油源斷裂向下輸導油氣時期厘定方法及其在松遼盆地三肇凹陷的應用

楊茗卉

（中國石油大慶油田有限責任公司第二采油廠，黑龍江 大慶 163414）

0 引 言

油氣勘探的實踐表明，在含油氣盆地中油源斷裂既能將油氣向上進行輸導，還可以向下輸導，其輸導油氣時期長短，在一定程度上控制著上生下儲式油氣富集程度。由此看出，能否準確地厘定出油源斷裂向下輸導油氣時期，是進一步認識含油氣盆地上生下儲式油源斷裂附近油氣分布規律和提高油氣勘探成功率的關鍵。

針對油源斷裂輸導油氣時期，很多學者都進行過一定的探究，其主要是針對油源斷裂向上輸導油氣時期，歸納起來主要有2 個方面：第1 個方面是利用斷裂生長指數或地層剖面伸展率大小，研究油源斷裂活動時期［1-6］，將斷裂生長指數大于1 或地層剖面伸展率相對較大時期，作為油源斷裂活動時期；第2 個方面是利用油源斷裂活動時期與源巖排油氣時期，研究油源斷裂向上輸導時期［7-12］，認為只有在源巖排油氣時期之內的油源斷裂活動時期，才是油源斷裂向上輸導油氣時期。這些研究成果在一定程度上揭示了在含油氣盆地上生下儲式油源斷裂附近油氣分布規律，對油氣勘探工作也具有一定指導意義。但是，由于受到人們認識水平及研究手段的限制，對油源斷裂向下輸導油氣的研究，目前僅僅是關于輸導油氣條件及向下輸導油氣最大距離的研究［13-17］，還沒有針對油源斷裂向下輸導油氣時期進行研究，這對于弄清油氣在含油氣盆地上生下儲式油源斷裂附近的分布情況明顯是十分不利的，因此會給油氣勘探帶來風險。

本文針對油源斷裂向下輸導油氣時期厘定方法進行研究，以期更準確地預測油源斷裂附近上生下儲式油氣分布，為含油氣盆地油氣勘探指明方向。

1 油源斷裂向下輸導油氣機制及時期

通常情況下，油源斷裂是不能向下輸導油氣的，因為油源斷裂向下輸導油氣要較向上輸導油氣遇到更大的阻力，包括地層孔隙流體壓力、浮力和斷裂帶毛細管力之和，只有油源斷裂輸導油氣的動力大于3 個阻力之和才能進行向下輸導油氣。由此可以看出，源巖必須存在超壓，且大于油源斷裂向下輸導油氣所遇到的阻力時，油源斷裂才能向下輸導油氣，反之油源斷裂不能向下輸導油氣。

由上述油源斷裂向下輸導油氣機理可以得到，油源斷裂向下輸導油氣時期應是油源斷裂活動時期與源巖向下排油氣時期的耦合時期，如圖1所示。

圖1 油源斷裂向下輸導油氣時期厘定示意Fig.1 Schematic diagram of determining downward hydrocarbon transport period of oil source fault

2 油源斷裂向下輸導油氣時期厘定方法

要厘定油源斷裂向下輸導油氣時期，就必須確定出油源斷裂活動時期和源巖向下排油氣時期。

要確定油源斷裂活動時期，需利用三維地震資料讀取被油源斷裂錯斷的兩盤各套地層厚度，由下盤各地層厚度除以上盤各相應地層厚度求取斷裂生長指數，如圖2所示，將斷裂生長指數大于1 的層位所對應的時期作為油源斷裂活動時期（圖2），或者是利用地震資料計算油源斷裂兩盤不同層位地層剖面伸展率或斷裂活動速率，取其相對較大部位所對應的時期，作為油源斷裂活動時期（圖2）。

圖2 油源斷裂活動時期厘定示意Fig.2 Schematic diagram of determining activity period of oil source fault

要確定源巖向下排油氣時期，就必須確定出源巖生排油氣時期和源巖向下排油氣超壓形成時期。

要確定源巖生排油氣期，需利用源巖發育及其地化特征，源巖生排油氣量計算方法［18］計算源巖在不同地質時期生排油氣量，繪制源巖生排油氣量隨時間變化關系曲線（圖1），便可以得到源巖生排油氣時期，如圖1中ts至現今時期。

要確定源巖超壓形成時期，需利用鉆井泥巖聲波時差隨埋深變化關系，源巖超壓開始形成時期確定方法確定研究區源巖超壓開始形成時期［19］。利用源巖聲波時差資料，等效深度法建立的源巖現今超壓值的計算方法［20］求取目前研究區源巖超壓值，源巖古超壓恢復方法［21］，便可以得到不同地質時期源巖超壓值的變化，據此便可以得到源巖超壓形成時期，如圖1中tc至現今時期。

由于油源斷裂向下輸導油氣要克服地層孔隙流體壓力、浮力和斷裂帶毛細管力的綜合阻擋，因此源巖中并非全部超壓均可以起使油源斷裂向下輸導油氣的作用。只有源巖超壓值大于上述3 種阻力后，油源斷裂方可向下輸導油氣。源巖向下排油氣所需的最小超壓確定方法［22］，確定研究區源巖向下排油氣所需的最小超壓值。據此便可以得到源巖向下排油氣超壓開始形成時期，如圖2中tp時期。再與源巖超壓形成時期疊合，便可以得到源巖向下排油氣超壓形成時期，如圖2中tp至現今時期。

將上述已確定出的源巖排油氣時期與源巖向下排油氣超壓形成時期疊合，便可以得到源巖向下排油氣時期（圖1）。

將上述已確定出的油源斷裂活動時期與源巖向下排油氣時期疊合，便可以得到油源斷裂向下輸導油氣時期，如圖1所示。

3 應用實例

選擇的應用實例為三肇凹陷扶楊油層，其位于松遼盆地北部。運用上述方法對其油源斷裂向下伏扶楊油層輸導油氣時期進行預測，并通過厘定結果與目前三肇凹陷扶楊油層由流體包裹體均一溫度所確定出的油氣成藏期是否相同進行驗證，證明此方法對于預測油源斷裂向下輸導油氣時期的準確性。

位于松遼盆地北部中央坳陷區的三肇凹陷，一直是松遼盆地油氣勘探的關鍵地區。該區油氣鉆探揭示的有下白堊統的火石嶺組，沙河子組、營城組、登婁庫組和泉頭組，上白堊統的青山口組、姚家組、嫩江組、四方臺組、明水組和少量的新生界地層，目前三肇凹陷中淺層已發現油氣主要分布在位于泉三、四段的扶楊油層和姚家組的葡萄花油層，以扶楊油層油氣最為富集，其上的青一段源巖是油氣的主要來源，屬于上生下儲式生儲蓋組合。上覆青一段源巖生成油氣主要受到超壓的影響由油源斷裂向下輸導至扶楊油層中［23-24］，并在油源斷裂附近聚集成藏。因此，能否準確地厘定出三肇凹陷油源斷裂向下伏扶楊油層輸導油氣時期，對于更深刻地搞清油氣在扶楊油層油源斷裂附近的分布情況及能夠更高效進行油氣勘探十分關鍵。

由三維地震解釋成果可知，三肇凹陷扶楊油層可以劃分出多種斷裂，但與青一段源巖和扶楊油層相連，同時活動時期在油氣成藏期——明水組沉積末期［25］的斷裂，即油源斷裂主要有3 類，分別為早期走滑伸展-晚期伸展（Ⅴ）和早期走滑伸展-晚期張扭（Ⅵ）及走滑（Ⅶ）3 類斷裂，這3 類斷裂在三肇凹陷大面積發育［26］，可作為青一段源巖生成油氣向下伏扶楊油層運移的輸導通道。利用三維地震資料對三肇凹陷扶楊油層內油源斷裂在不同層位的斷距進行統計，斷裂古斷距恢復方法［27］恢復其古斷距，再除以其活動時期，便可以得到三肇凹陷扶楊油層油源斷裂在不同層位古活動速率分布圖，如圖3所示。由圖3中可以看出，三肇凹陷扶楊油層油源斷裂有2 個主要活動時期，火石嶺組—營城組沉積時期和青山口組—姚家組沉積時期。利用構造反轉期還可以識別出油源斷裂的另外3 個活動時期［27］，即嫩江組沉積末期、明水組沉積末期和古近系沉積末期。綜上可知，三肇凹陷扶楊油層油源斷裂活動時期共有5 期，即三肇凹陷扶楊油層油源斷裂主要有火石嶺組—營城組沉積時期、青山口組—姚家組沉積時期、嫩江組沉積末期、明水組沉積末期和古近系沉積末期。

圖3 三肇凹陷不同層位油源斷裂古活動速率Fig.3 Paleo-activity rate of oil source faults in different horizons in Sanzhao Sag

三肇凹陷青一段為深湖相沉積，暗色泥巖發育，最大厚度在凹陷中心可達80 m 以上［23］。三肇凹陷青一段源巖有機質豐富，有機碳質量分數平均可達到3.125%，氯仿瀝青“A”質量分數平均可達到0.5%，生烴潛量（S1+S2）平均可達到24 mg/g，有機質干酪根類型主要是Ⅰ型和ⅡA型，有機質已進入成熟階段（Ro為0.6%～1.2%），能夠給下伏扶楊油層提供充足油氣來源。源巖生排油氣量計算方法［18］計算得到三肇凹陷青一段源巖生烴量隨時間變化關系，如圖4所示。由圖4中可以看出，三肇凹陷青一段源巖在嫩五段沉積早期開始生成油氣，在明水組沉積末期開始大量生成油氣，至今尚未達到生烴高峰期，因此可將嫩五段沉積早期至現今作為三肇凹陷青一段源巖生排油氣時期。

圖4 三肇凹陷油源斷裂向扶楊油層輸導油氣時期厘定Fig.4 Determination of hydrocarbon transport period from oil source faults to Fuyang reservoir in Sanzhao Sag

由聲波時差資料可知，三肇凹陷青一段源巖普遍欠壓實，存在超壓。徐14 井作為研究區典型井，根據其鉆井聲波時差與深度之間關系（圖5），源巖超壓開始形成時期確定方法［19］，可確定出嫩四段沉積時期是三肇凹陷青一段源巖超壓開始形成的最主要時期，如圖6所示。

圖5 徐14井泥巖聲波時差與深度關系Fig.5 Relationship between mudstone acoustic moveout with buried depth in Well Xu 14

圖6 三肇凹陷青一段源巖超壓形成時期Fig.6 Overpressure formation period distribution of source rock in Member Qing-1 of Sanzhao Sag

利用青一段源巖聲波時差資料，源巖超壓值計算方法［20］可以計算得到三肇凹陷青一段源巖超壓平均在12 MPa 左右。源巖古超壓恢復方法［21］，便可以得到不同地質時期三肇凹陷青一段源巖超壓值的變化，據此可以得到三肇凹陷青一段源巖超壓形成時期約為嫩四段沉積時期至現今時期（圖4）。

利用由鉆井資料統計得到的三肇凹陷油氣成藏期——明水組沉積末期青一段源巖古超壓［20］與目前扶楊油層已發現的油底深度（可近似地看作是油源斷裂向下輸導油氣的最大深度）之間關系（圖7），可以得到三肇凹陷青一段源巖向下排油氣所需的最小超壓約為5 MPa，據此可以得到三肇凹陷青一段源巖向下排油氣超壓開始形成時期約為明一段沉積末期，將其與三肇凹陷青一段源巖超壓形成時期結合，便可以得到三肇凹陷青一段源巖向下排油氣超壓形成時期約為明一段沉積末期至現今時期（圖4）。將上述已確定出的三肇凹陷青一段源巖向下排油氣超壓形成時期與源巖生排油氣期疊合，便可以得到三肇凹陷青一段源巖向下排油氣時期約為明一段沉積末期至現今時期。將上述已確定出的三肇凹陷扶楊油層油源斷裂活動時期與青一段源巖向下排油氣時期疊合，便可以得到其油源斷裂向下伏扶楊油層輸導油氣時期應為明水組沉積末期和古近系沉積末期，如圖4所示。

圖7 三肇凹陷青一段源巖古超壓值與扶楊油層油底深度關系Fig.7 Relationship between paleo-overpressure value of source rock and oil bottom depth of Fuyang reservoir in Member Qing-1 of Sanzhao Sag

利用扶楊油層儲層流體包裹體均一溫度［28］，結合埋藏史和熱史確定出的三肇凹陷扶楊油層油氣成藏期為明水組沉積末期和古近系沉積末期，正好為油源斷裂向下輸導油氣至扶楊油層時期。這是因為只有明水組沉積末期與古近系沉積末期的油源斷裂活動期，青一段源巖超壓才能大于油源斷裂向下伏扶楊油層輸導油氣所遇到的各阻力，且此時期青一段源巖已開始大量生成油氣，應是油源斷裂向下伏扶楊油層輸導油氣時期，有利于油氣在扶楊油層內油源斷裂附近聚集成藏，油氣鉆探才能發現油氣；否則無油氣發現。

4 結 論

（1）油源斷裂向下輸導油氣時期應是油源斷裂活動時期與源巖向下排油氣時期的耦合時期，其中源巖向下排油氣時期應是源巖生排油氣期與源巖向下排油氣超壓形成時期的耦合時期。

（2）通過斷裂生長指數或地層剖面伸展率或活動速率，確定油源斷裂活動時期；通過源巖生排油氣時期和源巖向下排油氣超壓形成時期，確定源巖向下排油氣時期，二者疊合建立了一套油源斷裂向下輸導油氣時期的厘定方法，經實例應用，結果證實了該方法用于厘定油源斷裂向下輸導油氣時期是可行的。

（3）松遼盆地北部三肇凹陷油源斷裂向下伏扶楊油層輸導油氣時期應為明水組沉積末期和古近系沉積末期，與扶楊油層儲層流體包裹體均一溫度確定的油氣成藏期是一致的。