断裂是沉积盆地中最常见的构造变形样式，作用于油气藏形成的整个过程，断裂与油气藏的关系研究一直是石油地质学研究的热点.油气的生成、运移、聚集和保存都受断裂活动的控制(Catalan et al., 1992；郭占谦等，1996; Hindle, 1997；赵文智和池英柳，2000).松辽盆地北部扶杨油层断裂在平面和剖面上均具有密集成带的特点，近几年国内众多学者针对松辽盆地扶杨油层断裂密集带进行了研究，取得较多的成果和认识：扶杨油层断裂密集带的边界断层是油源断层，对油气成藏起主要控制作用(付晓飞等，2009)；断裂密集带是长10区块扶余油层原油聚集主要区域(付广和刘美巍，2010)；断裂密集带对油气二次运移具有横向遮挡、侧向输导作用(陈方文等，2011).但关于断裂密集带的研究还存在一些关键的问题有待解决，例如断裂密集带是否控制油气的优势运移方向；在源内和源外区域断裂密集带中哪些部位有利于聚集油气等.此外，断裂密集带为多种成因机制相互叠加形成，其中的断层具有多期次活动特点.这些使得对断裂密集带成因分析以及其对油气成藏的控制作用研究显得相当复杂.因此，本次研究以松辽盆地三肇凹陷扶杨油层为例，避开断裂密集带的成因分类，按照组合特征将断裂密集带主要划分为4种样式，结合断裂密集带的分布和已探明油气范围分析断裂密集带对油气优势运移方向的控制作用，分别统计源内和源外区域断裂密集带走向与地层倾向的各种匹配方式下断裂密集带各部位探井的成功率，总结断裂密集带的控藏模式.

1.   研究区概况

三肇凹陷位于黑龙江省安达、肇东、肇州和肇源境内，是松辽盆地中央坳陷区内二级负向构造单元，它西与大庆长垣相接，东南与朝阳沟阶地相邻，北与明水阶地、绥棱背斜带和绥化凹陷接壤，面积约为5 570 km²(图 1).

图  1  三肇凹陷构造位置

Ⅰ.升平鼻状构造；Ⅱ.升西次凹；Ⅲ.尚家鼻状构造；Ⅳ.宋芳屯北鼻状构造；Ⅴ.徐家围子次凹；Ⅵ.永乐次凹；Ⅶ.宋芳屯南-肇州鼻状构造

Fig.  1.  Structural location of Sanzhao depression

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松辽盆地构造演化主要经历了断陷前、断陷、坳陷和反转4个阶段(胡望水等，2005).三肇凹陷扶杨油层顶面整体为“四鼻三凹”的构造格局，即宋芳屯北、宋芳屯南-肇州、升平和尚家4个鼻状构造，徐家围子、升西和永乐3个次级凹陷.扶杨油层顶面断层十分发育，平面上断层形成多个密集的条带状组合.

三肇凹陷地层由断陷构造层、坳陷构造层和反转构造层组成，由老到新依次为下白垩统火石岭组、沙河子组、营城组、登娄库组、泉头组；上白垩统青山口组、姚家组、嫩江组、四方台组、明水组；古近系依安组；新近系大安组、泰康组等(刘宗堡等，2008).其中，下白垩统泉头组三、四段地层所对应的杨大城子油层和扶余油层合称为扶杨油层，是研究区的主要目的层之一，属于河流及三角洲沉积环境(张雷等，2010).源岩主要为上覆的上白垩统青山口组一段地层，同时也是扶杨油层的区域性盖层，属于上生下储式生储盖组合(迟元林等，2000).

2.   断裂密集带样式

断裂密集带是一系列走向相同或相近，成因上有一定联系且分布相对集中，并在平面上形成明显条带状的断裂组合.松辽盆地经历了多期构造运动，多种断裂密集带的成因机制在扶杨油层相互叠加(刘宗堡等，2009；陈方文等，2011)，同一条断裂密集带是多种成因机制共同作用的结果.因此，从成因机制上很难对断裂密集带进行分类，同时为了分析断裂密集带对油气聚集的控制作用，按照组合特征将三肇凹陷扶杨油层断裂密集带主要划分为4种样式(图 2)：反向-地堑-反向断阶样式、地垒-地堑-反向断阶样式、反向-地堑-顺向断阶样式和地垒-地堑-顺向断阶样式.

图  2  三肇凹陷扶杨油层断裂密集带样式

Fig.  2.  Types of faults dense belt in Fuyang Formation of Sanzhao depression

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反向断阶由若干倾向相同的正断层和倾向与断层倾向相反的地层所构成；顺向断阶由若干倾向相同的正断层和倾向与断层倾向相同的地层所构成.当地堑两侧均为反向断阶时，形成反向-地堑-反向断阶样式断裂密集带；当地堑两侧分别是地垒和反向断阶时，形成地垒-地堑-反向断阶样式断裂密集带；当地堑两侧分别是反向断阶和顺向断阶时，形成反向-地堑-顺向断阶样式断裂密集带；当地堑两侧分别是地垒和顺向断阶时，形成地垒-地堑-顺向断阶样式断裂密集带(图 2).这4种断裂密集带的共同特点是：地堑均位于断裂密集带的中部；地垒、反向或顺向断阶位于地堑两侧；断裂密集带剖面上呈现为“V”字形.

本次研究在松辽盆地三肇凹陷扶杨油层顶面共识别60余条断裂密集带，对其样式进行划分(图 3).三肇凹陷扶杨油层顶面断裂密集带具有以下4个特点：(1)断裂密集带的走向主要为NNE向和NNW向；(2)反向-地堑-反向断阶样式的断裂密集带数量较多，在凹陷中心和斜坡区均有分布；(3)反向-地堑-顺向断阶和地垒-地堑-顺向断阶两种样式主要分布于凹陷斜坡区，其走向与地层倾向呈大角度相(45°~90°)交，顺向断阶位于断裂密集带远离凹陷中心的一侧；(4)多条断裂密集带距离较近时常发育地垒-地堑-反向断阶和地垒-地堑-顺向断阶样式的断裂密集带，地垒一般位于两条断裂密集带之间(图 3b).

图  3  三肇凹陷扶杨油层顶面断裂密集带平面分布及样式

a.断裂密集带分布；b.断裂密集带样式

Fig.  3.  Distribution and types of faults dense belt in Fuyang Formation of Sanzhao depression

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3.   断裂密集带指示油气优势运移方向

断裂密集带对油气运移具有横向遮挡和侧向输导的双重作用(何登发，2007)，与构造背景相匹配可以指示油气优势运移方向.断裂密集带横向遮挡和侧向输导作用是指：断裂密集带对垂直于断裂密集带走向运移而来的油气有遮挡作用，对沿断裂密集带走向运移而来油气有输导作用(陈方文等，2011).横向遮挡作用是由于断裂密集带剖面呈“V”字型结构，断裂密集带中部均为地堑形成条带状的低势区，断裂密集带临近生烃中心一侧的反向断阶或地垒中的扶杨油层砂岩正好与上覆青山口组泥岩侧向对置，在反向断阶和地垒的上倾方向断层与下盘扶杨油层砂岩形成一系列断层-岩性输导脊(李坤等，2007；林铁锋等，2009；陈伟等，2010).油气在储层中沿上倾方向运移，若其运移方向与断裂密集带走向垂直或呈大角度相交，当其运移至断裂密集带时必然会受到断裂密集带多条断层的遮挡作用，这种作用即为断裂密集带对油气运移的横向遮挡作用.随后油气改变运移方向，在断层-岩性输导脊中沿断裂密集带走向由低部位向高部位运移(图 4).

图  4  断裂密集带对油气运移横向遮挡和侧向输导模式

Fig.  4.  Model of transverse sealing and lateral fluid conduction of fault dense belts in hydrocarbon migration

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断裂密集带对油气运移的横向遮挡和侧向输导具有互补性，即断裂密集带对油气运移的遮挡作用强时，其侧向输导作用则弱，反之亦然.油气在储层中都是向其上倾方向运移，地层倾向可以反映平面上油气运移至断裂密集带之前的运移方向.通过断裂密集带走向与地层倾向的关系，确定断裂密集带对油气运移以何种作用为主.当断裂密集带走向与地层倾向呈大角度(45°~90°)相交时，油气平面运移方向大致垂直断裂密集带走向，断裂密集带对油气运移主要表现为横向遮挡作用，此时有利于油气聚集、成藏；当断裂密集带走向与地层倾向小角度(0°~45°)相交时，油气运移方向近于平行断裂密集带走向，断裂密集带对油气运移主要表现为侧向输导作用，此时断裂密集带走向即为油气优势运移方向.

前人研究认为三肇凹陷青山口组烃源岩生烃门限约为1 470 m(卢双舫等，2009)，烃源岩生成原油首先需满足自身饱和并产生一定超压后才能向下运移至扶杨油层.本次研究将青山口组埋深超过1 650 m的范围作为有效源岩区，由此确定徐家围子次凹有效源岩区的大致范围(图 3b，图 5).目前三肇凹陷扶杨油层已探明原油主要分布在卫星油田、升平油田、榆树林油田、朝阳沟油田、肇州油田和宋芳屯油田等6个地区.这些原油分布范围与走向垂直于地层倾向的断裂密集带具有密切关系，均是由徐家围子次凹有效源岩区沿断裂密集带走向呈长条状向构造高部位分布(图 5).表明当断裂密集带垂直于地层倾向时，其走向指示油气优势运移方向.

图  5  三肇凹陷扶杨油层断裂密集带指示油气优势运移方向

Fig.  5.  Effect of fault dense belts on the preferred direction of oil migration in Fuyang Formation of Sanzhao depression

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4.   断裂密集带控藏模式

通常认为地垒、反向断阶、顺向断阶和地堑捕捉、聚集油气的能力逐渐减弱(孙雨等，2009)，这种规律略显笼统.本次研究将分别探讨在源内和源外区域各种类型断裂密集带走向和地层倾向的不同匹配方式对油气成藏的控制模式.其中，源内和源外是从平面上按照烃源区进行划分(沈扬等，2010).

4.1   源内区域断裂密集带优势成藏部位

对源内区域断裂密集带各部位的探井成功率，即是否见工业油流进行统计(表 1，图 6).由于在凹陷中心地层倾向均指向凹陷中心，无法分析断裂密集带走向与地层倾向的关系，因此对源内区域断裂密集带各部位的成功率统计不再细分与地层倾向的关系.统计结果显示：源内区域断裂密集带中地垒、反向断阶、地堑和顺向断阶的探井成功率逐渐降低.该结果与常规认识一致.分析形成该结果的原因是有效生烃范围内的油气会优先充注势能较低的断块，即正断层的下盘.三肇凹陷扶杨油层属于上生下储的成藏模式，油气由上覆青山口组烃源岩进入下伏扶杨油层有2种方式(付晓飞等，2009；付广等，2010)：一种是油气在超压作用下沿断裂向下“倒灌”运移至扶杨油层；另一种是由于断层作用，断层下盘扶杨油层与上盘青山口组烃源岩侧向对置，油气直接侧向运移至扶杨油层.源内区域4种类型断裂密集带中地垒和反向断阶中扶杨油层上倾方向与青山口组源岩对置，即有利于青山口组源岩生成的油气充注其中，又具有上倾方向的遮挡条件，有利于油气保存；地堑中扶杨油层没有与青山口组源岩发生对置，油气需要向下“倒灌”运移相对较大距离才能充注其中，但其背斜式的构造利于油气的保存；顺向断阶的下倾方向与青山口组源岩对置有利于青山口组源岩生成的油气充注其中，但其上倾方向的缺少遮挡条件，不利于油气保存，进入其中的油气继续向高部位运移(图 7).因此，在三肇凹陷扶杨油层源内区域断裂密集带中地垒和反向断阶是油气聚集的有利部位.例如芳16、芳483、州5；肇40、升55、树14；肇18、州58、树117；芳深7等井区.

表  1  三肇凹陷扶杨油层探井成功率统计

Table  Supplementary Table   The success rate statistics of test wells in Fuyang Formation of Sanzhao depression

断裂密集带部位	源内断裂密集带	源外断裂密集带			总计
		与地层倾向平行	与地层倾向垂直
			临近生烃凹陷	远离生烃凹陷
地堑	13/37(35.1%)	20/45(44.4%)	4/12(33.3%)	2/6(33.3%)	39/100(39%)
地垒	3/3(100%)	17/19(89.5%)	/	1/3(33.3%)	21/25(84.0%)
反向断阶	20/22(90.9%)	33/35(94.3%)	14/14(100%)	1/13(7.7%)	68/84(81.0%)
顺向断阶	0/4(0%)	0/2(0%)	0/1(0%)	2/16(12.5%)	2/23(8.7%)
注：表中数据格式为成功井数/总井数(钻探成功率).

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图  6  三肇凹陷扶杨油层钻井成功率

Fig.  6.  The success rate statistics of test wells in Fuyang Formation of Sanzhao depression

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图  7  三肇凹陷扶杨油层断裂密集带控藏模式

Fig.  7.  Controlling oil reservoir model of fault dense belts in Fuyang Formation of Sanzhao depression

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4.2   源外区域断裂密集带优势成藏部位

对源外区域断裂密集带各部位的探井成功率也进行统计，统计过程中按照断裂密集带走向与地层倾向的关系分为断裂密集带走向与地层倾向小角度相交(0°~45°)和大角度相交(45°~90°)两类，并将断裂密集带走向与地层倾向大角度相交进一步细分为2种情况，即断裂密集带中临近生烃凹陷一侧和远离生烃凹陷一侧(表 1，图 6).统计结果显示：在源外区域当断裂密集带走向与地层倾向小角度相交时，断裂密集带中反向断阶、地垒、地堑和顺向断阶的探井成功率逐渐降低；当断裂密集带走向与地层倾向大角度相交时，在临近生烃凹陷一侧反向断阶、地垒、地堑和顺向断阶的探井成功率逐渐降低，而在远离生烃凹陷一侧地垒、地堑、顺向断阶和反向断阶等部位均不利于油气聚集.

断裂密集带各部位在源外和源内区域聚集油气的能力存在一定差别，主要是由于油气在源外区域的断裂密集带中聚集成藏需要经历更长的二次运移过程.依据断裂密集带对油气运移的影响，参考上述统计结果，分析源外各类型断裂密集带中油气聚集规律(图 7).在三肇凹陷扶杨油层源外区域，当断裂密集带走向与地层倾向小角度相交时，断裂密集带对油气运移主要表现为输导作用，油气沿断裂密集带走向向高部位运移并在有利圈闭中聚集.反向-地堑-反向断阶和地垒-地堑-反向断阶样式的断裂密集带有利于聚集油气，其中反向断阶和地垒是油气优先聚集的部位，其次是地堑.例如朝63、树113、芳46；升52、升201、州371.反向-地堑-顺向断阶和地垒-地堑-顺向断阶样式断裂密集带仅局部有利于聚集油气，依次为地垒、反向断阶和地堑.例如东14、朝69、升48等井区.当断裂密集带走向与地层倾向大角度相交时，断裂密集带对油气运移主要表现为遮挡作用，油气首先在断裂密集带邻近生烃凹陷一侧聚集.断裂密集带靠近生烃凹陷一侧的反向断阶和地垒是油气聚集的优势部位，其次是断裂密集带中部的地堑，而断裂密集带另一侧不利于聚集油气.例如朝82、树15、卫172、卫8、树131、芳361、东151、东22等井区.

5.   结论

(1) 三肇凹陷扶杨油层主要发育4种样式的断裂密集带：反向-地堑-反向断阶样式、地垒-地堑-反向断阶样式、反向-地堑-顺向断阶样式和地垒-地堑-顺向断阶样式.

(2) 当三肇凹陷扶杨油层断裂密集带地走向与地层倾向小角度(0°~45°)相交时，断裂密集带走向指示油气平面优势运移方向.

(3) 三肇凹陷扶杨油层断裂密集带控藏模式：源内区域断裂密集带中地垒和反向断阶是油气聚集优势部位；源外区域断裂密集带走向与地层倾向呈小角度相交时，地堑两侧的反向断阶和地垒是油气优先聚集部位，若呈大角度相交则断裂密集带靠近生烃凹陷一侧的反向断阶和地垒是油气聚集优势部位.