壓扭走滑作用對(duì)深水碳酸鹽巖儲(chǔ)層的改造——以Sinjar隆起西翼為例

趙中平

(1.西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710069;2.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，西安 710069)

深水環(huán)境下沉積的碳酸鹽巖通常儲(chǔ)集性能差，不利于油氣的聚集和成藏。壓扭走滑作用可使地層發(fā)生褶皺而形成正向構(gòu)造［1］，也可使局部地層遭改造而儲(chǔ)集性能大為改善［2］，從而有利于油氣的聚集和成藏。在構(gòu)造地質(zhì)學(xué)和石油構(gòu)造分析中，壓扭走滑構(gòu)造的研究多集中在盆地規(guī)模的區(qū)域構(gòu)造，或油氣構(gòu)造圈閉形成的研究中［3-14］，而其對(duì)儲(chǔ)層的改造作用則鮮有論及。本文以Sinjar隆起西翼油田為例，討論壓扭走滑活動(dòng)對(duì)深水碳酸鹽巖儲(chǔ)集性能改造和優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成的控制作用，以期能為儲(chǔ)集性能差的深水碳酸鹽巖儲(chǔ)層的油氣勘探提供借鑒。

1 地質(zhì)背景

圖1 Sinjar隆起構(gòu)造位置Fig.1 Location of Sinjar Uplift

研究區(qū)位于Sinjar隆起西翼、敘利亞境內(nèi)(圖1)。Sinjar隆起地處阿拉伯板塊北緣，在中生代白堊紀(jì)強(qiáng)烈裂陷期沉積了厚達(dá)1 000 m的Shiranish組灰?guī)r，之后受板塊擠壓作用影響，盆地開(kāi)始抬升形成了裂陷后的區(qū)域不整合面。在此基礎(chǔ)上于古近紀(jì)中期該區(qū)又復(fù)沉降，沉積了厚約550～900 m的始新統(tǒng)Chilou組—漸新統(tǒng)Jaddala組灰?guī)r，以及中新統(tǒng)—上新統(tǒng)以硬石膏和鹽巖為主的地層，構(gòu)成了灰?guī)r—蒸發(fā)鹽—鹽巖的巖性演化序列(圖2)。始新統(tǒng)—漸新統(tǒng)巖性和沉積環(huán)境類似，根據(jù)電測(cè)曲線特征和錄井資料，從下至上將Jaddala組—Chilou組劃分為A-I共9個(gè)小層，其中H與I小層被一套穩(wěn)定分布、厚約10 m的硬石膏層分隔(圖2)。

Jaddala組—Chilou組巖性主要為含生屑泥晶灰?guī)r和生屑泥晶灰?guī)r，顆?；?guī)r不發(fā)育。其中Chilou組底部普遍發(fā)育一套具高自然伽馬特征、富含有機(jī)質(zhì)的黑色泥灰?guī)r(圖2)。GR能譜測(cè)井資料證實(shí)，高GR異常是有機(jī)質(zhì)吸附較高放射性鈾元素造成的。孔隙類型以晶間孔和生物孔為主，雖然總孔隙度平均可達(dá)20%以上，但滲透率大部分均在1×10-3μm2以下，表現(xiàn)出典型的高孔低滲特征，儲(chǔ)集性和滲流能力極差、巖性致密。在厚達(dá)數(shù)百米的灰?guī)r地層中，僅在I小層中部發(fā)育一套廣泛分布、厚2～3 m、受大氣淡水強(qiáng)烈淋濾溶蝕形成的含油優(yōu)質(zhì)基質(zhì)孔隙性儲(chǔ)層，其他層段孔隙儲(chǔ)層總體不發(fā)育、基質(zhì)不含油。研究區(qū)已發(fā)現(xiàn)的始新統(tǒng)—漸新統(tǒng)油藏主要為裂縫性油藏，僅分布在研究區(qū)西部;大量鉆井在研究區(qū)東部高部位的始新統(tǒng)—漸新統(tǒng)內(nèi)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)油氣顯示。

圖2 Sinjar隆起區(qū)Jaddala組—Chilou組地層Fig.2 Synthesis histogram of Jaddala and Chilou formations in Sinjar Uplift

圖3 Sinjar隆起區(qū)西翼Jaddala-Chilou組構(gòu)造特征a.H小層頂構(gòu)造;b.Jaddala-Chilou組裂縫走向;c.研究區(qū)西側(cè)2個(gè)次級(jí)褶皺左旋扭壓成因示意Fig.3 Structural characteristics of Jaddala and Chilou formations in the west tip of Sinjar Uplift

2 壓扭走滑活動(dòng)特征及其表現(xiàn)

在區(qū)域擠壓力作用下，在研究區(qū)中部和東部形成了2個(gè)平行展布、走向NWW-SEE的背斜(圖3a)。研究區(qū)處于世界著名的死海走滑斷裂系的影響范圍內(nèi)［15］，時(shí)受走滑作用所產(chǎn)生的構(gòu)造變形影響。由敘利亞西南Palmyride逆掩褶皺造山帶往東北延伸段末端的壓扭斷裂系，疊加在研究區(qū)西部［16］。此壓扭斷裂系表現(xiàn)為走向NE的走滑斷裂(圖3～5)和伴生的呈SWW-NEE走向的斜列褶皺(圖3a)。此外，Jaddala-Chilou組裂縫性油藏僅在研究區(qū)西部低部位發(fā)現(xiàn)，且裂縫異常發(fā)育帶及油藏分布具有明顯的NE走向的線性構(gòu)造特征。裂縫方位與深部走滑斷裂主位移帶以及主位移帶內(nèi)2個(gè)次級(jí)皺褶走向之間的關(guān)系，符合平行于最大主應(yīng)力方向的左行力偶產(chǎn)生的壓扭走滑構(gòu)造組合樣式(圖3b，c)。

圖4 地震屬性揭示的Sinjar隆起西翼深部走滑斷裂帶分布特征Fig.4 Distribution of damage zone associated with strike-slip faults in the deep strata of the west tip of Sinjar Uplift

圖5 Sinjar隆起西翼走滑斷裂系統(tǒng)—花狀構(gòu)造證據(jù)剖面位置見(jiàn)圖4。Fig.5 Flower structure associated with strike-slip faults in the western tip of Sinjar Uplift

同時(shí)壓扭走滑活動(dòng)造成了局部地層厚度和巖性的變化。在整體地層北厚南薄的背景下，研究區(qū)位于走滑破碎帶內(nèi)的西南斜列褶皺處，在Jaddala-Chilou組A、C-F小層明顯存在一地層厚度較薄帶(圖6)，其他層段平面上總體厚度變化較小、分布較穩(wěn)定。此外，在該處Chilou組底部發(fā)育的富含有機(jī)質(zhì)的黑色泥灰?guī)r的厚度明顯變薄到地層局部缺失(圖7)。研究表明，這種地層厚度變薄是由同沉積期局部地形較高的凸起存在所致。此突起的存在還得到以下沉積環(huán)境和巖性等方面的佐證:研究區(qū)范圍內(nèi)僅在該處發(fā)現(xiàn)有較粗顆粒灰?guī)r沉積以及波浪作用形成的浪蝕構(gòu)造，反映該處屬水體較淺、水體能量相對(duì)較強(qiáng)的沉積環(huán)境。此凸起位于走滑破碎構(gòu)造帶內(nèi)，走向SWW-NEE，正與走滑作用所產(chǎn)生的擠壓方向垂直(圖3c)，應(yīng)為壓扭走滑活動(dòng)所形成的褶皺隆起，也是其幕式活動(dòng)的反映。

圖6 研究區(qū)西側(cè)Jaddala-Chilou組各小層地層厚度a-i分別為小層A-I對(duì)應(yīng)的地層厚度等值線圖;圖幅范圍見(jiàn)圖3，后面各圖相同。Fig.6 Isopach maps of each layer of Jaddala and Chilou formations in the western tip of Sinjar Uplift

圖7 研究區(qū)西部Chilou組底部富含有機(jī)質(zhì)的黑色泥灰?guī)r厚度分布與裂縫發(fā)育區(qū)Fig.7 Thickness of organic-rich black mudstones and development of fractures in Chilou Formation in the western tip of Sinjar Uplift

構(gòu)造壓扭作用活動(dòng)時(shí)間主要為始新世—漸新世Jaddala-Chilou組C-F小層沉積期，證據(jù)主要有2點(diǎn):一是上述地層厚度分布和巖性變化特征;二是西側(cè)走滑斷裂破碎帶Jaddala-Chilou組縱向上C-F小層裂縫最發(fā)育，與C-F小層沉積期該帶走滑褶皺隆升這一構(gòu)造階段吻合。由于碳酸鹽巖沉積物的固化作用普遍較早，裂隙作用可以發(fā)生在碳酸鹽巖地層自淺埋藏之后的任意時(shí)間，因此裂縫特征表明其形成時(shí)間應(yīng)主要集中在C-F小層沉積期;而裂縫的形成受壓扭走滑作用控制(見(jiàn)3.1節(jié))，因此構(gòu)造壓扭作用主要活動(dòng)時(shí)間應(yīng)為C-F小層沉積期。而這一時(shí)期正與敘利亞西南Palmyride逆沖褶皺—走滑造山帶形成與活動(dòng)期［17］相對(duì)應(yīng)。很顯然，研究區(qū)西部局部沉積古地貌的形成是與壓扭構(gòu)造作用同期或準(zhǔn)同期的。

3 碳酸鹽巖儲(chǔ)層質(zhì)量的改善和控制

3.1 壓扭走滑作用對(duì)裂縫形成和分布的控制

全井眼地層微電阻率成像測(cè)井(FMI)、鉆井漏失以及生產(chǎn)動(dòng)態(tài)等資料揭示，始新統(tǒng)Jaddala組—漸新統(tǒng)Chilou組裂縫主要發(fā)育在研究區(qū)西部呈NE-WS走向的一有限區(qū)帶內(nèi)(圖3a)。普遍發(fā)育的一組裂縫走向呈NNE-SSW，且縱向上具有自下往上總體表現(xiàn)出裂縫強(qiáng)度逐漸減弱、裂縫傾角逐漸變小的特點(diǎn)(表1)。該組裂縫走向垂直于中部和東部2個(gè)規(guī)模較大的次級(jí)皺褶背斜的樞紐。根據(jù)少量FMI資料以及較多的鉆井泥漿漏失資料，在研究區(qū)中部及東部裂縫發(fā)育程度明顯較西部走滑斷裂破碎帶要低(圖3a)。根據(jù)地震資料，中部及東部的斷裂活動(dòng)表現(xiàn)為明顯的線性錯(cuò)斷(圖4)，可能屬純剪切類型，其影響范圍十分有限，難以形成一定規(guī)模的裂縫性儲(chǔ)層。

根據(jù)對(duì)研究區(qū)反射地震資料多種屬性的處理分析揭示，西部裂縫異常發(fā)育區(qū)是受深部基底斷裂走滑控制的淺層走滑變形破碎帶(圖4，5)。裂縫發(fā)育強(qiáng)度由下往上減弱的特點(diǎn)為此模式的結(jié)果，這已得到“走滑斷層破裂形式”的模擬實(shí)驗(yàn)［18］所證明。

壓扭走滑作用控制形成的大量裂縫增加了致密灰?guī)r儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間，并極大地改善和提高了致密儲(chǔ)層的滲流能力(圖8b)，形成規(guī)模較大的裂縫性油藏。

表1 研究區(qū)西部走滑破碎帶內(nèi)各小層裂縫傾角及裂縫密度統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of fracture inclination and density of each layer in the damage zone of the western tip of Sinjar Uplift

3.2 壓扭走滑作用對(duì)基質(zhì)孔隙儲(chǔ)層的控制

研究區(qū)西南斜列褶皺隆起區(qū)油井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征與其他區(qū)域有顯著區(qū)別，表現(xiàn)出基質(zhì)孔隙儲(chǔ)層供油的特征。如平面上單井產(chǎn)能高，單井產(chǎn)能分布總體較均一、無(wú)大的變化(圖9a)，初期遞減較快、隨后緩慢遞減但仍然有較高的液量和油量等(圖9b)。而其他區(qū)域則總體單井產(chǎn)能較低，且產(chǎn)能在平面各井變化大，是典型的裂縫性儲(chǔ)層特征;所對(duì)應(yīng)的單井典型開(kāi)采曲線表現(xiàn)為初期快速遞減后液量和油量較低的特征(圖9c)。

如前所述，A-H層深水碳酸鹽巖總體基質(zhì)儲(chǔ)集性能差，不含油。但整個(gè)研究區(qū)內(nèi)僅在西南斜列褶皺隆起區(qū)發(fā)現(xiàn)了基質(zhì)含油巖心，巖性仍主要為泥灰?guī)r，含少量顆?；?guī)r，可見(jiàn)較多的針狀溶孔，表明沉積物受到了溶蝕作用。雖然該處為隆起高點(diǎn)，但沉積作用并未直接形成有效的儲(chǔ)集空間。受壓扭走滑作用形成的局部褶皺凸起在沉積期常會(huì)接近海平面，具有受到大氣淡水與海水混合水溶蝕作用的條件，使原本致密的沉積物產(chǎn)生了一定的有效儲(chǔ)集空間，形成基質(zhì)孔隙儲(chǔ)層(圖8a)。成藏期酸性地層水沿裂縫系統(tǒng)向上流動(dòng)也可形成一定的溶蝕孔隙。但從含油基質(zhì)孔隙儲(chǔ)層的局限分布分析，混合水溶蝕作用對(duì)儲(chǔ)集性能的改善應(yīng)是最主要的、最有效的［19-22］。

4 結(jié)論

(1)Sinjar隆起西翼始新統(tǒng)—漸新統(tǒng)深水致密泥灰?guī)r良好儲(chǔ)集體的形成主要受控于壓扭走滑作用的改造。壓扭走滑作用對(duì)深水碳酸鹽巖儲(chǔ)集性能的改造和控制，主要表現(xiàn)在2個(gè)方面:一是控制了裂縫異常發(fā)育帶和裂縫性儲(chǔ)層的形成與分布;二是產(chǎn)生的同沉積局部斜列褶皺隆起遭受混合水的溶蝕作用，從而改善了致密沉積物的儲(chǔ)集能力。

圖8 研究區(qū)西側(cè)Jaddala-Chilou儲(chǔ)層物性分布Fig.8 Reservoir property distribution of main production zone in Jaddala and Chilou formations in the western tip of Sinjar Uplift

(2)這一實(shí)例表明，深水碳酸鹽巖沉積雖一般儲(chǔ)集性能差，但構(gòu)造作用及其影響的沉積和溶蝕作用仍可改善其儲(chǔ)集性能，若處于烴源巖發(fā)育區(qū)，則其有可能具有良好的油氣聚集—成藏條件。因此，在油氣藏勘探和開(kāi)發(fā)過(guò)程中應(yīng)重視類似的情況。

圖9 研究區(qū)Jaddala-Chilou組油井生產(chǎn)特征a.初期平均日產(chǎn)液能力;b.西南褶皺隆起區(qū)典型單井開(kāi)采曲線;c.中北部典型單井開(kāi)采曲線Fig.9 Oil well production characteristics in Jaddala and Chilou formations in the western tip of Sinjar Uplift

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(編輯 徐文明)