塔里木盆地哈拉哈塘地區(qū)碳酸鹽巖油氣富集規(guī)律

祝渭平，孫 東，姚清洲，房啟飛，代冬冬

(中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院，甘肅 蘭州 730020)

0 引 言

自哈拉哈塘地區(qū)哈7井2009年在奧陶系一間房組獲得工業(yè)油氣以來，諸多學者對研究區(qū)奧陶系的儲層特征及成因[1-4]、油氣成藏[5-10]、縫洞體刻畫[11-12]等做了大量研究。目前，研究區(qū)碳酸鹽巖勘探仍以尋找有利縫洞儲層為主，但近年來，相鄰的縫洞儲層之間產(chǎn)能差異明顯，存在構(gòu)造高部位產(chǎn)水、低部位產(chǎn)油、大縫洞儲集體油氣產(chǎn)能低、小縫洞儲集體單井產(chǎn)能高的現(xiàn)象。此外，未連通的單獨的縫洞儲層相當于一個獨立的油氣藏，難以刻畫統(tǒng)一的油水界面，因此，需要進一步研究哈拉哈塘油氣富集規(guī)律。該文主要通過斷裂精細刻畫、古構(gòu)造恢復等研究，明確斷裂展布特征及成藏期局部古構(gòu)造變化，并結(jié)合儲層展布特征，建立熱瓦普區(qū)塊碳酸鹽巖油氣富集模式，以期為碳酸鹽巖油氣勘探開發(fā)提供參考和借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

哈拉哈塘地區(qū)位于塔北隆起，北靠輪臺凸起，南接北部坳陷，西側(cè)為英買力低凸起，東側(cè)為輪南低凸起，勘探面積為4 000 km2(圖1a)。研究區(qū)經(jīng)歷了加里東期、晚海西—印支期和喜馬拉雅期構(gòu)造運動[1,13-15]，導致研究區(qū)北部中上奧陶統(tǒng)缺失，中下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組、鷹山組、一間房組頂發(fā)育不整合面(圖1b)，促使大規(guī)模風化殼巖溶、層間巖溶發(fā)育，形成了研究區(qū)現(xiàn)今碳酸鹽巖巖溶儲層格架[1，3]。中晚加里東期，受盆地南北活動大陸邊緣擠壓作用，研究區(qū)形成了NW向和NE向“X”型走滑斷裂體系[13-15]，走滑斷裂縱向斷穿寒武系奧陶系，有的甚至從寒武系斷開至二疊系[9]，橫向平面延伸距離為72 km。該文重點選取熱瓦普區(qū)塊R3—R301井區(qū)(井網(wǎng)控制程度高，相近的縫洞儲集體油氣產(chǎn)能差異大)作為目標區(qū)，從斷裂展布特征、古構(gòu)造特征、儲層分布等因素，進行詳細解剖研究，并結(jié)合油氣產(chǎn)能數(shù)據(jù)進行論證，明確油氣富集主控因素。

圖1 哈拉哈塘地區(qū)構(gòu)造概況Fig.1 The overview of the tectonic structure in the Halahatang Area

2 油氣富集主控因素

R3—R301井區(qū)位于哈拉哈塘熱瓦普區(qū)塊中部，研究區(qū)縫洞儲層主要在一間房組及鷹山組頂部發(fā)育，縫洞儲層在地震剖面表現(xiàn)為“串珠”狀強反射[3-5]。通過開展一間房組頂面斷裂展布分析、古構(gòu)造恢復研究，明確其對油氣富集的控制作用，并建立相應的油氣成藏模式。

2.1 斷裂對油氣成藏的控制作用

隨著臺盆區(qū)碳酸鹽巖勘探認識不斷深化，“寒武系烴源巖為塔里木盆地下古生界主力海相烴源巖”的觀點日益明確[15-17]，且斷裂作為奧陶系油氣運移通道已被證實，因此，刻畫斷穿寒武系至奧陶系的油源斷裂十分重要。

受多期巖溶作用影響，導致該區(qū)塊奧陶系一間房組斷裂展布研究比較困難；簡單的地震相干屬性無法有效識別研究區(qū)的斷裂展布[9，18]。因此，在地震屬性研究的基礎上，針對斷穿寒武系的區(qū)域大斷裂，應用三維體曲率屬性方法，通過計算數(shù)據(jù)體中某點的瞬時頻率和瞬時波數(shù)得到視傾角分量,通過相鄰道和采樣點的視傾角擬合出空間曲面，從而獲得該點的曲率值[19-20]，其對噪聲敏感性小，可有效識別較大的斷裂(圖2a)，明確了NW向和NE向主干斷裂；針對一間房組頂面小斷裂難以識別問題，采用廣義希爾伯特變換邊界識別技術(shù)[18]，該技術(shù)對每個地震采樣點從9個方向開展廣義希爾伯特變化，9個方向的最大值作為該點的最終邊緣檢測值，實現(xiàn)小斷裂的識別(圖2b)，明確了NE—SW向、NW—SE向及近SN向等伴隨NW向和NE向主干斷裂的次級分支斷裂(圖2b)展布。

圖2 哈拉哈塘R3—R301井區(qū)斷裂展布及油氣產(chǎn)能分布Fig.2 The distribution of faults and the oil and gas production in the R3-R301 Well Block in the Halahatang Area

走滑斷裂對研究區(qū)各目的層油氣成藏有極其重要的作用：NW向和NE向主干走滑斷裂，縱向向下斷穿寒武系膏鹽巖，向上斷開奧陶系(圖3)，橫向平面延伸距離為72 km(圖1b)，是研究區(qū)各目的層油氣自南向北輸導的主要路徑，但由于其縱向斷開地層多，有的向上甚至斷開至二疊系[9]，可能不利于奧陶系一間房組油氣的保存；而由“X”型走滑斷裂伴生形成的NE—SW向、NW—SE向及近SN向等次級斷裂對奧陶系碳酸鹽巖油氣成藏有極強的控制作用，主要表現(xiàn)在以下4個方面：①走滑斷裂活動會使本身脆性較強的碳酸鹽巖形成破碎帶及裂縫發(fā)育區(qū)(圖2c)，并通過物理及化學作用改善其儲集性能；②次級斷裂對沿主干斷裂由南向北大范圍充注的油氣源，進行二次調(diào)整運移，使流體向低勢區(qū)聚集成藏(圖2d)；③次級斷裂對油氣的輸導，致使深部熱液流體自下而上垂向運移，對周圍圍巖進行溶蝕，形成大量的溶蝕孔洞，而酸性流體沿裂縫滲入，也會極大地改善原有儲層[8-10]；④次級斷裂縱向未斷穿奧陶系桑塔木組，有利于油氣縱向的封堵保存。

圖3 哈拉哈塘熱瓦普地區(qū)地震剖面(剖面位置見圖2d)Fig.3 The seismic section of in the Rewapu Block in the Halahatang Area (see Fig. 2d for the location of the section)

從R3—R301井區(qū)一間房組頂面斷裂與油氣產(chǎn)能疊合圖來看：次級斷裂的上傾方向(由南向北)的單井油氣產(chǎn)能高(圖2d)，而在次級斷裂的下傾傾末端(由南至北)單井油氣產(chǎn)能低或見水失利(圖2d)。R3001、R301、R3012-1等井分布在次級斷裂的上傾方向儲層發(fā)育終止區(qū)，R3001井串珠體積大(圖3)，累計產(chǎn)油為6.60×104t，天然氣為0.380×108m3；R3012-1井對比R3015井串珠體積小，累計產(chǎn)油為1.38×104t，天然氣為0.400×108m3。而R3015、R3012-2、R301-3、R3012、R301-5、R3017、R3-1等井部署在次級斷裂的下傾傾末端(由南至北)，早期油氣充注，晚期油氣沿斷裂向低勢區(qū)(由南向北)調(diào)整運移，即使儲集空間好(R3015井串珠體積大，圖3)，也不利于油氣的保存。綜合以上分析認為，次級斷裂對油氣進行二次調(diào)整再運移，使油氣在其上傾方向儲層發(fā)育終止區(qū)富集成藏。

2.2 成藏期古構(gòu)造對油氣成藏的控制作用

加里東—早海西期、晚海西期和喜馬拉雅早期是塔北隆起的關(guān)鍵成藏期[6、8、16-17]，也是塔北隆起構(gòu)造演化的關(guān)鍵時期[14-15]，中晚加里東期塔北北部整體掀斜，構(gòu)造高差大，由北向南形成各類型巖溶儲層，為后期油氣成藏提供了良好的儲存條件；晚海西期巖漿巖侵入，形成逆沖斷裂及走滑斷裂帶，是油氣運移的主要路徑；喜馬拉雅期受天山差異擠壓，發(fā)育NNE向走滑斷裂，對早期古油藏有調(diào)整作用。因此，研究成藏期古構(gòu)造對梳理研究區(qū)油氣成藏規(guī)律有很大幫助。

結(jié)合成藏期，利用印模法恢復了熱瓦普地區(qū)加里東期、晚海西期、喜山期及現(xiàn)今等關(guān)鍵成藏期的古構(gòu)造圖(圖4)。對比發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)古構(gòu)造繼承性強，整體表現(xiàn)為北高南低，局部鼻狀隆起及構(gòu)造高點多繼承性發(fā)育，有利油氣的保存富集。

圖4 哈拉哈塘熱瓦普地區(qū)一間房組成藏期古構(gòu)造Fig.4 The paleostructure in hydrocarbon accumulation period of Yijianfang Formation in the Rewapu Block in the Halahatang Area

從R3—R301井區(qū)成藏期古構(gòu)造展布來看，局部古構(gòu)造對研究區(qū)碳酸鹽巖油氣富集有很強的控制作用，主要表現(xiàn)為以下2個方面：①處于優(yōu)勢運移方向的縫洞儲層，如果多期成藏期處于鼻狀隆起區(qū)、隆起區(qū)翼部及構(gòu)造高部位疊加區(qū)，利于油氣富集，油氣勘探多見工業(yè)油氣流。以R301、R3013、R3井為例，處于分支斷裂輸導有利位置，加之晚加里東期、晚海西期及喜山期均處在鼻狀隆起翼部(圖4a—c)，利于油氣富集成藏，后期的構(gòu)造運動，難以對古油藏進行調(diào)整再分配，典型探井R3井現(xiàn)已累計產(chǎn)油為3.20×104t，累計產(chǎn)天然氣為0.210×108m3；②多期構(gòu)造演化中長期處于鼻狀隆起翼部的底部(R3-1、R3012-2、R3012-3、R301-4、R3017、R3-8)或者2個鼻狀隆起之間(R301-5、R3011-1、R302)的地區(qū)(圖4d)，即使處于分支斷裂有利輸導位置(R3011-1、R3-8)，早期保存了部分古油藏，但晚期構(gòu)造活動對油氣調(diào)整再分配，不利于油氣富集成藏，針對此類縫洞儲層的油氣勘探，多鉆遇水層或含油水層[21-26]。

2.3 油氣成藏模式

哈拉哈塘地區(qū)油氣主要來自深層寒武系烴源巖[15-16]，溝通油源的深層“X”型走滑斷裂是各目的層油氣成藏的最有效油源通道，與“X”型走滑斷裂伴生形成奧陶系內(nèi)部的NE—SW向、NW—SE向及近SN向等次級走滑斷裂對油氣進行二次調(diào)整運移，結(jié)合不整合面由南向北的分支斷裂上傾方向是油氣疏導的有利指向區(qū)，油氣在優(yōu)勢運移方向上，多期古構(gòu)造隆起或局部構(gòu)造高點疊合的儲層發(fā)育區(qū)油氣富集成藏(圖5、6)，而次級斷裂的下傾傾末端及長期處于古構(gòu)造低部位的儲層不利于油氣保存，容易見水。按此油氣成藏模式部署了R301-6井(圖5、6)，該井位于分支斷裂的上傾傾末端儲層發(fā)育區(qū)，鼻狀隆起翼部，有利于油氣的輸導運移，串珠體積大，投產(chǎn)至今已累計產(chǎn)原油為2.15×104t，累計產(chǎn)天然氣為0.078×108m3。

圖5 R3—R301井區(qū)晚加里東一間房組成藏期古構(gòu)造、斷裂、裂縫及儲層疊合圖Fig.5 The diagram of paleostructures, faults, fractures, and reservoir overlapping in the hydrocarbonaccumulation period of the late Caledonian Yijianfang Formation in the R3-R301 Well Block

圖6 熱瓦普地區(qū)奧陶系一間房組油氣成藏模式圖(剖面位置見圖5)Fig.6 The diagram of hydrocarbon accumulation of Ordovician Yijianfang Formation in the Rewapu Block (see Fig.5 for the location of the section)

3 結(jié) 論

(1) 結(jié)合曲率分析，廣義希爾伯特變化等技術(shù)，明確了研究區(qū)NW向和NE向主干斷裂，一間房組頂面NE—SW向、NW—SE向及近SN向等次級分支斷裂展布方向。分析認為，次級斷裂對研究區(qū)奧陶系油氣進行二次調(diào)整再運移，使油氣在其上傾方向儲層發(fā)育終止區(qū)富集成藏。

(2) 研究區(qū)古構(gòu)造繼承性強，多期構(gòu)造演化中鼻狀隆起區(qū)及構(gòu)造高部位的疊合區(qū)，利于油氣充注，且晚期構(gòu)造活動難以對早期古油藏調(diào)整破壞，利于油氣保存成藏。

(3) 在明確研究區(qū)油氣成藏特征的基礎上，建立了研究區(qū)奧陶系內(nèi)部NE—SW向、NW—SE向及近SN向等次級走滑斷裂對油氣進行二次調(diào)整運移，沿油氣優(yōu)勢運移方向(分支斷裂上傾方向)、在多期古構(gòu)造隆起或局部構(gòu)造高點疊合的儲層發(fā)育區(qū)油氣富集的成藏模式。