“高等石油地质学”文献综述 断裂与油气成藏的关系 班 级：地学研11-6班 姓 名：张 鹏 学 号：S11010203 2012年4月6日摘 要 含油气盆地的断裂构造是决定油气分布的重要因素，断层既能作为油气运移的通道，又能作为遮挡体形成断层圈闭，具有双重性。它的存在对于油气运聚成藏具有鲜明而重要的作用。本文研究断裂输导体系，通过对其构成、特征、组合及其与油气成藏的关系分别进行研究，对断层封闭和开启作用有了一定的认识，断裂系统对油气运聚成藏体系的控制作用对于指导油气勘探具有重要意义。 关键字：断裂输导系统；油气成藏；断裂封闭性；断裂与油气生成、运移、聚集第1页（共10页） 一、 前 言 油气藏的形成、破坏和再形成与断裂作用密切相关，断层是控制油气运聚和散失的主要因素，因此断层作为流体重要的纵向输导体，在油气藏中具有重要作用[1]。关于断层对油气运聚所起的作用，国内外学者作了大量研究，一些学者认为断层只是作为油气运移的通道或油气运移的遮挡面，以Allan和Dowrey等为代表的学者认为：断层既不是油气运移的通道，也不是封堵面，断层的封堵性取决于断裂两盘的岩性对接关系和地层形态。目前多数学者认为，断层既是油气运移通道，又是油气封堵面，具有开启和封闭双重性（Chapman，1981；Hooper，1991；吕延防等，2002）。当断层在某一部位开启，会导致油气的纵向或侧向的运移，而在某一部位封闭时，则会导致油气的聚集成藏。一般来说，小断层本身既不起通道作用，又不能作为遮挡体。是否封闭主要取决于两盘的岩性配置。大断层主要以断面本身作为通道或遮挡体，通常大断层在沉积盖层内是封闭的，但作为构造软弱带，当超压层的孔隙流体压力积累到足以克服断面正应力时，超压流体可以沿着断层快速向上运移．尤其是在张性断裂活动期的断面正应力相对减小．更有利于流体运移。在超压流体沿大断裂周期运移过程中，水体运动占主导地位。油气在水湿孔隙介质中的运移还受毛细管阻力的影响。以不同相态存在的油气随流体周期运移的方式和距离不同而存在较大差别．并沿断层形成不同的复式油气聚集[1,2,5]。 油气勘探实践表明，断裂在油气成藏与分布中起到了非常重要的作用。它不仅仅是作为油气聚集的遮挡物，更重要是作为连接源岩与圈闭之间“桥梁与纽带”， 使油气得以聚集成藏。然而，断裂作为一种重要油气运移的输导系统，它明显不同于连通砂体输导系统, 也不同于裂缝输导系统，它不仅输导油气的效率高，而且可以进行油气穿层长距离运移，使油气运聚成藏的空间范围相对较大，油气分布范围大[7,12]。因此, 开展断裂输导系统的构成、特征、组合类型以及断裂与油气成藏的关系研究，对于油气运聚成藏与分布研究以及指导勘探具有重要意义。 第2页（共10页） 二、 断裂输导系统 2.1 断裂输导系统的构成 油气在地下岩石中的运移，无论其以何种相态，它们均是通过岩石连通孔隙或裂缝空间或二者组合空间来实现的[6]。对断裂来说，由于其在形成与活动过程中，往往伴生有大量的裂缝产生，这些裂缝彼此连结或与断裂带内破碎岩石孔隙连接沟通，便形成了断裂输导油气的孔隙空间网络通道。因此断裂输导系统应是由裂缝或裂缝―孔隙网络组成的[8]。 然而, 根据断裂性质的不同，可以将其分为张性正断层和压性逆断层，如图1所示。由于它们所形成的裂缝性质不同，其输导系统的构成也将存在着一定的差异。 图1 断层输导系统构成示意图 2.2 断裂输导系统的组合类型及特征 2.2.1 断裂输导系统的组合类型[5,14] 根据断裂与其他输导体组合的差异，可将断裂输导体系划分为四类：断裂型、断层—连通砂体型、断裂—不整合面型和断层—连通砂体—不整合复合型输导体系。不同类型的断裂输导体系对油气藏的形成控制作用不同。 2.2.1.1 断裂型输导体系 这类输导系统主要形成断块、背斜、构造—岩性、断层遮挡等油气藏，它们主要分布在生烃凹陷上方，是生油凹陷中深层油气通过断裂输导系统向上运移在洼部各种圈闭中聚集成藏形成的。 第3页（共10页） 2.2.1.2 断裂—连通砂体型输导体系 这种输导体系主要形成断块、背斜、断层—岩性、断层遮挡、地层超覆、岩性尖灭等油气藏，但它们则主要分布在盆地或凹陷中的古隆起或斜坡上的各种圈闭中运移聚集成藏。 2.2.1.3 断裂—不整合面型输导体系 这种输导体系主要形成基岩风化壳地层不整合或背斜、断块、断层遮挡或断层—岩性等油气藏，主要位于古隆起之上或上方。生油凹陷中生成排出的油气沿断裂与不整合面输导系统向古隆起上基岩风化壳、地层不整合或其上方各种与断层有关圈闭中运移聚集形成的。 2.2.1.4 断裂—连通砂体—不整合面复合型输导体系 这种油气输导体系可形成各种类型的油气藏，可分布于盆地或凹陷上方各种圈闭中，是生油凹陷生成排出的油气沿断裂与连通砂体、不整合面组成形成的输导系统运移集形成的。 2.2.2 断裂输导系统的特征 断裂输导系统是油气在地下垂向运移的重要通道形式之一，它与连通砂体、不整合面输导系统相比具有如下两个特点： (1) 断裂是油气穿层、长距离乖向运移的主要途径 沉积盆地或凹陷由于受水进、水退周期性的影响，往往在地层剖而上形成砂泥互层组合．油气在地下的垂向运移既要穿过那些砂岩层运移，又要穿过那些泥岩层运移。由于泥岩层具有较砂岩更低的孔渗性，排替压力高，在特定的地质条件下，其内部还会存在异常高压，致使在通常地质条件下油气是无法通过泥岩层进行垂向渗滤运移的。裂缝和断裂的出现均可使那些致密无疑、油气无法通过的泥岩层出现薄弱处，形成裂缝网络通道。使其阻力明显减小，油气顺利通过泥岩层垂向运移。然而，由图2a中可以看出，裂缝虽然也可以使油气穿过泥岩层运移，但由于其规模通常相对较小，延伸距离短，一般只能穿达一个泥岩层，油气垂向渗滤运移距离短，而断裂规模大。在地层空间上的延伸距离远，可同时穿达几个泥岩层，油气可以进行长距离的垂向渗滤运移，如图2b所示。由此看出，断裂输导系统是油气进行穿层、长距离垂向运移的主要途径[3-8]。 第4页（共10页） 图2 油气垂向运移距离与输导系统关系示意图[5] (2) 周期性 由上可知，断裂输导系统是油气进行穿层、长距离垂向运移的主要途径，然而断裂并非世界地质年总可以作为油气运移的通道，它能否成为油气运移的通道关键在于其内裂缝网络通道是否存在，断裂只有处于活动开启阶段，其内的裂缝网络通道才会存在，油气才可以通过其运移[13]。随着断裂活动的停止，断裂在上覆沉积载荷和区域压应力的作用下，断裂带紧闭。尤其是与断层所受到的正压力超过泥岩塑性变形强度时，断裂带中的泥质填充物产生塑性变形，堵塞断裂带紧闭遗留下来的渗漏空间，而形成垂向封闭，从而阻止了油气的垂向运移。与上同理，这种垂向运移也会因后期构造运动引起的断裂活动开启而再次发生，如此周而复始地油气在地下发生着垂向渗滤运移。由此看出，断裂输导系统的周期性受构造运动周期性的控制，构造运动的周期性越长，断裂输导系统的周期性越长；反之则越短。第5页（共10页） 三、 断裂与油气成藏的关系研究 油气勘探实践表明：作为地壳中最重要的构造之一，断裂广泛发育于含油气盆地中，对油气生成、运移及聚集成藏起着非常重要的作用；国内外学者已从多个方面对其进行了研究和探讨。总的来说，目前断裂与油气成藏关系的研究主要集中于以下四个方面[9,10]：(1) 断裂封闭性研究，(2) 断裂与油气生成的关系研究，(3) 断裂与油气运移的关系研究，(4) 断裂与油气聚集的关系研究。 3.1断裂封闭性研究 Smith(1996)系统地论述了封闭性断层与非封闭性断层的理论判别模式。通常情况下，由于泥岩与砂岩相比，孔渗性差，排替压力高，当砂岩与泥岩对接时，泥岩便可对砂岩中的油气起到封闭作用，即所谓砂泥对接封闭机理。 断裂带中填充物泥质含量大小是影响断裂封闭性的主要因素之一。断裂填充物中泥质含量越高，其孔渗性越差，排替压力越高，形成封闭性的可能性越大；反之越小。断裂带填充物的岩性主要受到其断移地层岩性和断距大小的影响。 断裂面的封闭程度是影响断裂封闭性的因素之一。断裂面的紧闭程度主要与断裂面所受到的压力大小有关，断裂面所受到的压力越大，断面的紧闭程度越好；反之则越差。断裂要在垂向上形成较强的封闭性，必须要有较高的断面压力外，还必须要求断裂断移地层岩性以泥质岩为主，才能确保断裂在垂向上形成较强的封闭性 [10]。 杨喜贵(2001)依据泥岩的弹性变形极限和强度极限所对应的埋深，将断裂带中泥质成分连续分布的断裂垂向封闭性在纵向上划分成为3个部位，即上部开启部位、中部泥质成分塑性流动垂向封闭部位和下部泥质成分破碎填充垂向封闭部位[15]。 断裂的封闭性对油气成藏具有重要的影响。断裂不仅可以成为油气运移的通道，而且封闭的断裂可以为油气聚集提供边界条件。惠民凹陷西部的临南洼陷是该凹陷的主要生烃中心，其南侧的夏口断裂的封闭性控制了临南地区的油气运移方向和油气藏分布。位于该断裂西段的临南油田油气藏的形成有赖于断面阻隔了油气继续向临南斜坡运移，而位于该断裂中段的曲堤油田的形成是因为断裂面不封闭，成为来自临南洼陷的油气运移至断层上盘断块圈闭成藏的输导通道[3,4]。 3.2断裂与油气生成的关系研究 前人研究成果表明，断裂与油气生成关系非常密切，主要体现在以下三个方第6页（共10页） 面： (1) 烃源岩是在长期继承发育的负向构造单元中形成的，而不同规模的断裂则是这些烃源岩赖以形成的负向构造单元的边界条件和控制因素。郭占谦[18](1996)在研究松辽盆地构造特征与油气关系时得出，断裂活动控制着物源沉积体系、沉积体系域和沉积相带，从决定了烃源岩的分布。 (2) 断裂活动所引起的高地温场，有助于加快烃源岩向油气转化的速度。不同活动性质的断裂所控制的盆地，其地温明显不同，正断裂发育的拉张型盆地的地温显然要比逆断裂发育的挤压型盆地的地温高，从而降低了盆地内烃源岩的生烃门限深度，更易生成油气。 (3) 沿断裂运移上来的深部热流体，对成烃也有着重要的作用。金之钧等[19](2002)对东营凹陷深大断裂附近大芦湖油田的烃源岩和远离深大断裂的牛庄油田的烃源岩进行了对比：深部流体活跃区烃源岩TOC低于稳定区，但是抽提物却高于稳定区，表明活跃区的产烃率可能高于稳定区。深部流体中的氢与有机质反应从而增加烃的产率，同时深部流体携带的各种金属元素可以成为烃源岩生烃的催化剂，加速烃类的生成。 3.3断裂与油气运移的关系研究 目前，人们普遍认为，油气在二次运移中的通道主要有储集层的孔隙、裂缝、 断裂和不整合面。关于断裂在油气运移中的作用，以往的研究主要集中在以下3个方面[9]： (1) 断裂活动与油气运移的方式 由于断裂的活动，引起岩层中裂隙的引张、开启，岩石孔隙增大，从而促使断裂破碎带中的流体压力下降，导致岩层内流体向断层运移，油气源岩内及早先储集在断裂下方岩层中的油气向断裂带快速运移。阎福礼等[20](1999)将其称之为油气运移的地震泵作用。断裂的活动具有周期性，当断裂活动时，可引起油气沿断裂周期性流动，充注到圈闭中。在东营凹陷的油气储集层中发现的沸腾包裹体，为地下油气流体的“脉动式”或“突发式”充注提供了极为重要的证据。 (2) 断裂与油气运移的方向 油气作为地下岩石中的孔隙流体，其运移和聚集规律应受到流体势空间分布特征的控制，即由高势区向低势区运移，在闭合的低势区内聚集成藏。而断裂的存在可以很大程度上影响流体势的空间分布特征。郭占谦(1996)从松辽盆地大庆长垣以西地区萨尔图层的流体势场图与深大断裂的关系发现，流体势场梯度带和第7页（共10页） 低势能区均沿深大断裂分布[18]。流体势的梯度带和低势能区正是油气运移的指向区带。 (3)断裂是油气运移的通道 断裂在活动的时候，断裂两盘的岩层相互错动，造成岩层的破碎、张裂，使断裂带的孔隙度、渗透率均不同程度的增大，这为油气运移提供了有利的通道。断层可独立作为油气运移的通道，但更多的情况是与其他运移通道组合形成运 移通道。如与砂体组合成砂体-断层运移通道模式；与不整合面组合形成不整合面-断层运移通道模式；与砂体、不整合面组合形成砂体-断层-不整合面运移通 道模式[9]。 3.4断裂与油气聚集的关系研究 在断裂活动的过程中，会形成与断裂有关的各种圈闭，从而控制了油气的聚集。罗群 (2004)提出了断层体圈闭的概念，若一个具有储集条件的断层体周缘被封闭，且其上方又有良好的封盖条件，便可形成断层体圈闭。勘探实践表明： 断裂两盘油气聚集差异现象十分普遍。油气富集在断裂的上盘还是聚集在断裂的下盘，主要取决于断距与储盖层的厚度关系、断裂倾角、区域盖层之下断裂断开烃源岩或油气层的层数、断裂形成或活动时期与主力烃源岩排烃高峰时期的匹配关系等4个主要因素[16-17]。
