王珂，張榮虎，戴俊生，王俊鵬，趙力彬

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塔里木盆地克深2氣田儲(chǔ)層構(gòu)造裂縫成因與演化

王珂1，張榮虎1，戴俊生2，王俊鵬1，趙力彬3

(1. 中國石油杭州地質(zhì)研究院，浙江杭州，310023；2. 中國石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島，266580；3. 中國石油塔里木油田公司勘探開發(fā)研究院，新疆庫爾勒，841000)

在儲(chǔ)層構(gòu)造裂縫力學(xué)成因分類的基礎(chǔ)上，對(duì)克深2氣田的構(gòu)造裂縫進(jìn)行成因分析，然后結(jié)合構(gòu)造演化史和構(gòu)造應(yīng)力場演化史，研究克深2氣田儲(chǔ)層構(gòu)造裂縫的演化特征，并分析構(gòu)造裂縫形成期次與油氣成藏的匹配關(guān)系。研究結(jié)果表明：克深2氣田發(fā)育近EW走向、近NS走向和NW—SE走向的3組構(gòu)造裂縫，其中近EW走向的構(gòu)造裂縫主要受控于早期區(qū)域伸展作用、后期背斜彎曲拱張作用、異常流體高壓作用、構(gòu)造反轉(zhuǎn)期應(yīng)力轉(zhuǎn)換作用以及逆沖斷層伴生等因素，近NS走向的構(gòu)造裂縫主要受控于近南北向的構(gòu)造擠壓作用，NW—SE走向的構(gòu)造裂縫則主要形成于NNW—SSE或近南北方向的水平最大擠壓應(yīng)力；克深2氣田發(fā)育白堊紀(jì)和古近紀(jì)末期、中新世末期、上新世末期3期構(gòu)造裂縫，其中第2期和第3期構(gòu)造裂縫是最重要的兩期構(gòu)造裂縫，與第2期和第3期成藏期具有較好的匹配關(guān)系，促進(jìn)克深2工業(yè)規(guī)模氣田的最終形成。

儲(chǔ)層構(gòu)造裂縫；成因；演化；油氣成藏；克深2氣田

我國的含油氣盆地，特別是西部前陸盆地，一般都經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，從而造成儲(chǔ)層構(gòu)造裂縫的多期疊加[1?2]。因此，現(xiàn)今所觀察到的儲(chǔ)層構(gòu)造裂縫一般不是在某一個(gè)地質(zhì)時(shí)期一次性形成，而是在地質(zhì)歷史中長期積累演化的結(jié)果[3]。明確儲(chǔ)層構(gòu)造裂縫的成因、演化及其與油氣成藏的匹配關(guān)系，對(duì)于預(yù)測儲(chǔ)層構(gòu)造裂縫的發(fā)育特征，明確油氣成藏期次，進(jìn)而指導(dǎo)油氣田的勘探開發(fā)等方面具有重要的理論價(jià)值。本文作者在儲(chǔ)層構(gòu)造裂縫成因分類的基礎(chǔ)上，對(duì)塔里木盆地克深2氣田儲(chǔ)層構(gòu)造裂縫的成因及演化進(jìn)行研究，并分析儲(chǔ)層構(gòu)造裂縫形成期次與油氣成藏的匹配關(guān)系，以期對(duì)該氣田的勘探開發(fā)起到一定的參考作用。

1 地質(zhì)背景

圖1所示為克深2氣田構(gòu)造位置[4]?？松?氣田位于塔里木盆地北緣，庫車坳陷克拉蘇—依奇克里克構(gòu)造帶的中部，屬于克拉蘇斷裂南部克深區(qū)帶中的克深2構(gòu)造段，西鄰大北氣田，北部為克拉2氣田，向東為迪那氣田，南部為拜城凹陷(圖1)?？松?氣田是克拉蘇構(gòu)造帶繼克拉2氣田及大北氣田之后的又一重點(diǎn)開發(fā)領(lǐng)域，我國“西氣東輸”工程的新氣源區(qū)，同時(shí)也是塔里木盆地“十二五”期間的重點(diǎn)勘探目標(biāo)區(qū)塊之一。

圖2所示為克深2氣田構(gòu)造簡圖及構(gòu)造裂縫走向平面分布?？松?氣田是在中生代燕山運(yùn)動(dòng)和新生代喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)背景下發(fā)育的背斜型氣田，整體上呈近東西向的長條狀展布，由3個(gè)長軸背斜構(gòu)造組成(圖2)，鉆遇地層自上而下依次為第四系(Q)、新近系庫車組(N2k)、康村組(N1-2k)、吉迪克組(N1j)、古近系蘇維依組(E2-3s)、庫姆格列木群(E1-2km)和白堊系巴什基奇克組(K1bs)。其中勘探目的層系為白堊系巴什基奇克組(K1bs)，與上覆地層為角度不整合接觸，下伏地層為白堊系卡普沙良群的巴西改組(K1bx)，二者為整合接觸。

2 儲(chǔ)層構(gòu)造裂縫的成因

2.1 儲(chǔ)層裂縫的成因分類

按照儲(chǔ)層裂縫的成因，可將裂縫分為非構(gòu)造裂縫和構(gòu)造裂縫兩大類。前者包括成巖裂縫、收縮裂縫、風(fēng)化裂縫、溶蝕裂縫、卸載裂縫、巖溶裂縫和隱爆裂縫等類型，其形成機(jī)制受構(gòu)造作用影響較小[5]。巖心觀察表明，克深2氣田極少發(fā)育非構(gòu)造裂縫，因此，本文的研究對(duì)象主要是構(gòu)造裂縫。

圖1 克深2氣田構(gòu)造位置(據(jù)文獻(xiàn)[4]修改)

圖2 克深2氣田構(gòu)造簡圖及構(gòu)造裂縫走向平面分布

按照形成時(shí)的構(gòu)造應(yīng)力特征，構(gòu)造裂縫可分為剪切裂縫、張性裂縫和過渡型裂縫3類[1, 3, 6?8]。剪切裂縫形成于擠壓環(huán)境，是作用在巖石上的剪切應(yīng)力超過了巖石抗剪強(qiáng)度而形成的，裂縫兩盤僅存在沿著裂縫面切向的滑動(dòng)變形，與最大主壓應(yīng)力呈一定夾角的剪應(yīng)力面分布，初始狀態(tài)往往為閉合縫，可在后期流體壓力或拉張應(yīng)力的作用下張開。需要指出的是，以往通常認(rèn)為剪切裂縫方位與最大主壓應(yīng)力的夾角小于45°，即最大主應(yīng)力方向出現(xiàn)在共軛剪裂縫的銳角平分線上，這種認(rèn)識(shí)在地表或者埋深較淺的條件下是成立的，但VERNOOIJ等[9]在高溫(800℃)、高壓(1.2 GPa)及低應(yīng)變速率(10?6s?1)的試驗(yàn)條件下，發(fā)現(xiàn)最大主應(yīng)力方向也可以出現(xiàn)在共軛剪裂縫的鈍角平分線上，其原因可能是在高溫高壓條件下巖石發(fā)生韌性變形，而非通常條件下的彈脆性變形，導(dǎo)致巖石的剪裂角大于45°，吳勝和[5]認(rèn)為隨著巖石發(fā)生遞進(jìn)變形，也可以出現(xiàn)最大主壓應(yīng)力方向所在的共軛角為鈍角的情況。剪切裂縫的位移方向與裂縫面平行，通常以高角度裂縫為主，具有透入性特征，理論上以共軛裂縫組的形式出現(xiàn)，但因儲(chǔ)層巖石存在非均質(zhì)性，通常只有一組較發(fā)育而另一組受到抑制。此外，在逆沖構(gòu)造帶中發(fā)育的近水平裂縫以及泥質(zhì)巖類中發(fā)育的滑脫裂縫也多屬于剪切裂縫[3]。

張性裂縫是作用在巖石上的拉張應(yīng)力超過巖石的抗張強(qiáng)度而形成的，裂縫兩盤僅存在沿著裂縫面法向的拉張變形，通常具有較大的張開度，在儲(chǔ)層中密集發(fā)育時(shí)極易造成水竄[1, 3, 5]。張性裂縫又分為擴(kuò)張裂縫和拉張裂縫[6?7]。擴(kuò)張裂縫是巖石在擠壓構(gòu)造應(yīng)力作用下，沿著最小主應(yīng)力方向發(fā)生相對(duì)擴(kuò)張而形成的裂縫，其形成應(yīng)力也都是壓應(yīng)力，沿著最大和中間主應(yīng)力組成的面分布，與最小主應(yīng)力垂直，但主應(yīng)力差要比形成剪切裂縫的主應(yīng)力差略高。由于形成擴(kuò)張裂縫的應(yīng)力環(huán)境與剪切裂縫相同，因此，擴(kuò)張裂縫往往與剪切裂縫同時(shí)出現(xiàn)。拉張裂縫與擴(kuò)張裂縫分布特征較為相似，不同的是拉張裂縫形成時(shí)至少巖石中的最小主應(yīng)力是張應(yīng)力。拉張裂縫一般呈透鏡狀局部發(fā)育，并被方解石和瀝青等充填，其形成往往受到異常高壓流體的影響。異常高壓流體可以使逆沖構(gòu)造帶中的擠壓應(yīng)力變?yōu)槔瓘垜?yīng)力，從而在區(qū)域擠壓應(yīng)力環(huán)境中的局部構(gòu)造上形成拉張裂縫，因此，拉張裂縫是沉積盆地古異常高壓流體存在的重要指示標(biāo)志[3]。

過渡型裂縫的特征介于剪切裂縫和張性裂縫之間，包括張剪性縫(或稱張扭縫)和壓剪性縫(或稱壓扭縫)2類。張剪裂縫的兩盤不僅存在沿著裂縫面法向的拉張變形，而且存在沿著裂縫面切向的滑動(dòng)變形[8]，這類裂縫在西部擠壓前陸盆地及東部的伸展盆地中均有發(fā)育，主要產(chǎn)生于由伸展向擠壓轉(zhuǎn)變的構(gòu)造反轉(zhuǎn)期(拉張型張剪裂縫)或持續(xù)的三向擠壓構(gòu)造應(yīng)力狀態(tài)時(shí)期(擴(kuò)張型張剪裂縫)，根據(jù)其延伸形態(tài)，推測這類裂縫主要是先受到擠壓應(yīng)力或拉張應(yīng)力作用形成擴(kuò)張型或拉張型的張性微裂紋，而后受到擠壓(剪切)應(yīng)力作用形成，先受到擠壓應(yīng)力作用而后受到拉張應(yīng)力作用則不易形成此類裂縫，應(yīng)多形成張開度較大的剪切裂縫或擴(kuò)張裂縫。壓剪裂縫的兩盤不僅存在沿著裂縫面法向的壓縮變形，同時(shí)還存在沿著裂縫面切向的滑動(dòng)變形[8]，顯然，這類裂縫是在擠壓構(gòu)造應(yīng)力作用下形成，且通常呈閉合狀態(tài)，在油氣田開發(fā)中屬于無效縫。

基于上述分析，按照早期主導(dǎo)力源及后期主導(dǎo)力源的類型，對(duì)儲(chǔ)層構(gòu)造裂縫進(jìn)行了力學(xué)成因分類，表1所示為儲(chǔ)層構(gòu)造裂縫力學(xué)成因分類。

2.2 克深2氣田儲(chǔ)層構(gòu)造裂縫成因

圖3所示為克深2氣田典型巖心構(gòu)造裂縫。以上述儲(chǔ)層構(gòu)造裂縫的力學(xué)成因分類為基礎(chǔ)，對(duì)克深2氣田的巖心構(gòu)造裂縫進(jìn)行了識(shí)別與力學(xué)分類，發(fā)現(xiàn)剪切裂縫、拉張裂縫、擴(kuò)張裂縫和張剪裂縫在該區(qū)均有不同程度的發(fā)育。剪切裂縫一般產(chǎn)狀較穩(wěn)定，裂縫面平直，張開度不大，并且隨裂縫延伸變化較小(圖3(a))；拉張裂縫產(chǎn)狀變化較大，裂縫面彎曲不平，張開度隨裂縫的延伸有較大變化(圖3(b))；擴(kuò)張裂縫的裂縫面不平整，一般延伸較短，但主應(yīng)力差較大時(shí)可變得平直，并且在縱向上有較大的延伸距離，通常呈直立產(chǎn)出，走向與最大主應(yīng)力平行，兩壁沒有明顯的相對(duì)位移，且裂縫開度較大[1, 6](圖3(c))。另外，從成因上分析，擴(kuò)張裂縫很少發(fā)育擦痕等微構(gòu)造，通常也不會(huì)形成共軛裂縫系，由此可在巖心上將擴(kuò)張裂縫和剪切裂縫或拉張裂縫區(qū)分開來。張剪裂縫的特征介于剪切裂縫和張性裂縫之間，在巖心上表現(xiàn)為裂縫面局部有彎曲，但整體上仍平直展布，張開度隨裂縫的延伸有一定的變化(圖3(d))。

表1 儲(chǔ)層構(gòu)造裂縫力學(xué)成因分類

(a) A2-1井，6 706.15 m，泥質(zhì)粉細(xì)砂巖中的剪切裂縫，無充填；(b) A2-2井，6 798.20 m，細(xì)砂巖中的拉張裂縫，泥質(zhì)充填；(c) A2-5井，6 931.30 m，泥質(zhì)細(xì)砂巖中的擴(kuò)張裂縫，方解石充填；(d) A2-7井，6 875.59 m，中細(xì)砂巖中的張剪裂縫，方解石充填

在確定巖心構(gòu)造裂縫力學(xué)類型的基礎(chǔ)上，綜合巖心裂縫描述及成像測井裂縫解釋結(jié)果，按照裂縫走向，將克深2氣田的構(gòu)造裂縫大致分為3組(圖2)：

第1組是近EW組，主要發(fā)育在背斜頂部及翼部的部分井中，以NWW—SEE和NEE—SWW走向?yàn)橹?，既有張性裂縫，也有剪切裂縫以及張剪性縫，多為高角度產(chǎn)出。其中張性裂縫中的拉張裂縫應(yīng)是受近南北向的拉張應(yīng)力作用形成，可能是受早期區(qū)域伸展作用的影響，也可能是后期擠壓構(gòu)造應(yīng)力作用下背斜的彎曲拱張作用形成的縱張裂縫；而擴(kuò)張裂縫和剪切裂縫應(yīng)是在構(gòu)造應(yīng)力由拉張向擠壓轉(zhuǎn)變的構(gòu)造反轉(zhuǎn)期，南北方向構(gòu)造應(yīng)力成為最小主壓應(yīng)力時(shí)形成的；張剪性縫則是先在早期拉張應(yīng)力環(huán)境下形成拉張型微裂紋，然后在構(gòu)造應(yīng)力由拉張向擠壓轉(zhuǎn)變的構(gòu)造反轉(zhuǎn)期受擠壓(剪切)作用形成，屬于拉張型張剪裂縫，也有在短暫近東西向擠壓構(gòu)造應(yīng)力作用下形成的少量擴(kuò)張型張剪裂縫。此外，還有逆沖推覆斷層形成時(shí)伴生或在由層間滑動(dòng)造成的低角度剪切作用下形成的少量低角度剪切裂縫[10]。

第2組是近NS組，以NNW—SSE和NNE—SSW走向?yàn)橹鳎窃搮^(qū)裂縫的優(yōu)勢方位，多為剪切裂縫，也有部分?jǐn)U張裂縫和張剪性縫。其中剪切裂縫和擴(kuò)張裂縫是巖石在受到近南北向的擠壓應(yīng)力作用下形成的，而張剪性縫則是在近南北向擠壓應(yīng)力下先形成擴(kuò)張型微裂紋，然后受到剪切作用形成的，屬于擴(kuò)張型張剪裂縫。成像測井資料表明，在A2-4井中發(fā)育一組近南北走向的直劈裂縫，開度大且充填程度低，從成因上講，這些裂縫就應(yīng)該是在晚期近南北向的強(qiáng)烈擠壓作用下形成的擴(kuò)張裂縫，且大多數(shù)屬于潛在 縫[11]，即在地下原始條件下是閉合的，但極易在人工外力誘導(dǎo)下張開，成為有效裂縫。

第3組是NW—SE組，裂縫走向?yàn)镹W—SE，主要為剪切裂縫，數(shù)量較少，僅在A3-1和A2-3井中有發(fā)育，其形成應(yīng)力環(huán)境為NNW—SSE向或近南北向的最大擠壓應(yīng)力。

另外，在斷層附近大量發(fā)育網(wǎng)狀縫，其產(chǎn)狀不定，大多是斷層的應(yīng)力擾動(dòng)而形成。

對(duì)于不同充填程度的裂縫，其成因也有所差別，通常認(rèn)為早期形成的裂縫一般具有較高的充填程度，而較晚形成的裂縫通常為半充填縫或未充填縫，這種認(rèn)識(shí)適用于同一或相近構(gòu)造部位不同期次裂縫的充填成因判別，但對(duì)于不同構(gòu)造部位的裂縫并不一定適用。例如A2-1井和A2-2井中均發(fā)育近東西向的裂縫，結(jié)合構(gòu)造演化史發(fā)現(xiàn)，這些裂縫應(yīng)是受早期區(qū)域伸展構(gòu)造應(yīng)力場作用大致同時(shí)形成的，屬于早期裂縫，理論上均應(yīng)具有很高的充填程度。但從巖心上看，A2-2井中的裂縫大多數(shù)被方解石或泥質(zhì)完全充填，而A2-1井中的裂縫基本上屬于未充填縫，僅在裂縫壁上沉淀了薄層的方解石，若僅根據(jù)充填程度來判斷，則會(huì)認(rèn)為這些裂縫是晚期形成的，而在翼部、鞍部發(fā)育的晚期裂縫又大多為半充填或完全充填。經(jīng)分析認(rèn)為，A2-1井中裂縫未被大量充填的原因可能是該井位于構(gòu)造高部位，高礦化度的地層水對(duì)其波及較小，再加上后期烴類的大量充注，避免了高礦化度地層水的侵入。另外，根據(jù)裂縫充填程度的這種特征，推測?6 600 m左右可能是裂縫充填程度高低的分界線，其上裂縫充填程度較低而其下裂縫充填程度較高。

綜合以上分析，并結(jié)合裂縫充填物的碳氧同位素分析結(jié)果[12]，認(rèn)為克深2氣田的儲(chǔ)層構(gòu)造裂縫應(yīng)是在3期不同的構(gòu)造應(yīng)力場環(huán)境下形成的，并且不同期次裂縫的充填程度也有所差別?？碧介_發(fā)結(jié)果表明，儲(chǔ)層構(gòu)造裂縫的產(chǎn)狀、組系特征和充填程度是影響氣井鉆井施工質(zhì)量以及天然氣產(chǎn)量的重要因素，因此，明確儲(chǔ)層構(gòu)造裂縫的演化史并分析儲(chǔ)層構(gòu)造裂縫形成期次與油氣成藏等地質(zhì)事件的匹配關(guān)系，對(duì)于克深2氣田的勘探開發(fā)具有重要的理論價(jià)值和指導(dǎo)意義。

3 儲(chǔ)層構(gòu)造裂縫的演化

3.1 構(gòu)造演化史

圖4所示為克深2氣田構(gòu)造演化?？松?氣田在垂向上可劃分為鹽上構(gòu)造層(Q1x-E2-3s)、鹽構(gòu)造層(E1-2km)、鹽下構(gòu)造層(K-T)及基底構(gòu)造層(Pre-T)共4套構(gòu)造層，這種4層結(jié)構(gòu)表明該區(qū)經(jīng)歷了4期重要的構(gòu)造演化階段，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)研究及平衡剖面恢復(fù)，劃分出二疊紀(jì)晚期—三疊紀(jì)古前陸盆地、侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)坳陷盆地、古近紀(jì)—中新世弱收縮撓曲盆地及上新世—第四紀(jì)陸內(nèi)前陸盆地4個(gè)演化階段[13?14](圖4)。

1) 二疊紀(jì)—三疊紀(jì)為古前陸盆地階段。受古南天山造山帶的影響，在克深2氣田北部形成了一系列的沖斷構(gòu)造，古克拉蘇斷層形成。

2) 侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)為坳陷盆地階段。該時(shí)期繼承了三疊紀(jì)的古構(gòu)造格局，在克深2氣田中部形成沉積中心，導(dǎo)致侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)地層中間厚、兩邊薄，盆地內(nèi)構(gòu)造活動(dòng)微弱，無明顯斷層活動(dòng)特征，整體表現(xiàn)為垂向沉降。

3) 古近紀(jì)—中新世為弱收縮撓曲盆地階段。受南天山微弱抬升的影響，盆地內(nèi)部發(fā)育低幅收縮構(gòu)造，庫姆格列木期整體上表現(xiàn)為垂向沉降、側(cè)向伸展，至康村期再次擠壓收縮，在鹽上構(gòu)造層(Q1x-E2-3s)形成了喀桑托開背斜和庫姆格列木背斜的雛形，包括古克拉蘇斷層在內(nèi)的早期沖斷構(gòu)造仍無明顯活動(dòng)。

4) 上新世—第四紀(jì)為陸內(nèi)前陸盆地的定型期。受印度洋板塊與歐亞板塊加劇對(duì)沖的影響，南天山強(qiáng)烈隆升，水平擠壓構(gòu)造應(yīng)力急劇增大，地層發(fā)生強(qiáng)烈的側(cè)向收縮，古克拉蘇斷層復(fù)活并向上突破，同時(shí)在其下盤的鹽下地層中形成了一系列的逆沖斷層，最終形成典型的前陸疊瓦逆沖構(gòu)造樣式；庫姆格列木群的膏鹽層在擠壓構(gòu)造作用下發(fā)生塑性流動(dòng)，使該套地層在克深2氣田分布差異性十分明顯；鹽上地層發(fā)生強(qiáng)烈彎曲變形，也有部分逆沖斷層形成，喀桑托開背斜和庫姆格列木背斜最終定型。

圖4 克深地區(qū)構(gòu)造演化(據(jù)文獻(xiàn)[13]修改)

3.2 構(gòu)造應(yīng)力場演化史

對(duì)于庫車坳陷新近紀(jì)及第四紀(jì)的構(gòu)造應(yīng)力場，一般認(rèn)為是近NS向、NNW—SSE向或NW—SE向的擠壓作用。而對(duì)于白堊紀(jì)—古近紀(jì)的構(gòu)造應(yīng)力場特征，不同學(xué)者的認(rèn)識(shí)有所不同。湯良杰等[2, 15?16]認(rèn)為：庫車坳陷在該時(shí)期一直受到近南北向的擠壓作用；何光玉等[17]根據(jù)盆地沉降、同生正斷層、海相沉積及海相化石等證據(jù)，認(rèn)為庫車坳陷在侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)及古近紀(jì)均處于伸展盆地的演化階段；張仲培等[18]根據(jù)庫車坳陷節(jié)理和剪切破裂的發(fā)育特征對(duì)該時(shí)期的構(gòu)造應(yīng)力場進(jìn)行了反演，認(rèn)為庫車坳陷在白堊紀(jì)—古近紀(jì)受近南北向的側(cè)向伸展作用。克深2氣田的構(gòu)造演化特征(圖4)也表明，該地區(qū)在這一時(shí)期確應(yīng)受到近南北向的伸展作用。楊學(xué)君[19]則認(rèn)為庫車坳陷在早白堊世及晚白堊世早期受近南北向的伸展作用，晚白堊世晚期受近南北向的擠壓作用，在古近紀(jì)則基本上受近南北向的伸展作用。

綜合上述諸多學(xué)者的觀點(diǎn)，并結(jié)合克深2氣田的地質(zhì)特征，作者認(rèn)為如圖5所示能夠較合理地反映克深2氣田白堊紀(jì)以來的構(gòu)造應(yīng)力場演化史，即在早白堊世及晚白堊世早期受到近南北向的伸展作用，晚白堊世晚期受到近南北向的擠壓作用，古近紀(jì)的大部分時(shí)期再次受到近南北向的伸展作用，自漸新世晚期開始再次受到近南北向的擠壓作用，呈現(xiàn)出伸展作用?擠壓作用交替的演化規(guī)律。

3.3 儲(chǔ)層構(gòu)造裂縫的演化

圖5所示為克深2氣田白堊紀(jì)—第四紀(jì)構(gòu)造應(yīng)力場演化。由圖5可見，克深2氣田自白堊紀(jì)以來經(jīng)歷了多期不同的構(gòu)造應(yīng)力場作用。張仲培等[18]系統(tǒng)研究了庫車坳陷節(jié)理和剪切破裂發(fā)育特征及其與不同時(shí)期構(gòu)造應(yīng)力場的關(guān)系，論述了庫車地區(qū)不同組系裂縫的成因。根據(jù)張仲培等[18]的研究結(jié)論，庫車坳陷中新生界發(fā)育的裂縫有2個(gè)主要方位，即NEE—SWW向和NNW—SSE向，前者對(duì)應(yīng)克深2氣田背斜頂部及翼部發(fā)育的近東西向裂縫，后者則對(duì)應(yīng)大部分井中的NNW—SSE向裂縫；另外還發(fā)育NW—SE和NE—SW兩個(gè)次要裂縫方位，與克深2氣田發(fā)育的NW—SE向和NNE—SSW向裂縫也可以大致對(duì)應(yīng)。同時(shí)張仲培等[18]指出，NEE—SWW方向的裂縫僅出現(xiàn)在中生代地層，其他方向的裂縫在中新生界均有出現(xiàn)，這表明在克深2氣田發(fā)育的近東西向裂縫可能主要是在早白堊世的伸展應(yīng)力環(huán)境及晚白堊世由伸展向擠壓轉(zhuǎn)變的應(yīng)力環(huán)境下形成，而古近紀(jì)的盆地伸展作用以及新近紀(jì)的近東西向左行走滑作用則主要使先存的近東西向裂縫進(jìn)一步擴(kuò)張、延伸，但并未大量形成新的裂縫。

對(duì)于不同方向裂縫的形成順序，張仲培等[18]認(rèn)為NEE—SWW方向的裂縫最早形成，是庫車地區(qū)白堊紀(jì)晚期區(qū)域隆升引起的側(cè)向弱伸展作用的結(jié)果，屬于隆升之后形成的隆升裂縫或卸載裂縫，也有可能是背斜彎曲過程中形成的縱張裂縫，而古近紀(jì)的南北向伸展作用則有利于這些裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展和再活動(dòng)；NNW—SSE和NW—SE方向的裂縫形成較晚，屬于地殼隆升之前由構(gòu)造作用形成的構(gòu)造裂縫或同構(gòu)造裂縫，與新近紀(jì)近南北向的強(qiáng)烈擠壓變形造成的近東西向伸展作用有關(guān)；走向不統(tǒng)一的共軛剪切裂縫則可能是與南北向強(qiáng)烈擠壓變形同時(shí)或在其之后的左行走滑作用的產(chǎn)物，后期進(jìn)一步擠壓引起的斷層作用對(duì)早先形成的NNW—SSE和NW—SE方向的裂縫有改造 作用。

SH—水平最大主應(yīng)力；Sh—水平最小主應(yīng)力；σ1—最大主應(yīng)力

綜合上述分析，認(rèn)為克深2氣田巴什基奇克組儲(chǔ)層中共包含3期主要構(gòu)造裂縫，并與主要的構(gòu)造事件相對(duì)應(yīng)。

1) 第1期構(gòu)造裂縫。在白堊紀(jì)，克深2氣田受到近南北向的伸展作用，垂向應(yīng)力為最大主應(yīng)力，最小主應(yīng)力為NNW—SSE向或近南北向的拉張應(yīng)力，在背斜高部位形成了部分NEE—SWW向或近東西向的拉張裂縫；白堊紀(jì)和古近紀(jì)末期，克深2氣田受到短暫的構(gòu)造擠壓應(yīng)力作用，最大主壓應(yīng)力方向?yàn)榻媳毕蚧騈NW—SSE向，平均最大有效主應(yīng)力為35.2~59.9 MPa，在此應(yīng)力背景下，形成了少量近南北向或NNW—SSE向的剪切裂縫、擴(kuò)張裂縫、擴(kuò)張型張剪裂縫以及NNE—SSW向的剪切裂縫，主要發(fā)育在背斜翼部。另外，在白堊紀(jì)和古近紀(jì)末期由伸展作用向擠壓作用的轉(zhuǎn)換期，會(huì)形成近東西向的剪切裂縫、擴(kuò)張裂縫和拉張型張剪裂縫。古近紀(jì)的伸展作用、后期擠壓背景下背斜的彎曲拱張以及地層異常高壓流體作用，可使白堊紀(jì)形成的近東西向裂縫開度在后期有所增加，成為高產(chǎn)井。巖心觀察顯示A2-1井和A2-2井中發(fā)育的近東西向的裂縫開度一般在0.2~1.5 mm，最大可達(dá) 4 mm，而其他井中發(fā)育的裂縫開度一般為0.1~1.0 mm，僅個(gè)別可達(dá)到2.0 mm。

2) 第2期構(gòu)造裂縫。中新世末期，克深2氣田受到較強(qiáng)的擠壓應(yīng)力作用，最大主壓應(yīng)力呈NNW—SSE向或近南北向水平分布，平均最大有效主應(yīng)力為74.8 MPa左右，在背斜翼部形成了大量的NNW—SSE向或近南北向的擴(kuò)張裂縫、剪切裂縫以及部分NNE—SSW向的剪切裂縫。由于背斜的隆升彎曲派生出張應(yīng)力分量，減小了背斜頂部的擠壓應(yīng)力，使背斜頂部不太發(fā)育該時(shí)期的構(gòu)造裂縫。

3) 第3期構(gòu)造裂縫。上新世末期，克深2氣田處于更強(qiáng)烈的擠壓應(yīng)力環(huán)境，最大主應(yīng)力呈NNW—SSE向或近南北向水平分布，平均最大有效主應(yīng)力為80.9 MPa左右。在此構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境下，形成了大量的NNW—SSE和NNE—SSW向的剪切裂縫、NNW—SSE向或近南北向的擴(kuò)張裂縫和擴(kuò)張型張剪裂縫，A2-4井中發(fā)育的近南北向直劈裂縫便是在這一時(shí)期的構(gòu)造應(yīng)力場作用下形成的擴(kuò)張裂縫。另外，在這一時(shí)期，整個(gè)庫車地區(qū)的最大擠壓應(yīng)力方位與克深2氣田稍有不同，呈NW—SE向，因此，在這一時(shí)期，克深2氣田的最大擠壓應(yīng)力可能在某一短暫時(shí)期內(nèi)向NW—SE方向偏轉(zhuǎn)，形成了NW—SE的剪切裂縫，但數(shù)量很少。此外，在斷層附近還發(fā)育有近東西向和NEE—SWW向的斷層伴生低角度剪切裂縫。

第2期和第3期構(gòu)造裂縫是克深2氣田最重要的兩期構(gòu)造裂縫。其中第2期構(gòu)造裂縫形成時(shí)期主要為新近紀(jì)康村期，在這一時(shí)期，克深2氣田開始由弱收縮撓曲盆地向陸內(nèi)前陸盆地過渡，應(yīng)力狀態(tài)由先前的伸展作用向擠壓作用轉(zhuǎn)變，近南北向的剪切裂縫和擴(kuò)張裂縫開始形成。在該時(shí)期末期，水平構(gòu)造應(yīng)力不斷增強(qiáng)，由于地層埋深較淺，上覆重力較小，從而可能在局部地區(qū)成為最小主應(yīng)力，產(chǎn)生少量近東西走向的低角度剪切縫。由于這一時(shí)期斷層尚不發(fā)育，因此，這些低角度縫大多數(shù)應(yīng)屬于一般的剪切縫，區(qū)別于第3期構(gòu)造裂縫中的逆沖斷層伴生裂縫。

第3期構(gòu)造裂縫形成時(shí)期的構(gòu)造應(yīng)力較強(qiáng)，對(duì)應(yīng)的時(shí)期為新近紀(jì)庫車期和第四紀(jì)西域期。庫車期主要是地層開始受壓彎曲變形，古克拉蘇斷層復(fù)活，大量新生斷層開始形成，喀桑托開背斜及庫姆格列木背斜出現(xiàn)雛形；而到了西域期，構(gòu)造擠壓作用進(jìn)一步加強(qiáng)，地層發(fā)生強(qiáng)烈變形，由于水平構(gòu)造應(yīng)力較強(qiáng)，先存斷層的逆沖作用使白堊紀(jì)地層抬升，上覆重力減小成為最小主應(yīng)力，按照Anderson的斷層形成模式，在這種應(yīng)力狀態(tài)下，原有的逆沖斷層進(jìn)一步擴(kuò)展，新生逆沖斷層不斷產(chǎn)生，最終形成現(xiàn)今的前陸疊瓦式構(gòu)造格局，同時(shí)形成了大量的斷層伴生或共生低角度剪切縫，且以斷層附近居多，背斜頂部和翼部也有少量發(fā)育，這類低角度縫形成了儲(chǔ)層內(nèi)部的水平滲流系統(tǒng)，增大了水平方向的裂縫滲透率。

從克深2氣田單井構(gòu)造裂縫的巖心描述及成像測井解釋結(jié)果來看，大多數(shù)井的裂縫走向?yàn)榻媳毕蚝蚇W—SE向，應(yīng)屬于第2期和第3期的構(gòu)造裂縫。由于這兩期形成的近南北向裂縫產(chǎn)狀相近，因此在巖心上不易區(qū)分，只能根據(jù)充填程度近似判斷，但也會(huì)有較大的誤差。

4 儲(chǔ)層構(gòu)造裂縫形成期次與油氣成藏的匹配關(guān)系

克深2氣田儲(chǔ)層構(gòu)造裂縫的形成期次與油氣充注成藏之間有較好的匹配關(guān)系。根據(jù)趙靖舟等[20?21]的研究結(jié)論，庫車坳陷油氣系統(tǒng)的主要成藏期有3期：即晚第三紀(jì)康村早中期(17~10 Ma)、康村晚期—庫車早中期(10~3 Ma)和庫車晚期—第四紀(jì)西域期(3~1 Ma)。第1期以原油充注為主，對(duì)應(yīng)的構(gòu)造裂縫形成時(shí)期為第1期之后、第2期之前，由于在這一時(shí)期克深2氣田的裂縫系統(tǒng)尚未完全形成，因此，原油充注較少，后期的構(gòu)造破壞和天然氣充注更使得充注的原油大量溢出，從而無法形成油藏，在儲(chǔ)層中沒有發(fā)現(xiàn)含油包裹體和殘余瀝青也證實(shí)了克深2氣田可能不存在早期的原油充注[21]。第2期以凝析氣充注為主，兼有少量原油充注，與第2期構(gòu)造裂縫的形成時(shí)期大致相當(dāng)。第3期充注以天然氣占絕對(duì)優(yōu)勢，在A2-1井和A2-2井的巖心樣品中發(fā)現(xiàn)了與天然氣共生的鹽水包裹體，經(jīng)分析表明天然氣主要為高－過成熟氣，并且這一期天然氣充注與第3期構(gòu)造裂縫的形成時(shí)期恰好重合，是庫車坳陷最重要的一期油氣運(yùn)移充注事件，在此背景下，克深2氣田的氣藏最終形成，并達(dá)到工業(yè)規(guī)模。

5 結(jié)論

1) 克深2氣田的構(gòu)造裂縫包括剪切裂縫、拉張裂縫、擴(kuò)張裂縫和張剪裂縫，按走向可分為3組，其中近EW組裂縫主要受早期區(qū)域伸展作用、后期背斜彎曲拱張作用、異常流體高壓作用、構(gòu)造反轉(zhuǎn)期應(yīng)力轉(zhuǎn)換作用以及逆沖斷層伴生等因素的控制，近NS組裂縫主要受控于近南北向的構(gòu)造擠壓作用，NW—SE組裂縫則受NNW—SSE或近南北向的水平最大擠壓應(yīng)力控制。

2) 克深2氣田包含3期主要的構(gòu)造裂縫，分別形成于白堊紀(jì)和古近紀(jì)末期、中新世末期、上新世末期，其中第2期和第3期構(gòu)造裂縫是克深2氣田最重要的兩期構(gòu)造裂縫，其形成時(shí)期與克深2氣田第2期和第3期成藏期具有較好的匹配關(guān)系，促進(jìn)了克深2工業(yè)規(guī)模氣田的最終形成。

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(編輯 陳愛華)

Genesis and evolution of reservoir structural fracture in Keshen-2 gas field, Tarim Basin

WANG Ke1, ZHANG Ronghu1, DAI Junsheng2, WANG Junpeng1, ZHAO Libin3

(1. PetroChina Hangzhou Research Institute of Geology, Hangzhou 310023, China;2. School of Geosciences, China University of Petroleum, Qingdao 266580, China;3. Research Institute of Exploration and Development, Tarim Oilfield Company, PetroChina, Korla 841000, China)

Based on the mechanical classification of reservoir structural fracture, the genesis of structural fracture in Keshen-2 gas field was analyzed, and the evolution characteristics of reservoir structural fracture were researched combined with tectonic evolution and tectonic stress field evolution. At last, the matching relationship between structural fracture forming periods and petroleum accumulation was analyzed. The research results show that Keshen-2 gas field develops 3 groups of structural fracture, including approximately EW strike, approximately NS strike and NW—SE strike. The structural fractures of approximately EW strike are mainly controlled by early regional extension, late bending effect of anticline, abnormal high fluid pressure, stress converting effect in tectonic switching periods and associating effect of thrust fault, etc. The structural fractures of approximately NS strike are mainly controlled by tectonic compressive effect of approximately NS direction. And the structural fractures of NW—SE strike mainly generate from horizontal maximum compressive stress of NNW—SSE direction or approximately NS direction. Structural fractures in Keshen-2 gas field are mainly formed in 3 periods: Cretaceous and Late Paleogene, Late Miocene, and Late Pliocene. The structural fractures formed in 2ndand 3rdperiods are the most important to Keshen-2 gas field. These fractures in the two periods have a superior matching relationship with petroleum accumulation, which promotes the ultimate formation of industrial scale gas field in Keshen-2 area.

reservoir structural fracture; genesis; evolution; petroleum accumulation; Keshen-2 gas field

10.11817/j.issn.1672-7207.2017.05.017

TE122.2

A

1672?7207(2017)05?1242?10

2016?07?11；

2016?09?25

國家科技重大專項(xiàng)(2016ZX05003-001-002，2016ZX05001-002-003) (Projects(2016ZX05003-001-002, 2016ZX05001-002-003) supported by the National Key Science and Technology Project)

王珂，博士，工程師，從事儲(chǔ)層地質(zhì)和構(gòu)造地質(zhì)研究；E-mail: wangk_hz@petrochina.com.cn