杏树岗地区正向反转构造与裂缝研究

王本强，吕 乐，王 彭，周 坤，刘志毅

（西南石油大学资源与环境学院，四川成都 610500）

伸展盆地的反转构造是近些年来含油气盆地研究的重点之一，伸展盆地的油气勘探开发实践说明反转构造尤其正反转构造在伸展盆地的油气成藏中具有重要的作用[1-2]。致密碎屑岩储层在反转构造的过程中，产生了不同类型、不同性质的裂缝，而这些裂缝在致密储层中担当运移通道和储集空间的重要角色[3-4]。因此，有必要对反转构造与裂缝的形成机制进行深入研究，为油田的增产增量采取有效地措施提供有力依据。

1 地质概况

杏树岗地区在构造位置上位于松辽盆地中部中央坳陷区大庆长垣杏树岗构造位置上，北临萨尔图油田，南接杏北油田，其油藏类型为背斜型油藏，构造形态表现出西翼陡东翼缓的特征[5]。杏树岗油田泉头组扶杨油层储层岩性主要以岩屑长石砂岩或长石岩屑砂岩为主，少量岩屑砂岩；储层沉积环境主要受到河流相和三角洲相控制，砂体厚度不大，主要为条带状，横向变化快。泉头组储层孔隙度介于8.1%～14.2%，渗透率大都小于1.2×10-3μm2，是典型的低孔-低渗致密碎屑岩储集层。

2 区域构造演化

松辽盆地白垩纪以来的构造演化可以分为3个主要演化阶段（见表1）:断陷阶段、坳陷阶段和反转构造阶段[6-7]。

表1 松辽盆地构造演化阶段划分

盆地在发展过程中具有张、压两重性，表现为早期裂谷、中期坳陷和晚期褶皱的特点[8-9]。杏树岗地区早白垩纪晚期以来的构造演化与松辽盆地同时期的构造演化形成过程类似，主要经历了伸展构造阶段-反转构造阶段两个阶段。同时，以嫩江末为分界线，嫩江末之前主要为拉张垂向沉降期，嫩江末之后为构造挤压反转期。杏树岗地区泉头组地层在泉头组末-嫩江组末主要经历了拉张垂向沉降作用，在嫩江组末-明水组末主要经历了区域性的反转构造作用。

2.1 伸展构造期

在泉头组末-嫩江组末沉积期，泉头组地层的沉积物基本上处于塑性状态，杏树岗地区受到NE-SW向的区域性拉张力，发生伴随垂向沉降的伸展构造运动，在该构造运动下研究区主要形成了一系列NNW向的高角度正断层。

2.2 反转构造期

在嫩江组末-明水组末沉积期，泉头组地层已经成岩处于刚性状态。太平洋板块向亚洲大陆大角度俯冲，工区受NW-SE向区域性左旋挤压应力作用，杏树岗地区内普遍形成了一系列压扭性反转构造，反转构造以正断式反转构造为主。这些正断式反转构造沿着NNE向基底大断裂的局部区段分布。由于NNE向基底大断裂对反转构造的控制作用，杏树岗地区正断式反转构造呈NNE-NNW向展布。

3 正向反转构造发育模式

正向反转构造是在“先张后压”的构造背景下，在同生沉积断层上推覆形成的[10]，其形成模式（见图1）。

Ⅰ为拉张期，地块沉降形成角度正断层；Ⅱ为应力平静期，地块接受沉积；Ⅲ为挤压上隆期，地块受到强烈挤压地层发生褶皱隆起，形成背斜；Ⅳ为反转构造期，地块持续受到同一方向的构造挤压应力作用，地层发生逆冲，断层性质发生变化，由正断层向逆断层转变，并形成断背斜；Ⅴ为反转构造定型期，地块处于应力平衡阶段，正断层转变为逆断层。Ⅰ-Ⅴ是一个完整的正向反转构造的形成演化模式图。图中A、B、C、D均表示地层界面。

杏树岗地区正断式反转构造的形成，基本上与上述正向反转构造的发育模式类似。在早期NE-SW向的区域性拉张力作用下形成了一系列NNW向的高角度正断层，在晚期NW-SE向区域性左旋挤压应力作用下形成了一系列NNE-NNW向正断式反转构。杏树岗地区所受区域构造应力较小（或者时间较短），地层褶皱变形相对不强烈，早期形成的正断层没有彻底逆推转变为逆断层，所以研究区只经历了Ⅰ-Ⅲ这三个构造阶段，反转构造在剖面上表现出来构造形式的仍然是正断层。杏树岗背斜型油藏便是反转构造作用的产物。

4 反转构造与裂缝的关系

4.1 裂缝特征

4.1.1 裂缝产状 杏树岗地区泉头组地层沉积后，经历了拉张断陷，坳陷沉降和反转构造等多期次的构造运动，形成了不同性质、不同组系的裂缝。通过对杏树岗地区泉头组多口取心井观测结果表明：构造裂缝主要以≥75°的高角度裂缝和直立缝为主（约80%）；低角度裂缝和水平缝发育较少。同时，对生产井的裂缝方位进行微地震监测，监测结果表明：泉头组储层裂缝总体上表现出多方向性，但具有优势方位的裂缝较明显。裂缝发育的主要方位为 NE 向（55°±10°）、NW 向（320°±10°）和近 SN 向（0°±10），其中 NE 向裂缝最为发育，其次是NW 向和近SN向（见图2）。

4.1.2 裂缝充填情况 工区岩心裂缝充填程度较低，未充填裂缝约占50%左右，半充填裂缝约占38%，全充填裂缝约占12%。裂缝充填物主要为沥青质，其次是方解石和泥质（碳质）。部分观测井岩心发现裂缝缝面有明显的油气浸染现象，这表明构造裂缝对油气在储层中的储集和运移具有重要作用。

4.1.3 裂缝类型 根据岩心观测表明，杏树岗地区泉头组构造裂缝主要发育张性缝和剪切缝（见图3，图4）。在早期的拉张沉降期时期，主要形成张性缝，且该期张性缝走向主要平行于断层，裂缝规模较小，缝面粗糙，且延伸较短。晚期反转构造期主要发育纵张缝和两组共轭剪切缝，其中一组剪切缝发育较好，而另一组发育较差。剪切缝面光滑平直，具有明显擦痕及磨光镜面,缝面两侧有时具有一定剪切错动。

4.2 反转构造与裂缝的关系

4.2.1 拉张沉降期产生的裂缝 在泉头组末—嫩江组末为拉张沉降时期，工区受到区域性的NE-SW向的拉张应力作用，形成了一系列近NW向的正断层。由于泉头组的沉积物基本处于塑性状态,因此构造裂缝相对不发育。此时期主要形成了一组拉张破裂缝，该组裂缝由拉张应力产生，其走向和拉张应力作用下产生的正断层走向一致。同时，在断层附近还可能产生了少量的断层伴生缝。该时期形成的构造缝经历了较长时间的成岩作用,裂缝多被方解石充填，因此其有效性较低。

4.2.2 反转期产生的裂缝 在嫩江组末—明水组末为反转构造时期，杏树岗地区处于一种左旋压扭的构造应力场中，运用地质力学原理，将所受应力场分解为NE-SW向的拉张应力和NW-SE向的挤压应力（见图5），这样整个工区就处于一个拉张和挤压的复合构造环境中。根据应力场分解结果，NE-SW向的拉张应力对杏树岗地区的构造演化和构造形态占主导地位，对早期形成的NW向断层进一步加强，因此杏树岗地区的NW向正断层非常发育；同时，由于NW-SE向的挤压应力对研究区影响相对较小，杏树岗地区地层只发生了褶皱变形而未进一步将早期形成的正断层逆推形成逆断层，只形成了背斜型构造。

在该时期，泉头组地层已经成岩,在构造挤压作用下形成了一系列的构造裂缝。因此,泉头组储层的构造裂缝主要是在反转构造时期形成的。根据上述应力场分解分析结果及裂缝发育模式（见图5），该时期主要形成以下几组裂缝：

（1）在NE-SW向的拉张应力作用下，主要产生走向与NW向断层平行的一组拉张破裂缝，该组裂缝在工区较发育，其次断层附近产生少量伴生缝。

（2）在NW-SE向的挤压应力作用下，在岩层尚未发生褶皱变形之前，主要形成两组垂直于岩层的近NS、NNW向的平面共轭剪切缝；随着构造应力的持续作用，岩层褶皱变形，主要产生了一组发育在背斜型构造转折端（脊部和枢纽位置）NE向的纵张缝和两组斜交的剖面共轭剪切缝（发育较少）。

在反转期形成的这几组裂缝，以高角度裂缝和直裂缝为主，充填程度不高，尤其是NE向裂缝与杏树岗地区现今最大水平主应力方向（NE向）大致一致，使该方位的裂缝在储层中保持开启状态。

5 结论

（1）杏树岗地区主要经历了拉张沉降期和反转构造期。拉张沉降期杏树岗地区主要形成一系NNW向的高角度正断层，同时形成一组NW向的拉张破裂裂缝；由于拉张沉降期间泉头组地层的沉积物基本处于塑性状态,因此构造裂缝不发育，且此期间形成的构造裂缝经历了较长时间的成岩作用,多被方解石充填，有效程度低。

（2）反转构造期杏树岗地区主要形成呈NNENNW向展布的正断式反转构造，同时形成一组近NE向的纵张缝、一组NW向的拉张破裂缝和近NS、NNW向的两组共轭剪裂缝。该时期形成的裂缝以高角度裂缝和直裂缝为主，充填程度较低。反转构造期是杏树岗地区构造裂缝形成的主要时期。

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