順北地區(qū)奧陶系超深斷溶體油氣成藏條件

云露

（中國石化西北油田分公司，烏魯木齊 830011）

近年來，塔里木盆地的油氣勘探聚焦于古隆起，隨著對走滑斷裂帶構(gòu)造背景、結(jié)構(gòu)特征、活動演化過程及石油地質(zhì)條件的深化研究[1-3]，逐漸認識到走滑斷裂帶對臺盆區(qū)碳酸鹽巖儲集層發(fā)育與油氣成藏具有重要的影響[4-7]。隨著順北1號走滑斷裂帶勘探的突破與新類型斷溶體油氣藏的發(fā)現(xiàn)[8]，認識到順北地區(qū)走滑斷裂帶具有明顯的“控儲、控圈、控藏、控富”特征[9]，成為臺盆區(qū)奧陶系碳酸鹽巖油氣勘探的主要目標(biāo)。

前人針對塔里木盆地順托果勒低隆起的石油地質(zhì)條件進行了深入研究[10-11]，明確了該地區(qū)主要成藏要素是走滑斷裂帶，同時對斷溶體油氣藏的概念也進行了解剖[8-9]。目前，斷溶體油氣藏的研究主要集中于斷溶體識別[12]，走滑斷裂帶活動特征[13-14]，走滑斷裂帶對儲集層發(fā)育[15]與油氣成藏的控制作用[16]，走滑斷裂帶油氣成藏過程及分布差異[17]。對走滑斷裂帶斷儲關(guān)系、油氣成藏條件與主要控制因素等方面的研究相對較少。

本文通過對典型主干走滑斷裂帶的解析，結(jié)合區(qū)域斷裂體系認識，將順北地區(qū)主干斷裂帶劃分為北東—南西向、北西—南東向和北北東—南南西向3 類斷裂體系，斷裂帶平面劃分為疊接拉分、疊接壓隆、線性平移和復(fù)合地塹4 種斷裂樣式，建立平面不同斷裂樣式的儲集層地質(zhì)模型。在弄清斷儲關(guān)系的基礎(chǔ)上，從烴源巖演化、儲集層控藏地質(zhì)因素等方面，分析順北地區(qū)奧陶系斷溶體油氣成藏的主要控制因素，為順北地區(qū)奧陶系斷溶體油氣藏勘探開發(fā)提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

塔里木盆地順托果勒低隆起南北方向夾持于沙雅隆起、卡塔克隆起兩大富油氣區(qū)帶，東西方向位于滿加爾坳陷與阿瓦提坳陷之間[18]（圖1）。相比南部與北部兩大隆起區(qū)，順北地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖目的層頂面埋深大（7 200～8 600 m），構(gòu)造位置相對南北隆起低近2 000 m。自加里東運動中期以來構(gòu)造相對穩(wěn)定，目的層內(nèi)未見明顯的角度不整合，實鉆也證實該區(qū)不具備發(fā)育類似塔河地區(qū)大規(guī)模表生巖溶縫洞型儲集層的地質(zhì)條件。

圖1 順托果勒低隆起及周緣構(gòu)造圖Fig.1.Structural map showing Shuntuoguole low swell and its periphery

順托果勒低隆起經(jīng)歷了南華—震旦紀(jì)裂陷—拗陷、寒武—奧陶紀(jì)碳酸鹽巖臺地形成和逐漸消亡、加里東運動晚期—海西運動期古隆起分異、燕山運動期拗陷型盆地形成及喜馬拉雅運動晚期再生前陸盆地演化。南華—震旦紀(jì)，受伸展斷裂控制，形成多個裂陷—坳陷體系。寒武紀(jì)—早奧陶世，主要發(fā)育蒸發(fā)臺地和局限臺地沉積，中—下奧陶統(tǒng)鷹山組和中奧陶統(tǒng)一間房組均為開闊臺地沉積，主要發(fā)育顆粒灰?guī)r、微晶灰?guī)r、藻粘結(jié)灰?guī)r、白云巖、硅質(zhì)（含硅）巖等，儲集層物性較差，均為低孔、低滲儲集層。

順托果勒地區(qū)發(fā)育多條走滑斷裂帶，按走向可劃分為北東—南西向、北西—南東向和北北東—南南西向3 類斷裂體系。受走滑斷裂活動及埋藏流體溶蝕作用改造，沿斷裂帶儲集層發(fā)育，斷溶體油氣藏是研究區(qū)油氣勘探的主要目標(biāo)[8-9]。順托果勒地區(qū)最重要的2條走滑斷裂帶是北北東—南南西向順北5號斷裂帶和北東—南西向順北1 號斷裂帶，2 條走滑斷裂帶呈“Y”形相交，順北5 號斷裂帶向南進一步延伸至卡塔克隆起，與塔中1 號斷裂帶相切[13-14]。順北1 號斷裂帶及其以東發(fā)育了近北東—南西向展布的順北4號、順北6 號、順北8 號等多條走滑斷裂帶，順北5 號斷裂帶以西則發(fā)育近北西—南東向順北13 號、順北11號、順北9號、順北7號等多條走滑斷裂帶（圖1）。

2 順北地區(qū)走滑斷裂帶發(fā)育特征

2.1 區(qū)域走滑斷裂體系

受塔里木盆地復(fù)雜的構(gòu)造演化影響，臺盆區(qū)自北向南發(fā)育多個走滑斷裂體系，塔北地區(qū)具有“X”形似共軛斷裂體系的特點，向南至順北地區(qū)主要發(fā)育順北1號和順北5號斷裂帶，塔北“X”形似共軛斷裂體系發(fā)育至順北1號斷裂帶附近逐漸減弱并終止[19]。順北地區(qū)主干走滑斷裂帶在走向上呈現(xiàn)明顯差異，順北1 號斷裂帶及其以東為北東—南西向近平行走滑斷裂體系，順北5 號斷裂帶北段及其以西為近平行北西—南東向走滑斷裂體系，順北5 號斷裂帶南段為北北東—南南西向走滑斷裂體系（圖1）。

2.2 走滑斷裂帶縱向分層特征

順北地區(qū)走滑斷裂帶空間結(jié)構(gòu)具有平面疊接分段、縱向分層變形、垂向疊加改造特征[9]。縱向分為下伏陡直走滑段（主滑移層）和上覆雁列正斷層（雁列層）。上覆雁列正斷層主要發(fā)育在上奧陶統(tǒng)—中泥盆統(tǒng)構(gòu)造層、石炭—二疊系構(gòu)造層、中—新生界構(gòu)造層，分別對應(yīng)走滑斷裂帶下伏主滑移層在加里東運動晚期—海西運動早期、海西運動中—晚期及喜馬拉雅運動期繼承性滑移活動；下伏陡直走滑段主要發(fā)育在基底面至中奧陶統(tǒng)頂面附近。受地層能干性差異影響，走滑斷層在不同構(gòu)造層內(nèi)具分層變形特征。在垂向上表現(xiàn)為主斷層樣式的變化及分支斷層的組合方式。

根據(jù)順托果勒地區(qū)地層的構(gòu)造變形特征，可以將其從下往上劃分為4 個構(gòu)造層（圖2）：①下寒武統(tǒng)鹽下構(gòu)造層，主要由前寒武裂拗盆地與下寒武統(tǒng)碳酸鹽巖臺地組成，構(gòu)造樣式主要繼承了前寒武先存正斷層，在加里東運動中—晚期走滑斷層活動時，晚期走滑斷層沿早期正斷層的斷層面繼承活動或切割早期正斷層；②中—下寒武統(tǒng)鹽巖構(gòu)造層，受鹽巖塑性流動作用影響，主要表現(xiàn)為滑脫逆沖斷層及走滑斷層花狀構(gòu)造特征，可劃分為鹽撤凹陷、鹽拱背斜和單斷平移3 種構(gòu)造樣式；③上寒武統(tǒng)—中奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖構(gòu)造層，深部斷層面較平直，走滑斷層樣式復(fù)雜，根據(jù)應(yīng)力機制可以分為疊接拉分、疊接壓隆、線性平移和復(fù)合地塹4 種斷裂樣式；④上奧陶統(tǒng)—石炭系碎屑巖構(gòu)造層，受加里東運動晚期構(gòu)造運動的影響，主要形成張扭走滑斷層，走滑斷層樣式較為單一。走滑斷層向下切入碳酸鹽巖地層，與早期走滑斷層相交，在平面上呈現(xiàn)為雁列式展布，剖面上則多具有伸展正斷層特征。根據(jù)雁列正斷層的組合關(guān)系，可以分為單斷式、雙斷式及多斷式。單斷式在剖面上表現(xiàn)為半地塹，雙斷式在剖面上表現(xiàn)為地塹，多斷式在剖面上則表現(xiàn)為復(fù)式地塹。

圖2 順北地區(qū)走滑斷裂帶分層結(jié)構(gòu)模型Fig.2.Layered structure model of strike?slip fault zones in Shunbei area

2.3 走滑斷裂帶平面分段特征

順北地區(qū)走滑斷裂帶三大斷裂體系不但具有分層變形特征，也具有較強的平面分段特征：①北東—南西向斷裂體系，具有典型的疊接拉分、疊接壓隆、線性平移三段式特征，且疊接拉分段相對較發(fā)育，如順北1號斷裂帶，按照其疊接樣式可分為9個小段，其中有3 段明顯的疊接拉分段（圖3a）；②北西—南東向斷裂體系，具有疊接拉分、疊接壓隆、線性平移三段式特征，但與北東—南西向走滑斷裂帶相比，疊接壓隆段的發(fā)育頻率明顯升高，疊接拉分段相對欠發(fā)育，如順北5 號斷裂帶中—北段，以壓扭走滑為主，中間夾雜少量張扭及平移構(gòu)造，主要為左階斜列展布（圖3b）；③北北東—南南西向斷裂體系，以順北5 號斷裂帶南段為例，表現(xiàn)為“復(fù)合地塹”構(gòu)造樣式，在上奧陶統(tǒng)桑塔木組—下石炭統(tǒng)巴楚組為雁列正斷層，展布方向與下伏走滑斷裂走向一致，上下疊置，在剖面上表現(xiàn)為負花狀構(gòu)造（圖3c）。

圖3 順北地區(qū)走滑斷裂帶平面分段特征（中奧陶統(tǒng)頂面）Fig.3.Plane segmenting styles of strike?slip fault zones in Shunbei area(the top of Middle Ordovician)

3 順北地區(qū)斷溶體油氣成藏條件

3.1 烴源巖演化差異控制油氣性質(zhì)分布

順北地區(qū)油氣分布自西北向東南具有由輕質(zhì)油藏—揮發(fā)性油藏—凝析氣藏—干氣藏過渡趨勢，表現(xiàn)出西油東氣的顯著特點，東部和西部氣油比、原油密度、天然氣干燥系數(shù)存在較大差異[20]。

前人對順北地區(qū)奧陶系油氣來源和成藏期研究認為，順北地區(qū)油氣主要來自下部中—下寒武統(tǒng)烴源巖，現(xiàn)今可動油成藏期主要為海西運動晚期、燕山—喜馬拉雅運動期；順北東部地區(qū)天然氣主要來自下部下寒武統(tǒng)和滿加爾坳陷寒武系烴源巖，現(xiàn)今天然氣成藏期主要為喜馬拉雅運動期。由于構(gòu)造演化和地溫場的差異，造成順北東、西部地區(qū)烴源層在同一時期熱演化程度存在較大差異（圖4）。順北西部地區(qū)烴源層埋深大于10 000 m，雖然埋深大，但因現(xiàn)今地溫梯度低（地溫梯度主要分布在1.96～2.08 ℃/hm），烴源層現(xiàn)今溫度在185～210 ℃，且海西運動晚期以來快速穩(wěn)定深埋，造成了烴源巖經(jīng)歷較高溫度時間短；另一方面，研究區(qū)烴源層壓力長時間保持在60 MPa 以上，高壓力背景下，烴源巖的生烴演化過程受到抑制，會延緩液態(tài)烴向氣態(tài)烴的轉(zhuǎn)化[21-22]。在大埋深、高壓力、低地溫梯度、晚期快速深埋等因素的共同作用下，順北西部地區(qū)下寒武統(tǒng)烴源層在燕山運動期處于生高成熟油階段，喜馬拉雅運動期仍處于生凝析油氣階段。而順北東南部地區(qū)下寒武統(tǒng)烴源巖及滿加爾坳陷寒武系烴源巖具有早期快速深埋，達到高成熟—過成熟階段，中期降溫保持，晚期再次深埋，達到過成熟階段的特征，海西運動晚期處于生凝析油氣階段，喜馬拉雅運動期處于生過成熟干氣階段。

圖4 順北地區(qū)SHB1-3井和SHN1井埋藏史和熱演化史Fig.4.Burial?thermal evolution histories of the reservoirs in Well SHB1?3 and Well SHN1 in Shunbei area

3.2 平面分段樣式控制儲集體內(nèi)部結(jié)構(gòu)

順北地區(qū)沿走滑斷裂帶發(fā)育的斷控縫洞體是斷溶體油氣藏的主要儲集空間。從成像測井、試井等資料分析，在垂向發(fā)育空腔型洞穴（寬度一般小于5 m）、縫洞集合體和裂縫帶等儲集空間，斷層內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

理論上，走滑斷層在其內(nèi)部結(jié)構(gòu)上可表現(xiàn)為一元裂縫系統(tǒng)和二元核帶系統(tǒng)2 種結(jié)構(gòu)類型。順北地區(qū)鉆井放空漏失位置井震標(biāo)定與成像測井資料揭示，井下斷層內(nèi)部存在一元裂縫系統(tǒng)和二元核帶系統(tǒng)，其中以SHB7井最為典型[23]。一元裂縫系統(tǒng)表現(xiàn)為單一滑動面或雁行式破碎帶形成的裂縫系統(tǒng)，二元核帶系統(tǒng)斷層通常被分成2 部分：低—中滲透率的斷層核和高滲透率的破碎帶，內(nèi)部可能發(fā)育空腔型洞穴，與斷層核相比，破碎帶位于斷層核兩側(cè)，變形程度較低，向外逐漸過渡為致密圍巖。

順北地區(qū)不同走滑斷裂體系目的層平面上可劃分為疊接拉分、疊接壓隆、線性平移和復(fù)合地塹4 種斷裂樣式。根據(jù)順北地區(qū)典型的走滑斷裂帶精細解析與內(nèi)部斷層及儲集層空間雕刻，不同分段的儲集體內(nèi)部結(jié)構(gòu)差異較大（圖5）。①疊接拉分段：規(guī)模儲集層發(fā)育以脫空模式為主，內(nèi)部結(jié)構(gòu)較簡單，內(nèi)部次級斷裂、裂縫與主斷面以近平行為主，主要儲集空間有破裂空腔和誘導(dǎo)裂縫帶。疊接拉分段規(guī)模裂縫型儲集體主要沿主斷裂及次級斷裂附近發(fā)育，儲集體規(guī)模大、連通性好，儲集層非均質(zhì)性弱（圖5a）。②疊接壓隆段：以核帶模式為主，裂縫和誘導(dǎo)裂縫帶是其主要儲集空間類型，也發(fā)育空腔型洞穴，但發(fā)育比例低于疊接拉分段。次級斷裂、裂縫與主斷面高角度相交，裂縫類型多、密度大，內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)決定其逆斷層和裂縫以壓應(yīng)力為主，次級斷裂端部、交會部位儲集層裂縫發(fā)育，內(nèi)部儲集層非均質(zhì)性強（圖5b）。③線性平移段：可能發(fā)育多種模式，當(dāng)純走滑狀態(tài)下裂縫發(fā)育以平移作用派生的剪切破裂為主，裂縫作用影響的范圍較小，密集程度不如疊接拉分段和疊接壓隆段；當(dāng)斷裂活動強度較大時，也可能出現(xiàn)斷裂核與斷層角礫帶，此時儲集空間可能包括斷層角礫帶和誘導(dǎo)裂縫帶2 種（圖5c）。④復(fù)合地塹段：主要表現(xiàn)在順北5 號斷裂帶南段，中部走滑斷裂面控制儲集體發(fā)育，而東西2個斷面儲集體可能相對欠發(fā)育（圖5d）。

圖5 順北地區(qū)走滑斷裂帶平面不同斷裂樣式儲集體地震剖面及其地質(zhì)模型Fig.5.Seismic sections and geological models of the reservoirs in strike?slip fault zones with different plane fault styles in Shunbei area

4 斷溶體油氣藏富集的主控因素

4.1 斷裂帶級別控制油氣富集的整體規(guī)模

走滑斷裂帶級別控制斷溶體油氣藏總體富集程度，斷裂變形強度越大，對應(yīng)的滑移距越大，分段越長，儲集體規(guī)模越大。鉆井揭示，順北地區(qū)主干斷裂帶油氣富集，鉆井油氣產(chǎn)能高，而斷裂帶之間鉆井油氣富集程度低，鉆井多為低產(chǎn)井或干井。如SHB1-1H井位于順北1號主干一級斷裂，穩(wěn)產(chǎn)時間長，動態(tài)儲量高達231×104t；SHB7 井位于順北7 號主干二級斷裂，其動態(tài)儲量僅6×104t；SHB2CH井位于順北2號次級斷裂，其初期產(chǎn)能26.00 t/d，目前平均產(chǎn)能0.15 t/d，SHBP1 井和SHBP2 井位于斷裂帶之間，其鉆井過程中無放空和漏失現(xiàn)象，測試為干井。

4.2 斷裂帶分段樣式控制油氣藏空間分布

順北地區(qū)走滑斷裂帶不同斷裂體系奧陶系碳酸鹽巖目的層也具有較強的平面分段特性，不同斷裂體系平面分段特征有差異。其中北東—南西向走滑斷裂帶（如順北1 號、順北4 號、順北8 號斷裂帶等）與北西—南東向走滑斷裂帶（順北5號斷裂帶北段，順北7號、順北11 號斷裂帶等）均具有典型疊接拉分、疊接壓隆、線性平移三段式特征，不同的是前者疊接拉分段相對更發(fā)育，后者疊接壓隆段的發(fā)育頻率明顯升高（圖3）。順北5號斷裂帶南段為北北東—南南西向斷裂帶，表現(xiàn)為復(fù)合地塹構(gòu)造樣式[14]，與典型的三段式特征明顯不同（圖5d）。

順北地區(qū)走滑斷裂帶不同分段的儲集體內(nèi)部結(jié)構(gòu)差異較大，其中疊接拉分段（圖5a）、疊接壓隆段（圖5b）較線性平移段（圖5c）儲集體的整體規(guī)模更大。順北地區(qū)走滑斷裂不同構(gòu)造樣式單井平均生產(chǎn)單位壓降產(chǎn)油量統(tǒng)計，疊接拉分段油氣富集程度最高，其次為線性平移段和疊接壓隆段[9]。

不同結(jié)構(gòu)類型油氣藏空間分布有差異。疊接拉分段規(guī)模儲集層內(nèi)部次級斷裂、裂縫和主斷面以近平行為主，主要儲集空間有破裂空腔和誘導(dǎo)裂縫帶，儲集體連通規(guī)模大。疊接壓隆段內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，次級斷裂、裂縫與主斷面高角度相交，空腔型洞穴欠發(fā)育，主要的儲集空間類型是裂縫帶，內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)以壓應(yīng)力為主，內(nèi)部連通性相對較差。線性平移段主要儲集空間是斷裂派生裂縫，裂縫作用影響范圍不如疊接拉分段和疊接壓隆段，儲集層規(guī)模一般小于疊接拉分段和疊接壓隆段。復(fù)合地塹段中部走滑斷裂面控制儲集體發(fā)育，而東西2個斷面儲集體可能欠發(fā)育（圖5d）。

4.3 現(xiàn)今主應(yīng)力方向及斷裂破碎系統(tǒng)決定油氣藏富集差異

走滑斷裂對晚期油氣充注程度的控制主要表現(xiàn)在作為晚期更高成熟度油氣充注通道對早期油藏的改造。順北地區(qū)走滑斷裂多期活動，在其內(nèi)部形成受走滑斷裂帶控制的規(guī)模裂縫-洞穴型儲集層；走滑斷裂垂向斷穿基底，溝通烴源層，是油氣多期垂向運移的主要通道。

順北地區(qū)斷溶體油氣藏主要成藏期為燕山運動期和喜馬拉雅運動期。喜馬拉雅運動期走滑斷裂基本不活動，但受周圍板塊強烈擠壓造成的板內(nèi)遠程效應(yīng)，仍會有開啟，但開啟程度受走滑斷裂與現(xiàn)今應(yīng)力場方向的夾角控制，與現(xiàn)今應(yīng)力方向基本一致的走滑斷裂帶，其內(nèi)部裂縫開啟程度高，越有利于喜馬拉雅運動期油氣充注，而與現(xiàn)今應(yīng)力方向斜交或近垂直的走滑斷裂，其內(nèi)部裂縫開啟程度很弱，喜馬拉雅運動期油氣充注弱。順北地區(qū)成像測井資料解釋研究區(qū)現(xiàn)今最大主應(yīng)力方向為北東40°，在烴源巖熱演化程度基本一致的地區(qū)，如順北5號斷裂帶中段，該段主走滑斷裂帶走向為近南北向，與現(xiàn)今應(yīng)力方向斜交，在該段沒有發(fā)育北東向分支走滑斷裂區(qū)，其內(nèi)部裂縫開啟程度很弱，喜馬拉雅運動期油氣充注弱，氣油比低，如SHB5-6井壓力恢復(fù)試井解釋遠端滲透率為9.02 mD，氣油比為233 m3/t；而在該段發(fā)育有北東向分支斷裂區(qū)，其內(nèi)部裂縫開啟程度高，喜馬拉雅運動期油氣充注較強，氣油比高，如SHB5-7 井壓力恢復(fù)試井解釋遠端滲透率為78.00 mD，氣油比為370 m3/t。

5 結(jié)論

（1）順北地區(qū)走滑斷裂帶多期活動與地層能干性差異引起縱向分層變形，具有平面疊接分段、縱向分層變形、垂向疊加改造的典型特征，平面可劃分為北東—南西向、北西—南東向和北北東—南南西向3 類斷裂體系，中—下奧陶統(tǒng)可劃分為疊接拉分、疊接壓隆、線性平移和復(fù)合地塹共4種斷裂樣式。

（2）順北地區(qū)地溫場和構(gòu)造演化差異是造成順北地區(qū)西油東氣資源格局的主要因素，在大埋深、高壓力、低地溫梯度、晚期快速穩(wěn)定深埋等因素的共同作用下，順北西部地區(qū)中—下寒武統(tǒng)烴源層在喜馬拉雅運動期仍處于生凝析油氣階段。

（3）順北地區(qū)奧陶系斷溶體油氣藏生儲蓋條件好，斷裂向下溝通烴源巖，斷控縫洞型儲集體控制油氣藏富集，斷裂帶的平面分段樣式控制儲集體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，平面不同斷裂樣式儲集體結(jié)構(gòu)存在明顯差異。

（4）斷溶體油氣藏富集主控因素主要為斷裂帶活動強度、分段樣式及其與現(xiàn)今應(yīng)力方向的角度大小。斷裂帶級別控制油氣富集的整體規(guī)模，分段樣式控制油氣藏的空間分布差異，與現(xiàn)今應(yīng)力方向基本一致的走滑斷裂帶，其內(nèi)部儲集層裂縫開啟程度高，連通性好，油氣充注強，單井產(chǎn)能高。