塔里木盆地輪古西地區(qū)奧陶系斷裂特征及其對油氣富集的控制作用

羅 梟，劉俊鋒，張 磊，王 娜，程 林

(1.中國石油塔里木油田分公司，新疆 庫爾勒 841000；2.中國石油東方地球物理公司，新疆 庫爾勒 841000)

0 引 言

斷裂與油氣富集成藏的關(guān)系是石油地質(zhì)研究的熱點，廣大學(xué)者對斷裂的形成和演化[1-3]及其與油氣運(yùn)移、聚集成藏的關(guān)系[4-7]進(jìn)行了系統(tǒng)廣泛的研究。羅群[4]等于2010年提出斷裂控?zé)N理論，認(rèn)為斷裂是控制中國含油氣盆地各種地質(zhì)作用和油氣生、運(yùn)、聚、散、分布的根本因素，并進(jìn)一步將控?zé)N斷裂分為控源斷裂、油源斷裂、控圈斷裂、遮擋斷裂、改向斷裂、破壞斷裂、調(diào)整斷裂和橋梁斷裂等8種基本類型，各種類型的斷裂對油氣的富集成藏均具有對應(yīng)的控制作用。對于塔里木盆地碳酸鹽巖油氣藏，斷裂普遍發(fā)育，其對油氣的富集成藏同樣具有明顯的控制作用[5-11]。一方面，斷裂對巖溶儲層的發(fā)育具有建設(shè)性作用，斷裂活動可形成縱橫交錯的裂縫系統(tǒng)，擴(kuò)大儲集空間，同時溝通地表及深層流體，促進(jìn)巖溶儲層發(fā)育，改善儲集性能[12-15]，如呂修祥等研究了斷裂活動對塔中地區(qū)鷹山組碳酸鹽巖儲集層的影響，認(rèn)識到斷裂活動可以形成多級次、多方位裂縫，且能溝通地表水并增強(qiáng)巖溶作用強(qiáng)度，從而改善儲集性能。另一方面，斷裂是油氣垂向運(yùn)移和側(cè)向遮擋的重要條件，深大斷裂是深層油氣垂向運(yùn)移的主要通道，控制油氣的縱向分布和差異富集[11，16-18]，同時斷裂對油氣的聚集具有側(cè)向遮擋的作用[4]，如鄔光輝等研究發(fā)現(xiàn)塔中隆起斷裂十分發(fā)育，控制了該區(qū)碳酸鹽巖儲層中油氣的富集，多期多類斷裂造成了油氣分布的差異性與區(qū)段性[11]。

因此，斷裂的精細(xì)刻畫與認(rèn)識對碳酸鹽巖油氣藏的勘探開發(fā)具有重要指導(dǎo)意義。但目前針對輪南古潛山輪古西地區(qū)奧陶系斷裂的認(rèn)識不足，制約了對該地區(qū)油氣富集成藏規(guī)律的認(rèn)識，進(jìn)而影響了油氣的勘探開發(fā)。利用最新的三維地震資料，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景，參考多層地震屬性及相鄰塔河地區(qū)斷裂解釋成果，將輪古西奧陶系斷裂精細(xì)刻畫為“2期3級”，并明確了斷裂對油氣富集的控制作用，對該地區(qū)碳酸鹽巖油氣藏的勘探開發(fā)具有重要指導(dǎo)意義。

1 地質(zhì)概況與構(gòu)造背景

輪南古潛山位于塔里木盆地塔北隆起輪南低凸起的中部，構(gòu)造整體表現(xiàn)為一大型斷背斜，可劃分為輪南斷壘帶、桑塔木斷壘帶及北部斜坡帶、西部斜坡帶、南部斜坡帶、中部斜坡帶和東部斜坡帶(圖1)。輪古西位于西部斜坡帶，以輪古西逆斷裂為界與中部斜坡帶分開。輪古西奧陶系潛山頂面構(gòu)造形態(tài)為東高西低、南高北低，整體表現(xiàn)為向西、北逐漸傾沒的大型斜坡。受構(gòu)造活動及巖溶改造作用影響，潛山頂面發(fā)育一系列面積大小不一、形態(tài)不規(guī)則的斷鼻和斷背斜構(gòu)造。

圖1 輪南古潛山構(gòu)造位置及區(qū)帶劃分

輪南古潛山是一個古生界殘余古隆起，經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動[19-20]。晚加里東期，區(qū)域不均衡構(gòu)造抬升使輪南地區(qū)形成一個大型南傾斜坡。早海西期，由于北西—南東方向的區(qū)域性擠壓運(yùn)動，在大斜坡的背景下形成了一個北東—南西走向的大型背斜，背斜高部位發(fā)育北東—南西走向的輪南西斷裂。由于早海西期的多次構(gòu)造抬升，奧陶系碳酸鹽巖上覆的泥盆系、志留系、中上奧陶統(tǒng)逐漸被剝蝕，受大氣淡水淋濾作用，形成古潛山巖溶地貌。中晚海西期—印支期以區(qū)域性的強(qiáng)烈擠壓應(yīng)力和東西向大型斷裂活動為特點。晚海西期，石炭系逐層向潛山超覆，形成一個蓋層厚度超過500m的大型披覆背斜。晚海西期末，在南北向區(qū)域擠壓應(yīng)力的作用下，形成了輪南斷壘帶和桑塔木斷壘帶，輪南斷壘帶高部位上的石炭系被完全剝蝕。印支期，在北東—南西向剪切應(yīng)力的作用下，輪南斷裂和桑塔木斷裂繼續(xù)活動，并形成一系列共軛剪切走滑斷裂。燕山期—喜山早期是一個構(gòu)造應(yīng)力轉(zhuǎn)化時期，受庫車坳陷沉降作用影響，輪南地區(qū)發(fā)育一系列北東向的區(qū)域性拉張斷裂。喜山中、晚期，輪南地區(qū)相對穩(wěn)定，斷裂停止活動。

2 斷裂特征

2.1 斷裂解釋方法

多期次的構(gòu)造運(yùn)動使得輪南古潛山形成了復(fù)雜的斷裂系統(tǒng)，加大了斷裂解釋的難度。針對輪古西地區(qū)，奧陶系斷裂解釋主要存在2個難點：一是潛山頂面為一剝蝕面，溝谷發(fā)育，導(dǎo)致灰?guī)r頂面的相干屬性只能反映潛山溝谷特征，而難以反映斷裂信息；二是輪古西地區(qū)斷裂主要為高角度走滑斷裂，斷距小，在地震剖面上往往難以識別。

針對輪古西地區(qū)奧陶系斷裂解釋存在的難點，利用最新的三維地震資料，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景。首先，建立典型構(gòu)造模型，輪古西地區(qū)主要為走滑斷裂，其斷裂模式在剖面上主要表現(xiàn)為單一線性斷裂、正花狀斷裂、負(fù)花狀斷裂。其次，多屬性及多層系結(jié)合盡量識別更多的斷裂，根據(jù)奧陶系內(nèi)部不同地層地震特征，選取相干屬性巖層提取屬性平面圖，分析斷裂平面展布特征，縱向上從寒武系至奧陶系提取識別斷裂的屬性，分析斷裂縱向展布特征。

同時，在平面上，利用輪古西地區(qū)奧陶系鷹山組相干屬性圖與塔河地區(qū)奧陶系鷹山組相干屬性圖進(jìn)行拼接，將輪古西地區(qū)的斷裂解釋成果與塔河地區(qū)進(jìn)行對比，結(jié)果顯示兩者具有較好的一致性，這也驗證了斷裂解釋的準(zhǔn)確性。塔河地區(qū)奧陶系主要發(fā)育北東、北西、北東東向的大型走滑斷裂，其斷裂展布也延伸至輪南古潛山，因此，輪南古潛山的斷裂平面展布特征與塔河油田奧陶系斷裂展布具有一定的相似性。

在地震剖面上進(jìn)行斷裂解釋時，相干屬性與手工剖面解釋相結(jié)合，平面屬性與剖面特征相呼應(yīng)，縱向上定根理枝，先找準(zhǔn)斷至寒武系的深大走滑斷裂，再理清主干走滑斷裂平面展布特征，同時結(jié)合地震剖面以及走滑斷裂模式，精細(xì)刻畫主干走滑斷裂的伴生斷裂，最終完成斷裂的精細(xì)解釋。

2.2 斷裂解釋成果

根據(jù)最新的三維地震資料，利用上述方法，明確了在輪古西地區(qū)主要發(fā)育北東、北西、北東東、近東西向的斷裂(圖2)。根據(jù)斷裂解釋結(jié)果，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化背景，明確了輪古西地區(qū)斷裂分為中晚加里東期和海西期。

圖2 輪古西地區(qū)奧陶系斷裂級別劃分及暗河分布

中晚加里東期斷裂主要為北東方向主干斷裂及其伴生斷裂。在中晚加里東期，輪古地區(qū)受到近南北方向的應(yīng)力作用，產(chǎn)生北東、北西向共軛剪切走滑斷裂，而在輪古西地區(qū)主要表現(xiàn)為北東向的走滑斷裂及其伴生斷裂。

海西期斷裂主要為輪西大斷裂和北東東向大型走滑斷裂。在早海西期，輪古西地區(qū)整體抬升，形成了中部斜坡帶西部北西向的輪西大斷裂，該斷裂控制了整個中部斜坡帶的抬升，到中晚海西期，輪古西地區(qū)受北東向構(gòu)造應(yīng)力作用，形成了北東東向大型走滑斷裂。

同時，依據(jù)斷裂的控制構(gòu)造程度、斷開深度、斷距及延伸規(guī)模，將輪古西奧陶系斷裂劃分為3級(表1)。中晚加里東期形成的斷裂以Ⅱ級、Ⅲ級斷裂為主，海西期形成的斷裂以I級斷裂為主(圖2)。

表1 斷裂級別劃分標(biāo)準(zhǔn)

Ⅰ級斷裂控制輪南古潛山宏觀構(gòu)造格局，在輪古西地區(qū)發(fā)育2組Ⅰ級斷裂。輪古西與輪古7之間的北東向斷裂為Ⅰ級斷裂，該斷裂斷距大，為一條斷至基底的逆沖斷裂，從早海西期發(fā)育，至燕山期一直持續(xù)活動抬升，造成輪古7地區(qū)成為輪南古潛山區(qū)構(gòu)造最高位置。第2組Ⅰ級斷裂與輪西逆沖大斷裂方向一致，是一條向下斷至基底、向上斷至石炭系、部分?jǐn)嘀寥B系的北東向走滑大斷裂，該斷裂從海西期至印支期長期發(fā)育，延伸規(guī)模長，斷距大，是輪古西巖溶臺地、巖溶緩坡的分界線(圖3，剖面線見圖2)。

Ⅱ級斷裂主要為北東、北西向共軛剪切斷裂以及近東西向大型走滑斷裂，該組斷裂發(fā)育時間早，主要于中晚加里東期形成，該組斷裂縱向上從奧陶系頂斷至寒武系，斷距小，主要為高角度走滑斷裂。該組斷裂對輪古西潛山巖溶溝谷的發(fā)育起到了促進(jìn)作用。

圖3 輪古西過東西向及南東向斷裂剖面

Ⅲ級斷裂多為Ⅱ級大型走滑斷裂的伴生斷裂，剖面上斷距小，平面上延伸距離短，主要發(fā)育于奧陶系內(nèi)，沒有斷至基底，對奧陶系碳酸鹽巖溶蝕作用有一定的控制作用。

3 斷裂的控制作用

3.1 控制巖溶古地貌

輪古西海西期發(fā)育的北東東向斷裂具有控制輪古潛山地貌臺階式發(fā)展的格局。北東東向Ⅰ級大斷裂在剖面上表現(xiàn)為斷距大，活動時間長，從基底向上斷至石炭系、三疊系，是重要的油源斷裂(圖3)。將北東東向斷裂與輪南古潛山地貌進(jìn)行疊合，發(fā)現(xiàn)北東東向斷裂可以作為巖溶臺地、巖溶緩坡的分界線，表明多期活動的北東東向斷裂是輪古西地區(qū)巖溶地貌臺階式發(fā)展的主要控制斷裂。

3.2 控制溝谷水系特征

輪古西斷裂可控制溝谷水系特征。從晚加里東期開始，輪古西地區(qū)一直抬升，至海西期，輪古西地區(qū)整體表現(xiàn)為向西北傾末的斜坡，在該時期接受暴露剝蝕和大氣淡水的溶蝕，大氣淡水由東、南部高部位向北、西方向溶蝕流動，因此，輪古西潛山地表水系主要是向北西西向流到大海。輪古西斷裂控制溝谷水系主要表現(xiàn)在：宏觀上明河主河道流向與I級斷裂走向基本一致，呈北東—南西向；其次，明河主河道及部分分支河道走向與Ⅱ級、Ⅲ級斷裂的走向具有高度的吻合性，分支河道沿次級斷裂發(fā)育的特征明顯。

3.3 控制巖溶儲層發(fā)育

斷裂是碳酸鹽巖巖溶儲層發(fā)育的基礎(chǔ)，溶洞、暗河主要沿斷裂、裂縫溶蝕而形成。斷裂發(fā)育區(qū)，巖溶儲層也最為發(fā)育。奧陶系縫洞型儲層主要分布在巖溶緩坡帶、斷裂破碎帶附近，說明在巖溶形成期，大氣淡水沿斷裂流動溶蝕，進(jìn)而形成了輪古西地區(qū)巖溶緩坡帶廣泛分布的暗河(圖2)。

4 斷裂與油氣富集的關(guān)系

平面上，I級斷裂中的一組將西部斜坡帶和中部斜坡帶劃隔開，另一組又將輪古西地區(qū)分為巖溶臺地和巖溶緩坡，而眾多的Ⅱ級、Ⅲ級斷裂則促進(jìn)了局部構(gòu)造高部位的形成，成為油氣富集的有利指向區(qū)。縱向上，Ⅰ級及部分Ⅱ級斷裂斷至寒武系，具有溝通寒武系及下奧陶統(tǒng)烴源巖的作用(圖4)。

斷裂不僅控制著油氣的運(yùn)移，更重要的是控制著巖溶儲層的發(fā)育。輪古油田碳酸鹽巖油氣藏的勘探開發(fā)經(jīng)驗表明，影響油氣產(chǎn)能的關(guān)鍵因素是儲集層的發(fā)育規(guī)模。

暗河是巖溶儲層在輪南古潛山區(qū)的重要表現(xiàn)形式，而其多與斷裂相伴生(圖2)。勘探開發(fā)實踐表明，與暗河相關(guān)的巖溶儲層儲集規(guī)模較大，是有利的鉆探目標(biāo)。在輪古西地區(qū)共識別暗河46條，而完鉆的77口井中有59口井與暗河相關(guān)。以AG15井區(qū)鉆遇的暗河為例，AG15井鉆在分支暗河河道的入水口附近，該井生產(chǎn)至今累計產(chǎn)油17.23×104t，說明該井所在的暗河儲層十分發(fā)育，暗河沒有被泥質(zhì)充填，儲集空間大。AG15-1井與AG15-3井位于另一條暗河分支河道上，AG15-1井位于分支暗河入水口處，構(gòu)造位置高且儲層十分發(fā)育，累計產(chǎn)油23.00×104t，而AG15-3井構(gòu)造位置相對于AG15-1井略低，累計產(chǎn)油僅6.00×104t。

圖4 輪古西地區(qū)斷裂與油氣富集關(guān)系模式

5 結(jié) 論

(1) 輪古西地區(qū)的斷裂按形成時間可分為2期(中晚加里東期、海西期)，按規(guī)模大小可分為3級(Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級)。中晚加里東期斷裂主要為北東向主干斷裂及其伴生斷裂，以Ⅱ級、Ⅲ級斷裂為主；海西期斷裂主要為輪西大斷裂和北東東向大型走滑斷裂，以I級斷裂為主。

(2) 輪古西地區(qū)的斷裂對潛山地貌、溝谷水系、巖溶儲層具有重要的控制作用：斷裂使輪古潛山地貌呈臺階式發(fā)展，同時將輪古西分為巖溶臺地和巖溶緩坡；明河與暗河的發(fā)育與斷裂具有高度一致性；斷裂破碎帶附近巖溶儲層發(fā)育。

(3) Ⅰ級及部分Ⅱ級斷裂控制油氣的垂向運(yùn)移通道，通過控制古地貌影響油氣的平面優(yōu)勢運(yùn)移方向；而Ⅲ級及另外部分Ⅱ級斷裂通過影響巖溶作用，控制暗河的形成和分布，進(jìn)而控制著碳酸鹽巖優(yōu)質(zhì)縫洞型儲層的發(fā)育和分布。

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