庫車坳陷構(gòu)造裂縫發(fā)育特征及分布規(guī)律

于 璇，侯貴廷*，能 源，李 杰，魏紅興

1.教育部造山帶與地殼演化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院，北京100871；2.中國石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，庫爾勒841000

庫車坳陷構(gòu)造裂縫發(fā)育特征及分布規(guī)律

于 璇1，侯貴廷1*，能 源2，李 杰1，魏紅興2

1.教育部造山帶與地殼演化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院，北京100871；2.中國石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，庫爾勒841000

通過對(duì)野外露頭和井下巖心構(gòu)造裂縫的觀察和描述，及其性質(zhì)、產(chǎn)狀、密度、強(qiáng)度、開度、充填程度和充填物等測(cè)量要素的觀測(cè)和統(tǒng)計(jì)，對(duì)庫車前陸沖斷帶山前構(gòu)造裂縫發(fā)育特征及分布規(guī)律進(jìn)行了綜合分析。該區(qū)主要發(fā)育三組近南北走向的剪裂縫和張剪裂縫，裂縫傾角總體以大于45°的高角度縫和垂直縫為主，野外和巖心裂縫開度分別以0～5mm和0～1mm為主，裂縫多未充填或半充填，充填物以鈣質(zhì)充填為主。裂縫各參數(shù)的分布呈現(xiàn)出東西分段，南北分帶的特點(diǎn)，以克拉蘇—依奇克里克構(gòu)造帶的裂縫密度和強(qiáng)度最高。具體到層位上，庫車東部以下侏羅統(tǒng)阿合組裂縫最為發(fā)育，庫車西部則以下白堊統(tǒng)巴什基齊克組砂巖的裂縫密度最高。總體上，庫車坳陷構(gòu)造裂縫十分發(fā)育，有益于致密儲(chǔ)層孔滲條件的改善，有利于裂縫型油氣藏的形成。

構(gòu)造裂縫；發(fā)育特征；分布規(guī)律；庫車坳陷

1 引言

致密脆性油氣儲(chǔ)層的滲透率低，儲(chǔ)集性能差，勘探開發(fā)難度很大。在此類儲(chǔ)層中，構(gòu)造裂縫是油氣主要的儲(chǔ)集空間和運(yùn)移通道。若天然的構(gòu)造裂縫系統(tǒng)發(fā)育，將有利于提高致密砂巖的儲(chǔ)集性和滲透能力，形成裂縫型低滲油氣藏。因此，構(gòu)造裂縫的發(fā)育程度決定了裂縫型油氣藏的規(guī)模和勘探開發(fā)潛力。塔里木盆地庫車坳陷廣泛分布著致密砂巖天然氣藏，相繼發(fā)現(xiàn)了大北、迪北和克深等氣田（王招明，2014；雷剛林等，2007；杜金虎等，2012）。摸清庫車坳陷全區(qū)構(gòu)造裂縫的性質(zhì)、發(fā)育程度以及空間和平面分布規(guī)律是當(dāng)前庫車坳陷致密砂巖氣勘探開發(fā)急需研究的基礎(chǔ)問題。

構(gòu)造裂縫的早期研究主要是通過野外露頭、巖心觀測(cè)及薄片觀察等手段來對(duì)裂縫進(jìn)行識(shí)別，并直接測(cè)量裂縫的產(chǎn)狀和密度等參數(shù)。從上世紀(jì)60年代，國內(nèi)外學(xué)者已開始研究野外露頭中的構(gòu)造裂縫分布規(guī)律，Price（1966）依據(jù)巖石破裂形成裂縫的表面能不斷增加的過程，提出構(gòu)造裂縫的發(fā)育程度和巖石中的彈性應(yīng)變能呈正比的觀點(diǎn)。Murray（1968）發(fā)現(xiàn)成層巖石的裂縫發(fā)育程度與巖層曲率間存在密切關(guān)系，據(jù)此建立了裂縫發(fā)育程度與地層曲率的定量關(guān)系。Van Golf-Racht（1982）對(duì)裂縫型儲(chǔ)層研究的理論和方法進(jìn)行了系統(tǒng)歸納。在20世紀(jì)末，測(cè)井和地震方法逐漸成為裂縫研究的重要手段。利用雙側(cè)向常規(guī)測(cè)井反演，從縱橫波時(shí)差、電性和聲波時(shí)差等資料出發(fā)，估算裂縫的孔隙度，張開度和巖石力學(xué)參數(shù)等數(shù)據(jù)（吳文圣，2001）。進(jìn)入新世紀(jì)，成像測(cè)井和地震方法作為新型測(cè)井技術(shù)也逐漸發(fā)展起來。成像測(cè)井具有能夠從中直接識(shí)別裂縫，并獲取裂縫的期次、成因及性質(zhì)等更多信息的優(yōu)點(diǎn)（黃繼新等，2006；童亨茂，2006；曾聯(lián)波等，2007）。利用地震數(shù)據(jù)也被證明可以識(shí)別和提取裂縫的相關(guān)信息（Boadu,1997;Martietaletal.,2006;Karimpouli etal.,2013）。近年來，掃描技術(shù)在裂縫研究中也得到了廣泛的使用，比起常規(guī)方法，掃描技術(shù)具備能夠識(shí)別儲(chǔ)層中的微裂縫及亞微裂縫的優(yōu)勢(shì)（Golab etal.,2010;Boivin etal.,2013）。

裂縫發(fā)育的控制因素既有褶皺和斷層等構(gòu)造因素，也有巖性和巖層厚度等非構(gòu)造因素。Bellahsen等（2006）研究了裂縫期次與褶皺的關(guān)系，并認(rèn)為同褶皺期的構(gòu)造裂縫以縱張裂縫為主。Gudmundsson等（2010）認(rèn)為斷裂帶的彈性性質(zhì)與圍巖不同，斷裂帶周圍的應(yīng)力更加集中，因此斷裂帶內(nèi)產(chǎn)生的局部應(yīng)力會(huì)控制裂縫的發(fā)育。Underwood等（2003）認(rèn)為在一定范圍內(nèi)，構(gòu)造裂縫密度隨著地層厚度的增加而降低。張鵬等（2011）、馬中遠(yuǎn)等（2013）分析比較了不同白云巖和砂泥巖等巖性中的裂縫密度差異。戴俊生等（2011a,b）利用有限元模擬方法研究了泥巖對(duì)砂巖裂縫延伸的阻隔作用及裂縫發(fā)育的應(yīng)力敏感性。利用彈性力學(xué)有限元數(shù)值模擬方法研究構(gòu)造裂縫形成機(jī)制和開展裂縫分布的預(yù)測(cè)一直是裂縫油氣藏研究的重要方法（丁中一等，1998;周新桂等,2007;于璇等，2015；丁文龍等，2016）。近些年，國內(nèi)外開始利用粘彈性有限元數(shù)值模擬技術(shù)研究斷層相關(guān)褶皺變形中所產(chǎn)生的裂縫發(fā)育過程（Smartetal.,2012;Ju etal.,2014）都具有理論意義以及應(yīng)用價(jià)值。

前人對(duì)于庫車坳陷的構(gòu)造裂縫研究多集中在局部的區(qū)塊（王俊鵬等，2014；李世川等，2012；張博等，2011），或特定的層位（于璇等，2015；張惠良等，2014；吳永平等，2011），但對(duì)于全區(qū)構(gòu)造裂縫的發(fā)育特征和分布規(guī)律缺乏系統(tǒng)性的研究。本文通過針對(duì)庫車坳陷野外露頭和井下巖心構(gòu)造裂縫的實(shí)際觀測(cè)和統(tǒng)計(jì)，對(duì)該區(qū)構(gòu)造裂縫的發(fā)育特征和區(qū)域分布規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)性的研究和總結(jié)。

2 區(qū)域地質(zhì)概況

庫車坳陷位于塔里木盆地北緣，屬于南天山構(gòu)造帶的前陸盆地，北臨南天山造山帶，南抵塔北隆起，是一個(gè)中新生代盆地（賈承造，2004；趙文智等，1998；王招明，2004；湯良杰等，2007）。庫車坳陷在構(gòu)造單元上從北往南可劃分為五個(gè)構(gòu)造帶，分別為北部單斜帶、克拉蘇—依奇克里克構(gòu)造帶、拜城凹陷、陽霞凹陷和秋里塔格構(gòu)造帶（圖1）。

喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)是庫車坳陷構(gòu)造形成的主要?jiǎng)恿?，其中喜馬拉雅中晚期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)該區(qū)構(gòu)造變形與最終定型起了決定性作用（賈承造，1997；劉志宏等，2000），使得庫車坳陷山前具有典型的前陸沖斷變形特征，發(fā)育一系列規(guī)模不一的北傾逆沖斷裂，形成疊瓦狀逆沖推覆構(gòu)造，在地表上表現(xiàn)為一系列東西走向的線性背斜（劉志宏等，2000；圖1）。研究區(qū)的構(gòu)造裂縫也主要形成于該時(shí)期（曾聯(lián)波，2004）。

庫車坳陷整體以中、新生代沉積為主，地層最厚可達(dá)10 000m。中生屆以湖泊-沼澤-河流相沉積為主，中下部夾煤層；新生界為湖泊-河流相沉積，夾兩套古近系和新近系膏泥巖或膏鹽巖。其中，白堊系巴什基齊克組砂巖是庫車坳陷西部克拉蘇構(gòu)造帶的主要儲(chǔ)集層，侏羅系阿合組致密砂巖是庫車坳陷東部依奇克里克構(gòu)造帶的主要儲(chǔ)集層（賈承造等，2002；曾聯(lián)波和周天偉，2004）。

克拉蘇構(gòu)造帶巴什基齊克組砂巖儲(chǔ)層物性以低孔超低滲為主，孔隙度平均為6.7%，滲透率為（0.01～1.0）×10-3μm2（張惠良等，2014）；依奇克里克構(gòu)造帶阿合組砂巖儲(chǔ)層物性以低孔低滲為主，孔隙度范圍為4%～12%，平均為7.4%，滲透率一般為（0.1～10）×10-3μm2（林潼等，2014；王根海和壽建峰，2001）。這兩套儲(chǔ)層裂縫的大量發(fā)育是庫車坳陷大北、克深和迪北等致密砂巖氣藏的顯著特征（賈進(jìn)華和薛良清，2002；王珂等，2015；劉春等，2009）。因此，研究儲(chǔ)層裂縫的分布特征與發(fā)育規(guī)律，對(duì)指導(dǎo)該區(qū)油氣勘探有重要意義。

3 構(gòu)造裂縫的識(shí)別與測(cè)量

3.1 構(gòu)造裂縫的識(shí)別

構(gòu)造裂縫是在應(yīng)力場(chǎng)作用下超過了巖石的屈服強(qiáng)度而在巖石中產(chǎn)生的破裂，形成了兩個(gè)失去表面結(jié)合力的地質(zhì)界面，斷層也屬于裂縫的一種，狹義上的構(gòu)造裂縫就是節(jié)理（Pollard and Aydin，1988）。構(gòu)造裂縫的分布具有規(guī)律性，通常具有多個(gè)平行組系，成組出現(xiàn)且分布廣泛，可發(fā)育于不同巖性，穿層或穿多層，裂縫延伸長且穩(wěn)定，分支少，一般不與孔洞共存，裂縫面上有擦痕、階步等現(xiàn)象。而非構(gòu)造裂縫主要包括成巖縫、層間縫、壓溶縫、溶蝕縫、滑塌縫、風(fēng)化縫、人工縫等（Van Golf-Racht，1982）。

按力學(xué)性質(zhì)，構(gòu)造裂縫可進(jìn)一步劃分為張性裂縫、張剪性裂縫、剪性裂縫和壓性裂縫，通常純粹的張性裂縫和壓性裂縫很少見。其中張性裂縫是裂縫兩盤間僅存在沿裂縫面法向拉張變形的裂縫；張剪性縫是裂縫兩盤沿裂縫面存在法向拉張變形，且沿裂縫面存在切向滑動(dòng)變形的裂縫；剪性裂縫是裂縫兩盤僅存在沿裂縫面切向滑動(dòng)變形的裂縫；壓性裂縫是裂縫兩盤沿裂縫面存在法向壓縮變形，且沿裂縫面切向存在滑動(dòng)變形的裂縫。張性裂縫產(chǎn)狀不穩(wěn)定，延伸短，常繞礫；剪性裂縫的產(chǎn)狀穩(wěn)定，延伸較遠(yuǎn)，平直光滑，可切穿顆粒；壓性裂縫通常表現(xiàn)為波浪狀和劈理性質(zhì)（朱志澄和宋鴻林，1990）。不同地質(zhì)歷史時(shí)期下的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)環(huán)境不盡相同，形成的多期構(gòu)造裂縫因而彼此相交、切割或改造，形成裂縫網(wǎng)絡(luò)（侯貴廷，1994）。

3.2 裂縫的基本參數(shù)

構(gòu)造裂縫的識(shí)別和定量表征是裂縫地質(zhì)建模和裂縫型油氣藏勘探開發(fā)的基礎(chǔ)工作（童亨茂，2004）。針對(duì)構(gòu)造裂縫的主要特征，我們通過8個(gè)參數(shù)來定量表征構(gòu)造裂縫的大小、方向、種類和發(fā)育程度等，包括:裂縫的性質(zhì)、產(chǎn)狀(走向、傾角)、密度、強(qiáng)度、開度、充填程度和充填物。在構(gòu)造裂縫的表征參數(shù)中，裂縫的密度和強(qiáng)度對(duì)裂縫型儲(chǔ)層的評(píng)價(jià)最重要。

裂縫的性質(zhì)：裂縫性質(zhì)涉及到裂縫的開度、充填程度和充填物。多數(shù)構(gòu)造裂縫為張性裂縫、張剪性裂縫或剪裂縫，通常剪裂縫呈共軛節(jié)理形式出現(xiàn)，但巖層強(qiáng)烈的非均質(zhì)性通?？梢砸种破渲幸唤M發(fā)育，而只留下另一組（曾聯(lián)波等，2007）。

裂縫的產(chǎn)狀：裂縫的產(chǎn)狀包括傾向和傾角，在裂縫面不易測(cè)量的情況下，通常用裂縫的走向，可以編制某剖面或測(cè)量面的裂縫走向玫瑰圖，反映該剖面或測(cè)量面上構(gòu)造裂縫的優(yōu)勢(shì)方位。裂縫的傾角，根據(jù)裂縫與水平面的夾角分為四個(gè)類別：水平縫（0°～15°）、低角度斜交縫（15°～45°）、高角度斜交縫（45°～75°）和垂直縫（75°～90°）。

裂縫的開度：指裂縫的張開度或?qū)挾龋闪芽p壁之間的距離來表示，單位通常用毫米（mm），多數(shù)介于0～5mm。

裂縫的密度：在定量討論構(gòu)造裂縫發(fā)育程度時(shí)，常用到構(gòu)造裂縫密度作為指標(biāo)。裂縫密度包括線密度、面密度和體密度三種，單位均為m-1。本次研究采用面密度來表征裂縫密度，相對(duì)而言，面密度既容易測(cè)量，又能較完整地反映裂縫的發(fā)育程度。面密度是某測(cè)量截面上所有裂縫的長度之和與測(cè)量截面面積的比值，表達(dá)式如下：

式中，f表示構(gòu)造裂縫面密度（m-1），∑L是某測(cè)量面上所有裂縫的長度之和（m）；S表示測(cè)量截面面積（m2）。裂縫面密度的大小反映巖石的截面上裂縫發(fā)育的程度，面密度越大，表明裂縫越發(fā)育。

裂縫的強(qiáng)度：裂縫的強(qiáng)度與各層位的巖性、厚度和構(gòu)造有關(guān)。裂縫強(qiáng)度為裂縫密度與裂縫穿層的厚度頻率的比值，為無量綱單位，表達(dá)式如下：

式中，I表示構(gòu)造裂縫強(qiáng)度，f表示構(gòu)造裂縫面密度（m-1），l表示厚度頻率（m-1），n表示裂縫的穿層數(shù)目，t表示裂縫的穿層厚度（m）。裂縫的強(qiáng)度反映了裂縫的穿層性，裂縫強(qiáng)度越大，表明地層的裂縫越發(fā)育，穿層也越多。

裂縫的充填性：包括完全充填、半充填和未充填三種情況。裂縫充填性的不同，直接反應(yīng)了裂縫的儲(chǔ)集有效性的好壞，一般將未充填和半充填的裂縫定義為有效裂縫。

裂縫的充填物：主要指裂縫充填物成分，如方解石、泥質(zhì)、碳質(zhì)和鐵質(zhì)等物質(zhì)充填等。

4 研究區(qū)裂縫發(fā)育特征及分布規(guī)律

直接觀測(cè)野外和巖心裂縫產(chǎn)狀、密度、充填程度、充填物性質(zhì)等參數(shù)（圖2），并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，尋找和發(fā)現(xiàn)它們之間的相互關(guān)系，是研究儲(chǔ)集層裂縫發(fā)育程度和規(guī)律的第一手資料。本次裂縫統(tǒng)計(jì)的層位是上三疊統(tǒng)到古近系砂巖段。以庫車河為界，將庫車坳陷分為庫車西部和庫車東部（圖1）。從西到東，野外實(shí)際考察和測(cè)量了庫車西部的塔拉克（TLK）、阿瓦特河（AWT）、大宛齊煤礦（DWQ）和克拉蘇河（KLS）剖面，以及庫車東部的庫車河（KC）、克孜勒努爾溝（KZ）、依奇克里克（YQ）、陽霞煤礦（YX）和陽霞河（YXH）等十余條野外剖面（圖1），獲得構(gòu)造裂縫測(cè)量數(shù)據(jù)21176個(gè)。研究區(qū)共取心阿瓦3、克深801和依南2等21口井（圖1），對(duì)2783m巖心段進(jìn)行觀察統(tǒng)計(jì)，處理巖心構(gòu)造裂縫數(shù)據(jù)12184個(gè)。

4.1 裂縫性質(zhì)與產(chǎn)狀

圖2 庫車坳陷野外與巖心構(gòu)造裂縫照片F(xiàn)ig.2 Photos show field and core fractures in the Kuqa Depression

圖3 研究區(qū)構(gòu)造裂縫走向玫瑰花圖區(qū)域分布圖Fig.3 Rose diagrams showing tectonic fracture orientation ateach site on the structuralmap of the Kuqa depression

根據(jù)庫車坳陷全區(qū)露頭和巖心觀察，從裂縫力學(xué)性質(zhì)判斷，該區(qū)構(gòu)造裂縫以剪性裂縫和張剪性裂縫為主（圖2a-b,d-g），張性裂縫為輔（圖2c）。根據(jù)庫車坳陷沖斷帶山前野外構(gòu)造裂縫走向玫瑰圖分析，本區(qū)構(gòu)造裂縫走向優(yōu)勢(shì)方位主要分為三組：北北東向、北東向和北北西向（圖3），其中，北北東向裂縫最發(fā)育，這與前人的研究成果較為一致（張仲培等，2006）。研究區(qū)構(gòu)造裂縫的發(fā)育主要受區(qū)域構(gòu)造和局部構(gòu)造控制。庫車坳陷現(xiàn)今地應(yīng)力場(chǎng)的最大主應(yīng)力方向?yàn)榻媳毕颍ㄔ?lián)波和王貴文，2005），區(qū)域構(gòu)造控制的裂縫走向總體上以北北東向?yàn)橹?，與新生代近南北向的最大主壓應(yīng)力方向呈小銳角，而局部構(gòu)造控制的裂縫因受局部構(gòu)造的控制，因而走向具有多個(gè)方位。

圖4 研究區(qū)野外與巖心構(gòu)造裂縫傾角分布圖Fig.4 Distributionmap of field and core fractureangleateach siteon the structuralmap ofKuqa depression

圖5 庫車全區(qū)野外各剖面構(gòu)造裂縫傾角（地層水平校正后）分布圖Fig.5 Distributionmap of field fractureangle(afterstratigraphic correction)ateach site on the structuralmap of the Kuqadepression

庫車前陸沖斷帶山前野外和巖心構(gòu)造裂縫傾角總體以＞45°的高角度縫和垂直縫為主（圖4，5），從成像測(cè)井（FMI）的裂縫識(shí)別上也可以看出巖心主要發(fā)育高角度裂縫（圖2 h）。庫車坳陷井下巖心的構(gòu)造裂縫在西部以高角度和垂直縫為主，而在東部以高角度縫和低角度縫為主。將地層恢復(fù)到水平狀態(tài)之后，野外裂縫傾角整體以高角度縫和垂直縫為主，低角度縫和水平縫所占比例很?。▓D5）。

4.2 裂縫密度與強(qiáng)度

庫車前陸沖斷帶山前的構(gòu)造裂縫面密度分布呈現(xiàn)出東西分段，南北分帶的特點(diǎn)（圖6）。整體上，庫車東部的構(gòu)造裂縫面密度比西部的構(gòu)造裂縫面密度值要大。南部克依構(gòu)造帶的構(gòu)造裂縫面密度值要比北部單斜帶的構(gòu)造裂縫面密度值要大。整體受區(qū)域構(gòu)造分帶控制，局部受具體構(gòu)造控制。同一構(gòu)造帶內(nèi)，東部的克孜勒努爾剖面—陽霞煤礦剖面比西部的大宛齊和克拉蘇剖面的構(gòu)造裂縫面密度值要大（圖6）。

將各剖面按照地層來統(tǒng)計(jì)裂縫密度后發(fā)現(xiàn)，庫車坳陷東部的三疊系塔里奇克組和侏羅系的阿合組裂縫最為發(fā)育，西部的白堊系和古近系的裂縫相對(duì)比其他地層更發(fā)育（圖6）。在對(duì)庫車坳陷各井巖心的構(gòu)造裂縫面密度統(tǒng)計(jì)中，發(fā)現(xiàn)阿合組和巴什基齊克組巖心的構(gòu)造裂縫最為發(fā)育（圖7）。庫車坳陷的中部巖心裂縫比東西兩側(cè)發(fā)育，即克拉蘇—依奇克里克構(gòu)造帶中部的裂縫較為發(fā)育。這可能與庫車坳陷中部構(gòu)造較為強(qiáng)烈有關(guān)系，符合構(gòu)造作用的“弓箭法則”（克拉蘇—依奇克里克構(gòu)造帶的中段發(fā)育3～4排構(gòu)造，而東段和西段僅發(fā)育1排構(gòu)造）。

圖6 研究區(qū)各剖面野外構(gòu)造裂縫面密度分布圖Fig.6 Distributionmap of field fracture density ateach siteon the structuralmap of the Kuqa depression

圖7 研究區(qū)巖心構(gòu)造裂縫面密度分布圖Fig.7 Distributionmap ofcore fracture density ateach site on the structuralmap of the Kuqa depression

研究區(qū)構(gòu)造裂縫強(qiáng)度值分布呈現(xiàn)中間大，東西兩端小的特點(diǎn)（圖8）。南部克拉蘇—依奇克里克構(gòu)造帶的構(gòu)造裂縫強(qiáng)度值要比北部單斜帶的強(qiáng)度值要大，表明克依構(gòu)造帶受到的構(gòu)造變形要強(qiáng)于北部單斜帶。將各剖面按照地層來統(tǒng)計(jì)裂縫強(qiáng)度后發(fā)現(xiàn)，庫車西部的白堊系和古近系地層的裂縫強(qiáng)度整體較高；而在庫車東部，侏羅系阿合組以及三疊系地層的裂縫強(qiáng)度要高于其他地層（圖8）。總之，由于裂縫強(qiáng)度反映的是切穿多層的能力，主要與構(gòu)造作用強(qiáng)度有關(guān)，因而褶皺系統(tǒng)十分發(fā)育的克拉蘇—依奇克里克構(gòu)造帶的裂縫強(qiáng)度整體較高（圖8）。

圖8 庫車全區(qū)各剖面野外構(gòu)造裂縫強(qiáng)度分布圖Fig.8 Distributionmap of field fracture intensity ateach siteon the structuralmap of the Kuqa depression

圖9 研究區(qū)野外(a)和巖心(b)構(gòu)造裂縫開度范圍統(tǒng)計(jì)圖Fig.9 Charts showing the field and core fracture aperture in the Kuqa depression

4.3 裂縫開度

由于研究區(qū)內(nèi)絕大多數(shù)裂縫為剪性裂縫，少數(shù)為張性裂縫，因此研究區(qū)野外構(gòu)造裂縫的開度往往較小，多集中在0～5mm范圍內(nèi)，僅在少數(shù)張裂縫發(fā)育區(qū)，裂縫開度大于5mm（圖9a）。全區(qū)野外構(gòu)造裂縫開度介于2.0～5.0mm區(qū)間內(nèi)最為發(fā)育，占總裂縫條數(shù)的35%，1.0～2.0mm區(qū)間內(nèi)的占23%，二者共占全區(qū)的58%，是本區(qū)構(gòu)造裂縫開度最為集中的范圍。庫車西部開度介于0～1.0mm區(qū)間的裂縫占裂縫總條數(shù)的67%，為庫車西部地區(qū)裂縫開度的主要區(qū)間。庫車東部構(gòu)造裂縫開度介于2.0～5.0mm區(qū)間內(nèi)最為發(fā)育，占45%；開度≥1.0mm的構(gòu)造裂縫可達(dá)93%，代表庫車東部裂縫開度的主要區(qū)間（圖9a）。

地表由于處在開放空間，裂縫的開度由于風(fēng)化作用而較大，巖心構(gòu)造裂縫由于在地下深處，受圍壓的影響，其開度值相對(duì)比野外觀測(cè)的開度值要小的多（圖10）。93%的巖心裂縫開度集中在0～1.0mm范圍內(nèi)（圖9b）。庫車西部的巖心裂縫開度大于0.5mm的裂縫占總條數(shù)的56%，而在庫車東部僅占31%（圖9b），表明庫車西部巖心裂縫的開度整體上要大于庫車東部，這有助于庫車西部克深和大北等氣田地下天然氣的儲(chǔ)集和運(yùn)移。

4.4 裂縫充填程度與充填物

4.4.1 構(gòu)造裂縫的充填程度

根據(jù)研究區(qū)野外構(gòu)造裂縫充填程度統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果（圖11），全區(qū)野外構(gòu)造裂縫中未充填的構(gòu)造裂縫占70.4%，半充填的占15.8%，充填的占13.8%，有效裂縫占86.2%，說明本區(qū)砂巖構(gòu)造裂縫的儲(chǔ)集有效性較好。庫車西部野外構(gòu)造裂縫中未充填的構(gòu)造裂縫占69.2%，半充填的占7.5%，有效裂縫占76.7%；而庫車東部野外構(gòu)造裂縫中未充填的構(gòu)造裂縫占71.0%，半充填的占19.0%，有效裂縫占90.0%，總體而言庫車東部比西部裂縫有效性更好。

根據(jù)研究區(qū)巖心構(gòu)造裂縫充填程度統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果（圖11），全區(qū)巖心構(gòu)造裂縫中未充填的占43.3%，半充填的占22.2%，充填的占34.6%，有效裂縫占65.5%。庫車西部巖心構(gòu)造裂縫未充填的占20.2%，而東部巖心構(gòu)造裂縫中未充填的占57.2%，可見庫車東部構(gòu)造裂縫比西部構(gòu)造裂縫的有效性要好，也野外觀測(cè)情況基本吻合。

研究區(qū)構(gòu)造裂縫充填程度的區(qū)域分布具有以下規(guī)律：南北差異上，北部單斜帶內(nèi)野外未充填、半充填構(gòu)造裂縫的比例大于克拉蘇—依奇克里克構(gòu)造帶，因而北部單斜帶的充填程度比克拉蘇—依奇克里克構(gòu)造帶低，其裂縫有效性更好；東西差異上，庫車東部野外和巖心未充填、半充填構(gòu)造裂縫的比例大于西部，庫車東部的裂縫有效性更好（圖12）。

圖11 研究區(qū)野外(a)和巖心(b)構(gòu)造裂縫充填程度統(tǒng)計(jì)Fig.11 Statistical chartsshow the field(a)and core(b)fracture filling degree in the Kuqa depression

圖10 研究區(qū)野外和巖心構(gòu)造裂縫開度分布圖Fig.10 Map showing the distribution of field and core fractureapertureateach siteon the structuralmap of the Kuqa depression

4.4.2 構(gòu)造裂縫的充填類型

對(duì)于裂縫充填類型的研究有助于正確認(rèn)識(shí)區(qū)域流體活動(dòng)特性及研究區(qū)巖石的地層學(xué)信息，進(jìn)而有利于加深對(duì)于油氣運(yùn)移的認(rèn)識(shí)。研究區(qū)構(gòu)造裂縫的充填物類型主要有泥質(zhì)（M）、方解石（Ca）、鐵質(zhì)（Fe）、碳質(zhì)（C）、硅質(zhì)（Si）和膏鹽（S）等類型。根據(jù)充填物充填程度的不同，將各充填物占各剖面或井段總充填物的比例劃分為以下幾個(gè)級(jí)別：“+++”表示＞50%，“++”表示30～50%，“+”表示10～30%，“（）”表示＜10%。

圖13 研究區(qū)野外和巖心構(gòu)造裂縫充填類型分布圖Fig.13 Map showing the distribution of field and core fracture filling type ateach site on the structuralmap of the Kuqa depression

研究區(qū)構(gòu)造裂縫充填類型的分布具有以下規(guī)律：北部單斜帶以鐵質(zhì)和鈣質(zhì)充填為主，而無膏鹽充填物；克拉蘇—依奇克里克構(gòu)造帶內(nèi)鈣質(zhì)和膏鹽充填比例較高，多個(gè)剖面鈣質(zhì)和膏鹽充填比例超過50%，這反應(yīng)了南北分帶的差異性（圖13）。庫車東部以鐵質(zhì)、鈣質(zhì)、泥質(zhì)充填為主，僅在依奇克里克剖面見有少量膏鹽充填，而庫車西部裂縫充填類型以膏鹽、泥質(zhì)為主，反應(yīng)了東西分段的差異性。構(gòu)造裂縫的充填物主要受巖性、風(fēng)化作用和熱液流體等因素的影響。北部單斜帶中生界致密砂巖發(fā)育，風(fēng)化后以風(fēng)化型鐵質(zhì)充填為特征；而克拉蘇—依奇克里克構(gòu)造帶西段以含膏鹽的新生界沉積地層為主，因而多以膏鹽充填為特征（圖13）。

與野外觀測(cè)情況相比，巖心裂縫充填物以鈣質(zhì)充填為主，可能與普遍存在的低溫流體活動(dòng)有關(guān)。碳質(zhì)充填主要在庫車東部巖心觀測(cè)中可見，與陽霞組和克孜勒努爾組含煤地層有關(guān)。膏鹽充填主要在西部巖心觀測(cè)中可見，也受巖性影響，與白堊系與古近系含膏鹽有關(guān)（圖13）。

表1 庫車前陸山前裂縫發(fā)育特征區(qū)域?qū)Ρ缺鞹able 1 Regional correlation of the fracture development characteristics in the Kuqa depression

5 討論

5.1 裂縫發(fā)育特征區(qū)域?qū)Ρ?/p>

庫車坳陷構(gòu)造裂縫發(fā)育特征的分布規(guī)律在空間上和平面上既有一致性又存在差異（表1）?？臻g上：1）裂縫的性質(zhì)、走向、傾角和裂縫密度等特征在地表和地下的分布規(guī)律是基本相同的，表明了裂縫特征在空間上的連續(xù)性和一致性；2）而裂縫的開度、充填程度和充填物在地表和地下的分布規(guī)律則有所不同，受到地層壓力梯度、地表風(fēng)化和地下流體的影響，地表的裂縫開度較大，地下比地表的充填程度高，充填物地表以鈣質(zhì)、鐵質(zhì)、泥質(zhì)、膏鹽充填為主，而地下則以鈣質(zhì)、碳質(zhì)、膏鹽充填為主（表1）。

平面上：1）裂縫性質(zhì)上，研究區(qū)全區(qū)以剪裂縫和張剪裂縫為主，庫車東部主要以剪裂縫為主，在西部地區(qū)張裂縫的比例比東部略高，這可能與庫車西部發(fā)育更多的褶皺系統(tǒng)有關(guān)，在野外露頭和測(cè)井資料都表明在褶皺的核部和樞紐發(fā)育了一定數(shù)量的縱張裂縫和橫張裂縫；2）裂縫的走向上，NEE和NE走向的裂縫反映了早期的盆地早期形成的裂縫，而庫車坳陷整體呈現(xiàn)NNW和NNE兩個(gè)最優(yōu)勢(shì)方位，這反映了庫車坳陷上新世以來的近南北向區(qū)域擠壓應(yīng)力場(chǎng)，是對(duì)區(qū)域上構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)在進(jìn)入新近紀(jì)時(shí)從弱伸展變化到強(qiáng)烈擠壓這一過程的響應(yīng)（張仲培等，2006）；3）裂縫傾角上，庫車全區(qū)野外和巖心裂縫均以大于45°的高角度縫和垂直縫為主；4）裂縫開度上，庫車東部的野外和巖心裂縫的開度總體上要大于庫車西部；5）裂縫充填程度上，庫車東部的未充填和半充填裂縫的比例要高于西部，庫車東部的裂縫有效性較高；6）裂縫充填物上，總體以鈣質(zhì)充填為主，局部受到地層巖性特征的影響，庫車西部野外裂縫存在一定的膏鹽充填，這與庫車地區(qū)發(fā)育雙重構(gòu)造，上層構(gòu)造的滑脫層為鹽巖層有關(guān)，而庫車東部野外裂縫存在一定數(shù)量的碳質(zhì)充填，這與該地區(qū)發(fā)育的中生代煤系地層有關(guān)；7）裂縫密度上，庫車東部的野外和巖心裂縫密度要高于庫車西部，具體到層位上，庫車東部以侏羅系阿合組和三疊系塔里奇克組裂縫最為發(fā)育，庫車西部則以白堊系和古近系地層的裂縫最為發(fā)育；8）裂縫強(qiáng)度上，構(gòu)造裂縫強(qiáng)度值分布呈現(xiàn)中間大，東西兩端小的特點(diǎn)，這可能與庫車中部前陸沖斷帶構(gòu)造作用最強(qiáng)有關(guān)。

5.2 裂縫發(fā)育模式探討

庫車地區(qū)在新生代擠壓構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)和新生代多套鹽巖層的作用下形成了典型的前陸沖斷構(gòu)造，逆沖斷層、斷層相關(guān)褶皺和鹽構(gòu)造都十分發(fā)育。斷控褶皺形成的裂縫類型和分布位具有一定的規(guī)律性。探討研究區(qū)典型的裂縫發(fā)育模式有利于深入了解裂縫的發(fā)育情況，并為預(yù)測(cè)全區(qū)的裂縫性質(zhì)和分布提供指導(dǎo)。

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的裂縫可分為與區(qū)域構(gòu)造有關(guān)的和局部構(gòu)造有關(guān)的兩大類，后者又分為與褶皺有關(guān)的和與斷層有關(guān)的兩類。兩種構(gòu)造作用都可以導(dǎo)致裂縫的形成。根據(jù)褶皺地層和構(gòu)造演化期次及野外裂縫的交切關(guān)系，庫車坳陷的構(gòu)造裂縫可以劃分出三期構(gòu)造裂縫：前褶皺期裂縫、同褶皺期裂縫和后褶皺期裂縫。在區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)作用下，在地層發(fā)生褶皺的前期形成與地層垂直的高角度正交縫，并易被中晚期裂縫所切割。由于軟弱鹽層的存在，在擠壓應(yīng)力下，脆性地層形成了疊瓦狀的沖斷背斜，形成了多套褶皺系統(tǒng)。伴隨著背斜的形成，在一套褶皺系統(tǒng)中和面之上的轉(zhuǎn)折端依次發(fā)育垂直褶皺長軸的橫張裂縫和平行于褶皺長軸的縱張裂縫，在中和面之下，主要發(fā)育共軛的斜交剪裂縫（圖14）。在褶皺翼部主要發(fā)育雁列的張裂縫，常被充填。在靠近逆斷層的區(qū)域，常發(fā)育共軛的剪裂縫，且逆斷層的上盤比下盤裂縫要發(fā)育一些，隨著與斷層面距離的增加，裂縫發(fā)育的密度逐漸降低。在后褶皺期還可以發(fā)育少量大型的與區(qū)域主壓應(yīng)力方向一致的南北向垂直裂縫，可以切穿之前所有的裂縫，開度往往較大，一般未充填。局部構(gòu)造控制形成的裂縫可以顯著提升局部構(gòu)造附近的致密儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性和滲透性，形成致密砂巖油氣勘探的“甜點(diǎn)”。褶皺后期形成的大型南北向的裂縫，可以溝通和調(diào)節(jié)這些區(qū)域裂縫，對(duì)于油氣的運(yùn)移和聚集也有貢獻(xiàn)。

圖14 庫車坳陷斷控褶皺裂縫發(fā)育模式Fig.14 Themodel for the fracturesdeveloped in the faulted fold in the Kuqa depression

6 結(jié)論

庫車坳陷構(gòu)造裂縫發(fā)育特征和分布規(guī)律是當(dāng)前庫車坳陷致密砂巖氣勘探開發(fā)急需研究的基礎(chǔ)問題。庫車坳陷在新近紀(jì)近南北向擠壓應(yīng)力場(chǎng)下主要發(fā)育北北東和北北西走向的裂縫，裂縫類型以剪性和張剪性的高角度斜交裂縫和垂直裂縫為主。裂縫各參數(shù)的分布呈現(xiàn)出東西分段，南北分帶的特點(diǎn)，以克拉蘇—依奇克里克構(gòu)造帶的裂縫密度和強(qiáng)度最高，且裂縫有效性較高。具體到層位上，庫車東部以下侏羅統(tǒng)阿合組砂巖裂縫最為發(fā)育，庫車西部則以下白堊統(tǒng)巴什基齊克組砂巖的裂縫密度最高，而這些都是致密砂巖氣藏的主力儲(chǔ)層。總體上，庫車坳陷構(gòu)造裂縫十分發(fā)育，

有益于致密儲(chǔ)層孔滲條件的改善，有利于裂縫型油氣藏的形成。對(duì)于庫車坳陷的構(gòu)造裂縫發(fā)育機(jī)制，本文僅作延伸討論，筆者將后續(xù)單獨(dú)撰文詳細(xì)探討。此外，庫車地區(qū)發(fā)育的多套軟弱膏鹽層對(duì)于周圍脆性地層裂縫發(fā)育的影響，還有待于進(jìn)一步研究。

致謝：感謝詹彥在巖心觀測(cè)中給予的幫助；鞠瑋、張鵬、趙文韜和鄭淳方參與了野外裂縫測(cè)量與統(tǒng)計(jì)工作，在此一并致謝。

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Developmentand Distribution Characteristicsof Tectonic Fractures in Kuqa Dep ression

YU Xuan1,HOU Guiting1*,NENG Yuan2,LIJie1,WEIHongxing2
1.Key LaboratoryofOrogenic Beltand CrustalEvolution,SchoolofEarth and Space Sciences,PekingUniversity,Beijing100871,China; 2.Research Instituteof Exploration and Development,Tarim Oilfield Company,PetroChina,Korla841000,China

The structural fracture development characteristics of Kuqa depression in Tarim Basin are comprehensively analyzed in lightof the outcrop,core and log data.The characteristics of fractureswe overserved consistof properties,attitude,density,intensity, aperture,and filling.The tectonic fractures in this area aremainly themedium-high dip angle shear fractures and include three groups of fracturesextendingmostly in the N-S direction.The aperture ofmost outcrop and core fractures is0～5mm and 0～1mm,respectively. Themajority of fractures is unfilled or half-filled,and the filling ismainly calcite.The distribution of each parameter of fracture shows regularity in E-W and N-Sdirection,respectively.Laterally,the Lower Cretaceous fracture developmentarea ismainly distributed in the Kelasu-Yiqikelike structural belt.Vertically,the fractures are well developed in the Lower Jurassic Ahe Formation in the east Kuqa depression,and the Lower Cretaceous Bashijiqike Formation in thewest Kuqa depression.Overall,the structural fracture is very well developed in the Kuche depression,which is beneficial to the improvementof porosity and permeability of tight reservoir,and is alsobeneficial to the formation of fractured hydrocarbon reservoirs.

tectonic fractures;development characteristics;distribution regularity;Kuqa depression

HOUGuiting，Professor；E-mail:gthou@pku.edu.cn

P548

A文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：1006-7493（2016）04-0644-13

10.16108/j.issn1006-7493.2015255

2015-12-31；

2016-08-23

中石油塔里木油田分公司項(xiàng)目（041013110025）；中石油重大專項(xiàng)課題（2014A0213）聯(lián)合資助

于璇，男，1990年生，博士研究生，構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專業(yè);E-mail:pkuyuxuan@pku.edu.cn

*通訊作者：侯貴廷，男，教授，博士生導(dǎo)師，長期從事構(gòu)造地質(zhì)學(xué)和石油地質(zhì)學(xué)的教學(xué)和科研；E-mail:gthou@pku.edu.cn