曾 萱，张宏国

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300459）

渤海东部海域面积约9 000 km2，探井约90余口，在渤海油田范围内属于勘探程度较低的区域之一。研究区断裂体系以NNE、NE向为主，主干断裂在深层以线性连续展布为主，在浅层表现为次级断裂成雁列式或平行式展布，断裂性质以走滑、伸展及走滑—伸展叠加为主[1-2]。除蓬莱9-1花岗岩潜山油田之外，渤海东部已发现的油气藏大多分布在新近系，储量占比超过了70%，展现了良好的成藏潜力。由于新近系与古近系烃源岩不直接接触，断层控制了油气垂向上的优势运移方向[3-4]，因此断裂的精细研究具有重要的成藏意义。

断裂控藏的研究由来已久，主要是针对油气沿断裂的垂向运移作用的重要性。断裂的活动性、断裂活动时期与主要生排烃期的匹配、断裂活动强度与区域盖层的配置等是渤海中东部地区断裂控藏早期研究的主要内容[5-7]。随着研究的深入，断裂的输导性和封堵性的“两面性”特征逐渐引起地质学家的重视，断裂带是由不同变形和物性特征的结构单元组成的复杂三维地质体[8-9]。渤海东部处于勘探早期，缺少对运移断裂的精细刻画，油气宏观优势运移路径等方面还认识不清，有利成藏区带中高丰度断块的预测更是无从谈起。本次研究首先从运移断裂的识别入手，在明确断裂带内部结构差异控制封堵性的基础之上，通过多因素的模糊评价分析明确油气有利的聚集区带，并开展断层面与地层配置的精细研究来确定油气高丰度断块。

1 渤海东部地质概况

渤海东部主要是指渤海湾渤中坳陷东部，由渤东凹陷、渤东低凸起、庙西凸起、庙西凹陷等不同构造单元组成。研究区发育郯城—庐江断裂带与张家口—蓬莱断裂带等两大断裂体系，其中郯庐断裂带及其分支走滑南北向贯穿研究区，形成的断裂体系以NE向、NNE向走向为主的构造格局[10]（图1a）。渤东凹陷已经证实的烃源岩主要包括古近系的东营组、沙河街组，其中沙河街组为主力烃源岩层系[11]。现已发现的油气藏主要分布在潜山与新近系，其中新近系储盖组合良好（图1b），馆陶组和明下段均有规模性发现，展现出良好勘探前景。由于研究区长期处于中外合作期，勘探程度较低，缺少油气优势聚集区带与高丰度断块的分析，影响了新近系勘探的进程。

图1 渤海东部地质略图

2 渤海东部运移断裂的识别

渤海东部新近系成藏存在近源与远源两种成藏模式，近源成藏模式为“烃源岩—断层—圈闭”，远源成藏模式为“输导脊—断层—圈闭”。在两种模式中，断层的运移条件研究成藏的关键，而主力运移断裂的厘清对于明确油气优势运移方向至关重要。本次主要从断裂规模、断裂活动期与烃源岩接触程度、断层活动性及断裂内部结构等方面开展分析。

2.1 断裂体系的分析

影响渤海东部构造演化的主要区域性大断裂是NNE向的郯城—庐江断裂带和NWW向的张家口—蓬莱断裂带，两条区域性断裂带形成了共轭剪切力，共同影响着研究区的构造演化[12]。郯城—庐江断裂带是控制研究区断裂发育的关键，形成了以平行主走滑方向（NNE向）为主的主干断裂带，以及NE走向的走滑派生断裂带，NWW向的张家口—蓬莱断裂带只在蓬莱3构造区有所显现（图1a）。

其中，NNE向断裂体系包括中央走滑断裂、渤东1号、渤东2号、断阶1号、断阶2号断裂等；NE向断裂体系包括长兴岛断裂、渤东3号、庙西1号、庙西2号等断裂；NWW向断裂体系包括蓬莱3走滑断裂。

根据分割构造单元或控制构造带形成，横向、垂向延伸距离以及活动性强度，将主力油源断层分为三级。其中一级断裂5条，发育规模大，分别是中央走滑断裂、渤东1号断裂、渤东2号断裂、长兴岛断裂、渤东3号断裂；二级断裂3条，规模较大，分别是蓬莱3走滑断裂、庙西1号断裂、庙西2号断裂；三级断裂2条，规模较小，分别是断阶1号断裂和断阶2号断裂。

2.2 主力运移断裂的识别

在晚期成藏的大背景下，断裂晚期活动性与主力烃源岩生、排烃期的匹配是新近系成藏的关键，另外断裂内部结构的不同，担当油气运移路径的诱导裂缝与滑动裂缝发育存在差异，油气垂向运移量也有所不同。晚期活动性越强，与烃源岩生、排烃时期耦合越好，油气垂向运移动力越足，一元型结构有利于横向和垂向运移，而二元、三元型的断裂结构相对有利于油气垂向运移[13]。例如，渤东3号断层（F3）为长期活动断层，新近系深度段对应二元断裂结构，与古近系烃源岩接触面积大，晚期活动性较强，为主力运移断层（图2）。基于上述方面对渤海东部地区的运移断裂进行了综合评价，结果表明：渤东1号断裂、渤东3号断裂、庙西1号断裂、长兴岛断裂为好的运移断裂，渤东2号断裂、庙西2号断裂、中央走滑断裂、断阶 2号断裂为中等运移断裂，断阶1号断裂、蓬莱3走滑断裂为差运移断裂（表1）。

图2 渤海东部构造构架剖面图（地震剖面位置见图1）

3 有利成藏区带分析

3.1 断裂垂向封闭机理

断裂的垂向输导性与封堵性是相辅相成的，对于油气的输导作用与封堵作用最终取决于断裂带内部与目的层系内排替压力大小的差异[14]，但是断裂结构单元的差异是导致断裂侧封或运移的关键。断裂主要包括诱导裂缝带（induced fracture zone，IFZ）、滑动破碎带（slip fractured zone， SFZ）、断层岩（fault core， FC）等三种结构单元。以LD16-X-1井为例，其钻遇断点深度约为2 050 m（图3a），结合该井测井曲线特征将钻遇断裂内部结构划分为上下两盘的诱导裂缝带和中间的滑动破碎带，其中诱导裂缝带在测井曲线上特征表现为声波时差曲线产生周波跳跃或声波时差的增大，密度测井值整体偏小，且曲线呈现为窄尖峰状，电阻率测井曲线一般显示为视电阻率低值，补偿中子测井值偏大等特征；滑动破碎带在测井曲线上的特征表现为声波时差值偏小，且稳定，声波时差值偏小，且稳定，密度测井值偏大等特征（图3b）。

表1 主力运移断裂的识别表

图3 LD16-X-1井钻遇断层处的测井响应

不同的断裂带结构形成不同的断裂带物性，从而对油气运移与封堵的影响也不同。由于研究区钻遇断裂带的钻井很少，难以直接对断裂带内部结构进行判识。同为渤海湾盆地的济阳坳陷断裂带结构研究表明，断裂的活动强度、断点在目的层系埋深、岩性匹配等地质条件均影响断裂带内部结构。据此，研究区断裂带分为一元、二元、三元型四种结构模式。

3.1.1 一元型结构模式

诱导裂缝带一元型：断裂发育初期，发育在脆性地层中，地层受力较小，滑动破碎带不发育，使得断裂带内部仅发育大量连通性较好的微裂隙，这为油气垂向运移提供了通道（图4a）。

滑动破碎带一元型：断裂一般发育在塑性地层中，当形成主破裂面之后，断裂顺着这个面产生滑距，形成主滑动面。这种情况使得整个断裂带呈垂向和侧向封堵状态（图4b）。

3.1.2 二元型结构模式

该模式一般是断裂两盘岩性存在着差异性，主动盘通常发育诱导裂缝带，断裂中心为滑动破碎带。由于滑动破碎带（面）的差渗透性和诱导裂缝带的高渗透性，整个断裂带对油气呈现对垂向输导、侧向封堵的状态（图4c）。

图4 一元、二元型断裂结构模式与油气运聚关系

3.1.3 三元型结构模式

该模式一般出现在断裂发育的成熟期，内部结构完整。但是由于各结构组分的孔、渗差异明显，以及滑动破碎带是否闭合（或被泥质充填、矿物胶结），使得整个断裂带对油气存在输导、封堵的差异。断裂带三元型结构发育且滑动破碎带未闭合的情况下，滑动破碎带拉开的优势裂隙、断裂空腔在整个断裂带中孔、渗性最好，是油气运移的优势通道（图5a）。当滑动破碎带被泥质充填或后期矿物胶结时，滑动破碎带的优势空间被封堵，滑动破碎带对油气起封堵作用，而诱导裂缝带对油气主要起垂向输导作用（图5b），当诱导裂缝被充填胶结，则整个断裂带对油气起封堵作用（图5c）。

图5 三元型断裂结构模式与油气运聚关系

3.2 断裂封堵性模糊综合评价

渤海东部主要断裂一般埋深在1 000~3 000 m之间，断距介于100~300 m左右，大多数属于二元或三元型断裂结构。研究表明，断裂内部结构的复杂性与影响断裂侧封性的因素种类呈正相关的关系（《渤东构造演化、成因机制及油气成藏主控因素》，内部资料）。单一因素评价研究区断裂的封闭性是不全面的，而是与断裂两侧岩性配置、泥岩涂抹、断面压力等多种因素相关[15]。此次采用模糊数学的方法，将各种影响因素综合起来考虑，以便对研究区的断裂封堵性做出较客观评价。

此次断裂封堵性模糊综合评价中主要考虑了岩性配置、断裂泥比率、断裂性质、断面正压力大小和断裂两侧岩层产状配置关系等5种因素（U1~U5）。使用离散隶属函数来确定各因素的隶属度并建立了单因素评价矩阵，各单因素隶属度主要依据对已发现油藏的单因素值的概率统计值确定（表2）。

表2 渤东凹陷主要断裂封闭性单因素隶属度评价表

研究表明各种因素对断裂封闭性的奉献值由大到小依次为断面正压力→断面岩性配置、泥岩涂抹→断面力学性质→产状配置。根据前人研究成果并结合本区实际情况，本次采用了专家调查法确定了上述5个评价因素的权重系数。计算模型则选取使用了加权平均法，因为各因素对断裂封堵性均影响较大，该模型平均了每种因素的权重。评价标准为：＞0.7时，封堵性好；0.6~0.7，封堵较好；0.5~0.6，封堵中等；0.4~0.5，封堵较差；＜0.4，封堵性差。根据以上方法对主要断裂在新近纪封堵性模糊评价（图6），结果表明多数断层具有一定封堵性，其中渤东凹陷北侧的蓬莱3走滑断裂带封堵性较好，阻碍了油气的运移；渤东3号断裂、庙西1号断裂显示出封堵性较差，油气从渤东凹陷或者庙西凹陷北洼运至庙西北凸起成藏。

研究区新近系形成了大量的断块及断鼻型圈闭，其中规模较大的断裂断至烃源岩层系或者断至潜山不整合面，为油气垂向运移提供了通道。结合断层运移与封闭性分析，划分油气有利的汇聚区带（图6）。从平面上看，封闭性较差的断层在新近系运移能力较强，其中渤东低凸起北段（渤东1号断裂围区）、长兴岛断裂下降盘、渤东凹陷及其东部缓坡带和庙西北凸起是新近系油气有利汇聚区带，其中渤东低凸起PL7-X-1井、庙西北凸起PL9-X-1井油气显示活跃；蓬莱3走滑断裂区及断阶1号、2号断裂区油气运聚相对较差，新近系含油丰度可能相对较低，PL3-X-1井仅有薄层油层成藏。

图6 渤东凹陷新近系有利区带预测

4 油气高丰度断块的分析

通过对主要运移断层侧封与输导性的分析，确定了研究区的主要有利成藏区带。那么在此基础之上，油气高丰度断块的分析与预测也具备了条件，主要通过对断面形式、断面形态与输导层配置、断面形态与目的层系地层配置等三方面进行研究。断面形态与输导层配置集中体现在断面的几何形态上（断面脊）[16]，而且与断面和地层产状的对接配置关系有很大联系。在此基础上，断面形态与目的层系地层配置分为顺向与反向两类，顺向配置有利于油气沿断裂向目的层系地层运聚。

4.1 断面形态与输导层产状的配置关系

4.1.1 平直断面与斜向地层配置

断面形态无明显变化时，如果断面的走向与输导层的走向不一致，存在一定的角度，就会出现一端上倾的情况，即存在着断面“构造脊”，就是寻找油气优势运移通道的标志之一。在顺断裂走向的方向上，油气容易沿着构造脊向斜上方的构造高部位运移（图7a）。

4.1.2 弯曲断面与水平地层配置

当断面弯曲、油气输导层呈现水平状态时，断面和输导层的交汇区带与等深线平行，断裂的凸面就是“断面脊”，油气沿着这个凸面主要进行垂向运移（图7b）。

4.1.3 弯曲断面与同向地层配置

实际钻探中常见的是断面和输导层的地层都呈现倾斜。当横向输导层的地层倾角小于断面倾角的状态时，两者交汇带在断面等深线上会显示出一个“波浪”的形态，每一个“波浪”的上凸区带就是一个构造脊，形成优势运移方向并向低势区运聚。构造脊的形成也造成上盘的油气有利汇聚区为断面内凹处，而断裂的凸面处则成为下盘的油气有利汇聚区（图7c，7d）。

4.2 断层-地层配置对运移方向的验证

油气从深凹区向浅层运移时，运移路径存在由发散向汇聚的特点，不同断面形态及其与地层产状的配置形成的优势运移方向存在差异。断面的形态形成油气垂向运移的优势汇聚点，断面形态与地层产状配置则控制了油气横向运移的优势运移路径。根据断层面与输导层配置关系的分析，断层下降盘的凸面就形成油气优势垂向运移方向（图7c），即明确了断层平面上的油气充注点；进而通过地层与断层的配置关系，即地层等值线垂直方向为优势的横向运移方向，遇到圈闭便聚集成藏（图8）。通过对渤东凹陷东南斜坡的蓬莱某油田分析，已发现的油藏与运移路径基本一致，也证实了断层—地层配置对油气运移方向的控制作用。

图7 断面形态与地层产状配置关系示意图

图8 断层—地层配置对油气运移方向的控制

5 结论

（1）断裂活动期与烃源岩生排烃期匹配程度及断裂结构分析，认为渤东1号断裂、渤东3号断裂、庙西1号断裂、长兴岛断裂为好的运移断裂，渤东2号断裂、庙西2号断裂、中央走滑断裂、断阶 2号断裂为中等运移断裂，断阶1号断裂、蓬莱3走滑断裂为较差运移断裂。

（2）不同类型断裂带结构导致断层侧封能力的差异，主要运移断裂在新近系属于二元、三元型结构，采用多因素控制的侧封模糊评价法进行断层侧封的分析，渤东1号、3号等断层控制下渤东低凸起、长兴岛断裂下降盘、渤东凹陷及其东部缓坡带和庙西北凸起的新近系油气富集。

（3）在有利成藏区块确定的基础上，研究表明不同断面形态与输导层、目的层系地层的产状的配置决定了油气优势运移方向。其中断面形态，以及断面形态与输导层配置控制油气垂向运移的优势方向，与断层凸面接触的顺向地层有利于油气想目的层系的横向运聚。

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