朱焕来，陈 岩，王卫学，付 广，宫江萍

(1.东北石油大学，黑龙江 大庆 163318；2.黑龙江省油气藏形成机理与资源评价重点实验室，黑龙江 大庆 163318；3.中国石油测井有限公司吉林分公司，吉林 松原 138000；4.中国石油大庆油田有限责任公司，黑龙江 大庆 163511)

0 引 言

油气勘探实践证实，油源断裂(连接烃源岩和目的层，且在油气成藏期活动的断裂)在含油气盆地油气运聚成藏中起着非常重要的作用，油气往往在油源断裂附近聚集成藏。然而，并不是油源断裂所有伴生圈闭中皆有油气分布，这主要是受到了伴生圈闭形成时期早晚的影响，只有在油气成藏期之前或同时形成的伴生圈闭，才能捕获大量油气，形成油气藏；反之则不能形成油气藏。由此不难看出，准确地厘定油源断裂伴生圈闭形成时期，对于正确认识油源断裂附近油气分布成藏规律和指导进一步油气勘探开发均具有非常重要的意义。

关于油源断裂伴生圈闭形成时期，前人曾做过一定研究与探讨，并主要取得以下2个认识：①根据断裂形成演化历史的分析，研究断裂伴生圈闭形成时期[1-6]，认为孤立断层下盘和分段生长断裂伴生圈闭形成时期相对较早，断裂一经形成便开始形成圈闭，而分段生长断裂上盘和交叉断块伴生圈闭则形成于断裂分段生长连接之后；②根据断裂侧向封闭形成时期，研究断裂伴生圈闭形成时期[7-18]，将断裂侧向封闭形成时期作为其伴生圈闭形成时期。这些成果对正确认识分析含油气盆地油源断裂附近油气成藏分布规律和指导进一步油气勘探起到了非常重要的作用。但是，这些研究均是将断裂伴生圈闭形成时期分析和断裂侧向封闭形成时期分析分开进行的，并没有将二者综合起来进行研究，用其指导油气勘探可能会带来一定的风险。因此，开展了油源断裂伴生圈闭形成时期厘定方法的研究，对于进一步认识含油气盆地油源断裂附近油气分布成藏规律及指导油气勘探均具有非常重要的意义。

1 油源断裂伴生圈闭形成机制及时期

大量研究成果表明，一条断裂在生长和不同条断裂生长连接过程中，由于不同部位受力作用程度不同，导致断距相对大小不同，造成其周围地层发生不均匀变形，与断裂配置形成了不同类型的伴生圈闭形态。这些伴生圈闭形态的发育及分布受断裂类型及其发育部位的控制，通常有以下3种：①位移梯度断背斜形态，主要发育孤立相干断裂下盘和分段生长硬连接断裂上下盘(图1)；②断裂线偏转断背斜形态，主要发育于分段生长、孤立相干断裂或混合生长断裂断层面沿走向发生波状弯曲凸部处(图1)；③交叉断裂断块形态，主要发育于2条或多条孤立相干、分段生长或混合生长断裂的交汇部位(图1)。

图1 断裂伴生圈闭类型及其形成机制

油源断裂的3种伴生圈闭要形成聚集油气的伴生圈闭除了具有圈闭形态外，还必须要求断裂侧向封闭。由此看出，油源断裂伴生圈闭形成时期应是油源断裂伴生圈闭形态开始形成时期和断裂侧向封闭开始形成时期的最晚时期。

2 油源断裂伴生圈闭形成时期的厘定方法

厘定油源断裂伴生圈闭形成时期，必须要确定出油源断裂伴生圈闭形态开始形成时期和油源断裂侧向封闭开始形成时期。而确定油源断裂伴生圈闭形态开始形成时期，需确定油源断裂3种伴生圈闭形成与油源断裂类型及其形成演化之间关系。由上述断裂伴生圈闭形成机制可知，油源断裂3种断裂伴生圈闭主要有2个开始形成时期：一期是在断裂开始形成时期，这一时期相对较早，如孤立相干生长、分段生长和混合生长断裂下盘伴生的位移梯度断背斜圈闭和断层线偏转背斜圈闭。另一期是在断裂分段生长连接时期，这一时期相对较晚，如分段生长和混合生长断裂上盘、断层线偏转和交叉断块伴生圈闭。利用三维地震资料读取油源断裂不同部位的断距，由最大断距相减法[19]恢复不同时期油源断裂的古断距，作油源断裂不同时期断距-位移曲线，由油源断裂开始出现断距时期，确定在油源断裂开始形成时的伴生圈闭形成时期(图2a)；由油源断裂分段生长开始连接时期，确定在油源断裂分段生长连接后形成的伴生圈闭形成时期(图2b)。

图2 利用不同时期断距-位移曲线厘定油源断裂伴生圈闭形态开始形成时期示意图

要确定油源断裂侧向封闭开始形成时期，就必须确定出油源断裂断层岩排替压力随时间变化关系和储层岩石排替压力随时间变化关系。利用钻井和三维地震资料统计油源断裂在目的层内的断距和被其错断地层岩石厚度及泥质含量，由式(1)[20-21]求取断层岩泥质含量，将其代入由实测数据建立的围岩排替压力与压实埋深和泥质含量经验关系式中[22]，便可以得到与断层岩具有相同泥质含量的围岩排替压力与压实埋深之间关系，再将此关系由围岩停止活动时期(Ts)移至油源断裂停止活动时期(T0)，可将其作为断层岩排替压力随埋深的变化关系。由地层古埋深恢复方法[23]恢复不同地质时期断层岩古埋深，便可以得到断层岩排替压力随时间变化关系(图3)，图3中pt为储层岩排替压力，MPa；pf为断层岩排替压力，MPa；Tt为储层岩停止沉积时期，Ma；T0为断裂停止时期，Ma；Tf为断裂侧向封闭开始形成时期，Ma。

图3 油源断裂侧向封闭开始形成时期厘定示意图

(1)

式中：Rf为断层岩中泥质含量，%；Hi为被断裂错断的第i层岩层厚度，m；Ri为被断裂错断的第i层岩层泥质含量，%；n为被断裂错断的岩层层数；L为断裂断距，m。

利用自然伽马测井资料，由文献[21]岩石泥岩含量计算方法求取储层岩石中泥质含量，将其代入研究区中储层实测的排替压力随压实埋深与泥质含量之间的经验关系式[22]中，则可以求出储层岩石的排替压力与其压实埋深之间的关系。由地层古埋深恢复方法[23]恢复不同地质时期储层岩石的古埋深，进而求得储层岩石的排替压力与时间的变化关系，如图3所示，取断层岩排替压力和储层岩石排替压力二者相等所对应时期，进而可得到油源断裂侧向封闭开始形成的时间，如图3所示，将上述已经分析得到的油源断裂伴生圈闭形态开始形成的时期与油源断裂侧向封闭开始时期叠合，便可以得到油源断裂伴生圈闭形成时期。

3 实例应用

选取渤海湾盆地歧口凹陷大张坨断裂为例，利用上述方法厘定大张坨断裂在沙一下亚段内伴生圈闭的形成时期，通过分析厘定结果与大张坨断裂附近沙一下亚段目前已发现的油气分布之间的关系，进而验证该方法用于厘定油源断裂伴生圈闭形成时期的可行性。

大张坨断裂是分布在歧口凹陷北部的一条北东向展布的正断层，断裂平面延伸长度约为21.3 km，断层面向东南方向倾斜，倾角为55～62 °，大张坨断裂从下伏基底向上断至近地表，表现出长期继承性发育的特征(图4)。大张坨断裂目前钻遇的地层主要包括古近系(孔店组、沙河街组及东营组)、新近系(馆陶组及明化镇组)和少量的第四系。目前大张坨断裂附近已发现的油气均在沙河街组，主要分布在沙一下亚段，油气主要来源于下伏的沙三段烃源岩，属于古生新储式生储盖组合，大张坨断裂沟通了下伏的沙三段烃源岩与沙一下亚段的储层，且在油气成藏期——明化镇组沉积中晚期活动，应是沙一下亚段的油源断裂。由图4中可以看出，大张坨断裂附近沙一下亚段目前之所以能发现大量油气，除了受到伴生圈闭发育的影响外，更重要的是受到其伴生圈闭形成时期早晚的影响，因此，准确地厘定出大张坨断裂在沙一下亚段内伴生圈闭形成时期，对正确认识其油气分布规律及指导油气勘探均至关重要。

图4 大张坨断裂与沙一下亚段油气分布关系

利用三维地震资料读取大张坨断裂不同地层中的断距，作不同时期断距-位移曲线(图5)。由图5可知，大张坨断裂属于孤立相干生长机制断裂，其伴生圈闭应是断层线偏转断背斜圈闭。利用三维地震资料计算大张坨断裂在不同层位内断层的埋深，由地层古埋深恢复方法[17]恢复明化镇组沉积中晚期大张坨断裂断层面古埋深分布(图6)。

图5 不同时期大张坨断裂断距-位移曲线

图6 大张坨断裂在沙一下亚段内伴生圈闭分布

由图6可知，大张坨断裂处在沙一下亚段内发育4个断层线偏转形成的伴生圈闭，2个分布在中部，2个分布在东部。

图7为大张坨断裂不同时期古落差分布示意图。由图7可以看出，大张坨断裂从沙三段沉积时期断裂开始形成，4个断裂线偏转伴生圈闭形态便已开始形成。

图7 大张坨断裂不同时期古落差分布

利用钻井和三维地震资料读取大张坨断裂在沙一下亚段的断距和被其错断地层厚度及泥质含量，由式(1)计算大张坨断裂在沙一下亚段内断层岩泥质含量约为30.0%，将其代入歧口凹陷围岩实测排替压力随压实成岩埋深及泥质含量之间经验关系式(式2)，便可以得到与断层岩具有同样泥质含量的沙一下亚段围岩的排替压力与压实埋深的变化关系(图8)。将与断层岩中具有同样泥质含量的沙一下亚段围岩的排替压力与压实埋藏深度的变化关系由沙一下亚段停止活动沉积时期(32.6 Ma)移至大张坨断裂停止活动时期(3.0 Ma)，将其作为大张坨断裂在沙一下亚段内断层岩排替压力随压实埋深的变化关系(图8)。通过大张坨断裂在沙一下亚段内断层岩压实古埋深恢复，便可以得到大张坨断裂在沙一下亚段内断层岩排替压力随时间变化关系(图8)。

(2)

式中：pc为歧口凹陷围岩实测排替压力，MPa；Zc为歧口凹陷围岩压实成岩埋深，m；Rc为歧口凹陷围岩的泥质含量,%。

根据实际的钻井和测井资料，采用文献[22]中岩石泥质含量的计算方法可以得到大张坨断裂处沙一下亚段储层泥质含量，约为5.5%，将该数值代入歧口凹陷储层岩石实测的排替压力随压实埋深与泥质含量之间经验关系式(式3)中，即可求得沙一下亚段储层的排替压力随压实埋深变化关系，如图8所示，通过对大张坨断裂处沙一下亚段储层岩石压实古埋深进行恢复，便可以得到大张坨断裂处沙一下亚段储层岩石排替压力随时间变化关系。

(3)

式中：ps为歧口凹陷储层排替压力，MPa；Zs为歧口凹陷储层压实成岩埋深，m；Rs为歧口凹陷储层泥质含量,%。

将上述已确定出的大张坨断裂在沙一下亚段内断层岩排替压力随时间变化关系与沙一下亚段储层岩石排替压力随时间变化关系叠合，便可以得到大张坨断裂在沙一下亚段内侧向封闭开始形成时期，约为2.35 Ma(图8)。

图8 大张坨断裂在沙一下亚段内侧向封闭开始形成时期厘定

将上述大张坨断裂在沙一下亚段内伴生圈闭形态开始形成时期与其侧向封闭开始形成时期叠合，便可以得到大张坨断裂在沙一下亚段内伴生圈闭形成时期,约为2.35 Ma。图9为大张坨断裂在沙一下亚段内伴生圈闭形成时期与沙三段源岩排出油气时期匹配关系。由图9可知，歧口凹陷沙三段烃源岩在沙一段的沉积末期开始向外排出油气，在馆陶组的沉积末期达到排油气高峰，之后排出油气开始减小，至今仍具有一定的排出油气量。大张坨断裂在沙一下亚段内伴生圈闭形成时期虽略晚于沙三段源岩大量排出油气期，但仍可以圈住沙三段源岩排出的大量油气，有利于沙三段源岩生成油气在大张坨断裂在沙一下亚段内伴生圈闭中聚集成藏，这是大张坨断裂附近沙一下亚段能发现大量油气的重要原因。

图9 大张坨断裂在沙一下亚段内伴生圈闭形成时期与沙三段源岩排出油气时期匹配关系

4 结 论

(1) 油源断裂伴生圈闭形成时期应是油源断裂伴生圈闭形态开始形成时期与油源断裂侧向封闭开始形成时期的最晚时期。油源断裂伴生圈闭形成时期相对越早，越有利于油气聚集成藏；反之则不利于油气聚集成藏。

(2) 通过不同地质时期油源断裂断距-位移曲线反映出的断裂开始形成时期和分段生长连接时期，确定油源断裂伴生圈闭形态开始形成时期；利用断层岩的排替压力与时间变化关系和储层的排替压力与时间变化关系，确定油源断裂侧向封闭开始形成时期，二者叠合建立了一套伴生圈闭形成时期的厘定方法，实践证实了该方法用于厘定油源断裂伴生圈闭形成时期是可行的。

(3) 渤海湾盆地歧口凹陷大张坨断裂在沙一下亚段内伴生圈闭形成时期为2.35 Ma，虽晚于沙三段源岩大量排出油气时期，但仍可捕获沙三段源岩排出的大量油气，有利于下伏沙三段烃源岩生成油气在大张坨断裂沙一下亚段内伴生圈中聚集成藏，与目前大张坨断裂附近沙一下亚段已发现油气分布相吻合。