塔里木盆地轮古西地区奥陶系断裂特征及其对油气富集的控制作用

2018-06-15刘俊锋

特种油气藏 2018年2期

罗枭，刘俊锋，张磊，王娜，程林

(1.中国石油塔里木油田分公司，新疆库尔勒 841000；2.中国石油东方地球物理公司，新疆库尔勒 841000)

0 引言

断裂与油气富集成藏的关系是石油地质研究的热点，广大学者对断裂的形成和演化[1-3]及其与油气运移、聚集成藏的关系[4-7]进行了系统广泛的研究。罗群[4]等于2010年提出断裂控烃理论，认为断裂是控制中国含油气盆地各种地质作用和油气生、运、聚、散、分布的根本因素，并进一步将控烃断裂分为控源断裂、油源断裂、控圈断裂、遮挡断裂、改向断裂、破坏断裂、调整断裂和桥梁断裂等8种基本类型，各种类型的断裂对油气的富集成藏均具有对应的控制作用。对于塔里木盆地碳酸盐岩油气藏，断裂普遍发育，其对油气的富集成藏同样具有明显的控制作用[5-11]。一方面，断裂对岩溶储层的发育具有建设性作用，断裂活动可形成纵横交错的裂缝系统，扩大储集空间，同时沟通地表及深层流体，促进岩溶储层发育，改善储集性能[12-15]，如吕修祥等研究了断裂活动对塔中地区鹰山组碳酸盐岩储集层的影响，认识到断裂活动可以形成多级次、多方位裂缝，且能沟通地表水并增强岩溶作用强度，从而改善储集性能。另一方面，断裂是油气垂向运移和侧向遮挡的重要条件，深大断裂是深层油气垂向运移的主要通道，控制油气的纵向分布和差异富集[11，16-18]，同时断裂对油气的聚集具有侧向遮挡的作用[4]，如邬光辉等研究发现塔中隆起断裂十分发育，控制了该区碳酸盐岩储层中油气的富集，多期多类断裂造成了油气分布的差异性与区段性[11]。

因此，断裂的精细刻画与认识对碳酸盐岩油气藏的勘探开发具有重要指导意义。但目前针对轮南古潜山轮古西地区奥陶系断裂的认识不足，制约了对该地区油气富集成藏规律的认识，进而影响了油气的勘探开发。利用最新的三维地震资料，结合区域构造背景，参考多层地震属性及相邻塔河地区断裂解释成果，将轮古西奥陶系断裂精细刻画为“2期3级”，并明确了断裂对油气富集的控制作用，对该地区碳酸盐岩油气藏的勘探开发具有重要指导意义。

1 地质概况与构造背景

轮南古潜山位于塔里木盆地塔北隆起轮南低凸起的中部，构造整体表现为一大型断背斜，可划分为轮南断垒带、桑塔木断垒带及北部斜坡带、西部斜坡带、南部斜坡带、中部斜坡带和东部斜坡带(图1)。轮古西位于西部斜坡带，以轮古西逆断裂为界与中部斜坡带分开。轮古西奥陶系潜山顶面构造形态为东高西低、南高北低，整体表现为向西、北逐渐倾没的大型斜坡。受构造活动及岩溶改造作用影响，潜山顶面发育一系列面积大小不一、形态不规则的断鼻和断背斜构造。

图1 轮南古潜山构造位置及区带划分

轮南古潜山是一个古生界残余古隆起，经历了多期构造运动[19-20]。晚加里东期，区域不均衡构造抬升使轮南地区形成一个大型南倾斜坡。早海西期，由于北西—南东方向的区域性挤压运动，在大斜坡的背景下形成了一个北东—南西走向的大型背斜，背斜高部位发育北东—南西走向的轮南西断裂。由于早海西期的多次构造抬升，奥陶系碳酸盐岩上覆的泥盆系、志留系、中上奥陶统逐渐被剥蚀，受大气淡水淋滤作用，形成古潜山岩溶地貌。中晚海西期—印支期以区域性的强烈挤压应力和东西向大型断裂活动为特点。晚海西期，石炭系逐层向潜山超覆，形成一个盖层厚度超过500m的大型披覆背斜。晚海西期末，在南北向区域挤压应力的作用下，形成了轮南断垒带和桑塔木断垒带，轮南断垒带高部位上的石炭系被完全剥蚀。印支期，在北东—南西向剪切应力的作用下，轮南断裂和桑塔木断裂继续活动，并形成一系列共轭剪切走滑断裂。燕山期—喜山早期是一个构造应力转化时期，受库车坳陷沉降作用影响，轮南地区发育一系列北东向的区域性拉张断裂。喜山中、晚期，轮南地区相对稳定，断裂停止活动。

2 断裂特征

2.1 断裂解释方法

多期次的构造运动使得轮南古潜山形成了复杂的断裂系统，加大了断裂解释的难度。针对轮古西地区，奥陶系断裂解释主要存在2个难点：一是潜山顶面为一剥蚀面，沟谷发育，导致灰岩顶面的相干属性只能反映潜山沟谷特征，而难以反映断裂信息；二是轮古西地区断裂主要为高角度走滑断裂，断距小，在地震剖面上往往难以识别。

针对轮古西地区奥陶系断裂解释存在的难点，利用最新的三维地震资料，结合区域构造背景。首先，建立典型构造模型，轮古西地区主要为走滑断裂，其断裂模式在剖面上主要表现为单一线性断裂、正花状断裂、负花状断裂。其次，多属性及多层系结合尽量识别更多的断裂，根据奥陶系内部不同地层地震特征，选取相干属性岩层提取属性平面图，分析断裂平面展布特征，纵向上从寒武系至奥陶系提取识别断裂的属性，分析断裂纵向展布特征。

同时，在平面上，利用轮古西地区奥陶系鹰山组相干属性图与塔河地区奥陶系鹰山组相干属性图进行拼接，将轮古西地区的断裂解释成果与塔河地区进行对比，结果显示两者具有较好的一致性，这也验证了断裂解释的准确性。塔河地区奥陶系主要发育北东、北西、北东东向的大型走滑断裂，其断裂展布也延伸至轮南古潜山，因此，轮南古潜山的断裂平面展布特征与塔河油田奥陶系断裂展布具有一定的相似性。

在地震剖面上进行断裂解释时，相干属性与手工剖面解释相结合，平面属性与剖面特征相呼应，纵向上定根理枝，先找准断至寒武系的深大走滑断裂，再理清主干走滑断裂平面展布特征，同时结合地震剖面以及走滑断裂模式，精细刻画主干走滑断裂的伴生断裂，最终完成断裂的精细解释。

2.2 断裂解释成果

根据最新的三维地震资料，利用上述方法，明确了在轮古西地区主要发育北东、北西、北东东、近东西向的断裂(图2)。根据断裂解释结果，结合区域构造演化背景，明确了轮古西地区断裂分为中晚加里东期和海西期。

图2 轮古西地区奥陶系断裂级别划分及暗河分布

中晚加里东期断裂主要为北东方向主干断裂及其伴生断裂。在中晚加里东期，轮古地区受到近南北方向的应力作用，产生北东、北西向共轭剪切走滑断裂，而在轮古西地区主要表现为北东向的走滑断裂及其伴生断裂。

海西期断裂主要为轮西大断裂和北东东向大型走滑断裂。在早海西期，轮古西地区整体抬升，形成了中部斜坡带西部北西向的轮西大断裂，该断裂控制了整个中部斜坡带的抬升，到中晚海西期，轮古西地区受北东向构造应力作用，形成了北东东向大型走滑断裂。

同时，依据断裂的控制构造程度、断开深度、断距及延伸规模，将轮古西奥陶系断裂划分为3级(表1)。中晚加里东期形成的断裂以Ⅱ级、Ⅲ级断裂为主，海西期形成的断裂以I级断裂为主(图2)。

表1 断裂级别划分标准

Ⅰ级断裂控制轮南古潜山宏观构造格局，在轮古西地区发育2组Ⅰ级断裂。轮古西与轮古7之间的北东向断裂为Ⅰ级断裂，该断裂断距大，为一条断至基底的逆冲断裂，从早海西期发育，至燕山期一直持续活动抬升，造成轮古7地区成为轮南古潜山区构造最高位置。第2组Ⅰ级断裂与轮西逆冲大断裂方向一致，是一条向下断至基底、向上断至石炭系、部分断至三叠系的北东向走滑大断裂，该断裂从海西期至印支期长期发育，延伸规模长，断距大，是轮古西岩溶台地、岩溶缓坡的分界线(图3，剖面线见图2)。

Ⅱ级断裂主要为北东、北西向共轭剪切断裂以及近东西向大型走滑断裂，该组断裂发育时间早，主要于中晚加里东期形成，该组断裂纵向上从奥陶系顶断至寒武系，断距小，主要为高角度走滑断裂。该组断裂对轮古西潜山岩溶沟谷的发育起到了促进作用。

图3 轮古西过东西向及南东向断裂剖面

Ⅲ级断裂多为Ⅱ级大型走滑断裂的伴生断裂，剖面上断距小，平面上延伸距离短，主要发育于奥陶系内，没有断至基底，对奥陶系碳酸盐岩溶蚀作用有一定的控制作用。

3 断裂的控制作用

3.1 控制岩溶古地貌

轮古西海西期发育的北东东向断裂具有控制轮古潜山地貌台阶式发展的格局。北东东向Ⅰ级大断裂在剖面上表现为断距大，活动时间长，从基底向上断至石炭系、三叠系，是重要的油源断裂(图3)。将北东东向断裂与轮南古潜山地貌进行叠合，发现北东东向断裂可以作为岩溶台地、岩溶缓坡的分界线，表明多期活动的北东东向断裂是轮古西地区岩溶地貌台阶式发展的主要控制断裂。

3.2 控制沟谷水系特征

轮古西断裂可控制沟谷水系特征。从晚加里东期开始，轮古西地区一直抬升，至海西期，轮古西地区整体表现为向西北倾末的斜坡，在该时期接受暴露剥蚀和大气淡水的溶蚀，大气淡水由东、南部高部位向北、西方向溶蚀流动，因此，轮古西潜山地表水系主要是向北西西向流到大海。轮古西断裂控制沟谷水系主要表现在：宏观上明河主河道流向与I级断裂走向基本一致，呈北东—南西向；其次，明河主河道及部分分支河道走向与Ⅱ级、Ⅲ级断裂的走向具有高度的吻合性，分支河道沿次级断裂发育的特征明显。

3.3 控制岩溶储层发育

断裂是碳酸盐岩岩溶储层发育的基础，溶洞、暗河主要沿断裂、裂缝溶蚀而形成。断裂发育区，岩溶储层也最为发育。奥陶系缝洞型储层主要分布在岩溶缓坡带、断裂破碎带附近，说明在岩溶形成期，大气淡水沿断裂流动溶蚀，进而形成了轮古西地区岩溶缓坡带广泛分布的暗河(图2)。

4 断裂与油气富集的关系

平面上，I级断裂中的一组将西部斜坡带和中部斜坡带划隔开，另一组又将轮古西地区分为岩溶台地和岩溶缓坡，而众多的Ⅱ级、Ⅲ级断裂则促进了局部构造高部位的形成，成为油气富集的有利指向区。纵向上，Ⅰ级及部分Ⅱ级断裂断至寒武系，具有沟通寒武系及下奥陶统烃源岩的作用(图4)。

断裂不仅控制着油气的运移，更重要的是控制着岩溶储层的发育。轮古油田碳酸盐岩油气藏的勘探开发经验表明，影响油气产能的关键因素是储集层的发育规模。

暗河是岩溶储层在轮南古潜山区的重要表现形式，而其多与断裂相伴生(图2)。勘探开发实践表明，与暗河相关的岩溶储层储集规模较大，是有利的钻探目标。在轮古西地区共识别暗河46条，而完钻的77口井中有59口井与暗河相关。以AG15井区钻遇的暗河为例，AG15井钻在分支暗河河道的入水口附近，该井生产至今累计产油17.23×104t，说明该井所在的暗河储层十分发育，暗河没有被泥质充填，储集空间大。AG15-1井与AG15-3井位于另一条暗河分支河道上，AG15-1井位于分支暗河入水口处，构造位置高且储层十分发育，累计产油23.00×104t，而AG15-3井构造位置相对于AG15-1井略低，累计产油仅6.00×104t。