塔里木盆地巴楚隆起區(qū)奧陶系儲層古構造研究

范子宜，丁文龍

余騰孝，曹自成 （中石化西北油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 烏魯木齊830011）

蔡俊杰，張業(yè)倩

1 區(qū)域概況

巴楚隆起區(qū)位于塔里木盆地西部，構造位置為塔里木盆地中央隆起區(qū)的西段，呈北西－南東向展布，面積約4.3×104km2。巴楚隆起為典型受邊界逆沖斷裂控制的大型背沖式斷隆，其沉積地層在地震剖面上的反射特點表現(xiàn)為 “兩斷夾一隆”的構造樣式[1]。勘探實踐表明，巴楚隆起區(qū)油氣藏的形成和分布與斷裂活動密切相關。巴楚隆起東北和北部以阿?。履拘菘藬嗔雅c阿瓦提斷陷為界；東南以唐北斷裂為界與塘古巴斯坳陷相連；西北以柯坪－沙井子斷裂與柯坪斷隆為界；西南及南部以色力布亞－瑪扎塔格斷裂帶與麥蓋提斜坡相接 （圖1）。

圖1 巴楚隆起區(qū)位置圖

巴楚隆起區(qū)是塔里木克拉通盆地重要的油氣富集區(qū)之一，是一個從震旦紀開始發(fā)育演化的繼承性活動型 古 隆 起[2]，隆 起上斷裂構造帶發(fā)育、構造圈閉多，內(nèi)、外有源，儲蓋組合、斷裂系統(tǒng)及不整合面發(fā)育，油氣成藏地質(zhì)條件比較有利。存在有加里東－海西期、喜馬拉雅期2個主要的成藏期 （表1）[3]，油氣具早期生成、聚集、保存和后期構造運動使其調(diào)整、再分配、再保存的特點。全面深入地研究巴楚隆起區(qū)的油氣勘探主要目的層——奧陶系鷹山組 （O1－2y）頂面在主要構造活動期的古構造格架及演化，對于深入研究巴楚隆起區(qū)奧陶系油氣成藏條件，明確成藏主控因素具有重要的實踐意義。

表1 巴楚隆起區(qū)地震反射波、構造運動、構造層序與構造旋回表

2 古構造恢復

古構造恢復主要包括古地貌形態(tài)恢復和古構造格架恢復2部分內(nèi)容。古構造恢復方法發(fā)展至今有“寶塔圖”法[4，5]、厚度圖法[6]、平衡剖面法[7，8]、地震屬性恢復古構造法[9]、三維空間古構造恢復法[10，11]、同一變形體古構造恢復法[12]等諸多方法。然而單一地使用某一種方法來恢復古構造均存在一定的局限性。因此，在巴楚隆起區(qū)現(xiàn)今構造圖和殘余厚度圖、剝蝕量恢復的基礎上，考慮去壓實、古水深和壓縮量等參數(shù)的情況下，通過古埋深計算，斷裂分級、分期，結合構造演化剖面，采用PetroMod軟件恢復O1－2y頂面不同構造時期的古構造。該方法得到的結果較為準確，為該區(qū)古生界油氣勘探的突破方向選擇和目標評價優(yōu)選提供重要的構造地質(zhì)依據(jù)。

2.1 古埋深恢復

2.1.1 剝蝕量恢復

恢復地層剝蝕量的方法有地層厚度對比法、沉積速率法、沉積波動分析法[13]、鏡質(zhì)體反射率法、磷灰石裂變徑跡法、聲波時差曲線法[14]、地震地層對比法、黏土礦物成巖分析法、包裹體法、宇宙成因核素法、最優(yōu)化方法、天然氣平衡濃度法等，但上述方法均受特定的地質(zhì)條件限制，其應用有很大的局限性，存在不同的影響因素，只有多種方法的綜合應用才可能更準確地恢復剝蝕量。通過對實際資料和可行方法的綜合分析，以巴楚隆起區(qū)豐富的鉆測井資料、分析化驗資料、地震資料為基礎，對比各種不同方法恢復的剝蝕量值，比較其準確性和適用性，最終選取聲波時差法以及地層對比法－地層減薄率法和地震趨勢外推法[15]相結合2種方法，綜合計算巴楚隆起區(qū)主要不整合面的地層剝蝕量。巴楚隆起的形成過程可以分為2個階段，具有 “蹺蹺板”特點：下石炭統(tǒng)巴楚隆起沿南緣的瑪扎塔格斷裂抬升；古新統(tǒng)巴楚隆起大部處于剝蝕狀態(tài)，主要剝蝕區(qū)沿吐木休克斷裂以南展布，推測最大剝蝕厚度超過1100m[16]。

2.1.2 去壓實作用

利用回剝技術恢復古厚度和古埋深的關鍵是建立鉆井不同巖性的孔隙度－深度關系曲線。隨著埋深增加、地層負荷增加，導致孔隙度變小，其體積變小。故借助于孔隙度－深度關系就可恢復地層古厚度和古埋深[17]。只有消除剝蝕、斷層等地質(zhì)事件的影響，才能獲得正常壓實狀態(tài)下的孔隙度－深度曲線。

正常壓實情況下的孔隙度－深度關系可表示為：

式中：φ（h）為深度h處的孔隙度，%；φ0為深度h＝0時的孔隙度，%；c為壓實系數(shù)，1。

地層孔隙度可通過實測巖心、聲波時差測井、中子測井和密度測井等方法獲得。對于欠壓實情況下地層孔隙度的計算可考慮建立方程組，將孔隙度－深度曲線分段進行處理，變非正常為正常情況。由于泥巖和砂巖原始孔隙度不同，埋藏過程中的壓實系數(shù)也不同，因此每口井都按照泥巖所在的深度和對應的聲波時差劃分出來。綜合巴楚隆起區(qū)8口井的測井數(shù)據(jù)，根據(jù)威利公式：φ＝ （Δt－tma）/（tf－tma）（φ為 孔隙度，1；Δt為由曲線讀出的地層聲波時差，μs/m；tf為孔隙中流體聲波時差，μs/m；tma為巖石骨架聲波時差，μs/m），將不同深度的泥巖聲波時差換算成孔隙度，求得該地區(qū)砂巖骨架的聲波時差為 55.5μs/ft，泥 巖 骨 架的聲波時差為60.3μs/ft。進而用公式擬合出泥巖的孔隙度－深度關系曲線 （圖2）。

圖2 去壓實作用下的孔隙度－深度關系曲線

2.1.3 古埋深計算

古厚度和古埋深的計算是通過回剝技術來實現(xiàn)的?；貏兗夹g建立在各地層保持其骨架厚度不變的前提下，從已知的單井分析參數(shù)出發(fā)，按地層年代由新到老逐層剝?nèi)?，其間要考慮沉積壓實、單層剝蝕、多層連續(xù)剝蝕、沉積間斷等地質(zhì)事件，直至全部地層剝完為止[18]。埋藏史能在一張圖中表示出盆地基底和不同時代地層界面在不同時期 （年代）的古埋藏深度[19]，在剝蝕量恢復及孔隙度－深度關系建立的基礎上，制作埋藏史圖，通過單井埋深的恢復對目的層古埋深進行校正。不同井位埋藏史曲線圖可以反映不同地區(qū)在地質(zhì)歷史時期的埋藏深度的差異。

在重要的大地構造運動 （如加里東運動、海西運動、喜山運動）中各井位所處的區(qū)域其隆升幅度（剝蝕厚度）也大不相同，反映了該區(qū)地層在地質(zhì)歷史時期具有較大的差異構造運動性質(zhì)。巴楚隆起區(qū)構造運動強烈，由于不同斷裂不同期次的構造發(fā)育程度不同，不同井位受斷裂影響不同，其古埋深有較大差異。MB1井和和HT1井位于巴楚隆起區(qū)東部，BT5井和Kang2井位于巴楚隆起區(qū)西部，東部與西部地區(qū)古埋深存在較大差異。二疊紀之前全區(qū)構造運動以整體抬升為主，受斷裂影響局部古埋深存在一定差異，但整體抬升沉降趨勢一致，二疊紀之后，巴楚隆起區(qū)東西部的埋藏差異逐漸顯現(xiàn)，巴楚隆起區(qū)東部抬升剝蝕不明顯，西部抬升剝蝕較大；印支期至喜山期，全區(qū)整體抬升剝蝕，東部保留一定的中生界地層，西部持續(xù)抬升，中生代地層缺失 （圖3）。

圖3 巴楚隆起區(qū)埋藏史曲線圖

2.2 古斷裂體系

古斷裂體系的分析主要通過判斷各斷裂的形成期次實現(xiàn)，巴楚隆起內(nèi)斷裂的活動及演化與隆起構造演化及多次主要變革期的構造作用關系密切。因此，古斷裂體系的斷裂活動強度及數(shù)量可以反映相應構造活動時期的構造應力強弱。在對巴楚隆起區(qū)連片地震剖面斷裂構造解釋的基礎上，根據(jù)震旦系－新生界斷裂的變形與分布特征及對構造和沉積控制作用等，結合區(qū)域骨干地震測線的平衡地質(zhì)剖面研究，綜合分析了巴楚隆起區(qū)的斷裂發(fā)育與分布特征、斷裂樣式、斷裂級別、斷裂活動方式與期次、斷裂體系形成的區(qū)域應力場背景等，認為巴楚隆起區(qū)斷裂主要受加里東早期、加里東中晚期、海西晚期、燕山－喜山期構造活動影響。

加里東早期，巴楚隆起區(qū)內(nèi)以發(fā)育北西向張性正斷層為主，并局部發(fā)育少量北東向斷層，但斷裂規(guī)模較小 （圖4（a））。加里東中期發(fā)生構造反轉(zhuǎn)，巴楚隆起區(qū)以發(fā)育北西向逆沖斷層為主，斷裂相對不發(fā)育或者斷層活動強度較弱[19]（圖4（b））。海西早期斷裂活動較弱，加里東期斷裂進一步活動，主要發(fā)育近東西向的斷裂以及北東向的斷裂 （圖4（c））。海西晚期為斷裂的主要活動期，斷裂規(guī)模增加，主要發(fā)育北西向分支斷裂，大型邊界斷裂均在該時期基本形成 （圖4（d））。喜山早期為研究區(qū)內(nèi)強構造活動期，主要斷裂均繼承性發(fā)育，伴生多條分支斷裂，大型邊界斷裂均在該時期基本定型，主要發(fā)育北西向斷裂 （圖4（e））。

圖4 巴楚隆起區(qū)不同時期古斷裂體系圖

3 古構造特征分析

分析研究區(qū)的構造演化史并運用Petromod軟件對研究區(qū)進行模擬，選取最優(yōu)的結果，恢復O1－2y頂面在加里東中期Ⅰ幕、加里東中期Ⅲ幕、海西早期、海西晚期以及喜山早期的古埋深，并在此基礎上疊加對應期次的古斷裂體系，恢復了O1－2y頂面在5個主要構造時期的古構造。依據(jù)O1－2y頂面在不同時期的埋深變化，將巴楚隆起區(qū)O1－2y頂面在各個時期劃分為相對的隆起區(qū)、斜坡區(qū)和凹陷區(qū)。

加里東中期Ⅰ幕巴楚隆起區(qū)整體抬升，西南部的巴什托斷裂以南地區(qū)隆升相對更為強烈（圖5（a））。該時期斷裂活動較弱，受和田古隆起影響，靠近隆起的西南側抬升最高，向東北方地勢逐漸降低。BD4井至BD2井一帶為相對洼陷區(qū)，埋深為900～1000m，在BD4井一帶地勢最低。

加里東中期Ⅲ幕O1－2y頂面埋深由西向東加深，巴楚隆起區(qū)東段的南部比北部埋深大 （圖5（b））。該時期和田古隆起向北遷移至巴楚隆起區(qū)西部，色力布亞斷裂以西以及海米羅斯斷裂以西抬升趨勢最為強烈，埋深最淺。加里東中期幕斷裂相對不活躍，O1－2y頂面埋深僅在局部斷裂帶附近相對較淺。吐木休克斷裂帶上盤Fang1井一帶，O1－2y相對抬升，埋深為500～600m。HeTian1井－H2井－H3井－BD4井一帶埋深為900～1200m，是相對低洼區(qū)。

海西早期O1－2y頂面自北向南埋深變淺 （圖5（c））。此時和田古隆起位于巴楚隆起區(qū)南部，受其影響，靠近古隆起的LuoNan1井一線以南，O1－2y頂面埋深最淺。BT5井和巴什托斷裂在海西早期有所活動，但強度相對較弱，在斷裂上盤形成了小型的斷隆區(qū)，相對周圍區(qū)域隆起程度較小，其附近埋深為1000～1500m。HeTian1井西斷裂上盤受斷裂控制，產(chǎn)生輕微隆起，埋深為1200～1400m。

海西晚期巴楚隆起區(qū)北部巴楚隆起開始隆升，O1－2y頂面南部和北部較中間地區(qū)的埋深淺，在海米羅斯斷裂帶及其南部埋深最淺 （圖5（d）），埋深范圍在3000～4700m之間。在巴楚隆起區(qū)北部喬硝爾蓋斷裂以北，O1－2y頂面開始隆起。受控于斷裂的抬升作用，在各斷裂帶上盤，O1－2y頂面局部埋深較淺，如卡拉沙依斷裂、海米羅斯斷裂、色力布亞斷裂等，但斷裂上下盤的高差并不大，說明海西晚期為各斷裂的活動期，但不是主要定型期。

喜山早期巴楚隆起區(qū)北部巴楚隆起持續(xù)隆升，和田古隆起開始淹沒，O1－2y頂面地勢整體為北高南低、西高東低 （圖5（e））。色力布亞及喬硝爾蓋斷裂北部，BT5井－Kang1井一線以北，O1－2y埋深最淺。在海米羅斯斷裂西南部，O1－2y頂面為低隆起區(qū)。東部的卡拉沙依和吐木休克斷裂上盤形成的局部斷隆埋深較淺。HeTian1井－H2井－H3井一帶為巴楚隆起區(qū)的局部低洼區(qū)，埋深相對較深，在3600～4000m。喜山期為強烈構造活動期，形成的斷裂數(shù)量多，各斷裂活動強度大，斷裂上盤抬升強烈，為斷裂定型期。

圖5 巴楚隆起區(qū)O1－2y頂面不同時期古構造圖

4 構造演化分析

在二維和三維地震剖面解釋的基礎上，通過綜合考慮區(qū)內(nèi)的構造演化特征，在骨干地震測線中選取3條北東向和1條北西向的地震剖面，經(jīng)過時深轉(zhuǎn)換，考慮地層的去壓實校正和剝蝕量，應用平衡地質(zhì)剖面的原理制作構造演化剖面 （圖6）。加里東早期巴楚隆起區(qū)為拉張環(huán)境，以發(fā)育張性正斷層為主；到加里東中期盆地處于擠壓環(huán)境，研究區(qū)內(nèi)的斷裂發(fā)生構造反轉(zhuǎn)，正斷層反轉(zhuǎn)為逆斷層，地勢整體南高北低；海西早期巴楚隆起區(qū)南部地勢仍然較高，主要發(fā)育北東向斷裂和北西向斷裂；海西中期為構造沉降期，構造活動相對減弱；海西晚期斷裂發(fā)育規(guī)模和程度增加，巴楚隆起區(qū)北部開始隆升；喜山期為強烈構造活動期，斷裂進一步活動，北部隆升程度有所增加，南部隆起淹沒為斜坡凹陷帶。結合古構造圖可知巴楚隆起演化經(jīng)歷了2個階段，即海西運動的雛形階段和喜山運動的形成階段。巴楚隆起是海西中－晚期 （二疊紀）開始發(fā)育，顯現(xiàn)出隆起的雛形，到喜山期開始大幅度隆升，并最終定型。隆起位置遷移不明顯，主要表現(xiàn)在隆起規(guī)模上的變化上。

圖6 巴楚隆起B(yǎng)C04－HGYN－L1測線構造演化剖面圖

5 結論

1）巴楚隆起是活動型隆起，其構造演化經(jīng)歷海西運動的隆起形成和喜山運動的強烈隆升2個階段。巴楚隆起的位置遷移不明顯，主要表現(xiàn)在規(guī)模上的變化。

2）巴楚隆起區(qū)經(jīng)歷了5個重要的構造期：加里東早期主要發(fā)育張性正斷層；加里東中期為壓扭性逆沖斷層、反轉(zhuǎn)斷層、走滑斷層；加里東晚期～海西早期為逆沖斷裂；海西晚期以繼承性逆沖斷層為主；喜山期主要發(fā)育逆沖斷層。

3）研究區(qū)在加里東中期Ⅰ幕O1－2y頂面整體北部較南部埋藏深；加里東中期Ⅲ幕O1－2y頂面整體西高東低；海西早期O1－2y頂面整體南高北低；海西晚期O1－2y頂面中間部位相對南部和北部埋藏較淺；喜山晚期O1－2y頂面北高南低。

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