塔里木盆地順北1 號斷裂帶走滑分段特征與控儲控藏作用

朱秀香，趙 銳，2，趙 騰

（1.中國石化西北油田分公司勘探開發(fā)研究院，烏魯木齊 830011；2.中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；3.中國地質(zhì)大學（北京）能源學院，北京 100083）

0 引言

塔里木盆地中部前期的油氣勘探結果表明，縫洞型碳酸鹽巖儲層的分布受走滑斷層的控制［1-2］。中石化在順北油田的重大突破進一步證明，走滑斷層是奧陶系碳酸鹽巖裂縫型儲層發(fā)育和聚集的重要因素［3］。順北地區(qū)儲層類型為奧陶系超深斷裂控制碳酸鹽巖儲層，油氣資源主要賦存于臺地盆地中下奧陶統(tǒng)7 300～8 500 m 的海相碳酸鹽巖中［4-5］。塔里木盆地順北特深層碳酸鹽巖斷控縫洞型油氣田發(fā)現(xiàn)以來，新型斷控縫洞型油氣藏一直是廣大學者研究的熱點。順北斷控縫洞型油氣藏沿走滑斷裂帶展布，走滑斷裂不僅是油氣運移通道，更是油氣儲集的空間。裂縫是控制儲層質(zhì)量的關鍵因素［6-8］。同一條走滑斷裂帶不同部位儲集體特征差異明顯，油氣藏具有分段差異性，走滑斷裂帶構造分段變形控制儲集體的差異性。前期學者通過研究斷裂帶內(nèi)的儲集空間類型與斷裂控儲機制，提出了斷裂核帶結構成儲模型，認為走滑斷裂帶內(nèi)部的疊接拉分段是更有利的油氣富集部位［9-11］。勘探開發(fā)實踐則表明：拉分段、平移段與壓隆段均有高產(chǎn)井，且同一構造段內(nèi)油氣存在不連通性。走滑斷裂控儲作用不清制約著油氣高效勘探開發(fā)。順北油氣田發(fā)育18 條主干走滑斷裂帶，油氣資源當量為10×108t，因此，研究走滑斷裂帶差異控儲作用，明確不同幾何段內(nèi)部結構的儲集體發(fā)育特征意義重大。

2016 年，塔里木盆地順北1號斷裂帶進入開發(fā)階段，已鉆井二十余口。通過三維地震斷裂解釋與構造解析，綜合分析鉆井、測井、試采與地震等資料，研究順北1號斷裂帶分段性、不同幾何段內(nèi)部孔洞-裂縫結構體系及成因，明確有利的儲集體結構類型。通過對順北地區(qū)高滲透性的斷裂-裂縫-溶洞體系下所形成的優(yōu)質(zhì)縫洞型儲集體的分布進行研究，以期為順北后期井位部署和鉆井軌跡設計提供有利支撐。

1 地質(zhì)概況

順北油氣田位于塔里木盆地順托果勒低隆北部，油區(qū)面積為2.8×104km2，為一鞍狀低隆，具有隆中坳、坳中隆的特征。其東部為滿加爾凹陷，西部緊靠阿瓦提坳陷，南邊為塔中隆起、塔中南緣斷裂與吐木休克斷裂，北側(cè)緊鄰塔北隆起、輪臺斷裂與雅南斷裂［12］（圖1a），順北油氣田是相對穩(wěn)定的古構造單元，褶皺變形在該區(qū)發(fā)育較弱。該區(qū)奧陶系海相碳酸鹽巖地層發(fā)育了完整的“生儲蓋”組合，在多個構造演化階段中發(fā)育的斷裂體系為油氣提供了運移通道和富集空間，形成了優(yōu)質(zhì)的“斷控型”油氣儲層［13-18］。研究區(qū)儲層多沿斷裂帶部署，多口探井已經(jīng)獲得了高產(chǎn)油氣流，是極富經(jīng)濟價值的油氣勘探區(qū)域。

圖1 塔里木盆地順北地區(qū)中下奧陶統(tǒng)頂面主、次級斷裂展布圖（a）及巖性地層綜合柱狀圖（b）Fig.1 Distribution of main and secondary faults on the top of Middle and Lower Ordovician（a）and stratigraphic column（b）in Shunbei area，Tarim Basin

研究區(qū)內(nèi)主要發(fā)育4 條走滑斷裂帶，分別是順北7 號斷裂帶、順北5 號斷裂帶、順北1號斷裂帶和順北4 號斷裂帶，形成了北北東—北北西向的斷裂體系（近似“X”型共軛斷裂系）。其中以5 號斷裂帶為界，以東發(fā)育北東向斷裂帶，如1 號斷裂帶、4 號斷裂帶；5 號斷裂帶以西多發(fā)育北西向斷裂帶。在順北地區(qū)所發(fā)育的走滑斷裂體系在加里東Ⅲ期幕為左行走滑，5 號斷裂帶先于1 號斷裂帶形成，并且在加里東晚期—海西早期再次左行活動［3］。目前，已有的二維和三維地震資料覆蓋了順北7 號斷裂帶、順北5 號斷裂帶、順北1 號斷裂帶和順北4 號斷裂帶的主體部分，且厘定了順北1 號斷裂帶和7號斷裂帶平面分段結構，并對順北1 號斷裂帶中的內(nèi)部結構進行了深入分析。

以往學者對塔里木盆地順北地區(qū)的走滑斷裂體系進行了深入研究，明確了研究區(qū)的構造運動期次及斷裂演化歷史，認為走滑斷層活動大致分為4個階段。第1 階段：加里東中期，主要為克拉通內(nèi)走滑斷裂體系形成時期。在西昆侖區(qū)域擠壓作用下，碳酸鹽巖臺地開始區(qū)域抬升，發(fā)育多個擠壓隆起及區(qū)域性的小規(guī)模斷裂體系［19-20］。第2 階段：加里東中晚期—海西早期，是在強烈擠壓背景下的走滑斷裂體系主要活動期，并在志留系—泥盆系發(fā)育了由深層走滑斷裂帶引起的雁列式張扭性斷裂。第3階段：海西晚期—印支期，主要受控于南天山造山運動的擠壓作用，依然是斷裂帶發(fā)育的活躍期，還發(fā)生了早期深部斷裂的再活動，在順北地區(qū)發(fā)育了石炭—二疊的繼承性小型斷裂［21-22］。第4 階段：燕山—喜馬拉雅期，塔里木盆地進入了坳陷演化階段，在研究區(qū)出現(xiàn)了拉張應力背景下的斷裂活動，該階段早期以左行走滑為主的北東向斷裂發(fā)生了再次調(diào)整，到晚期活動微弱，斷層體系逐漸定型［23-24］。研究區(qū)發(fā)育相對齊全的奧陶紀地層（圖1b），三維地震覆蓋面積約為2 800 km2，目前該地區(qū)勘探開發(fā)的主要目的層是中下奧陶統(tǒng)的一間房組和鷹山組。其中，一間房組厚度為160 m 左右，鷹山組上段厚度為250 m 左右，巖性以灰?guī)r為主，順北地區(qū)的目標層位為中下奧陶統(tǒng)鷹山組上段。

2 走滑斷裂帶平面分段特征

優(yōu)選順北7 號斷裂帶中SQ-1 井和SQ-2 井的成像測井資料相對齊全的井段（長度為2 km）進行研究（圖2）。通過三維地震資料精細解析及電成像測井資料分析，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域的斷裂是由2 條斷層拼接而成，SQ-1 井鉆穿F1和F2 分段，SQ-2 井鉆穿F2分段。從平面圖上可以看出，單條走滑斷裂從宏觀上看似由一條斷裂組成，然而在經(jīng)過三維地震精細解析、斷裂帶幾何特征定量分析后發(fā)現(xiàn)單條走滑斷裂是由多個小型斷片拼接組成，每個小斷片為一個幾何分段（圖3）。斷裂帶內(nèi)幾何分段的排列方式類似斜列疊置的多米諾骨牌依次錯列相連。在順北7號斷裂帶中拆分出的2 條幾何分段中F1 分段位于斷裂帶北部，F(xiàn)2 分段位于斷裂帶南部，F(xiàn)1 分段的南部和F2 分段的北部局部構成疊接關系（圖4）。

圖2 塔里木盆地順北7 號斷裂帶平面圖Fig.2 Plane map of Shunbei No.7 fault zone in Tarim Basin

圖3 塔里木盆地順北1 號帶內(nèi)部的8 個幾何分段和2 套壓力系統(tǒng)Fig.3 Eight geometric segments and two sets of pressure systems in Shunbei No.1 fault zone，Tarim Basin

圖4 塔里木盆地順北1 號斷裂帶5 號幾何分段內(nèi)部鉆井地震剖面Fig.4 Seismic sections of No.5 geometric segment in Shunbei No.1 fault zone，Tarim Basin

按照順北7 號斷裂帶的拆分原則，對順北1 號斷裂帶的三維地震資料進行精細解析，順北1 號斷裂帶自北向南可拆分為8 個幾何分段，8 個幾何分段由西南向東北方向依次疊置排列（圖3）。選取了順北1 號斷裂帶中由南向北依次分布的5 號分段、4 號分段、3 號分段進行幾何分段內(nèi)儲集體結構精細剖析，探討同一幾何分段內(nèi)儲集體結構相似性與不同幾何分段儲集體結構差異性控制因素，以期能指導其他斷裂帶的勘探部署。

3 走滑斷裂帶內(nèi)部儲集體特征

3.1 內(nèi)部儲集體分段特征

塔里木盆地順北1 號帶內(nèi)5 號幾何分段上共有完鉆井5 口，分別為SY-20，SY-5，SY-9，SY-10 和SY-11 井。沿5口鉆井軌跡方向的地震剖面顯示，5口鉆井均鉆穿主干斷裂，且鉆穿斷裂幾何分段時均發(fā)生泥漿漏失，SY-20，SY-9，SY-11 和SY-5 等4 口井發(fā)生放空（圖4、表1）。

表1 塔里木盆地順北1 號斷裂帶5 號幾何分段異常工況統(tǒng)計Table 1 Statistics of abnormal working conditions of No.5 geometric segment in Shunbei No.1 fault zone，Tarim Basin

SY-20，SY-10，SY-9 和SY-11 等4 口井的壓恢試井曲線特征具有相似性（圖5），SY-20 井井周基本無污染，內(nèi)區(qū)出現(xiàn)徑向流動，外區(qū)物性較差；SY-9井井周基本無污染，但儲集能力較差，內(nèi)區(qū)為雙重孔隙介質(zhì)，邊界明顯且導數(shù)曲線后端出現(xiàn)下落，壓力恢復較好，外區(qū)物性較好；SY-10 井井周存在一定的污染、儲集能力較差，內(nèi)區(qū)為雙重孔隙介質(zhì)地層，邊界明顯且外區(qū)物性中等；SY-11 井井周存在一定污染，井周儲集體規(guī)模較小，內(nèi)區(qū)為雙重孔隙介質(zhì)地層，邊界明顯且外區(qū)物性中等。4 口井內(nèi)部儲集體結構基本一致，均為內(nèi)區(qū)洞、外區(qū)縫儲集體，稱之為“內(nèi)洞外縫”型儲集體。SY-5 井壓恢試井曲線與上述4 口井差異較大，其壓恢試井曲線顯示，井周儲集能力較差，尚未達到徑向流段，推測該井所處的斷面處以裂縫型儲層為主，洞穴、孔洞不發(fā)育。

圖5 塔里木盆地順北1 號斷裂帶5 號幾何分段內(nèi)鉆井的壓恢試井曲線Fig.5 Pressure test curves of drilling of No.5 geometric segment in Shunbei No.1 fault zone，Tarim Basin

井間連通性能可以通過流體波動的傳導，也就是壓力的傳導來體現(xiàn)，傳播速度的快慢可以側(cè)面反映油氣藏的連通能力［25］。5 號幾何分段內(nèi)部井間干擾試井顯示井間具有連通性（表2），但連通能力存在一定的差異。SY-5井和SY-9 井之間的壓力傳播速度小，為9.00～10.20 m/h，說明井間連通性弱；SY-10 井和SY-9 井以及SY-10 井和SY-11 井之間壓力傳播速度較大，分別為66.30 m/h 和38.96 m/h，說明井間連通性較好。

表2 塔里木盆地順北1 號斷裂帶5 號幾何分段井間壓力傳播速度Table 2 Pressure propagation velocity between wells of No.5 geometric segment in Shunbei No.1 fault zone，Tarim Basin

儲集空間的大小和連通性能主要取決于斷裂帶內(nèi)部角礫洞穴和裂縫的分布情況。為了更直觀表征斷裂帶內(nèi)部儲集體空間大小，專門提取2 個重要指標“儲容比”和“竄流系數(shù)”來表征其大小。儲容比強調(diào)裂縫和破碎角礫的比例，該值越小，說明分母越大，角礫占比越大，儲集空間越大，鉆井產(chǎn)能越高。竄流系數(shù)指裂縫的導流能力，該值越小，說明流體速度越快。因此，2 個指標的數(shù)值越小，表明斷裂帶內(nèi)部儲集空間越大、連通性越好。由此分析可知，SY-9 井與SY-10 井的儲集空間最大，其次為SY-11 井，裂縫導流能力SY-10 井最好，SY-9 井與SY-11井次之；而SY-5井的2 個系數(shù)相對其他井均較大，說明該井儲集空間以裂縫為主，角礫洞穴及孔洞少或沒有，壓力傳導速度慢（表3）。

表3 塔里木盆地順北1 號斷裂帶不同井的儲容比和竄流系數(shù)Table 3 Storage capacity ratio and channeling flow coefficient of different drilling wells in Shunbei No.1 fault zone，Tarim Basin

順北1號斷裂帶的4號幾何分段位于5號幾何分段與3 號幾何分段之間，在該分段內(nèi)的SY-12 井和SY-13 井為完鉆井（參見圖4），2 口鉆井均鉆入主干斷裂面，在鉆遇斷裂面時均發(fā)生規(guī)模性漏失。井間干擾試井顯示該幾何分段內(nèi)2口井相互連通，而該幾何分段內(nèi)井組與5 號幾何分段的井組互不連通。

SY-12 井壓恢試井曲線顯示，階段Ⅰ的持續(xù)時間為0.01～1.00 h，為井筒儲集和變井儲段，井周與井筒直接溝通的儲集體規(guī)模較大（圖6）。階段Ⅱ的持續(xù)時間為1～10 h，為裂縫流動段，縫流動特征明顯，井筒附近地層中存在發(fā)育較好的裂縫或裂縫帶，作為遠井筒地層向近井筒地層供給的主要通道。階段Ⅲ的持續(xù)時間為10～100 h，曲線形態(tài)呈現(xiàn)2 套供液空間結構，該井外圍儲集體發(fā)育，有一定的雙重孔隙地層特征，可見該階段為雙洞特征段。初步判斷該井所處油藏受邊界控制，有平行斷層邊界響應。該井壓恢試井曲線形態(tài)中內(nèi)洞外縫特征出現(xiàn)2 次，與5 號幾何分段內(nèi)鉆井壓恢試井曲線不同，該曲線被命名為“雙重內(nèi)洞外縫結構”。干擾試井揭示2 口井間連通性較好，壓力傳播速度為18.9～42.1 m/h。

圖6 塔里木盆地順北1 號斷裂帶SY-12 井的壓恢雙對數(shù)曲線Fig.6 Pressure test curves of well SY-12 in Shunbei No.1 fault zone，Tarim Basin

3 號幾何分段位于3 個幾何分段中的最北端。段內(nèi)共部署6 口鉆井，均鉆入主干斷裂面，且全部發(fā)生漏失，其中有3 口井發(fā)生放空。在3 號幾何分段內(nèi)依據(jù)井間干擾特征及壓力傳播速度可劃分為南、北2 套獨立油氣藏單元，單元內(nèi)井間連通，單元間互不連通，且連通程度北部強于南部，亦強于4號幾何分段及5 號幾何分段（表4）。3 號幾何分段內(nèi)的井間壓力傳播速度呈從南到北增大的趨勢，最北端的最大，表明3 號分段內(nèi)的井間地層連通性從南到北逐漸變好。

3 號幾何分段內(nèi)SY-14 井的壓恢試井曲線特征與5 號幾何分段上5 口井的壓恢試井曲線相似，井周儲集能力較差，井周有一定污染，導數(shù)曲線中段既有徑向流斜率水平的儲層特征又存在雙孔介質(zhì)下掉形態(tài)的趨勢，顯示該井鉆遇的洞穴非常大，且洞穴的內(nèi)部凹凸起伏表明洞穴內(nèi)并不完全為空洞，說明該類型儲集體具有內(nèi)部結構特別復雜、洞穴表面起伏不定的特征，洞穴外圍滲透率高。SY-15，SY-18 和SY-16 等3口井的壓恢試井曲線形態(tài)無規(guī)律（圖7），分析認為這些井的井間連通程度非常高，造成井間相互影響大、井間干擾強烈，井口所測壓力準確度不高，導致曲線形態(tài)無規(guī)律。因此，從工程學角度，將他們定性為受鄰井強烈干擾的大型均質(zhì)儲集體。由此可見，SY-15，SY-16 和SY-18 井的儲集空間最大、流體流動能力最強，是5號、4 號和3號3 個幾何分段內(nèi)產(chǎn)能最高的井。

圖7 塔里木盆地順北1 號斷裂帶3 號幾何分段內(nèi)的不同鉆井的壓恢雙對數(shù)曲線Fig.7 Pressure test curves of different wells of No.3 geometric segment in Shunbei No.1 fault zone，Tarim Basin

總體來說，1 號斷裂帶中5 號幾何分段、4 號幾何分段及3 號幾何分段內(nèi)部儲集體結構與連通性能差異很大。其中，3 號幾何分段內(nèi)部儲集體結構表現(xiàn)為“大型均質(zhì)儲集體”，北部鉆井由于井間強連通，壓恢試井曲線大多形態(tài)不完整，進而表現(xiàn)為“受鄰井干擾的大型均質(zhì)儲集體”，內(nèi)部儲集體結構顯著區(qū)別于4 號與5 號幾何分段，是3 個幾何分段中最優(yōu)的儲集空間。同一幾何分段內(nèi)的井組之間相互連通，構成了一套統(tǒng)一的儲集單元和油氣系統(tǒng)；不在同一個幾何分段內(nèi)的鉆井并未產(chǎn)生相互影響，井間不連通，分屬于不同的儲集單元和油氣系統(tǒng)。

3.2 內(nèi)部儲集體連通性特征

塔里木盆地順北1號斷裂帶經(jīng)歷了多期構造運動。加里東晚期順北1 號斷裂帶左行左階活動，深層斷入基底高陡走滑斷裂與上覆雁列正斷層同時形成，深層發(fā)育多個幾何分段，分段間局部發(fā)育疊接拉分；海西中、晚期順北1 號斷裂帶再次左行活動，上覆地層中再次形成雁列正斷層［3］。順北1 號走滑斷裂帶T74界面（中下奧陶統(tǒng)頂面）下發(fā)育的直立高陡走滑斷裂上方均與相應的雁列正斷層對應，雁列正斷層的活動強度與下部的走滑斷裂直接相關［23］，下部的走滑斷層滑移距越大、走滑斷裂演化程度越高，幾何分段越長，上部的雁列正斷層發(fā)育程度越高（圖8）。上方雁列正斷層的大小指示5號、4 號及3 號幾何分段的活動強度和演化程度由南向北依次增強。根據(jù)順北1號斷裂帶3 個幾何分段內(nèi)鉆井、測井、壓恢試井及干擾試井資料，對3 個幾何分段內(nèi)部儲集體結構和連通性進行了分類分析。相比4 號、3 號幾何分段，南端的5 號幾何分段上覆雁列正斷層發(fā)育程度最低、目的層滑移距最小，則內(nèi)部儲集體結構為內(nèi)洞外縫，中間部位存在一個主滑動面，滑動面兩側(cè)為破碎角礫，破碎角礫外圍為裂縫。相比5號分段，4號分段上覆雁列正斷層發(fā)育程度高，滑移距離增加，斷裂的演化程度也相對成熟，在演化過程中發(fā)育了2套縫洞結構，命名為雙重縫洞結構，其中“洞”是破碎角礫孔洞的響應，“縫”是外圍裂隙的響應，發(fā)育雙重縫洞結構的4號幾何分段比5號幾何分段的縫洞數(shù)量多、規(guī)模大，儲集性能更好。3 號幾何分段滑移距離大，走滑斷裂演化程度更高，是3 個幾何分段中雁列正斷層發(fā)育程度最高、幾何分段最長的一段；該分段在演化過程中斷層內(nèi)部發(fā)育多套縫洞體系，與5 號幾何分段、4號幾何分段相比，縫洞規(guī)模更大、連通性更優(yōu)，稱為“大型均質(zhì)儲集體”。

圖8 塔里木盆地順北1 號斷裂帶內(nèi)幾何分段儲集體內(nèi)部結構與雁列正斷層關系Fig.8 Relationship between internal structure of geometric segments and echelon normal fault in Shunbei No.1 fault zone，Tarim Basin

走滑構造活動強度控制走滑斷裂幾何分段的演化程度及上覆雁列正斷層的發(fā)育程度，進而控制幾何分段的內(nèi)部儲集體結構。活動性越強的幾何分段，其內(nèi)部的儲集空間越大，流體滲流能力越強，縫洞油氣藏的連通性越強，單井控制儲集體規(guī)模越大產(chǎn)能越高。

4 結論

（1）塔里木盆地順北1號斷裂帶自北向南可分為8 個幾何分段，幾何分段以斜列疊置排列方式錯列相連，不同幾何分段的構造活動存在差異，每個幾何分段形成一套獨立的縫洞單元，同一套縫洞單元的內(nèi)部儲集體結構是基本一致的，但相鄰幾何分段的內(nèi)部儲集體結構差異大。

（2）塔里木盆地順北1 號斷裂帶不同內(nèi)部結構的幾何分段具有不同油氣儲集能力和連通能力。走滑構造活動控制幾何分段的內(nèi)部儲集體結構，活動性越強其內(nèi)部的儲集空間越大，縫洞油氣藏的連通性越強，單井控制儲集體規(guī)模越大，產(chǎn)能越高?？梢罁?jù)走滑斷裂帶活動強弱及不同幾何分段的內(nèi)部結構差異性指導井位部署。