引言

近年来，南八仙油气田地层能量持续下降，已钻井产量逐年递减，稳产难度进一步加大。但由于该区域断裂组合关系复杂，未能识别出局部微断裂对油气水分布造成的封堵，常常导致注水不能有效补充地层能量；同时，有利含油气砂体薄多散杂，各级断裂对含油气砂体分布影响较大，对有利区甄选和剩余油挖掘增加了难度。因此，需要进一步开展精细构造研究，明确仙北主控断裂、各级次级微断裂的形成机理、空间组合关系以及对油气成藏的控制作用，预测油气砂体分布，为该区域的开发调整和产能部署提供可靠的地质依据。

南八仙构造断层十分发育，断块破碎，过井断层多，正、逆断层引起多数井点地层缺失、重复，再加上后期强烈的构造变形导致该区域构造格局十分复杂；现有地震资料反射波同相轴连续性差、波形变化大、信噪比低。由于断层组合难度大，地震资料精度不够，往往在地震剖面上具有多解性^[1]。针对目前开发存在的问题，采用井震结合的方式，依托地球物理技术、复杂断块三维构造建模技术，充分运用地震、测井、生产动态资料以及几何学、动力学知识，落实了南八仙中浅层各砂层组的精细构造，基于新的构造认识建立油气富集模式，有效开展井位部署及优化。

1 区域地质背景

南八仙油气田位于柴达木盆地北缘，在陵间断裂、马仙断裂之间的三角地带，整体是新近系断背斜油气藏，经历了5个构造演化阶段：早中侏罗世拗陷、晚侏罗世-白垩纪挤压、古新世-中新世伸展沉降、上新世挤压裂陷、上新世晚期-第四纪挤压推覆。主要受喜马拉雅运动一幕、喜马拉雅运动三幕控制，形成了仙南(基底卷入型)和仙北(盖层滑脱型)两种不同构造样式的断层。深层仙南断层的剧烈活动导致古近系原生油气藏的形成，同时起到油源通道的作用，中浅层仙北断层的活动对古近系原生油气藏进一步改造，形成新近系次生油气藏。由于在纵向上受多期构造运动的影响，造成南八仙构造现今复杂的构造形态(图 1)。南八仙整体为东西向的短轴背斜构造，中浅层构造主要受仙北断裂控制，仙北断裂基本切割了构造高部位，把构造分成南(上盘)北(下盘)两大部分，上盘地层变形强烈，与仙北断裂伴生和后期发育的多条断裂相互切割，使仙北断裂上盘构造严重破碎；而仙北断裂下盘则构造运动应力相对较弱，断层发育相对较少，构造形态完整且与下伏地层构造具有良好的继承性^[2-3]。

南八仙油气田重点产油气层系包括上油砂山组(N₂²)、下油砂山组(N₂¹)、上干柴沟组(N₁)和下干柴沟组(E₃)。中下侏罗统是柴北缘油气系统的主要烃源岩，南八仙油气除来自本区的烃源岩外，还来自周边深凹陷高成熟的侏罗系生油岩。南八仙古近系储层主要经历了两次油气充注过程，新近系则主要经历了一次油气充注^[4-5]。南八仙中浅层(N₁-N₂²)主要是受构造因素控制的构造-岩性油气藏类型，这些油气藏都夹持在断块当中，油气藏连片面积小，天然能量先天性不足，地层压力、油气产量下降快为主要生产特征。

2 复杂断裂系统形成机理

充分运用现有的开发井资料，通过精细层位标定确定标准层与地震反射层的对应关系，建立等时地层格架，地震分层和地质分层互相验证调整，实现井-震认识统一。利用井震联合对比剖面识别过井断点精确位置，应用时间和相干体切片技术解释断层，将剖面解释和切片解释结合，合理确定断层空间组合关系。应用复杂断裂系统三维构造建模技术检验断层组合结果，落实断层走向及断层接触关系，提高断点解释精度^[6-7]。本次精细构造解释共识别56条断层，新增13条低级序断层，其中，Ⅲ级断层1条，Ⅳ级断层16条，Ⅴ级断层39条，本次新增断层大部分为Ⅴ级断层，低级序断层的出现不会影响油气富集规律，但会影响局部注采井网适应性，因此，落实各次级断层的发育和分布特征对开发生产有着非常重要的意义。

2.1 断裂系统几何学机理

仙北断裂是南八仙中浅层的一条Ⅲ级断层，其切割层位最多，延伸长度最长，性质较复杂，对构造格局起决定作用，东西走向，断面南倾。研究认为仙北断裂是一条逆冲断层，东端尾部接一条正断层。随着数据体精确度提高，井网逐步加密，新的构造认识认为，仙北断裂是以断层面上一个点为中心做旋转运动(位移)的右旋走滑断层，断裂沿走向发生逆、正转换，东端尾部的正断层也是仙北断裂的一部分。在旋转中心轴两侧选取两条剖面(图 2a)，可以看出，剖面A仙北断层下盘下降是逆断层特征，剖面B仙北断层下盘上升是正断层特征。说明受复杂的构造应力的影响，仙北断裂不仅具有右旋走滑的特征，而且其断裂性质表现为分段性^[8]。

从剖面上看，在西段是典型的挤压逆冲特征，表现为上陡下缓的“铲式”浅层滑脱断层，在东段则表现为断面较陡、上下倾角变化不大的张性正断层特征，深浅层变形统一协调。从平面上看，仙北断裂两侧的构造高点有明显的错位移动，南边部分构造高点相对西移，而北边部分则东移，右旋走滑特征明显(图 2b)。

2.2 断裂系统动力学机理

南八仙构造主要经历了5次大规模构造运动：印支运动、燕山末期运动、喜马拉雅运动一幕、喜马拉雅运动二幕和喜马拉雅运动三幕，南八仙构造的形成主要是受喜马拉雅运动一幕和三幕所控制。

路乐河末期，由于喜马拉雅运动一幕的影响，南八仙构造整体抬升后又整体沉陷，没有发育新的断层，因此，构造和沉积相对稳定，处于拉伸、沉降时期，深层构造及仙南断裂形成。

上油砂山末期，受喜马拉雅运动三幕构造运动影响，柴北缘地层向南推覆，南八仙中浅层在挤压作用下形成仙北断层^[9]。南八仙处于马仙断裂上盘的西端，受马仙断裂控制，仙北断裂走向近平行于马仙断裂。前人成果认为，马仙断裂为左旋走滑断裂^[10-11]，左旋走滑断裂不同段的局部应力场不同(图 3a)，其中反S型弯曲区域发生挤压弯曲，发育逆冲断裂，S型弯曲区域发生伸展弯曲，发育伸展性断裂^[12-13]。南八仙构造主要处于马仙断裂反S形态的增压弯曲区，发生挤压变形。因此，仙北断层沿下干柴沟组下段滑脱，发展为盖层滑脱型的逆冲断层，并形成许多倾向相反的次级逆断层。此时，仙北断层主要发育于南八仙中、西段，向西挤压强度增大，向东减小。后期受喜马拉雅运动的影响，阿尔金山、东昆仑山和祁连山迅速抬升，柴达木盆地内部处于挤压环境，早期构造进一步加强，仙北断层西端在挤压背景下继续滑脱逆冲，上盘抬升，由于横向压力不平衡而产生右旋扭动，呈顺时针旋扭趋势，断面发生逆、正转换，从而形成右旋走滑断层^[14-17](图 3c)。表现为旋转中心(轴)两侧的相对位移不同：一侧上盘上升、一侧上盘下降。该类型断层的特点是：断盘上任意点的位移量均是不同的，与旋转中心距离呈正比。根据右旋走滑断层应力场特征(图 3b)，反S型弯曲区域发生伸展弯曲，发育伸展性断裂，S型弯曲区域发生挤压弯曲，发育逆冲断裂。仙北断裂总体呈反S型展布(图 2b)，断裂周围形成释压弯曲区，在构造顶部产生伸展应力场，导致早期的逆断层逆转发展成为正断层，因此，伴生大量次级张性正断裂。

2.3 断裂系统走滑构造模式

受压扭应力的影响，南八仙中浅层各级张性正断裂由西向东发散，该区域走滑特征明显，平面上主要分为3个区带(图 4)^[18-20]。

(1) 斜列带：工区西部发育一组与仙北断裂走向垂直近南北向的断裂，断面产状较陡，部分直立。斜列带内发育众多分支断裂，构造应力分别集中于仙北主断裂及各分支断裂上，剖面上主断裂与分支断裂相隔较远，在深部相交，平面上主断裂与分支断裂相交角度较大。

(2) 羽状带：工区中部仙北断裂上下盘发育一组与仙北断裂近45°相交，散开呈羽状排列的次级断层带，是简单剪切应变条件下的产物。羽状带分支断裂分布较多、规模较小，围绕在主断裂两侧，该断裂带内构造应力呈释压状态，形成连片裂缝带，储集层连通性最好。

(3) 马尾带：工区东部发育了一组断面北倾或南倾的张性断裂。剖面显示断层在深部汇聚在一起，浅层散开，是典型的正花状构造。马尾带主要分布在仙北断层末端，各分支断裂在主断裂单侧散开，平面上近似马尾状，该断裂带内储集层在分支断裂周围发育，集中在断裂散开的一侧。

3 油气富集规律研究 3.1 油气成藏特征

不整合面、连通砂体和断层是南八仙构造带油气运移的主要通道，其中，不整合面和连通砂体是早期油气侧向运移通道，断层则是后期油气垂向运移的主要通道，三者对油气的运聚作用决定了现今油气的分布规律^[21-23]。

分析南八仙油气藏的地化特征，确定油气来源于伊北次凹成熟-高成熟的下侏罗统烃源岩，生成的油气沿地层不整合面和断层运移到南八仙，聚集在E₁₊₂地层和不整合面上，N₂期进入大量生气阶段。包裹体分布特征及类型显示，古近系油气藏主要形成于渐新世和上新世，新近系油气藏主要形成于上新世，因此，南八仙构造油气充注的时间分别为E₃-N₁和N₂期^[24]。

南八仙深层仙南断层控制着南八仙地区背斜构造的形成，随着仙南等断裂的活动，早期形成的油气通过断层运移形成该区原生油气藏，后期构造活动导致仙北断层及其伴生次级断层的形成，其中，部分断层延伸至深层构造，破坏原生油气藏形成残余原生油气藏。原生油气藏中的油气通过仙北断裂运移到中浅层形成的圈闭当中，分布在仙北断层两侧构造高部位多套层系的储集岩内，在中浅层形成了纵向上具有多套储盖配置的成藏组合^[25-26]。随着后期仙北断裂活动的不断加剧，仙北断裂产生的断层泥，可以在断层面下盘一侧形成良好的封堵层，使得仙北断层北部下盘的油气得到保存。而仙北断层上升盘一侧，油气沿着与仙北断层相伴生的小断裂或沿着仙北断裂继续向上运移，外泄至地面^[27-28]。可见，南八仙构造的主要油气运移通道是仙南断裂、仙北断裂及其派生的次级断裂，其次是被断层切割与断裂系统连通的渗透性砂体。南八仙油气田属于同源油气，两期成藏，其中，中浅层油气藏是受构造因素控制的构造-岩性次生断块油气藏类型，油气主要聚集在仙北断裂下降盘构造的高点部位，单层横向展布面积小，纵向含气层系多。

3.2 油气富集模式

断裂系统相当发育，油水关系复杂，本文建立了3种油气富集模式(图 5，表 1)。

(1) 断层控油模式：仙北断裂两侧，断层活动强烈，油气分布集中。仙北断裂南部上盘发育的次级斜裂断层，不仅使构造破碎，而且切割作用明显，各断块可能形成圈闭，但规模较小，油气水分布复杂，晚期导致油气外泄，这部分为不利区。北部下盘被xb1断层、xd3断层分割为3个区：西区、中区、东区(图 6a)。根据南八仙中浅层开发井累产气量得出，断裂带分布样式是控制油气富集的重要因素之一，其中，走滑断裂带中羽状带油气最富集，主要有3个原因：①羽状带围绕仙北断裂分布，是邻近油气运移的主要通道；②羽状带断层数量多、规模小、应力比较集中，储层连通性好；③羽状带断层垂向切割地层跨度小、平面延伸距离短，油气成藏后不易散失，利于保存。中区处于羽状带，为有利区，构造高点油气富集，经试油和电测解释资料分析，属于边水驱动构造油气藏。西区被近南北向次级断裂切割，部分次级断裂断至地表，不利于油气保存。东区正断层发育集中，断层封堵性对油气分布影响明显，部分区域为有利区。

(2) 微构造控油模式：构造成因的微构造在开发早期不易识别，开发后期随着开发井网加密，在精细构造解释的基础上应用三维构造建模技术逐渐得到落实。三维精细构造模型的网格尺寸划分越小，模型精度也越高，南八仙N₂¹油组建模平面网格大小100 m×100 m，平面网格数102×88个，纵向上按照地质分层分为5层，总网格数为44 880个。用精确程度高的地层界面来控制子地层界面的形状，可以大大提高层面模型的精确性，获得三维精细构造模型。本次联合精细构造解释和三维精细构造建模技术确定的构造图等值线精度为5 m，能够表征油层的细微起伏。微构造对南八仙中浅层油气富集作用显著，鼻状构造、斜坡构造、局部高点是主要的微构造控油模式。

(3) 沉积微相控油模式：南八仙中浅层以水下沉积环境为主，东部广泛发育三角洲前缘亚相的水下分流河道砂体，西部、西北部广泛发育滨浅湖亚相，砂体厚度小，以滩砂为主，具良好的储集性能。孔隙度多在12.5%~35.0%，渗透率为0.8~1 500.0 mD，储层物性明显好于深层，多属Ⅰ-Ⅱ类储层。但是，由于受后期构造运动破坏，厚度大，储集性能好的水下分流河道储层油气易散失，而单层厚度小的滨浅湖砂滩具有较好的油气富集能力。

3.3 井位部署及优化

根据3种油气富集模式，确定仙北断裂羽状带单层厚度小的滩坝砂体内微构造是油气富集区域，建议在油气富集区域设计水平井优化井网，有效提高储层动用程度。同时部署了5口开发井(图 6a)，试气效果较好。原构造图与本次构造图对比，前人没有开展精细构造解释，未发现局部区域微构造(图 6b)，本次精细构造解释发现xd6号断层下盘的高点，结合地质研究成果部署新4井(图 6c)，该井产气量达到2.0×10⁴ m³/d。

4 结论

(1) 南八仙构造受左旋走滑断裂马仙断裂控制，仙北断裂主要处于马仙断裂反S形态的增压弯曲区，其西端在挤压背景下抬升，地块右旋，形成右旋走滑特征。仙北断裂总体呈反S型展布，形成释压弯曲区，伴生各级次级张性正断裂，平面上，沿断裂走向分为斜列带、羽状带及马尾带3个区带。

(2) 南八仙油气田是同源油气，两期成藏，仙南断层控制了原生油气藏形成，仙北断层对油气藏起到调整改造作用，并形成次生油气藏。建立了断层控油、微构造控油、沉积微相控油3种油气富集模式，确定仙北断裂羽状带单层厚度小的滩坝砂体内微构造圈闭是最佳油气富集区域，据此部署了5口开发井，经试气验证效果较好。