尚曉慶，劉洛夫，高小躍姜振學(xué)，劉國東，曾麗媛 （中國石油大學(xué) （北京）油氣資源與探測國家重點實驗室 中國石油大學(xué) （北京）盆地與油藏研究中心，北京102249）

斷裂－砂體復(fù)合輸導(dǎo)體系輸導(dǎo)效率的定量評價
——以庫車前陸盆地北帶白堊系為例

尚曉慶，劉洛夫，高小躍姜振學(xué)，劉國東，曾麗媛 （中國石油大學(xué) （北京）油氣資源與探測國家重點實驗室 中國石油大學(xué) （北京）盆地與油藏研究中心，北京102249）

作為庫車前陸盆地北帶白堊系油氣成藏的主控因素之一，斷裂－砂體復(fù)合輸導(dǎo)體系的輸導(dǎo)能力是決定油氣能否成藏以及成藏規(guī)模的重要條件。在對研究區(qū)輸導(dǎo)體系研究的基礎(chǔ)上，選取適合前陸盆地輸導(dǎo)體系的公式，分別計算了逆沖斷裂和砂體輸導(dǎo)體系的輸導(dǎo)效率；同時對不同構(gòu)造帶輸導(dǎo)體系的組合方式進行研究，擬定不同區(qū)帶斷裂、砂體輸導(dǎo)體系對油氣輸導(dǎo)的貢獻(xiàn)量。最后提出用權(quán)重法計算斷裂－砂體復(fù)合輸導(dǎo)體系輸導(dǎo)效率的模型公式，并對研究區(qū)的復(fù)合輸導(dǎo)效率進行評價。研究表明：受到沉積作用和山前構(gòu)造擠壓的雙重控制，斷裂－砂體復(fù)合輸導(dǎo)體系的輸導(dǎo)能力呈現(xiàn)出帶狀展布的特征，與已發(fā)現(xiàn)氣藏具有較好的相關(guān)性，證明該模型公式對于天然氣勘探具有一定的指導(dǎo)意義。其中，克拉地區(qū)斷裂－砂體復(fù)合輸導(dǎo)體系的相對輸導(dǎo)系數(shù)大于90×10－2，是研究區(qū)輸導(dǎo)條件最為有利的區(qū)域，其次為大北地區(qū)，再次為迪那地區(qū)。

輸導(dǎo)效率；復(fù)合輸導(dǎo)體系；白堊系；庫車前陸盆地北帶

中國中西部廣泛發(fā)育著具有擠壓構(gòu)造背景的中新生代前陸盆地，這些前陸盆地具有相似的油氣地質(zhì)特征，如具有多套儲蓋組合，下生上儲的特點，斷層是溝通下部烴源巖和上部儲層的通道等［1］。因此，油氣沿斷裂垂向輸導(dǎo)和沿砂體側(cè)向輸導(dǎo)的能力是影響前陸盆地天然氣成藏的一個重要因素，決定了油氣在何處成藏和成藏的規(guī)模。前人對于前陸盆地逆沖斷層以及砂體輸導(dǎo)體系的輸導(dǎo)效率進行過一些研究［2］，提出了相應(yīng)的計算模型［3，4］。但是，在含油氣系統(tǒng)里，輸導(dǎo)體系并非只以單一類型存在，常以幾種組合方式構(gòu)成復(fù)合輸導(dǎo)體系。庫車前陸盆地的輸導(dǎo)體系多以斷裂－砂體復(fù)合輸導(dǎo)體系的形式存在，但對復(fù)合輸導(dǎo)體系輸導(dǎo)效率的定量評價方面的研究則較少。筆者旨在通過對庫車前陸盆地北帶白堊系斷裂、砂體輸導(dǎo)體系的研究，對斷裂－砂體復(fù)合輸導(dǎo)體系輸導(dǎo)效率的計算方法進行探討，建立相關(guān)模型，評價其輸導(dǎo)性能，以期對前陸盆地油氣成藏研究和有利勘探區(qū)預(yù)測起到有益的指導(dǎo)作用。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

庫車前陸盆地是在元古界和古生界基底上發(fā)展起來的中、新生代前陸盆地。由于受喜馬拉雅造山作用的影響，在庫車前陸盆地形成了一系列逆沖斷層和與之相伴的褶皺構(gòu)造，從而形成了現(xiàn)今 “四帶三凹”的構(gòu)造格局。庫車前陸盆地北帶主要包括北部單斜帶、克拉蘇構(gòu)造帶、依奇克里克構(gòu)造帶、東秋里塔格構(gòu)造帶和陽霞凹陷、拜城凹陷，該次重點研究的地區(qū)為克拉蘇構(gòu)造帶東部的克拉地區(qū)、西部的大北地區(qū)以及東秋里塔格構(gòu)造帶的迪那地區(qū) （圖1）。

庫車前陸盆地北帶的儲層主要為白堊系、古近系，其次為侏羅系。白堊系巴什基奇克組 （K1bs）儲集層為辮狀河三角洲前緣亞相砂體，厚度大，物性好，為庫車前陸盆地的主力儲層，也是該次研究的目的層。來自三疊系、侏羅系烴源巖的油氣若要進入白堊系聚集成藏，就必須克服侏羅系上部和白堊系下部泥巖層的阻隔，這就使得溝通下伏烴源巖和上覆圈閉的斷裂成為油氣成藏的必要條件。以斷裂垂向輸導(dǎo)為主，砂體側(cè)向輸導(dǎo)為輔的輸導(dǎo)體系是白堊系油氣藏形成的關(guān)鍵因素之一。因此，斷裂－砂體復(fù)合輸導(dǎo)體系輸導(dǎo)效率的評價是庫車前陸盆地北帶白堊系油氣成藏研究中最為重要的環(huán)節(jié)之一。

圖1 庫車前陸盆地北帶區(qū)域位置及構(gòu)造分區(qū)

2 斷裂和砂體輸導(dǎo)系數(shù)及其物理意義

2.1 斷裂輸導(dǎo)系數(shù)

國內(nèi)外學(xué)者從不同的角度對斷裂的輸導(dǎo)作用進行了大量的研究，包括斷裂帶內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)特征、斷層的封閉性、斷裂輸導(dǎo)流體的動力學(xué)機理、斷裂帶流體活動特征的識別、影響斷裂輸導(dǎo)能力的因素等［5～9］。孫永河、呂延防等［10］對斷裂的輸導(dǎo)效率進行了研究和探討，指出斷裂的輸導(dǎo)能力主要受斷裂帶寬度、斷裂密度、延伸長度和斷層傾角的影響。因此，提出用斷裂的輸導(dǎo)系數(shù)來定量表征其輸導(dǎo)能力，并將這一參數(shù)應(yīng)用于庫車前陸盆地北帶和準(zhǔn)南褶皺沖斷帶［4，11］：

式中，R斷為斷裂輸導(dǎo)系數(shù)；Ci為水力半徑，km；Li為第i條斷裂延伸長度，km；Hi為斷裂的斷距，km；Ti為斷裂帶寬度為第i條斷裂傾角，（°）；S為研究區(qū)面積，km2，取10km×10km為一個計算單元；n為斷裂條數(shù)。

2.2 砂體輸導(dǎo)系數(shù)

作為庫車前陸盆地油氣側(cè)向運移的主要通道，砂體的輸導(dǎo)能力是影響輸導(dǎo)體系輸導(dǎo)能力的另一個關(guān)鍵因素。砂體輸導(dǎo)體系的輸導(dǎo)能力在微觀上主要受砂體的連通性和物性影響［12，13］。前人運用砂體厚度和孔隙度來表征砂體的輸導(dǎo)能力［14］，而該次研究采用有油氣顯示層段的砂體及其孔隙度來計算輸導(dǎo)系數(shù)。這是因為有油氣顯示表明油氣曾沿其運移過，為有效輸導(dǎo)通道。因此，定義砂體中油氣顯示層段的厚度和孔隙度的乘積為砂體的輸導(dǎo)系數(shù)，表征的是油氣運移的有效空間：

式中，R砂為砂體的輸導(dǎo)系數(shù)；hj為第j段砂體有油氣顯示層段的厚度，m；Kj為第j段砂體有油氣顯示層段的孔隙度，%；N為砂體內(nèi)有油氣顯示層段的數(shù)量。

3 斷裂－砂體復(fù)合輸導(dǎo)體系的輸導(dǎo)系數(shù)及高效輸導(dǎo)區(qū)分布預(yù)測

3.1 斷裂輸導(dǎo)

只有斷穿侏羅系、白堊系巨厚泥巖隔層，溝通下伏烴源巖與白堊系圈閉，且未斷穿古近系膏鹽巖蓋層的鹽下斷裂，才具有輸導(dǎo)意義。因此，此次僅針對該類斷裂進行研究。研究表明，庫車前陸盆地北帶白堊系油氣成藏受控于斷裂，主要表現(xiàn)為：①目前已發(fā)現(xiàn)的油氣藏均沿斷裂分布；②斷裂發(fā)育的規(guī)模（斷距、斷裂密度、斷裂帶寬度、延伸長度等）和產(chǎn)狀 （傾角等）與油氣地質(zhì)儲量有明顯的正相關(guān)關(guān)系，斷層斷穿的層位控制了油氣分布的層位；③油氣成藏的圈閉多是與斷層相關(guān)的圈閉。

輸導(dǎo)效率的高低與鹽下斷裂的分布密切相關(guān)，輸導(dǎo)效率高值區(qū)分布在主干斷裂附近且斷裂密集的地區(qū) （圖2）。克拉地區(qū)的斷層斷距、傾角大，在克拉1井－克拉2井一線輸導(dǎo)系數(shù)大于700×10－4，輸導(dǎo)效率最高，為研究區(qū)最有利的斷裂輸導(dǎo)區(qū)域；其次為大北地區(qū)，在大北104井附近輸導(dǎo)系數(shù)大于200×10－4。這些地區(qū)斷裂輸導(dǎo)油氣的能力相對較好，有利于油氣沿鹽下斷裂發(fā)生垂向運移，是白堊系油氣成藏的有利條件。研究區(qū)主要氣田大都分布在高效輸導(dǎo)體系范圍內(nèi)，說明斷裂輸導(dǎo)體系對天然氣成藏起著重要的控制作用。

圖2 庫車前陸盆地北帶白堊系斷裂輸導(dǎo)系數(shù)平面分布圖

3.2 砂體輸導(dǎo)

白堊系巴什基奇克組是庫車前陸盆地北帶的主力儲集層之一，砂體厚度大、延伸范圍廣、物性好，也是油氣側(cè)向運移的重要通道。有油氣顯示的層段表明油氣曾沿其運移過，所以認(rèn)為油氣顯示段的砂體為有效輸導(dǎo)層。白堊系巴什基奇克組有效輸導(dǎo)層的累計厚度在1～211m，范圍變化很大，大部分位于50～100m。其中克拉地區(qū)大部分井的有效輸導(dǎo)層的累計厚度大于200m，厚度最大；大北地區(qū)次之，基本上都介于50～150m之間；迪那地區(qū)有效輸導(dǎo)層累計厚度相對較小，總體上小于100m。受研究區(qū)北部南天山物源的控制，研究區(qū)的砂體厚度及物性自北向南逐漸減小，這就使得自物源區(qū)向凹陷區(qū)砂體輸導(dǎo)能力也依次減弱。將輸導(dǎo)系數(shù)大于500的地區(qū)作為高效輸導(dǎo)區(qū)，高效輸導(dǎo)區(qū)主要分布在克拉地區(qū)的克深2井－克拉205井，大北地區(qū)的大北2井－大北3井，迪那地區(qū)的迪那201井附近?？傮w上，克拉地區(qū)的砂體輸導(dǎo)能力最強，其次為大北地區(qū)，再次為迪那地區(qū) （圖3）。

圖3 庫車前陸盆地北帶白堊系巴什基奇克組砂體輸導(dǎo)系數(shù)平面分布圖

3.3 斷裂－砂體復(fù)合輸導(dǎo)體系的輸導(dǎo)系數(shù)

3.3.1 系數(shù)模型

盡管庫車前陸盆地北帶輸導(dǎo)體系總體特征是以斷裂輸導(dǎo)為主，砂體輸導(dǎo)為輔，但是不同地區(qū)斷裂和砂體的發(fā)育特征及組合方式不同，對油氣運移的相對貢獻(xiàn)量不同，進而影響了斷裂－砂體復(fù)合輸導(dǎo)體系的輸導(dǎo)能力。

因此，在研究斷裂－砂體復(fù)合輸導(dǎo)體系的輸導(dǎo)能力時，首先應(yīng)將斷裂、砂體的輸導(dǎo)系數(shù)進行歸一化，將其歸一化到0和1之間，獲得相對輸導(dǎo)系數(shù)；然后按照不同地區(qū)斷裂、砂體輸導(dǎo)能力的差異，賦予不同的權(quán)重系數(shù)，最終得出斷層－砂體復(fù)合輸導(dǎo)體系的相對輸導(dǎo)系數(shù) （表1）。

表1 庫車前陸盆地北帶白堊系斷裂－砂體復(fù)合輸導(dǎo)體系輸導(dǎo)系數(shù)

1）斷裂的相對輸導(dǎo)系數(shù)：

式中，R斷r為斷裂的相對輸導(dǎo)系數(shù)；R斷i為第i個研究分區(qū)的斷裂輸導(dǎo)系數(shù)；R斷max為研究區(qū)最大的斷裂輸導(dǎo)系數(shù)。

2）砂體的相對輸導(dǎo)系數(shù)：

式中，R砂r為砂體的相對輸導(dǎo)系數(shù)；R砂i為第i個研究分區(qū)的砂體輸導(dǎo)系數(shù)；R砂max為研究區(qū)的最大砂體輸導(dǎo)系數(shù)。

3）斷裂 －砂體復(fù)合輸導(dǎo)系數(shù)：

式中，Rr為斷裂－砂體復(fù)合輸導(dǎo)體系的相對輸導(dǎo)系數(shù)；f斷為斷裂輸導(dǎo)所占權(quán)重，取值0～1；f砂為砂體的輸導(dǎo)所占的權(quán)重，取值0～1。

3.3.2 權(quán)重的選取

權(quán)重主要反映斷裂、砂體對油氣運移的相對貢獻(xiàn)量。影響斷裂、砂體輸導(dǎo)性能的因素主要包括以下幾個方面：①斷層的密度；②斷層的傾角、斷距；③砂體的發(fā)育程度和物性。斷裂密度越大、傾角、斷距越大，其輸導(dǎo)能力越強。砂體越發(fā)育、物性越好，其側(cè)向運移的距離遠(yuǎn)，砂體的輸導(dǎo)性能就越好。因此，可以根據(jù)不同構(gòu)造帶斷裂和砂體輸導(dǎo)體系的發(fā)育特征及其對運移的貢獻(xiàn)能力的差異性，賦予不同的權(quán)重系數(shù)，斷裂－砂體復(fù)合輸導(dǎo)體系總的權(quán)重系數(shù)為1，即：f斷＋f砂＝1。

在對不同構(gòu)造帶斷裂、砂體輸導(dǎo)體系綜合研究的基礎(chǔ)上，建立了庫車前陸盆地北帶不同構(gòu)造帶的輸導(dǎo)模式 （圖4）。目的是從各個方面分析輸導(dǎo)性能的影響因素，找出斷裂、砂體輸導(dǎo)體系對油氣運移貢獻(xiàn)量的區(qū)域差異，定義其權(quán)重值。總體來說，油氣沿斷層垂向運移距離相對較長，約2～3km，沿砂體側(cè)向運移的距離相對較短，約0～1km，砂體的輸導(dǎo)性能不如斷裂。因此在賦值時，將斷裂權(quán)重賦值大于0.5，砂體的輸導(dǎo)系數(shù)賦值小于0.5。對于斷裂輸導(dǎo)體系而言，克拉地區(qū)的斷裂密度、傾角、斷距大，輸導(dǎo)能力最強，其次為大北和迪那地區(qū) （圖4）。輸導(dǎo)層的物性也為克拉地區(qū)最大，其次為迪那地區(qū)，再次為大北地區(qū)。但是，由于斷層的分隔作用，克拉地區(qū)的側(cè)向運移距離最短，砂體相對于斷層來說輸導(dǎo)能力最弱 （表1）。在上述研究的基礎(chǔ)上，對不同地區(qū)的輸導(dǎo)體系賦予不同的權(quán)重值。研究區(qū)斷裂輸導(dǎo)能力最強的為克拉地區(qū)，斷裂輸導(dǎo)權(quán)重為0.9，砂體為0.1；大北地區(qū)斷裂輸導(dǎo)權(quán)重為0.8，砂體為0.2；迪那地區(qū)斷裂輸導(dǎo)權(quán)重為0.6，砂體為0.4（表1）。

圖4 斷裂－砂體復(fù)合輸導(dǎo)體系的輸導(dǎo)特征及輸導(dǎo)模式圖

3.4 高效輸導(dǎo)區(qū)的分布預(yù)測

圖5 庫車前陸盆地北帶白堊系斷裂－砂體復(fù)合輸導(dǎo)體系的相對輸導(dǎo)系數(shù)平面分布圖

白堊系巴什基奇克組砂體－斷裂復(fù)合輸導(dǎo)體系的輸導(dǎo)系數(shù)分布 （表1，圖5）表明，克拉地區(qū)的相對輸導(dǎo)系數(shù)最高，在克拉2井附近達(dá)90×10－2，是研究區(qū)輸導(dǎo)條件最有利的區(qū)域；其次為大北地區(qū)，存在一個相對輸導(dǎo)系數(shù)大于20×10－2的高值區(qū)；再次為迪那地區(qū)，相對輸導(dǎo)系數(shù)偏低，均小于20×10－2。因為克拉地區(qū)斷層的斷距、傾角較大，斷裂的垂向輸導(dǎo)能力強，砂體的物性也較好，斷裂和砂體的匹配相對較好，有利于油氣沿油源斷層和砂體進行垂向和側(cè)向運移。而大北地區(qū)斷裂規(guī)模較克拉地區(qū)小。迪那地區(qū)因靠近陽霞凹陷，距離山前逆沖斷裂帶和物源區(qū)都較遠(yuǎn)，斷裂活動弱，且砂體相對不發(fā)育，物性也較差，使得斷裂－砂體復(fù)合輸導(dǎo)體系輸導(dǎo)能力較差。

4 結(jié) 論

1）庫車前陸盆地北帶白堊系斷裂輸導(dǎo)體系的輸導(dǎo)能力取決于斷裂的發(fā)育規(guī)模 （密度、延伸長度、斷裂帶寬度）和產(chǎn)狀 （傾角等）等特征?？傮w上，自北向南克拉蘇構(gòu)造帶、東秋里塔格構(gòu)造帶、拜城－陽霞凹陷輸導(dǎo)能力依次降低。其中克拉地區(qū)的斷裂輸導(dǎo)系數(shù)大于700×10－4，為研究區(qū)最為有利的斷裂輸導(dǎo)區(qū)域，其次為大北地區(qū)，斷裂輸導(dǎo)系數(shù)大于200×10－4。

2）庫車前陸盆地北帶白堊系巴什基奇克組砂體的輸導(dǎo)能力主要受控于砂體的連通性和物性?？死貐^(qū)砂體的輸導(dǎo)能力最強，大部分砂體的輸導(dǎo)系數(shù)都大于500，其高效輸導(dǎo)范圍最大，其次為大北地區(qū)，再次為迪那地區(qū)。

3）通過對研究區(qū)斷裂、砂體輸導(dǎo)體系的發(fā)育特征及其組合關(guān)系的研究，依據(jù)斷裂、砂體對油氣運移的貢獻(xiàn)量來賦予權(quán)重，建立了評價斷裂－砂體復(fù)合輸導(dǎo)體系輸導(dǎo)效率的模型，綜合評價了其輸導(dǎo)效率。

4）受到沉積作用和山前構(gòu)造擠壓的雙重控制，庫車前陸盆地北帶白堊系斷裂－砂體復(fù)合輸導(dǎo)體系的輸導(dǎo)能力呈現(xiàn)出帶狀展布特征，與已經(jīng)發(fā)現(xiàn)氣藏具有良好的相關(guān)性。其中克拉地區(qū)斷裂－砂體復(fù)合輸導(dǎo)體系的相對輸導(dǎo)系數(shù)高達(dá)90×10－2，是研究區(qū)輸導(dǎo)條件最為有利的區(qū)域，其次為大北地區(qū)，其斷裂－砂體復(fù)合輸導(dǎo)體系的相對輸導(dǎo)系數(shù)達(dá)20×10－2，而迪那地區(qū)油氣輸導(dǎo)條件相對較差。

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Quantitative Evaluation of Transporting Efficiency of Composite Fault－sand Body Pathway System——By Taking the Cretaceous in the North Belt of Kuqa Foreland Basin for Example

SHANG Xiao－qing，LIU Luo－fu，GAO Xiao－yue，JIANG Zhen－xue，LIU Guo－dong，ZENG Li－yuan（Author's Address：State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting，China University of Petroleum；Basin and Reservoir Research Center，China University of Petroleum，Beijing102249，China）

The fault－sand body composite pathway system was one of the major controlling factors of hydrocarbon accumulation.Based on the research of pathway system，the transporting efficiency of thrust fault and sand body pathway system was calculated by choosing suitable formula for foreland basin.The contributions to the petroleum migration of the fault and sand body pathway system in different regions were determined after the combination way of pathway system in different structural belts is studied.The model formula of the transporting efficiency of fault－sand body composite pathway system is formed by using weight method，and then the transporting efficiency of the studied area is evaluated.The transporting ability of fault－sand body composite pathway system has good relation with the found hydrocarbon characterized by zonal distribution.It is demonstrated that the model formula is the guidance for gas reservoir exploration.The Kela Region is the most favorable area for the fault－sand body composite pathway system，with the relative transporting index bigger than 90×10－2，followed by Dabei and Dina Regions.

transporting efficiency；composite pathway system；Cretaceous System；the north belt of Kuqa Foreland Basin

TE122.1

A

1000－9752 （2012）03－0038－06

2011－11－07

國家科技重大專項 （2008ZX05003－002）；油氣資源與探測國家重點實驗室項目 （prp2009－02）。

尚曉慶 （1984－），女，2006年大學(xué)畢業(yè)，博士生，現(xiàn)主要從事油氣成藏地質(zhì)研究工作。

［編輯］ 宋換新