克拉瑪依油田石炭系火山巖區(qū)斷層封閉性研究

張琳 查明 江汝鋒

摘 要：為填補(bǔ)克拉瑪依油田火山巖斷裂封閉機(jī)理及定量評(píng)價(jià)研究的空白，在解剖典型火山巖油藏的基礎(chǔ)上，應(yīng)用綜合因子法，綜合考慮斷面正壓力（σ）、斷裂帶泥質(zhì)充填物含量（Rm）、斷層緊閉指數(shù)（I），結(jié)合了流體指數(shù)F對(duì)克拉瑪依地區(qū)4條主要斷層的封閉性進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，綜合因子Q與斷裂封閉性有正相關(guān)關(guān)系，克拉瑪依地區(qū)由東南向西北，斷裂級(jí)別依次減小，斷層封閉性逐漸變差。綜合因子法的評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際地質(zhì)情況較相符，可作為火山巖區(qū)斷層封閉性的評(píng)價(jià)方法進(jìn)行推廣。

關(guān) 鍵 詞：克拉瑪依油田；石炭系火山巖；斷層封閉性評(píng)價(jià)；綜合因子法

中圖分類號(hào)：TE 122 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1671-0460（2016）08-1824-04

Abstract： In order to research the mechanism and quantitative evaluation of the fault sealing of volcanic rocks in Karamay oilfield， a new comprehensive factor analysis method was put forward； σ， Rm， I and fluid index F were chosen to evaluate the sealing characteristics of four dominant faults in Karamay. The results indicate that comprehensive factor Q has a positive correlation with the fault sealing； The level of faults decreases and sealing characteristic gets worse from the southeast to the northwest of Karamay. The result of comprehensive factor analysis matches the geological conditions well and the analysis can be popularized in the fault sealing evaluation of volcanic rocks.

Key words： Karamay oilfield； carboniferous vocanic rocks； fault sealing evaluation； comprehensive factor analysis

近年來(lái)，油氣資源的需求量迅速增加，中國(guó)含油氣盆地火山巖中剩余資源豐富，勘探潛力大，是未來(lái)油氣勘探開(kāi)發(fā)的重要領(lǐng)域[1]。自2005年以來(lái)，克拉瑪依油田在湖灣區(qū)與六七九區(qū)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了克92井等石炭系火山巖油藏[2]，目前已累計(jì)探明13個(gè)區(qū)塊，含油面積147.32 km2，探明原油地質(zhì)儲(chǔ)量13 378.65×104 t，可采儲(chǔ)量2 153.28×104 t，展示了石炭系火山巖具有良好的油氣勘探前景。

目前火山巖區(qū)斷層封閉性評(píng)價(jià)尚處于探索階段，封閉性多側(cè)重于單因素評(píng)價(jià)及機(jī)理研究：如付曉飛運(yùn)用巖性對(duì)接手段評(píng)價(jià)了松遼盆地徐家圍子火山巖斷層側(cè)向封閉性[3]；孟令東將傳統(tǒng)的Knipe單井三角圖改進(jìn)為雙井三角圖，表征徐家圍子火山巖區(qū)走滑斷層不同斷距的巖性對(duì)接關(guān)系[4]；柳成志認(rèn)為火山巖斷層的垂向封閉主要依賴斷裂帶泥質(zhì)充填和“硅遷移”造成的SiO2膠結(jié)，側(cè)向封閉主要依賴巖性對(duì)接、膠結(jié)作用和泥巖涂抹[5]。本文提出了火山巖區(qū)斷層封閉性評(píng)價(jià)的新方法，引入綜合因子Q對(duì)工區(qū)的斷層封閉性進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，克拉瑪依地區(qū)由東南向西北，斷裂級(jí)別依次減小，斷層封閉性逐漸變差；綜合評(píng)價(jià)參數(shù)的分布范圍，將Q=0.43作為克拉瑪依火山巖區(qū)斷層的封閉下限。評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際地質(zhì)情況較相符，可作為火山巖區(qū)斷層封閉性的評(píng)價(jià)方法進(jìn)行推廣。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

研究區(qū)為盆地西北緣克烏斷裂的南段克百斷裂帶內(nèi)的克拉瑪依油田，油氣區(qū)塊可劃分為一到九區(qū)，區(qū)域構(gòu)造位置如圖1?？税贁嗔褞怯梢幌盗凶笮醒懔惺降哪鏇_斷裂組成的大型疊瓦狀逆沖斷裂帶，自克拉瑪依斷層向東北延伸，經(jīng)白堿灘至百口泉地區(qū)，走向近NE—SW，傾向近NW。克百斷裂帶構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍，是海西、印支、燕山多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)疊加的產(chǎn)物 [6]?？傮w而言，克百斷裂帶的構(gòu)造活動(dòng)主要表現(xiàn)為盆地掀斜運(yùn)動(dòng)和沖斷活動(dòng)，形成的構(gòu)造行跡以逆沖斷層為主，伴隨著局部低幅度褶皺現(xiàn)象。

自早石炭世基底形成以來(lái)，克百斷裂帶充填了上石炭統(tǒng)至下白堊統(tǒng)的碎屑巖，在晚石炭世至早二疊世，盆地部分地區(qū)還發(fā)育了火山巖和火山碎屑巖。二疊紀(jì)和早三疊世工區(qū)由于掀斜抬升運(yùn)動(dòng)暴露地表，二疊系和下三疊統(tǒng)百口泉組在長(zhǎng)期的風(fēng)化淋濾作用下被剝蝕殆盡，在石炭系頂部形成孔滲性極好的風(fēng)化淋濾帶，三疊系克拉瑪依組泥巖直接覆蓋其上。

2 斷裂基本特征

克百斷裂帶自二疊紀(jì)以來(lái)發(fā)生多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，主應(yīng)力方向從北北東向逐漸過(guò)渡為北西方向，又疊加因達(dá)布爾特?cái)嗔鸦顒?dòng)引起的扭動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)，形成了多方向斷裂彼此交織的現(xiàn)象，斷裂在性質(zhì)、分布上表現(xiàn)出多樣性和復(fù)雜性。主要斷層要素統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

根據(jù)斷裂規(guī)模、活動(dòng)時(shí)期、展布范圍、對(duì)沉積的控制作用等，可將工區(qū)的斷裂劃分為三個(gè)級(jí)別：克拉瑪依斷裂、南白堿灘斷裂均屬于一級(jí)斷裂，走向近NE—SW向，延伸長(zhǎng)、斷距達(dá)十余公里，是控制二疊系沉積的邊界斷裂；大侏羅溝斷裂、克拉瑪依西斷裂為重要的二級(jí)斷裂，走向近NW—SE向，延伸較長(zhǎng)、斷距可達(dá)數(shù)公里，可控制局部構(gòu)造帶的展布；主斷裂附近的次級(jí)斷裂、派生斷裂等為三級(jí)構(gòu)造，走向各異，斷距較小、延伸較短，多為數(shù)十至數(shù)百米，制約了局部構(gòu)造的發(fā)育。

在多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的疊加下，工區(qū)在平面和剖面上形成了多樣的斷裂組合型式。平面上的組合類型主要有平行式、羽列式、十字式、人字式、半月式等；剖面上的組合類型主要有Y字形、花狀斷裂、階梯式、疊瓦式等。

3 火山巖區(qū)斷層封閉性評(píng)價(jià)

3.1 火山巖區(qū)斷層封閉性機(jī)理

斷層封閉性的本質(zhì)是差異排替壓力封閉，當(dāng)充填物的排驅(qū)壓力或斷層兩側(cè)的排驅(qū)壓力差達(dá)到一定程度時(shí)斷層封閉，否則開(kāi)啟。目前對(duì)于斷層封閉性的研究主要集中在碎屑巖區(qū)，其側(cè)向封閉機(jī)理包括：（1）斷層兩側(cè)巖性配置[7]；（2）泥巖涂抹作用[8]；（3）顆粒碎裂作用[9]；（4）成巖膠結(jié)作用[9]。垂向封閉機(jī)理有兩種：（1）斷面緊閉封閉機(jī)理；（2）斷裂帶排替壓差封閉機(jī)理。在火山巖發(fā)育地區(qū)，斷裂帶內(nèi)充填的物質(zhì)及斷裂帶兩側(cè)巖性對(duì)置關(guān)系都有別于碎屑巖，斷層封閉機(jī)理具有重要的研究意義。

借鑒碎屑巖區(qū)對(duì)斷層封閉性的研究成果，本文認(rèn)為火山巖區(qū)側(cè)向封閉原理主要包括斷層兩側(cè)巖性配置和成巖作用?；鹕綆r區(qū)有效的巖性配置主要為泥巖—火山巖對(duì)置與致密火山巖—火山巖對(duì)置。成巖作用主要表現(xiàn)為膠結(jié)和充填：膠結(jié)作用表現(xiàn)在溫壓條件發(fā)生變化導(dǎo)致碳酸鹽、硅質(zhì)等礦物質(zhì)發(fā)生過(guò)飽和沉淀，形成高排替壓力；充填作用主要表現(xiàn)為粘土礦物、沸石類礦物、硅質(zhì)和碳酸鹽類的充填。

火山巖區(qū)垂向封閉原理主要包括斷層面緊閉與斷裂帶排替壓差封閉機(jī)制。當(dāng)斷層兩盤為面接觸時(shí)，斷層的封閉性主要受斷層面閉合程度的影響。當(dāng)斷層規(guī)模較大時(shí)垂向封閉主要依賴斷裂帶內(nèi)充填物的高排替壓力?；鹕綆r區(qū)充填物包括砂泥質(zhì)和火山巖巖屑，相應(yīng)的垂向封閉存在泥質(zhì)充填和硅膠結(jié)兩種機(jī)理?；鹕綆r儲(chǔ)集層普遍存在烴堿流體[10]，其堿交代作用使儲(chǔ)層中硅質(zhì)組分自下而上遷移：一方面使火山巖原有礦物發(fā)生堿性溶蝕，增大儲(chǔ)層的孔滲性；另一方面在繼續(xù)流動(dòng)過(guò)程中，堿度降低時(shí)其攜帶的SiO2又發(fā)生過(guò)飽和沉淀，易在垂向上形成封閉。

3.2 封閉性評(píng)價(jià)公式的建立

斷層封閉性受到多重因素的影響，單一因素評(píng)價(jià)只能不同程度的反映斷層的封閉性能，為了體現(xiàn)斷層封閉性的多因素影響特征，本次研究借鑒碎屑巖區(qū)斷層封閉性評(píng)價(jià)方法，引入綜合因子Q進(jìn)行斷層封閉性評(píng)價(jià)，建立加權(quán)平均型綜合評(píng)判公式：

式中，wi代表第i種因素的權(quán)重系數(shù)，rij代表第j條斷層第i種因素的原始數(shù)據(jù)歸一化處理后的數(shù)值；Qj代表第j個(gè)斷層封閉性能的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，其值越大，斷層封閉性越好。

斷裂發(fā)育區(qū)流體作用很顯著，因此引入了流體系數(shù)（F）進(jìn)行封閉性評(píng)價(jià)：斷層兩側(cè)油水界面不統(tǒng)一則兩側(cè)油氣藏分屬不同壓力系統(tǒng)，斷層封閉，流體系數(shù)F定為1，油水界面一致則斷層開(kāi)啟，流體系數(shù)定為0，兩盤均不含油則無(wú)法斷定斷層封閉與否，流體系數(shù)定為0.5。本次研究選取斷面正壓力（σ）、斷裂帶泥質(zhì)充填物含量（Rm）、斷層緊閉程度（I）和含油性（F）4個(gè)因素對(duì)工區(qū)內(nèi)4條主控?cái)鄬拥姆忾]性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

權(quán)重系數(shù)的確定方法主要有專家調(diào)查法、德?tīng)栰撤ê蛯哟畏治龇ǖ?，結(jié)合工區(qū)實(shí)際地質(zhì)特征，本次研究運(yùn)用專家調(diào)查法確定了以上五個(gè)因素的權(quán)重系數(shù)（見(jiàn)表2），利用式（1）計(jì)算各斷層不同斷點(diǎn)的綜合因子Q，最終得出克拉瑪依地區(qū)斷層封閉性綜合評(píng)價(jià)表3。

3.3 封閉性評(píng)價(jià)結(jié)果

統(tǒng)計(jì)各主控?cái)鄬硬煌瑤r性對(duì)置情況下的綜合因子Q繪制不同斷層封閉性評(píng)價(jià)柱狀圖2根據(jù)Q值與斷層封閉性的正相關(guān)關(guān)系判斷，四條斷層均表現(xiàn)出火山巖與泥巖對(duì)接封閉性最好，火山巖與砂巖對(duì)接封閉性中等，火山巖與火山巖對(duì)接封閉性最差；就單個(gè)斷層來(lái)看，克拉瑪依斷層、南白堿灘斷層和白堿灘斷層的封閉性明顯高于北黑油山斷層。從控盆斷裂向盆地邊緣，由東南向西北，斷裂級(jí)別依次減小，埋深依次變淺，封閉性也逐漸變差。

依據(jù)四條斷層的封閉性綜合評(píng)判結(jié)果Q與深度的關(guān)系，建立D—Q關(guān)系散點(diǎn)圖3，并統(tǒng)計(jì)不同巖性對(duì)置情況下的含油率（某種巖性對(duì)置情況中有油氣顯示的測(cè)試點(diǎn)數(shù)與總測(cè)試點(diǎn)數(shù)之比），綜合研究不同巖性對(duì)置情況下主控?cái)鄬臃忾]性的差異。經(jīng)研究可知，火山巖與泥巖對(duì)接的Q值在0.46～0.9之間，封閉性較好，含油率約為75%；火山巖與砂巖對(duì)接的Q值在0.32～0.68之間，封閉性中等，含油率約為72.2%；火山巖與火山巖對(duì)接的Q值在0.27～0.51之間，封閉性較差，含油率約為50%。綜合評(píng)價(jià)參數(shù)分布范圍，將Q=0.43作為克拉瑪依火山巖區(qū)斷層的封閉下限，Q>0.43斷層可形成封閉，Q<0.43斷層開(kāi)啟。

4 結(jié) 論

（1）克百地區(qū)斷裂體系在垂向上具有明顯分層性，下部斷裂密度、強(qiáng)度均大于上部斷裂，可劃分為三級(jí)斷裂，多方向交織的斷層在平面和剖面上形成了多樣的斷裂組合型式，如雁列式、斜交式、疊瓦式。

（2）本次研究應(yīng)用綜合因子法對(duì)克拉瑪依油田4條斷層進(jìn)行了綜合性評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，克拉瑪依油田由東南向西北，斷裂級(jí)別依次減小，埋深依次變淺，斷層封閉性也逐漸變差?；鹕綆r與泥巖對(duì)接封閉性最好，含油率最高，火山巖與火山巖對(duì)接封閉性最差，含油率最低。綜合評(píng)價(jià)參數(shù)的分布范圍，將Q=0.43作為克拉瑪依火山巖區(qū)斷層的封閉下限，Q>0.43斷層可形成封閉，Q<0.43斷層開(kāi)啟。

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