付 廣 盧德根 梁木桂 王宏偉

（1. 東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江 大慶 163318；2. 中國石油大慶油田有限責(zé)任公司呼倫貝爾分公司，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021100）

0 引 言

油氣勘探的實踐表明，在含油氣盆地中斷蓋配置（油源斷裂與區(qū)域性泥巖蓋層配置）的不同部位之下油氣聚集量有所差異，這在一定程度上與其附近圈閉和砂體是否發(fā)育有關(guān)，但更為重要的是受到了斷蓋配置不同部位封閉油氣時期相對長短的影響。封閉油氣時期相對越長的斷蓋配置部位，油氣在其之下越容易聚集與保存，油氣聚集的規(guī)模越大；而封閉油氣時期相對較短的斷蓋配置部位，油氣聚集的規(guī)模有限。由此看出，準(zhǔn)確地預(yù)測出斷蓋配置不同部位封閉油氣時期，是正確認(rèn)識含油氣盆地斷蓋配置不同部位之下油氣富集規(guī)律及有效指導(dǎo)其油氣勘探的關(guān)鍵。

對于斷蓋配置封閉油氣時期，前人主要作過以下2 方面的探討：（1）根據(jù)泥巖蓋層和下伏儲層巖石排替壓力隨時間變化關(guān)系，將泥巖蓋層排替壓力大于或等于下伏儲層巖石排替壓力的時期作為泥巖型斷蓋配置封閉油氣時期[1‐5］；（2）根據(jù)斷層巖和下伏儲層巖石排替壓力隨時間變化關(guān)系，將斷層巖排替壓力大于或等于下伏儲層巖石排替壓力的時期作為斷層巖型斷蓋配置封閉油氣時期[6‐7］。

上述2 方面的探討都是將斷裂作為整體，研究其與區(qū)域性泥巖蓋層配置的封閉油氣時期，這樣的做法并不能夠給出斷蓋配置不同部位的封閉油氣時期，難以準(zhǔn)確地反映出斷蓋配置不同部位之下的油氣富集程度，用其指導(dǎo)油氣勘探可能會帶來一定風(fēng)險。

因此，本文從斷蓋配置封閉油氣機理出發(fā)，通過確定出斷蓋配置泥巖和斷層巖封閉油氣部位及其時期，二者結(jié)合建立了一套斷蓋配置封閉油氣時期的預(yù)測方法，以期準(zhǔn)確地反映出含油氣盆地斷蓋配置不同部位之下油氣的富集程度，降低油氣勘探的風(fēng)險。

1 斷蓋配置封閉油氣類型及時期

大量研究成果[8‐17］表明，油源斷裂活動程度及區(qū)域性泥巖蓋層厚度不同，油源斷裂對區(qū)域性泥巖蓋層的破壞程度不同，斷蓋配置封閉油氣類型不同。

若油源斷裂對區(qū)域性泥巖蓋層破壞的程度較小，油源斷裂在區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)分段生長、上下不連接，不能作為油氣穿過區(qū)域性泥巖蓋層向上運移的輸導(dǎo)通道，此時斷蓋配置應(yīng)為泥巖封閉（圖1（a））；若油源斷裂對區(qū)域性泥巖蓋層破環(huán)的程度較大，油源斷裂在區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)分段生長、上下連接，成為油氣穿過區(qū)域性泥巖蓋層向上運移的輸導(dǎo)通道，此時斷蓋配置應(yīng)是斷層巖封閉（圖1（b））。

圖1 斷蓋配置封閉油氣類型示意Fig. 1 Schematic diagram of oil and gas sealing types in fault-caprock configuration

由于斷蓋配置封閉油氣類型以及泥巖蓋層和斷層巖排替壓力大小的不同，斷蓋配置不同部位封閉油氣的時期不同。在斷蓋配置泥巖封閉油氣部位，其封閉油氣時期應(yīng)為泥巖封閉油氣時期，即泥巖蓋層排替壓力大于或等于下伏儲層巖石排替壓力時所對應(yīng)的時期；而在斷蓋配置斷層巖封閉油氣部位，其封閉油氣時期應(yīng)為斷層巖封閉油氣時期，即斷層巖排替壓力大于或等于下伏儲層巖石排替壓力時所對應(yīng)的時期（圖2）。

圖2 斷蓋配置封閉油氣部位及時期示意Fig. 2 Schematic diagram of location and period of faultcaprock configuration sealing oil and gas

2 斷蓋配置不同部位封閉油氣時期預(yù)測方法

由圖2 可知，只要預(yù)測出斷蓋配置不同部位泥巖和斷層巖封閉油氣時期，便可預(yù)測出斷蓋配置不同部位封閉油氣時期。

2.1 斷蓋配置不同部位泥巖封閉油氣時期預(yù)測方法

要預(yù)測斷蓋配置不同部位泥巖封閉油氣時期，需要確定出斷蓋配置泥巖封閉油氣部位及時期。

利用三維地震資料和鉆井資料，獲取油源斷裂不同部位在區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)斷距和被其斷開區(qū)域性泥巖蓋層厚度，由文獻[18］中斷裂古斷距恢復(fù)方法和文獻[19］中地層古厚度恢復(fù)方法，對油氣成藏期油源斷裂不同部位在區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)古斷距和被其斷開區(qū)域性泥巖蓋層古厚度進行恢復(fù)，由后者減去前者求取斷蓋配置不同部位古斷接厚度。統(tǒng)計研究區(qū)已知井點處斷蓋配置古斷接厚度與其上下油氣顯示之間關(guān)系，取油氣僅分布在斷蓋配置之下的古斷接厚度最小值，作為斷蓋配置泥巖封閉油氣所需的最小斷接厚度。這是因為當(dāng)斷蓋配置古斷接厚度大于或等于斷蓋配置泥巖封閉油氣所需的最小斷接厚度時，油源斷裂在區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)分段生長上下不連接，油氣不能沿油源斷裂穿過區(qū)域性泥巖蓋層向上運移，斷蓋配置應(yīng)為泥巖封閉油氣；相反，當(dāng)斷蓋配置古斷接厚度小于斷蓋配置泥巖封閉油氣所需的最小斷接厚度時，油源斷裂在區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)分段生長上下連接，油氣沿油源斷裂穿過區(qū)域性泥巖蓋層向上運移，斷蓋配置應(yīng)為斷層巖封閉油氣。由斷蓋配置古斷接厚度大于或等于斷蓋配置泥巖封閉油氣所需最小斷接厚度的部位，便可以得到斷蓋配置泥巖封閉油氣部位（圖3）。

圖3 斷蓋配置封閉油氣部位厘定示意Fig. 3 Schematic determination of oil and gas sealing location in fault-caprock configuration

由自然伽馬測井資料，利用文獻[20］中巖石泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)計算方法求取區(qū)域性泥巖蓋層泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)。在假定各地質(zhì)時期區(qū)域性泥巖蓋層泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)不變的條件下，由鉆井資料獲取到的區(qū)域性泥巖蓋層現(xiàn)今埋深，利用文獻[21］中地層古埋深恢復(fù)方法對不同地質(zhì)時期區(qū)域性泥巖蓋層的古埋深進行恢復(fù)。將不同地質(zhì)時期區(qū)域性泥巖蓋層的古埋深與泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)代入研究區(qū)泥巖蓋層排替壓力經(jīng)驗計算公式[2］中，得到不同地質(zhì)時期區(qū)域性泥巖蓋層古排替壓力，進而可以得到區(qū)域性泥巖蓋層排替壓力隨地質(zhì)時期的變化關(guān)系（圖4）。研究區(qū)泥巖蓋層排替壓力經(jīng)驗計算公式為

圖4 斷蓋配置封閉油氣時期厘定示意Fig. 4 Schematic determination of oil and gas sealing period in fault-cap rock configuration

式中：pc——泥巖蓋層排替壓力，MPa；

Zc——泥巖蓋層埋深，m；

Rc——泥巖蓋層泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)；

a、b——與地區(qū)有關(guān)的常數(shù)。

按照上述相同方法，確定出不同地質(zhì)時期下伏儲層巖石的古埋深和泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)，將二者代入研究區(qū)儲層巖石排替壓力經(jīng)驗計算公式[2］中，得到不同地質(zhì)時期下伏儲層巖石古排替壓力，進而可以得到下伏儲層巖石排替壓力隨地質(zhì)時期的變化關(guān)系（圖4）。研究區(qū)儲層巖石排替壓力經(jīng)驗計算公式為

式中：ps——儲層巖石排替壓力，MPa；

Zs——儲層埋深，m；

Rs——儲層巖石泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)；

c、d——與地區(qū)有關(guān)的常數(shù)。

由區(qū)域性泥巖蓋層排替壓力大于或等于下伏儲層巖石排替壓力時所對應(yīng)時期，便可以得到斷蓋配置泥巖封閉油氣時期，即圖4 中的Tc至現(xiàn)今時期。

結(jié)合上述已確定出的斷蓋配置泥巖封閉油氣部位及時期，便可以得到斷蓋配置不同部位泥巖封閉油氣時期（圖2）。

2.2 斷蓋配置不同部位斷層巖封閉油氣時期預(yù)測方法

要預(yù)測斷蓋配置不同部位斷層巖封閉油氣時期，需要確定出斷蓋配置斷層巖封閉油氣部位及時期。

利用斷蓋配置古斷接厚度小于斷蓋配置泥巖封閉油氣所需最小斷接厚度的部位，便可以得到斷蓋配置斷層巖封閉油氣部位（圖3）。

由三維地震資料和鉆井資料，獲取油源斷裂在區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)斷距和被其錯斷地層巖層厚度及泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)，將三者代入斷層巖泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)計算公式[2］中，得到油源斷裂在區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)斷層巖泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)。斷層巖泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)計算公式為

式中：Rf——斷層巖泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)；

Hi——斷裂錯斷的第i層巖層厚度，m；

Ri——斷裂錯斷的第i層巖層泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)；

L——斷裂斷距，m；

i——斷裂錯斷的第i巖層；

n——斷裂錯斷巖層層數(shù)。

由三維地震資料，獲取油源斷裂在區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)斷層巖現(xiàn)今埋深、傾角和停止活動時期以及區(qū)域性泥巖蓋層壓實成巖時期，將四者代入斷層巖壓實埋深計算公式[22］中，得到油源斷裂在區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)斷層巖現(xiàn)今壓實埋深。在假定各地質(zhì)時期斷層巖泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)近似不變的條件下，利用文獻[21］中地層古埋深恢復(fù)方法對不同地質(zhì)時期油源斷裂斷層巖的古壓實埋深進行恢復(fù)。斷層巖壓實埋深計算公式為

式中：Zf——斷層巖壓實埋深，m；

T0——斷裂停止活動時期，Ma；

T——圍巖壓實成巖時期，Ma；

Z——斷層巖現(xiàn)今埋深，m；

θ——斷裂傾角，（°）。

將不同地質(zhì)時期油源斷裂斷層巖的古壓實埋深與泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)代入式（1）中，得到不同地質(zhì)時期油源斷裂斷層巖古排替壓力，進而得到油源斷裂在區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)斷層巖排替壓力隨地質(zhì)時期變化關(guān)系（圖4）。

由油源斷裂在區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)斷層巖排替壓力大于或等于下伏儲層巖石排替壓力時所對應(yīng)時期，便可以得到斷蓋配置斷層巖封閉油氣時期，即圖4 中的Tf至現(xiàn)今時期。

結(jié)合上述已確定出的斷蓋配置斷層巖封閉油氣部位及時期，便可以得到斷蓋配置不同部位斷層巖封閉油氣時期（圖2）。

3 應(yīng)用實例

大張坨斷裂處于渤海灣盆地歧口凹陷北部，平面延伸長度約21.3 km，走向為北東向，傾向為東南向，傾角為55°~62°，是一條從下部基底向上斷至近地表的長期發(fā)育的正斷裂（圖5）。該斷裂附近鉆遇的地層從下至上有孔店組、沙河街組、東營組、館陶組、明化鎮(zhèn)組和第四系。其中，沙一下亞段是主要產(chǎn)層，其油氣主要來自下伏沙三段源巖，蓋層為沙一中亞段發(fā)育的區(qū)域性泥巖。由圖5（a）可以看出，大張坨斷裂處沙一下亞段目前已發(fā)現(xiàn)油氣主要分布在其東部，少量分布在其中西部。這除了受到大張坨斷裂處沙一下亞段內(nèi)圈閉和砂體發(fā)育的影響外，還受到了大張坨斷裂與沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層配置不同部位封閉油氣時期的影響。因此，準(zhǔn)確地預(yù)測出大張坨斷裂與沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層配置不同部位封閉油氣時期，是正確認(rèn)識大張坨斷裂處沙一下亞段油氣富集規(guī)律的關(guān)鍵。

圖5 大張坨斷裂發(fā)育與沙一下亞段油氣分布關(guān)系Fig. 5 Development of Dazhangtuo Fault and its relationship with oil and gas distribution of lower sub-member of Es1

利用三維地震資料和鉆井資料，獲取到大張坨斷裂在沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)斷距和被其斷開沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層厚度，由文獻[18］中斷裂古斷距恢復(fù)方法和文獻[19］中地層古厚度恢復(fù)方法，對油氣成藏期（明化鎮(zhèn)組沉積中晚期[23‐24］）大張坨斷裂在沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)古斷距和被其斷開沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層古厚度進行了恢復(fù)，由后者減去前者得到了大張坨斷裂與沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層配置古斷接厚度（圖6）。結(jié)合歧口凹陷斷蓋配置泥巖封閉油氣所需的最小斷接厚度139 m[25］，得到了大張坨斷裂與沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層配置泥巖封閉油氣部位主要分布在其中西部和東部中部；斷層巖封閉油氣部位主要分布在其東部泥巖封閉油氣部位的兩側(cè)（圖6）。

圖6 大張坨斷裂與沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層配置封閉油氣部位厘定圖Fig. 6 Determination of oil and gas sealing location in Dazhangtuo Fault and regional mudstone caprock configuration of middle sub-member of Es1

由歧口凹陷實測泥巖蓋層排替壓力、埋深和泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)，進行數(shù)學(xué)回歸得到研究區(qū)泥巖蓋層排替壓力經(jīng)驗計算公式中a值為0.28，b值為1.415。由鉆井及自然伽馬測井資料，利用上述方法獲取到沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層埋深及泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)。在假定各地質(zhì)時期沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)不變的條件下，利用上述方法求取了不同地質(zhì)時期沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層古埋深。將沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層古埋深與泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)代入歧口凹陷泥巖蓋層排替壓力經(jīng)驗計算公式中，求取到了不同地質(zhì)時期沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層古排替壓力，據(jù)此得到了沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層排替壓力隨時間變化關(guān)系（圖7）。

圖7 大張坨斷裂與沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層配置封閉油氣時期厘定Fig. 7 Determination of oil and gas sealing period in Dazhangtuo Fault and regional mudstone caprock configuration of middle sub-member of Es1

由歧口凹陷實測儲層巖石排替壓力、埋深和泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)，進行數(shù)學(xué)回歸得到研究區(qū)儲層巖石排替壓力經(jīng)驗計算公式中c值為0.197，d值為1.312。由鉆井及自然伽馬測井資料，利用上述方法獲取到沙一下亞段儲層埋深及巖石泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)。在假定各地質(zhì)時期沙一下亞段儲層巖石泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)不變的條件下，利用上述方法求取了不同地質(zhì)時期沙一下亞段儲層古埋深。將沙一下亞段儲層古埋深與巖石泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)代入歧口凹陷儲層巖石排替壓力經(jīng)驗計算公式中，求取到了不同地質(zhì)時期沙一下亞段儲層巖石古排替壓力，據(jù)此得到了沙一下亞段儲層巖石排替壓力隨時間變化關(guān)系（圖7）。

由沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層排替壓力大于或等于沙一下亞段儲層巖石排替壓力時所對應(yīng)時期，得到了大張坨斷裂與沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層配置泥巖封閉油氣時期，其應(yīng)為東營組沉積中期至現(xiàn)今（圖7）。

結(jié)合上述已確定出的大張坨斷裂與沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層配置泥巖封閉油氣部位及時期，得到了大張坨斷裂與沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層配置泥巖封閉油氣時期（東營組沉積中期至現(xiàn)今）主要在其中西部，少量在其東部的中部（圖8）。

圖8 大張坨斷裂與沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層配置封閉油氣時期與沙一下亞段油氣分布關(guān)系Fig. 8 Relationship of oil and gas sealing period in configuration of Dazhangtuo Fault and regional mudstone caprock in middle sub-member of Es1 vs. oil and gas distribution of lower sub-member of Es1

由三維地震資料和鉆井資料，利用上述方法計算到了大張坨斷裂在沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)斷層巖泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)。在假定各地質(zhì)時期大張坨斷裂在沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)斷層巖泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)不變的條件下，利用上述方法計算了不同地質(zhì)時期大張坨斷裂在沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)斷層巖古壓實埋深。將大張坨斷裂在沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)斷層巖古壓實埋深與泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)代入歧口凹陷泥巖蓋層排替壓力經(jīng)驗計算公式中，求取到了不同地質(zhì)時期大張坨斷裂在沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)斷層巖古排替壓力，據(jù)此得到了大張坨斷裂在沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)斷層巖排替壓力隨時間變化關(guān)系（圖7）。

由大張坨斷裂在沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)斷層巖排替壓力大于或等于沙一下亞段儲層巖石排替壓力時所對應(yīng)時期，得到了大張坨斷裂與沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層配置斷層巖封閉油氣時期，其應(yīng)為明化鎮(zhèn)組沉積末期至現(xiàn)今（圖7）。

結(jié)合上述已確定出的大張坨斷裂與沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層配置斷層巖封閉油氣部位及時期，得到了大張坨斷裂與沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層配置斷層巖封閉油氣時期（明化鎮(zhèn)組沉積末期至現(xiàn)今）主要在東部泥巖封閉油氣時期的兩側(cè)（圖8）。

由圖8 中可以看出，大張坨斷裂處沙一下亞段已發(fā)現(xiàn)且受斷裂控制的油氣在其與沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層配置泥巖和斷層巖封閉油氣時期處及附近均相對較多。然而，造成二者這樣分布的原因有所差異，其中前者是因為大張坨斷裂與沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層配置泥巖封閉油氣時期相對較長，有利于下伏沙三段源巖生成的大量油氣沿大張坨斷裂向上運移，并被沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層封閉在沙一下亞段內(nèi)而聚集成藏；后者在理論上應(yīng)是大張坨斷裂與沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層配置斷層巖封閉油氣時期相對較短，且略晚于油氣成藏期——明化鎮(zhèn)組沉積中晚期[23‐24］，不利于下伏沙三段源巖生成的油氣沿大張坨斷裂向上運移，被大張坨斷裂在沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層內(nèi)斷層巖封閉的油氣量有限，但是由于其附近構(gòu)造圈閉和砂體發(fā)育（圖5（a）），油氣側(cè)向運移進入到構(gòu)造圈閉中而形成較大規(guī)模油氣聚集。

4 結(jié) 論

（1）斷蓋配置封閉油氣時期由泥巖封閉油氣時期和斷層巖封閉油氣時期組成。

（2）結(jié)合斷蓋配置封閉油氣部位及時期，建立了一套斷蓋配置封閉油氣時期的預(yù)測方法，實例應(yīng)用結(jié)果證實了該方法用于預(yù)測斷蓋配置封閉油氣時期是可行的。

（3）大張坨斷裂與沙一中亞段區(qū)域性泥巖蓋層配置泥巖封閉油氣時期（東營組沉積中期至現(xiàn)今）主要在其中西部，少量在其東部的中部，且時期相對較長，有利于油氣在沙一下亞段內(nèi)聚集與保存；斷層巖封閉油氣時期主要在東部泥巖封閉油氣時期（明化鎮(zhèn)組沉積末期至現(xiàn)今）的兩側(cè)，且時期相對較短，不利于油氣在沙一下亞段內(nèi)聚集與保存，與大張坨斷裂處沙一下亞段目前已發(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正斷裂與區(qū)域性泥巖蓋層配置封閉油氣時期的預(yù)測。