克拉蘇構(gòu)造帶褶皺中和面地質(zhì)特征與縱向位置確定
——以克拉蘇構(gòu)造帶S構(gòu)造為例

周紅波，劉永雷，劉　軍，谷永興，張聚民,高能學(xué)

(1．西安石油大學(xué)， 陜西西安 710065；2．中國石油東方地球物理公司)

克拉蘇構(gòu)造帶褶皺中和面地質(zhì)特征與縱向位置確定

——以克拉蘇構(gòu)造帶S構(gòu)造為例

周紅波1，2，劉永雷2，劉軍2，谷永興2，張聚民2,高能學(xué)2

(1．西安石油大學(xué)， 陜西西安 710065；2．中國石油東方地球物理公司)

摘要：中和面是縱彎褶皺中普遍存在的一種地質(zhì)現(xiàn)象，中和面上下存在不同的應(yīng)力特征、裂縫性質(zhì)和儲層物性差異。克拉蘇構(gòu)造帶褶皺具有整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、單一構(gòu)造相對簡單的特點(diǎn)，所形成的褶皺構(gòu)造為典型縱彎褶皺，也具有中和面褶皺的相關(guān)特征。結(jié)合鉆井和地震地質(zhì)分析，總結(jié)了克拉蘇構(gòu)造帶4種不同構(gòu)造類型及其地震地質(zhì)特征。在鉆井和地震統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合前人研究成果，通過數(shù)據(jù)擬合分析，確定了克拉蘇S構(gòu)造帶中和面位置，明確了張性帶厚度與油氣產(chǎn)量的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：克拉蘇構(gòu)造帶；褶皺中和面；地質(zhì)特征；背斜類型

在構(gòu)造地質(zhì)學(xué)研究對象中，褶皺構(gòu)造是沉積巖層中的一種基本構(gòu)造類型。地層在褶皺(縱彎褶皺)變形過程中表現(xiàn)為外弧伸長和內(nèi)弧縮短，在接近巖層中部，有一個(gè)既無伸長亦無縮短的無應(yīng)變面，這個(gè)無應(yīng)變面稱為褶皺中和面，簡稱“中和面”[1-2]。背斜在中和面以上、向斜在中和面以下都屬于張性區(qū)域(張性帶)，儲層的壓實(shí)作用相對較小，物性條件因此相對較好，有利于油氣的聚集。而在背斜的中和面以下或在向斜的中和面以上的區(qū)域，都處于壓性區(qū)域(擠壓帶)，儲層壓實(shí)作用相對較大，物性條件相對不好，不利于油氣的聚集，表現(xiàn)為油氣的向外運(yùn)移[3-5]。

1中和面褶皺地質(zhì)特點(diǎn)[1-2]

褶皺中和面在形成過程中存在縱向遷移的特點(diǎn)，隨著構(gòu)造變形程度的加劇，背斜中和面逐漸向下遷移，向斜中和面逐漸向上遷移。在構(gòu)造中和面以上的張性帶，裂縫主要表現(xiàn)為高角度、開啟性質(zhì)；中和面以下的擠壓帶，裂縫表現(xiàn)為網(wǎng)狀特征，多閉合，礦物結(jié)晶半充填或全充填。

(1)應(yīng)力發(fā)育特征。在縱彎褶皺形成時(shí)，中和面即開始出現(xiàn)，中和面之上為張應(yīng)力狀態(tài)，應(yīng)力橢圓長軸平行地層層面；之下為壓應(yīng)力狀態(tài)，應(yīng)力橢圓長軸垂直地層層面；中部為近似應(yīng)力平衡區(qū)，應(yīng)力橢圓近似圓形，基本未變形。

(2)微觀地質(zhì)要素發(fā)育特征。①劈理(面狀構(gòu)造)：上部平行層面或呈低角度夾角，下部與層面垂直或呈高角度夾角；②節(jié)理或裂縫，上部張節(jié)理或張裂縫，高角度，下部剪節(jié)理或壓裂縫，低角度；③局部構(gòu)造特點(diǎn)：整體為背斜，局部發(fā)育拉張型“地塹”。

(3)儲層發(fā)育特征。克拉蘇地區(qū)白堊系為低孔低滲儲層，絕對孔隙度普遍在10%以下，主要是由于其處于相對強(qiáng)烈的構(gòu)造擠壓作用區(qū)，最大古構(gòu)造擠壓應(yīng)力達(dá)79.5 MPa。依據(jù)克深5井構(gòu)造擠壓理論減孔量模型，其最大絕對減孔量為6.66%，從而使儲層孔隙度進(jìn)一步減少[6]。

本區(qū)褶皺構(gòu)造中和面之上為張應(yīng)力狀態(tài)，發(fā)育高角度張裂縫，且多未被結(jié)晶礦物填充，孔隙度高，物性較好；中和面之下為壓應(yīng)力狀態(tài)，發(fā)育網(wǎng)狀剪裂縫，多被結(jié)晶礦物充填，物性差，孔隙度低，儲層致密。

2克拉蘇構(gòu)造帶中和面褶皺特點(diǎn)

克拉蘇構(gòu)造帶具有區(qū)別于其它地區(qū)的地質(zhì)特點(diǎn)：一是本區(qū)構(gòu)造屬前陸盆地典型逆沖推覆構(gòu)造，褶皺類型為縱彎褶皺，構(gòu)造整體發(fā)育復(fù)雜，但單個(gè)構(gòu)造相對簡單；二是褶皺構(gòu)造上覆巨厚膏鹽巖，形成構(gòu)造頂棚。這兩方面地質(zhì)特點(diǎn)形成了一種對儲層的減壓效應(yīng)：減小鹽下儲層壓實(shí)作用，最大限度地保護(hù)了儲層原生孔隙。

2.1克拉蘇構(gòu)造帶背斜類型

根據(jù)克拉蘇構(gòu)造帶實(shí)際構(gòu)造特點(diǎn)及其變形程度的變化，背斜類型分為初始背斜、寬緩背斜、高陡背斜、突發(fā)背斜，隨著構(gòu)造塊體形變加劇，中和面逐漸向下遷移，張性帶厚度逐步增大(圖1)。

圖1　克拉蘇構(gòu)造帶構(gòu)造解釋模型

構(gòu)造變形開始時(shí)期為初始背斜階段，這一時(shí)期構(gòu)造變形程度較低，南北兩條邊界斷層斷距小，構(gòu)造幅度小，南北兩翼傾角小，構(gòu)造為簡單單斷模式，相對平緩(圖1a)。

構(gòu)造變形早期為寬緩背斜階段，這一時(shí)期構(gòu)造變形程度較低，南邊界斷層斷距較大，北邊界斷層斷距較小，構(gòu)造幅度較小，南翼傾角較大，北兩翼傾角較小，構(gòu)造為簡單單斷模式，相對平緩(圖1b)。

構(gòu)造變形中期為高陡背斜階段，這一時(shí)期構(gòu)造變形程度較高，南邊界斷層斷距較大，北邊界斷層斷距較大，構(gòu)造幅度較大，南翼傾角較大，北翼傾角開始變大，北翼開始發(fā)育反沖斷層，但斷距較小，構(gòu)造有突發(fā)特征，構(gòu)造相對較陡(圖1c)。

構(gòu)造變形晚期為突發(fā)背斜階段，這一時(shí)期構(gòu)造變形程度高，南邊界斷層斷距大，北邊界斷層斷距大，構(gòu)造幅度大，南北兩翼地層傾角大，北翼發(fā)育反沖斷層，且斷層斷距大，構(gòu)造變?yōu)橥话l(fā)特征，構(gòu)造較陡(圖1d)。

2.2中和面背斜地質(zhì)特征

在克拉蘇構(gòu)造帶構(gòu)造變形的四個(gè)不同階段，各個(gè)構(gòu)造或者構(gòu)造的不同部位具有不同的張性帶厚度，裂縫特征也存在差異(圖2)。

構(gòu)造變形開始時(shí)期(初始背斜階段)，構(gòu)造變形程度較低，構(gòu)造地層相對平緩，背斜中和面相對靠近地層上部，張性帶厚度較薄，裂縫相對不發(fā)育；構(gòu)造變形早期(寬緩背斜階段)，構(gòu)造變形程度較低，相對平緩，中和面以上張性帶厚度較小，裂縫開始在構(gòu)造南翼和頂部發(fā)育，但密度較?。粯?gòu)造變形中期(高陡背斜階段)，構(gòu)造變形程度較高，構(gòu)造相對較陡，張性帶厚度變厚，且呈現(xiàn)明顯的中間厚邊部薄的特征，裂縫在構(gòu)造南翼和頂部持續(xù)發(fā)育，北翼也開始發(fā)育少量裂縫；構(gòu)造變形晚期(突發(fā)背斜階段)，構(gòu)造變形程度高，背斜中和面向下移動(dòng)，張性帶厚度變大，裂縫開始在構(gòu)造南北兩翼和頂部發(fā)育，裂縫密度相對早期變大，構(gòu)造兩翼較陡傾。

3克拉蘇構(gòu)造帶褶皺中和面位置的確定(以S構(gòu)造為例)

3.1鉆井地質(zhì)特征

從鉆井特征來看，克拉蘇構(gòu)造帶多個(gè)構(gòu)造物性特征具有明顯的分帶性，基本可分為三段，分別是高孔隙度段、中等孔隙度段和低孔隙度段。這與中和面褶皺具有對應(yīng)的關(guān)系：張性帶對應(yīng)低電阻率、高孔隙度、低地應(yīng)力、高角度張裂縫的測井和巖心特征；過渡帶對應(yīng)中等電阻率、中等孔隙度、中等地應(yīng)力、高角度張裂縫、張剪縫的測井和巖心特征；擠壓帶對應(yīng)高電阻率、低孔隙度、高地應(yīng)力、高角度剪切縫的測井和巖心特征。

克拉蘇S構(gòu)造上一口鉆井A位于構(gòu)造邊部，張性帶厚度為89 m，日產(chǎn)氣微量；另一口鉆井B，張性帶厚度為129 m，獲得工業(yè)氣流，且張性帶厚度較厚的多口鉆井均獲得高產(chǎn)。據(jù)此總結(jié)，本區(qū)張性帶厚度與鉆井產(chǎn)能有極大相關(guān)性：張性帶厚度大，單井產(chǎn)能高，反之，產(chǎn)能較低(注：僅圈閉范圍內(nèi)鉆井有此規(guī)律)。

圖2　克拉蘇褶皺構(gòu)造與裂縫演化模型

3.2S構(gòu)造中和面位置的確定

中和面在地層中的位置與各層地層厚度、構(gòu)造變形程度和楊氏模量有關(guān)[7-10]。通過對本區(qū)目的層巖石物理參數(shù)檢測，發(fā)現(xiàn)在目的層范圍內(nèi)各層巖石物理性質(zhì)保持穩(wěn)定，楊氏模量基本保持不變。本文主要應(yīng)用地層厚度與構(gòu)造變形程度兩項(xiàng)數(shù)據(jù)來確定褶皺中和面的位置[11-13]。

張性帶厚度是地層厚度和構(gòu)造曲率的單調(diào)增函數(shù)，因此，本文應(yīng)用了交會擬合的方法進(jìn)行研究，使用鉆井張性帶厚度與地層厚度和曲率來擬合(表1)，其中地層厚度由鉆井或地震資料解釋求取，曲率表示構(gòu)造變形程度。對克拉蘇S構(gòu)造做了擬合，其表達(dá)式為：

H=166.8-0.137D-0.081Cr

(1)

式中：H——張性帶厚度，m;D——褶皺地層總厚度，m;Cr——曲率值。

S構(gòu)造為一背斜構(gòu)造，根據(jù)前述克拉蘇構(gòu)造帶地質(zhì)規(guī)律(圖3)，其張性帶厚度與構(gòu)造自身形態(tài)有很大相關(guān)性。經(jīng)過擬合公式計(jì)算出的S構(gòu)造張性帶厚度(圖3)也具有這種規(guī)律：構(gòu)造兩翼張性帶厚度小，軸部厚度大。張性帶厚度與井產(chǎn)能相關(guān)性也較高，在張性帶厚度較大處鉆井均獲得高產(chǎn)。

表1　克拉蘇S構(gòu)造擬合數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)　　　　m

4結(jié)論與認(rèn)識

(1)克拉蘇構(gòu)造帶逆沖推覆作用形成的縱彎褶皺具有典型的中和面褶皺特征。

(2)克拉蘇構(gòu)造帶中和面褶皺按照構(gòu)造變形程度分為4種不同的構(gòu)造形態(tài)：初始背斜、寬緩背斜、高陡背斜、突發(fā)背斜。

圖3　克拉蘇S構(gòu)造張性帶厚度圖分布

(3)克拉蘇構(gòu)造帶鉆測井資料具有明顯的縱向分帶性，與中和面褶皺地質(zhì)特征相吻合。

(4)克拉蘇構(gòu)造帶背斜中和面以上張性帶厚度與地層真厚度和構(gòu)造變形程度呈正相關(guān)性。

(5)本文所研究褶皺中和面位置確定方法僅適用于克拉蘇構(gòu)造帶，不同構(gòu)造需要不同的擬合數(shù)據(jù)和參數(shù)。

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編輯：李金華

文章編號：1673-8217(2016)03-0069-04

收稿日期：2016-01-20

作者簡介：周紅波，工程師，1982年生，2005年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源勘查工程專業(yè)，在讀碩士研究生，現(xiàn)主要從事塔里木庫車地區(qū)地質(zhì)研究工作。

基金項(xiàng)目：中國石油集團(tuán)重大專項(xiàng)“庫車前陸深層油氣地質(zhì)理論與勘探目標(biāo)評價(jià)”(2014E-2101JT)資助。

中圖分類號：TE111

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A