塔里木盆地博孜—大北地區(qū)被動走滑構(gòu)造特征及其對裂縫發(fā)育的控制作用

郭宏輝，馮建偉，趙力彬

［1.中國石油大學(xué)（華東） 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580；2.中國石油 塔里木油田公司，新疆 庫爾勒 84100；3.中國石油大學(xué)（北京） 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249］

隨著全球油氣勘探從常規(guī)走向非常規(guī)、從淺層走向深層乃至超深層，深層-超深層油氣資源受到普遍關(guān)注并不斷取得突破，其中致密砂巖儲層己成為目前研究的熱點(diǎn)之一［1-4］。近年來，在塔里木盆地庫車坳陷克拉蘇構(gòu)造帶西部博孜—大北地區(qū)連續(xù)取得天然氣勘探的突破，成為繼克拉-克深氣田后的又一個(gè)萬億方大氣區(qū)。中國深層致密砂巖儲層以陸相沉積為主，有著埋藏深、成巖作用強(qiáng)、低孔低滲、高溫高壓和構(gòu)造復(fù)雜等獨(dú)特的地質(zhì)特征。研究區(qū)斷層被動走滑及裂縫系統(tǒng)不僅是改善儲層物性、提高氣藏產(chǎn)能的關(guān)鍵，也是重要的滲流通道和儲集空間。目前，斷層走滑發(fā)育的典型力學(xué)機(jī)制為純剪切與簡單剪切［5-8］。然而并不是所有斷層均符合此類應(yīng)力機(jī)制，肖坤澤與童亨茂［9-10］根據(jù)斷層走滑的動力學(xué)機(jī)制提出了主動走滑斷層和被動走滑斷層，主動走滑斷層應(yīng)力機(jī)制為純剪切或簡單剪切，被動走滑斷層是指在伸展應(yīng)力或擠壓應(yīng)力機(jī)制下形成的走滑斷層。伸展或擠壓作用下地層幾何變形受限時(shí)，與斷層相關(guān)的伸展或擠壓活動將會減弱，斷層兩盤將會發(fā)生走滑錯(cuò)動，以平衡變形空間與應(yīng)力、應(yīng)變之間的關(guān)系［11］。

與童亨茂先生文中所討論的被動走滑構(gòu)造不同的是，博孜—大北地區(qū)被動走滑構(gòu)造不單是在擠壓應(yīng)力背景下發(fā)育的，亦受塔里木板塊旋轉(zhuǎn)的影響，但塔里木板塊的旋轉(zhuǎn)亦是在新生代印藏板塊碰撞的遠(yuǎn)程擠壓效應(yīng)下產(chǎn)生的［12-14］。在構(gòu)造擠壓與板塊旋轉(zhuǎn)的共同作用下，天山造山帶發(fā)育東端收斂、西端撒開的大型帚狀構(gòu)造體系。李四光先生在《地質(zhì)力學(xué)概論》一書中，將帚狀構(gòu)造劃分為旋扭構(gòu)造的一種［15］。博孜—大北地區(qū)顯然屬于天山造山帶旋扭構(gòu)造體系，結(jié)合塔里木盆地的旋轉(zhuǎn)特征，也證明了博孜—大北地區(qū)斷裂體系在周緣構(gòu)造系統(tǒng)的控制作用下發(fā)生了被動走滑。在這樣的構(gòu)造系統(tǒng)下，博孜—大北地區(qū)首先發(fā)生一系列前陸沖斷構(gòu)造，后因擠壓變形受限及塔里木板塊旋轉(zhuǎn)的影響，近東西向逆沖斷層發(fā)生左旋走滑改造，同時(shí)新生了一系列近南北向走滑構(gòu)造。這種走滑活動導(dǎo)致斷層周緣應(yīng)力條件發(fā)生變化，裂縫發(fā)育參數(shù)也隨之改變，對研究區(qū)裂縫系統(tǒng)的發(fā)育具有重要的影響［16-19］。目前，針對這種擠壓與被動走滑聯(lián)合應(yīng)力作用下的構(gòu)造模式研究相對較少，此類構(gòu)造對裂縫發(fā)育的控制作用認(rèn)識仍然薄弱，阻礙著研究區(qū)氣藏的勘探開發(fā)進(jìn)展。因此，明確博孜—大北構(gòu)造系統(tǒng)下的裂縫分布規(guī)律，完善裂縫研究理論與方法體系，有利于為此類油氣田的高效勘探開發(fā)提供重要科學(xué)依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

庫車坳陷位于塔里木盆地北部、天山南緣，東西長550 km，南北寬30 ～ 80 km，總面積約3.7×104km2，博孜—大北地區(qū)位于庫車坳陷克拉蘇構(gòu)造帶西部，整體呈NEE向展布，是南天山造山運(yùn)動控制下的前陸沖斷帶（圖1b）［20-21］。晚二疊世—早三疊世，庫車坳陷屬于前陸盆地發(fā)育期，天山造山帶初步形成，整體變形程度較低，僅中天山有一定程度的隆升［22］。侏羅紀(jì)，盆地屬于陸內(nèi)斷-拗期，盆地表現(xiàn)為弱伸展環(huán)境下形成的斷陷盆地，天山造山帶遭受一定程度的剝蝕，此時(shí)期構(gòu)造相對穩(wěn)定，僅克拉蘇構(gòu)造帶發(fā)育少量伸展斷層。白堊紀(jì)—古近紀(jì)的陸內(nèi)拗陷時(shí)期，盆地變?yōu)槿鯏D壓狀態(tài)下的拗陷盆地，晚白堊世發(fā)生局部區(qū)域隆升事件，導(dǎo)致白堊系遭受不同程度剝蝕，構(gòu)造變形自南向北減弱，庫車坳陷與南部隆升構(gòu)造變形的基本格局在此時(shí)期形成［20-22］。新近紀(jì)—第四紀(jì)，南天山造山帶構(gòu)造運(yùn)動活躍，早期造山活動整體較弱，受北部造山帶影響，庫車坳陷發(fā)生撓曲變形，博孜—大北地區(qū)整體表現(xiàn)為弱擠壓環(huán)境下的地層撓曲變形，鹽下構(gòu)造層開始形成小斷距逆沖斷層及較寬緩褶皺。造山運(yùn)動晚期，博孜—大北地區(qū)遭受強(qiáng)烈擠壓，形成了多個(gè)線性褶皺帶，同時(shí)鹽下斷裂系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)育，北部發(fā)育高角度基底卷入逆沖斷裂，南部發(fā)育多條南向逆沖斷層，形成了成排展布的疊瓦沖斷構(gòu)造，鹽上層褶皺變形受斷層切穿破壞，形成現(xiàn)今的構(gòu)造形態(tài)［23-24］。研究區(qū)主要含氣層系為下白堊統(tǒng)巴什基奇克組（K1bs）和巴西改組（K1bx）砂巖儲層，埋深為5300 ～ 7800 m，實(shí)測基質(zhì)有效孔隙度平均為4.8 %，巖心、成像測井及鉆井資料表明儲層中構(gòu)造縫普遍發(fā)育，為典型的深層-超深層裂縫性致密砂巖儲層。下伏地層為下白堊統(tǒng)舒善河組（K1sh）和亞格列木組（K1y），與目的層呈整合接觸，上覆地層為古近系庫姆格列木群（E1-2km）膏鹽層，與目的層呈角度不整合接觸。古近系膏鹽巖在高溫高壓條件下發(fā)生強(qiáng)烈的塑性流動，形成了鹽上和鹽下兩套構(gòu)造層［25］。

圖1 博孜—大北地區(qū)構(gòu)造及地層發(fā)育特征Fig. 1 Tectonic and stratigraphic characteristics of the Bozi-Dabei area within Kuqa Depressiona.塔里木盆地周緣構(gòu)造發(fā)育特征；b. 博孜—大北地區(qū)構(gòu)造位置； c. 研究區(qū)白堊系頂面構(gòu)造圖； d. 博孜—大北地區(qū)地層綜合柱狀圖

2 博孜—大北地區(qū)構(gòu)造發(fā)育特征

經(jīng)過前期地震資料解釋和地質(zhì)背景調(diào)研，初步明確了博孜—大北地區(qū)鹽上層以滑脫形成的相關(guān)褶皺為主，鹽下層以一系列切穿基底的高角度逆沖斷層、滑脫于中生界層內(nèi)的逆沖疊瓦構(gòu)造為主，整體組成了5 ～ 7排呈階梯狀向北部逐級抬升的沖斷體系［26-27］。平面上，受左旋壓扭應(yīng)力場控制，由西向東可分為阿瓦特段、博孜段和大北段，構(gòu)造變形具有“南北分帶、東西分段”的特征［28］。

2.1 垂向構(gòu)造特征

大北段地震剖面A—A'顯示出了前陸沖斷帶獨(dú)特的“垂向分層”特征，可劃分為兩套構(gòu)造層（圖2a）。鹽上層構(gòu)造變形相對簡單，主要在山前發(fā)育一些沖斷構(gòu)造及與鹽層上拱發(fā)育的大型背斜。鹽下層呈現(xiàn)多重推覆特征，發(fā)育大量斷層相關(guān)褶皺，斷-褶系統(tǒng)在垂向上具有空間疊置特征。由山前向盆內(nèi)，構(gòu)造樣式由似花狀構(gòu)造變?yōu)楦呓嵌饶鏇_構(gòu)造再變?yōu)榈徒嵌饶鏇_疊瓦構(gòu)造，這反映了擠壓作用逐漸減弱，空間應(yīng)力狀態(tài)隨之變化。山前的花狀或似花狀構(gòu)造樣式代表了壓扭或被動走滑環(huán)境的存在，這種盆內(nèi)水平收縮和山前走滑抬升的構(gòu)造特征說明了庫車前陸沖斷帶的特殊性，基于這種構(gòu)造特征，本文提出了走滑-沖斷構(gòu)造。剖面B—B'與剖面A—A'相比，關(guān)鍵差異在于鹽上褶皺的規(guī)模和間距、鹽下疊瓦沖斷構(gòu)造數(shù)量、斷層沖斷程度變化及垂向上構(gòu)造疊加形式。剖面B—B'中鹽上層整體變形較弱，背斜規(guī)模明顯減小，鹽下層推覆強(qiáng)度也相對減弱。其中，鹽下逆沖疊瓦構(gòu)造的數(shù)量明顯增多，但規(guī)模小于東部，且反沖構(gòu)造基本不發(fā)育（圖2b）。剖面C—C'位于博孜段中部，北部發(fā)育高角度逆沖構(gòu)造，基底逆沖強(qiáng)烈，向盆內(nèi)逆沖疊瓦構(gòu)造變形程度明顯減弱。剖面E—E'位于阿瓦特-博孜過渡段，發(fā)育典型楔形沖斷疊瓦構(gòu)造，構(gòu)造垂向抬升顯著。剖面F—F'位于博孜-大北段，發(fā)育一定的走滑特征構(gòu)造，如“Y”字形構(gòu)造與似花狀構(gòu)造等，但走滑引起的地層變形規(guī)模較小，走滑作用相對較弱，東部整體在逆沖的基礎(chǔ)上發(fā)育較大規(guī)模的似花狀構(gòu)造或多級“Y”字形構(gòu)造，斷層的一支向盆內(nèi)延伸。

圖2 博孜—大北地區(qū)典型地震剖面構(gòu)造解釋（剖面位置見圖1c）Fig. 2 Seismic interpretation of typical structural section in Bozi-Dabei area（see Fig. 1b for the section location）a. 剖面A—A'；b. 剖面B—B'；c. 剖面C—C'；d. 剖面D—D'；e. 剖面E—E'；f. 剖面F—F'

2.2 平面構(gòu)造特征

根據(jù)三維地震資料解釋及前人研究成果認(rèn)為，研究區(qū)近SN向基底走滑斷層與走滑調(diào)節(jié)構(gòu)造發(fā)育［29-30］，斷層走滑量呈現(xiàn)由西向東衰減的趨勢，同排構(gòu)造走滑量與逆沖推覆量具有相互轉(zhuǎn)化的特點(diǎn)，斷層或褶皺水平位移的減小伴隨著垂向位移的增加（圖3c，d）。阿瓦特段及博孜段西緣因基底古隆起遮擋作用構(gòu)造變形空間有限，在近SN向構(gòu)造擠壓作用下發(fā)育階梯狀向北抬升的斷褶系統(tǒng)。古隆起邊緣發(fā)育的基底走滑斷層導(dǎo)致大北段與博孜段的構(gòu)造樣式發(fā)生了較大轉(zhuǎn)變［31］，大北段構(gòu)造走向向北偏轉(zhuǎn)，主斷層間雁裂式斷層組合減少，這反映了以擠壓為主的應(yīng)力環(huán)境。在南北方向上，研究區(qū)構(gòu)造系統(tǒng)被多條NEE向斷裂帶劃分為多個(gè)條形狹窄構(gòu)造單元，由北向南逆沖幅度減弱。在構(gòu)造擠壓變形后期，褶皺前端逐漸穩(wěn)定，構(gòu)造變形轉(zhuǎn)變?yōu)樯w層逆沖滑脫，表現(xiàn)為斷-褶系統(tǒng)前端斷距小、后端斷距大的特征。

圖3 博孜—大北地區(qū)斷褶系統(tǒng)空間變化特征Fig.3 Spatial variation characteristics of fault-fold system in Bozi-Dabei areaa. 博孜—大北地區(qū)斷裂垂直斷距空間變化特征； b. 博孜—大北地區(qū)各井位褶皺波幅特征； c. 博孜-克拉斷裂水平滑距變化特征；d. 克深斷裂水平滑距特征

博孜—大北地區(qū)從北向南依次發(fā)育山前高角度逆沖推覆構(gòu)造、似花狀構(gòu)造或多級“Y”字形構(gòu)造、斷展褶皺和疊瓦構(gòu)造等，同時(shí)伴有被動走滑改造特征，如花狀或似花狀構(gòu)造、雁列褶皺等。庫車坳陷及整個(gè)塔北地區(qū)平面斷裂體系平面上整體呈現(xiàn)西端撒開、東端收斂的帚狀特征（圖1a），博孜—大北地區(qū)的地震水平切片也可識別出明顯的帚狀破碎區(qū)域，深部破碎帶較窄，淺部破碎帶相對較寬（圖4a）。根據(jù)旋扭構(gòu)造動力學(xué)理論，帚狀斷層是旋扭構(gòu)造的基本樣式，旋扭構(gòu)造由兩部分組成：一是旋扭的核心；二是圍繞著核心的各種弧形褶皺和斷層，稱旋扭面（圖4c）［32］。旋扭面在旋扭核心的動力機(jī)制帶動下發(fā)生走滑，內(nèi)旋面運(yùn)動方向指示收斂方向，沿內(nèi)旋面運(yùn)動方向走滑作用減弱，旋扭面撒開度［δ，（°）］差異與旋扭面力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，旋扭構(gòu)造類型也有所不同。撒開度?。é摹?0°），旋扭面多為單剪性質(zhì)，易構(gòu)成環(huán)狀旋扭構(gòu)造；撒開度大（δ＞90°），旋扭面多為張剪性，常構(gòu)成輻射狀旋扭構(gòu)造；撒開度中等時(shí)（45°≤δ≤80°），旋扭面多為一般剪切或壓剪性質(zhì)。天山南緣斷裂展布特征明顯屬于壓性旋扭帚狀構(gòu)造樣式，研究區(qū)地震切片帚狀構(gòu)造撒開度在30°左右，表現(xiàn)為典型的單剪（扭）旋扭構(gòu)造體系。這種旋鈕構(gòu)造的發(fā)育，證明了擠壓條件下研究區(qū)斷層被動走滑，最大主應(yīng)力方向與帚狀構(gòu)造體系近于垂直，越靠近帚狀構(gòu)造收斂區(qū)域最大主應(yīng)力方向與走滑斷層走向越近于平行（圖4d），這種斷層系統(tǒng)局部應(yīng)力狀態(tài)的變化，同時(shí)影響著裂縫系統(tǒng)的發(fā)育。

圖4 博孜—大北地區(qū)深部帚狀構(gòu)造特征與壓性旋扭構(gòu)造模式Fig.4 Characteristics of deep broom-like structures and compressive rotational shear structure in Bozi-Dabei areaa.海拔-6500 m地震資料水平切片構(gòu)造發(fā)育特征； b.海拔-7500 m地震資料水平切片構(gòu)造發(fā)育特征； c. 壓性旋扭構(gòu)造特征（據(jù)李東旭2003，有修改）；d. 旋扭構(gòu)造應(yīng)力跡線（據(jù)李東旭2003，有修改）（σhmin為水平最小主應(yīng)力；σhmax為水平最大主應(yīng)力。）

3 走滑-沖斷構(gòu)造模式

新生代南北向構(gòu)造擠壓與造山運(yùn)動過程中，博孜—大北地區(qū)受北部造山帶阻擋的影響，構(gòu)造變形空間受限，強(qiáng)烈的擠壓作用導(dǎo)致產(chǎn)生了沿造山帶走向近于平行的斜向擠壓分量，這種斜向擠壓與塔里木板塊順時(shí)針旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致NEE向斷層被動走滑，地震剖面可見正花狀構(gòu)造，斷層走滑機(jī)制與庫車坳陷依南氣田左行走滑斷層發(fā)育的動力學(xué)機(jī)制相似［33］。

在持續(xù)的構(gòu)造擠壓與被動走滑過程中，研究區(qū)北緣斷層持續(xù)向前陸逆沖推覆，形成了一系列的斷彎褶皺、斷展褶皺及相關(guān)的逆沖疊瓦構(gòu)造等，組成庫車坳陷的褶皺-沖斷帶。與此同時(shí)，逆沖斷層在沖斷推覆過程中受到斜向擠壓作用，斷層將沿著斜向擠壓方向被動走滑，隨之發(fā)育花狀分支斷層，形成類似 “躺倒?fàn)睢笔交顦?gòu)造，例如博孜段部分被改造的低角度逆沖斷層。根據(jù)構(gòu)造樣式的差異，由北向南博孜—大北地區(qū)可劃分為山前橫向擠壓強(qiáng)制走滑沖斷帶、擠壓推覆褶皺帶及扭動走滑構(gòu)造帶（圖2a）。左旋走滑構(gòu)造帶南北界限分別為拜城斷裂與克深4號斷裂，該帶逆沖變形較弱，斷層規(guī)模小，剖面可見走滑特征。擠壓推覆褶皺帶南北界限為克深4號斷裂與克深斷裂，構(gòu)造變形表現(xiàn)為多重推覆，逆沖疊瓦構(gòu)造具有垂向疊置的特征?？松顢嗔岩员睘樯角皺M向擠壓強(qiáng)制走滑沖斷帶，博孜-克深斷裂為該帶走滑-沖斷的主控?cái)嗔眩瑪嗔殉掷m(xù)被動走滑上切新近系，發(fā)育擠壓環(huán)境下的大規(guī)模似花狀構(gòu)造。

在持續(xù)沖斷推覆的同時(shí)，研究區(qū)發(fā)育一系列與造山帶近似垂直的走滑構(gòu)造來調(diào)節(jié)不同部位的構(gòu)造變形，多條近南北向河流發(fā)育、地層與地形的錯(cuò)斷特征及地震剖面上正花狀構(gòu)造均指示了近SN向走滑斷層的發(fā)育（圖1a，圖2b）［34］。另外，規(guī)模較大的走滑斷層必然導(dǎo)致斷層兩側(cè)構(gòu)造發(fā)育突變式的差異，產(chǎn)生走滑與逆沖作用的轉(zhuǎn)換，構(gòu)造樣式與斷層斷距的變化指示了這種轉(zhuǎn)換規(guī)律（圖3a）。例如，博孜段向大北段的過渡地區(qū)斷層發(fā)育以小規(guī)模逆沖兼具走滑為特征，斷層斷距普遍較?。ǎ?00 m），博孜段西緣與大北段逆沖強(qiáng)烈［35］，發(fā)育大幅度沖起構(gòu)造，斷層斷距普遍較大（＞800 m），由此可將研究區(qū)劃分為西部垂向剪切擠壓走滑構(gòu)造段、中部走滑調(diào)節(jié)構(gòu)造段、東部擠壓走滑沖斷構(gòu)造段（圖2e，f）。垂向剪切擠壓走滑構(gòu)造段具體區(qū)域?yàn)榘⑼咛囟闻c博孜段西緣，主要發(fā)育呈階梯狀抬升的高角度逆沖斷層，古隆起邊緣發(fā)育大規(guī)?；鬃呋瑪鄬?。中部擠壓走滑構(gòu)造段為博孜段向大北段過渡的大部分區(qū)域，多見走滑特征構(gòu)造，如“Y”字形構(gòu)造與似花狀構(gòu)造等，但整體規(guī)模較小。大北段為擠壓走滑沖斷構(gòu)造段，沖斷構(gòu)造在南北方向上走滑特征顯著，走滑斷層的一支向盆內(nèi)延伸，整體呈現(xiàn)規(guī)模較大的似花狀構(gòu)造或多級“Y”字形構(gòu)造。

4 裂縫發(fā)育特征

根據(jù)鉆井巖心裂縫識別和成像測井資料，白堊系儲層以高角度剪切縫為主，裂面平坦，延伸距離長，開度較?。?.1 ～ 0.3 mm），少量小尺度縫被方解石或石膏充填。張性縫所占比例很小，通?？p面粗糙，延伸距離短，開度大（＞2 mm），多數(shù)被方解石或石膏充填。在成像測井資料中，可見B301井5939 ～ 5941 m與5955 ～ 5958 m深度處發(fā)育兩組幾乎平行的裂縫，而在5857 ～ 5858 mm與5927 ～ 5929 m深度處發(fā)育網(wǎng)狀裂縫（圖5b）。在B1203井6560 ～ 6590 m深度處，可以看到一系列具有不同傾角的裂縫，且發(fā)育大量高角度縫，在6566 ～ 6572 m深度處，可以觀察到由高角度裂縫和中-高角度裂縫組成的網(wǎng)狀縫（圖5a）。

圖5 博孜—大北地區(qū)單井裂縫及巖心特征Fig.5 Fracture and core characteristics of a single well in Bozi-Dabei areaa. B1203井裂縫參數(shù)與地質(zhì)特征 ； b. B1203井巴什基奇克組三段巖心照片與裂縫走向玫瑰花圖；c. B1203井巴西改組上段巖心照片與裂縫走向玫瑰花圖；d. B301井裂縫參數(shù)與地質(zhì)特征；e. B301井巴什基奇克組三段巖心照片與裂縫走向玫瑰花圖；f. B301井巴西改組上段巖心照片與裂縫走向玫瑰花圖；g. B301井巴西改組下段巖心照片與裂縫走向玫瑰花圖

根據(jù)研究區(qū)25口井裂縫統(tǒng)計(jì)分析表明，裂縫多為NNE-SSW與NNW-SSE向，EW與SN向次之。其中，博孜3與博孜12氣藏位于博孜—大北地區(qū)西部垂向剪切擠壓走滑構(gòu)造段，各井裂縫密度普遍較高，主要發(fā)育NNE-SSW與NNW-SSE向裂縫。博孜3氣藏位于克深斷裂北部，主要發(fā)育NNW-SSE與NNE-SSW向裂縫，各井優(yōu)勢裂縫走向相近（B3-1X，B301，B302井），均為NNE-SSW向，僅B3井優(yōu)勢裂縫呈現(xiàn)共軛特征。博孜12氣藏位于克深斷裂南部，主要發(fā)育NE-SW與NWSE向裂縫，NWW-SSE向裂縫次之，背斜東翼裂縫密度較高（B1203，B1201井），以NNW-SSE與NEE-SWW向裂縫為主，發(fā)育少量NNE-SSW向裂縫。博孜1與博孜2氣藏位于博孜—大北地區(qū)中部擠壓走滑段，斷層被動走滑作用減弱，裂縫發(fā)育非均質(zhì)性增強(qiáng)，優(yōu)勢裂縫走向不明顯，各井區(qū)裂縫密度差異大，B10和B2井區(qū)裂縫幾乎不發(fā)育，而B104井區(qū)裂縫發(fā)育密度較高。博孜1氣藏東部優(yōu)勢裂縫為NNW-SSE向，西部井區(qū)優(yōu)勢裂縫呈現(xiàn)共軛特征（B102，B104井）。大北17與大北9氣藏位于博孜—大北地區(qū)東部擠壓走滑沖斷構(gòu)造段，兩個(gè)氣藏裂縫發(fā)育密度均較低，各氣藏優(yōu)勢裂縫走向一致。大北17氣藏位于克深斷裂南部，主要發(fā)育NNESSW向裂縫，NE-SW向裂縫次之，各井裂縫發(fā)育特征相似。大北9氣藏位于克深斷裂北部，僅發(fā)育NE-SW向裂縫，裂縫發(fā)育密度極低（表1）。從全區(qū)各井優(yōu)勢裂縫走向玫瑰花圖可以看出，以克深斷裂帶為界，斷裂帶北側(cè)研究區(qū)各井位優(yōu)勢裂縫走向普遍為近SN向，僅有個(gè)別井優(yōu)勢裂縫呈現(xiàn)近EW向?？松顢嗔褞蟼?cè)研究區(qū)各井位優(yōu)勢裂縫走向無明顯規(guī)律，近SN向、近EW向、NE-SW向與NW-SE向優(yōu)勢裂縫均有發(fā)育。

表1 博孜—大北地區(qū)各井裂縫參數(shù)特征Table 1 Fracture parameter characteristics of wells in Bozi-Dabei area

5 被動走滑對裂縫發(fā)育的控制作用

博孜—大北地區(qū)山前逆沖斷層形成了獨(dú)特的走滑-沖斷構(gòu)造系統(tǒng)，擠壓應(yīng)力環(huán)境下斷層被動走滑，一組與斷層走向近于平行、多組與斷層走向斜交的剪切縫將會發(fā)育［16］，此種機(jī)制下白堊系儲層發(fā)育了大量高角度剪切縫。通過分析斷層與裂縫發(fā)育的力學(xué)機(jī)制、斷層周緣裂縫參數(shù)等特征，深入討論斷層被動走滑與裂縫發(fā)育之間的內(nèi)在聯(lián)系。

5.1 不同區(qū)域裂縫參數(shù)差異

不同區(qū)域裂縫發(fā)育參數(shù)受斷層被動走滑作用強(qiáng)度的直接影響，鄰近斷層的井有較高的裂縫密度，且裂縫走向與斷層構(gòu)造方位具有良好的一致性，以NW和NNW向?yàn)橹?，表明裂縫的發(fā)育與斷層走滑活動具有時(shí)空上的一致性，斷層持續(xù)走滑的同時(shí)發(fā)育了諸多高角度剪切縫。例如博孜12氣藏中，B1201井區(qū)位于克深斷裂帶邊緣，普遍發(fā)育高角度剪切縫，傾角多大于70°，密度為0.96條/m，優(yōu)勢走向裂縫與斷裂帶近于平行，均為NW-SE向。就整個(gè)區(qū)域而言，平面上相同優(yōu)勢走向裂縫沿主要大型斷裂帶呈條帶狀分布，多條斷層聯(lián)合控制的區(qū)域連續(xù)密集發(fā)育構(gòu)造縫。如克深斷裂與博孜-克拉斷裂的聯(lián)合控制下，博孜3與博孜12氣藏各井位裂縫密度普遍較高。而位于博孜—大北地區(qū)中部及東部地區(qū)，斷層被動走滑作用減弱（圖3c），博孜1、大北9及大北17氣藏各井裂縫密度普遍偏低，僅B104井靠近克深斷裂帶，裂縫密度達(dá)到0.75條/m（表1）。

5.2 斷層擾動應(yīng)力場與裂縫參數(shù)耦合

博孜—大北地區(qū)斷層沖斷的程度是有限的，當(dāng)應(yīng)力條件與變形空間無法滿足斷層持續(xù)沖斷時(shí)，斷層活動將轉(zhuǎn)變?yōu)楸粍幼呋?，同時(shí)在區(qū)域應(yīng)力作用下形成斷層擾動應(yīng)力場，這與擠壓導(dǎo)致的旋扭應(yīng)力場具有相似的擾動機(jī)制。不同于單純的斷層、褶皺作用引起的地層變形對裂縫發(fā)育的控制作用，被動走滑與主要造縫期古應(yīng)力場的相互作用下，儲層裂縫的發(fā)育與斷層活動導(dǎo)致的擾動應(yīng)力場之間存在因果關(guān)系，斷層兩側(cè)的裂縫走向顯示了斷層擾動應(yīng)力場最大主應(yīng)力方向的偏轉(zhuǎn)特征［36］。距斷層位置不同，裂縫發(fā)育程度也不同，裂縫發(fā)育優(yōu)勢方位顯示出一定的分帶性，隨著裂縫發(fā)育區(qū)域遠(yuǎn)離斷層，本文將裂縫發(fā)育帶劃分為單一走向裂縫帶、無序共軛剪切裂縫帶和簡單剪切共軛裂縫帶（圖6a）。

圖6 斷層擾動應(yīng)力場對裂縫參數(shù)的控制作用Fig.6 Control effect of fault disturbance stress field on fracture parameters in Bozi-Dabei areaa.斷層擾動應(yīng)力場與斷層兩側(cè)裂縫發(fā)育分帶特征； b. 斷層兩側(cè)各井裂縫發(fā)育及產(chǎn)能特征； c.三種應(yīng)力狀態(tài)特征（σhmin為水平最小主應(yīng)力；σhmax為水平最大主應(yīng)力； σv為垂向主應(yīng)力。）

克深斷裂被動走滑同時(shí)控制著博孜3及博孜12氣藏，結(jié)合單井共軛縫走向?qū)?yīng)力方向投影到平面上，可見在靠近斷層核部的一定范圍內(nèi)的狹窄帶狀區(qū)域內(nèi)，最大主應(yīng)力方向與斷層走向夾角較?。ǎ?0°），裂縫發(fā)育的優(yōu)勢走向與斷層產(chǎn)狀及持續(xù)的被動走滑密切相關(guān)。在這種應(yīng)力狀態(tài)及斷層走滑的影響下，沿?cái)鄬觾蓚?cè)的狹窄范圍內(nèi)密集發(fā)育近似于P破裂的與斷層走向相近的剪切縫，構(gòu)成了斷層控制下單一走向裂縫帶，裂縫繼續(xù)擴(kuò)展可發(fā)展為與主斷層同向走滑的次級小斷層，此區(qū)域裂縫密度及井產(chǎn)能均較高，例如B1203井與B1201井（圖6b）。隨著裂縫發(fā)育區(qū)遠(yuǎn)離斷層，在相對較寬的范圍內(nèi)為無序共軛剪切裂縫帶，斷層走滑方位對裂縫發(fā)育的控制作用減弱，裂縫發(fā)育的主控因素轉(zhuǎn)變?yōu)閿鄬有?yīng)導(dǎo)致的復(fù)雜擾動應(yīng)力場。受斷層擾動應(yīng)力場的影響，不同部位的最大主應(yīng)力方向不同，越靠近斷層的區(qū)域，與斷層走向夾角越小，應(yīng)力偏轉(zhuǎn)區(qū)間大約為20°（圖6c）。在這種擾動應(yīng)力場作用下，巖石破裂發(fā)育多組共軛剪切縫，部分裂縫走向與單一走向裂縫帶近于垂直，但裂縫發(fā)育密度降低，但多組共軛剪切縫形成的高效裂縫輸導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)使單井仍具有可觀的產(chǎn)能特征，例如B12，B301與B3井。在距離斷層更遠(yuǎn)的區(qū)域?yàn)楹唵渭羟泄曹椓芽p帶，地層破裂主要誘因轉(zhuǎn)變?yōu)閰^(qū)域應(yīng)力場，斷層擾動應(yīng)力場成為次要因素，最大主應(yīng)力方向與區(qū)域應(yīng)力場偏差小于5°，斷層效應(yīng)僅導(dǎo)致少量裂縫走向發(fā)生擾動，主要發(fā)育區(qū)域應(yīng)力場控制下的一組共軛剪切裂縫或共軛剪切裂縫的一支，裂縫發(fā)育密度與井產(chǎn)能進(jìn)一步降低。

5.3 儲層物性差異

巖心鑄體薄片觀察表明，位于博孜段西部的大型基底走滑構(gòu)造帶的B301井區(qū)儲層巖石碎屑顆粒以不等粒粗砂為主，不同粒度的砂巖不均勻混雜分布，碎屑顆粒以點(diǎn)-線接觸為主。巖石中見少量剩余原生粒間孔、粒間溶孔與粒內(nèi)溶孔，方解石、鈉長石膠結(jié)物以及硬石膏呈弱溶蝕特征?？紫抖喑使铝钌⒉迹紫哆B續(xù)性較差，微裂縫斷續(xù)分布，縫寬0.02 ～ 0.05 mm，平均面孔率為3.6 %（圖7a，b）。博孜-大北地區(qū)中部的B101-2井區(qū)受南北向走滑調(diào)節(jié)斷層影響，儲層巖石碎屑為穩(wěn)定性高的硅質(zhì)巖、石英巖、石英砂巖和火山灰凝灰?guī)r等，碎屑顆粒呈點(diǎn)-線接觸，巖石膠結(jié)致密，薄片內(nèi)可見數(shù)條方解石充填的構(gòu)造縫，縫內(nèi)可見微裂縫，縫寬0.01 ～ 0.03 mm，平均面孔率僅為0.1 %（圖7c，d）。BZ103JS井位于博孜段中部，儲層巖石碎屑以礫石為主，礫石內(nèi)偶見溶孔，微裂縫沿礫石邊緣貫穿礫石延伸，礫石內(nèi)見由硬石膏半充填的微裂縫，縫寬0.01 ～0.12 mm，平均面孔率為1.3 %（圖7e，f）。

圖7 博孜—大北地區(qū)儲層巖石鑄體薄片顯微照片F(xiàn)ig.7 Images of casting thin sections of reservoir rocks in Bozi-Dabei areaa.B301井，埋深5838.82 m，不等粒砂狀結(jié)構(gòu)，剩余原生粒間孔、微裂縫發(fā)育，面孔率2.3 %；b.B301井，埋深5836.85 m，粗-中粒砂狀結(jié)構(gòu)，原生粒間孔、粒間溶孔，面孔率4.2 %；c.B101-2井，埋深7076.10 m，巖石膠結(jié)致密，孔隙性能差，方解石充填的構(gòu)造縫內(nèi)見微裂縫，面孔率0.1 %；d.B101-2井，埋深7076.50 m，砂礫狀結(jié)構(gòu)，礫緣微裂縫發(fā)育，面孔率0.1 %；e.B103JS井，埋深7399.16 m，巖石致密，孔隙度低，微裂縫沿礫石邊緣發(fā)育，面孔率1.0 %；f. B103JS井，埋深7399.16 m，巖石致密，孔隙度低，微裂縫沿礫石邊緣發(fā)育，面孔率1.5 %

對非常規(guī)深層油氣藏而言，裂縫發(fā)育可明顯改善儲層物性特征，極大程度地影響著井產(chǎn)能。博孜-大北地區(qū)儲層埋深普遍大于4500 m，上覆地層壓力和成巖作用使儲層極為致密，孔滲性極差。又因?yàn)閮由细哺鄮r層形成的大量成礦流體存在，延伸較短、開度較大，縫面粗糙的張性縫常被方解石和白云石等礦物充填，有效性變差。而被動走滑構(gòu)造控制下普遍發(fā)育的高角度剪切裂縫普遍為有效縫，裂縫延伸遠(yuǎn)、開度小、縫面光滑，不易被礦物充填。斷層被動走滑作用較強(qiáng)的區(qū)域，儲層滲透率明顯偏高，同時(shí)有效縫的發(fā)育可將儲層滲透率提高1 ～ 4個(gè)數(shù)量級，走滑作用控制下發(fā)育的裂縫網(wǎng)絡(luò)將成為儲層高效的油氣輸導(dǎo)體系，在良好的油氣地質(zhì)配套條件下，博孜—大北地區(qū)氣井具備了高儲、高產(chǎn)的特征（表2）。

表2 博孜—大北地區(qū)儲層巖石滲透率特征Table 2 Permeability characteristics of reservoir rocks in Bozi-Dabei area

6 被動走滑構(gòu)造對井產(chǎn)能的影響

整體來看，研究區(qū)天然氣日產(chǎn)量大于30×104m3的井均位于斷層附近，且越靠近斷層帶單井裂縫密度及產(chǎn)能越高，尤其是博孜-大北地區(qū)西部的博孜12與博孜3氣藏（圖6b）。斷層被動走滑作用下，普遍發(fā)育的裂縫系統(tǒng)使博孜12和博孜3氣藏產(chǎn)能較高，單井平均日產(chǎn)量普遍大于40×104m3，如B3-1X，B3，B301，B1201，B1202和B1203井（圖8）。研究區(qū)西部大型斷裂帶被動走滑作用較強(qiáng)，B1203井裂縫發(fā)育線密度為1.07條/m，該井段的31個(gè)儲層樣品的平均滲透率為0.198×10-3μm2，平均孔隙度為8.52 %，單井平均日產(chǎn)氣量高達(dá)55.6×104m3。B1201井6518 ～6538 m深度段的巴什基奇克組儲層，裂縫發(fā)育密度高達(dá)0.96條/m，該井段的20個(gè)儲層樣品的平均滲透率為0.0657×10-3μm2，平均孔隙度為6.97 %，單井平均日產(chǎn)氣量可達(dá)48.9×104m3。研究區(qū)中部斷層被動走滑作用減弱，博孜1氣藏單井產(chǎn)能明顯較低，如B102和B101井平均天然氣日產(chǎn)量均低于15×104m3，B1JS和B101-2井受南北向走滑調(diào)節(jié)構(gòu)造的影響，平均天然氣日產(chǎn)量達(dá)到30×104m3，而靠近克深斷裂邊緣的B104井裂縫密度為0.75條/m，平均天然氣日產(chǎn)量高達(dá)49.2×104m3。位于研究區(qū)東部斷層被動走滑作用進(jìn)一步減弱，構(gòu)造變形以南北向的沖斷為主，大北17和大北9氣藏裂縫密度明顯較低，但大型逆沖斷層間密集發(fā)育的小斷層代替裂縫成為了儲層的高效輸導(dǎo)系統(tǒng)，使D17和D9井裂縫發(fā)育密度均小于0.3條/m的條件下，仍具有較可觀的天然氣日產(chǎn)量。

圖8 博孜—大北地區(qū)構(gòu)造模式及井產(chǎn)能與裂縫密度特征Fig.8 Sketch diagram showing the structural model and correlation of well productivity with fracture density in Bozi-Dabei areaa. 全區(qū)優(yōu)勢裂縫走向及構(gòu)造分區(qū)平面圖； b. 構(gòu)造與井產(chǎn)能、裂縫參數(shù)特征關(guān)系

可見，斷層活動對博孜—大北地區(qū)單井產(chǎn)能具有重要作用，斷層走滑作用下發(fā)育密集裂縫帶，改善儲層物性，進(jìn)而影響著單井產(chǎn)能。在斷層沖斷和被動走滑的聯(lián)合控制作用下，博孜12和博孜3氣藏具有明顯的高裂縫密度、高有效孔隙度、高產(chǎn)能的特征。隨著斷裂帶被動走滑作用的減弱，博孜1氣藏裂縫密度與井產(chǎn)能明顯降低，大北9與大北17氣藏在大型擠壓沖斷構(gòu)造控制下，斷層南北向走滑上切至新生代地層，密集發(fā)育的斷層系統(tǒng)使氣藏成藏位置較好的個(gè)別井具有較好的產(chǎn)能特征。

7 結(jié)論

1） 新生代以來，博孜—大北地區(qū)在天山造山運(yùn)動與塔里木板塊旋轉(zhuǎn)聯(lián)合控制作用下，斷層在沖斷的基礎(chǔ)發(fā)生被動走滑，形成了研究區(qū)獨(dú)特的走滑-沖斷構(gòu)造系統(tǒng)。

2） 研究區(qū)由北向南構(gòu)造系統(tǒng)可劃分為山前橫向擠壓強(qiáng)制走滑沖斷帶、擠壓推覆褶皺帶及扭動走滑構(gòu)造帶。由西向東發(fā)育與造山帶近似垂直的走滑調(diào)節(jié)構(gòu)造，同排構(gòu)造帶可劃分為西部垂向剪切擠壓構(gòu)造段、中部走滑調(diào)節(jié)構(gòu)造段、東部擠壓走滑沖斷構(gòu)造段，不同構(gòu)造段走滑量與逆沖推覆量相互轉(zhuǎn)化。

3） 白堊系儲層發(fā)育大量高角度剪切縫，裂縫參數(shù)與斷層被動走滑密切相關(guān)。靠近斷層的狹窄帶狀區(qū)域內(nèi)，密集發(fā)育與斷層走向近平行的剪切縫；在相對遠(yuǎn)離斷層較寬范圍內(nèi)，裂縫發(fā)育主控因素轉(zhuǎn)變?yōu)閿鄬幼呋瑪_動應(yīng)力場，發(fā)育多組共軛剪切縫；距離斷層更遠(yuǎn)的區(qū)域內(nèi)，裂縫發(fā)育主要誘因轉(zhuǎn)變?yōu)閰^(qū)域應(yīng)力場，發(fā)育一組共軛剪切縫或共軛剪切縫的一支。

4） 走滑構(gòu)造與大量剪切縫構(gòu)成的斷縫系統(tǒng)是博孜-大北氣田高產(chǎn)的關(guān)鍵，尤其是研究區(qū)主控?cái)嗔驯粍幼呋刂谱饔孟?，斷裂帶周緣井區(qū)密集發(fā)育高角度剪切縫，具顯著的高產(chǎn)特征。近南北向調(diào)節(jié)構(gòu)造作用下，局部成藏位置較好的井也可獲得較可觀的產(chǎn)能。