克拉蘇構造帶鹽下超深層儲層的構造改造作用與油氣勘探新發現

魏國齊 王俊鵬,,3 曾聯波 唐永亮 王 珂,3 劉甜甜 楊 鈺

1.中國石油勘探開發研究院塔里木盆地研究中心 2.中國石油大學（北京）地球科學學院 3.中國石油杭州地質研究院 4.中國石油塔里木油田公司 5.中國石油集團渤海鉆探工程有限公司第一錄井公司

0 引言

業界對于深層儲層的定義不盡相同，有的學者認為埋深介于3 500～4 000 m的儲層為深層儲層[1-2]；美國地質調查局及中華人民共和國國土資源部等機構認為埋深超過4 500 m為深層儲層，埋深超過6 000 m為超深層儲層[3-5]。克拉蘇構造帶油氣群位于我國西北部的塔里木盆地庫車坳陷北部，油氣資源豐富，是“西氣東輸”的重要氣源地。克拉蘇構造帶鹽下主力儲層為下白堊統巴什基奇克組，是一套以細砂巖、中砂巖為主的三角洲沉積建造，埋深介于6 000～ 8 000 m，屬于超深層儲層。克拉蘇構造帶鹽下超深層儲層基質物性較差，巖心基質孔隙度為5.5%、基質滲透率為0.05 mD，而且不同油氣藏間儲層基質物性差異大。勘探新發現的博孜9井，巖心基質孔隙度為9.2%，基質滲透率為5.08 mD。另外，克拉蘇構造帶高產氣井普遍裂縫較發育，滲透率高達20 mD，反映了裂縫對儲層滲透率起到主要貢獻[6]，同時也反映出儲層的非均質性極強。認識該套儲層的非均質性以及評價構造活動在相似沉積背景下對儲層的改造作用，對于超深層儲層的油氣勘探及生產具有重要的意義。

前人對儲層的構造改造作用的研究多集中于孔隙壓力、變形樣式、構造成巖等方面[7-21]；針對超深層儲層，部分學者也開展了構造裂縫對超深層儲層改造的評價[22]，但總體仍缺少構造對超深層儲層改造作用的整體認識。筆者以克拉蘇構造帶已鉆探的典型油氣藏為例，結合最新取得重大勘探突破的博孜9井，利用鉆井取心、構造平衡恢復、裂縫充填物同位素測年、區塊應力數值模擬等資料，綜合流體包裹體、聲發射古應力、鑄體薄片等實驗分析方法，從定性分析到定量計算，系統分析了克拉蘇構造帶巴什基奇克組超深層儲層的構造改造作用及其差異性，以期為超深層儲層特征研究及儲層預測提供參考。

1 區域地質概況

克拉蘇構造帶屬于塔里木盆地庫車前陸沖斷帶，庫車前陸沖斷帶自北向南方向以克拉蘇北斷裂、拜城斷裂劃分為北部單斜帶、克拉蘇構造帶、拜城凹陷。克拉蘇構造帶南北向以克拉蘇斷裂為界進一步劃分為克拉區帶和克深區帶，克深區帶自東向西劃分為克深、大北、博孜和阿瓦特等4個區段。克深區帶受北部的克拉蘇斷裂和南部的拜城斷裂控制，受多期構造逆沖推覆擠壓的影響，縱向上構造變形樣式表現為不同構造幅度的斷背斜、突發構造，呈疊瓦狀排列（圖1）。

圖1 克拉蘇構造帶構造平面/剖面圖與地層簡圖

白堊紀沉積期，克拉蘇構造帶呈現東西向“坳隆”相間、南北向“北高南低”的古地貌特點，控制了白堊紀沉積期沉積相帶與骨架砂體的展布。北高南低的古地形決定了研究區古流向主要為由北向南，北部的南天山存在多個物源，碎屑供應充足，由于地勢逐漸變緩，水體能量減弱，碎屑物質大量并快速沉積，發育了由北向南依次為沖積扇、扇三角洲或辮狀三角洲、濱淺湖沉積體系。沖積扇及扇（或辮狀）三角洲垂向上表現為多期河道砂體相互疊置，平面上表現為多個水下朵葉體相互連接，形成的沖積扇—扇（或辮狀河）三角洲復合體直接進入湖盆，最終形成了白堊紀時期規模巨大的砂體。

2 超深層儲層特征

2.1 儲層巖性

克拉蘇構造帶巴什基奇克組巖石類型主要以長石巖屑砂巖為主，次為巖屑長石砂巖，粒度以中粒、細粒為主。各區段間巖性差異不大，大北區段、克深區段以巖屑長石砂巖為主，博孜區段以長石巖屑砂巖為主；主要巖礦組成的剛性骨架顆粒含量高，抗壓實較強；顆粒分選中等—好，磨圓度為次棱、次棱—次圓，顆粒以點—線接觸為主，膠結類型以孔隙型膠結為主。與大北、克深區段相比，博孜區段成分成熟度和結構成熟度較低，反映了博孜區段相對于大北區段搬運距離相對較短的近物源特征。博孜9井更近溫宿古隆起，研究結果表明巴什基奇克組沉積具有雙物源的特征。

2.2 儲層物性

克拉蘇構造帶巴什基奇克組儲層儲集物性具有低孔特征，巖心基質孔隙度平均值介于4%～10%，基質滲透率介于0.01～0.10 mD。區段間儲集物性具有一定差異：克深區段儲層平均有效孔隙度為5.86%，有效儲層段平均滲透率為0.05 mD；大北區段有效儲層平均孔隙度為6.10%，有效儲層段平均滲透率為0.06 mD；博孜區段有效儲層孔隙度主要介于3.5%～10.0%，平均值為6.30%，滲透率主要介于0.10～0.50 mD，博孜9井區儲集物性較好，有效儲層平均孔隙度主要介于5.0%～12.0%，平均值為8.97%。

2.3 儲層儲集空間類型

克拉蘇構造帶巴什基奇克組儲層儲集空間主要有孔隙和裂縫兩種類型。

2.3.1 孔隙

鏡下鑒定資料表明，博孜區段、大北區段巴什基奇克組砂巖儲集空間類型以原生粒間孔為主，原生粒間孔比例均超過50%，分別為50.9%、58.2%；克深區段巴什基奇克組砂巖儲集空間類型中原生粒間孔占比為36.8%，受溶蝕改造的粒間溶孔占比為31.7%，溶蝕成因的粒內溶孔約占總孔隙的26.6%，兩者之和超過了總孔隙的50%，反映了克深區段更強的溶蝕成巖作用。

2.3.2 裂縫

克拉蘇構造帶構造裂縫按力學類型劃分可分為張裂縫、剪切裂縫及走滑裂縫（圖2-a～c）。巖心觀察表明，張裂縫形成于張應力條件下，裂縫面粗糙、垂向及平面上均延伸長且開度大，多發育與背斜的長軸部，鏡下微裂縫觀察，常繞沉積顆粒而過（圖2-d、e）；剪切裂縫形成于剪切應力條件下，裂縫面平滑，平面上延伸長，不均一分布于不同構造部位，鏡下微裂縫觀察，常穿沉積顆粒而過（圖2-d、e）；走滑裂縫主要形成于走滑壓扭的應力環境中，相對集中于博孜東部及大北區段，裂縫面特征與剪切裂縫類似。從博孜9井的巖心觀察來看，構造裂縫集中發育于上部地層，部分裂縫被方解石、有機質半充填，開度約為0.1 mm，成像測井圖上以高角度縫為主，視傾角介于50°～90°，線密度介于0.06～0.27 條/m，南北和東西走向。

克拉蘇構造帶不同區段間的構造裂縫具有一定差異性。博孜區段主要以剪切裂縫、走滑裂縫為主，見張裂縫，構造裂縫傾角主要以高角度裂縫為主，其次為直立裂縫，裂縫走向以NW—SE、NE—SW為主，見近東西、南北向裂縫，裂縫有效開度相對大北、克深區段較小，充填性整體較低，平面上裂縫密度在井區間表現出較大的差異，縱向上裂縫分層性不明顯（表1）；大北區段走滑型裂縫增多，裂縫傾角以高角度為主，充填程度高；克深區段以張裂縫及剪切裂縫為主，以近東西、近南北向為主，北部井區裂縫縱向上具有較明顯的分層性。

所有患者入院后均給予補液、降溫、維持水電解質平衡等對癥治療，對照組患者在此基礎上口服奧美拉唑腸溶膠囊（浙江京新藥業股份有限公司，國藥準字H20065588，規格：20 mg）治療，40 mg/次，2次/d，連續治療5 d。研究組患者在對照組的基礎上口服復方嗜酸乳桿菌片（通化金馬藥業集團股份有限公司，國藥準字H10940114，規格：0.5 g×12片）治療，1.0 g/次，3次/d，連續治療5 d。比較兩組患者治療總有效率、治療前后IL-6、PCT水平及APACHEⅡ評分及不良反應發生情況。

3 古隆起對儲層單元的分割與控制

3.1 古地貌、微地貌控制儲層沉積格局

圖2 克拉蘇構造帶巴什基奇克組構造裂縫特征照片

表1 克拉蘇構造帶巴什基奇克組構造裂縫發育特征統計表

克拉蘇構造帶自中生代以來，受南天山造山帶多期次復合隆升、陸內造山作用的影響，總體上呈現“北山南盆”的古地貌與古地理格局，溫宿古隆起位于研究區西南部，在白堊紀沉積期，氣候炎熱干燥，區域性物源主要來自北部的天山、西南部的溫宿古隆起，兩者控制了克拉蘇構造帶的沉積格局，形成了辮狀河三角洲、扇三角洲的沉積體系（圖3）。區域上看，巴什基奇克組一段（以下簡稱巴一段）、二段（以下簡稱巴二段）均為辮狀河三角洲沉積，巴什基奇克組三段（以下簡稱巴三段）為扇三角洲沉積。沉積期或沉積末期，受溫宿古隆起的持續隆升影響，博孜區段部分地區缺失巴一段、巴二段沉積。從古水流分析結果來看，博孜9井具有雙向水流特征，反映了多物源疊加的沉積特征。大北區段缺失巴一段，巴二段頂部被剝蝕，至吐北2井區巴什基奇克組全部缺失；克深區段僅巴一段上部分被剝蝕，基本保留了巴什基奇克組。值得一提的是，受南天山造山帶及溫宿古隆起控制，自物源區向湖盆中心沉積砂體粒度逐漸變細，但受西秋古隆起及區域微地貌凹凸的影響，存在局部的粗相帶或將成為優質儲層的有利相帶區。

3.2 古隆起造成區段構造變形機制的差異

構造變形特征分析和剝蝕量恢復方法常用于構造圈閉的形成[23]。通過對研究區典型井區的聲發射分析及區域構造平衡剖面的恢復，梳理克拉蘇構造帶不同區段間差異構造變形機制。古近系蘇維依組—第四系沉積期，受區域板塊運動影響，庫車坳陷發生強烈的近南北向構造擠壓作用，在克拉蘇構造帶內形成較強烈的構造擠壓環境，但由于溫宿古隆起、西秋古隆起的遮擋、阻隔，使得不同區段間具有不同的應力場環境及逆沖推覆量，導致了克拉蘇構造帶不同區段的差異構造變形（圖4）。

圖3 克拉蘇構造帶巴什基奇克組沉積相分布圖

圖4 克拉蘇構造帶不同區段構造變形剖面模式圖

圖5 克拉蘇構造帶各區塊最大有效古應力直方圖

聲發射證據顯示，克深區段至大北、博孜區段，古應力整體呈遞減趨勢（圖5），其主要原因是受溫宿古隆起及西秋古隆起遮擋影響。另外，博孜9井區古應力最低，顯示出構造擠壓對其造成的影響較小。在溫宿古隆起的遮擋下，博孜區段應力環境主要為正向擠壓、逆沖傳播的構造變形機制，局部井區為斜向壓扭、古隆（古凸起）控制，發育一系列斷背斜組合及突發構造，斷矩小，構造平衡剖面恢復的證據表明逆沖推覆擠壓量為6.7 km；大北區段主要為斜向壓扭、古隆控制、逆沖疊置的構造變形機制，發育一系列具走滑性質的逆沖疊瓦構造，逆沖推覆擠壓量為10.8 km；克深區段主要為正向擠壓、后緣逆沖抬升、前緣滑脫收縮的構造變形機制，發育一系列斷背斜組合及突發構造，斷矩大，逆沖推覆擠壓量達17.2 km。

4 差異構造變形對有效儲集空間的改造

差異化的構造變形機制使克拉蘇構造帶不同區段具有不同的構造變形樣式，根據其形成機制及典型特征分為壓扭型斷背斜、擠壓型高陡式斷背斜、擠壓型突發構造背斜、擠壓型寬緩式斷背斜等4種類型（表2）。差異構造變形過程使得這4類不同構造樣式下的油氣藏經歷了差異化的儲集空間構造改造過程，其中，壓扭型斷背斜受壓扭作用，構造改造程度最高；其余3類均為正向擠壓環境下形成，這3類中擠壓型高陡式斷背斜構造改造程度最高，其次為擠壓型突發構造背斜及擠壓型寬緩式斷背斜。

表2 克拉蘇構造帶構造類型及其特征統計表

4.1 不同構造樣式下構造減孔量

前人關于構造擠壓作用對儲層的減孔量做了大量工作[24-26]。該方法首先是恢復地層的原始孔隙度（φ原始），然后減去現今孔隙度（φ現今）、埋藏壓實減孔量（φ埋藏）和膠結成巖減孔量（φ膠結），同時添加溶蝕增孔量（φ溶蝕），其計算公式表達為：

砂巖地層原始孔隙度的恢復借用Beard等[27]采用濕砂填集試驗得到砂巖原始孔隙度與Trask分選系數的經驗公式：φ原始＝20.91＋22.90/So（So為Trask分選系數），按此公式計算博孜及克深區段砂巖原始孔隙度介于36.9%～39.2%，平均值為38.3%；埋藏壓實減孔量采用壽建峰等[28]關于庫車坳陷埋藏熱壓實校正曲線，而溶蝕增孔量（φ溶蝕）通過薄片鑒定的面孔率與實測孔隙度的相關關系取得。研究結果（圖6）表明，不同區段間構造擠壓減孔量存在一定差異，擠壓型突發構造背斜從構造變形機制來看，反沖斷層形成后，隨著擠壓推移量的增加，斷距量增加快，構造擠壓減孔量影響不大。以克深24區塊為例，古應力值為80 MPa，構造擠壓減孔量為12.5%，推測博孜9井區古應力值僅24.9 MPa，構造擠壓減孔量應更低。

圖6 克拉蘇構造帶博孜—克深區段構造減孔量分布直方圖

4.2 差異造縫期對儲層滲流能力的控制

白堊紀沉積期以來，克拉蘇構造帶經歷了3期構造運動，發育3期構造裂縫：早期拉張裂縫、中期剪切縫、晚期剪—張裂縫[29-30]。值得注意的是，不同裂縫形成期之間沒有絕對的界限，是交叉疊加過度的，且不同構造變形樣式其造縫期亦呈現一定差異，北部區塊發育的高陡式斷背斜完整經歷早、中、晚3期構造造縫，受晚期擠壓推覆影響最大，南部區塊發育的寬緩式斷背斜主要經歷晚期的構造造縫。

4.2.1 早—中期裂縫網絡加速了儲層的膠結成巖過程，不利于儲集空間的保存

受構造運動的影響，斷裂溝通不整合面而成為流體活動的通道。巖心觀察發現，早期裂縫常見碳酸鹽類的充填且有被溶蝕改造的痕跡；鏡下薄片觀察發現早期裂縫常繞過巖石顆粒，反映出張裂縫性質，同時，裂縫周邊顆粒一般為點接觸或漂浮接觸（圖7-a、b），表明膠結成巖時間較早。同時，利用碳氧同位素年代學分析古地溫的計算公式[31]：

式中T表示裂縫充填物形成時的溫度，℃；δ18O表示裂縫充填礦物的氧同位素值；δ18Ow表示形成充填礦物時水介質的氧同位素值。

克拉蘇構造帶巴什基奇克組屬于陸相碎屑巖地層，為偏堿性水介質環境的三角洲前緣沉積。在計算巴什基奇克組古地溫時，古湖水δ18Ow值取-8‰。巴什基奇克組早期構造裂縫充填物碳同位素值一般大于-0.5‰，氧同位素值一般小于-9.0‰，對應古地溫低于50 ℃（圖8），反映地層埋藏早期形成張裂縫；中期構造裂縫充填物碳同位素值介于-1.1‰～-3.4‰，氧同位素值介于-14.1‰～-16.8‰，對應古地溫介于50～120 ℃，反映地層埋藏中期形成剪切縫；氣藏區內儲層晚期構造裂縫未見充填物。

巴什基奇克組裂縫充填物主要以碳酸鹽類（方解石）為主，裂縫充填物碳氧同位素測年值對應古地溫介于85.7～124.8 ℃，反映了裂縫形成具有一定的時間跨度。鏡下微裂縫觀察表明，早期裂縫網絡加速了儲集空間的膠結及裂縫空間的充填，不利于儲層有效儲集空間的保存，加劇了儲層的非均質性，在克拉蘇構造帶北部區塊尤為典型。早期裂縫網絡成為成巖膠結的快速通道，使儲層的有效儲集空間被膠結物搶占，同時也使儲層的孔喉結構復雜化（圖7-c），影響后期油氣的快速飽和充注。博孜9井產層剖面分布的差氣層及含水氣層在一定程度上印證了早期縫網成巖對儲層儲集能力的影響。另外，巖心裂縫觀察證據表明，早期裂縫的膠結充填的范圍為不整合面以下約50 m，不整合面附近巖心中的構造裂縫被碳酸鹽類充填的同時，亦接受了上部不整合面流體溶蝕的有限改造。

4.2.2 中晚期裂縫網絡成為油氣運移通道，利于儲集空間的保存及溶蝕改造

中晚期裂縫可顯著改善儲層滲透率。巖心觀察與測試、CT掃描計算、完井測試及試采等資料表明，裂縫發育可有效提升儲層滲透率1～3個數量級。克拉蘇構造帶不同區段儲層中流體包裹體觀察發現，包裹體主要以氣—液兩相包裹體為主。均一溫度測試數據反應北部區塊包裹體均一溫度介于110～160℃，成藏時間較早；南部區塊包裹體均一溫度介于120～150 ℃，成藏時間較晚。

吉迪克組沉積末期，伴隨大規模的構造擠壓運動，儲層裂縫大量形成，先期形成的裂縫被再次改造，三疊系—侏羅系烴源巖天然氣開始向白堊系儲層充注，油氣沿斷層、裂縫網絡等優勢通道運移，有機酸溶蝕裂縫中的部分碳酸鹽充填物，對儲層基質孔喉的連通亦有一定的改善及提高。隨著天然氣的持續充注，儲層內壓力升高，流體活動減弱，成巖膠結作用減弱，巖石破裂產生的微裂縫溝通了裂縫周圍的孔喉，有效改善了儲層孔喉的連通性，提高了滲流能力[6]，并形成具有工業規模的克拉蘇構造帶油氣藏群。

4.2.3 縫網的膠結充填范圍及對水的封堵作用

圖7 克拉蘇構造帶巴什基奇克組儲層微觀照片

圖8 克拉蘇構造帶巴什基奇克組儲層裂縫/孔隙演化與熱史/埋藏史配置圖

流體活動疊加裂縫發育時期，對儲層成巖膠結影響較大。通過疊合不同區塊取心相對不整合面的位置，結合巖心觀測的統計數據發現：上部裂縫充填率較高，普遍超過50%，且充填膠結范圍為距不整合面約50 m以內（圖9），其成因主要為早期縫網溝通上覆膏巖層，加快了鈣、鎂離子的輸送，成巖膠結空間與縫網疊加，加劇了儲層的非均質性。另外，氣水界面以下的巖心裂縫充填情況的統計顯示，油氣充注后，水層中的裂縫充填更多，約占60%（圖9），反映了在裂縫形成不同時期，由于一直都在水體活動范圍內，水層中裂縫網絡充填更強，對水體上竄具有一定屏蔽作用。不同裂縫類型對水體封堵作用不同，低傾角小開度的縫網更易被充填，封堵效果更好，直立、大開度裂縫延伸更遠，若溝通了氣水界面，封堵差。

4.3 現今構造應力及成巖環境影響裂縫有效性

4.3.1 現今構造應力大小和方向影響裂縫有效性

利用有限元分析法開展克拉蘇構造帶現今應力場的數值模擬研究發現，各區段間現今水平應力的大小具有明顯差異性：單一的斷背斜上部地層水平應力為正值（拉張），下部地層水平應力為負值（擠壓），上部地層的應力小于下部地層；南部區塊以擠壓應力為主，為應力高值區，北部區塊上部地層為拉張應力，下部地層為擠壓應力，具有較明顯的分層性。

一般來說，裂縫走向與現今水平最大主應力平行，裂縫面正應力最小，有利于其保持開啟，成為流體滲流的通道；裂縫走向與水平最大主應力垂直，裂縫面正應力最大，則裂縫易被關閉，不利于流體滲流。根據克深區段FMI成像測井圖上誘導縫的分布位置及巖石破裂準則分析：克深區段現今水平主應力方向與裂縫走向相交，其交角越大，裂縫面所受正應力越大，裂縫地下有效開啟度將降低，反之，將有利于裂縫的有效開啟；從平面來看，背斜高部位裂縫主要走向與現今主應力交角較小，一般介于10°～30°，背斜翼部部分裂縫主要走向與現今主應力交角相對較大，一般大于45°（圖10）。

4.3.2 裂縫充填物類型差異

構造成巖環境對裂縫充填物的類型具有決定作用。克拉蘇構造帶北部區段裂縫充填程度較高，充填裂縫占比超過65%，其中克深5區塊為70%、克深6區塊為68%、克深24區塊為66%；南部區塊充填的構造裂縫占比較低，其中克深8區塊為27%，克深9區塊為26%，克深13區塊為22%（圖10）。充填物類型主要為方解石、白云石及硬石膏。北部克深5區塊、克深6區塊及克深2區塊大部分井的巖心裂縫充填物主要為方解石，南部克深8、克深9及克深13等區塊巖心裂縫充填物主要為白云石及硬石膏（圖10）。據裂縫充填物類型的差異，克拉蘇構造帶巴什基奇克組為辮狀河（扇）三角洲沉積，為山前物源、淡水搬運入寬淺湖的沉積，構造帶北部以淡水—半堿水介質成巖環境，南部以偏堿性水介質（鹽湖）成巖環境（圖10），即：克深5井—克深1井南—克深8井以南為偏堿性水介質（鹽湖）成巖環境，裂縫充填物類型以白云石、硬石膏為主，其以北地區為淡水—半堿水介質成巖環境，裂縫充填物類型以方解石為主。

5 結論

1）克拉蘇構造帶鹽下超深層儲層具有相同的沉積背景，但是儲層物性差異較大。其中，博孜區段儲層基質物性最好，裂縫較發育且有效性較好，但平面非均質性更強；其次為大北區段，儲層構造裂縫充填性高，裂縫有效性較差；克深區段埋深最大，儲層物性相對較低，北部區塊儲層構造裂縫縱向上具有較明顯的分層性。

2）克拉蘇構造帶北部南天山造山帶及南部古隆起整體控制儲層沉積格局及區塊的差異構造變形，形成巴什基奇克組儲層“西薄東厚”分布特征，博孜區段古應力最小，構造變形機制主要為正向擠壓、逆沖傳播，局部井區為斜向壓扭；大北區段主要為斜向壓扭，古應力較小，構造變形逆沖疊置；克深區段古應力最大，主要為正向擠壓、后緣逆沖抬升、前緣滑脫收縮。

3）差異構造變形使同一區段不同構造變形樣式的構造減孔量呈現較大差別，且直接控制不同區段造縫期與成巖膠結的疊加影響、中晚期裂縫網絡與油氣成藏期的配置關系，進而從空間上加劇了儲層的非均質性，是區段間產能差異的基礎改造因素。

4）現今構造應力的大小及方向影響裂縫有效性，南部為強擠壓應力區，背斜相對高部位裂縫走向與現今應力交角較小，裂縫有效性更好；構造成巖環境決定了構造裂縫充填物的類型，北部區塊以淡水—半堿水介質成巖環境為主，裂縫充填物類型為方解石，利于生產上開展酸化壓裂改造。