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(shí)踐表明，斷層對(duì)于油氣藏的形成與分布具有重要控制作用，同時(shí)復(fù)雜斷裂加大了勘探開發(fā)難度，開展斷裂控運(yùn)控藏機(jī)理研究對(duì)指導(dǎo)油氣勘探開發(fā)具有重要意義。關(guān)于斷層對(duì)油氣的運(yùn)聚作用，國內(nèi)外學(xué)者做了大量研究，Allan 和Dowrey 等認(rèn)為斷層既不是油氣運(yùn)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(duì)接關(guān)系和地層形態(tài)。目前多數(shù)學(xué)者認(rèn)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(huì)導(dǎo)致油氣縱向或側(cè)向運(yùn)移，封閉部位會(huì)導(dǎo)致油氣聚集成藏。前人關(guān)于斷層疏導(dǎo)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(guān)系后提出“地震泵”模式，認(rèn)為含礦熱液是通過較深古斷裂呈幕式運(yùn)移的，通過斷層帶運(yùn)移至具較低正應(yīng)力的張裂隙中，并指出地震泵作用有利于油氣在構(gòu)造活動(dòng)區(qū)運(yùn)移；Hindle（1997 年）提出油氣沿?cái)嗔褞н\(yùn)移特征與本身斷裂特征有關(guān)，同時(shí)也受斷裂兩側(cè)地層構(gòu)造形態(tài)的影響；Hooper[2]認(rèn)為流體沿?cái)鄬舆\(yùn)移是一個(gè)幕式流動(dòng)過程，與斷裂活動(dòng)性質(zhì)和期次密切相關(guān)，且流速快，釋放出的流體賦存于斷裂上部?jī)?chǔ)層中；鄒華耀等認(rèn)為油氣沿?cái)鄬酉蛏线\(yùn)移有兩種途徑：（1）斷層活動(dòng)期沿?cái)鄬用婵僧a(chǎn)生裂縫，成為運(yùn)移通道；（2）如果斷層橫向上是開啟的，油氣可沿?cái)鄬用鎯蓚?cè)連通的滲透性砂巖呈“之”字形途徑向上運(yùn)移。近些年隨著地質(zhì)研究技術(shù)的發(fā)展，構(gòu)造解釋、三維模擬技術(shù)在構(gòu)造研究方面的結(jié)合應(yīng)用，對(duì)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(dǎo)運(yùn)移的通道，那么進(jìn)行斷面特征與油氣疏導(dǎo)關(guān)系的研究對(duì)深化成藏規(guī)律認(rèn)識(shí)具有重要意義。本文通過對(duì)斷層三維形態(tài)特征及其封閉差異性研究，分析油氣沿?cái)鄬用孢\(yùn)移的優(yōu)勢(shì)路徑，并提出油氣通過斷層向儲(chǔ)層充注的“高勢(shì)進(jìn)，低勢(shì)出”的成藏模式。

1 斷層優(yōu)勢(shì)疏導(dǎo)路徑分析

斷裂活動(dòng)是區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)主應(yīng)力的積累超過巖石的破裂極限時(shí)產(chǎn)生斷層的應(yīng)力釋放，斷層面一旦形成，沿?cái)嗔巡课粯?gòu)造應(yīng)力迅速釋放，此時(shí)周圍未破裂的巖石中尚存較大的應(yīng)力，巖石中的流體在該應(yīng)力的驅(qū)動(dòng)下，由斷裂兩盤應(yīng)力的高值部位向低應(yīng)力區(qū)沿?cái)鄬舆\(yùn)移。斷層后期的生長(zhǎng)過程中，在不受其他斷層切割影響下，斷面形態(tài)幾乎不會(huì)發(fā)生變化，而斷面局部形態(tài)、曲率、埋深、巖性及應(yīng)力場(chǎng)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(zhǎng)距離垂向運(yùn)移的主要途徑，尤其是油源斷層，開展斷面對(duì)油氣疏導(dǎo)運(yùn)移的控制作用研究具有重要意義。

1.1 斷層封閉性評(píng)價(jià)

縱向表現(xiàn)為弧形的張性斷層，曲率對(duì)其封閉性影響較大，下降盤沿?cái)鄬有D(zhuǎn)下掉，上下盤的接觸關(guān)系表現(xiàn)為：斷面淺部緊密接觸，斷層兩盤擠壓應(yīng)力大，在泥巖涂抹或碎屑充填物作用下，易具有較強(qiáng)的封閉性；隨著下降盤旋轉(zhuǎn)下掉，斷層下部?jī)杀P間開啟縫增大，此段時(shí)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(dá)到一定程度，最終在應(yīng)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(shí)空的不均勻性，受構(gòu)造演化史的影響，早期開啟的斷層，后期由于應(yīng)力場(chǎng)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(gòu)造應(yīng)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(gòu)造演化過程密切相關(guān)，大范圍開啟與閉合，控制著油氣的重新運(yùn)移、分布。

斷層兩側(cè)巖性配置關(guān)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(dāng)斷層兩盤砂巖與泥巖對(duì)接時(shí)，斷層封閉性好；當(dāng)砂巖與砂巖對(duì)接，且具有相同或相近的排驅(qū)壓力時(shí)，斷層封閉性差；當(dāng)斷層兩側(cè)接觸的砂巖具有不同排驅(qū)壓力時(shí)，斷層的封閉程度取決于封堵砂巖的排驅(qū)壓力和儲(chǔ)集層的排驅(qū)壓力之差。在油氣井小層對(duì)比研究中，斷層兩側(cè)巖性對(duì)接關(guān)系很好匹配了油水分布，即：“砂-砂”對(duì)接時(shí)，兩側(cè)砂體連通，若為油層，具有統(tǒng)一油水界面；“砂-泥”對(duì)接時(shí)，含油砂層構(gòu)造高方向受泥巖封閉性較好，成為油氣聚集場(chǎng)所。

斷層的封閉性受多種因素控制，活動(dòng)期的斷層在地震時(shí)表現(xiàn)為開啟狀態(tài)，地震活動(dòng)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(yuǎn)，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(rèn)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(yán)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(yán)重，封井。在含油氣盆地生烴期，處于活動(dòng)期或靜止期的斷層均可以作為油氣運(yùn)移的通道，從油氣疏導(dǎo)的規(guī)模及速度上對(duì)比，活動(dòng)期斷層通道更寬暢、運(yùn)移速率更高，斷層伴隨地震活動(dòng)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(dǎo)致圍巖中流體向斷層運(yùn)移，烴源巖內(nèi)及早期儲(chǔ)集在斷層下方巖層中的油氣向斷層帶快速運(yùn)移；靜止期斷層面上形成的類似網(wǎng)狀連通的運(yùn)移通道，沿?cái)鄬用娲瓜蜻\(yùn)移能力較弱，運(yùn)移效率較低，由于該種油氣運(yùn)移方式持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)久，因此其對(duì)整個(gè)區(qū)塊油氣藏儲(chǔ)量貢獻(xiàn)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(dòng)期與靜止期均處于開啟狀，其對(duì)油氣疏導(dǎo)運(yùn)移具有更高的效率，為油氣的規(guī)模性運(yùn)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(shí)由于斷層面復(fù)雜的形態(tài)、巖性及應(yīng)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(yùn)移通道，該類通道在源巖生烴期長(zhǎng)期疏導(dǎo)油氣，相比活動(dòng)期斷層間歇式油氣運(yùn)聚方式，對(duì)整個(gè)盆地規(guī)模性油氣儲(chǔ)量的形成具有重大作用。

1.2 斷層面優(yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑分析

油氣勘探實(shí)踐表明，斷層作為油氣運(yùn)移重要通道之一，對(duì)油氣成藏具有重要作用，尤其是下生上儲(chǔ)含油氣組合中斷層的輸導(dǎo)運(yùn)移更是起到至關(guān)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(rèn)識(shí)斷層在疏導(dǎo)油氣的特征和能力，是油氣成藏規(guī)律及勘探評(píng)價(jià)的關(guān)鍵。在斷層疏導(dǎo)油氣運(yùn)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(dǎo)油氣動(dòng)力[10-13]、斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)及輸導(dǎo)優(yōu)勢(shì)通道[14，15]、斷裂輸導(dǎo)油氣時(shí)期[16，17]等。從以上的研究成果看，研究?jī)?nèi)容主要集中在斷層類型、組合、疏導(dǎo)動(dòng)力以及疏導(dǎo)時(shí)期等方面，近些年隨著斷層解釋及三維模擬技術(shù)的成熟應(yīng)用，斷層面的特征更容易提取出來，而針對(duì)斷層面的三維特征與油氣疏導(dǎo)能力方面仍缺少研究。開展該方面的研究，有助于細(xì)化認(rèn)識(shí)油氣運(yùn)聚成藏過程，對(duì)油氣有利聚集帶識(shí)別具有重要指導(dǎo)作用。

在地質(zhì)構(gòu)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(shí)，斷層在走向上曲折形態(tài)屢見不鮮，通過地震精細(xì)解釋與三維模擬技術(shù)結(jié)合應(yīng)用，對(duì)港西油田多條油源斷層立體成像研究，認(rèn)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(fù)構(gòu)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(duì)油氣垂向運(yùn)移路徑具有重要控制作用。

圖1 斷層面優(yōu)勢(shì)路徑示意圖

油氣運(yùn)移總是按照由高勢(shì)區(qū)向低勢(shì)區(qū)沿阻力最小路徑的總規(guī)律，油氣運(yùn)移沿?cái)嗝鎯?yōu)勢(shì)路徑的選擇，也遵循這個(gè)規(guī)律，烴源巖排出的油氣沿?cái)鄬用娲瓜蜻\(yùn)移，在斷層面勢(shì)能場(chǎng)的約束下，高勢(shì)區(qū)油氣發(fā)散向低勢(shì)區(qū)匯聚，進(jìn)而形成條帶狀向淺層流動(dòng)。從斷層面示意圖（見圖1）上看，油氣沿?cái)嗝鎱R聚于低勢(shì)路徑向淺層運(yùn)移，路過處于開啟狀態(tài)的儲(chǔ)層，油氣才有機(jī)會(huì)進(jìn)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(shì)勢(shì)能的分析、研究，可以更加精細(xì)識(shí)別油氣沿?cái)鄬拥膬?yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑，結(jié)合構(gòu)造演化史，有助于識(shí)別油氣富集帶。

2 斷層疏導(dǎo)作用與油氣充注作用關(guān)系分析

斷層在烴源巖和儲(chǔ)集層間起著油氣溝通、疏導(dǎo)作用，油氣在沿?cái)鄬用鎯?yōu)勢(shì)路徑運(yùn)移過程中，即使路過砂體具備同樣的圈閉條件，也不是都會(huì)有油氣充注進(jìn)入，作者認(rèn)為存在以下三點(diǎn)關(guān)鍵性問題：（1）斷層對(duì)油氣的疏導(dǎo)和充注動(dòng)力條件存在差異，斷面疏導(dǎo)是油氣在斷面通道中的運(yùn)移，而斷層充注是油氣通過斷層向砂體注入的作用，油氣運(yùn)移通道發(fā)生了改變；（2）油氣運(yùn)移路徑上砂體封閉性存在差異，油氣從源巖向淺層疏導(dǎo)過程中，選擇優(yōu)勢(shì)路徑逐漸匯聚成流帶向上運(yùn)移，在優(yōu)勢(shì)路徑上砂體封閉性存在差異，只有開啟的砂體才有機(jī)會(huì)注入油氣；（3）忽略了斷塊封閉性問題，若油氣充注進(jìn)入斷塊時(shí)，砂體儲(chǔ)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(jìn)入。針對(duì)以上三點(diǎn)問題，下面對(duì)斷層控制的油氣充注模式展開分析、論述。

斷層是油氣疏導(dǎo)運(yùn)移的通道，當(dāng)斷層活動(dòng)斷開深層超壓帶時(shí)，高壓流體沿?cái)鄬友杆偻庑梗谏顪\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(dòng)，應(yīng)力得以釋放，進(jìn)入淺層后的油氣動(dòng)能減弱，為油氣充注進(jìn)入儲(chǔ)層提供了必要條件。

斷層活動(dòng)期，斷層面瞬間大范圍開啟，是大量油氣快速進(jìn)入儲(chǔ)層的機(jī)遇，同時(shí)也會(huì)使原油氣藏遭受破壞。雙斷層控制的砂體，當(dāng)兩個(gè)斷層同時(shí)開啟，砂體內(nèi)部流體在勢(shì)能差的作用下迅速由低勢(shì)區(qū)流出，同時(shí)高勢(shì)區(qū)抽吸流經(jīng)斷層的流體進(jìn)入儲(chǔ)層，因其開啟面大、流體沿?cái)嗝?、砂體內(nèi)部運(yùn)移速率高、流量大，因此斷層活動(dòng)期是油氣快速、規(guī)模性充注進(jìn)入砂體的重要方式；單條斷層活動(dòng)，儲(chǔ)層內(nèi)部流體流動(dòng)性較弱，油氣短時(shí)間進(jìn)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(rèn)為油氣大量充注進(jìn)入砂體須滿足的條件是：砂體為有效圈閉，在油氣沿?cái)鄬舆\(yùn)移路徑上存在開啟段，作為油氣充注入口，同時(shí)在相對(duì)入口段較低勢(shì)能區(qū)存在斷層開啟段，作為儲(chǔ)層內(nèi)流體排出口，油氣在儲(chǔ)層入、出口流體勢(shì)能差作用下被吸入儲(chǔ)層，進(jìn)入儲(chǔ)層的油氣在密度差異作用下向構(gòu)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(gòu)造最高點(diǎn)為圈閉溢出點(diǎn)。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(hào)斷層，為油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑上的開啟段，B 段位于1 號(hào)斷層，開啟段勢(shì)能較A 段低，油氣在A、B 段勢(shì)能差作用下進(jìn)入砂體，油氣密度較地層水輕，向構(gòu)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(shì)進(jìn)，低勢(shì)出的規(guī)律。

圖2 油氣充注模式1

綜上所述，斷層活動(dòng)期對(duì)油氣成藏是一把雙刃劍，既有利于油氣運(yùn)聚成藏，又會(huì)對(duì)原油氣藏產(chǎn)生破壞，斷層活動(dòng)期雙斷層同時(shí)開啟模式更有利于油氣快速注入儲(chǔ)層，斷層靜止期油氣的充注模式雖然低速、低效，但其作用時(shí)間更長(zhǎng)久，也可形成大儲(chǔ)量油氣藏，且該充注過程不會(huì)對(duì)原油氣藏產(chǎn)生破壞。

3 實(shí)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(fù)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(dǎo)運(yùn)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(yùn)聚成藏過程應(yīng)有不同。

對(duì)于油源斷層控運(yùn)、控藏研究，應(yīng)用地震精細(xì)解釋技術(shù)及三維模擬技術(shù)，對(duì)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(shì)區(qū)流向低勢(shì)區(qū)的原則，識(shí)別斷面構(gòu)造特征控制的油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑。油氣沿港西斷層運(yùn)移過程中，油氣由高勢(shì)區(qū)向低勢(shì)區(qū)匯聚，在斷面上形成垂向條帶狀最佳運(yùn)移路徑，與這些優(yōu)勢(shì)路徑溝通的開啟儲(chǔ)層，且滿足雙斷層控制的“低勢(shì)出，高勢(shì)進(jìn)”的油氣充注模式，將會(huì)有大量的油氣進(jìn)入。如港西斷層?xùn)|部構(gòu)造區(qū)，港西斷層（1 號(hào)斷層）西段向南凸起部位為油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑，其與2 號(hào)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(shí)該斷塊縱向含油氣砂體多，單個(gè)砂體儲(chǔ)量大。而5 號(hào)斷層上升盤單斜圈閉Ⅱ，僅構(gòu)造部位一條斷層遮擋，油氣難以規(guī)模進(jìn)入，已證實(shí)該圈閉部分砂體油氣儲(chǔ)量極少，在構(gòu)造高點(diǎn)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(rèn)識(shí)

（1）斷層面受形態(tài)、曲率、深度、巖性及應(yīng)力場(chǎng)影響，在斷層活動(dòng)靜止期，斷面上仍存在相互連通的開啟網(wǎng)絡(luò)，成為油氣長(zhǎng)期低速運(yùn)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(shí)，斷層面存在構(gòu)造特征，油氣沿?cái)鄬舆\(yùn)移過程中，受斷面構(gòu)造趨勢(shì)影響，油氣總是沿阻力最小方向由高勢(shì)區(qū)向低勢(shì)區(qū)運(yùn)移，油氣沿?cái)嗝鎱R聚于縱向條帶狀優(yōu)勢(shì)路徑向淺層運(yùn)移，對(duì)斷層控運(yùn)控藏機(jī)理及油氣有利聚集帶預(yù)測(cè)研究具有重要指導(dǎo)意義。

（3）對(duì)于油氣充注進(jìn)入儲(chǔ)層，提出“低勢(shì)出，高勢(shì)進(jìn)”充注模式，即在圈閉低勢(shì)部位存在開啟段，作為地層流體排出口，高勢(shì)區(qū)油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)移路徑上存在開啟段，為油氣入口，在出入口間形成流體勢(shì)能差，斷層運(yùn)移路過的油氣就會(huì)被抽吸進(jìn)入儲(chǔ)層，油氣在密度差作用下在儲(chǔ)層內(nèi)部向構(gòu)造高部位封閉區(qū)聚集成藏。