庫車克拉蘇構(gòu)造帶地下鹽巖變形特征分析

王洪浩，李江海，維 波，黃少英，能 源

(1.造山帶與地殼演化重點實驗室，北京 100871；2.北京大學，北京 100871；3.中國石油塔里木油田分公司，新疆 庫爾勒 841000)

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庫車克拉蘇構(gòu)造帶地下鹽巖變形特征分析

王洪浩1，2，李江海1，2，維 波1，2，黃少英3，能 源3

(1.造山帶與地殼演化重點實驗室，北京 100871；2.北京大學，北京 100871；3.中國石油塔里木油田分公司，新疆 庫爾勒 841000)

基于三維地震解釋，對克拉蘇構(gòu)造帶地下鹽巖的空間展布形態(tài)進行分析，通過井震結(jié)合，建立鹽內(nèi)地震相模式，探討研究區(qū)鹽內(nèi)變形特征和對高壓鹽水層分布的影響。研究表明，克拉蘇構(gòu)造帶克深和大北工區(qū)地下鹽巖的空間展布存在較大差異，先存的底辟構(gòu)造、古隆起和鹽巖的原始沉積邊界導致不同區(qū)域的鹽巖分布存在差異。研究區(qū)鹽內(nèi)可識別出的地震相模式可分為沉積型、流動型、褶皺型和斷層型4類，不同類型的地震相指示了鹽內(nèi)不同的流變狀態(tài)。紡錘型地震相是研究區(qū)最常見的、發(fā)育高壓鹽水的地震相，鞘褶皺的核部及平臥褶皺和斷層共同封閉的空間也容易發(fā)育高壓鹽水。在鉆遇上述地震相時，需要謹慎操作，可減少甚至避免鉆井事故的發(fā)生。

庫車前陸沖斷帶；克拉蘇構(gòu)造帶；鹽巖變形；高壓鹽水層

0 引 言

鹽巖是油氣系統(tǒng)中的常規(guī)要素，除作為區(qū)域最有效的蓋層外[1-2]，會在構(gòu)造應(yīng)力作用下形成復雜的鹽構(gòu)造樣式，對圈閉的構(gòu)造演化和油氣運移路徑的形成也會產(chǎn)生重要影響[3]。庫車前陸沖斷帶作為中國西部重要的油氣勘探區(qū)[4]，古近系—新近系鹽巖分布及變形特征對該區(qū)油氣成藏產(chǎn)生了重要影響，目前，鹽下已發(fā)現(xiàn)多個大氣田[5]。前人對庫車前陸沖斷帶鹽構(gòu)造進行了分段性研究[6]，并側(cè)重分析了鹽上層和鹽下層的主要構(gòu)造樣式[7]，但針對鹽巖層和地下鹽巖內(nèi)部(簡稱鹽內(nèi)，下同)變形的研究較少。因此，明確該區(qū)鹽巖分布和變形樣式對于指導油氣勘探有著重要意義。此外，在油氣田開發(fā)方面，由于鹽巖的流變特性，使得鹽巖地層成為鉆井過程中卡鉆、溢流和井漏等鉆井事故的高發(fā)層位[8]，對鹽內(nèi)能干層類型及變形樣式的識別可以為鹽巖鉆探提供指導，減少甚至避免鉆井事故。

在前人研究基礎(chǔ)上，基于克深、大北工區(qū)三維地震解釋，對庫車前陸沖斷帶西部克拉蘇構(gòu)造帶地下鹽巖的變形特征進行分析，結(jié)合相關(guān)鉆井資料，對鹽內(nèi)能干層類型和變形樣式進行識別，在此基礎(chǔ)上探討地下鹽巖的流變性質(zhì)和對高壓鹽水層分布的影響，為鉆井工程提供指導。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

庫車前陸沖斷帶位于塔里木盆地北部，夾持于南天山造山帶與塔北隆起之間，是中國重要的油氣勘探區(qū)。古新世—始新世和中新世，庫車地區(qū)處于干旱湖泊—鹽湖的環(huán)境下，在西部和東部分別沉積了古新統(tǒng)—始新統(tǒng)庫姆格列木群(E1-2km)和中新統(tǒng)吉迪克組(N1j)膏鹽巖。來自天山山前的擠壓應(yīng)力使鹽巖發(fā)生塑性流變，導致鹽巖在研究區(qū)內(nèi)分布不均勻，形成多個厚度中心和復雜的鹽構(gòu)造樣式(圖1)。

研究區(qū)在整體上具有“南北分帶、東西分段、上下分層”的特征，即從西到東以烏什凹陷、拜城凹陷和陽霞凹陷為主體分為3段；自北而南劃分為北部單斜帶、克拉蘇—依奇克里克構(gòu)造帶、中軸凹陷帶、秋里塔格構(gòu)造帶、南部斜坡帶等5個構(gòu)造變形帶；按照變形樣式自上而下劃分為鹽上層、鹽巖層、鹽下層和基底等4個構(gòu)造變形層。自北向南，收縮型強變形帶(克拉蘇—依奇克里克構(gòu)造帶、秋里塔格構(gòu)造帶)分隔弱變形帶(北部單斜帶、中軸凹陷帶、南部斜坡帶)。其中，庫車前陸沖斷帶西部的克拉蘇構(gòu)造帶鹽構(gòu)造尤為發(fā)育，鹽下基底發(fā)育的背斜圈閉是油氣勘探的重點位置，目前，發(fā)現(xiàn)大北3、大北201、克深5、克拉2、克拉3等多個含油氣構(gòu)造，具有良好的勘探前景。克深、大北工區(qū)三維地震的部署為該區(qū)地下鹽構(gòu)造樣式的精細解釋提供了條件，且該區(qū)鉆井資料豐富，可以基于井震結(jié)合的方法對鹽內(nèi)能干層類型和變形樣式進行刻畫，探討該區(qū)地下鹽巖的流變特征。

圖1 庫車前陸沖斷帶構(gòu)造分區(qū)及鹽巖厚度展布

2 地下鹽巖空間展布特征

基于三維地震數(shù)據(jù)解釋可以看出，克深和大北工區(qū)地下鹽巖的空間展布存在較大差異。在西部的克深1-2工區(qū)，鹽巖主要集中在北部由鹽下逆沖斷層形成的斷層三角帶中，南部則發(fā)育鹽撤向斜，鹽巖在向斜核部最薄，在部分區(qū)域甚至出現(xiàn)鹽焊接構(gòu)造；而在東部的大北工區(qū)，鹽巖主要集中在南部的鹽背斜(大宛齊背斜)中，在背斜核部鹽巖最厚可超過6 000 m。在大北工區(qū)北部，鹽巖受吐孜瑪扎斷層影響，發(fā)育鹽刺穿構(gòu)造。在部分區(qū)域，鹽巖隨逆沖斷層沖破地表，形成鹽墻(吐孜瑪扎鹽墻)構(gòu)造。在位于克深1-2工區(qū)和大北工區(qū)之間的克深5工區(qū)，地下鹽巖空間展布具有過渡的性質(zhì)，在北部和南部均發(fā)育有鹽巖厚度中心(圖2)。

鹽巖空間分布的差異與先存底辟構(gòu)造、古隆起和鹽巖原始沉積邊界有關(guān)。庫車地區(qū)漸新統(tǒng)蘇維依—第四系西域礫巖為山前河流—洪積扇相沉積，前積作用導致鹽上存在差異負載，進而形成先存底辟構(gòu)造?；谄胶馄拭嫜芯勘砻?，在大北工區(qū)北部鹽刺穿發(fā)育的位置，存在先存底辟構(gòu)造[9]，后期強烈的擠壓作用導致先存底辟構(gòu)造進一步發(fā)育，形成鹽刺穿構(gòu)造。古隆起的存在對鹽巖地層變形具有初始擾動效應(yīng)，大宛齊背斜處古隆起的存在是導致該處鹽背斜發(fā)育的重要因素，同時隨著后期擠壓應(yīng)力的進一步增強，鹽巖向應(yīng)力較弱的背斜核部移動，導致鹽背斜進一步發(fā)育。在鹽巖的原始沉積邊界，鹽上和鹽下層地層直接接觸，巖層之間的摩擦力增大，在后期的擠壓作用下易于發(fā)育斷層，進而控制鹽巖展布。

圖2 克深1-2—克深5—大北工區(qū)聯(lián)合剖面

3 鹽內(nèi)變形樣式

鹽內(nèi)變形樣式是鹽巖流變特征的反映，相關(guān)研究可為鉆井工程提供指導。鹽內(nèi)變形研究在國際上也屬于研究難點，地下鹽內(nèi)變形特征的研究通?；邴}內(nèi)能干層變形樣式的識別，相關(guān)研究主要集中在全球幾個重要的含鹽油氣盆地。Van Gent[10]等和Strozyk[11]等通過對中歐盆地上二疊統(tǒng)澤西斯坦群巨厚的鹽巖層地震和鉆井資料的構(gòu)造分析，刻畫出了鹽體內(nèi)部能干層三維多期疊加褶皺的變形樣式；Fiduk和Rowan基于巴西桑托斯盆地清晰的、相對連續(xù)的地震反射資料，識別出該盆地下白堊統(tǒng)阿普第階鹽巖層內(nèi)大尺度的鞘褶皺、平臥褶皺等能干層變形樣式[12]；阿曼鹽盆新元古界—下寒武統(tǒng)Ara群蒸發(fā)鹽沉積旋回清晰，地震資料品質(zhì)較好，Blood[13]等和Reuning[14]等在此基礎(chǔ)上識別出鹽內(nèi)碳酸鹽能干層，建立了該盆地布丁狀構(gòu)造的能干層變形模式[13-14]。

上述含鹽盆地鹽內(nèi)構(gòu)造樣式解釋可指導研究區(qū)鹽內(nèi)構(gòu)造樣式的識別，但在具體方法上存在一定差異，原因在于上述盆地含鹽地層與研究區(qū)庫姆格列木群含鹽地層在成分上差別較大。上述盆地含鹽地層均為海相蒸發(fā)鹽，巖性為厚層純鹽夾一套或數(shù)套反射清楚的能干層，能干層容易識別，且可連續(xù)追蹤，鹽內(nèi)構(gòu)造相對容易識別；而研究區(qū)庫姆格列木群鹽巖為陸相蒸發(fā)鹽，含鹽地層巖性變化大，鹽內(nèi)包裹多套能干層，在對該區(qū)地下鹽內(nèi)構(gòu)造進行解釋的過程中，不能直接采用連續(xù)追蹤能干層的方法，而是在參考地表鹽內(nèi)變形樣式的基礎(chǔ)上[15]，通過地下井—震標定，建立三維地震工區(qū)鉆井資料豐富區(qū)域的鹽內(nèi)地震相模式，并以地震相類型為依據(jù)，解釋地下鹽巖的流變特征(圖3)。研究區(qū)可識別出的地震相模式按照變形特征可以分為沉積型、流動型、褶皺型和斷層型4大類，并可細分為平行條帶型、楔型、紡錘型、緊閉褶皺型和斷層錯斷型等具體的地震相類型(圖3)。

圖3 庫車前陸沖斷帶克拉蘇構(gòu)造帶鹽內(nèi)地震相模式

不同類型的地震相指示的鹽內(nèi)流變特征如下：①在沉積型地震相中，鹽內(nèi)能干層基本未發(fā)生變形，多以原始層狀產(chǎn)出，沉積型地震相指示了鹽巖極弱的流變狀態(tài)，該類地震相主要分布于鹽巖頂段靠近鹽上頂板的位置，鹽上巨厚頂板限制了鹽巖的流動；②在流動型地震相中，鹽內(nèi)能干層變形相對較弱，多向某一方向發(fā)生聚斂或形成簡單的鉤狀褶皺，常見的地震相有楔型和紡錘型等，流動型的地震相指示了鹽巖相對較弱的流變狀態(tài)，鹽巖向某一方向流動導致鹽內(nèi)能干層發(fā)生聚斂，同時若流動前緣受到阻力，能干層會發(fā)生彎曲，形成簡單的鉤狀褶皺；③在褶皺型地震相中，鹽內(nèi)能干層發(fā)生強烈的褶皺變形，除常見的緊閉褶皺外，還可見一定數(shù)量的平臥褶皺和鞘褶皺等，褶皺型地震相指示了鹽巖相對較強的流變狀態(tài)，且多由流動型地震相發(fā)育而來，鹽巖強流變導致內(nèi)部能干層形成復雜的褶皺類型，在研究區(qū)流動型地震相和褶皺型地震相均主要分布于鹽巖中段，缺少頂板的限制導致鹽巖中段流動性相比頂段明顯增強；④在斷層型地震相中，鹽內(nèi)能干層多發(fā)生錯斷，指示了鹽巖快速強烈的變形特征，該類地震相主要分布于鹽巖底段逆沖斷層向鹽內(nèi)延伸的位置，反映了在基底逆沖斷層的影響下，鹽巖快速變形，鹽內(nèi)能干層發(fā)生錯斷。

4 鹽內(nèi)構(gòu)造對高壓鹽水層分布的影響

若鹽巖層中含有水，在長期構(gòu)造應(yīng)力的作用下，鹽水在有限空間內(nèi)壓力急劇升高，就會形成高壓鹽水。鹽巖層鉆井是一個世界級的鉆井技術(shù)難題，鹽內(nèi)高壓鹽水層更是鉆井事故的高發(fā)層位，探討鹽內(nèi)構(gòu)造對高壓鹽水層的控制作用，在鉆井過程中及時調(diào)整鉆井液密度，可以有效地減少甚至避免鉆井事故。

鹽內(nèi)高壓鹽水層分布規(guī)律性較差，多分布于小型封閉空間中，以類似于透鏡的形態(tài)存在。庫車前陸沖斷帶西部克拉蘇構(gòu)造帶是鹽內(nèi)高壓鹽水層的多發(fā)區(qū)域，多口井鉆遇不止一套高壓鹽水層。在地震相研究的基礎(chǔ)上，選取克深、大北工區(qū)鉆遇高壓鹽水層典型井的相關(guān)層位進行構(gòu)造精細解釋，探討鹽內(nèi)構(gòu)造對高壓鹽水層分布的影響。

以克深9井為例，克深9井在庫姆格列木群鹽巖鉆井過程中鉆遇上、下2套高壓鹽水層。其中，下部的高壓鹽水層位于庫姆格列木群鹽巖底段，主要受控于巖相變化，在相對較大的范圍內(nèi)可進行對比，多口井均鉆遇該套高壓鹽水層。上部的高壓鹽水層位于庫姆格列木群鹽巖中段，前期研究未對該套高壓鹽水層的成因給出解釋，為此次研究的重點?；诘卣鹣嘟忉?，克深9井庫姆格列木群鹽巖頂段為楔型地震相(圖4a)，顯示出鹽巖從北向南流動的特征，不存在高壓鹽水層發(fā)育的封閉空間。而鹽巖中段高壓鹽水層發(fā)育的層位，地震相類型為紡錘型地震相(圖4a)，紡錘型的中部為石膏夾層，頂部和底部分別為鹽巖、泥巖組合，高壓鹽水位于地震相核部鹽巖、泥巖組合共同封閉的空間中。圖4b顯示了該處高壓鹽水層的發(fā)育模式，原始層狀沉積的鹽巖、泥巖、石膏層組合在擠壓應(yīng)力下發(fā)生流動形成紡錘型構(gòu)造，中部石膏層在應(yīng)力作用下脫水形成硬石膏，并提供鹵水來源，持續(xù)的擠壓作用使得流體壓力不斷升高，在封閉的空間中形成高壓鹽水。

圖4 克深9井庫姆格列木群中段高壓鹽水層發(fā)育的模式

與克深9井類似，對研究區(qū)其他數(shù)十口井如克深13、克深902、克深903、克深904、克深2-1-4井等鹽內(nèi)高壓鹽水發(fā)育層位進行構(gòu)造精細解釋，認為紡錘型地震相是該區(qū)最常見的發(fā)育高壓鹽水的地震相，此外，鞘褶皺的核部以及平臥褶皺和斷層共同封閉的空間也是容易發(fā)育高壓鹽水的地震相。但鹽內(nèi)高壓鹽水層發(fā)育的位置并非和上述地震相一一對應(yīng)，上述地震相為高壓鹽水提供了封閉的空間，但高壓鹽水層的發(fā)育是多種作用共同作用的結(jié)果，除構(gòu)造封閉作用外，還應(yīng)具有鹵水來源和外部壓力。

5 結(jié) 論

(1) 庫車前陸沖斷帶克拉蘇構(gòu)造帶地下鹽構(gòu)造發(fā)育，但克深和大北工區(qū)地下鹽巖的空間展布存在較大差異，在西部的克深1-2工區(qū)，鹽巖主要集中在北部的斷層三角帶中；在東部的大北工區(qū)，鹽巖主要集中在南部的鹽背斜中；在位于中部的克深5工區(qū)，地下鹽巖的空間展布具有過渡的性質(zhì)，在北部和南部均發(fā)育有鹽巖的厚度中心。先存底辟構(gòu)造、古隆起和鹽巖的原始沉積邊界是導致不同工區(qū)鹽巖分布差異的重要原因。

(2) 通過井震結(jié)合建立鹽內(nèi)地震相模式的方法可對克拉蘇構(gòu)造帶地下鹽巖內(nèi)部變形特征進行分析。研究區(qū)可識別出的地震相模式可分為沉積型、流動型、褶皺型和斷層型4大類，沉積型的地震相多位于鹽巖頂段靠近鹽上頂板的位置，指示了鹽巖極弱的流變狀態(tài)；流動型地震相和褶皺型地震相均主要分布于鹽巖中段，缺少頂板限制導致鹽巖中段流動性相比頂段明顯增強；斷層型地震相主要分布于鹽巖底段逆沖斷層向鹽內(nèi)延伸的位置，指示了鹽巖在基底逆沖斷層的影響下快速強烈的變形特征。

(3) 鹽內(nèi)高壓鹽水層是鉆井事故的高發(fā)層位，克拉蘇構(gòu)造帶是鹽內(nèi)高壓鹽水層的高發(fā)區(qū)域，在地震相研究的基礎(chǔ)上，選取克深、大北工區(qū)鉆遇高壓鹽水層典型井的相關(guān)層位進行構(gòu)造精細解釋，認為鹽內(nèi)紡錘型地震相、鞘褶皺的核部以及平臥褶皺和斷層共同封閉的空間是容易發(fā)育高壓鹽水的位置。高壓鹽水層的發(fā)育是多種作用共同作用的結(jié)果，除構(gòu)造封閉作用外，還應(yīng)具有鹵水來源和外部壓力。

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編輯 黃華彪

20160127；改回日期：20160509

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃“973”項目“火山巖油氣藏的形成機制與分布規(guī)律”(2009CB219302)

王洪浩(1989-)，男，2012年畢業(yè)于北京大學地質(zhì)學專業(yè)，現(xiàn)為該校構(gòu)造地質(zhì)學專業(yè)在讀博士研究生，從事鹽構(gòu)造相關(guān)研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.04.004

TE123.1

A

1006-6535(2016)04-0020-05