超深层致密砂岩储层构造裂缝分布特征及其成因——以塔里木盆地库车前陆冲断带克深气田为例

王 珂，张荣虎，王俊鹏，孙雄伟，杨学君

(1.中国石油 杭州地质研究院，浙江 杭州 310023； 2.中国石油 勘探开发研究院 塔里木盆地研究中心，新疆 库尔勒 841000；3.中国石油 塔里木油田公司，新疆 库尔勒 841000)

致密砂岩储层泛指渗透率小于1×10-3μm2且孔隙度小于10%的砂岩储层，当其中具有工业规模性天然气聚集时则成为致密砂岩气藏[1]。致密砂岩气的勘探已有近百年的历史，工业开采历史超过65 a[2]。中国致密砂岩气勘探潜力巨大，是近年来天然气增储上产的重要领域。目前在鄂尔多斯盆地石炭系-二叠系、四川盆地上三叠统须家河组、渤海湾盆地古近系沙河街组、塔里木盆地库车坳陷侏罗系和白垩系等均已发现工业规模性的致密砂岩气藏，总有利区面积达32×104km2，地质资源量17.4×1012～25.1×1012m3，可采资源量为8.8×1012～12.1×1012m3[3-4]。由于致密砂岩储层基质孔渗低，难以形成高效的渗流系统，因此构造裂缝通常是改善这类储层物性的重要因素[5-7]。研究表明，构造裂缝所提供的渗透率可高出基质渗透率1～3个数量级甚至更高[8-11]。对于致密砂岩储层，构造裂缝研究的最终目的是在构造裂缝发育类型、成因机制以及控制因素分析的基础上，明确构造裂缝在空间上的分布规律，从而寻找天然气的有利区[12-17]。

前陆冲断带是全球沉积盆地中一类重要的含油气构造，通常发育成排成带的大型构造圈闭群，与前渊坳陷优质生烃灶纵向叠置，复杂断裂系统沟通，喜马拉雅期形成并保存的前陆冲断带易形成大型构造油气田群，在中国准噶尔盆地西北缘、塔里木盆地库车坳陷、塔西南地区和四川盆地西部，加拿大西加盆地、伊朗扎格罗斯盆地、美国沃希托盆地及委内瑞拉东委盆地等均发育前陆冲断型油气田[18-19]。由于构造变形规模大、演化阶段复杂，前陆冲断带通常大量发育构造裂缝，并且具有多期次叠加的特点，其成因和分布规律一直是研究的热点与难点[20-23]。

克深气田是在塔里木盆地库车前陆冲断带上探明的万亿立方级大型天然气田，由多个近EW走向的断背斜气藏组成，目前仍有新的气藏圈闭在不断发现[24]。该气田的主力含气层系下白垩统巴什基奇克组为典型的超深层致密砂岩储层，基质孔渗较差，仅靠基质孔隙难以形成高效的渗流系统，构造裂缝对储层物性有显著的改造作用[25-27]。岩心和成像测井资料表明，各个断背斜气藏间的构造裂缝发育特征具有明显差异性，这种差异性是导致气藏间天然气产能差异的重要因素。明确构造裂缝的差异分布特征及其成因，对继续寻找有利天然气圈闭，拓宽勘探领域具有重要意义。因此本文综合岩心、薄片及成像测井等资料，分析库车前陆冲断带克深气田致密砂岩储层构造裂缝的类型与形成序列，在此基础上探讨不同断背斜气藏之间构造裂缝的差异性分布及其成因，从而明确构造裂缝的分布规律，以期为克深气田新的天然气圈闭勘探提供一定的参考，同时为其他前陆冲断带致密砂岩储层构造裂缝的研究提供借鉴。

1 地质背景

库车前陆冲断带位于塔里木盆地的北缘，是一个自晚海西期开始发育，经历了多次构造运动叠加，在古生代被动大陆边缘基础之上发育起来的中新生代叠合前陆盆地，总面积约28 500 km2，包括北部单斜带、克拉苏构造带、依奇克里克构造带、拜城凹陷、阳霞凹陷、乌什凹陷、秋里塔格构造带和南部斜坡带8个二级构造单元[28-30]。区内天然气资源丰富，先后发现了克拉2、大北、迪那、克深和博孜等大中型天然气田。

克深气田位于克拉苏前陆冲断带，东西长约50 km，南北宽约20 km，紧邻拜城生烃凹陷(图1)，天然气成藏地质条件优越，具有良好的天然气勘探潜力，探明地质储量超过10 000×108m3。克深气田钻揭地层自上而下依次为第四系(Q)，新近系库车组(N2k)、康村组(N1-2k)、吉迪克组(N1j)，古近系苏维依组(E2-3s)和库姆格列木群(E1-2km)，白垩系巴什基奇克组(K1bs)和巴西改组(K1bx)，主力含气层系为巴什基奇克组的厚层砂岩。克深气田的天然气主要来源于侏罗系的煤系烃源岩，生气强度可达160×108～320×108m3/km2，目的层巴什基奇克组上覆的古近系库姆格列木群为巨厚的膏盐层沉积，是一套优质的区域盖层，两者与目的层构成了良好的生储盖组合[24]。喜马拉雅晚期印度板块与欧亚板块碰撞引发南天山造山带的剧烈隆升，产生了近NS向的强烈挤压推覆作用，在膏盐层下形成了多个断背斜气藏[31](图1)，其中克深5、克深6、克深2、克深8和克深9气藏已逐步转入开发阶段，克深10、克深13和克深24等气藏处于预探和评价阶段。

图1 克深气田断层及圈闭分布(a)、构造位置(b)与过克深2井叠前时间偏移剖面(c)Fig.1 Fault and trap distribution (a),tectonic location (b),and section of pre-stack time migration (PSTM) across Well KS2 (c) in Keshen gas field(N2k.新近系库车组；N1-2k.新近系康村组；N1j新近系吉迪克组；E1-2km1.古近系库姆格列木群上段；E1-2km2.古近系库姆格列木群下段)

克深气田巴什基奇克组沉积期的物源主要来自北部的南天山造山带，早期为冲积扇-扇三角洲-滨浅湖沉积体系，中晚期为辫状河-辫状河三角洲-滨浅湖沉积体系，垂向上多期砂体叠置、平面上多个扇体相连，从而形成了规模巨大的砂体[32]。研究区侏罗系-下白垩统为连续沉积，晚白垩世的构造抬升剥蚀使研究区普遍缺失上白垩统，下白垩统巴什基奇克组也遭受一定程度的剥蚀，造成其与下伏地层下白垩统卡普沙良群巴西改组(K1bx)整合接触，与上覆地层库姆格列木群(E1-2km)呈角度不整合接触[33]。克深气田巴什基奇克组埋深5 500～8 500 m，厚度260～310 m，岩性以红褐色细砂岩、粉砂岩、中砂岩和薄层泥岩为主。砂岩主要为岩屑长石砂岩，其次为长石岩屑砂岩；储集空间包括残余原生粒间孔、粒间溶孔、粒内溶孔、微孔隙和微裂缝等；岩心实测基质孔隙度一般为1.5%～5.5%，基质渗透率一般(0.01～0.1)×10-3μm2。岩心及成像测井等资料显示，巴什基奇克组构造裂缝发育，属于超深层低孔裂缝性致密砂岩储层。

2 构造裂缝基本特征

克深气田具有丰富的岩心、成像测井和天然气产量等资料，本文共利用5个气藏39口井的取心(其中发育裂缝总计1791条)、44口井的目的层段成像测井和61口井的天然气产量数据(表1)，对构造裂缝的类型、特征及差异性进行分析。

表1 克深气田巴什基奇克组构造裂缝参数及天然气产量数据来源Table 1 Statistics of tectonic fracture parameters and natural gas production data of the K1bs in Keshen gas field

按照倾角不同，可将构造裂缝分为直立缝(θ≥75°)、高角度缝(45°≤θ<75°)、低角度缝(15°≤θ<45°)和水平缝(0°≤θ<15°)4类,其中θ为裂缝倾角[9]。岩心观察表明(图2)，克深气田的构造裂缝以直立缝和高角度缝为主，剪切裂缝和张性裂缝均有不同程度的发育。剪切裂缝的裂缝面平直，延伸较远，可切穿层理面，部分剪切裂缝具有微小断距，开度通常小于0.5 mm，一般为未充填或少量充填；张性裂缝的裂缝面弯曲，延伸范围有限，开度一般在0.5～1 mm，个别可达2～3 mm，多被方解石、硬石膏和白云石等矿物充填，其中的方解石充填物有时可见酸性地层水溶蚀形成的小型孔洞。构造裂缝多发育在粉砂岩和细砂岩中，并且通常终止于砂泥岩界面，少见透入泥岩的裂缝。在泥岩中多发育规模较小的张裂缝，偶见直立的剪切裂缝。由于泥岩多以薄夹层形式出现在多套砂岩之间，其中的裂缝数量有限，因此对构造裂缝总体发育程度的贡献率较低。

图2 克深气田巴什基奇克组典型构造裂缝岩心照片Fig.2 Typical tectonic fractures in cores of K1bs in Keshen gas fielda.克深503井，埋深6 895.7 m，高角度张性缝，方解石充填；b.克深505井，埋深6 773.9 m，直立张性缝，方解石半充填；c.克深602井，埋深6 009.4 m，密集的直立张性缝，方解石充填；d.克深2-1-5井，埋深6 723.2 m，直立张性缝，方解石充填，方解石发生局部溶蚀形成小型孔洞；e.克深202井，埋深6 765.8 m，直立剪切缝，方解石微量充填；f.克深802井，埋深7 236.6 m，高角度张性缝，硬石膏充填；g.克深8-8井，埋深6 879.0 m，高角度剪切缝，硬石膏微量充填；h.克深902井，埋深7 974.3 m，未充填的高角度剪切缝和硬石膏充填的直立张性缝相交；i.克深905 井，埋深7 486.7 m，直立剪切缝，硬石膏和白云石少量充填

微观构造裂缝多切穿胶结物和部分颗粒，缝宽从10～100 μm不等，沿裂缝可发生长石等矿物的局部溶蚀，早期渗流砂或方解石、硬石膏和白云石等矿物充填的构造裂缝在后期构造应力和异常高压流体作用下易沿颗粒边缘或原有裂缝面重新裂开(图3)。由于开度通常较小，因此微观构造裂缝对提高储层渗透率贡献十分有限，主要起储集空间的作用，并且可以切穿基质颗粒，连通基质孔隙，从而改善储层孔隙结构[23,34]。

图3 克深气田巴什基奇克组微观构造裂缝Fig.3 Tectonic microfractures of K1bs in Keshen gas fielda.克深501井，埋深6 746.6 m，构造裂缝切穿胶结物和部分颗粒，缝宽约50 μm；b.克深506井，埋深6 567.7 m，沿早期白云石充填裂缝重新裂开，缝宽约25 μm；c.克深6井，埋深5 618.1 m，白云石充填构造裂缝，缝宽约3 mm，发育白云石晶间孔隙；d.克深201井，埋深6 706.7 m，构造裂缝切穿颗粒，缝宽约10 μm，沿裂缝发生局部颗粒溶蚀；e.克深801井，埋深7 227.3 m，构造裂缝切穿颗粒，缝宽约100 μm；f.克深802井，埋深7 235.1 m，早期白云石充填构造裂缝重新裂开，缝宽约40 μm；g.克深8004井，埋深7 004.2 m，早期渗流砂充填构造裂缝重新裂开，裂缝绕过颗粒，缝宽约10 μm；h.克深902井，埋深7 928.0 m，沿构造裂缝发生溶蚀，缝宽约25 μm；i.克深 904井，埋深7 849.1 m，构造裂缝切穿颗粒，缝宽约10 μm

构造裂缝在成像测井图像上表现为正弦曲线，发育平行式、斜交式、共轭式和网状式等组合类型(图4)。根据正弦曲线的几何形态，可获取裂缝的倾向、倾角等产状信息，并根据公式(1)计算裂缝的线密度[33,35]。

图4 克深气田巴什基奇克组成像测井构造裂缝组合类型Fig.4 Assemblage types of tectonic fractures on image logs of K1bs in Keshen gas fielda.克深501井，1组平行裂缝；b.克深6井，网状裂缝；c.克深201井，1组共轭裂缝；d.克深8井，2组裂缝斜交

D=N/H

(1)

式中：D为裂缝线密度，条/m；H为井段长度，m；N为成像测井识别的裂缝数量，条。

3 构造裂缝的形成序列

构造裂缝形成于构造应力作用，因此构造裂缝的形成期次通常与构造运动具有较好的对应关系，各期次构造运动背景下的构造应力场不同，所形成的构造裂缝在产状和力学性质等特征上也会有明显差异，并且一般来说，构造裂缝形成越早，充填程度越高，常被后期形成的构造裂缝切割和错断[22-23]。参考前人对库车坳陷构造变形的地质分析及物理模拟成果[36-38]，利用最新的地震解释剖面，运用平衡剖面技术恢复了库车坳陷中部剖面(过克深2井)的构造演化史(图5)。再结合构造应力场演化史、储层沉积埋藏史[39-40]以及构造裂缝的产状、力学性质、交切关系和充填程度等特征和裂缝充填物碳氧同位素测温结果(表2)，认为克深气田巴什基奇克组的构造裂缝可分为3期[9,39-43]。

图5 库车坳陷中部白垩纪—第四纪构造演化Fig.5 Tectonic evolution of the Cretaceous-Quaternary in central Kuqa Depression

表2 克深2气藏巴什基奇克组构造裂缝充填物碳氧同位素特征Table 2 C-O isotopes of tectonic fracture fills in K1bs of Keshen-2 gas pool

第1期构造裂缝形成于白垩纪末期—新近纪吉迪克组沉积期的近NS向伸展作用及短暂的挤压抬升(燕山运动-喜马拉雅早期运动)，该时期的水平最大主应力为35.2～59.9 MPa，主要形成少量近EW走向的张性裂缝和近NS走向的剪切裂缝，已被方解石、硬石膏或白云石等矿物完全充填成为无效裂缝(克深2气藏裂缝方解石充填物形成温度为89～91 ℃)，但少数可在后期构造应力和异常流体高压作用下沿原裂缝面重新裂开成为有效裂缝；第2期构造裂缝形成于新近纪康村组沉积期—库车组沉积早期的近NS向挤压作用(喜马拉雅中期运动)，该时期水平最大主应力约74.8 MPa，主要形成一定数量的近NS走向的剪切裂缝，一般为半充填，保留了一定的渗流能力(克深2气藏裂缝方解石充填物形成温度为106～109 ℃)；第3期构造裂缝形成于新近纪库车组沉积晚期—第四纪西域组沉积期的近NS向强烈挤压推覆作用(喜马拉雅晚期运动)，该时期水平最大主应力约80.9 MPa，地层在推覆挤压应力作用下发生强烈弯曲，伴随着大量逆冲断层的形成，克深地区的叠瓦冲断构造最终定型，在此构造应力背景下发育2种成因的构造裂缝，一种是挤压应力直接产生的近NS走向剪切裂缝，另一种是背斜弯曲变形产生的近EW走向张性裂缝，多为未充填、少量充填或半充填(克深2气藏裂缝方解石充填物形成温度为122～129 ℃)，该期构造裂缝数量较多，并且其形成时间与天然气的大量充注期吻合[24,44-45]，是克深气田工业规模性气藏最终形成的关键因素(图6)。

图6 克深气田巴什基奇克组构造裂缝形成序列(最大古构造应力σmax采用库车坳陷的数据，据曾联波等[39])Fig.6 Forming sequence of tectonic fractures of K1bs in Keshen gas field (σmax is derived after reference[39])

4 构造裂缝差异分布及成因

利用岩心裂缝观察及成像测井裂缝解释结果，结合单井无阻流量数据，发现构造裂缝的产状、力学性质、密度、有效开度、充填性和充填物等方面在不同气藏之间具有明显的差异性(表3)。由于白垩纪—古近纪的构造运动较弱，形成的第1期构造裂缝数量很少，对不同气藏之间构造裂缝的差异性影响较小，因此起控制作用的主要为新近纪康村组沉积期以后的构造运动。

表3 克深气田不同气藏之间巴什基奇克组构造裂缝差异性Table 3 Differences in tectonic fractures of gas reservoirs in K1bs of Keshen gas field

4.1 产状和力学性质差异性

从构造位置来看，克深5气藏位于克深气田和大北气田之间的构造转换带，除了受到近NS向的构造应力分量外，还受到NE-SW向的左旋剪切应力分量[46]，从而导致局部构造应力场复杂化，裂缝产状多变。根据成像测井的解释结果发现，克深5气藏西南部的构造裂缝优势走向和现今水平最大主应力方位均为近EW向，中部渐变为NW-SE向，东南部又渐变为近NS向。

由表3可见，除克深5气藏外，构造裂缝的优势走向自北向南由以近EW向为主(克深6气藏)过渡为近EW向和近NS向共存，其间还有少量NW-SE向的裂缝(克深2和克深8气藏)，再过渡为以近NS向为主(克深9气藏)；倾角自北向南逐渐增大，由以高角度缝为主(克深5和克深6气藏)过渡为以直立缝为主(克深2、克深8和克深9气藏)，并且直立缝的比例逐渐增大；力学性质由以张性裂缝为主(克深5和克深6气藏)过渡为以剪切裂缝为主(克深2、克深8和克深9气藏)，并且剪切裂缝的比例自北向南逐渐增大。构造裂缝的这种分布规律主要与不同气藏的构造挤压变形时间和变形速率差异有关。

克深气田所在的克拉苏冲断带属于典型的前展式冲断构造[47-49]，在吉迪克组沉积期以前整体发生微弱变形，南部和北部的变形没有明显的差异性。吉迪克组沉积期以后，不同部位的变形开始出现差异。北部靠近南天山造山带的地区挤压变形时间相对较早(图5)，在新近系康村组沉积期就已开始变形，此时变形速率相对较慢，地层发生蠕变弯曲形成背斜构造，产生的构造裂缝以近似平行于背斜长轴(近EW向)的张性裂缝为主，在长轴轴线上为直立缝，翼部为高角度缝。另外伴随着逆冲断层的推覆滑移，还产生了一定数量的断层伴生低角度-水平缝，通常为剪切性质，主要发育在翼部和断层附近，呈近EW向。在新近系库车组沉积期以后的快速挤压推覆时，早期的张性裂缝和低角度-水平缝在一定程度上限制了近NS向剪切裂缝的形成，并且随着背斜的进一步弯曲，又会形成新的近EW向直立或高角度张性裂缝，造成北部的克深6气藏以高角度缝和张性裂缝为主，直立缝和剪切裂缝相对较少，克深5气藏局部构造应力场虽然较复杂，但整体变形过程与克深6气藏相似，因此构造裂缝的倾角和力学性质也与克深6气藏相近，只是在气藏内部走向变化较大。

中部地区(克深2气藏)在新近系库车组沉积早中期开始变形收缩，因此构造裂缝的形成时间略晚于克深5和克深6气藏，并且在部分近EW向的张性裂缝和低角度-水平缝形成之后或近于同时，即受到库车组沉积晚期的快速挤压推覆，早期裂缝对该时期剪切裂缝的限制作用有限，从而造成近EW向和近NS向裂缝共存，并且以近NS向占优势的局面。同时，成像测井解释结果表明近NS向的剪切裂缝以直立为主，因此克深2气藏直立缝的比例略有增大。此外还发育NW-SE向裂缝，仅在背斜倾没端的个别井中发育，可能与局部构造应力方位的变化有关。

南部地区(克深8和克深9气藏)靠近前渊带，直到新近系库车组沉积晚期—第四纪西域组沉积期才陆续发生挤压变形(图5)，此时强烈的挤压推覆作用使地层弯曲出现背斜形态之前即产生大量的近NS向剪切裂缝，限制了后期因背斜弯曲变形产生的张性裂缝和断层相关低角度-水平缝的发育，因此克深8和克深9气藏的构造裂缝整体上以近NS向的剪切裂缝为主，直立缝比例与克深2气藏相比进一步增大，仅在背斜长轴的部分井中发育近EW向的张性裂缝，低角度-水平缝基本不发育。

4.2 密度差异性

前人研究表明，构造裂缝密度受构造应力、储层岩性、岩石力学性质、岩层厚度、沉积微相等诸多因素的影响[16,33,50-52]。克深气田巴什基奇克组为一大型的辫状河(扇)三角洲前缘朵体，平面上分布稳定[53]，因此对于克深气田的不同气藏而言，储层岩性、岩层厚度和沉积微相等因素差异较小，影响构造裂缝密度差异性的主要因素为构造应力及储层岩石力学性质的差异[54-57]。

克深气田自北向南储层埋深逐渐增加，主差应力随之逐渐增大，但埋深增加同时也造成储层压实作用增强，岩石抗压强度增大。其中主差应力为水平最大主应力与水平最小主应力的差值，岩石抗压强度为岩石破坏时单位面积上的应力值，反映了岩石在受挤压应力时抵抗破坏的能力。上述参数可利用测井资料，通过以下方程组计算[58-60]：

(2)

式中：σh，σH和σV分别为水平最小主应力、水平最大主应力和垂向主应力，MPa；σx，σy分别为x方向、y方向上的构造应力分量，MPa；μ为岩石泊松比，无量纲；α为Biot系数，无量纲；pp为地层压力，MPa；Z为地层深度，m；ρ(Z)为上覆岩层密度，是与地层深度Z有关的函数，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；Δtp和Δts分别为纵波时差和横波时差，μs/m；E为岩石杨氏弹性模量，MPa；ρb为岩石骨架密度，kg/m3；σd为主差应力，MPa；S为岩石抗压强度，MPa；Vsh为岩石泥质百分含量，小数。

相关数据的计算与统计表明，克深气田主差应力与岩石抗压强度的比值与裂缝线密度有良好的正相关性，自北向南具有先增大后减小的趋势，其中克深2气藏主差应力与岩石抗压强度的比值最高，因此构造裂缝密度最大(图7)。

图7 克深气田巴什基奇克组主差应力/抗压强度与裂缝密度的关系Fig.7 Relationship between deviator stress/compressive strength ratios and fracture density of K1bs in Keshen gas field

4.3 有效开度差异性

构造裂缝的现今有效开度与裂缝初始开度、裂缝走向和现今应力方位的关系以及裂缝充填率等因素有关。北部的克深6和克深5气藏以张性裂缝为主，裂缝的初始开度较大，但其中克深6气藏的构造裂缝优势走向与现今水平最大主应力方位近似垂直，裂缝容易受压闭合，并且充填率较高，而克深5气藏的构造裂缝优势走向虽然与现今水平最大主应力方位近似平行，裂缝不易受压闭合，但同样具有较高的充填率，因此这2个气藏的构造裂缝有效开度相对较低(0.1～0.5 mm)；南部的克深8和克深9气藏以剪切裂缝为主，裂缝初始开度相对较小，但其优势走向与现今水平最大主应力方位近似平行，构造裂缝的开度不会因现今构造应力挤压明显减小，并且充填率较低，因此构造裂缝有效开度较大(0.1～1.5 mm)(表3)；中部克深2气藏的构造裂缝一部分走向与现今水平最大主应力方位近似平行，另一部分近似垂直，并且充填率中等，因此构造裂缝有效开度也为中等大小(0.1～1.0 mm)。

4.4 充填率和充填物差异性

岩心观察结果表明，克深气田北部克深5、克深6气藏和中部克深2气藏的裂缝充填物以方解石为主，充填率可达60%～70%；南部克深8和克深9气藏的裂缝充填物以硬石膏和少量白云石为主，充填率仅约26%～27%(表3)。

构造裂缝充填物的差异性主要受成岩孔隙水介质环境控制。克深气田巴什基奇克组储层的优质层段主要集中在中上部，是一套以细砂岩和粉砂岩为主的辫状河三角洲沉积体系，物源主要来自北部的南天山造山带(图8)。总体上，巴什基奇克组沉积期以炎热干旱气候为主，沉积水体呈咸化状态。但由于研究区北部地势较高，水体相对较浅，再加上靠近山区，气候相对偏湿，古克拉苏河的季节性淡水持续注入[61]，降低了水体盐度，使得巴什基奇克组沉积期整体上为淡水-半咸水介质成岩环境，因此在储层中形成了大量淡水-半咸水成因的方解石胶结物。当这些方解石胶结物在构造裂缝形成以后发生溶解-再沉淀作用时，即在裂缝两壁形成现今岩心上所观察到的方解石充填物。Keith等总结了区分侏罗纪以来海相成因灰岩和淡水成因灰岩的经验公式[62-63]：

图8 库车前陆冲断带巴什基奇克组辫状河三角洲沉积模式Fig.8 Depositional pattern of braided river delta facies of K1bs in Kuqa foreland thrust belt

Z=2.048(δ13C+50)+0.498(δ18O+50)

(3)

式中：δ13C和δ18O分别为碳同位素和氧同位素，均为PDB标准，‰。当Z大于120时为海相成因灰岩，Z小于120时为淡水成因灰岩。

根据构造裂缝方解石充填物的碳氧同位素数据计算得出的Z值为111.4～115.3(表2)，小于120但与120十分接近，表明克深气田构造裂缝中的方解石充填物确应形成于淡水-半咸水介质成岩环境。

研究区南部地势较低，水体相对较深，同时缺乏淡水注入，整体表现为偏碱性水成岩环境，水体盐度较高，储层中的胶结物主要为硬石膏和白云石[64](图9)。

图9 库车前陆冲断带博孜―大北―克深地区巴什基奇克组沉积期成岩环境与胶结物类型(据文献[64]修改)Fig.9 Diagenetic settings and cement types of the K1bs in Bozi-Dabei-Keshen areas of Kuqa foreland thrust belt黄色区域为淡水-半咸水介质成岩环境，主要方解石胶结；蓝色区域为偏碱性水介质(盐湖)成岩环境，白云石、硬石膏、岩盐等胶结

裂缝充填性的差异性主要与构造裂缝的形成时间有关。研究区所在的大北-克深地区，白垩系巴什基奇克组共经历了古近系-新近系康村组沉积早期(>6 Ma)、康村组沉积晚期-库车组沉积早期(6～5 Ma)和库车组沉积晚期(3～2 Ma)3期主要的胶结作用[65]。如前文所述，在燕山晚期-喜马拉雅期的前展式逆冲推覆作用下，研究区北部克深5和克深6气藏的构造裂缝在康村组沉积期便开始产生，因此完整经历了上述3期胶结作用，形成了大量的方解石充填物，充填率约70%；中部克深2气藏的构造裂缝形成于库车组沉积早中期，只经历了后两期胶结作用，充填物仍以方解石为主，充填率降至60%左右；南部克深8和克深9气藏的构造裂缝形成于库车组沉积晚期，只经历了最后一期胶结作用，因此在构造裂缝中只形成了少量的硬石膏和白云石充填物，充填率仅30%左右(表3)。

5 讨论

综合构造裂缝的产状、密度、有效开度、充填性和充填物等进行定性评价后认为，克深8气藏的构造裂缝密度和有效开度较大，并且充填率低，整体有效性最好，因此天然气无阻流量也最高(320×104～900×104m3/d)，克深5和克深6气藏的构造裂缝密度和有效开度均较低，并且充填率高，整体有效性较差，因此天然气无阻流量仅分别为80×104～350×104m3/d和90×104～220×104m3/d，克深2和克深9气藏的构造裂缝整体有效性中等，无阻流量分别为110×104～530×104m3/d和100×104～440×104m3/d(表3)。构造裂缝充填物的差异性决定了不同气藏采取的储层改造措施也应有所不同，克深5、克深6和克深2气藏的构造裂缝充填物以易于与酸发生反应的方解石为主，因此酸化可有效改善裂缝的有效性，提高产量，例如克深205井6 890～6 976 m采用6 mm油嘴求产，酸化前日产量仅约3×104m3，酸化后(未压裂)提高到41×104m3；克深8和克深9气藏的构造裂缝充填物以硬石膏和白云石为主，不易与酸发生反应，并且本身含量也较低，酸化改造提产效果十分有限，例如克深8-3井6 953～7 062 m采用5 mm油嘴求产，酸化前日产量30.2×104m3，酸化后仅提高到31.1×104m3，因此对于克深8和克深9气藏的储层改造应以压裂为主，例如克深805井6 959～7 087 m采用6 mm油嘴求产，体积压裂前日产量几乎为0，体积压裂后提高到44×104m3。

克深气田的勘探目前正逐渐向前渊带和东西两侧推进，根据上述规律推测，在克深9气藏南部靠近前渊带的地区，直立剪切构造裂缝的比例应有所增大，而构造裂缝密度、充填率和有效开度均应有所降低，整体发育程度要低于克深9气藏，天然气产量相应下降。从靠近前渊带的克深13井岩心来看，直立剪切裂缝的比例可达80%以上，除少数高角度裂缝被硬石膏和白云石充填外，其余裂缝均未被充填，有效开度0.1～1.0 mm，但成像测井解释的构造裂缝线密度仅约0.06条/m，加砂压裂后的无阻流量仅约50×104m3/d，这表明前述构造裂缝的分布规律预测是符合实际地质情况的。因此，根据冲断带内各个冲断片的相对位置及圈闭规模推测，与克深2、克深8和克深9气藏处于相同断片的克深18、克深19、克深20和克深24号构造的裂缝整体有效性较高，具有较大的勘探潜力，可作为克深气田下一步勘探的重点目标。

6 结论

1) 克深气田主要发育3期构造裂缝，以直立缝和高角度缝为主；不同气藏之间的构造裂缝发育特征具有明显的差异性，主要受构造变形时间和成岩孔隙水介质环境控制。

2) 北部克深5和克深6气藏靠近造山带，在早期缓慢挤压变形背景下，形成的裂缝以与背斜长轴近似平行的直立或高角度张性裂缝为主；中部克深2气藏变形时间稍晚，表现出近NS走向剪切裂缝和近EW走向张性裂缝共存，并且前者略占优势的特征，直立缝的比例有所增加；南部克深8和克深9气藏变形时间最晚，在强烈的挤压推覆作用下，形成的裂缝整体上以近NS走向的剪切裂缝为主，直立缝比例进一步增加。

3) 克深气田的裂缝密度主要受控于构造应力和岩石力学性质，主差应力与岩石抗压强度的比值自北向南总体上先增大后减小，克深2气藏该比值最大，因此裂缝密度最高。

4) 北部克深5和克深6气藏的裂缝优势走向与现今水平最大主应力呈大角度相交且充填率高，裂缝有效开度较小；中部克深2气藏一部分裂缝的优势走向与现今水平最大主应力近似平行，一部分近似垂直，充填率中等，因此裂缝有效开度中等大小；南部克深8和克深9气藏裂缝的优势走向与现今水平最大主应力近似平行且充填率低，裂缝有效开度较大。

5) 巴什基奇克组沉积期的水体总体呈咸化状态。北部克深5、克深6和克深2区块地势较高，水体相对较浅，加上古克拉苏河的季节性淡水持续注入，形成了淡水-半咸水介质成岩环境，因此裂缝充填物主要为淡水-半咸水成因的方解石，储层改造措施应以酸化为主；南部克深8和克深9区块地势较低，水体相对较深，同时缺乏淡水注入，表现为偏碱性水成岩环境，形成的裂缝充填物主要为硬石膏和白云石，储层改造措施应以压裂为主。自北向南，裂缝形成时间越来越晚，所经历的胶结作用越来越弱，因此裂缝充填率逐渐降低。

6) 克深8气藏的构造裂缝整体有效性最好，其次为克深2和克深9气藏，克深5和克深6气藏的构造裂缝整体有效性较差；根据冲断片的相对位置及圈闭规模，推测克深18、克深19、克深20和克深24号构造的裂缝有效性较高，具有较大的勘探潜力，可作为克深气田下一步勘探的重点目标。