塔中中古8井區(qū)走滑斷裂特征及其對(duì)孔洞型油氣藏的控制作用

楊 洋， 馮許魁， 劉永雷， 馬培領(lǐng)， 呂 東， 李相文， 張建偉， 徐 博

(中國(guó)石油集團(tuán) 東方地球物理勘探有限責(zé)任公司研究院 庫(kù)爾勒分院，庫(kù)爾勒 841001)

0 引言

經(jīng)過(guò)十多年的勘探和開(kāi)發(fā)，目前在塔里木盆地的塔中地區(qū)已經(jīng)建立起了年產(chǎn)百萬(wàn)噸的大型海相碳酸鹽巖油田，主要產(chǎn)層奧陶系碳酸鹽巖地層內(nèi)發(fā)育有大量的走滑斷裂。實(shí)踐證明，走滑斷裂對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層的形成、油氣的運(yùn)移以及分布都起著重要的控制作用。因此有必要對(duì)走滑斷裂的特征做進(jìn)一步的解剖，以明確走滑斷裂對(duì)孔洞型油氣藏的控制作用。在此基礎(chǔ)上不斷提高復(fù)雜孔洞型油氣藏的開(kāi)發(fā)效益，降低開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，特別是在目前低油價(jià)的形勢(shì)下，這種分析顯得更有意義。

1 走滑斷裂特征

1.1 走滑斷裂的剖面特征

走滑斷裂在地震剖面上的基本地質(zhì)特征是平直的斷層線、陡立的斷面及較窄的斷層帶，因此在地震剖面上往往難以識(shí)別。隨著近幾年三維寬方位、高密度地震的實(shí)施，地震資料品質(zhì)得到很大地提升，使得我們能夠?qū)ψ呋瑪嗔炎龈M(jìn)一步地深入解剖。在地震剖面上(圖1)，走滑斷裂向下斷至寒武系基底，向上斷至奧陶系灰?guī)r地層頂部，斷面陡直，地震同相軸錯(cuò)斷明顯，地震剖面上可明顯識(shí)別。在寒武系地層內(nèi)走滑斷裂表現(xiàn)為一條主干斷裂，在上覆目的層奧陶系地層內(nèi)走滑斷裂發(fā)散為多條斷裂，并表現(xiàn)出分級(jí)特征：①一級(jí)分支斷裂，為主干斷裂的分支斷裂，向上呈發(fā)散狀斷至灰?guī)r頂部或頂部附近，下部以一定角度收斂在主干斷裂上，斷面上陡下緩，地震剖面上較容易識(shí)別；②二級(jí)分支斷裂主要為一級(jí)分支斷裂或主干斷裂的分支斷裂，剖面上較難識(shí)別。整個(gè)走滑斷裂的剖面特征表現(xiàn)為向下聚攏插入基底，向上發(fā)散。整體空間形態(tài)表現(xiàn)為向上發(fā)散的“花狀”特征。次級(jí)斷裂與主干斷裂組合形成直立、正花、半花、負(fù)花四種主要類型的走滑斷裂。

圖1 走滑斷裂典型地震剖面圖Fig.1 The typical seismic characteristics of strike-slip faults

1.2 走滑斷裂的平面組合特征

研究區(qū)奧陶系地層為巨厚的脆性灰?guī)r地層，走滑斷裂在形成過(guò)程中，區(qū)域應(yīng)力環(huán)境及地層破裂特征均比較復(fù)雜，在平面上實(shí)際形成的是一條具有一定寬度的走滑斷裂帶。由于在目的層內(nèi)各級(jí)斷裂相互交織、切割，因此在平面上走滑斷裂帶內(nèi)往往形成多樣的斷裂平面組合樣式。目前發(fā)現(xiàn)的走滑斷裂平面組合樣式主要有5種類型：①馬尾狀；②線狀；③羽狀；④辮狀；⑤花狀。這些組合樣式主要描述的是主干斷裂和一、二級(jí)分支斷裂之間的組合關(guān)系[1-2]。最新的地震資料解釋研究結(jié)果顯示，主干走滑斷裂在平面上往往并不表現(xiàn)為一條連續(xù)的斷層線，而是呈現(xiàn)出分段的特征。即一條主干走滑斷裂是由若干條走向一致且有序銜接的斷層組合而成，根據(jù)各斷層之間的相對(duì)位置關(guān)系可進(jìn)一步分為左階排列樣式和右階排列樣式。

對(duì)近幾年的三維地震資料解釋研究發(fā)現(xiàn)，塔中地區(qū)走滑斷裂普遍具有分段的特征，從圖2可以看出，主干斷裂在北部明顯的分成了兩段，并且呈左階樣式排列，在南部主干斷裂也分為若干段，各段之間排列緊密，呈左階排列樣式。斷裂帶內(nèi)的各級(jí)斷裂相互組合，整體表現(xiàn)為左階辮狀的組合樣式。

圖2 走滑斷裂左階辮狀組合樣式圖Fig.2 The plane characteristics of strike-slip faults(a)塔中某區(qū)灰?guī)r頂面相干平面圖;(b)走滑斷裂左階辮狀組合樣式

1.3 走滑斷裂帶的平面分區(qū)特征

大型走滑斷裂帶內(nèi)的斷裂組合樣式，在橫向上變化較大。在同一條走滑斷裂帶內(nèi)會(huì)形成若干個(gè)不同的斷裂組合樣式區(qū)，即在斷裂帶的不同位置會(huì)出現(xiàn)不同的斷裂組合樣式，(走滑斷裂帶的分區(qū)特征)[3]。通過(guò)對(duì)塔中中古8井區(qū)走滑斷裂帶的解剖認(rèn)識(shí)到，走滑斷裂帶在平面上一般可分為三個(gè)區(qū)(圖3)，從南到北可以將其劃分為：①線性區(qū)；②辮狀區(qū)；③馬尾區(qū)。線性區(qū)斷裂平面樣式以線狀為主，地震剖面上斷裂為直立狀，地震同相軸錯(cuò)斷明顯；辮狀區(qū)斷裂平面樣式以辮狀、花狀為主，地震剖面上斷裂為正、負(fù)花狀，斷裂之間夾持的地震同相軸常出現(xiàn)整體的上升或下掉，因此該區(qū)灰?guī)r地層地塹、隆起等局部構(gòu)造發(fā)育；馬尾區(qū)是走滑斷裂活動(dòng)的終止區(qū)域，斷裂活動(dòng)減弱直至消失，斷裂平面樣式以馬尾狀、羽狀為主，是走滑斷裂在平面上消亡的重要標(biāo)志，地震剖面上斷裂為正、負(fù)花狀，具體特征為多條一、二級(jí)分支斷裂向下朝著主干斷裂的方向收斂，斷裂特征不明顯，地震同相軸輕微錯(cuò)斷。

1.4 走滑斷裂的應(yīng)力特征

在走滑斷裂帶的不同區(qū)，由于其應(yīng)力特征不同，斷裂的組合樣式也不同，對(duì)灰?guī)r地層造成的破壞程度也有所差異。最新的研究表明，在線性區(qū)走滑斷裂主要表現(xiàn)為單剪切應(yīng)力特征，斷層兩側(cè)的地層發(fā)生整體的水平位移，單剪切應(yīng)力對(duì)斷裂附近的地層破壞程度較低(圖3)。在辮狀區(qū)走滑斷裂主要表現(xiàn)為張扭、壓扭應(yīng)力特征，灰?guī)r地層常常會(huì)發(fā)生拉張下坳或擠壓隆起的現(xiàn)象，這與斷裂的平面樣式及運(yùn)動(dòng)方向是密切相關(guān)的。首先，走滑斷裂根據(jù)斷層線兩邊地層的相對(duì)位移方向可分為左行走滑斷裂和右行走滑斷裂。再結(jié)合斷裂的排列方式，可將走滑斷裂分為四種最基本的組合模式(圖4)：①左行左階；②左行右階；③右行右階；④右行左階。

在組合模式中，斷裂之間重合的區(qū)域稱之為“巖橋”，巖橋區(qū)域的應(yīng)力特征遵循以下規(guī)律：斷裂扭動(dòng)方向和排列方向一致時(shí)為張扭應(yīng)力，可形成拉分地塹，相反則為壓扭應(yīng)力，可形成擠壓隆起。張扭、壓扭應(yīng)力對(duì)斷裂附近的地層破壞程度最高。在馬尾區(qū)走滑斷裂活動(dòng)減弱，斷裂帶撒開(kāi)變寬，走滑斷裂的應(yīng)力在大面積的扇形范圍內(nèi)釋放，由于應(yīng)力作用較弱，沒(méi)有造成地層強(qiáng)烈的隆起、下坳，但是其對(duì)地層的平面破壞范圍最廣。

圖3 中古8井區(qū)走滑斷裂分區(qū)特征平剖面圖Fig.3 The seismic charateritics of Plane and section in different zones of strike-slip faults system in ZG-8 well area

圖4 走滑斷裂受力組合模式圖Fig.4 The stress characteristics of strike -slip faults

2 走滑斷裂對(duì)油氣藏的控制作用

2.1 走滑斷裂對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育的控制作用

碳酸鹽巖本身巖性致密不能成為有效的儲(chǔ)層，經(jīng)過(guò)走滑斷裂的擠壓、拉張作用之后，在其內(nèi)部沿著走滑斷裂帶形成了一系列的碳酸鹽巖破碎區(qū)域，巖溶水沿著斷裂破碎區(qū)域進(jìn)一步的溶蝕、改造，形成了現(xiàn)在的碳酸鹽巖孔洞型儲(chǔ)層，地震剖面上的反射特征為串珠狀反射和雜亂反射。因此斷裂是孔洞型儲(chǔ)層的主要控制因素，不管在橫向上還是縱向上，儲(chǔ)層都沿著斷裂發(fā)育，與斷裂有著極好的相關(guān)性[4-5]。

從中古8井區(qū)的地震剖面上可以看出(圖5)，儲(chǔ)層縱向上沿著斷裂破碎帶發(fā)育，橫向上以斷裂為中心順著斷裂發(fā)育，水體沿著斷裂破碎帶溶蝕改造而形成的空間形態(tài)不規(guī)則的碳酸鹽巖巖溶體系稱為“斷溶體”，并認(rèn)為這是碳酸鹽巖受斷裂破碎和巖溶溶蝕共同作用而形成的最基本的儲(chǔ)層樣式。斷裂破碎越嚴(yán)重，越有利于斷溶體的發(fā)育[6]。斷溶體縱向上儲(chǔ)層發(fā)育厚度最大可達(dá)600 m，橫向上儲(chǔ)層的連續(xù)性最大可達(dá)2 500 m，平面面積最大可達(dá)到3 km2。并且發(fā)育的斷溶體系具有多種樣式特征，從地震剖面特征上來(lái)看，可以分為三種類型：①A類為“灌木”樹(shù)形態(tài)斷溶體，具有以主斷裂為“根”，伴生斷裂為“枝”，沿根與枝擴(kuò)張溶蝕即“開(kāi)花結(jié)果”的特征，斷溶型儲(chǔ)層主體發(fā)育在“樹(shù)形”結(jié)構(gòu)的頂端，部分?jǐn)嗳荏w在良里塔格組和鷹山組為同一體系，規(guī)模較大；②B類為直立形態(tài)斷溶體，斷溶型儲(chǔ)層沿?cái)嗔褦U(kuò)溶，上下均有發(fā)育，規(guī)模巨大，有利于油氣向上運(yùn)移，油氣在斷溶體高部位聚集；③C類為選擇性擴(kuò)張溶蝕形成的斷溶體，發(fā)育規(guī)模較小。

根據(jù)走滑斷裂的特征以及斷溶體的發(fā)育規(guī)律可以得知(圖5)，斷裂帶內(nèi)巖石破碎程度的高低，決定著斷溶體的發(fā)育規(guī)模：①走滑斷裂的線性區(qū)由于灰?guī)r地層破壞程度低，不利于巖溶作用的發(fā)生，因此發(fā)育的斷溶體規(guī)模小、個(gè)數(shù)少且儲(chǔ)層連續(xù)性差，斷溶體類別主要以C類為主；②辮狀區(qū)的灰?guī)r地層破壞程度最高，劇烈的拉張、擠壓運(yùn)動(dòng)使得巖石破碎嚴(yán)重，這更有利于巖溶作用的發(fā)生，因此該區(qū)發(fā)育的斷溶體規(guī)模大、個(gè)數(shù)多且儲(chǔ)層連續(xù)性好，斷溶體類別主要以B類為主；③馬尾區(qū)的灰?guī)r地層平面上破壞范圍廣，但地層破壞程度較低，發(fā)育的斷溶體個(gè)數(shù)多，規(guī)模適中，儲(chǔ)層的橫向連續(xù)性好，但縱向上儲(chǔ)層的厚度較小，斷溶體類別主要以A類為主。

圖5 中古8井區(qū)斷溶體平剖面特征圖Fig.5 The plane and section characteristics of karst system in ZG-8 well area

2.2 走滑斷裂對(duì)油氣的控制作用

走滑斷裂不僅是儲(chǔ)層發(fā)育的重要控制因素，也是油氣運(yùn)移的重要通道，研究區(qū)內(nèi)走滑斷裂的主干斷裂向下斷至寒武系烴源巖，對(duì)油氣的疏導(dǎo)作用更加明顯，油氣沿著走滑斷裂從下往上運(yùn)移對(duì)斷溶體進(jìn)行充注，每一個(gè)斷溶體都是一個(gè)獨(dú)立的油氣藏(圖6)，所有的斷溶體油氣藏組合起來(lái)，形成了規(guī)模巨大的碳酸鹽巖孔洞型-油氣藏[7]。

圖6 斷溶體油藏模式圖Fig.6 The reservoir model of karst system

在塔中地區(qū)，多年的碳酸鹽巖油田勘探開(kāi)發(fā)實(shí)踐表明，碳酸鹽巖孔洞型油藏油氣富集區(qū)多分布在主干斷裂附近，這是由于主干斷裂附近巖石破碎嚴(yán)重，且向下斷至烴源巖基底，能很好的對(duì)油氣進(jìn)行疏導(dǎo)，因此，其是最重要的油源通道，附近的斷溶體規(guī)模一般也比較大，較容易形成高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)井組。而分支斷裂是油氣運(yùn)移的次一級(jí)通道，油氣的運(yùn)移能力和附近斷溶體的規(guī)模均比主干斷裂要差[8]。

隨著油田開(kāi)發(fā)工作的進(jìn)一步深入，碳酸鹽巖孔洞型油氣藏“整體含油，局部富油”的特征表現(xiàn)的越來(lái)越明顯。深大油源斷裂控制著孔洞型油氣藏“整體含油”的特征，而走滑斷裂帶不同的區(qū)則控制著孔洞型油氣藏“局部富油”的特征，總體來(lái)說(shuō)，辮狀區(qū)的油氣富集程度大于馬尾區(qū)，馬尾區(qū)的油氣富集程度要大于線性區(qū)。走滑斷裂的辮狀區(qū)是應(yīng)力釋放最充分的區(qū)域，區(qū)域內(nèi)發(fā)育深大油源斷裂。且斷裂附近巖石破碎嚴(yán)重，斷溶體發(fā)育，油氣充注程度高，而形成的地塹、隆起等局部構(gòu)造，更有利于油氣的局部富集。從中古8井區(qū)的勘探開(kāi)發(fā)情況來(lái)看(圖7)，井區(qū)內(nèi)發(fā)育一條北東向的大型左行走滑斷裂，井區(qū)的高產(chǎn)井組主要集中在斷裂帶的辮狀區(qū)和馬尾區(qū)。在斷裂帶的辮狀區(qū)，主干斷裂表現(xiàn)出分段性，且斷裂呈左階排列樣式，結(jié)合斷裂的運(yùn)動(dòng)方向，判斷該斷裂為一條左行左階的走滑斷裂，因此巖橋區(qū)域表現(xiàn)為拉張應(yīng)力，構(gòu)造上形成了局部的拉分地塹，地層破碎嚴(yán)重，斷溶體發(fā)育，破碎帶對(duì)油氣的疏導(dǎo)作用強(qiáng)，造成油氣的局部富集，因此形成了一批高產(chǎn)井組。在斷裂帶的馬尾區(qū)，雖然剖面上主干斷裂特征不清楚，但整個(gè)馬尾區(qū)是應(yīng)力的大面積釋放區(qū)，平面上巖石的破碎范圍廣，形成的破碎區(qū)域大，發(fā)育了數(shù)量較多沿著馬尾斷裂分布的斷溶體，且斷溶體儲(chǔ)層橫向連續(xù)性好。整個(gè)破碎區(qū)對(duì)油氣都有很好地疏導(dǎo)作用，造成了油氣的局部富集區(qū)，因此也形成了一批高產(chǎn)井組[9-10]。

圖7 中古8井區(qū)走滑斷裂帶不同區(qū)對(duì)油氣的控制作用Fig.7 The control effects on hydrocarbon in different zones of strike-slip faults system(a)中古 8 井區(qū)灰?guī)r頂相干疊高產(chǎn)井平面圖;(b)灰?guī)r頂面立體形態(tài)圖;(c)高產(chǎn)井組斷溶體形態(tài)圖

3 結(jié)論

1)塔里木盆地奧陶系灰?guī)r地層內(nèi)發(fā)育大量的走滑斷裂，走滑斷裂是碳酸鹽巖儲(chǔ)層發(fā)育及油氣聚集的重要控制因素。

2)碳酸鹽巖巖溶儲(chǔ)層縱向上沿著各級(jí)斷裂發(fā)育，橫向上以斷裂為中心沿著斷裂破碎帶發(fā)育，形成空間形態(tài)不規(guī)則的碳酸鹽巖巖溶體系，斷裂破碎越嚴(yán)重，越有利于斷溶體的發(fā)育。

3)大型走滑斷裂帶在平面上一般可分為三個(gè)區(qū)：線性區(qū)、辮狀區(qū)、馬尾區(qū)，辮狀區(qū)和馬尾區(qū)儲(chǔ)層發(fā)育，油氣富集，勘探開(kāi)發(fā)效益高、風(fēng)險(xiǎn)低，是目前碳酸鹽巖勘探開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)區(qū)塊。