孫雄偉,侯貴廷,于 璇,魏紅興,莫 濤,周 露,謝亞妮,羅海寧

(1.塔里木油田 勘探開(kāi)發(fā)研究院,新疆 庫(kù)爾勒 841000;2.北京大學(xué) 地球與空間科學(xué)學(xué)院,教育部造山帶與地殼演化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100871)

0 引 言

低滲砂巖儲(chǔ)層(例如致密砂巖)滲透率低于0.1 mD,儲(chǔ)集性差,勘探開(kāi)發(fā)難度很大。美國(guó)巴肯致密砂巖氣田和鄂爾多斯盆地湖盆中心的致密砂巖油田處于構(gòu)造作用較弱的穩(wěn)定地區(qū),天然裂縫不發(fā)育,油氣開(kāi)發(fā)需要人工壓裂技術(shù)(鄒才能等,2013)。若致密砂巖處于前陸沖斷帶,受到強(qiáng)烈的構(gòu)造作用,發(fā)育天然的構(gòu)造裂縫,有利于提高致密砂巖的儲(chǔ)集性和滲透能力,形成裂縫性低滲油氣藏。前陸沖斷帶低滲砂巖區(qū)構(gòu)造裂縫地質(zhì)建模及發(fā)育機(jī)制是目前前陸區(qū)構(gòu)造裂縫發(fā)育規(guī)律研究的重要問(wèn)題。

加拿大阿爾伯塔盆地的前陸沖斷帶深部致密砂巖氣是世界上最早開(kāi)展研究的深盆氣(何登發(fā)等,2005)。阿爾伯塔盆地的前陸沖斷帶及前淵坳陷在3000～4000 m深部發(fā)育侏羅系和下白堊統(tǒng)致密砂巖,下白堊統(tǒng)頁(yè)巖為區(qū)域蓋層。自西向東的沖斷作用,導(dǎo)致深部致密砂巖發(fā)育構(gòu)造裂縫,提高了致密砂巖儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性。庫(kù)車(chē)坳陷北部山前也具有與阿爾伯塔盆地山前類(lèi)似的構(gòu)造和致密砂巖儲(chǔ)層,值得借鑒。庫(kù)車(chē)坳陷相繼發(fā)現(xiàn)了大北氣田、克深氣田和迪北氣田等致密砂巖氣田,占塔里木油田新發(fā)現(xiàn)油氣藏的80%～90%。庫(kù)車(chē)北部山前沖斷帶控制裂縫發(fā)育的構(gòu)造因素是庫(kù)車(chē)坳陷致密砂巖氣勘探開(kāi)發(fā)急需研究的重要課題。

庫(kù)車(chē)坳陷的裂縫研究多數(shù)集中在鉆孔資料的構(gòu)造裂縫研究。曾聯(lián)波等(2008)利用測(cè)井資料解釋分析了前陸沖斷帶地下裂縫的產(chǎn)狀和分布。張鵬等(2011)、孟慶峰等(2011)分別開(kāi)展了巖性和層厚控制裂縫發(fā)育的研究。戴俊生等(2003,2011)利用有限元模擬方法研究了泥巖對(duì)砂巖裂縫的阻隔作用及裂縫發(fā)育的應(yīng)力敏感性。利用彈性力學(xué)有限元數(shù)值模擬方法研究構(gòu)造裂縫形成機(jī)制和開(kāi)展裂縫分布的預(yù)測(cè),一直是裂縫油氣藏研究的重要方法(丁中一等,1998;周新桂,2005;鞠瑋等,2013)。近些年,國(guó)內(nèi)外開(kāi)始利用粘彈性有限元數(shù)值模擬技術(shù)研究斷層相關(guān)褶皺變形中所產(chǎn)生的裂縫發(fā)育過(guò)程(Smart et al.,2012;Ju et al.,2014),都具有理論意義以及應(yīng)用價(jià)值。

斷裂和褶皺控制的構(gòu)造裂縫多數(shù)呈帶狀分布,即“構(gòu)造裂縫發(fā)育帶”,具有較高的裂縫密度,國(guó)外把這個(gè)“裂縫發(fā)育帶”稱為“破損帶”(Damage Zone)(Gudmundsson et al.,2010)。前陸沖斷帶致密砂巖裂縫發(fā)育機(jī)制的研究就是分析各種構(gòu)造(斷層和褶皺)控制“裂縫發(fā)育帶(即破損帶)”分布規(guī)律及其控制因素,探討構(gòu)造裂縫發(fā)育的構(gòu)造影響因素。由于構(gòu)造現(xiàn)象在鉆孔資料中不能系統(tǒng)全面地連續(xù)體現(xiàn),僅利用鉆孔資料不能開(kāi)展各種構(gòu)造控制裂縫發(fā)育機(jī)制的研究。庫(kù)車(chē)坳陷北部山前的單斜帶(Ⅰ)和克-依背斜帶(ⅠⅠ)發(fā)育連續(xù)的地質(zhì)露頭,出露各種連續(xù)的構(gòu)造剖面,為研究各種構(gòu)造控制裂縫發(fā)育的地質(zhì)建模提供了寶貴的基地(圖1)。本文以庫(kù)車(chē)坳陷北部山前各構(gòu)造剖面的裂縫測(cè)量為基礎(chǔ),研究前陸沖斷帶內(nèi)斷裂和褶皺控制裂縫發(fā)育的規(guī)律性。

圖1 庫(kù)車(chē)坳陷地質(zhì)簡(jiǎn)圖及剖面位置Fig.1 Geological map of the Kuqa Depression and location of sections

1 裂縫的分級(jí)與分期

構(gòu)造裂縫(Structural fractures)實(shí)際上是在某一個(gè)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)作用下巖石破裂的結(jié)果(Van Golf-Racht,1989;侯貴廷,1994)。構(gòu)造裂縫是由構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、應(yīng)力作用形成的裂縫,一般成組出現(xiàn)、走向穩(wěn)定、能指示應(yīng)力方向,與構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)密切相關(guān)。一般來(lái)說(shuō),發(fā)生相對(duì)位移的裂縫為斷層,而沒(méi)有發(fā)生顯著位移的裂縫稱為節(jié)理,多數(shù)構(gòu)造裂縫相當(dāng)于構(gòu)造地質(zhì)學(xué)中的節(jié)理。而非構(gòu)造成因裂縫主要是溶蝕縫、壓實(shí)縫、風(fēng)化縫、層間縫和沉積裂縫。另外,還有鉆井成因縫和人工壓裂縫,是由機(jī)械作用或水力壓裂強(qiáng)制形成的人工裂縫(Van Golf-Racht,1989)。

構(gòu)造裂縫按力學(xué)性質(zhì)進(jìn)一步可劃分為張性裂縫、剪性裂縫和壓性裂縫,以及張剪性裂縫和壓剪性裂縫,一般純的張性裂縫和壓性裂縫少見(jiàn),多見(jiàn)剪性裂縫和張剪性裂縫。張性裂縫多表現(xiàn)為不規(guī)則的邊界;剪性裂縫表現(xiàn)為平直的可切穿顆粒和切穿多層的特點(diǎn);壓性裂縫多數(shù)表現(xiàn)為波浪狀和劈理性質(zhì)。不同地質(zhì)時(shí)期存在著不同類(lèi)型的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及不同形式的應(yīng)力作用,由此生成的構(gòu)造裂縫形態(tài)和走向也各有不同。多期構(gòu)造裂縫彼此之間相交、切割和改造,形成地下構(gòu)造裂縫網(wǎng)絡(luò)(侯貴廷,1994)。

構(gòu)造裂縫可以根據(jù)長(zhǎng)度分級(jí),也可以根據(jù)開(kāi)度或穿層性分級(jí),目前多數(shù)以裂縫的長(zhǎng)度為主要分級(jí)依據(jù)。參考Van Golf-Racht (1989)的裂縫分類(lèi)方案,本文主要按裂縫長(zhǎng)度分級(jí),其次,再考慮裂縫的開(kāi)度、產(chǎn)狀和穿層性等。按裂縫長(zhǎng)度為主可以將構(gòu)造裂縫劃分為四級(jí)裂縫。

Ⅰ級(jí)縫(大型裂縫):長(zhǎng)度介于幾十米至幾百米,開(kāi)度為厘米級(jí),類(lèi)似斷層級(jí)的裂縫,如斷距較小的微斷裂、巨型節(jié)理,野外露頭可見(jiàn),FMⅠ(成像測(cè)井)中偶見(jiàn)。

ⅠⅠ級(jí)縫(中型裂縫):長(zhǎng)度多為幾米至十幾米,開(kāi)度為幾十微米至幾十毫米級(jí),在 FMⅠ中常見(jiàn),巖心可見(jiàn)的高角度縫、網(wǎng)狀縫、斜交縫等。

ⅠⅠⅠ級(jí)縫(小型裂縫):長(zhǎng)度近于幾厘米至幾十厘米,開(kāi)度為幾微米至幾十微米級(jí),在部分巖心中可見(jiàn),微米 CT中可見(jiàn)的小裂縫和鑄體薄片中可見(jiàn)的貫穿顆粒的裂縫。

ⅠV級(jí)縫(微型裂縫):長(zhǎng)度為毫米級(jí)、微米級(jí),開(kāi)度為納米級(jí)至幾微米級(jí),主要為粒緣縫和粒內(nèi)縫,僅在納米CT、激光共聚焦、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡下可見(jiàn)。

野外發(fā)育的裂縫通常以大型和中小型裂縫為主,例如:庫(kù)車(chē)前陸沖斷帶發(fā)育的構(gòu)造裂縫就是以中小型裂縫為主(圖2a,b,c),其次是大型裂縫(圖2d)。微型裂縫在野外見(jiàn)不到,僅能在顯微鏡下觀察到。

庫(kù)車(chē)前陸沖斷帶的基本構(gòu)造類(lèi)型是斷層相關(guān)褶皺,因此構(gòu)造裂縫的成因及其發(fā)育期次與褶皺的形成過(guò)程密切相關(guān)。

圖2 庫(kù)車(chē)地區(qū)克拉蘇剖面的構(gòu)造裂縫分級(jí)及期次劃分Fig.2 The ranks and episodes of the outcrop fractures in the Kelasu section,Kuqa

褶皺內(nèi)發(fā)育的構(gòu)造裂縫也不是全部屬于褶皺成因的裂縫,也有一些裂縫形成于褶皺之前,因此,褶皺內(nèi)發(fā)育的構(gòu)造裂縫至少可以劃分為三期:褶皺之前形成的裂縫、同褶皺期形成的裂縫和褶皺之后形成的裂縫(圖2、3)。以克-依背斜帶的克拉蘇河剖面裂縫考察為基礎(chǔ)(圖1中的克拉蘇河剖面),根據(jù)褶皺地層和構(gòu)造演化期次及野外裂縫的交切關(guān)系,庫(kù)車(chē)坳陷北部前陸沖斷帶的構(gòu)造裂縫可以劃分出三期構(gòu)造裂縫:前褶皺期裂縫、同褶皺期裂縫和后褶皺期裂縫。

前褶皺期裂縫:以層內(nèi)中小型正交縫為主,被充填或半充填,穿層性較差;通常在褶皺前期形成,與地層產(chǎn)狀相關(guān),與地層正交,穿層性差,多為層內(nèi)正交縫。通常較緩的地層發(fā)育高角度裂縫,形成較早,被中期斜交縫切割(圖3a,3b)。

同褶皺期裂縫:以中型斜交縫為主,多數(shù)被充填,可能為層間滑動(dòng)成因,穿層性較強(qiáng);通常為同褶皺期,呈雁列的張性脈,切割早期的正交裂縫(圖2a,2b,2c)。同褶皺期還可以在背斜頂部轉(zhuǎn)折端(中和面之上)發(fā)育高角度縱張裂縫,在下部(中和面之下)尤其核部受局部擠壓作用而發(fā)育多傾角的剪裂縫,裂縫傾角變化較大(圖3b)。

圖3 庫(kù)車(chē)地區(qū)各級(jí)各期裂縫的發(fā)育模式Fig.3 Model for the ranks and episodes of fracture development in Kuqa

后褶皺期裂縫:褶皺后期還可以發(fā)育少量大型垂直裂縫,穿層性非常強(qiáng),可以切穿之前形成的所有裂縫,開(kāi)度大,多數(shù)未充填。這些大型裂縫的走向通常與區(qū)域主壓應(yīng)力方向一致,在庫(kù)車(chē)前陸沖斷帶區(qū)這類(lèi)大型裂縫的走向?yàn)榻媳毕?圖2d)。

2 前陸沖斷帶構(gòu)造裂縫的主控因素分析

控制裂縫發(fā)育的因素有很多,包括巖性、層厚和各種構(gòu)造。對(duì)于構(gòu)造作用較弱的地區(qū),主控因素為巖性和層厚,例如鄂爾多斯盆地湖盆中部的裂縫不十分發(fā)育,這些裂縫主要受砂體分布和層厚影響(趙文韜等,2013)。對(duì)于弱構(gòu)造作用區(qū)層厚和巖性(尤其砂泥互層)控制裂縫發(fā)育的方面已有多位學(xué)者開(kāi)展了研究(戴俊生等,2011;孟慶峰等,2011;張鵬等,2011)。而對(duì)于庫(kù)車(chē)坳陷北緣的山前沖斷帶強(qiáng)構(gòu)造作用地區(qū),構(gòu)造裂縫發(fā)育的主控因素是斷層和斷層相關(guān)褶皺。

庫(kù)車(chē)坳陷是一種再生前陸盆地,雖然不是由海相發(fā)展而來(lái)的典型前陸盆地,但仍具有典型的前陸沖斷構(gòu)造(楊庚和錢(qián)祥麟,1995;盧華復(fù)等,2000)。庫(kù)車(chē)坳陷自北向南分為北部單斜帶、克-依背斜帶、拜城凹陷、陽(yáng)霞凹陷和秋里塔格背斜帶(圖1)(楊海軍和朱光有,2013)。其中,北部單斜帶和克-依背斜帶是庫(kù)車(chē)坳陷北部與前陸沖斷帶密切相關(guān)的裂縫發(fā)育區(qū)。該地區(qū)發(fā)育各種與前陸沖斷帶相關(guān)的斷裂和褶皺,構(gòu)造變形強(qiáng)烈,構(gòu)造類(lèi)型豐富,是研究各種類(lèi)型構(gòu)造控制裂縫發(fā)育的優(yōu)質(zhì)露頭區(qū)。

2.1 裂縫發(fā)育的褶皺控制因素

在庫(kù)車(chē)坳陷的前陸沖斷帶內(nèi)發(fā)育各種褶皺構(gòu)造,并在褶皺內(nèi)發(fā)育各種構(gòu)造裂縫,包括縱張裂縫、橫張裂縫和斜交裂縫等。針對(duì)前陸沖斷帶各種構(gòu)造,我們開(kāi)展了8條大剖面的裂縫測(cè)量工作(圖1)。以庫(kù)車(chē)河的比尤勒包谷孜背斜(庫(kù)車(chē)河大剖面的 KC7小剖面)為例(剖面位置見(jiàn)圖1),研究背斜控制構(gòu)造裂縫發(fā)育的規(guī)律性。我們?cè)谠擇薨櫟耐粚游粡哪弦斫?jīng)轉(zhuǎn)折端至北翼布置測(cè)線,共布置了 8個(gè)構(gòu)造裂縫測(cè)量點(diǎn)(圖4a),主要測(cè)量每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的構(gòu)造裂縫面密度。每個(gè)測(cè)量點(diǎn)實(shí)際上為一個(gè)測(cè)量面,該測(cè)量面內(nèi)所有構(gòu)造裂縫的長(zhǎng)度之和除以該測(cè)量面的面積就是裂縫面密度(單位:m-1)。該褶皺剖面上各測(cè)量點(diǎn)的裂縫面密度分布情況見(jiàn)圖4a,可見(jiàn)轉(zhuǎn)折端點(diǎn)5的裂縫密度明顯比兩翼的裂縫密度要高。進(jìn)一步利用Matlab對(duì)該褶皺所有測(cè)量點(diǎn)的裂縫面密度進(jìn)行回歸分析,分析裂縫面密度與距褶皺軸面距離的關(guān)系(圖4b)。

圖4 比尤勒包谷孜背斜(KC7剖面)構(gòu)造裂縫面密度分布圖Fig.4 Distribution of fracture density in the KC7 section of the Biyoulebaoguz fold

根據(jù)裂縫野外測(cè)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果對(duì)比,背斜轉(zhuǎn)折端的裂縫面密度明顯大于兩翼的裂縫面密度(圖4a)。褶皺同一層各個(gè)測(cè)點(diǎn)的裂縫面密度隨著距褶皺軸面距離的增大而降低,顯示出較好的指數(shù)關(guān)系(圖4b),相關(guān)關(guān)系式為 lgy=-0.0013x-0.4186,相關(guān)系數(shù) R=0.93。褶皺的轉(zhuǎn)折端和兩翼對(duì)構(gòu)造裂縫發(fā)育程度控制的差異性呈指數(shù)分布說(shuō)明褶皺轉(zhuǎn)折端對(duì)裂縫具有很強(qiáng)的控制,并具有很強(qiáng)的構(gòu)造局部性,即:在褶皺的轉(zhuǎn)折端裂縫相對(duì)比較發(fā)育,而在兩翼裂縫密度明顯地呈指數(shù)下降。因此,與褶皺相關(guān)的構(gòu)造裂縫明顯受到褶皺變形強(qiáng)烈的局部構(gòu)造部位的控制,如轉(zhuǎn)折端。

另外,庫(kù)車(chē)坳陷東部的庫(kù)如力向斜和克孜勒努爾溝背斜也具有相同的裂縫發(fā)育程度分布特征,即距褶皺的軸面和轉(zhuǎn)折端越近,裂縫密度越高,這里不詳細(xì)敘述了。

2.2 斷裂控制裂縫發(fā)育的分帶性

前陸沖斷帶除了褶皺外還發(fā)育大量逆沖斷層及部分反沖斷層和走滑斷層。構(gòu)造裂縫的發(fā)育程度和發(fā)育范圍是否與斷層密切相關(guān)？在斷層附近是否存在“裂縫發(fā)育帶”?若存在這個(gè)裂縫發(fā)育帶,其裂縫發(fā)育范圍與斷層的性質(zhì)或斷距是否存在一定的關(guān)系？

根據(jù)庫(kù)車(chē)坳陷北部單斜帶內(nèi)的逆沖斷層和克-依背斜帶內(nèi)的反沖斷層的野外裂縫測(cè)量和地質(zhì)建模分析(圖5、6),發(fā)現(xiàn)斷層附近的構(gòu)造裂縫發(fā)育程度和范圍與斷層的性質(zhì)、規(guī)模和斷距有密切關(guān)系,距斷層由近至遠(yuǎn)可以分為“斷裂控制的裂縫帶”和“區(qū)域控制的裂縫”(圖7)?！皵嗔芽刂频牧芽p帶”內(nèi)發(fā)育的裂縫密度整體較高,變化較大,隨著離開(kāi)斷層,裂縫密度急劇下降,與斷層附近的局部應(yīng)力場(chǎng)密切相關(guān),而離開(kāi)斷層一定距離以后發(fā)育的是“區(qū)域控制的裂縫”,其裂縫密度整體較低,變化不大,與區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)有關(guān),與局部應(yīng)力場(chǎng)無(wú)關(guān)。

圖5 庫(kù)車(chē)坳陷西部阿瓦特逆沖斷層控制裂縫密度分布圖Fig.5 Distribution of fracture density controlled by the Awate reverse fault in the western Kuqa Depression

圖6 庫(kù)車(chē)坳陷東部克孜勒努爾溝反沖斷層控制裂縫密度分布圖Fig.6 Distribution of fracture density controlled by the Kezilenuer reverse fault in the eastern Kuqa Depression

圖7 庫(kù)車(chē)地區(qū)斷背斜的構(gòu)造裂縫發(fā)育模式Fig.7 Model for the fractures developed in the faulted fold in Kuqa

庫(kù)車(chē)坳陷北部單斜帶逆沖斷層的野外裂縫測(cè)量和地質(zhì)建模分析,以阿瓦特?cái)鄬訛槔?圖1的阿瓦特剖面和圖5a)。距阿瓦特逆沖斷層40 m范圍內(nèi),三個(gè)測(cè)量點(diǎn)的裂縫密度均高于7 m-1,而距阿瓦特逆沖斷層 40 m以外各測(cè)點(diǎn)的裂縫密度絕大多數(shù)介于2～5 m-1之間,明顯低于40 m范圍之內(nèi)的裂縫密度(圖5a)。將各測(cè)量點(diǎn)的裂縫密度與距斷層的距離進(jìn)行回歸分析,得到指數(shù)分布關(guān)系式:y=1.27lnx+9.36,R=-0.72(圖5b)。各測(cè)量點(diǎn)裂縫密度與距斷層距離呈指數(shù)分布規(guī)律,說(shuō)明逆沖斷層控制裂縫發(fā)育具有很強(qiáng)的局部控制性,即距該斷層 40 m范圍內(nèi)為“斷層控制的裂縫帶”,裂縫密度較高,而距該斷層 40 m以外發(fā)育的裂縫為“區(qū)域控制裂縫”,裂縫密度明顯降低,且變化不大,基本上已不受斷層的影響了(圖5b)。

克-依背斜帶內(nèi)的反沖斷層的野外裂縫測(cè)量和地質(zhì)建模分析,以克孜勒努爾溝反沖斷層為例(圖1的克孜勒努爾溝剖面和圖6a)。距克孜勒努爾溝反沖斷層40 m范圍內(nèi),裂縫密度介于5～17 m-1,變化很大,在該范圍內(nèi),離開(kāi)斷層的裂縫密度從 17 m-1驟降至5 m-1;而距克孜勒努爾溝反沖斷層40 m以外的裂縫密度絕大多數(shù)介于 2～3 m-1之間,變化很小,明顯低于40 m范圍之內(nèi)的裂縫密度(圖6a)。將各測(cè)量點(diǎn)的裂縫密度與距斷層的距離進(jìn)行回歸分析,得到指數(shù)分布關(guān)系式:lny=0.013x+1.22,R=-0.0.97(圖6b)。各測(cè)量點(diǎn)裂縫密度與距斷層距離呈指數(shù)分布規(guī)律,說(shuō)明逆沖斷層控制裂縫發(fā)育也具有很強(qiáng)的局部控制性,即距該斷層40 m范圍內(nèi)的裂縫密度驟降帶為“斷層控制的裂縫帶”,裂縫密度較高,而距該斷層 40 m以外發(fā)育的裂縫穩(wěn)定區(qū)為“區(qū)域控制裂縫”,裂縫密度明顯降低,但變化不大,基本上已不受斷層的影響了(圖6b)。

綜合以上各種構(gòu)造類(lèi)型控制裂縫發(fā)育程度和發(fā)育范圍的規(guī)律性研究,根據(jù)褶皺和斷層控制裂縫發(fā)育的地質(zhì)建模分析獲得的指數(shù)分布規(guī)律分析,前陸沖斷帶的主要構(gòu)造類(lèi)型逆斷層及相關(guān)褶皺是控制前陸沖斷帶裂縫發(fā)育的主要構(gòu)造因素。各種類(lèi)型的構(gòu)造控制裂縫發(fā)育的范圍和程度均具有局部性,例如褶皺轉(zhuǎn)折端的裂縫密度明顯高于褶皺的兩翼和非褶皺地層;斷層附近一定范圍內(nèi)的裂縫密度明顯高于該范圍以外的裂縫密度,該范圍以內(nèi)裂縫密度較高且變化大,離開(kāi)斷層裂縫密度驟降,為“斷層控制裂縫帶”,而該范圍以外遠(yuǎn)離斷層,裂縫密度較低但變化不大,較平穩(wěn),為“區(qū)域裂縫”,顯然不受該斷層的局部影響了(圖7)。

在前陸沖斷帶內(nèi)褶皺通常與逆沖斷層密切相關(guān)構(gòu)成斷層相關(guān)褶皺(圖7)。在這種類(lèi)型構(gòu)造內(nèi),逆斷層及相關(guān)褶皺構(gòu)成的局部構(gòu)造變形共同控制了裂縫的發(fā)育程度和發(fā)育范圍,比單獨(dú)一種構(gòu)造控制的裂縫范圍和程度都要高。這種情況下,逆沖斷層的上盤(pán)并靠近斷層的褶皺陡翼發(fā)育的構(gòu)造裂縫密度明顯高于下盤(pán)和緩翼的裂縫(圖6a、7)。例如:克孜勒努爾溝剖面的逆沖斷層上盤(pán)褶皺陡翼的測(cè)點(diǎn)6和7的裂縫密度分別為15.9 m-1和16.9 m-1,均高于下盤(pán)的測(cè)點(diǎn)8和9的裂縫密度14.7 m-1和11 m-1;這些測(cè)點(diǎn)的裂縫密度同樣遠(yuǎn)高于遠(yuǎn)離斷層并位于褶皺緩翼的其他點(diǎn),其他點(diǎn)的裂縫密度大多數(shù)都低于10 m-1(圖6a)。

根據(jù)以上模型分析,可見(jiàn)前陸沖斷帶致密砂巖區(qū)發(fā)育的構(gòu)造裂縫可以劃分出兩種成因的構(gòu)造裂縫,即局部構(gòu)造控制的“褶皺沖斷帶裂縫發(fā)育區(qū)”和由區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)控制的“區(qū)域裂縫區(qū)”(圖7)。褶皺轉(zhuǎn)折端發(fā)育的裂縫和斷層控制的裂縫帶都屬于“褶皺沖斷帶裂縫發(fā)育區(qū)”,通常裂縫密度較高,距局部構(gòu)造由近及遠(yuǎn),裂縫密度呈指數(shù)急劇下降,說(shuō)明對(duì)裂縫具有很強(qiáng)的局部性控制(圖6);而遠(yuǎn)離局部構(gòu)造,與距局部構(gòu)造的距離無(wú)關(guān)的裂縫為“區(qū)域裂縫”,通常裂縫密度較低,變化不大(圖6)。上盤(pán)的裂縫比下盤(pán)發(fā)育,上盤(pán)背斜的頂部和陡翼的裂縫明顯比緩翼發(fā)育。褶皺沖斷帶是構(gòu)造裂縫發(fā)育帶,裂縫密度高,而遠(yuǎn)離褶皺沖斷帶裂縫不發(fā)育,裂縫密度較低(圖6、7)。

褶皺沖斷帶內(nèi)的裂縫分布與褶皺中和面有一定聯(lián)系。中和面之上的褶皺頂部轉(zhuǎn)折端主要發(fā)育同褶皺期的高角度縱張裂縫和晚期的橫張裂縫,在中和面之下的褶皺核部主要發(fā)育中低角度的共軛裂縫(圖7)。在褶皺翼部主要發(fā)育雁列的張裂縫,常被充填。在遠(yuǎn)離褶皺的地層主要發(fā)育褶皺前期的正交裂縫,與地層垂直,是區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)控制的區(qū)域裂縫(圖7)。

以上裂縫發(fā)育模式在庫(kù)車(chē)前陸沖斷帶內(nèi)普遍存在。除了以上列舉的三個(gè)地質(zhì)剖面,塔拉克剖面、大宛齊煤礦剖面、依奇克里克剖面和陽(yáng)霞河剖面也都具有類(lèi)似的裂縫發(fā)育規(guī)律(圖1),這里不再一一贅述。

3 結(jié) 論

本文以庫(kù)車(chē)前陸沖斷帶為例,根據(jù)庫(kù)車(chē)北部單斜帶和克-依背斜帶內(nèi)褶皺、逆沖斷層和斷層相關(guān)褶皺控制構(gòu)造裂縫發(fā)育程度和發(fā)育范圍的測(cè)量統(tǒng)計(jì)分析,可將前陸沖斷帶內(nèi)發(fā)育的構(gòu)造裂縫分為三期:前褶皺期、同褶皺期和后褶皺期。根據(jù)前陸沖斷帶內(nèi)褶皺和逆斷層控制裂縫發(fā)育的基本模型分析,前陸沖斷帶致密砂巖露頭區(qū)構(gòu)造裂縫有兩種成因:局部構(gòu)造控制的裂縫和區(qū)域構(gòu)造裂縫。逆沖斷層的上盤(pán)裂縫比下盤(pán)發(fā)育,褶皺頂部和陡翼的構(gòu)造裂縫明顯比緩翼和遠(yuǎn)離斷層的區(qū)域裂縫要發(fā)育。褶皺轉(zhuǎn)折端發(fā)育的裂縫和斷層控制的裂縫帶均屬于“局部構(gòu)造控制的裂縫”,屬于局部強(qiáng)變形區(qū)控制的構(gòu)造裂縫發(fā)育區(qū),而遠(yuǎn)離這些局部構(gòu)造受區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)控制的裂縫為區(qū)域構(gòu)造裂縫。構(gòu)造裂縫發(fā)育程度明顯受變形程度影響,變形越強(qiáng),裂縫越發(fā)育。

局部構(gòu)造控制的裂縫帶具有一定的范圍,該范圍呈帶狀,與局部構(gòu)造類(lèi)型(褶皺或斷層)和規(guī)模密切相關(guān),與距局部構(gòu)造的距離密切相關(guān),距這些構(gòu)造越近,裂縫密度越高,越遠(yuǎn)裂縫密度越低,并呈指數(shù)分布規(guī)律。而區(qū)域構(gòu)造裂縫不受距這些局部構(gòu)造(褶皺或斷層)距離的影響,通常裂縫密度較低,呈透入性彌散分布在區(qū)域內(nèi),裂縫方向主要受區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)控制。區(qū)域構(gòu)造裂縫雖然裂縫密度較低,但分布廣,對(duì)于區(qū)域性油氣運(yùn)移和儲(chǔ)集也有一定的貢獻(xiàn)。局部構(gòu)造控制的裂縫通常裂縫密度較高,明顯提高了局部構(gòu)造附近的致密儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性和滲透性,可以形成致密砂巖油氣勘探的“甜點(diǎn)”,值得高度重視。

致謝:感謝北京大學(xué)的詹彥、趙文韜、李杰、鄭淳方、李樂(lè)、張慶蓮、鞠瑋、張鵬等研究生參加了部分野外和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作。

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