羌塘盆地碳酸鹽巖儲層裂縫形成期次研究

王韶輝

成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院 四川 成都 610059

碳酸鹽巖儲層在世界油氣分布中有著十分重要的地位，占據(jù)了油氣總儲量的50%和總產(chǎn)量的60%以上[1]。隨著全球油氣勘探程度的提高，碳酸鹽巖裂縫型油氣藏以及成為一個重要的勘探新領(lǐng)域[2]。但是在大多數(shù)情況下，碳酸鹽巖儲層的物性較差，孔隙度、滲透率較低，儲層非均質(zhì)性嚴重[1，3]。裂縫在碳酸鹽巖儲層中普遍發(fā)育。已有諸多學(xué)者開展了關(guān)于碳酸鹽巖儲層裂縫的研究并取得了一些成果。通過對碳酸鹽巖儲層天然裂縫的研究認為，受多種構(gòu)造作用和成巖作用的影響，碳酸鹽巖儲層天然裂縫較為發(fā)育，裂縫是儲層重要的儲集空間，為儲層油氣聚集提供了有利的儲集條件[4]；其他學(xué)者研究認為，天然裂縫是控制碳酸鹽巖儲層中巖溶作用的關(guān)鍵因素，有利于儲層中次生孔隙的發(fā)育，產(chǎn)生孔洞縫相連的有效儲層，進而提高儲層的滲透率[4]。因此，天然裂縫系統(tǒng)發(fā)育程度不僅直接影響碳酸鹽巖油氣藏的開采效益，而且還決定著碳酸鹽巖油氣藏產(chǎn)量的高低[5]。但是，有時新裂縫的產(chǎn)生會破壞已經(jīng)形成的舊裂縫，從而導(dǎo)致舊裂縫中儲存的油氣散失，從而對油氣的發(fā)育產(chǎn)生不利影響。所以，我們需要弄清楚碳酸鹽巖儲層中天然裂縫的形成機制，以便更好的探索和開發(fā)油氣藏。

羌塘盆地是我國西藏地區(qū)的一個重要地質(zhì)地貌單位，其裂縫發(fā)育期次對于地質(zhì)演化和資源勘探具有重要意義。裂縫是地殼變動的產(chǎn)物，而羌塘盆地裂縫的發(fā)育可分為多個期次。早期期次的裂縫發(fā)育主要受到構(gòu)造運動的影響，地殼的強烈變動導(dǎo)致了地下巖石的斷裂和開裂。這一時期的裂縫形成對于理解羌塘盆地的古構(gòu)造演化提供了重要線索，同時也為后續(xù)的地質(zhì)過程奠定了基礎(chǔ)。中期期次的裂縫發(fā)育受到多種地質(zhì)因素的綜合影響。氣候變化、沉積作用等因素共同作用于裂縫的演化過程，使其呈現(xiàn)出多樣化的特征。這一時期的裂縫記錄了羌塘盆地地質(zhì)演化的多個階段，為地質(zhì)學(xué)家還原地殼運動歷史提供了豐富的地質(zhì)資料。近期期次的裂縫發(fā)育主要受到人類活動的影響。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人類活動的增加，羌塘盆地的地下資源勘探逐漸成為焦點，人為開發(fā)和利用導(dǎo)致了新一輪裂縫的形成。這一時期裂縫的發(fā)育特點與自然因素形成的裂縫有所不同，更多地反映了人類活動對地質(zhì)環(huán)境的影響。

1 地質(zhì)背景

羌塘盆地位于青藏高原北部，地處于特提斯構(gòu)造帶東段，南部以班公湖-怒江縫合帶為界，北部以拉竹龍-金沙江縫合帶為界，面積約16×104km2[6]。構(gòu)造方面，羌塘盆地地處青藏高原的東南邊緣，是印度板塊和歐亞板塊交匯的地區(qū)。由于兩大板塊的構(gòu)造碰撞，青藏高原逐漸隆升，羌塘盆地也受到了強烈的構(gòu)造擠壓和拉伸。這一構(gòu)造活動導(dǎo)致了盆地內(nèi)斷裂、褶皺等構(gòu)造變形，形成了多樣化的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。羌塘盆地在它形成過程中經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造演化。晚石炭世至早二疊世初，滇緬泰馬和羌塘地塊與Cimmerian大陸一體分離，沿陸間裂谷斷裂，中特提斯洋形成。到晚二疊世（約255 Ma），拉薩地塊、西緬甸地塊、Cimmerian陸塊、羌塘地塊、滇緬泰馬陸塊自岡瓦納大陸東北緣裂離并向北俯沖，導(dǎo)致古特提斯洋消退、中特提斯洋擴張，南北羌塘地塊之間的局限洋關(guān)閉。晚三疊世末，拉薩地塊與羌塘地塊發(fā)生剪刀式碰撞，閉合了班公湖—怒江洋盆，同時與北側(cè)的拉竹籠—可可西里碰撞，在縫合帶東段隆起形成山脈，西段可能與塔里木盆地和田、若羌地區(qū)的殘留洋盆相連。在南北羌塘地塊之間，雙湖—龍木措局限洋也同步隆起，形成中央隆起帶，甚至可能導(dǎo)致羌塘地塊大面積露出（大約2 Ma）。羌塘盆地可細分為北羌塘褶皺沖斷帶、北羌塘坳陷帶、中央隆起帶、南羌塘坳陷帶等次級構(gòu)造單元。盆地的基底由以前的泥盆系變質(zhì)巖組成，晚古生代至中生代有豐富的沉積蓋層，尤其是侏羅系幾乎廣泛分布于南北兩個坳陷，并發(fā)育大量碳酸鹽巖[6]。

2 裂縫發(fā)育特征

通過野外露頭、巖心觀察及大量文獻調(diào)研，發(fā)現(xiàn)羌塘盆地碳酸鹽巖儲層裂縫總體較為發(fā)育。根據(jù)裂縫的發(fā)育形態(tài)和特征，本文將羌塘盆地碳酸鹽巖儲層裂縫分為以下幾種類型：

2.1 構(gòu)造縫

構(gòu)造縫是指形成與分布受局部構(gòu)造事件或構(gòu)造應(yīng)力場控制的裂縫，構(gòu)造縫的類型、發(fā)育程度和產(chǎn)狀隨著應(yīng)力場分布和構(gòu)造部位的變化而變化[7-9]。羌塘盆地碳酸鹽巖儲層中構(gòu)造縫最為發(fā)育，構(gòu)造縫主要包括剪切縫和張裂縫。剪切縫開度大小約0.1～1.5mm，產(chǎn)狀比較穩(wěn)定，且延伸較長，裂縫面平直光滑；張裂縫開度大小約0.8～4mm，產(chǎn)狀不穩(wěn)定，且延伸較短，裂縫面粗糙不平。

2.2 成巖縫

成巖縫是巖層在成巖過程中由于壓溶、壓實和壓力釋放等地質(zhì)作用而產(chǎn)生的近水平裂縫[10-12]。羌塘盆地碳酸鹽巖儲層成巖縫類型主要為層理縫，且層理縫主要分布在層理的交界面上，相互平行，隨著巖層和微層理的走向延伸。但是這類裂縫延伸較短，且在該區(qū)分布較少。

2.3 溶蝕縫

主要由溶蝕作用形成的裂縫，形狀不規(guī)則，多呈網(wǎng)狀，沒有方向性，大多數(shù)被方解石或白云石充填。羌塘盆地碳酸鹽巖儲層溶蝕縫較為發(fā)育，說明研究區(qū)碳酸鹽巖儲層受到了強烈的溶蝕改造作用。

3 裂縫發(fā)育期次判定

流體是控制盆地中物質(zhì)演變和能量再分配的主導(dǎo)因素，它對沉積盆地的構(gòu)造，沉積和成巖有著重要的指示作用[13-15]。羌塘盆地整體處于擠壓環(huán)境，地下圍壓較大，早期形成裂縫在地下巖層中一般呈閉合或被充填狀態(tài)，流體難以侵入。當(dāng)?shù)叵聨r層受到構(gòu)造應(yīng)力作用時，可以產(chǎn)生新的裂縫并且使早期裂縫開啟，這些裂縫則成為流體進入沉積盆地的通道，流體可沉淀充填在裂縫中。因此，裂縫膠結(jié)物可視為裂縫形成期間的沉淀流體[16]。對裂縫膠結(jié)物進行地球化學(xué)分析，可以揭示流體的來源，并提出相對應(yīng)裂縫的形成機制[17-19]。

利用巖心觀察和裂縫膠結(jié)物的地球化學(xué)分析來對羌塘盆地碳酸鹽巖儲層的裂縫形成期次進行限定，其中地球化學(xué)分析方法包括裂縫膠結(jié)物的碳氧同位素分析和稀土元素分析。通過觀察巖心裂縫之間切割、限制及組合關(guān)系來分析構(gòu)造縫的形成期次是最為直接有效的一種方法。通過巖心觀察分析，羌塘盆地碳酸鹽巖儲層主要發(fā)育三組裂縫：第一組為中高角度裂縫，裂縫延伸長度較短，多為張性裂縫。第二組為中低角度斜交裂縫，多為剪切裂縫。第三組為中高角度剪切縫，延伸范圍較遠，尺度超過巖心尺度，裂縫壁平直。不同組裂縫除了產(chǎn)狀有較大差異，切割限制關(guān)系也非常明顯。在巖心中常觀察到中低角度剪切裂縫被中高角度張性裂縫限制，中低角度剪切裂縫被中高角度剪切裂縫切割。其中低角度剪切裂縫被高角度張性裂縫限制，指示高角度張性裂縫形成時間早于低角度剪切裂縫。低角度剪切縫被中高角度剪切縫切割，指示低角度剪切裂縫形成時間早于中高角度剪切裂縫。地球化學(xué)分析結(jié)果也表明了三期裂縫的存在。碳氧同位素分布呈現(xiàn)三個明顯區(qū)間；稀土元素配分結(jié)果也顯示出三種不同的配分模式。綜上，羌塘盆地碳酸鹽巖儲層共發(fā)育有三期裂縫。

4 結(jié)論

1）羌塘盆地碳酸鹽巖儲層天然裂縫可以劃分為構(gòu)造縫、成巖縫和溶蝕縫。構(gòu)造縫又可以分為剪切縫和張裂縫，成巖縫主要為層理縫，但分布較少，溶蝕縫較為發(fā)育，指示研究區(qū)受到了溶蝕改造作用。

2）通過巖心觀察和裂縫膠結(jié)物的地球化學(xué)分析，可以將羌塘盆地碳酸鹽巖儲層裂縫劃分為三組。第一組為中高角度裂縫，第二組為中低角度斜交裂縫，第三組為中高角度剪切縫。