塔里木盆地柯坪隆起推覆作用對(duì)斷裂封閉性的影響

董 立，徐文明，趙 旭，王鵬昊，盧雪梅

(1.中國(guó)石油化工股份有限公司 石油勘探開(kāi)發(fā)研究院， 北京 100083；2.中國(guó)石油化工股份有限公司 石油勘探開(kāi)發(fā)研究院 無(wú)錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無(wú)錫 214126；3.中國(guó)石油 新疆油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院 地球物理所， 烏魯木齊 830013)

塔里木盆地柯坪隆起推覆作用對(duì)斷裂封閉性的影響

董 立1，徐文明2，趙 旭1，王鵬昊3，盧雪梅1

(1.中國(guó)石油化工股份有限公司 石油勘探開(kāi)發(fā)研究院， 北京 100083；2.中國(guó)石油化工股份有限公司 石油勘探開(kāi)發(fā)研究院 無(wú)錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無(wú)錫 214126；3.中國(guó)石油 新疆油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院 地球物理所， 烏魯木齊 830013)

針對(duì)塔里木盆地巴楚隆起南緣色力布亞斷裂受柯坪隆起推覆作用的影響，并由此帶來(lái)的斷裂封閉性能的變化，開(kāi)展了色力布亞斷裂的三維地質(zhì)建模和構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的數(shù)值模擬。通過(guò)三維應(yīng)力模擬所得數(shù)據(jù)，分析在柯坪隆起SE向應(yīng)力作用下，色力布亞斷裂斷面滑移率具有差異分布的特點(diǎn)：整體表現(xiàn)為弱滑移特征，斷裂中段與南段的滑移率較大?；坡什町惙植嫉奶卣魇怯蓴嗔褞Э臻g幾何形態(tài)決定的。結(jié)合色力布亞斷裂兩側(cè)斷褶帶先巴扎、亞松迪油氣藏的實(shí)例分析，認(rèn)為柯坪隆起SE向應(yīng)力對(duì)色力布亞斷裂封閉性的影響僅限于中段與南段。對(duì)于色力布亞斷裂中段的亞松迪氣藏，SE向應(yīng)力能夠促進(jìn)油氣的垂向連通與充注，有利于油氣的晚期成藏。

應(yīng)力模擬；斷裂封閉性；色力布亞斷裂；巴楚隆起 ；塔里木盆地

近年來(lái)，斷層油氣運(yùn)移的優(yōu)勢(shì)通道已經(jīng)得到國(guó)內(nèi)外石油成藏領(lǐng)域?qū)＜业年P(guān)注[1-9]。通過(guò)研究斷裂不同時(shí)期的受力情況，分析評(píng)價(jià)相應(yīng)時(shí)期的斷裂封閉能力，已經(jīng)得到研究人員的廣泛關(guān)注。斷裂對(duì)油氣成藏的控制作用，主要集中在以下幾個(gè)方面：(1)區(qū)域斷裂體系與油氣藏分布的統(tǒng)計(jì)學(xué)關(guān)系研究，這對(duì)整體評(píng)價(jià)油區(qū)尺度的斷裂輸導(dǎo)能力有指示作用[10]；(2)通過(guò)現(xiàn)有油氣藏與深部烴源巖的油源對(duì)比，判斷烴源巖與儲(chǔ)集層之間的斷裂輸導(dǎo)能力[11]；(3)采集野外斷裂露頭或鉆井鉆遇斷裂處的次生礦物與充填物，利用其中包裹體信息來(lái)確定流體在斷裂形成后的運(yùn)移過(guò)程，進(jìn)而分析斷裂對(duì)流體的輸導(dǎo)能力[12-14]；(4)通過(guò)測(cè)試巖石力學(xué)性質(zhì)以及能夠記錄區(qū)域古應(yīng)力值樣品，恢復(fù)區(qū)域古應(yīng)力特征，利用古應(yīng)力遷移的區(qū)域構(gòu)造演化關(guān)系來(lái)分析斷裂的封閉性與歷史[15-17]；(5)利用斷面處砂泥巖混接關(guān)系，分析斷裂油氣側(cè)向封閉性的控制作用[18-19]。

色力布亞斷裂位于塔里木盆地巴楚隆起南部，是巴楚隆起的南緣邊界斷裂。斷裂活動(dòng)受區(qū)域構(gòu)造的影響明顯，在斷裂形成后受晚期構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的疊加作用，尤其受到來(lái)自柯坪推覆體南東向的水平擠壓應(yīng)力作用，其封閉能力受產(chǎn)狀影響較大。本文借助三維建模求取斷裂的空間幾何學(xué)特征，對(duì)斷面進(jìn)行三維受力的模擬，得出斷裂在晚期應(yīng)力場(chǎng)下的斷面力學(xué)屬性，評(píng)價(jià)斷面對(duì)兩側(cè)流體的封閉能力。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

巴楚隆起位于塔里木中央隆起西段，其構(gòu)造變形不但繼承了盆內(nèi)早期的構(gòu)造形跡，而且更大程度上接受了來(lái)自晚期邊緣造山帶的變形改造。色力布亞斷裂作為巴楚隆起西南緣邊界斷裂帶，其形成和演化相比于隆起內(nèi)部的斷裂更能代表巴楚隆起的構(gòu)造變形過(guò)程。

色力布亞斷裂為一條近北西—南東走向斷裂，整體走向由西段北北西走向，經(jīng)中段北西走向，向東轉(zhuǎn)換為北西西走向(圖1)；地理位置上，北西方向與柯平隆起上的皮羌斷裂具有良好的空間對(duì)接關(guān)系，南東方向與瑪扎塔格斷裂呈低角度相交；主斷裂上盤發(fā)育有斷裂傳播褶皺，其下盤受到來(lái)自北東—南西的壓應(yīng)力影響，下盤地層受到牽引變形。

色力布亞斷裂上下盤皆有良好的油氣勘探背景，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的先巴扎、亞松迪Ⅰ、亞松迪Ⅱ油氣藏分別位于該斷裂帶南北兩側(cè)。色力布亞斷裂帶能夠作為良好輸導(dǎo)單元，為油氣成藏提供油氣運(yùn)移路徑。但沿?cái)嗔炎呦虿町惙植嫉默F(xiàn)有油氣藏則反映該斷裂帶啟閉能力主要來(lái)自后期應(yīng)力場(chǎng)影響，并與斷裂復(fù)雜的產(chǎn)狀變化相關(guān)，由此帶來(lái)的斷裂封閉性質(zhì)差異對(duì)油氣輸導(dǎo)的影響也較為明顯。

2 模型與研究方法

2.1模型的建立

斷裂模型根據(jù)地震反射剖面解釋成果，借助時(shí)間—深度轉(zhuǎn)換關(guān)系，將其轉(zhuǎn)換成為具有地質(zhì)概念的深度數(shù)據(jù)，通過(guò)空間的數(shù)字成圖，展現(xiàn)具有深度意義的地層面貌。并依據(jù)剖面解釋的斷裂線將斷面加以修正。

圖2 塔里木盆地巴楚地區(qū)地層與色力布亞斷裂三維模型

通過(guò)對(duì)色力布亞斷裂的空間建模(圖2)，可以更詳細(xì)地表達(dá)該斷裂的幾何形態(tài)。將空間斷面數(shù)據(jù)抽稀后進(jìn)行傾向吳氏網(wǎng)赤平投影，通過(guò)投影顯示的傾向變化關(guān)系，結(jié)合斷裂空間展布形態(tài)研究認(rèn)為：色力布亞斷裂為近NNW-SSE走向斷裂，斷裂走向于中段發(fā)生變化，轉(zhuǎn)為NW-SE走向。通過(guò)對(duì)斷面數(shù)據(jù)網(wǎng)格化，并將網(wǎng)格化數(shù)據(jù)進(jìn)一步平滑，求出其總破裂面積約為119 km2。

2.2應(yīng)力模擬的理論依據(jù)

設(shè)定已知區(qū)域的應(yīng)力環(huán)境，則該應(yīng)力對(duì)三維空間內(nèi)各點(diǎn)均有應(yīng)力效果。針對(duì)空間內(nèi)某個(gè)點(diǎn)O，當(dāng)已知三維應(yīng)力的值，我們可以通過(guò)幾何關(guān)系求取正應(yīng)力在OP方向的數(shù)值(圖3)。同樣依據(jù)幾何關(guān)系能夠求出垂直O(jiān)P的剪應(yīng)力。則有下述方程：

正應(yīng)力

σ=σ1cos2α1+σ2cos2α2+σ3cos2α3

剪應(yīng)力

為了能夠評(píng)價(jià)斷面在某一應(yīng)力作用下的活動(dòng)能力，也就是所對(duì)應(yīng)的封閉性問(wèn)題，引入滑移率作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[20-21]。則：

圖3 單點(diǎn)三維應(yīng)力分析示意

滑移率能夠有效地提供斷面上某一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，以及該點(diǎn)已知應(yīng)力條件下將要發(fā)生位移變化的趨勢(shì)。這種位移變化越明顯，則說(shuō)明斷裂上該點(diǎn)將要偏離原有位置，也就形成了相對(duì)的位移空間，導(dǎo)致斷層開(kāi)啟。因此，可以通過(guò)滑移率數(shù)值客觀評(píng)價(jià)斷面在空間上不同位置的封閉能力。

2.3應(yīng)力屬性與模擬結(jié)果

現(xiàn)今柯坪隆起的前緣推覆體與色力布亞斷裂交點(diǎn)的切線方向約為70°。因此對(duì)于色力布亞斷裂而言，其所受的主應(yīng)力方向應(yīng)為垂直該切線的法線方向，為160°，主應(yīng)力取值來(lái)自于柯坪推覆體前緣聲發(fā)射古應(yīng)力樣品的取值，約為55 MPa。將色力布亞斷裂的空間模型放入已知應(yīng)力場(chǎng)中，依據(jù)上文提供的求取公式，進(jìn)而得出所要分析的斷層滑移率。

觀察滑移率沿?cái)嗝娴恼共家?guī)律：色力布亞斷面整體滑移率在0.015～0.085之間，屬于弱活動(dòng)性范疇?；坡恃?cái)嗝娣植汲尸F(xiàn)中段、南段局部偏高，其他地區(qū)偏低。中段、南段較其他地區(qū)滑移率高出約50%～90%，受斷面幾何形態(tài)的影響，中段與南段向正南方向彎曲的地區(qū)，其滑移率相應(yīng)較高。

3 討論

(1)前文所提及的滑移率的概念，綜合應(yīng)力模擬結(jié)果認(rèn)為，柯坪隆起過(guò)程中所提供的SE向應(yīng)力對(duì)于色力布亞斷裂未產(chǎn)生明顯的滑移作用。首先，色力布亞斷裂經(jīng)過(guò)三維應(yīng)力模擬展現(xiàn)整體滑移率很低，總體滑移率介于0.015～0.085之間，但斷面上絕大部分滑移率介于0.035～0.045之間，整體呈現(xiàn)藍(lán)綠色(圖4)。其次，滑移率相對(duì)高值面積相比整個(gè)斷裂面積不足10%，滑移率較高處僅位于色力布亞斷裂中段與南段，滑移率在0.065～0.085之間，以黃色、紅色區(qū)域表示 (圖4)。說(shuō)明柯坪隆起推覆過(guò)程提供的SE向應(yīng)力，僅對(duì)色力布亞斷裂局部滑移產(chǎn)生影響，且影響并不顯著。再次，滑移率高值分布不具備連續(xù)性。體現(xiàn)滑移量較高的紅色區(qū)域在斷面上并未構(gòu)成連續(xù)分布，即便應(yīng)力模擬的結(jié)果與斷面產(chǎn)狀具有相關(guān)性，但柯坪隆起SE向應(yīng)力未針對(duì)色力布亞斷裂某一產(chǎn)狀變化明顯部位產(chǎn)生較為明顯的滑移率變化，這其中可能包含斷面數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)格化后，平滑度增加的影響。

圖4 塔里木盆地色力布亞斷裂三維應(yīng)力模擬結(jié)果圖中箭頭所指處為色力布亞斷裂滑移率高部位。左下圖所示為滑移趨勢(shì)投影，滑移率最高值用紅色表示，反之用藍(lán)色表示

(2)引入滑移率的概念是為了體現(xiàn)斷層封閉性在應(yīng)力模擬過(guò)程中的變化。依據(jù)對(duì)色力布亞斷裂應(yīng)力模擬得到的斷裂封閉性參數(shù)(滑移率)及其分布規(guī)律與色力布亞斷裂現(xiàn)有油氣藏進(jìn)行空間上的比對(duì)。以現(xiàn)有發(fā)現(xiàn)油氣藏為例，先巴扎氣藏位于色力布亞斷裂西南約2～3 km，圈閉為下古生界奧陶系背斜，來(lái)自南部麥蓋提斜坡寒武、奧陶系油氣源在下古生界鼻狀背斜圈閉內(nèi)聚集。亞松迪油氣藏位于色力布亞斷裂中偏東南段，在喜馬拉雅期，來(lái)自異地油氣藏(巴什托油氣藏等)中的油氣，調(diào)整、分流、充注在海西晚期—喜馬拉雅期調(diào)整期由色力布亞斷裂牽引形成的背斜圈閉中，形成小型氣藏；部分油氣源為下伏或麥蓋提斜坡南部寒武—奧陶系、石炭系源巖，油氣通過(guò)色力布亞斷裂垂向運(yùn)移至亞松迪圈閉，儲(chǔ)層主要為小海子組頂部粒屑白云巖。

前人研究證實(shí)，斷面形成后，位于斷面處流體傳導(dǎo)能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空隙介質(zhì)[22-24]。色力布亞斷裂多期活動(dòng)過(guò)程中形成多種構(gòu)造圈閉類型，油藏解剖證實(shí)色力布亞斷裂具有走向差異封閉的性質(zhì)，體現(xiàn)在油氣藏沿?cái)嗔炎呦蛏?、下盤差異分布，斷裂垂向連通下伏油源與上部?jī)?chǔ)層，油氣經(jīng)過(guò)輸導(dǎo)，運(yùn)移至上盤背斜中。色力布亞斷裂定型于喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)晚期，深部流體沿?cái)嗔炎饔卯a(chǎn)生的破碎帶以及沿破碎帶發(fā)育的裂縫系統(tǒng)充注至現(xiàn)今構(gòu)造。來(lái)自柯坪隆起的SE向應(yīng)力迫使色力布亞斷裂中段呈現(xiàn)略微開(kāi)啟狀態(tài)，亞松迪氣藏則處于斷裂相對(duì)開(kāi)啟位置，該氣藏為受色力布亞斷裂控制的斷背斜氣藏，具體為發(fā)育在色力布亞主斷裂上盤的傳播褶皺，背斜長(zhǎng)軸方向平行斷面，該構(gòu)造定型在喜馬拉雅晚期。油源對(duì)比顯示，其為異地油藏(巴什托油氣藏等)晚期調(diào)整分流注入的氣藏，因此得益于色力布亞斷裂該位置的開(kāi)啟作用。對(duì)比分析斷裂下盤的先巴扎氣藏，其位于色力布亞斷裂北端，依據(jù)應(yīng)力模擬結(jié)果，位于該氣藏附近的色力布亞斷裂北段在SE向擠壓的封閉能力較強(qiáng)，在晚期油氣調(diào)整環(huán)節(jié)，斷裂未能作為有效的油氣運(yùn)移路徑，油氣充注能力受到制約，未能形成大型油氣藏。

4 結(jié)論

(1)通過(guò)對(duì)色力布亞斷裂的幾何學(xué)三維建模，明確該斷裂在空間的具體位置與幾何形態(tài)，求出色力布亞斷裂的破裂面積。分析斷裂在空間上的具體產(chǎn)狀，為后期的應(yīng)力模擬奠定了幾何學(xué)基礎(chǔ)。

(2)通過(guò)對(duì)斷裂三維應(yīng)力模擬，得到了晚期NW-SE應(yīng)力場(chǎng)下斷裂的分段封閉能力。色力布亞斷裂整體滑移率在0.015～0.085之間，屬于中等封閉水平。中段與南段的滑移率在0.065～0.085之間，其封閉能力相比其他部位較弱。

(3)柯坪隆起的推覆作用為色力布亞斷裂提供NW-SE區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)，應(yīng)力場(chǎng)模擬結(jié)果表明，色力布亞斷裂中段與南段相比其他部位更有利于油氣的垂向輸導(dǎo)，有助于南部凹陷的含烴流體通過(guò)斷裂運(yùn)移至有利區(qū)帶成藏。

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(編輯徐文明)

InfluenceofSE-directionstressproducedduringthrustingofKepingUpliftonfaultsealingofSelibuyaFaultinTarimBasin

Dong Li1, Xu Wenming2, Zhao Xu1, Wang Penghao3, Lu Xuemei1

(1.SINOPECExplorationandProductionResearchInstitute,Beijing100083,China; 2.WuxiResearchInstituteofPetroleumGeology,SINOPEC,Wuxi,Jiangsu214126,China; 3.GeophysicalResearchInstitute,PetroChinaXinjiangOilfieldCompany,Urumqi,Xinjiang830013,China)

To evaluate the effect of the Keping Uplift on the Selibuya Fault in the southern margin of the Bachu Uplift during thrusting, and the consequent fault sealing variation, three-dimensional geological modeling and tectonic stress field numerical simulation of the Selibuya Fault have been carried out. Through the data obtained by three-dimensional stress simulation, it has been concluded that, as the result of SE-direction stress of the Keping Uplift, the sliding ratio on the Selibuya Fault plane is variant. The overall sliding ratio is small while that of the middle and southern parts are relatively bigger. The sliding ratio variation is determined by the space geometry of fault. Based on the analysis of the Xianbazha and Yasongdi oil-gas reservoirs which lie in the fault-fold belt flanked the Selibuya Fault, it is thought that the effect of SE-direction stress is limited to the middle and southern parts of the Selibuya Fault. As to the Yasongdi oil-gas reservoir which lies in the middle part of the Selibuya Fault, the SE-direction stress improves the vertical communication and the charge of oil and gas, which is also beneficial to late accumulation.

stress simulation; fault sealing; Selibuya Fault; Bachu Uplift; Tarim Basin

1001-6112(2014)01-0046-05

10.11781/sysydz201401046

2013-01-24；

：2013-12-09。

董立(1981—)，男，工程師，從事石油與天然氣勘探研究。E-mail: dongli.syky@sinopec.com。

國(guó)土資源部項(xiàng)目(2009GYXQ02-05)資助。

TE121.2

：A