断裂控制油气作用
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发布时间：2022-05-30 00:54
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时间：2023-09-11 01:30
断裂对油气移聚起重要控制作用，而且越来越为石油地质工作者关注和研究。不论我国东部油田，还是西部油田多数都与断裂构造有直接或间接关系，断裂既可沟通油源起输导作用，又是油气停留聚集场所。通常断裂带就是油气聚集带，断裂某种部位就是油田(藏)所在处地。由断裂导生的局部构造或圈闭，近油源的往往充注程度高。原苏联的石油地质学者研究指出:原苏联大多数著名的石油和天然气田，或是直接在断层带内，或是在其附近。东欧地台的油、气田往往产在晚古生代、中生代和新生代活动的一些断裂内。在图兰地台靠近断裂带宽15～20km范围内石油和天然气工业储量最大。在布哈拉等断裂带，所含的工业储量，分布在宽达30～35km的一个条带内，而且最大储量产在宽20km的靠近断裂带内。也有学者认为，较大型的油气田不产在主断面区内，而是远离主断面分布或者产在羽状断层带内。这些经勘探实践证实的断裂控油实例，足以表明断裂控油具有普遍性。准噶尔盆地油气田分布规律与断裂分布规律有极好的相关性。断裂对油气运聚有重要贡献，断裂及断层或构造裂缝的垂向运移油气占主导地位，逆掩断层下盘油气聚集丰富，所获油流最大。断裂对于其范围内的石油及天然气田的分布以及油藏的形态和规模大小有着重要的影响。
4.5.1准噶尔盆地断裂体系控制不同时期烃源岩油气分布
(1)准噶尔盆地石炭系烃源岩油气分布
生油气区与油气分布范围，西部达西北缘，中部呈东西带状，北东缘呈北西向，东南部则呈近南北向。油气井及油气田西北缘有克拉玛依油田、拐148、风3井;中部有石西油田、滴西5、滴西8、滴西9、滴西2、滴西4、彩25、彩参1;北东有滴北1;东部隆起地区有北9、沙南油田及吉15井。油气分布范围受北东向、北西向、东西向及近南北向构造多体系构造成分联合控制。
(2)准噶尔盆地二叠系烃源岩及油气分布(图4.15)
本区二叠系烃源岩及油气分布，总体呈NW－SE向斜贯于盆地中北部，从西起西北缘克拉玛依油田群，中间到中部陆梁油田—盆参2井油田，东至大2井油田—二台油田，这三条油田带大体近等间距分布，由西北向南东错列展布，暗示着北西向西域构造体系主控作用，又显示出多体系联合、复合控油特点。西北缘克拉玛依油田、夏子街油田，呈弧形受准噶尔弧形构造西翼构造带限控;西缘红山嘴油田、车排子油田由南北向红车断裂控制;盆腹陆梁和莫北地区的陆梁油田、石南油田、石西油田、莫北2油田与北西向构造相关;庄1、盆5及盆参2油田位于北西向马桥凸起上;东部彩参2、火烧山油田、沙南油田及甘南油田带受北东向和南北向构造带所控。
(3)准噶尔盆地侏罗系烃源岩及油气分布
侏罗系烃源岩油气呈半环状分布于盆地中部和南部，由南而北依次为干气区、生油区，油气分布范围皆呈半环状，西窄东宽。北起中部1区块庄1，向东经石西1与莫北2之间一线再东至滴西1，为其北部边界。东界由彩参2－沙南油田—北9油井圈定。南边为北天山山前带的独山子油田—安4－齐古8油田呈北西西向分布，从分布范围和单体油田及油田带、群排组特点分析，其主控构造体系为纬向系，同时又受西域系复合影响(以南界形态为显著)。与生油凹陷、构造展布方向相协相应而成统一体。
(4)准噶尔盆地古近系烃源岩及油气分布
古近系烃源岩油气分布范围远比二叠系、侏罗系烃源岩油气分布范围小，集中于北天山山前西部，亦呈半环状，北西向分布，北界卡6－石河子一线，南为天山山前构造带，其内有西湖油田、独山子油田及霍尔果斯油田，皆受控于EW－NWW向断裂、局部构造。
图4.15 准噶尔盆地二叠系烃源岩及油气田分布图
4.5.2不同断裂构造体系方向性控制油气田(藏)空间分布方位性
盆地西缘南北向断裂发育，相应的油气分布呈南北向，如车排子油田，红山嘴油田。西北缘油田受北东向压、压扭性断裂制约，多为北东向分布。南北向断裂与北东向断裂联合构成弧形，进而形成了西北缘油气田(藏)为新月形展布。盆腹地区陆梁、莫北地区近东西向、北西向及北东向油气分布带则沿滴水泉东西向断裂、北西向与北东向断裂带分布。东部隆起区五彩湾油田、火烧山油田、沙南油田以及三台北油田等，皆分布于北东向断裂与北西向断裂带内及附近。准盆南缘油气田，单个油田和油田带呈东西向伸展，显然受纬向系断裂构造*成藏。
4.5.3断裂型式控制油气田(藏)分布型式
盆地西北缘克拉玛依油田反S形受制于反S形断裂，剖面雁行状断裂形成了阶梯状油气田(藏)分布，风成城帚状构造成生了风成城帚状沥青矿等。
4.5.4断裂构造不同部位发育着不同类型油气藏
断块油藏、断鼻油气藏、断背斜油气藏等均与断裂构造及其组成形式的不同构造部位相关。有的分布在断裂尾部、弧形弯曲内部、背冲夹持、对冲夹持、同向夹持、侧向尖灭、再现尖灭等不同构造部位。
断裂控油作用的部位性:
(1)断裂尾端
准噶尔盆地西缘区块断裂系统图中车排子近南北向断裂南北两端分布油田，北端油田在断裂东侧尾部，南端油田位于断裂西侧尾端。
(2)断裂交会部位
准噶尔盆地西缘区块断裂系统图中，红山油田和小拐油田，位于红车断裂北段(走向SN，倾向西)与北西向断裂交会部位(倾向南西、逆冲性质)。油田总体近SN向分布，主控为红车断裂。
4.5.5断裂力学性质转化者突显断裂对油气输导与封堵双重作用
如独山子油田的独山子断裂系统，断裂具封闭性聚集油气，当油压增加到能冲破断面壁时，则断裂开放，油气泄漏，泥火山间歇发生了喷发，泄出油气，断裂破坏油气藏。
4.5.6凸起与凹陷边界断裂
利于输导富油气凹陷油气向古凸起边缘富集，如莫北油田和石西油田。深层断裂控制的古鼻凸、古隆起及斜坡有利油气聚集成藏。临近深坳陷的北东向、北西向及东西断裂联合、复合，成生油气呈环状分布，如玛湖坳陷四周油气田(藏)。
4.5.7油气输导系统组合分析
李四光指出:“石油成生时，在分散的情况下，生产出来的点滴石油混杂在泥砂之中，是没有工业价值的，必须经过一个天然的程序，把那些分散的点滴集中起来，才有工业价值。这个天然的程序就是含有石油的地层发生了褶皱和封闭性的断裂运动。所以，我们找石油的指导思想:第一，要找生油区的所在和它的范围以及某些含有油气苗的征象;第二，进一步查明适合于石油、天然气和水聚集的处所，即储油构造。”
我们知道区域应力场使含油地层发生褶皱后，其背向斜局部应力场恰相反，背斜应力值低或变为拉应力，利于油气向其运聚。封闭性的断裂活动，可封堵油气成藏和油气充注。因此背斜的控油作用和断裂运动是油气成藏重要动力因素，背斜和断裂带也是油气聚集场所。
(1)断裂起通道作用的机理分析
(a)断裂带通常为低应力部位。岩石变形过程中，在未破裂前是高应力部位，微裂隙发育，体积膨胀，孔隙度和渗透率增加。一旦破裂，应力释放，就是低应力区。断裂形成时或断裂过程中，岩内高压流体，自然向低压处流渗，断裂是自然通道。美国学者对圣安德列斯断裂进行了现今地应力测量，其应力数值是断裂带应力值低，断裂带与正常岩石过渡带应力渐增，而远场正常地区应力值高。实际测量结果证实了断裂带应力低。
断裂带成为油气运移的通道，既源于断裂带岩石破碎，有空间，又在于断裂带与邻界岩块存在应力差，是应力差驱使油气沿断裂运移。
(b)断裂活动时一般是通道作用最强。断裂带本身不是单一裂面，同时发育相应平行的同方向的不同性质(有压有张)、不同方向、不同序次、不同级别的配套断裂、裂隙，组成主带和影响带。压性相对封闭，张性断裂开放。同一断裂带内与主断裂平行或垂直的张性断裂就是良好的运移通道。从断面形态分析，断面非平直。
(c)断裂活动时，由于剪切热作用，使带内或附近流体增温，易于运移。
(d)断裂活动为深层热释放创造了前提，热能沿断裂向上传导增温流体，流体膨胀撑扩了断裂，利于油气运移。
断裂对油气的破坏作用，这是与通道作用实质相同的问题，油气沿断裂运移，如有适当的圈闭盖层条件则聚集保存，无盖层圈闭条件或断裂通天则移散油气。
(2)不整合面起输导作用分析
不整合面是地壳运动的重要标志，是地层系统中最大的不连续面，上下地层产状不同，岩性、岩相不同，岩石力学性质不同，成岩作用不同及受力作用反应不同。
(a)深浅部地层产状不同，深部地层倾角大，油气易于垂直运移上窜。
(b)上下层岩石力学性质不同，其抗压、抗张强度不同，而在两种不同岩性界面处，其抗压、抗张强度皆低于上下两种岩质的抗压、抗张强度，在界面附近极易发生滑动(滑脱、滑覆)。
(c)不整合面在后期构造变动时，不整合面将像地层一样发生褶皱，会形成众多虚脱空间。这种层系间剥离，为流体垂向、水平运移提供了空间通道。
(d)不整合面，其实是个地质体，是构造运动造成破坏，风化、剥蚀、淋滤过原岩地层、岩体，其孔、渗发生很大变化，裂缝发育，岩质疏松是流体渗流、径流的良好通道。
(3)输导层
输导层是渗透层，其渗透能力有好、有差。渗透性能除取决于孔隙度、渗透率外，尚有其他因素影响输导层的输导功能。
(a)输导层岩质裂缝发育，岩石碎裂较岩石完整者疏导能力高。
(b)输导层厚度比较大，埋深适中，岩层倾角大的地层，输导能力大。
(c)输导层内水平缝合线不发育，构造缝合线发育者，输导能力会较强。
(d)输导层系内裂缝网络纵横密布，扭性裂缝占主导的，其输导能力强。
(e)输导层溶融现象明显，溶洞、溶孔发育者，利于流体运移。
(f)输导层岩石有效孔隙发育也是流体运移的重要有利因素。
(4)准噶尔盆地油气运聚输导组合分析(郝芳等，2002)
上述三个单因素对油气有疏导、运移的作用，然而油气运移常常与三者或三者联合作用相关，其配合、排比与匹配有多种类型和格架。
(a)准噶尔盆地西部静水压力系统砂体/不整合—断裂组合型油气输导格架(图4.16)。断裂沟通油源，三个因素匹配输导油气。
图4.16 准噶尔盆地西部静水压力系统砂体/不整合－断裂组合型油气输导格架
(b)准噶尔盆地东部静水压力系统断裂贯通型油气输导格架(图4.17)，静水压力将流体举升至烃源层高部位，然后由断裂通向储层。
(c)准噶尔盆地莫北凸起－盆1井西凹陷断裂－砂体/不整合组合型油气输导格架(图4.18)。油气沿断裂作垂向运移，砂体和不整合促使油气侧向运移，水力破裂缝是油气上下移出的小通道。
图4.17 准噶尔盆地东部静水压力系统断裂贯通型油气输导格架
图4.18 准噶尔盆地莫北凸起—盆1井西凹陷断裂—砂体/不整合组合型油气输导格架
莫北凸起，不论静水压力系统层系还是超压系统层系以垂向运移为主导，盆1井西凹陷在两个压力系统中垂直与侧向运移并重。
(d)准噶尔盆地马桥凸起—昌吉凹陷断裂—砂体/不整合组合型油气输导格架(图4.19)。
两个构造带静水压力系统(J1b、J1s)砂体水平侧向输导运移。超压系统:昌吉凹陷、马桥凸起垂向输导由断裂沟通，并汇聚两侧侧向运来之油气向砂体输入。
P2w上部层位、T及J1b下部分岩层以侧向输导为主。
(e)准噶尔盆地呼图壁背斜超压系统断裂贯通型油气输导格架与压力剖面(图4.20)。
背斜具双层结构，深部背斜平缓，被三条近直立断裂分割，其中南侧断裂与中间断裂早期逆断，后期负反转，三条断裂垂向运移油气(T+P、J油源岩油气)到K地层中，并直送到E21－2地层，被切割浅部背斜的冲断层侧向封堵成藏。
图4.19 准噶尔盆地马桥凸起—昌吉凹陷断裂—砂体/不整合组合型油气输导格架
图4.20 准噶尔盆地呼图壁背斜超压系统断裂贯通型油气输导格架与压力剖面
(f)准噶尔盆地独山子背斜超压系统断裂贯通型油气输导格架与压力剖面(图4.21)。
独山子油田是老油田，背斜构造控油。斜切背斜北翼的逆断层，输导古近系烃源岩油气到上部N1s层系成藏。该断层下部是油源断裂，上部是封堵油气成藏遮挡封闭性断层。背斜顶轴部有间歇性泥火山，顶部断层时开时闭，油气压力时大时小。反映南北挤压应力大于油气内压时，泥火山不外泄油气及泥砂，应力小于油气内压时油气向外喷发，气体点火可燃。
图4.21 准噶尔盆地独山子背斜超压系统断裂贯通型油气输导格架与压力剖面
4.5.8吐哈盆地断裂构造对局部构造、圈闭的控制作用
吐哈盆地发展演化中，经历多次断裂活动，形成了多种类型局部构造和圈闭，为油气储集提供了空间场所。据统计(吴涛等，1997)，在发现的86个圈闭中，断背斜52个，占圈闭总数的34%;断鼻65个，占圈闭总数的20%;断块和地层圈闭共53个，占圈闭总数的21%;背斜48个，占圈闭总数的19%。不难看出，与断裂有关的圈闭占绝大多数。
(1)局部构造和圈闭分布特点
平面上，沿断裂带呈近东西向、北东向和北西及弧形带状分布;受压扭性断裂形成的局部构造呈雁行状排列;由压性断裂导控的局部构造多为串珠状分布;棋盘格式断裂*的局部构造多为棱形或方形布列，压扭断裂旁侧局部构造显入字型展露;北西向断裂与北东向断裂变化地带，局部构造交叉状分布;旋扭断裂影响、切割的局部构造呈反S状，如红陵构造构造单元上。台北凹陷局部构造发育，托克逊凹陷、哈密坳陷相对不发育。局部断裂上盘居多，而下盘相对少;弧形断裂弧湾内侧利于形成局部构造;断裂交叉部位多形成断块圈闭。
(2)本区典型局部构造或圈闭特征
依照导控局部构造的断裂条数、断裂作用方式和局部构造形态，对典型的背斜、断背斜、断鼻及断块构造选择分析陈列其基本概貌。
油源断裂:
油源断裂在油气成藏中无疑是一项关键因素，是不可缺少的作用。关于油源断裂其含意可从几个方面理解或说明。其一是指生油岩系(油源岩)在初始形成时，断裂构造环境在其沉积过程中对岩层厚度、有机类型、深度、分布范围的制约作用;其二是通常指沟通油气源与储集层系并促使成藏的断裂为油源断裂;其三是对原先油气藏起再分配形成了次生油气藏的通道断裂，为油源断裂。
油源断裂导油作用强度与断裂性质、规模、活动时期及构造型式相关。压性、挤压兼扭动性断裂构造带较大、较宽，波状分布，岩石破碎严重，挤压强烈、片理化发育，一般断层不同部位垂向运输能力有大、有小;平错(水平扭动)扭性断裂或以扭为主断裂，断裂陡倾，断面光滑，切割较深，其垂向疏导能力最强，尤其一对X(扭)断裂交叉处疏导流体如流柱;张或张扭断裂，因切割浅，裂缝不发育，垂向运移油气层位有限。断裂的开启时期与油气的排出时期配置，是影响断裂进行垂向运移的关键。断裂的活动期与油气的排出期同步时，非常有利于油气沿断裂进行垂向运移。另一方面，油气运移很大程度上取决于油气运移时期断裂活动强度，多次活动。断裂如果由强变弱再由弱变强的活动规律，在运移早期油气即可发生运移形成原先油气藏，而在运移晚期断裂活动既能在浅层形成原先油气藏，又能破坏深层的原生油气藏，从而在浅层形成次生油气藏。因此，使得油气在上下层位皆有分布，形成具有多套含油层系、多油藏类型的复式油气聚集带(马士忠，2007)。前已述及台北凹陷内二级构造带及大部分构造圈闭的形成均与断裂活动有关，与圈闭相伴生的断裂成油气纵向运移的良好通道，已发现的油气藏在其内部或侧翼总有断裂发育。
本区油源断裂发育，控油作用明显。如前隆斜坡(鼻凸)油气聚集带，其重要油源断裂是向前陆坳陷方向延伸的基底断裂。复合正向带油气聚集带，重要的运移通道是基底断裂余动成区域滑脱面及其背景上的小断层。前缘逆冲带油气源聚集带，除了储层作为油气运移通道外，还有滑脱断面错动坳陷主体，利于聚集油气，成为油气运移至处于铲式滑脱断面高部位逆冲带的重要通道。凹中滑脱背斜带，位于生烃区内或附近，油源条件优越，滑脱断面伸入烃源岩层系，是油气运移的重要通道。差异滑脱断裂带油气聚集带，油源断裂呈近南北向伸展，倾角很陡，切穿滑脱断面之上所有盖层，在纵向上形成多套含油层系，利于形成浅层或次生油气藏。山前冲断带油气聚集带，油源断裂为冲断层、基底断裂。梁世君1995年曾对台北凹陷燕山运动时和喜马拉雅运动时主要油源断裂进行了预测分析，认为近EW弧形断裂、NWW向断裂、NEE向断裂及NNE向断裂均为油源断裂。
(3)断裂及断裂型式控制油气田(藏)分布
(a)纬向系中大型边界东西向断裂控盆。
天山纬向系是吐哈盆地主导控制体系，西域系与其复合、联合作用导生盆地发生、发展及演化，使盆地经历了早期的周缘前陆盆地演化阶段，中期的再生前陆阶段及晚期再生前陆阶段，是一个多阶段、多类型复合含油气盆地。体系发展演化过程中出现了挤压构造体系、滑脱构造体系、扭动构造体系及旋扭构造体系。这些局部性构造体系分别受控于局部的构造应力场，但又皆缘于区域性南北向挤压应力场。只是不同时期、不同地段由于边界条件和岩块岩石力学性质有别，局部主压应力作用方式、方向发生变化而成生了多类型局部构造形迹组合。总体上讲长期的南北向挤压，利于盆地稳定发展、继承性强，盆地内坳隆格局易于定格，沉积中心趋于一致，有利于生油坳陷发展，并对沉积层系利于保存，发育了多套煤系生油岩系，成为煤成油气的典型盆地。该盆地是长条状，是纬向系中一个负向构造，其南北边缘断裂为近东西向，其内发育有NW向与NE向扭断裂，后期演化成压扭性，并成为盆地内坳陷、凸凹边界断裂。这些断裂又控制凹陷的沉积相分布。
(b)东西向断裂、北西断裂、北东向断裂及弧形断裂控制油气聚集带。
盆地发育二级构造带30多条，其中油气聚集带分别与近EW向断裂、NWW向断裂、NEE向断裂及近SN—NNE向断裂相依相伴。各带中的局部构造形成圈闭受断裂控制其成生、发展。
(c)断裂带控制油气田(藏)带状分布。
北东向断裂控制油气田(藏)呈北东向带状分布，如温吉桑油田;近SN向断裂控制胜北3号油田、红台2号油气田呈近SN向分布;巴喀油田等受近东西向断裂控制呈EW向分布;弧形断裂控制油气田(藏)于弧湾内侧等(鄯善弧形油田群、带)。
(d)断裂型式不同油气田(藏)分布形貌有别。
棋盘格式断裂控制的油气田(藏)具棋盘格式状，格内油气田形态呈椭圆状，酷似哈密瓜，如勒2井(图4.22);扇形断裂控制多个扇形圈闭，其油田有3个，呈南北向展布的扇形(图4.23)。
图4.22 鄯勒油田七克台组三间房组油藏平面图(据袁明生等，2002)
图4.23 小草湖地区三间房(J2s)顶面构造图(据袁明生等，2002)
(e)雁行断裂多形成雁行状油气田(藏)。如未登油田、温西油田呈NE向左行雁行状;温吉桑构造带丘东3气田为剖面雁行(图4.24)。
(f)旋扭断裂影响油藏平面上显示旋扭形态。葡北油田受近EW向断裂旋扭，使油田形态呈新月状(图4.25)。丘1－丘2井为反S形油田(图4.26)。
图4.24 温吉桑构造带油气成藏模式图(据袁明生等，2002)
图4.25 葡北101井顶面构造及综合柱状图(据袁明生等，2002)
(g)断裂带横跨形成油气聚集带交叉叠置。如鄯善弧形油气聚集带与火焰山油气聚集带发生横跨，其横跨部位油气丰富。
(h)断裂多为逆断裂性质，油气多分布于上盘。
(i)断裂尾端利于油气储集，如葡4井。
(j)反转断裂更利于油气运聚成藏，如伊拉湖油田。
图4.26 丘1－丘2反S形油田分布图
(k)长条状火焰山油气聚集中众多油气田(藏)呈羊肉串状NWW向展布。
