库车坳陷克拉苏构造带断圈含气性影响因素及目标优选

孙永河，王 铎，付晓飞，孟庆洋，王海学

(1.CNPC断裂控藏重点实验室 东北石油大学，黑龙江 大庆 163318;2.“非常规油气成藏与开发”省部共建国家重点实验室培育基地，黑龙江 大庆 163318;3.中油勘探开发研究院，北京 100083)

引 言

克拉苏构造带为库车坳陷的二级构造带，是塔里木盆地天然气勘探的重点区带［1］，夹持于西侧喀拉玉尔滚变换断裂带和东侧依西—新河变换断裂带［2］之间，呈NEE向展布。克拉苏构造带受褶皱冲断变形影响，具有南北分带、东西分段特征，自北向南依次为反转断隆背斜带、楔状叠瓦构造带和逆冲前缘构造带，由东向西分别为博孜段、大北—吐北段、克深1—克深2段和克拉3段(图1)。天然气勘探实践证实，库车再生前陆盆地形成于库车期—西域期［3］，伴随着断裂的挤压逆冲变形形成了大量断背斜圈闭，同时三叠系和侏罗系烃源岩生成排出的大量天然气在垂向运移过程中受古近系库姆格列木群膏泥岩、膏盐岩盖层阻烃作用，主要富集在古近系底部和白垩系巴什基奇克组砂岩中［4］。天然气钻探结果显示，已钻的16个断圈有5个钻探成功(大北1构造、大北201构造、大北3构造、克拉2构造、克深2构造)，其余11个断圈多为气显示或差气层。针对未钻的11个断圈，为了优选有利的钻探目标，在综合分析天然气成藏主控因素基础上，采用聚类分析的方法对27个断圈进行类比优选，从而为油田的下一步勘探提供有利的钻探目标。

1 断圈含气性影响因素分析

1.1 天然气供给条件

库车坳陷侏罗系和三叠系烃源岩的供烃能力是天然气大规模聚集成藏的基础条件。前人研究证实［5］，库车坳陷克拉苏构造带在成藏关键时刻均处于侏罗系和三叠系烃源岩有效烃灶(生气强度大于20×108m3/km2)范围之内，表明克拉苏构造带天然气供给充足。此外，侏罗系和三叠系烃源岩层具有砂泥互层特征(砂岩占40% ±，泥岩占60% ±)［6］，泥岩层生成的天然气优先进入邻近的砂层内，成为断裂垂向运移的“中转站”［7］，可确保断裂短暂活动时大量天然气的供给。因此，仅从烃源岩供气角度看，克拉苏构造带气源充足，成藏关键时刻可保证大量天然气的供给，亦即表明无论是 已钻断圈还是未钻断层，均具有充注的气源条件。

图1 库车坳陷克拉苏构造带位置、断裂、转换带及天然气分布

1.2 天然气运聚条件

1.2.1 断裂类型分布特征

克拉苏构造带目的层顶部发育的断裂自西向东其走向不断发生变化，博孜段为NEE走向，大北—吐北段为NE走向，克深1—克深2段为近EW—NEE走向，克拉3段为近EW走向。在晚期再生前陆盆地时期受NW—SE向挤压下，断裂走向与挤压应力方向高角度配置的以逆冲变形为主，形成逆冲型断裂，而断裂走向与挤压应力方向低角度配置的则以走滑逆冲变形位置，形成走滑逆冲断裂。据此结合断裂的叠加变形特征可将克拉苏构造带划分出4种类型断裂(图1)，即走滑逆冲型正反转断层、逆冲型正反转断层、走滑逆冲断层和逆冲断层。从断层与天然气关系来看(表1)，逆冲型正反转断层与天然气富集关系最紧密，如克拉2气田;其次是走滑逆冲型正反转断层，如克深2气藏和吐北1失利构造;再次是逆冲断层，如大北1、大北3、大北201气田和大北5、大北4、克深4失利构造;走滑逆冲断层主要与失利的构造相关，如吐北2构造。

1.2.2 断裂走向变化规律

克拉苏构造带发育的断圈因控圈断裂走向发生变化，导致断圈含气性差异较大。统计得到，平面上下凹型断裂控制的断圈含气性好，是天然气主要富集指向区，如大北1、大北3、大北201气田和克拉2气田;平直型断裂对应的断圈含气性次之，主要显示比较差的气层，如克拉3构造;而上凸型断裂控制断圈含气性最差，如克深4、克深5等气显示构造(图1、表1)。

1.2.3 断裂转换带类型

克拉苏构造带共发育3种类型转换带，即走滑断层型、一级侧断坡型和二级侧断坡型。走滑断层型转换带因断穿膏泥岩盖层，天然气易于散失，不利于天然气的保存，如克拉3构造。侧断坡型转换带具有很好的顶封作用，是良好的气源断层，而且该部位应力集中，有利于天然气的运聚［8］。其中二级侧断坡与天然气的分布关系最为紧密(图1、表1)，如大北1、大北3、大北201和克深2气田;而三级侧断坡型转换带与天然气关系较为紧密，如克拉2、大北3气田。

1.2.4 断裂输导效率特征

考虑天然气垂向运移的断裂通道条件(断距、延伸长度、断裂带宽度、断裂伴生裂缝密度、源储距离)和动力条件(源储压差)是影响天然气垂向运移速率的主要因素［9］，故基于能量守恒原理，利用贝努力方程定量表征天然气沿断裂上侵速率(表1)。结果发现，当天然气上侵运移速率大于10×102m/s时，断裂疏导效率最好，如克拉3气田;当天然气上侵速率介于5×102m/s到10×102m/s之间时，断裂疏导效率次之，如大北1、大北3、大北201和克深8气田;当天然气上侵运移速率小于5×102m/s时，断裂疏导效率最差，如克深5、克深2气田和大北4、大北5、吐北2失利构造。

表1 不同类别的断圈含气性影响因素的赋分、赋权重及典型断圈归类统计表

1.2.5 断盖配置关系

沿断裂运移的天然气能否在盖层的阻烃作用下向其下伏的储层中充注主要取决于盖层段断层的变形机制［10］。研究发现，克拉苏构造带断裂在盖层段的变形特征存在4种模式(表1)，不同变形模式对天然气顶封的能力存在差异。①盖层段只发生“强制型褶皱”变形，断裂未断穿盖层，形成强封闭模式，如大北1、大北3、大北201、克深2、克深8气田;②盖层段发生“剪切型泥岩涂抹”变形，断裂已错断盖层，但盖层依然保持连续性，形成较强封闭模式，如克拉2气田;③盖层段“剪切型泥岩涂抹”被破坏，断裂断穿盖层，盖层失去完整性，形成中等封闭模式，如克山5气田和吐北1、吐北2、克深4构造;④断裂在盖层段形成断层核和破碎带二分结构，形成弱封闭模式，如克拉3构造。

1.2.6 断储产状配置关系

断裂活动常伴随着地层的翘倾，造成断裂两盘地层产状不一致，当油气沿断裂运移并向储层充注过程中，不同类型的断储配置关系天然气充注的程度差异较大。克拉苏构造带断储配置关系均为断裂、储层产状同倾向，即均为顺向断层，且上盘发育断背斜圈闭，下盘不发育断圈，故上盘为强充注模式，有利于天然气充注运移。

1.3 天然气保存条件

在油气供给充足的前提下，油气进入断圈后能否聚集主要取决于断层侧向封闭性。断层封闭性越强，其封闭的烃柱高度越大［11］。对大北地区各断圈控圈断裂的侧向封闭性评价结果表明(表1)，控圈的断裂顶部消失在库姆格列木群膏泥岩内，断层上盘巴什基奇克组目的层在逆冲推覆作用下使其与上覆的库姆格列木群巨厚膏泥岩层形成对接封闭，通过标定结果发现，圈闭的烃柱高度与断层两盘储盖对接的厚度一致。断层封闭性均较好，为完全有效的圈闭，因此封闭性因素对圈闭富气程度影响较弱。

2 断圈综合评价优选

2.1 评价方法选取及断圈样品参数计算

聚类分析是数理统计中研究“物以类聚”的1种方法［12］。聚类分析的功能是建立1种分类方法，将一批样品(或变量)按照其性质上的亲疏程度进行分类［13］。描述该种亲疏程度通常有2个途径，一是把每个样品看成m维(变量的个数为m个)空间的1个点，进而在m维坐标中，定义点与点之间的某种距离［14］;另一途径是用某种相似系数(或相关系数)来描述样品(或变量)之间的亲疏程度，当确定了样品(或变量)间的距离或相似系数(或相关系数)后，就可以对样品(或变量)进行分类［15］。本文选用离差平方和聚类方法［16］即相关系数对已钻圈闭与目标圈闭的进行聚类，进而优选有利目标断圈(图2)。

图2 克拉苏构造带断圈聚类谱系图及钻探风险归类

为了表征断圈在聚类中的亲疏关系，需要在上述分析断圈含气性影响因素的基础上，基于各因素类型对断圈含气性的影响，赋予相应的分值和权重值(表1)，再分别计算出每个断圈在相应影响因素下的总得分(即赋分值乘以权重值)，以此作为聚类分析的样品(或变量)。

2.2 圈闭评价结果分析与优选

依据上述对每个断圈的不同类别控制因素总分值，采用离差平方和法对断圈的相关性进行聚类分析(图2)。从聚类分析树状谱系图中断圈的亲疏关系，结合断圈含气性，可将断圈归为4大类:第1类断圈包括4个断圈，即大北1、大北201、克深2和克深8;第2类包括7个断圈，即克深5、吐北1、吐北2、克深4、吐北4、大北4和大北5圈闭;第3类包括5个断圈，即大北3、克深6、克深10、克拉2和克拉3圈闭;第4类包括11个断圈，即克深1、博孜2、克深9、博孜1、克深3、博孜3、博孜4、博孜5、博孜6、克深7和克深14圈闭。每个大类中工业气流断圈越多，表明该类断圈钻探风险性越小，其内的目标断圈则为有利的钻探目标。因此，第1类断圈中的克深8号和第3类断圈中的克深10号为下一步钻探风险相对最小的断圈。其余断圈均聚在第4类，其内已钻断圈主要为气显示，钻探风险相对较大。

3 结论

(1)库车坳陷克拉苏构造带影响断圈含气性的因素主要包括8个方面，其中天然气供给充足，逆冲型正反转断层有利于天然气充注，断裂走向变化指示为天然气富集部位，转换带发育部位易于天然气运聚，断裂输导效率越大越利于天然气充注运移，盐下断裂未断穿区域性盖层易于形成强顶封模式，逆断层顺向断层上盘断储配置模式易于天然气充注，断裂对接封闭性强易于天然气保存。

(2)依据离差平方和聚类分析法将断圈归为4类，其中第1类中的克深8号和第3类中的克深10号断圈与已钻的工业气流断圈相关性好，钻探风险相对最小，是下一步钻探的有利目标。其余断圈均聚为第4类断圈，与气显示断圈相关性好，其钻探风险相对较大。

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