塔中中古8井區走滑斷裂特征及其對孔洞型油氣藏的控制作用

楊 洋， 馮許魁， 劉永雷， 馬培領， 呂 東， 李相文， 張建偉， 徐 博

(中國石油集團 東方地球物理勘探有限責任公司研究院 庫爾勒分院，庫爾勒 841001)

0 引言

經過十多年的勘探和開發，目前在塔里木盆地的塔中地區已經建立起了年產百萬噸的大型海相碳酸鹽巖油田，主要產層奧陶系碳酸鹽巖地層內發育有大量的走滑斷裂。實踐證明，走滑斷裂對碳酸鹽巖儲層的形成、油氣的運移以及分布都起著重要的控制作用。因此有必要對走滑斷裂的特征做進一步的解剖，以明確走滑斷裂對孔洞型油氣藏的控制作用。在此基礎上不斷提高復雜孔洞型油氣藏的開發效益，降低開發風險，特別是在目前低油價的形勢下，這種分析顯得更有意義。

1 走滑斷裂特征

1.1 走滑斷裂的剖面特征

走滑斷裂在地震剖面上的基本地質特征是平直的斷層線、陡立的斷面及較窄的斷層帶，因此在地震剖面上往往難以識別。隨著近幾年三維寬方位、高密度地震的實施，地震資料品質得到很大地提升，使得我們能夠對走滑斷裂做更進一步地深入解剖。在地震剖面上(圖1)，走滑斷裂向下斷至寒武系基底，向上斷至奧陶系灰巖地層頂部，斷面陡直，地震同相軸錯斷明顯，地震剖面上可明顯識別。在寒武系地層內走滑斷裂表現為一條主干斷裂，在上覆目的層奧陶系地層內走滑斷裂發散為多條斷裂，并表現出分級特征：①一級分支斷裂，為主干斷裂的分支斷裂，向上呈發散狀斷至灰巖頂部或頂部附近，下部以一定角度收斂在主干斷裂上，斷面上陡下緩，地震剖面上較容易識別；②二級分支斷裂主要為一級分支斷裂或主干斷裂的分支斷裂，剖面上較難識別。整個走滑斷裂的剖面特征表現為向下聚攏插入基底，向上發散。整體空間形態表現為向上發散的“花狀”特征。次級斷裂與主干斷裂組合形成直立、正花、半花、負花四種主要類型的走滑斷裂。

圖1 走滑斷裂典型地震剖面圖Fig.1 The typical seismic characteristics of strike-slip faults

1.2 走滑斷裂的平面組合特征

研究區奧陶系地層為巨厚的脆性灰巖地層，走滑斷裂在形成過程中，區域應力環境及地層破裂特征均比較復雜，在平面上實際形成的是一條具有一定寬度的走滑斷裂帶。由于在目的層內各級斷裂相互交織、切割，因此在平面上走滑斷裂帶內往往形成多樣的斷裂平面組合樣式。目前發現的走滑斷裂平面組合樣式主要有5種類型：①馬尾狀；②線狀；③羽狀；④辮狀；⑤花狀。這些組合樣式主要描述的是主干斷裂和一、二級分支斷裂之間的組合關系[1-2]。最新的地震資料解釋研究結果顯示，主干走滑斷裂在平面上往往并不表現為一條連續的斷層線，而是呈現出分段的特征。即一條主干走滑斷裂是由若干條走向一致且有序銜接的斷層組合而成，根據各斷層之間的相對位置關系可進一步分為左階排列樣式和右階排列樣式。

對近幾年的三維地震資料解釋研究發現，塔中地區走滑斷裂普遍具有分段的特征，從圖2可以看出，主干斷裂在北部明顯的分成了兩段，并且呈左階樣式排列，在南部主干斷裂也分為若干段，各段之間排列緊密，呈左階排列樣式。斷裂帶內的各級斷裂相互組合，整體表現為左階辮狀的組合樣式。

圖2 走滑斷裂左階辮狀組合樣式圖Fig.2 The plane characteristics of strike-slip faults(a)塔中某區灰巖頂面相干平面圖;(b)走滑斷裂左階辮狀組合樣式

1.3 走滑斷裂帶的平面分區特征

大型走滑斷裂帶內的斷裂組合樣式，在橫向上變化較大。在同一條走滑斷裂帶內會形成若干個不同的斷裂組合樣式區，即在斷裂帶的不同位置會出現不同的斷裂組合樣式，(走滑斷裂帶的分區特征)[3]。通過對塔中中古8井區走滑斷裂帶的解剖認識到，走滑斷裂帶在平面上一般可分為三個區(圖3)，從南到北可以將其劃分為：①線性區；②辮狀區；③馬尾區。線性區斷裂平面樣式以線狀為主，地震剖面上斷裂為直立狀，地震同相軸錯斷明顯；辮狀區斷裂平面樣式以辮狀、花狀為主，地震剖面上斷裂為正、負花狀，斷裂之間夾持的地震同相軸常出現整體的上升或下掉，因此該區灰巖地層地塹、隆起等局部構造發育；馬尾區是走滑斷裂活動的終止區域，斷裂活動減弱直至消失，斷裂平面樣式以馬尾狀、羽狀為主，是走滑斷裂在平面上消亡的重要標志，地震剖面上斷裂為正、負花狀，具體特征為多條一、二級分支斷裂向下朝著主干斷裂的方向收斂，斷裂特征不明顯，地震同相軸輕微錯斷。

1.4 走滑斷裂的應力特征

在走滑斷裂帶的不同區，由于其應力特征不同，斷裂的組合樣式也不同，對灰巖地層造成的破壞程度也有所差異。最新的研究表明，在線性區走滑斷裂主要表現為單剪切應力特征，斷層兩側的地層發生整體的水平位移，單剪切應力對斷裂附近的地層破壞程度較低(圖3)。在辮狀區走滑斷裂主要表現為張扭、壓扭應力特征，灰巖地層常常會發生拉張下坳或擠壓隆起的現象，這與斷裂的平面樣式及運動方向是密切相關的。首先，走滑斷裂根據斷層線兩邊地層的相對位移方向可分為左行走滑斷裂和右行走滑斷裂。再結合斷裂的排列方式，可將走滑斷裂分為四種最基本的組合模式(圖4)：①左行左階；②左行右階；③右行右階；④右行左階。

在組合模式中，斷裂之間重合的區域稱之為“巖橋”，巖橋區域的應力特征遵循以下規律：斷裂扭動方向和排列方向一致時為張扭應力，可形成拉分地塹，相反則為壓扭應力，可形成擠壓隆起。張扭、壓扭應力對斷裂附近的地層破壞程度最高。在馬尾區走滑斷裂活動減弱，斷裂帶撒開變寬，走滑斷裂的應力在大面積的扇形范圍內釋放，由于應力作用較弱，沒有造成地層強烈的隆起、下坳，但是其對地層的平面破壞范圍最廣。

圖3 中古8井區走滑斷裂分區特征平剖面圖Fig.3 The seismic charateritics of Plane and section in different zones of strike-slip faults system in ZG-8 well area

圖4 走滑斷裂受力組合模式圖Fig.4 The stress characteristics of strike -slip faults

2 走滑斷裂對油氣藏的控制作用

2.1 走滑斷裂對儲層發育的控制作用

碳酸鹽巖本身巖性致密不能成為有效的儲層，經過走滑斷裂的擠壓、拉張作用之后，在其內部沿著走滑斷裂帶形成了一系列的碳酸鹽巖破碎區域，巖溶水沿著斷裂破碎區域進一步的溶蝕、改造，形成了現在的碳酸鹽巖孔洞型儲層，地震剖面上的反射特征為串珠狀反射和雜亂反射。因此斷裂是孔洞型儲層的主要控制因素，不管在橫向上還是縱向上，儲層都沿著斷裂發育，與斷裂有著極好的相關性[4-5]。

從中古8井區的地震剖面上可以看出(圖5)，儲層縱向上沿著斷裂破碎帶發育，橫向上以斷裂為中心順著斷裂發育，水體沿著斷裂破碎帶溶蝕改造而形成的空間形態不規則的碳酸鹽巖巖溶體系稱為“斷溶體”，并認為這是碳酸鹽巖受斷裂破碎和巖溶溶蝕共同作用而形成的最基本的儲層樣式。斷裂破碎越嚴重，越有利于斷溶體的發育[6]。斷溶體縱向上儲層發育厚度最大可達600 m，橫向上儲層的連續性最大可達2 500 m，平面面積最大可達到3 km2。并且發育的斷溶體系具有多種樣式特征，從地震剖面特征上來看，可以分為三種類型：①A類為“灌木”樹形態斷溶體，具有以主斷裂為“根”，伴生斷裂為“枝”，沿根與枝擴張溶蝕即“開花結果”的特征，斷溶型儲層主體發育在“樹形”結構的頂端，部分斷溶體在良里塔格組和鷹山組為同一體系，規模較大；②B類為直立形態斷溶體，斷溶型儲層沿斷裂擴溶，上下均有發育，規模巨大，有利于油氣向上運移，油氣在斷溶體高部位聚集；③C類為選擇性擴張溶蝕形成的斷溶體，發育規模較小。

根據走滑斷裂的特征以及斷溶體的發育規律可以得知(圖5)，斷裂帶內巖石破碎程度的高低，決定著斷溶體的發育規模：①走滑斷裂的線性區由于灰巖地層破壞程度低，不利于巖溶作用的發生，因此發育的斷溶體規模小、個數少且儲層連續性差，斷溶體類別主要以C類為主；②辮狀區的灰巖地層破壞程度最高，劇烈的拉張、擠壓運動使得巖石破碎嚴重，這更有利于巖溶作用的發生，因此該區發育的斷溶體規模大、個數多且儲層連續性好，斷溶體類別主要以B類為主；③馬尾區的灰巖地層平面上破壞范圍廣，但地層破壞程度較低，發育的斷溶體個數多，規模適中，儲層的橫向連續性好，但縱向上儲層的厚度較小，斷溶體類別主要以A類為主。

圖5 中古8井區斷溶體平剖面特征圖Fig.5 The plane and section characteristics of karst system in ZG-8 well area

2.2 走滑斷裂對油氣的控制作用

走滑斷裂不僅是儲層發育的重要控制因素，也是油氣運移的重要通道，研究區內走滑斷裂的主干斷裂向下斷至寒武系烴源巖，對油氣的疏導作用更加明顯，油氣沿著走滑斷裂從下往上運移對斷溶體進行充注，每一個斷溶體都是一個獨立的油氣藏(圖6)，所有的斷溶體油氣藏組合起來，形成了規模巨大的碳酸鹽巖孔洞型-油氣藏[7]。

圖6 斷溶體油藏模式圖Fig.6 The reservoir model of karst system

在塔中地區，多年的碳酸鹽巖油田勘探開發實踐表明，碳酸鹽巖孔洞型油藏油氣富集區多分布在主干斷裂附近，這是由于主干斷裂附近巖石破碎嚴重，且向下斷至烴源巖基底，能很好的對油氣進行疏導，因此，其是最重要的油源通道，附近的斷溶體規模一般也比較大，較容易形成高產穩產井組。而分支斷裂是油氣運移的次一級通道，油氣的運移能力和附近斷溶體的規模均比主干斷裂要差[8]。

隨著油田開發工作的進一步深入，碳酸鹽巖孔洞型油氣藏“整體含油，局部富油”的特征表現的越來越明顯。深大油源斷裂控制著孔洞型油氣藏“整體含油”的特征，而走滑斷裂帶不同的區則控制著孔洞型油氣藏“局部富油”的特征，總體來說，辮狀區的油氣富集程度大于馬尾區，馬尾區的油氣富集程度要大于線性區。走滑斷裂的辮狀區是應力釋放最充分的區域，區域內發育深大油源斷裂。且斷裂附近巖石破碎嚴重，斷溶體發育，油氣充注程度高，而形成的地塹、隆起等局部構造，更有利于油氣的局部富集。從中古8井區的勘探開發情況來看(圖7)，井區內發育一條北東向的大型左行走滑斷裂，井區的高產井組主要集中在斷裂帶的辮狀區和馬尾區。在斷裂帶的辮狀區，主干斷裂表現出分段性，且斷裂呈左階排列樣式，結合斷裂的運動方向，判斷該斷裂為一條左行左階的走滑斷裂，因此巖橋區域表現為拉張應力，構造上形成了局部的拉分地塹，地層破碎嚴重，斷溶體發育，破碎帶對油氣的疏導作用強，造成油氣的局部富集，因此形成了一批高產井組。在斷裂帶的馬尾區，雖然剖面上主干斷裂特征不清楚，但整個馬尾區是應力的大面積釋放區，平面上巖石的破碎范圍廣，形成的破碎區域大，發育了數量較多沿著馬尾斷裂分布的斷溶體，且斷溶體儲層橫向連續性好。整個破碎區對油氣都有很好地疏導作用，造成了油氣的局部富集區，因此也形成了一批高產井組[9-10]。

圖7 中古8井區走滑斷裂帶不同區對油氣的控制作用Fig.7 The control effects on hydrocarbon in different zones of strike-slip faults system(a)中古 8 井區灰巖頂相干疊高產井平面圖;(b)灰巖頂面立體形態圖;(c)高產井組斷溶體形態圖

3 結論

1)塔里木盆地奧陶系灰巖地層內發育大量的走滑斷裂，走滑斷裂是碳酸鹽巖儲層發育及油氣聚集的重要控制因素。

2)碳酸鹽巖巖溶儲層縱向上沿著各級斷裂發育，橫向上以斷裂為中心沿著斷裂破碎帶發育，形成空間形態不規則的碳酸鹽巖巖溶體系，斷裂破碎越嚴重，越有利于斷溶體的發育。

3)大型走滑斷裂帶在平面上一般可分為三個區：線性區、辮狀區、馬尾區，辮狀區和馬尾區儲層發育，油氣富集，勘探開發效益高、風險低，是目前碳酸鹽巖勘探開發的重點區塊。