断裂及其裂缝发育带在塔中油气勘探中的意义

韩 杰，江　杰，张　敏，吴美珍，潘文庆

断裂及其裂缝发育带在塔中油气勘探中的意义

韩 杰*，江杰，张敏，吴美珍，潘文庆

中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院，新疆 库尔勒 841000

针对塔中西部Z15井区储层非均质性强、主要目的层埋藏较深（一般＞5 000 m）、地震资料品质差、小断层识别困难且多产状较陡的难题，总结出易于操作的小断裂解释判别原则：即寒武系盐层顶面有断距、灰岩顶部有挠曲、地震剖面上断层轨迹有串珠、碳酸盐岩内幕地震同相轴有相变。相对较准确地刻画了研究区4期断裂的平面和剖面分布特征，其中第二期近东西向中晚加里东期逆冲推覆断裂和第三期近南北向的晚加里东—早海西期扭张性走滑断裂是研究区的主要断裂，控制了研究区奥陶系储层和油气藏的分布。并通过多口井的钻探证实，断裂及其控制的裂缝发育带是高产稳产井的分布区域，其富含油气主要得益于：优质的储层发育；断裂期次早于油气成藏且封盖条件好，油气保存完整；良里塔格组水体能量弱。围绕断裂及其裂缝发育带的优质储层发育区的钻探为断裂控储控藏研究和寻找新的油气富集区域开拓了新的思路。

塔里木盆地；奥陶系；碳酸盐岩；断裂；储层改造

网络出版地址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/51.1718.TE.20150323.1553.006.html

韩 杰，江 杰，张 敏，等.断裂及其裂缝发育带在塔中油气勘探中的意义［J］.西南石油大学学报：自然科学版，2015，37（2）：11-20.

Han Jie，Jiang Jie，Zhang Min，et al.Significance of Fault and Fracture Developing Area in Oil and Gas Exploration in Tazhong［J］.Journal of Southwest Petroleum University：Science&Technology Edition，2015，37（2）：11-20.

引言

近30年以来，中国海相油气勘探开发呈现快速发展的势头，在塔里木、四川、鄂尔多斯等盆地均有大油气田的发现，其主要特点是储集层类型多样但非均质性强，油气藏改造强烈、破坏严重，保存条件复杂；油气藏形成跨越多个构造期，成藏与分布复杂，预测难等，这是中国克拉通含油气盆地独特的石油地质特征。这些客观地质条件的存在，是石油地质家的乐园，极大地促进了中国海相油气地质理论的发展，而断裂在储层形成与油气运聚方面的作用越来越受到重视［1-3］。

在储层形成与演化方面，断裂及其控制的裂缝发育带本身是重要的储油气空间；同时，断裂沟通深部流体（幔源或壳源流体）与碳酸盐岩作用形成萤石、热液白云岩化或硅化等，改变储层的时空分布关系［4-8］；此外，断裂活动延伸至地表，形成表生溶蚀作用，增加储层厚度和储层的渗滤性能［9-10］。从目前已有钻探和地震储层正演看，断裂及其控制的裂缝发育带常伴随着优质储层的发育，如地震剖面上“串珠状”缝洞型储集层沿断裂分布［11］。在油气成藏方面，深大断裂常沟通深部烃源岩，是油气运移的优势通道，断裂活动有利于烃源岩与油气聚集区形成空间配置关系，断裂的多期活动、断层的性质对油气运移路径、成藏时期以及油气藏的分布具有重要影响［12-15］。

本文在系统总结塔里木盆地塔中西部Z15井区奥陶系良里塔格组断裂特征及力学机制的基础上，综合分析断裂与储层发育、地层水和油气成藏期的匹配关系，结合区域已有钻井资料综合分析，创新性地提出本区断裂，特别是中晚加里东期逆冲断裂及其裂缝发育带是优质钻探目标，是寻找高产稳产井的有利区域，这对提升塔中海相碳酸盐岩油气地质认识，扩大塔中油气规模具有重要的理论和现实意义。

1　塔中西部Z15井区断裂特征

1.1地质背景

塔中西部Z15井区地处新疆沙雅县境内，构造上隶属于塔里木盆地塔中隆起北部斜坡带塔中I号坡折带西段（图1），奥陶系自上而下可分为上奥陶统桑塔木组、良里塔格组以及下奥陶统鹰山组和蓬莱坝组。

图1　塔中西部Z15井区构造断裂与储层预测叠合图Fig.1　Map of structure-fault and formation in Z15 Well Field，Tazhong Area

主要勘探目的层良里塔格组与下伏鹰山组和上覆桑塔木组均为不整合接触关系，良里塔格组自上而下分为良一段、良二段和良三段，良一段：以泥质条带、泥质条纹的普遍发育为特征，地层厚度为40∼229 m；良二段：岩性主要为灰色、褐灰色中厚层-块状的泥晶-亮晶颗粒灰岩、隐藻黏结岩，局部夹有薄层生物格架岩，地层厚度为37∼118 m；良三段：岩性以厚层的亮晶粒屑灰岩、隐藻黏结岩及泥晶灰岩的不等厚互层为特征，厚46∼195 m。研究区表现为东南高、西北低的构造平台区，但构造幅度小（一般小于200 m），发育台缘和台内丘滩复合体沉积，以孔洞、裂缝性、裂缝孔洞型储层为主，发育少量洞穴型储层，整体表现为受断裂和相带分割，局部断块含少量边、底水的大型准层状油气藏。

1.2断裂识别

塔里木盆地碳酸盐岩储层空间上具有很强的非均质性，主要目的层埋藏较深（一般＞5 000 m），碳酸盐岩在地震剖面上一般表现为不连续—弱连续—连续的波组特征，构造断裂系统精细解释困难。在实践中，根据研究区内断层以产状较陡的小断层为主，总结出易于操作的小断裂解释判别原则：即寒武系盐层顶面有断距，灰岩顶部有挠曲，地震剖面上断层轨迹有串珠，碳酸盐岩内幕地震同相轴有相变。这4项小断裂判别准则为研究区构造精细解释起到很好的指导作用。在此基础上，以垂直剖面为主精细解释断层，对断层进行分色命名，实现平面组合的配套断层精细解释技术。

1.3断裂特征

研究区断裂系统分为4期，其中第一、二期以逆冲推覆断裂系统为主，第三期以扭张走滑断裂系统为主，第四期以岩浆刺穿花状断裂为特征。

寒武纪—早奥陶世逆冲断裂，塔中隆起受到来自南东方向的挤压应力形成一系列弧形冲断带，呈扫帚状撒开。研究区位于“扫帚”的帚部，发育塔中I号断裂北段（图2a），向下断入震旦系基底，向上消失于奥陶系桑塔木组，最大断距达1 000 m以上，它控制了塔中隆起的北边界，形成台缘斜坡，发育奥陶系台缘礁滩相。

图2　塔中西部Z15井区四期次断裂Fig.2　Map of faults at four different period of fault in Z15 Well Field，Tazhong Area

中晚奥陶世，发育中晚奥陶冲断推覆、挤压断裂系统。该断裂系统以逆冲推覆为特征，断开层位向上消失于桑塔木组底部，向下延伸至基底，断距在10∼200 m（图2b）。主要发育Z26-T45、Z261H-T63井、Z28北3个弧状断裂带。该类断裂影响良里塔格组的沉积，沿断裂走向造成良一+良二段明显加厚，且形成局部高带。该类断裂发育时间短，延伸长，造成良里塔格组裂缝发育，对盖层没有破坏，因而沿断裂走向形成油气富集带，Z26-T45、Z261H-T63井断裂带油气富集证实了以上认识。

奥陶世晚期—泥盆纪，发育以北东走向为主的张扭性走滑断裂系统。北东走向的大走滑断裂延伸长达41 km，向上一般断入志留系—泥盆系，向下可断入基底，最大断距达200 m以上，将研究区切割成东西块状。局部发育以Z15东拉分地堑为代表的地震剖面上呈“U”形、“V”形的拉分掉块（图2c、图2d），这种地堑内充填了桑塔木组—志留系泥质碎屑岩，在地层的上倾方向正好对油气藏形成侧向封堵，形成油气富集区，因此Z15东拉分地堑四周发现了高产高效井。

二叠纪岩浆刺穿断裂，是以二叠系剧烈火山活动，岩浆向上侵入二叠系，在二叠系广泛发育火成岩，断裂系统表现为花状。岩浆热液活动，产生裂缝发育带及热液对碳酸盐岩储层的改造，可产生优质储层，如T45井萤石矿（图2e）。

2　实钻证实断裂及其裂缝发育带是高产井的主要分布区

Z162-1H井钻探目的层为奥陶系良里塔格组，A点为片状反射，B点为串珠状反射，井轨迹穿过中晚加里东期近东西向逆冲推覆断裂及其裂缝发育带（图1、图3a），实钻6 084 m（斜深，下同）进入灰岩段，6 780 m完钻，灰岩段长度696 m，水平段长度456 m。测井资料分析表明：井筒周围储层不太发育，泥质含量重，仅发育III类裂缝型储层57 m/6层，II类裂缝型、洞穴型储层9.5 m/1层。全井分3段酸压测试，累计注入液量2 420 m3，用6 mm油嘴求产，油压38.8∼40.0 MPa，日产油110.38 m3。截至2012年底，累计产油5.71×104t，累计产气0.36×108m3，累计产水0.77×104t，目前日产油51 t，日产气2.86×104m3，不产水（图4b）。

图3　Z162-1H井地震剖面和试采曲线Fig.3　Seismic section and production history of Well Z162-1H

Z17井是一口针对良里塔格组良三段小串珠钻探的直井，该井位于近南北向的晚加里东—早海西期扭张性走滑断裂带的裂缝发育带上（图1、图4a），距走滑断裂的距离1.12 m，良三段底部串珠的形成与走滑断裂伴生的次级断裂发育有直接关系。全井气测显示活跃，井深6 444.0 m全烃最高达96.98%，循环点火焰高2∼4 m，持续4.9 h，全井累计漏失钻井液30.54 m3，成像测井解释全井高导缝发育，天然裂缝72条，且沿高导普遍有溶蚀现象，III类裂缝-孔洞型储层43 m/8层，II类裂缝型储层11 m/1层，对6 206∼6 448 m井段酸压测试，5 mm油嘴，油压48 MPa，日产油48.37 t，气17.9×104m3。截至2012年底，累计产油0.32×104t，累计产气0.22×108m3，累计产水0.02×104t，目前日产油19 t，日产气14.4×104m3，不产水（图4b）。

图4　Z17井地震剖面和试采曲线Fig.4　Seismic section and production history of Well Z17

3　断裂及裂缝发育带富含油气的条件

3.1断裂及其裂缝发育带储层发育

3.1.1地震储层正演

地震储层正演主要结合塔中地区碳酸盐岩储层实际情况，开展波动方程正演模拟，采用有限差分法求解波动方程，揭示碳酸盐岩串珠、片状、杂乱和弱反射等复杂地震响应特征的形成机理和地质意义，可为塔中地区的勘探实践提供理论依据［18-20］。

设计走滑断裂宽度分别为5，10，20，40，60，100，200 m，代表断裂及其溶蚀破碎带的宽度；实际地层桑塔木组、良里塔格组、下奥陶统和寒武系速度分别为4 500，6 000，6 100，6 200 m/s（图5）。该模型的地震记录表明，断层面及断裂溶蚀破碎带能产生串珠状反射，串珠在界面之下（100 ms以内），这类串珠是储层发育的反映，表明沿着断层及其溶蚀破碎带是优质储层的发育区（图6）。

3.1.2野外裂缝特征

塔里木盆地西北缘露头区的柯坪和巴楚隆起发育多条走滑断裂和逆冲断裂。

统计表明，断裂控制的裂缝密度与距断裂的距离呈指数关系，随着距断裂距离的增大，裂缝发育的面密度呈指数递减。根据对巴楚隆起唐王城逆冲断裂控制的裂缝发育带的研究，距断层由近及远可细分为破碎带、劈理带、菱形裂缝带、稀疏裂缝带（图7，图8）；此外，走滑断裂性质对构造裂缝发育的控制作用远比走滑距离要重要，压扭性断裂比张扭性断裂控制的构造裂缝带宽度要大很多。西克尔走滑断裂性质为压扭性的，断距约0.3 km，断层控制的构造裂缝带宽度有100 m；皮羌走滑断裂性质为张扭性的，断距约3∼4 km，断层控制的裂缝带宽度为90 m［21-22］。

图5　走滑断裂模型Fig.5　Strike-slip fault model

图6　走滑断裂模型叠后地震记录Fig.6　Poststack seismic record of strike-slip fault model

图8　巴楚隆起唐王城逆冲断裂裂缝发育带-距离关系图Fig.8　Chart of fracture developing area to distance in Tangwang City of Bachu Uplift

3.1.3井下裂缝特征

塔中西部Z15井区上奥陶统良里塔格组礁滩体岩芯、测井分析显示储层基质孔隙不高，为低孔、中-低渗储层（孔隙度3.21%∼0.17%，平均1.06%；渗透率190.000∼0.001 mD，平均2.540 mD），主要的储集空间是次生溶蚀孔洞、裂缝、溶洞，储层的发育受多因素影响，具有多期、多效应叠加的特点。

根据岩芯和薄片观察，本区至少存在4组方向的构造缝，大多与塔中I号构造带呈高角度斜交，裂缝具有多期成因，多期改造和多期充填的特点，其发育程度和有效性受控于现代和古代构造应力场、区域构造断裂位置、岩石强度、厚度、岩性等多种因素的影响［23］。从本区塔中I号断裂带控制的裂缝发育密度看，裂缝发育带的宽度约为3 km，3 km范围内，随着距离的增大，裂缝发育呈指数递减；3 km范围之外，裂缝发育已超过断裂带的控制，主要受区域应力场的控制［24］，这与文献所述野外裂缝地质模型有相同的特征。据此推断，Z162-1H井、Z15-5H井所穿断裂与塔中I号断裂南段为同一期同一性质断裂，其控制的裂缝发育带宽度应该在3 km左右。此外，本区针对良三段的储层预测表明（图1），串珠状、片状反射主要分布在裂缝及裂缝发育带3 km之内，占全区串珠、片状地震反射分布数量的80%以上，且这一范围是高产高效井的集中分布区，与上文论述的地震储层正演情况吻合，Z17井即在这一范围内。

总的说来，多期构造破裂作用所形成的裂缝改造了储层的渗滤性能，增加了储层和微观孔隙结构和连通性，对高产稳产井的分布具有控制作用。

3.2断裂与油气成藏期的匹配关系

塔中地区存在两套有效烃源岩［16-17，25］，即北部满加尔凹陷寒武系烃源岩和塔中I号断裂带北部中上奥陶统烃源岩。现今油气藏经历了“三期充注、多期调整”，即晚加里东—早海西期满加尔凹陷寒武系低成熟油充注，晚海西期I号断裂带北部中上奥陶统中等成熟度原油充注，早喜马拉雅期塔中下部寒武系原油裂解形成的凝析油气，在喜马拉雅期发生大规模气侵（图9）。

图9　塔中西部油气充注成藏史Fig.9　History of oil and gas inject and reservoir formation in western Tazhong Area

研究区第二期逆冲推覆断裂形成于晚加里东期，后期未活动，属于桑塔木时期的同沉积断裂，两套烃源岩生排烃发生于断裂活动后期，油气源充足，桑塔木组盖层厚度481∼661 m，分布相对稳定，根据野外地质调查结果，同沉积断裂及其裂缝发育带普遍存在泥质充填，因此，该期断裂及其裂缝发育带存在一定的垂向和侧向封堵性，是油气聚集的有利区域；研究区第三期走滑断裂形成于加里东末期—早海西期，在桑塔木组沉积后多期活动，桑塔木组盖层封堵性在局部地区遭受破坏，晚海西期中上奥陶统中等成熟度原油充注和早喜马拉雅期寒武系原油裂解气部分沿着该期断裂垂向运移塔中石炭、志留系形成次生油气藏，因此，该期断裂仅在局部地区存在封堵，目前未直接钻探该期断裂，仅钻探该期断裂的裂缝发育带，距断层距离一般0.8∼2.5 km，储层发育且油气保存相对较好，已为塔中西部Z8及Z43井区大量钻井资料证实。

3.3良里塔格组水体能量弱

塔中西部Z15井区17口井试采，14口井见水，矿化度集中分布在70 000∼110 000 mg/L，主要以边底水、局部封存水和凝析水为主，没有明显的断裂水（区域断裂水的矿化度一般＞165 000 mg/L）；从产水量看，产水量＜2 000 t的井9口，占总试采井数的64%，5口产水量超过2 000 t的井有2口是注水产水，另3口产水量超过2 000 t的井其累计产油量都超过30000t，因此，总的说来产水量较小；按照中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T6167—1995《油藏天然能量评价方法》，每采出百分之一地质储量地层压力下降值与弹性产量比可用于判断天然能量的强弱（表1），通过计算，Z15井区的单井弹性产量比在1.7∼7.4，采出1%地质储量地层压力下降值在1.5∼5.0 MPa，因此该井区天然能量较弱，总体以弹性驱动为主。

表1　油藏天然驱动能量评价指标（SY/T 6167—1995）Tab.1　Evaluation index on natural reservoir drive energy

4　结　论

（1）针对塔中西部Z15井区实际情况，总结出断层识别的4点依据：寒武系盐层顶面有断距、灰岩顶部有挠曲、地震剖面上断层轨迹有串珠、碳酸盐岩内幕地震同相轴有相变。相对较清楚地刻画出塔中西部Z15井区4期断裂的平面和剖面分布特征。

（2）第二期近东西向中晚加里东期逆冲推覆断裂和第三期近南北向的晚加里东—早海西期扭张性走滑断裂是研究区的主要断裂，控制了研究区奥陶系储层和油气藏的分布。穿过第二期逆冲断裂的钻探（Z162-1H、Z15-5H）、针对第三期走滑断裂裂缝发育带的钻探（Z17井）均获得高产稳产，提供了一种钻探断层及其裂缝发育带的井位部署新思路。

（3）多口井的钻探证实，断裂及其控制的裂缝发育带是高产稳产井的分布区域，其富含油气主要得益于：优质的储层发育；断裂期次早于油气成藏且封盖条件好，油气保存完整；良里塔格组水体能量弱。

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韩杰，1979年生，男，汉族，湖北武汉人，高级工程师，硕士，主要从事油气藏地质研究。E-mail：gshanjie@163.com

江 杰，1985年生，男，汉族，山东淄博人，工程师，硕士，主要从事碳酸盐岩油气田开发工作。E-mail：jiangjietlm@petrochina.com.cn

张 敏，1984年生，女，汉族，四川内江人，工程师，主要从事储层综合研究工作。

吴美珍，1970年生，女，汉族，四川南充人，工程师，主要从事油气田开发地震资料解释。E-mail：wumztlm@petrochina.com.cn

潘文庆，1967年生，男，汉族，辽宁新金人，教授级高级工程师，主要从事油气藏地质研究。E-mail：lnpwq@sohu.com

编辑：张云云

编辑部网址：http：//zk.swpuxb.com

Significance of Fault and Fracture Developing Area in Oil and Gas Exploration in Tazhong

Han Jie*，Jiang Jie，Zhang Min，Wu Meizhen，Pan Wenqing
Research Instutute of Petroleum Exploration and Development，Tarim Oilfield Campany，PetroChina，Korla，Xinjiang 841000，China

In view of the problems of the strong heterogeneity in the formation of Z15 well field in western Tazhong，the buried depth of the main formation of interest over 5 000 meters，the bad quality of seismic data，and minor faults to be difficult to identify，and so on，we present the discrimination method for the minor fault interpretation to be easy to implement. Namely，amplitude on top of the Cambrian salt bed，twist on top of limestone bed，paternoster in the seismic section，and facies change of seismic lineup in carbonate inside.By these methods，the faults are described accurately in plane and section.The west-east direction overriding fault developed in middle and late Caledonian and transtension strike-slip fault developed in late Caledonian and early Hercynian is the main faults system in Z15 well field and controlling the distribution of formation and reservoir.Several wells drilled through fault in this well field prove that the fault and fracture developing area are favorable for high production well.Fault and fracture developing area are good to be drilled because of its well-developed formation，well conserved hydrocarbon and weak aquifer energy in Lianglitage group.This will break new ground for researches formation and reservoir related to fault.And it will also help to discover new oil and gas concentration area.

Tarim Basin；Ordovician；carbonate rock；fault；formation transformation

10.11885/j.issn.1674-5086.2013.06.09.01

1674-5086（2015）02-0011-10

TE122

A

2013-06-09网络出版时间：2015-03-23

韩 杰，E-mail：gshanjie@163.com

国家重大专项（2008ZX05049）。