库车克拉苏构造带地下盐岩变形特征分析

王洪浩，李江海，维 波，黄少英，能 源

(1.造山带与地壳演化重点实验室，北京 100871；2.北京大学，北京 100871；3.中国石油塔里木油田分公司，新疆 库尔勒 841000)



库车克拉苏构造带地下盐岩变形特征分析

王洪浩1，2，李江海1，2，维 波1，2，黄少英3，能 源3

(1.造山带与地壳演化重点实验室，北京 100871；2.北京大学，北京 100871；3.中国石油塔里木油田分公司，新疆 库尔勒 841000)

基于三维地震解释，对克拉苏构造带地下盐岩的空间展布形态进行分析，通过井震结合，建立盐内地震相模式，探讨研究区盐内变形特征和对高压盐水层分布的影响。研究表明，克拉苏构造带克深和大北工区地下盐岩的空间展布存在较大差异，先存的底辟构造、古隆起和盐岩的原始沉积边界导致不同区域的盐岩分布存在差异。研究区盐内可识别出的地震相模式可分为沉积型、流动型、褶皱型和断层型4类，不同类型的地震相指示了盐内不同的流变状态。纺锤型地震相是研究区最常见的、发育高压盐水的地震相，鞘褶皱的核部及平卧褶皱和断层共同封闭的空间也容易发育高压盐水。在钻遇上述地震相时，需要谨慎操作，可减少甚至避免钻井事故的发生。

库车前陆冲断带；克拉苏构造带；盐岩变形；高压盐水层

0 引 言

盐岩是油气系统中的常规要素，除作为区域最有效的盖层外[1-2]，会在构造应力作用下形成复杂的盐构造样式，对圈闭的构造演化和油气运移路径的形成也会产生重要影响[3]。库车前陆冲断带作为中国西部重要的油气勘探区[4]，古近系—新近系盐岩分布及变形特征对该区油气成藏产生了重要影响，目前，盐下已发现多个大气田[5]。前人对库车前陆冲断带盐构造进行了分段性研究[6]，并侧重分析了盐上层和盐下层的主要构造样式[7]，但针对盐岩层和地下盐岩内部(简称盐内，下同)变形的研究较少。因此，明确该区盐岩分布和变形样式对于指导油气勘探有着重要意义。此外，在油气田开发方面，由于盐岩的流变特性，使得盐岩地层成为钻井过程中卡钻、溢流和井漏等钻井事故的高发层位[8]，对盐内能干层类型及变形样式的识别可以为盐岩钻探提供指导，减少甚至避免钻井事故。

在前人研究基础上，基于克深、大北工区三维地震解释，对库车前陆冲断带西部克拉苏构造带地下盐岩的变形特征进行分析，结合相关钻井资料，对盐内能干层类型和变形样式进行识别，在此基础上探讨地下盐岩的流变性质和对高压盐水层分布的影响，为钻井工程提供指导。

1 区域地质概况

库车前陆冲断带位于塔里木盆地北部，夹持于南天山造山带与塔北隆起之间，是中国重要的油气勘探区。古新世—始新世和中新世，库车地区处于干旱湖泊—盐湖的环境下，在西部和东部分别沉积了古新统—始新统库姆格列木群(E1-2km)和中新统吉迪克组(N1j)膏盐岩。来自天山山前的挤压应力使盐岩发生塑性流变，导致盐岩在研究区内分布不均匀，形成多个厚度中心和复杂的盐构造样式(图1)。

研究区在整体上具有“南北分带、东西分段、上下分层”的特征，即从西到东以乌什凹陷、拜城凹陷和阳霞凹陷为主体分为3段；自北而南划分为北部单斜带、克拉苏—依奇克里克构造带、中轴凹陷带、秋里塔格构造带、南部斜坡带等5个构造变形带；按照变形样式自上而下划分为盐上层、盐岩层、盐下层和基底等4个构造变形层。自北向南，收缩型强变形带(克拉苏—依奇克里克构造带、秋里塔格构造带)分隔弱变形带(北部单斜带、中轴凹陷带、南部斜坡带)。其中，库车前陆冲断带西部的克拉苏构造带盐构造尤为发育，盐下基底发育的背斜圈闭是油气勘探的重点位置，目前，发现大北3、大北201、克深5、克拉2、克拉3等多个含油气构造，具有良好的勘探前景。克深、大北工区三维地震的部署为该区地下盐构造样式的精细解释提供了条件，且该区钻井资料丰富，可以基于井震结合的方法对盐内能干层类型和变形样式进行刻画，探讨该区地下盐岩的流变特征。

图1 库车前陆冲断带构造分区及盐岩厚度展布

2 地下盐岩空间展布特征

基于三维地震数据解释可以看出，克深和大北工区地下盐岩的空间展布存在较大差异。在西部的克深1-2工区，盐岩主要集中在北部由盐下逆冲断层形成的断层三角带中，南部则发育盐撤向斜，盐岩在向斜核部最薄，在部分区域甚至出现盐焊接构造；而在东部的大北工区，盐岩主要集中在南部的盐背斜(大宛齐背斜)中，在背斜核部盐岩最厚可超过6 000 m。在大北工区北部，盐岩受吐孜玛扎断层影响，发育盐刺穿构造。在部分区域，盐岩随逆冲断层冲破地表，形成盐墙(吐孜玛扎盐墙)构造。在位于克深1-2工区和大北工区之间的克深5工区，地下盐岩空间展布具有过渡的性质，在北部和南部均发育有盐岩厚度中心(图2)。

盐岩空间分布的差异与先存底辟构造、古隆起和盐岩原始沉积边界有关。库车地区渐新统苏维依—第四系西域砾岩为山前河流—洪积扇相沉积，前积作用导致盐上存在差异负载，进而形成先存底辟构造。基于平衡剖面研究表明，在大北工区北部盐刺穿发育的位置，存在先存底辟构造[9]，后期强烈的挤压作用导致先存底辟构造进一步发育，形成盐刺穿构造。古隆起的存在对盐岩地层变形具有初始扰动效应，大宛齐背斜处古隆起的存在是导致该处盐背斜发育的重要因素，同时随着后期挤压应力的进一步增强，盐岩向应力较弱的背斜核部移动，导致盐背斜进一步发育。在盐岩的原始沉积边界，盐上和盐下层地层直接接触，岩层之间的摩擦力增大，在后期的挤压作用下易于发育断层，进而控制盐岩展布。

图2 克深1-2—克深5—大北工区联合剖面

3 盐内变形样式

盐内变形样式是盐岩流变特征的反映，相关研究可为钻井工程提供指导。盐内变形研究在国际上也属于研究难点，地下盐内变形特征的研究通常基于盐内能干层变形样式的识别，相关研究主要集中在全球几个重要的含盐油气盆地。Van Gent[10]等和Strozyk[11]等通过对中欧盆地上二叠统泽西斯坦群巨厚的盐岩层地震和钻井资料的构造分析，刻画出了盐体内部能干层三维多期叠加褶皱的变形样式；Fiduk和Rowan基于巴西桑托斯盆地清晰的、相对连续的地震反射资料，识别出该盆地下白垩统阿普第阶盐岩层内大尺度的鞘褶皱、平卧褶皱等能干层变形样式[12]；阿曼盐盆新元古界—下寒武统Ara群蒸发盐沉积旋回清晰，地震资料品质较好，Blood[13]等和Reuning[14]等在此基础上识别出盐内碳酸盐能干层，建立了该盆地布丁状构造的能干层变形模式[13-14]。

上述含盐盆地盐内构造样式解释可指导研究区盐内构造样式的识别，但在具体方法上存在一定差异，原因在于上述盆地含盐地层与研究区库姆格列木群含盐地层在成分上差别较大。上述盆地含盐地层均为海相蒸发盐，岩性为厚层纯盐夹一套或数套反射清楚的能干层，能干层容易识别，且可连续追踪，盐内构造相对容易识别；而研究区库姆格列木群盐岩为陆相蒸发盐，含盐地层岩性变化大，盐内包裹多套能干层，在对该区地下盐内构造进行解释的过程中，不能直接采用连续追踪能干层的方法，而是在参考地表盐内变形样式的基础上[15]，通过地下井—震标定，建立三维地震工区钻井资料丰富区域的盐内地震相模式，并以地震相类型为依据，解释地下盐岩的流变特征(图3)。研究区可识别出的地震相模式按照变形特征可以分为沉积型、流动型、褶皱型和断层型4大类，并可细分为平行条带型、楔型、纺锤型、紧闭褶皱型和断层错断型等具体的地震相类型(图3)。

图3 库车前陆冲断带克拉苏构造带盐内地震相模式

不同类型的地震相指示的盐内流变特征如下：①在沉积型地震相中，盐内能干层基本未发生变形，多以原始层状产出，沉积型地震相指示了盐岩极弱的流变状态，该类地震相主要分布于盐岩顶段靠近盐上顶板的位置，盐上巨厚顶板限制了盐岩的流动；②在流动型地震相中，盐内能干层变形相对较弱，多向某一方向发生聚敛或形成简单的钩状褶皱，常见的地震相有楔型和纺锤型等，流动型的地震相指示了盐岩相对较弱的流变状态，盐岩向某一方向流动导致盐内能干层发生聚敛，同时若流动前缘受到阻力，能干层会发生弯曲，形成简单的钩状褶皱；③在褶皱型地震相中，盐内能干层发生强烈的褶皱变形，除常见的紧闭褶皱外，还可见一定数量的平卧褶皱和鞘褶皱等，褶皱型地震相指示了盐岩相对较强的流变状态，且多由流动型地震相发育而来，盐岩强流变导致内部能干层形成复杂的褶皱类型，在研究区流动型地震相和褶皱型地震相均主要分布于盐岩中段，缺少顶板的限制导致盐岩中段流动性相比顶段明显增强；④在断层型地震相中，盐内能干层多发生错断，指示了盐岩快速强烈的变形特征，该类地震相主要分布于盐岩底段逆冲断层向盐内延伸的位置，反映了在基底逆冲断层的影响下，盐岩快速变形，盐内能干层发生错断。

4 盐内构造对高压盐水层分布的影响

若盐岩层中含有水，在长期构造应力的作用下，盐水在有限空间内压力急剧升高，就会形成高压盐水。盐岩层钻井是一个世界级的钻井技术难题，盐内高压盐水层更是钻井事故的高发层位，探讨盐内构造对高压盐水层的控制作用，在钻井过程中及时调整钻井液密度，可以有效地减少甚至避免钻井事故。

盐内高压盐水层分布规律性较差，多分布于小型封闭空间中，以类似于透镜的形态存在。库车前陆冲断带西部克拉苏构造带是盐内高压盐水层的多发区域，多口井钻遇不止一套高压盐水层。在地震相研究的基础上，选取克深、大北工区钻遇高压盐水层典型井的相关层位进行构造精细解释，探讨盐内构造对高压盐水层分布的影响。

以克深9井为例，克深9井在库姆格列木群盐岩钻井过程中钻遇上、下2套高压盐水层。其中，下部的高压盐水层位于库姆格列木群盐岩底段，主要受控于岩相变化，在相对较大的范围内可进行对比，多口井均钻遇该套高压盐水层。上部的高压盐水层位于库姆格列木群盐岩中段，前期研究未对该套高压盐水层的成因给出解释，为此次研究的重点。基于地震相解释，克深9井库姆格列木群盐岩顶段为楔型地震相(图4a)，显示出盐岩从北向南流动的特征，不存在高压盐水层发育的封闭空间。而盐岩中段高压盐水层发育的层位，地震相类型为纺锤型地震相(图4a)，纺锤型的中部为石膏夹层，顶部和底部分别为盐岩、泥岩组合，高压盐水位于地震相核部盐岩、泥岩组合共同封闭的空间中。图4b显示了该处高压盐水层的发育模式，原始层状沉积的盐岩、泥岩、石膏层组合在挤压应力下发生流动形成纺锤型构造，中部石膏层在应力作用下脱水形成硬石膏，并提供卤水来源，持续的挤压作用使得流体压力不断升高，在封闭的空间中形成高压盐水。

图4 克深9井库姆格列木群中段高压盐水层发育的模式

与克深9井类似，对研究区其他数十口井如克深13、克深902、克深903、克深904、克深2-1-4井等盐内高压盐水发育层位进行构造精细解释，认为纺锤型地震相是该区最常见的发育高压盐水的地震相，此外，鞘褶皱的核部以及平卧褶皱和断层共同封闭的空间也是容易发育高压盐水的地震相。但盐内高压盐水层发育的位置并非和上述地震相一一对应，上述地震相为高压盐水提供了封闭的空间，但高压盐水层的发育是多种作用共同作用的结果，除构造封闭作用外，还应具有卤水来源和外部压力。

5 结 论

(1) 库车前陆冲断带克拉苏构造带地下盐构造发育，但克深和大北工区地下盐岩的空间展布存在较大差异，在西部的克深1-2工区，盐岩主要集中在北部的断层三角带中；在东部的大北工区，盐岩主要集中在南部的盐背斜中；在位于中部的克深5工区，地下盐岩的空间展布具有过渡的性质，在北部和南部均发育有盐岩的厚度中心。先存底辟构造、古隆起和盐岩的原始沉积边界是导致不同工区盐岩分布差异的重要原因。

(2) 通过井震结合建立盐内地震相模式的方法可对克拉苏构造带地下盐岩内部变形特征进行分析。研究区可识别出的地震相模式可分为沉积型、流动型、褶皱型和断层型4大类，沉积型的地震相多位于盐岩顶段靠近盐上顶板的位置，指示了盐岩极弱的流变状态；流动型地震相和褶皱型地震相均主要分布于盐岩中段，缺少顶板限制导致盐岩中段流动性相比顶段明显增强；断层型地震相主要分布于盐岩底段逆冲断层向盐内延伸的位置，指示了盐岩在基底逆冲断层的影响下快速强烈的变形特征。

(3) 盐内高压盐水层是钻井事故的高发层位，克拉苏构造带是盐内高压盐水层的高发区域，在地震相研究的基础上，选取克深、大北工区钻遇高压盐水层典型井的相关层位进行构造精细解释，认为盐内纺锤型地震相、鞘褶皱的核部以及平卧褶皱和断层共同封闭的空间是容易发育高压盐水的位置。高压盐水层的发育是多种作用共同作用的结果，除构造封闭作用外，还应具有卤水来源和外部压力。

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编辑 黄华彪

20160127；改回日期：20160509

国家重点基础研究发展计划“973”项目“火山岩油气藏的形成机制与分布规律”(2009CB219302)

王洪浩(1989-)，男，2012年毕业于北京大学地质学专业，现为该校构造地质学专业在读博士研究生，从事盐构造相关研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.04.004

TE123.1

A

1006-6535(2016)04-0020-05