克拉苏构造带褶皱中和面地质特征与纵向位置确定——以克拉苏构造带S构造为例

周红波，刘永雷，刘　军，谷永兴，张聚民,高能学

(1．西安石油大学， 陕西西安 710065；2．中国石油东方地球物理公司)

克拉苏构造带褶皱中和面地质特征与纵向位置确定

——以克拉苏构造带S构造为例

周红波1，2，刘永雷2，刘军2，谷永兴2，张聚民2,高能学2

(1．西安石油大学， 陕西西安 710065；2．中国石油东方地球物理公司)

摘要：中和面是纵弯褶皱中普遍存在的一种地质现象，中和面上下存在不同的应力特征、裂缝性质和储层物性差异。克拉苏构造带褶皱具有整体结构复杂、单一构造相对简单的特点，所形成的褶皱构造为典型纵弯褶皱，也具有中和面褶皱的相关特征。结合钻井和地震地质分析，总结了克拉苏构造带4种不同构造类型及其地震地质特征。在钻井和地震统计分析的基础上，结合前人研究成果，通过数据拟合分析，确定了克拉苏S构造带中和面位置，明确了张性带厚度与油气产量的关系。

关键词：克拉苏构造带；褶皱中和面；地质特征；背斜类型

在构造地质学研究对象中，褶皱构造是沉积岩层中的一种基本构造类型。地层在褶皱(纵弯褶皱)变形过程中表现为外弧伸长和内弧缩短，在接近岩层中部，有一个既无伸长亦无缩短的无应变面，这个无应变面称为褶皱中和面，简称“中和面”[1-2]。背斜在中和面以上、向斜在中和面以下都属于张性区域(张性带)，储层的压实作用相对较小，物性条件因此相对较好，有利于油气的聚集。而在背斜的中和面以下或在向斜的中和面以上的区域，都处于压性区域(挤压带)，储层压实作用相对较大，物性条件相对不好，不利于油气的聚集，表现为油气的向外运移[3-5]。

1中和面褶皱地质特点[1-2]

褶皱中和面在形成过程中存在纵向迁移的特点，随着构造变形程度的加剧，背斜中和面逐渐向下迁移，向斜中和面逐渐向上迁移。在构造中和面以上的张性带，裂缝主要表现为高角度、开启性质；中和面以下的挤压带，裂缝表现为网状特征，多闭合，矿物结晶半充填或全充填。

(1)应力发育特征。在纵弯褶皱形成时，中和面即开始出现，中和面之上为张应力状态，应力椭圆长轴平行地层层面；之下为压应力状态，应力椭圆长轴垂直地层层面；中部为近似应力平衡区，应力椭圆近似圆形，基本未变形。

(2)微观地质要素发育特征。①劈理(面状构造)：上部平行层面或呈低角度夹角，下部与层面垂直或呈高角度夹角；②节理或裂缝，上部张节理或张裂缝，高角度，下部剪节理或压裂缝，低角度；③局部构造特点：整体为背斜，局部发育拉张型“地堑”。

(3)储层发育特征。克拉苏地区白垩系为低孔低渗储层，绝对孔隙度普遍在10%以下，主要是由于其处于相对强烈的构造挤压作用区，最大古构造挤压应力达79.5 MPa。依据克深5井构造挤压理论减孔量模型，其最大绝对减孔量为6.66%，从而使储层孔隙度进一步减少[6]。

本区褶皱构造中和面之上为张应力状态，发育高角度张裂缝，且多未被结晶矿物填充，孔隙度高，物性较好；中和面之下为压应力状态，发育网状剪裂缝，多被结晶矿物充填，物性差，孔隙度低，储层致密。

2克拉苏构造带中和面褶皱特点

克拉苏构造带具有区别于其它地区的地质特点：一是本区构造属前陆盆地典型逆冲推覆构造，褶皱类型为纵弯褶皱，构造整体发育复杂，但单个构造相对简单；二是褶皱构造上覆巨厚膏盐岩，形成构造顶棚。这两方面地质特点形成了一种对储层的减压效应：减小盐下储层压实作用，最大限度地保护了储层原生孔隙。

2.1克拉苏构造带背斜类型

根据克拉苏构造带实际构造特点及其变形程度的变化，背斜类型分为初始背斜、宽缓背斜、高陡背斜、突发背斜，随着构造块体形变加剧，中和面逐渐向下迁移，张性带厚度逐步增大(图1)。

图1　克拉苏构造带构造解释模型

构造变形开始时期为初始背斜阶段，这一时期构造变形程度较低，南北两条边界断层断距小，构造幅度小，南北两翼倾角小，构造为简单单断模式，相对平缓(图1a)。

构造变形早期为宽缓背斜阶段，这一时期构造变形程度较低，南边界断层断距较大，北边界断层断距较小，构造幅度较小，南翼倾角较大，北两翼倾角较小，构造为简单单断模式，相对平缓(图1b)。

构造变形中期为高陡背斜阶段，这一时期构造变形程度较高，南边界断层断距较大，北边界断层断距较大，构造幅度较大，南翼倾角较大，北翼倾角开始变大，北翼开始发育反冲断层，但断距较小，构造有突发特征，构造相对较陡(图1c)。

构造变形晚期为突发背斜阶段，这一时期构造变形程度高，南边界断层断距大，北边界断层断距大，构造幅度大，南北两翼地层倾角大，北翼发育反冲断层，且断层断距大，构造变为突发特征，构造较陡(图1d)。

2.2中和面背斜地质特征

在克拉苏构造带构造变形的四个不同阶段，各个构造或者构造的不同部位具有不同的张性带厚度，裂缝特征也存在差异(图2)。

构造变形开始时期(初始背斜阶段)，构造变形程度较低，构造地层相对平缓，背斜中和面相对靠近地层上部，张性带厚度较薄，裂缝相对不发育；构造变形早期(宽缓背斜阶段)，构造变形程度较低，相对平缓，中和面以上张性带厚度较小，裂缝开始在构造南翼和顶部发育，但密度较小；构造变形中期(高陡背斜阶段)，构造变形程度较高，构造相对较陡，张性带厚度变厚，且呈现明显的中间厚边部薄的特征，裂缝在构造南翼和顶部持续发育，北翼也开始发育少量裂缝；构造变形晚期(突发背斜阶段)，构造变形程度高，背斜中和面向下移动，张性带厚度变大，裂缝开始在构造南北两翼和顶部发育，裂缝密度相对早期变大，构造两翼较陡倾。

3克拉苏构造带褶皱中和面位置的确定(以S构造为例)

3.1钻井地质特征

从钻井特征来看，克拉苏构造带多个构造物性特征具有明显的分带性，基本可分为三段，分别是高孔隙度段、中等孔隙度段和低孔隙度段。这与中和面褶皱具有对应的关系：张性带对应低电阻率、高孔隙度、低地应力、高角度张裂缝的测井和岩心特征；过渡带对应中等电阻率、中等孔隙度、中等地应力、高角度张裂缝、张剪缝的测井和岩心特征；挤压带对应高电阻率、低孔隙度、高地应力、高角度剪切缝的测井和岩心特征。

克拉苏S构造上一口钻井A位于构造边部，张性带厚度为89 m，日产气微量；另一口钻井B，张性带厚度为129 m，获得工业气流，且张性带厚度较厚的多口钻井均获得高产。据此总结，本区张性带厚度与钻井产能有极大相关性：张性带厚度大，单井产能高，反之，产能较低(注：仅圈闭范围内钻井有此规律)。

图2　克拉苏褶皱构造与裂缝演化模型

3.2S构造中和面位置的确定

中和面在地层中的位置与各层地层厚度、构造变形程度和杨氏模量有关[7-10]。通过对本区目的层岩石物理参数检测，发现在目的层范围内各层岩石物理性质保持稳定，杨氏模量基本保持不变。本文主要应用地层厚度与构造变形程度两项数据来确定褶皱中和面的位置[11-13]。

张性带厚度是地层厚度和构造曲率的单调增函数，因此，本文应用了交会拟合的方法进行研究，使用钻井张性带厚度与地层厚度和曲率来拟合(表1)，其中地层厚度由钻井或地震资料解释求取，曲率表示构造变形程度。对克拉苏S构造做了拟合，其表达式为：

H=166.8-0.137D-0.081Cr

(1)

式中：H——张性带厚度，m;D——褶皱地层总厚度，m;Cr——曲率值。

S构造为一背斜构造，根据前述克拉苏构造带地质规律(图3)，其张性带厚度与构造自身形态有很大相关性。经过拟合公式计算出的S构造张性带厚度(图3)也具有这种规律：构造两翼张性带厚度小，轴部厚度大。张性带厚度与井产能相关性也较高，在张性带厚度较大处钻井均获得高产。

表1　克拉苏S构造拟合数据统计　　　　m

4结论与认识

(1)克拉苏构造带逆冲推覆作用形成的纵弯褶皱具有典型的中和面褶皱特征。

(2)克拉苏构造带中和面褶皱按照构造变形程度分为4种不同的构造形态：初始背斜、宽缓背斜、高陡背斜、突发背斜。

图3　克拉苏S构造张性带厚度图分布

(3)克拉苏构造带钻测井资料具有明显的纵向分带性，与中和面褶皱地质特征相吻合。

(4)克拉苏构造带背斜中和面以上张性带厚度与地层真厚度和构造变形程度呈正相关性。

(5)本文所研究褶皱中和面位置确定方法仅适用于克拉苏构造带，不同构造需要不同的拟合数据和参数。

参考文献

[1]Nicolas A.构造地质学原理[M].北京:石油工业出版社，1989：58-62.

[2]Ramsay J G.岩石褶皱作用和断裂作用[M].北京:地质出版社，1985:89-91.

[4]朱志澄.构造地质学[M].武汉：中国地质大学出版社，1999：110-116.

[5]余和中，韩守华，赵庆军，等.向斜下中和面构造油气藏——中国南方海相中-古生界油气勘探新方向[J].海相油气地质，2008，13(4):49-52.

[6]王招明，谢会文，李勇，等，库车前陆盆地油气勘探[M].北京：石油工业出版社，2013：103-104.

[7]王道轩，纵弯褶皱作用下岩层内中和面迁移问题的探讨[J].合肥工业大学学报，1985，7(4)：148-151.

[8]李忠权，刘顺等编.构造地质学[M].地质出版社，2010：76-77.

[9]张文佑,断块构造导论[M].北京：石油工业出版社，1984：71-73.

[10]顾宏，傅雪，季 明，等.褶皱中和面位置确定及其在六盘水涝河向斜中的应用[J].煤田地质与勘探，2011,39(5)：11-14.

编辑：李金华

文章编号：1673-8217(2016)03-0069-04

收稿日期：2016-01-20

作者简介：周红波，工程师，1982年生，2005年毕业于中国地质大学(武汉)资源勘查工程专业，在读硕士研究生，现主要从事塔里木库车地区地质研究工作。

基金项目：中国石油集团重大专项“库车前陆深层油气地质理论与勘探目标评价”(2014E-2101JT)资助。

中图分类号：TE111

文献标识码：A