松辽盆地是我国油气资源最丰富的含油气盆地之一，受断裂垂向输导作用控制，中浅层油气具有多层系分布特征，主要分布在泉头组扶余油层（包括FⅠ，FⅡ，FⅢ，FⅣ等油组）、青山口组高台子油层及姚家组葡萄花油层。断裂作为油气垂向运移的关键通道，其输导机制及控藏作用已成为研究的热点问题^[1-2]。诸多学者针对松辽盆地断裂系统开展了大量研究，并在断层识别及特征分析等方面取得显著进展^[3]。松辽盆地断裂演化与盆地动力学相关，坳陷期伸展断裂盆地进入沉降阶段，以正断层为主，主导中浅层油气分布^[4]，反转期断裂通过挤压应力改造早期断层，形成逆冲构造和裂缝，促进油气再运移与聚集。不同时期、不同性质的断层组合形成了复杂的断裂网络，其活动强度与活动期次变化对油气聚集和分布具有重要影响^[3]。研究表明，松辽盆地断层作为重要的油气输导通道，具有周期性幕式运移特征^[5]，油气运移时期和断层活动时期匹配较好，有利于断层输导油气，而油气运移时期停止活动的断层通常对油气具有一定的封闭和遮挡作用^[6]。扶余油层是典型的上生下储式油气藏，充足的油源与高异常压力为油气运移提供了动力条件，而断裂则是连接储层与上覆烃源层的重要输导通道^{[5, 7]}。高台子油层和葡萄花油层则属于典型的下生上储式油气藏，油源断裂构成其垂向输导的优势通道，断裂密集带控制着油气的富集^[8]。尽管关于断裂在油气垂向输导中的作用已有大量研究并取得一定成果，但这些研究主要集中在单一地区下生上储或上生下储成藏组合的研究，缺乏对同一区域内断裂在多层系（包括烃源岩上部与下部含油层位）输导作用的详细研究，制约了油气多层系分布地区的资源评价和勘探部署。

以松辽盆地南部余字井地区中浅层为研究对象，基于三维地震及钻井资料，剖析断裂发育特征，开展断裂输导作用对油气多层系富集的控制作用，以期为该区中浅层有利目标区的优选提供依据。

松辽盆地位于我国东北地区中部，盆地展现出独特的上断下坳二元结构^[9]，主要经历了断陷期、坳陷期、反转期3期构造演化^[10]（图 1）。断陷阶段，在蒙古—鄂霍茨克洋闭合作用和古太平洋板块俯冲的远程效应下，松辽盆地在地壳拉张作用下形成断陷盆地^[11]，易于发育近源快速堆积的扇三角洲或水下扇沉积^[12]；坳陷阶段，盆地拉张作用衰退，进入热沉降阶段^[13]；反转阶段，由于区域性地幔隆起的衰减和回落，在挤压应力作用下，脆性地壳形成了相应的收缩反转构造^[14]，构造运动强度减弱，沉积填平补齐作用增强^[15]。

图 1

Fig. 1

下载原图 图 1 松辽盆地南部余字井地区构造位置（a）及地层综合柱状图（b） Fig. 1 Structural location(a)and comprehensive stratigraphic column(b)of Yuzijing area, southern Songliao Basin

以松花江为界将松辽盆地划分成南部和北部^[16]。余字井地区位于松辽盆地南缘，自下而上发育有下白垩统火石岭组（K₁h）、沙河子组（K₁sh）、营城组（K₁yc）、登娄库组（K₁d）、泉头组（K₁q），上白垩统青山口组（K₂qn）、姚家组（K₂y）、嫩江组（K₂n）、四方台组（K₂s）、明水组（K₂m）以及古近系、新近系地层。青山口组一段是主要的烃源岩层系^[17]，油气成藏期发生在嫩江组沉积末期和明水组沉积末期^[18]。研究区经历了多期次构造运动，断裂作为油气垂向运移的主要输导通道，在中浅层不同含油层位表现出不同的输导特征，既包括输导油气垂向向上运移特征，也包括输导油气“倒灌”向下运移特征。

松辽盆地在断陷阶段断裂规模大、活动性强，以张性正断层为主。坳陷阶段，断裂密集带内部构造样式继承了断陷阶段的基本格局，剖面上“V”字型和阶梯状断裂发育，表现出典型的张性和张扭特征；反转阶段，松辽盆地内部产生了大量褶皱、隆升和构造反转并发育逆断层^[19]，受左旋压扭作用影响，对原有断层进行改造，并且有新生断层发育^[11]。

受多期次构造活动影响，现今不同层系的断裂在几何学特征上表现出一定差异。通过对余字井地区断裂的几何学要素进行统计分析发现，断裂走向自下而上呈规律性变化：在断陷构造层表现为多方位分布，以NE向为主；在坳陷构造层，以NW—NNW向和近SN向为主；反转构造层主要为NNW向。从统计结果来看，坳陷构造层每平方千米约5条断层，断裂密度最大，反转构造层断裂密度约为1.5条/km²，而断陷构造层断裂密度最小，约为0.18条/km²。此外，在断裂规模上，断陷构造层断距通常为20~100 m，延伸长度大；坳陷构造层断距通常为20~50 m，延伸长度集中在0~4 km；反转构造层断距通常为10~30 m，延伸长度为0~4 km。在平面上，主要表现为平行式和发辫式组合，剖面上表现为“V”字型、断阶形、垒堑形等构造样式（图 2）。这些“V”字形断裂构成的小型地堑在平面上呈条带状分布，称之为“断裂密集带”^[20]。在研究区范围内，T₂反射层上的断裂密集带尤为发育，主要为NW—NNW向。结合区域构造演化特征及断裂生长（图 3），研究区断裂在青山口组—姚家组沉积时期及嫩三段沉积期至今活动最为强烈。

图 2

Fig. 2

下载原图 图 2 松辽盆地南部余字井地区断裂剖面及平面组合形态特征 Fig. 2 Cross-section and planar combination characteristics of faults in Yuzijing area, southern Songliao Basin

图 3

Fig. 3

下载原图 图 3 松辽盆地南部余字井地区Line 3705测线生长指数剖面（剖面位置见图 1a） Fig. 3 Growth index profile of Line 3705 of Yuzijing area, southern Songliao Basin

油源断裂是余字井地区油气垂向运移的主要输导通道。研究表明，油源断裂是沟通烃源岩和储集层，并在油气成藏期活动的断裂。从地震剖面上来看，凡穿透油气成藏期沉积地层的断裂，即为油气成藏期活动的断裂^[21]。对于具有晚期反转构造背景的松辽盆地而言，嫩江组沉积了大套塑性泥岩，导致断裂虽然在油气成藏期活动，但并未穿透成藏期地层，而是表现为断层相关褶皱特征，这类断裂同样被认为是油气成藏期活动的断裂^[22]。因此，对于葡萄花油层和高台子油层而言，油源断裂在地震剖面上表现为连接青一段和姚一段，并且断穿嫩江组沉积末期地层的断裂或表现出断层相关褶皱特征的断裂。而对于扶余油层，油源断裂则是在地震剖面上表现为沟通青一段和下伏泉四段并且断穿嫩江组沉积末期地层的断裂或表现出断层相关褶皱特征的断裂。

在松辽盆地内，断裂在青一段塑性泥岩地层分段生长是一种常见的地质现象，由于岩石的能干性差异，断层倾向于在脆性地层中成核，而不是在塑性泥岩层或砂泥互层中。断层在向上传播过程中，青一段泥岩阻止下部断层向上传播，遇到塑性地层会形成强制褶皱^[23]，这就导致了断层垂向分段生长^[24-25]。根据地震剖面显示，分段生长是断层在垂向上表现为上下分段现象，且叠覆区内地层倾角发生明显旋转变化^[26]。在地震剖面上可观察到：部分断层在青一段地层内倾角发生明显变化，同时分段生长部位存在明显的微幅度隆起（图 4），分段生长点位于青一段地层，下段沟通青一段和泉四段，上段沟通青一段及上覆地层，使得油气既能向下运移至泉四段，也能向上运移。综上所述，可以将油源断裂划分为分段生长型和贯通型。根据油源断裂特征刻画了余字井地区中浅层油源断裂分布，结果显示，油源断裂主要分布在断裂密集带边部，为断裂密集带的边界断裂（图 5）。对于葡萄花油层和高台子油层，油源断裂主要为贯通型油源断裂和分段生长型油源断裂（图 5）；而扶余油层油源断裂则主要为分段生长型油源断裂（图 5b）。

图 4

Fig. 4

下载原图 图 4 松辽盆地南部余字井地区分段生长模式（a）及典型精细解释前（b）和解释后（c）地震剖面（剖面位置见图 1a） Fig. 4 Segmented growth pattern(a)and typical seismic profiles before(b)and after(c)detailed interpretation of Yuzijing area, southern Songliao Basin

图 5

Fig. 5

下载原图 图 5 松辽盆地南部余字井地区油源断裂分布（剖面位置见图 1a） Fig. 5 Distribution of oil-source faults in Yuzijing area, southern Songliao Basin

断裂作为油气垂向运移的重要输导通道^[27]，主要包括4种输导形式，分别为沿断层垂向向上输导、沿断层垂向向下“倒灌”输导、横穿断层面输导（侧接输导）及沿断层走向输导^[28-29]。其中，沿油源断裂向上输导油气是最常见的运移方式。以往研究表明，断裂的几何特征（如断裂倾角）、活动强度、地层岩性以及流体性质均对断裂输导能力具有一定影响^[30-31]。关于向下运移的研究主要集中在油气向下“倒灌”运移的机理和条件，“倒灌”运移发生在成藏期频繁活动、沟通源岩和储层并且垂向分段生长的断裂中，当源岩生成的油气受到超压驱动时，可以通过分段生长的断层向下运移至储层^[23]；侧接输导是在断裂错断使上盘源岩与下盘油层对接且地层呈倾斜的状态下^[32]，源岩生成的油气侧向运移至储层。

研究区油气主要分布在青一段之下的扶余油层和青一段之上的高台子油层和葡萄花油层，根据断裂与油气的分布关系，断裂输导油气主要包括向上、侧接和倒灌3种形式（图 6）。扶余油层油气主要分布在断裂密集带外，根据断裂错断地层对接情况显示，断裂活动普遍使得青一段源岩与FⅠ油组和FⅡ油组形成源储对接，油气主要分布在FⅠ油组和FⅡ油组，输导油气以侧接输导为主；而FⅢ油组和FⅣ油组也有油气分布，且源储对接情况显示，FⅢ油组和FⅣ油组与青一段源岩未发生对接，反映了断裂倒灌输导的特征，该类断裂主要为分段生长型油源断裂。对于贯通型油源断裂控制的井，少数存在青一段源岩和FⅢ砂组对接的情况且含油。高台子油层和葡萄花油层油气在断裂带内外皆有分布，青一段源岩主要和高台子油层形成源储对接，源储对接范围内油气主要分布在断裂密集带内部，源储对接范围之上油气在断裂带内外皆有分布（图 7）。

图 6

Fig. 6

下载原图 图 6 松辽盆地南部余字井地区油源断裂向上向下输导模式（a）及侧接实例（b） Fig. 6 Upward and downward transport patterns(a)and lateral connections(b)of oil-source faults in Yuzijing area, southern Songliao Basin

图 7

Fig. 7

下载原图 图 7 松辽盆地南部余字井地区油气垂向分布图 Fig. 7 Vertical distribution of oil and gas of Yuzijing area, southern Songliao Basin

不同的断裂输导油气形式在输导油气时的运移机理存在差异。研究表明，断裂输导油气向上、向下运移为地震泵抽吸作用下的幕式运移^[27][33]，主要发生在烃源岩大量排烃和断裂活动的叠合期^[34]，以混相涌流运移为主，而断裂输导油气侧接运移主要为烃源岩排出的油气克服毛细管力并穿过断层面运移至储集层^[35]。油源断裂输导的不同方式使油气具有多层位聚集的特征。

根据泉四段扶余油层源储配置关系可知，青一段烃源岩生成油气后，断裂输导其运移至扶余油层主要存在“侧接”和“倒灌”2种方式。侧接输导主要发生在断裂转换带或断裂侧向不封闭部位^[36]，当断裂错断使源岩与油层对接且地层呈倾斜的状态下^[32]，源岩生成的油气侧向运移至储层。研究区余字井地区断裂断距通常为40~60 m，大部分断裂使得源岩和FⅠ油组、FⅡ油组对接，少部分与FⅢ油组对接，不存在源岩与FⅣ油组对接的情况。研究发现，受青一段厚层致密泥岩遮挡，生成的油气穿过断层对接输导至扶余油层，对接的层位主要受扶余油层不同油层组砂地比控制（图 8）。当青一段源岩仅与FⅠ油组对接时，不受砂地比大小影响，各个井在FⅠ油组均含油；源岩和FⅠ油组、FⅡ油组对接时，仅砂地比大于0.5的井在FⅡ油组含油；而当断距足够大使源岩和FⅠ油组、FⅡ油组、FⅢ油组均对接时，只有砂地比大于0.7的井在FⅢ油组含油。此外，当青一段泥岩与对盘泥岩对接时，油气运移过程停止；当青一段泥岩与对盘砂岩对接时，油气会越过断裂，通过砂体侧向运移至高部位聚集成藏。受源储对接特征和砂地比分布特征影响，对接输导控制扶余油层的油气主要分布在断裂带之外的FⅠ油组和FⅡ油组，少数分布在FⅢ油组，其中砂地比控制对接运移的层位。

图 8

Fig. 8

下载原图 图 8 松辽盆地南部余字井地区泉四段扶余油层FⅠ—FⅢ油组砂地比与油气分布关系 Fig. 8 Relationship between sand to mud ratio and hydrocarbon distribution of FⅠ—FⅢ oil groups of Fuyu oil layer in the 4th member of Quantou Formation, Yuzijing area, southern Songliao Basin

对于“倒灌”运移，不同类型的油源断裂“倒灌”输导的能力不同。贯通型油源断裂更易发生“向上”运移，而分段生长型油源断裂受青一段塑性泥岩层影响，在断裂分段部位不连通，即分段生长型油源断裂上段向上输导油气，下段向下倒灌运移油气。研究区扶余油层已发现油气显示，断裂带内扶余油层无源储对接，但断裂带内仍存在油气富集，此外，断裂带外未发生源储对接的下部油组同样有油气富集（图 7）。根据含油层位及油源断裂特征，发现这些含油井主要分布在分段生长型油源断裂附近。研究表明，青一段暗色泥岩显示出单层厚度大，沉积速率快的特征，目前普遍欠压实，具有超压，一般为3~20 MPa^[37]。当超压大于青一段泥岩围压10 MPa时开始释放异常高压流体^[38]，可以为“倒灌”运移提供动力。此外，青山口组源岩在嫩江组沉积末期开始生烃，明水组沉积末期、古近系和新近系沉积末期达到生烃高峰^[37]，可以为油气向下运移提供充足的原料。结合区域构造演化特征，研究区断裂在嫩江组沉积末期、明水组沉积末期活动，为油气倒灌运移提供输导通道，油气通过分段生长型油源断裂向下运移至各个油组。因此，倒灌运移具有控制扶余油层油气多层分布的特征。

上部高台子油层和葡萄花油层，断裂输导油气主要是“侧接”和垂向向上运移。研究区姚一段葡萄花油层主要以三角洲相和滨浅湖相沉积为主，河道遭受不同程度的席状砂化，导致了岩性的多样性，包括泥岩、粉砂质泥岩和少量细砂岩，砂体厚度为1.5~3.0 m；青二段、青三段高台子油层沉积相以滨浅湖亚相为主，岩性主要为泥岩、粉砂岩，表现出稳定的泥-砂-泥结构，砂地比平均约为0.3。由于这些地层具有较高的孔隙度和渗透率，加上断裂带内部存在较为明显的裂缝网络，为油气纵向向上运移提供了有利条件，因此断裂活动期间油气以混相涌流的形式沿着断层面或裂缝向上运移，遇到横向延伸的薄砂层时侧接运移至高台子油层，使油气主要分布在断裂带内。此外，该区域的构造活动较为频繁，导致地层压力较高，有利于油气沿断裂带向上运移至葡萄花油层。这些特征共同作用，使油气在断裂带内外均有分布。

然而，并非所有的油源断裂输导油气能力都相同，不同油源断裂输导油气能力存在明显差异^[39]，对于正断层输导油气地区，通常用油气成藏期断层活动强度表征断裂输导油气能力^[40]，但松辽盆地南部晚期经历了3期构造反转^[10]，且断裂普遍较小，所以该方法不适用于该地区。因此，引入成藏期油源断裂持续活动的时间来表征油源断裂活动性^[41]，油源断裂在油气成藏期持续活动时间越长，输导油气能力越强。对余字井地区油源断裂活动性进行表征，主要通过油源断裂油气成藏期持续活动系数来计算。该系数为油源断裂断穿至T₀₆反射层的长度与T₀₆反射层以上总长度的比值，而对于表现为断层相关褶皱特征的油源断裂来说，该系数为褶皱隆起高度与T₀₆反射层以上总长度的比值。通过油源断裂油气成藏期持续活动系数与试油井日产油数据的关系表明（图 9），余字井地区的油源断裂在成藏期持续活动系数与高台子、葡萄花油层试油储量具有一定的正相关关系。受研究区晚期成藏的影响，油源断裂油气成藏期持续活动系数越大，日产油越高，油源断裂输导能力越强。

图 9

Fig. 9

下载原图 图 9 松辽盆地南部余字井地区油源断裂油气成藏期持续活动系数与试油井产能关系 Fig. 9 Relationship between sustained activity coefficient during hydrocarbon accumulation periods of oil-source faults and the productivity of tested wells in Yuzijing area, southern Songliao Basin

综上所述，研究区断裂输导作用控制研究区油气藏分布特征（图中为了更好的表述断层和扶余油层油水分布关系，对泉四段纵向比例进行了调整）（图 10）。受分段生长型油源断裂控制的井，源岩生成油气后沿分段生长型油源断裂“倒灌”运移至扶余油层或纵向向上运移，因此在烃源岩上下均显示油层，且FⅠ，FⅡ，FⅢ，FⅣ等油组均含油；当断裂错断使源岩和储层对接时，油气进行侧向运移，向上侧接运移使高台子油层含油，向下侧接主要使FⅠ油组和FⅡ油组均有油气分布，少数FⅢ油组含油；受贯通型油源断裂控制的井，油气沿断裂纵向向上运移，在烃源岩上部显示为油层，最终在相应的各类圈闭中聚集成藏。以上分析与研究层位内已发现油气分布相吻合，根据钻井资料及三维地震资料显示，Q152—X260井钻遇至泉四段，且断裂错断仅使青一段源岩与FⅠ油组、FⅡ油组对接，而实际上F Ⅲ油组和FⅣ油组均有油气显示，说明烃源岩生成油气后倒灌运移至扶余油层。2种油源断裂共同控制油气分布，从而促进了油气的多层位聚集。因此，对于松辽盆地南部余字井地区而言，只有在烃源岩大量生排烃时期就已存在并具有良好渗流能力的输导体系，才有利于油气运聚^[42]。输导通道的好坏直接控制着油气能否聚集成藏，即断穿T2反射层的油源断裂越发育，从青一段源岩向下“倒灌”运移进入扶余油层、向上进入高台子和葡萄花油层中的油越多，进而沿着砂体向构造高部位聚集成藏的油越多，断裂活动形成的断块圈闭是松辽盆地南部中浅层油气聚集的主要场所。

图 10

Fig. 10

下载原图 图 10 松辽盆地南部余字井地区过Q152—X260油藏剖面 Fig. 10 Cross-section of well-tie Q152—X260 oil reservoir in Yuzijing area of southern Songliao Basin

（1）松辽盆地南部余字井地区中浅层油源断裂按照断裂垂向发育特征可划分为分段生长型油源断裂和贯通型油源断裂2种类型，断裂输导油气包括“侧接”、“倒灌”和“向上”3种运移形式，断裂输导对不同油层的油气富集分布具有差异化控制作用。

（2）在扶余油层，油气沿断裂主要以侧接和“倒灌”方式运移，受断层错断厚度和砂地比等因素影响：侧接输导使油气富集于断裂带外扶余油层上部（FⅠ油组、FⅡ油组），而分段生长型油源断裂的“倒灌”输导使油气在扶余油层各油组均有分布。

（3）在高台子油层和葡萄花油层，油气沿断裂以向上和侧接方式运移，其中在侧接输导控制下油气主要聚集在断裂带内，而向上输导则使得油气在断裂带内外均有富集。