梁木桂，付 廣?，董金夢，李喬喬

1) 東北石油大學地球科學院，大慶 163318 2) 大慶油田有限責任公司第一采油廠，大慶 163001

油氣勘探實踐表明，油源斷裂（溝通源巖和目的儲層，且在油氣成藏時期活動的斷裂[1]）在含油氣盆地內(nèi)被蓋層（通常是區(qū)域性蓋層）分隔儲層油氣運聚成藏中起著至關(guān)重要的作用，不僅表現(xiàn)在其分布控制著油氣的分布，更重要的是其輸導油氣有效時期決定著油氣的規(guī)模.由此不難看出，準確地厘定出被蓋層分隔儲層油源斷裂輸導油氣有效時期，對于正確認識含油氣盆地被蓋層分隔儲層油源斷裂在油氣成藏中的作用至關(guān)重要.

前人對油源斷裂及其輸導油氣作用的研究可歸納為：（1）利用斷裂穿層性與源巖和目的儲層之間關(guān)系，結(jié)合油氣成藏時期，確定油源斷裂的類型和分布特征[2-8]；（2）根據(jù)油源斷裂分布與不同等級源巖分布之間的空間配置關(guān)系，確定油源斷裂輸導油氣的空間有效性[9-14]，認為位于優(yōu)質(zhì)源巖分布區(qū)內(nèi)的油源斷裂，其輸導油氣的空間有效性好；（3）根據(jù)油源斷裂活動時期與源巖排烴時期之間的時間匹配關(guān)系，確定油源斷裂輸導油氣的時間有效性[15-19]，明確提出只有與源巖排烴時期同期的斷裂活動時期，才是油源斷裂輸導油氣的有效時期.這些研究成果對認識油源斷裂在油氣運聚成藏中的作用具有重要價值.

然而，對于被蓋層分隔儲層油源斷裂，并非一經(jīng)活動就能破壞蓋層，使其輸導的油氣穿過蓋層運移至目的儲層中，只有當油源斷裂破壞蓋層達到一定程度后，其輸導的油氣才可以穿過蓋層運移至目的儲層中.因此，只有蓋層封閉能力被油源斷裂破壞后的斷裂活動時期，才是油源斷裂輸導油氣時期.此外，斷裂輸導油氣也并非僅發(fā)生在其活動時期，當其停止活動后，斷裂填充物在一段時間內(nèi)仍具有一定的孔滲性，雖然輸導油氣能力弱，但仍可輸導油氣，因此這一段時間也應(yīng)為斷裂輸導油氣時期.只有全面地考慮了以上各種因素的影響，才能準確地厘定出被蓋層分隔儲層油源斷裂輸導油氣有效時期和正確地認識油源斷裂在油氣成藏中的作用；否則，可能會低估或高估油氣富集程度，給油氣勘探帶來一定風險.

1 被蓋層分隔儲層油源斷裂輸導油氣機理及有效時期

在含油氣盆地中，下伏源巖和上覆目的儲層之間通常發(fā)育有泥巖蓋層.油源斷裂能否輸導源巖生成的油氣進入到目的儲層中，主要取決于泥巖蓋層的封閉性和斷裂填充物的封閉性.在斷裂活動時期，倘若油源斷裂在泥巖蓋層內(nèi)分段生長上下不連接，那么油源斷裂伴生裂縫輸導的油氣不能穿過泥巖蓋層，只能被封蓋在泥巖蓋層之下，此時期應(yīng)為泥巖蓋層封閉時期，如圖1中的Ta所示.只有油源斷裂在泥巖蓋層內(nèi)分段生長上下連接，油源斷裂伴生裂縫輸導的油氣才能穿過泥巖蓋層，繼續(xù)沿著伴生裂縫運移至目的儲層中，從此時期開始一直至斷裂停止活動時期應(yīng)為油源斷裂伴生裂縫輸導油氣時期，如圖1中的Tb所示.當斷裂停止活動后，油源斷裂伴生裂縫逐漸緊閉愈合，失去輸導油氣能力.然而，此時期斷裂填充物仍具有一定的孔滲性，盡管其輸導油氣能力明顯弱于油源斷裂伴生裂縫輸導油氣能力，但其依然可以輸導油氣穿過泥巖蓋層向上運移，此時期應(yīng)為斷裂填充物輸導油氣時期，如圖1中的Tc所示.當斷裂填充物封閉能力達到一定程度后，斷裂填充物孔滲性明顯變差，失去輸導油氣能力，此時期應(yīng)為斷裂填充物封閉時期，如圖1中的Td所示.由此可知，被蓋層分隔儲層油源斷裂輸導油氣時期應(yīng)為伴生裂縫輸導油氣時期和斷裂填充物輸導油氣時期之和.

圖1 被蓋層分隔儲層油源斷裂輸導油氣時期構(gòu)成示意Fig.1 Composition of the period for transporting oil and gas by the oil source fault of the reservoir separated by caprock

然而，被蓋層分隔儲層油源斷裂能否有效地輸導油氣，除了要求油源斷裂處于輸導油氣時期外，還必須要求源巖處于排烴時期.只有處于二者的重合時期，油源斷裂才能輸導油氣；否則，油源斷裂不能輸導油氣.由此可知，被蓋層分隔儲層油源斷裂輸導油氣有效時期應(yīng)為油源斷裂輸導油氣時期和源巖排烴時期的重合時期，二者的重合時期越長，油源斷裂輸導油氣有效時期越長；反之則越短（圖2）.

圖2 被蓋層分隔儲層油源斷裂輸導油氣有效時期厘定示意Fig.2 Determination of the effective period for transporting oil and gas by the oil source fault of the reservoir separated by caprock

2 被蓋層分隔儲層油源斷裂輸導油氣有效時期厘定方法

由上述分析可知，只要確定出油源斷裂輸導油氣時期和源巖排烴時期，取二者的重合時期即可厘定出被蓋層分隔儲層油源斷裂輸導油氣有效時期.

2.1 油源斷裂輸導油氣時期確定方法

由圖1中可以看出，只需確定出斷裂停止活動時期、斷裂開始破壞泥巖蓋層封閉能力時期和斷裂填充物開始封閉時期，即可得到伴生裂縫輸導油氣時期（斷裂開始破壞泥巖蓋層封閉能力時期至斷裂停止活動時期）和斷裂填充物輸導油氣時期（斷裂停止活動時期至斷裂填充物開始封閉時期），取二者之和即可得到被蓋層分隔儲層油源斷裂輸導油氣時期.

斷裂停止活動時期可利用斷裂生長指數(shù)法[20]、斷裂活動速率法[21]和地層伸展率法[22]等進行確定.當斷裂生長指數(shù)小于1或者斷裂活動速率或地層伸展率相對較小時，即為斷裂停止活動時期.

斷裂開始破壞泥巖蓋層封閉能力時期可以按照以下步驟進行確定：首先，由井震資料讀取斷裂在泥巖蓋層內(nèi)斷距和被其錯斷泥巖蓋層厚度，利用最大斷距相減法[23]和地層古厚度恢復方法[24]分別恢復不同地質(zhì)時期的古斷距和古厚度，得到泥巖蓋層古斷接厚度（蓋層厚度減去斷裂斷距），并作出其古斷接厚度隨時間變化關(guān)系圖（圖1）.然后，根據(jù)試油成果和測井解釋等資料統(tǒng)計研究區(qū)泥巖蓋層上下的油氣顯示特征，作出其與泥巖蓋層斷接厚度之間關(guān)系圖，當油氣僅在泥巖蓋層之下分布時，其所對應(yīng)的最大斷接厚度即為斷裂在泥巖蓋層內(nèi)分段生長上下連接所需的最大斷接厚度[25-26].最后，取泥巖蓋層斷接厚度等于斷裂在其內(nèi)分段生長上下連接所需的最大斷接厚度所對應(yīng)的時期，即為斷裂開始破壞泥巖蓋層封閉能力時期（圖1）.

由圖1中可以看出，斷裂填充物開始封閉時期應(yīng)為斷裂填充物和儲層巖石二者排替壓力相等時所對應(yīng)的時期.由此可知，只需確定出斷裂填充物排替壓力隨時間變化關(guān)系和儲層巖石排替壓力隨時間變化關(guān)系，即可確定出斷裂填充物開始封閉時期.斷裂填充物排替壓力由于受限于鉆井和取心，通過實測樣品獲取是不可能的，只能借助于圍巖實測排替壓力數(shù)據(jù).在認為斷裂是圍巖中傾斜巖層，其成分來自兩盤被錯斷地層巖石的前提下，斷裂填充物排替壓力與圍巖一樣，也是取決于壓實埋深和泥質(zhì)體積分數(shù)，是二者的函數(shù)[27].因此，只要確定出斷裂填充物泥質(zhì)體積分數(shù)，按照圍巖實測排替壓力與其壓實埋深及泥質(zhì)體積分數(shù)之間關(guān)系[28]，便可以得到斷裂填充物排替壓力與其壓實埋深之間關(guān)系.具體方法如下：首先利用斷裂在蓋層內(nèi)斷距和被其錯斷地層巖層厚度和泥質(zhì)體積分數(shù)，根據(jù)斷裂填充物泥質(zhì)體積分數(shù)求取方法[27]計算斷裂填充物泥質(zhì)體積分數(shù)，將計算結(jié)果代入研究區(qū)圍巖實測排替壓力與其壓實埋深和泥質(zhì)體積分數(shù)之間關(guān)系式中，得到與斷裂填充物具有相同泥質(zhì)體積分數(shù)圍巖排替壓力隨其壓實埋深變化關(guān)系；然后將該變化關(guān)系由圍巖停止沉積時期（ts）移至斷裂填充物開始壓實時期（t0），作為斷裂填充物排替壓力隨其壓實埋深變化關(guān)系；最后利用地層古埋深恢復方法[29]恢復斷裂填充物古壓實埋深，便可以得到斷裂填充物排替壓力隨時間變化關(guān)系（圖3）.儲層巖石排替壓力可按如下步驟獲?。菏紫壤米匀毁ゑR測井資料，由巖層泥質(zhì)體積分數(shù)計算方法[30]，求得儲層巖石的泥質(zhì)體積分數(shù)；然后將求取結(jié)果代入研究區(qū)儲層巖石實測排替壓力與其壓實埋深和泥質(zhì)體積分數(shù)之間關(guān)系式中，得到儲層巖石排替壓力隨其壓實埋深變化關(guān)系；最后利用地層古埋深恢復方法[29]恢復儲層巖石古壓實埋深，便可以得到儲層巖石排替壓力隨時間變化關(guān)系（圖1）.

圖3 斷裂填充物排替壓力預(yù)測示意Fig.3 Prediction of the displacement pressure of the fault filler

2.2 源巖排烴時期確定方法

利用源巖的地化特征，由源巖排烴量的計算方法[31]求取源巖在各地質(zhì)時期的排烴量，作源巖排烴量隨地質(zhì)時期的變化關(guān)系，即可確定出源巖排烴時期（圖2）.

2.3 油源斷裂輸導油氣有效時期厘定方法

將油源斷裂輸導油氣時期和源巖排烴時期疊合，取二者的重合時期即為被蓋層分隔儲層油源斷裂輸導油氣有效時期（圖2）.

3 實例應(yīng)用

本文以渤海灣盆地南堡凹陷南堡5號構(gòu)造F1油源斷裂為例，采用以上方法厘定其在被東二段（E3d2）泥巖蓋層分隔東一段（E3d1）儲層中的輸導油氣有效時期，并根據(jù)厘定結(jié)果與F1油源斷裂附近東一段油氣之間關(guān)系，檢驗上述方法的可行性.

南堡5號構(gòu)造位于南堡凹陷西北部，勘探面積約350 km2( 圖4(a) ).該構(gòu)造整體上表現(xiàn)為東低西高的構(gòu)造形態(tài)，是一個發(fā)育在中、古生界基巖鼻狀構(gòu)造背景上，受北部西南莊斷裂及其派生斷裂控制而形成的潛山披覆斷背斜構(gòu)造[32]，其上發(fā)育一系列北東東～北東向展布的斷裂 ( 圖4(a) ).南堡5號構(gòu)造從下至上發(fā)育的地層有孔店組（E2k）、沙河街組（E3s）、東營組（E3d）、館陶組（N1g）、明化鎮(zhèn)組（N2m）及第四系（Q），其中沙河街組和東營組是其油氣的主要儲層，東一段是本次研究的目的儲層.目前在東一段見到了少量油氣，其主要來自下伏沙一段（E3s1）～東三段（E3d3）源巖.由于源巖和目的儲層之間被東二段泥巖蓋層分隔，沙一段～東三段源巖中的油氣只有沿著油源斷裂（溝通沙一段～東三段源巖和東一段儲層，且在油氣成藏期——館陶組至明化鎮(zhèn)組沉積時期[33]活動的斷裂）才能穿過東二段泥巖蓋層向上覆東一段儲層中聚集成藏.F1斷裂位于南堡5號構(gòu)造中部，為一北東走向的正斷裂 ( 圖4(a) ).該斷裂向西北傾斜，傾角平均為25°，斷距最大可達185 m，最小為20 m，從東三段下部一直斷至館陶組上部 ( 圖4(b) ).由斷裂生長指數(shù)計算結(jié)果可以看出，F(xiàn)1斷裂主要在館下段（N1gL）沉積時期活動（圖5）.由此可知，F(xiàn)1斷裂應(yīng)是南堡5號構(gòu)造中被東二段泥巖蓋層分隔東一段儲層油源斷裂，準確地厘定出其輸導油氣有效時期，對于正確認識南堡5號構(gòu)造東一段油氣富集程度和有效指導其勘探至關(guān)重要.

圖4 南堡5號構(gòu)造F1油源斷裂與油氣分布關(guān)系.（a）平面圖；（b）剖面圖Fig.4 Distribution of the F1 oil source fault and hydrocarbon in Nanpu 5th structure: (a) plan; (b) section views

圖5 F1油源斷裂在不同層位生長指數(shù)分布Fig.5 Distribution of the growth index of the F1 oil source fault in different layers

由圖4中可以看出，F(xiàn)1油源斷裂破壞了東二段泥巖蓋層，但在不同測線處F1油源斷裂破壞東二段泥巖蓋層的程度不同.在測線L1、L3、L4、L5、L6、L7和L9處，東二段泥巖蓋層斷接厚度大于南堡凹陷斷裂在泥巖蓋層內(nèi)分段生長上下連接所需的最大斷接厚度（約為120 m[18]），F(xiàn)1油源斷裂在東二段泥巖蓋層內(nèi)分段生長上下未連接，不能將下伏沙一段～東三段源巖生成的油氣輸導至東一段儲層中，不存在輸導油氣時期；而在測線L2和L8處，東二段泥巖蓋層斷接厚度分別為25和118 m，均小于南堡凹陷斷裂在泥巖蓋層內(nèi)分段生長上下連接所需的最大斷接厚度，F(xiàn)1油源斷裂在東二段泥巖蓋層內(nèi)分段生長上下連接，可將下伏沙一段～東三段源巖生成的油氣輸導至東一段儲層中（圖6）.因此，需要研究在測線L2和L8處的F1油源斷裂在東一段儲層內(nèi)輸導油氣有效時期.

圖6 南堡5號構(gòu)造F1油源斷裂不同測線處東二段泥巖蓋層斷接厚度Fig.6 Juxtaposition thickness of the mudstone caprock of E3d2 in the F1 oil source fault of the Nanpu 5th structure

由圖5中可以看出，F(xiàn)1油源斷裂主要在館下段沉積時期（約為距今23.8～13.3 Ma）生長指數(shù)大于1.換句話說，F(xiàn)1油源斷裂活動時期為館下段沉積時期，其停止活動時期為距今13.3 Ma.

根據(jù)上述斷裂開始破壞泥巖蓋層封閉能力時期確定方法，可以得到在測線L2和L8處F1油源斷裂開始破壞東二段泥巖蓋層封閉能力時期分別約為距今16.0和13.6 Ma（圖7）.

圖7 F1油源斷裂開始破壞東二段泥巖蓋層封閉能力時期厘定Fig.7 Determination of the period when the F1 oil source fault started to destroy the sealing capacity of the mudstone caprock of E3d2

由斷裂填充物泥質(zhì)體積分數(shù)求取方法[27]，計算得到在東二段泥巖蓋層內(nèi)測線L2和L8處F1油源斷裂填充物泥質(zhì)體積分數(shù)分別為51.38%和63.80%，將計算結(jié)果代入式(1)[34]中，根據(jù)上述斷裂填充物排替壓力計算方法得到在測線L2和L8處F1油源斷裂填充物排替壓力隨時間變化關(guān)系（圖8）.根據(jù)巖層泥質(zhì)體積分數(shù)計算方法[30]，計算得到F1油源斷裂在測線L2和L8處東三段儲層巖石泥質(zhì)體積分數(shù)皆為17.00%，將計算結(jié)果代入式(2)[7]中，由上述儲層巖石排替壓力計算方法得到在F1油源斷裂測線L2和L8處儲層巖石排替壓力隨時間變化關(guān)系（圖8）.由圖8中斷裂填充物排替壓力與儲層巖石排替壓力相等時所對應(yīng)時期，便可以得到在東二段泥巖蓋層內(nèi)測線L2和L8處F1油源斷裂填充物開始封閉時期分別約為距今10.7和11.2 Ma.

圖8 在東二段泥巖蓋層內(nèi)F1油源斷裂填充物開始封閉時期厘定.（a）測線 L2；（b）測線 L8Fig.8 Determination of the period when the F1 oil source fault fillers began sealing in the mudstone caprock of E3d2: (a) line L2; (b) line L8

式中：Ps為南堡凹陷圍巖實測排替壓力，MPa；Zs為南堡凹陷圍巖壓實埋深，m；Rs為南堡凹陷圍巖泥質(zhì)體積分數(shù)，%.

式中：Pc為南堡凹陷儲層巖石實測排替壓力，MPa；Zc為南堡凹陷儲層巖石壓實埋深，m；Rc為南堡凹陷儲層巖石泥質(zhì)體積分數(shù)，%.

綜合上述研究可知，伴生裂縫輸導油氣時期在F1油源斷裂測線L2和L8處分別為距今16.0～13.3 Ma和13.6～13.3 Ma，斷裂填充物輸導油氣時期在F1油源斷裂測線L2和L8處分別為距今13.3～10.7 Ma和13.3～11.2 Ma，F(xiàn)1油源斷裂在測線L2和L8處輸導油氣時期分別為距今16.0～10.7 Ma和13.6～11.2 Ma（圖9）.

由南堡凹陷源巖排烴量模擬結(jié)果[31]可知，沙一段～東三段源巖在東三段沉積時期開始向外排烴，在明化鎮(zhèn)組沉積早期達到排烴高峰期，至今仍向外排烴（圖9）.

將上述F1油源斷裂輸導油氣時期與沙一段～東三段源巖排烴時期疊合可以看出，在測線L2和L8處F1油源斷裂在東一段儲層內(nèi)輸導油氣有效時期分別為距今16.0～10.7 Ma和13.6～11.2 Ma（圖9）.

圖9 F1油源斷裂向東一段儲層輸導油氣有效時期厘定.（a）測線L2；（b）測線 L8Fig.9 Determination of the effective period for transporting oil and gas from the F1 oil source fault to the reservoir of E3d1: (a) line L2; (b) line L8

由圖9中可以看出，在測線L2處F1油源斷裂在東一段儲層內(nèi)輸導油氣有效時期相對較長（為5.3 Ma），較有利于其輸導沙一段～東三段源巖生成的油氣穿過東二段泥巖蓋層向東一段儲層中聚集成藏.但目前測線L2附近僅上盤鉆有Np5-96井，東一段未見到油氣，這是因為此井鉆在了構(gòu)造的低部位（圖4（a）），不利于油氣成藏；若鉆到測線L2東側(cè)下盤構(gòu)造高部位（圖4（a）），東一段應(yīng)能獲得油氣顯示.在測線L8處F1油源斷裂在東一段儲層內(nèi)輸導油氣有效時期相對較短（為2.4 Ma），且主要為斷裂填充物輸導油氣，造成其輸導油氣量有限，不利于油氣在東一段儲層中大規(guī)模運聚成藏，這可能是目前南堡5號構(gòu)造東一段F1油源斷裂在測線L8附近已發(fā)現(xiàn)油氣，但規(guī)模有限的根本原因（圖4（a））.

4 結(jié)論

（1）被蓋層分隔儲層油源斷裂輸導油氣有效時期應(yīng)為油源斷裂輸導油氣時期和源巖排烴時期的重合時期.

（2）通過斷裂停止活動時期、斷裂開始破壞泥巖蓋層封閉能力時期和斷裂填充物開始封閉時期確定油源斷裂輸導油氣時期，利用源巖地化特征確定源巖排烴時期，將二者疊合建立了被蓋層分隔儲層油源斷裂輸導油氣有效時期的厘定方法，且其在實際應(yīng)用中行之有效.

（3）在測線L2處F1油源斷裂在東一段儲層內(nèi)輸導油氣有效時期相對較長，為5.3 Ma，較有利于油氣在東一段儲層中運聚成藏（目前構(gòu)造高部位尚未鉆探）；在測線L8處F1油源斷裂在東一段儲層內(nèi)輸導油氣有效時期相對較短，為2.4 Ma，且主要為斷裂填充物輸導油氣，不利于油氣在東一段儲層中大規(guī)模運聚成藏.

（4）該方法僅可用于砂泥巖地層中被蓋層分隔儲層油源斷裂輸導油氣有效時期的厘定.