖7 海拉爾盆地貝爾凹陷呼和諾仁構(gòu)造F5斷裂破壞大一下段蓋層封閉性厘定圖Fig.7 Sealing determination of the caprock in the Da-1-L under the fracture failure of the F5 fault in the Huhenuoren Structure,Beier Sag,Hailaer Basin

鑒于上述7個測點斷裂斷距和大一下段蓋層厚度等特征差異不大，取測點12為代表研究其斷層巖封閉開始時期。由測點12處F5斷裂在大一下段蓋層內(nèi)斷距(圖4a)、大一段蓋層厚度(圖4b)和泥質(zhì)含量。利用式(1)求取F5斷裂在大一下段蓋層內(nèi)斷層巖泥質(zhì)含量，約為0.72，將其代入到海拉爾盆地實測砂泥巖排替壓力隨其壓實成巖埋深和泥質(zhì)含量之間經(jīng)驗關(guān)系式(式2)中，便可以得到與斷層巖泥質(zhì)含量相同圍巖排替壓力隨壓實成巖埋深之間關(guān)系，并通過壓實成巖埋深與時間之間關(guān)系，將其變成與斷層巖泥質(zhì)含量相同圍巖排替壓力隨時間變化關(guān)系(圖8)，將其由其停止沉積(大一下段沉積末期)移至F5斷裂停止活動時期(伊敏組沉積末期)，作為斷層巖排替壓力與時間關(guān)系(圖8)。

(1)

式中：Rf為斷層巖泥質(zhì)含量，(%)；Hi被斷裂錯斷第i層巖層厚度，(m)；Ri被斷裂錯斷第i層巖層泥質(zhì)含量，(%)；n被斷裂錯斷巖層層數(shù)；L斷裂斷距，(m)；

Pc=0.880 e0.0172ZcRc

(2)

式中：Pc砂泥巖排替壓力，(MPa)；Zc砂泥巖壓實成巖埋深，(m)；Rc砂泥巖的泥質(zhì)含量，(%)；

Ps=0.098 e0.0203ZsRs

(3)

式中：Ps儲層巖排替壓力，(MPa)；Zs儲層巖壓實成巖埋深，(m)；Rs儲層巖泥質(zhì)含量，(%)；

取F5斷裂在大一下段蓋層內(nèi)斷層巖排替壓力等于下伏南二段儲層巖排替壓力所對應(yīng)的時期，約為青元崗組沉積早期作為斷層巖開始封閉時期(圖8)。

圖8 海拉爾盆地貝爾凹陷呼和諾仁構(gòu)造F5斷裂在大一下段蓋層內(nèi)斷層巖開始封閉時期厘定圖Fig.8 The beginning of fault sealing in the caprock of the Da-1-L under the fracture failure of the F5 fault in the Huhenuoren Structure,Beier Sag,Hailaer Basin

由已確定出的F5斷裂破壞大一下段蓋層封閉性開始時期和F5斷裂在大一下段蓋層內(nèi)斷層巖封閉開始時期，可以恢復(fù)測點4、6、9、10、11、12和14點處F5斷裂在大一下段蓋層配置封閉性演化階段，即不發(fā)育蓋層封閉階段，從大一段沉積末期～青元崗組沉積早期為不封閉階段，從青元崗組沉積早期至今為斷層巖封閉階段。

由圖3a中可以看出，目前F5斷裂附近南二段已發(fā)現(xiàn)油氣主要分布在測點7、8、13、15點處封閉的F5斷裂與大一下段蓋層配置部位及附近，而未見油氣井主要分布在測點6、9、10、11點處不封閉的斷蓋配置部位附近，這是因為在測點7、8、13、15點處F5斷裂與大一下段蓋層配置在油氣成藏期一直為蓋層封閉，南二段儲層中油氣不能通過F5斷裂與大一下段蓋層配置向上運移散失，只能在其下附近的圈閉中聚集成藏，油氣鉆探才顯油氣。而在測點6、9、10、11點處由于F5斷裂與大一下段蓋層配置在油氣成藏期處于不封閉階段，且進(jìn)入斷層巖封閉階段時期晚于油氣成藏期(圖9)，無法封閉南一段下部源巖排出的油氣，不利于油氣在其下南二段聚集成藏，油氣鉆探未見油氣。

圖9 海拉爾盆地貝爾凹陷呼和諾仁構(gòu)造F5斷裂與大一下蓋層配置不封閉部位封閉性演化階段與源巖排烴、油氣成藏關(guān)系圖Fig.9 Hydrocarbon expulsion of source rock,petroleum entrapment and sealing evolution stage of unsealing parts in the caprock configuration of the Da-1-L under the fracture failure of the F5 fault in the Huhenuoren Structure,Beier Sag,Hailaer Basin

4 結(jié)論

(1) 斷蓋配置封閉性演化通常可以分為3個階段，第一個階段為蓋層封閉階段，從斷裂開始活動至斷裂破壞蓋層封閉性開始時期；第二個階段為不封閉階段，從斷裂破壞蓋層封閉性開始時期至斷層巖封閉開始時期；第三個階段為斷層巖封閉階段，從斷層巖封閉開始時期至今。

(2)通過斷蓋配置斷接厚度與時間之間關(guān)系和斷裂破壞蓋層封閉性所需的最大斷接厚度，確定斷裂破壞蓋層封閉性開始時期，通過斷層巖排替壓力隨時間變化關(guān)系和儲層巖排替壓力隨時間變化關(guān)系，確定斷層巖封閉開始時期，據(jù)此建立了一套斷蓋配置封閉性演化階段恢復(fù)方法，并通過實例應(yīng)用，驗證了該方法用于恢復(fù)斷蓋配置封閉性演化階段的可行性。

(3)海拉爾盆地貝爾凹陷呼和諾仁構(gòu)造F5斷裂在4、6、9、10、11、12和14處與大一下蓋層配置為不封閉型。其斷蓋配置不發(fā)育蓋層封閉階段，在大一段沉積末期至青元崗組沉積早期為斷蓋配置不封閉階段，在青元崗組沉積早期至現(xiàn)今為斷蓋配置斷層巖封閉階段，因其在油氣成藏期為不封閉階段，且斷蓋配置斷層巖封閉開始時期晚于油氣成藏期(伊敏組沉積末期)，不利其下南二段油氣聚集與保存，與目前F5斷裂附近南二段已發(fā)現(xiàn)油氣分布相吻合。

(4)該方法主要適用于砂泥巖含油氣盆地斷蓋配置封閉性演化階段的恢復(fù)。