文章快速检索  
  高级检索
一种板内小尺度走滑断层平面分段研究方法——以塔里木盆地顺北5号断层中北段为例
林波1,2, 云露3, 张旭4, 肖重阳1, 况安鹏1, 徐学纯2, 曹自成4     
1. 中国石化西北油田分公司勘探开发研究院, 乌鲁木齐 830011;
2. 吉林大学地球科学学院, 长春 130061;
3. 中国石化西北油田分公司, 乌鲁木齐 830011;
4. 中国石化西北油田分公司雅克拉采气厂, 新疆 库车 842003
摘要: 近年来在顺北地区1号和5号走滑断层带上获得了重大的油气突破,证明了在塔里木盆地内发育的小尺度走滑断层对断控油气藏具有控藏、控储的特征。该类走滑断层在剖面上贯穿多套古生代地层,纵向结构复杂,在空间上为深层线性走滑叠加浅层雁列正断层的构造样式,钻井揭示在断层带上不同分段的井产能差异明显,表明走滑断层在奥陶系碳酸盐岩顶界面的分段性对油气成藏具有重要的控制作用。本文选取顺北5号断层中北段作为研究对象,针对深层不同层系线性走滑断层分段特征差异明显这一特征,基于不同尺度下断层的断距与分段长度之间的相关性及多断层演化理论,提出了利用沿着走向等间距统计断层的垂向断距变化的方法对深层线性走滑断层开展分段性研究工作,该方法综合了断层的活动强度、演化程度和剖面构造形态来分析断层的分段特征,适用于不同性质的断层分段性特征研究。研究表明5号断层中北段在奥陶系碳酸盐岩顶界面可划分为14段,在寒武系膏盐岩层顶界面可划分为10段,两个层系的断层分段性在空间上具有继承性与差异演化的特点,其中寒武系膏盐岩滑脱构造中的膏盐逃逸对油气的疏导具有破坏作用,奥陶系碳酸盐岩顶断层活动强度、分段叠接样式、断层分段不同位置对断控缝洞型储层发育规模具有重要的控制作用,揭示了断层在平面上的分段特征及纵向结构对断控缝洞型油气成藏具有重要的控制作用。
关键词: 走滑断层    分段性    断控缝洞型油气藏    顺北地区    塔里木盆地    
A Method for Plane Segmentation of Small-Scale Intraplate Strike-Slip Faults: A Case of the Middle-North Segment of Shunbei No. 5 Fault in Tarim Basin
Lin Bo1,2, Yun Lu3, Zhang Xu4, Xiao Chongyang1, Kuang Anpeng1, Xu Xuechun2, Cao Zicheng4     
1. Exploration and Production Research Institute, Sinopec Northwest Oilfield Company, Urumqi 830011, China;
2. College of Earth Sciences, Jilin University, Changchun 130061, China;
3. Sinopec Northwest Oilfield Company, Urumqi 830011, China;
4. Yakela Gas Production Plant of Sinopec Northwest Oilfield Company, Kuche 842003, Xinjiang, China
Abstract: In recent years, major oil and gas breakthroughs have been made around the No. 1 and No. 5 strike-slip fault zones in Shunbei area, which reveals that the small-scale strike-slip faults developed in Tarim basin have the characteristics of controlling reservoir and reservoir of fault-controlled oil and gas reservoirs. The strike-slip faults cut through several sets of Paleozoic strata in the section, which complicates the longitudinal structures that show a style of deep linear strike-slip superimposed shallow echelon normal fault in space. Drilling reveals that the productivity of wells is significantly different in different sections of the fault zone, and the segmentations of the strike-slip faults at the top interface of Ordovician carbonate rocks plays an important role in controlling oil and gas accumulation. The middle-north section of Shunbei No. 5 fault is selected as the research object based on the correlation between the fault distances and segment lengths at different scales and the theory of multi-fault evolution. A method is proposed to carry out segmental research on the deep linear strike-slip faults by using the changes of statistical vertical distances along the strike faults. This method is universal, and it can be used to study the segmentation of different types of faults, combining with the intensity of fault activity, the degree of evolution, and the structural shape of the section, so as to analyze the segmentation characteristics of the faults. The study shows that the middle-north part of No. 5 fault can be divided into 14 segments at the top interface of Ordovician carbonate rocks and 10 segments at the top interface of Cambrian gypsum-salt strata. The fault segmentations of the two strata have the characteristics of inheritance and differential evolution in space. The result shows that the escape of gypsum salt from the detachment structure of the Cambrian gypsum salt rock has a destructive effect on the drainage of oil and gas; While the intensity of the fault activity, segmented overlap pattern, and different positions of fault segments on the top of Ordovician carbonate rocks play an important role in controlling the development scale of fault-controlled fracture-cave reservoirs. This implies that the segmented characteristics and vertical structure of in-plane faults play an important role in controlling fracture-cave hydrocarbon accumulation.
Key words: strike-slip fault    fault segmentation    fault-controlled reservoir of fracture-cave    Shunbei area    Tarim basin    

0 引言

走滑断层是自然界普遍存在的一个断层构造,其主要以水平滑动区别于正断层和逆断层的垂向滑动。早期地质学家对走滑断层的关注主要集中在板块运动或洋壳拉伸等构造活动相关的大型走滑断层方面[1-6]。随着地质矿产勘探的技术的提高,前人认识到在大型盆地内部发育了一种板内中-小尺度走滑断层,其空间结构和多期构造活动对其附近的构造热事件、固体金属矿产及油气分布具有重要的控制作用[7-10]。近些年,中石化在塔里木盆地顺托果勒南部(简称“顺南”)地区和顺托果勒北部地区(简称“顺北”)相继获得油气突破,尤其是顺托果勒北部地区的重大油气突破,揭示了克拉通内的中-小尺度走滑断层体系对奥陶系致密碳酸盐岩地层具有“控储、控藏、控富”的作用[11-13]。前人[11]通过奥陶系碳酸盐岩顶界面上走滑断层侧接方式、断层走滑性质和断层在剖面上的构造形态三者之间的关系对顺北1号断层和5号断层开展了断层分段研究工作,揭示了断层的分段性是断层演化的基本属性。顺北地区沿着断层带不同分段的钻井单井产能差异显著,表明走滑断层的平面分段性制约着储层规模及油气富集程度。前人[11]对顺北地区主干走滑断层的分段性研究只关注了奥陶系碳酸盐岩顶界,并未涉及其他重要层系的断层分段性研究;且研究方法主要为断层构造特征解析和地震属性优选等,研究手段相对单一。本文选取顺北5号断层中北段作为研究对象,对其开展断层构造特征解析,并利用断层垂向断距统计法对断层进行平面分段性研究,旨在查明走滑断层重点层系分段特征和纵向叠置关系对油气富集的控制作用,为油气勘探提供一定的理论支撑。

1 地质概况

顺托果勒低隆起位于塔里木盆地中部,其南、北分别与塔中隆起和塔北隆起相接,东、西与满加尔坳陷和阿瓦提坳陷相邻(图 1),褶皱变形弱,古生代地层接受稳定沉积,仅少量地层存在一定程度的剥蚀,是塔里木盆地二级单元中相对稳定的古构造单元[9]。顺托果勒及其邻区发育了多套古生界走滑断层体系[13],依据其在平面上的走向、剖面上的构造特征及成因机制可将其细分为X型似共轭体系、调节体系、北东向体系、北北西向体系4个走滑断层体系[13-16]。顺北5号断层活动强度大,在剖面上贯穿古生界多个地层,并具有深层直立走滑断层叠加浅层雁列正断层的纵向空间结构特征。断层在碳酸盐岩顶界面上呈弧形延伸,主体由NNW20°北段、近NS向中段和NNE15°南段组成,其延伸距离长约270 km,贯穿了塔北隆起、顺托果勒低隆起和塔中隆起3个二级构造单元。同时在顺北5号断层东西两侧的走滑断层产状具有明显的差异,其西侧的断层主体以NNW走向为主,东南侧以NE向走滑断层为主,北东侧以X型似共轭走滑断层为主,能见到多条NNE向走滑断层终止在5号断层东侧,并与5号断层呈反Y字型结构。顺北5号断层北段和中段北端的典型分段叠接段的单井产能明显强于直立分段非叠接段,同时在北段的叠接挤压段上的3口钻井单井产能差异大,均揭示了断层平面分段特征对油气井产能差异具有重要的控制作用。

a. 塔里木盆地构造单元图;b. 顺北地区古生代断层体系分布图;c. 顺北5号断层中北段研究工区。 图 1 塔里木盆地顺北地区及邻区下古生界主要断层分布 Fig. 1 Distribution of main faults of Lower Paleozoic in Shunbei area and its adjacent area of Tarim basin
2 研究方法

断层在空间上并不是一个孤立的平面,而是一个复杂的三维空间结构地质体,其形成演化过程和空间结构对后期的地质活动具有重要的控制作用,如断层空间结构中岩石的物性条件制约着断层内部流体的疏导性。国内外学者基于岩石破裂力学特征及野外地质特征,结合数值模拟和物理模拟结果,认为断层并非由一个次级断层无限扩张演化而成,而是由多条走向相近的次一级断层逐渐破裂、扩张、生长、汇聚拼贴而成[17-18]。同时研究发现在不同尺度下分段断层(裂缝)的叠接部位或端部发育更多的次级断层(裂缝),表明断层发育过程中断层两端应力更为集中,具有由中间向两端逐渐破裂扩展演化的特点,并在此基础上提出了断层形成过程具有分段演化的特性[10, 17, 19-21],具体包括以下4个阶段:1)首先在岩石薄弱位置随着应力的增加逐渐形成一系列近平行的岩石破裂面(图 2a),随着持续的应力作用,断层逐渐由断层中心向两侧扩张的同时断距也逐渐增大,值得注意的是断距最大位置始终都在断层平面横向断层长度的中间位置;2)当单一断层持续扩张演化,与相邻的两条扩张断层逐渐侧接时,两条断层的端部开始相互作用,在侧接位置逐渐发育大量小角度相交的次级断层或马尾构造(图 2b);3)在两条断层侧接初期时,其叠接位置的垂向断距最小,后随着次级断层持续演化逐渐拼贴,断层的垂向断距逐渐增大,其演化阶段可分为软连接阶段(图 2c)和硬连接阶段(图 2d);4)当两条断层扩张演化为硬连接后,随着应力的持续增加,两条断层形成一条新的孤立断层,并再度开始新的扩张演化过程,值得注意的是断层的断距最大位置并非原始断层中间位置,而是新断层平面长度的中心位置。结合断层演化过程中断距与断层长度的动态变化关系和断层长度与最大断距的关系,前人利用断层走向上不同位置的断距变化特征来定量研究断层的分段性规律[16-17]

a. 孤立断层演化阶段;b. 多断层未连接阶段;c. 软连接阶段;d. 硬连接阶段。据文献[21]修改。 图 2 断层的分段演化过程及断距与断层相关性 Fig. 2 Segmented evolution process of faults and the correlation between fault distances and fault

前人对不同尺度断层长度与断距相关性分析发现,断层长度与其最大断距具有很好的线性关系,同时不同类型断层的线性关系存在一定的差异,但均在一定范围内波动(图 3a)[17, 22]。走滑(剪切)断层(裂缝)的形成过程也可以用分段演化模式来解释(图 3):1)在岩石相对薄弱的位置开始发生剪切破裂,形成未成熟的破裂面,此时断层没有明显的断距变化;2)随着持续应力作用,断层长度和断距逐渐增大,当演化成熟时,其断层长度与最大断距呈线性关系,同时断距最大的位置也位于分段的中间位置(ST1阶段);3)当多条走向一致的断层(裂缝)侧接时,在叠接位置会发育大量小角度相交的次级断层,值得注意的是,该阶段的断层长度近似两条断层长度之和减去侧接长度,但侧接段的断距却接近于0,导致断层长度与断距的相关性发生偏离(ST2阶段);4)持续的剪切应力并不能使断层的长度增加,而是在断层侧接位置发育一系列的次级断层,并不断地造成叠接段的断距逐渐增加,当两个断层形成硬连接后,断层长度与最大断距再次回归为线性关系(ST3阶段、ST4阶段);5)叠接段继续演化,彻底贯通后形成一条新的断层后,将再次向两端继续扩张,断距最大处位于新断层延伸长度的中间位置,其断层的长度与最大断距将再次回归到线性相关关系(ST1阶段)。基于断层分段演化时断层长度与最大断距规律的变化特征,认为单一成熟断层的断距具中间大两边小的特点,并在此提出利用沿断层走向上等间距的断距统计剖面图的变化规律来进行断层分段性研究。

a. 断层长度与最大断距的线性相关回归图;b. 走滑断层分段演化模式;c. 走滑断层分段演化长度与断距关系图;d. 走滑断层分段演化阶段图。据文献[17]修改。 图 3 断层分段演化与垂向断距关系模式图 Fig. 3 Relationship between fault segment evolution and vertical distance

前人[18, 23-24]对不同尺度的岩石薄片裂缝、岩心裂缝、米级断层、千米级断层和盆地级断层等构造进行了系统的研究工作,认为断层(裂缝)在不同尺度或维度中的几何学特征及其构造变形特征具有一致性。顺北5号断层北段在奥陶系碳酸盐岩顶(T74)界面为右行左阶分段排列(图 4a),在剖面上为典型的分段叠接挤压构造样式(图 4b),揭示了走滑断层在千米级断层中具有明显的分段特征。在塔里木盆地的柯坪断隆地区发育了大量北东向走滑断层体系,大湾沟剖面中的大湾沟组碳酸盐岩层面上可见多组剪切裂缝(图 4c),其中北东向裂缝在平面上延伸距离长,呈右行右阶分段叠接排列,并在叠接位置见到明显的拉分地堑结构,揭示了在米级尺度中的走滑断层具有明显的分段特征。在SHB5-1X一间房组灰岩中见高角度裂缝右阶排列,其裂缝被后期的有机质或方解石充填,表明裂缝的分段性在分米级尺度中普遍存在(图 4d)。与此同时,在SHB5井的岩心薄片中见方解石充填的裂缝呈右阶排列,指示着裂缝的分段性在毫米级尺度中同样存在(图 4e)。塔里木盆地走滑断层(裂缝)在不同尺度下均具有分段性,揭示断层的分段演化是断层构造的基本属性,不受断层性质和规模的控制。

a. 顺北5号断层叠接段相干图;b. 顺北5号断层叠接段剖面特征;c. 大湾沟剖面裂缝大湾沟组裂缝发育特征;d. SHB5-1X井一间房组岩心裂缝发育特征;e. SHB5井一间房组薄片裂缝发育特征。 图 4 不同尺度断层分段叠接演化特征 Fig. 4 Evolution characteristics of segment linkageof fault in different scales

顺北5号中北段平面延伸长度近45 km,而水平位移在300~500 m之间,揭示走滑断层在平面上有“延伸距离长,水平位移小”的特点[15]。顺北走滑断层在剖面上具有深层走滑叠加浅层雁列的空间结构特征,其中顺北5号断层北段深层线性走滑与浅层雁列正断层的夹角小于45°,为倾滑拉张走滑断层,而中段深层线性走滑与浅层雁列正断层夹角大于45°,为倾滑挤压走滑断层。同时顺北5号断层在古生界重点层系均具有一定程度的垂向位移,尤其是碳酸盐岩顶界面的垂向断距最大,整体介于20~150 m之间,即使是分段非叠接走滑段的垂向断距也介于20~40 m之间,进一步证明了顺北5号断层是具有明显垂向滑动特征的倾滑断层。同时,顺北走滑断层作为古生界盆缘板块俯冲造山等事件的远程响应,断层在同一构造事件时限内区域应力场变化不大,因此,本文提出在不能准确测量顺北5号断层的水平位移的情况下,利用其垂向位移量来间接判断走滑断层的活动强度是可行的,这一认识在国内外不少学者的物理模拟和野外现象中均能得到证明[25-27]。基于倾滑断层的垂向位移来判断断层活动强度这一认识,结合走滑断层分段性这一基本属性,提出利用沿着断层走向垂向断距的变化来研究走滑断层的平面分段性这一方法。

综合顺北地区走滑断层构造特征,利用垂向断距来开展倾滑断层分段性研究需满足一定的先决条件:1)走滑断层在平面上必须呈线性延伸,不具明显的断层走向突变的特征,顺北5号断层中北段平面走向发生近20°偏转,没有走向突变;2)断层在同一地质历史时期内的区域应力方向没有发生改变,确保断层在发生走滑活动时为同一应力背景,顺北地区先后经历了加里东早期近南北向拉伸应力、加里东中期北东向挤压应力、加里东晚期—海西早北东向挤压应力和海西中晚期北西向挤压应力[28-30],在每个构造时期构造应力方向基本保持一致;3)沿着断层走向延伸方向具有一定的垂向断距变化,顺北5号断层的直立走滑段也具有一定的垂向断距;4)必须对断层开展合适的密间距垂向断距统计工作,才能确保断层分段性的合理性。

顺北5号断层中北段构造特征均能满足这些前提条件,因此提出了基于高精度三维地震资料的断层垂向断距统计工作,统计工作面临两种情况:1)针对在重点层系上断层敏感属性不能明确识别分段叠接特征的断层直接按照400 m的间距统计响应断距。2)针对在重点层系上断层敏感属性能识别分段特征的断层,对非叠接段还是按照400 m间距统计;而分段叠接段的断距统计则按照400 m的间距分别统计两边界断层的垂向断距,同一侧的看上去连续的断层分段,先将其强行划分为两个断层分段,再通过断层断距变化的差异性来判断两个断层是否为同一断层。该方法既考虑了断层垂向的构造形态和活动强度等构造特征,也充分利用了断层敏感属性识别方法,并首次从断层演化的角度进行断层分段研究,具有充分的科学性。

3 顺北5号断层分段特征

前人研究发现顺北走滑断层在古生界不同地层具有不同的构造变形特征,在剖面上主体表现为深层走滑断层叠加浅层雁列正断层,纵向空间叠置关系复杂[13, 15-16, 31]。顺北地区沉积了巨厚的寒武系—上奥陶统海相碳酸盐岩,并在中寒武统发育了一套膏盐岩层和膏盐岩滑脱构造,值得注意的是,顺北5号断层在膏盐岩层上下海相碳酸盐岩地层中的构造样式具有明显的差异性,基于这一认识可将其划分为膏盐岩层下(简称“盐下”)碳酸盐岩构造层和膏盐岩层下(简称“盐上”)碳酸盐岩构造层。顺北5号断层中北段在盐下碳酸盐岩构造层顶部(T81)界面由中段的近NS走向断层和北段的NW18°走向断层组成,不具明显的分段特征,在剖面上主体表现为高陡直立走滑断层和膏盐岩层滑脱逆断层;而在盐上碳酸盐岩构造层顶部(T74)界面由中段NW2°走向断层和北段的NNW16°走向断层组成,在碳酸盐岩顶界面有明显的分段特征,在剖面上继承了盐下构造层的直立走滑构造样式,并向上在碳酸盐岩顶面呈直立走滑或发散成正(负)花状构造,其界面构造样式与走滑性质及分段侧接的方式有关。走滑断层在上奥陶统泥岩及其以上的碎屑岩地层的构造变形特征与深层具有明显的差异,在剖面上表现为小型地堑向上发散的雁列正断层构造,终止于石炭系地层内。顺北5号断层的实钻井常常钻遇不同层系的雁列正断层,在浅层的志留系中却常钻遇放空漏失和出盐水等复杂井况,但在深层的上奥陶统泥岩中并未钻遇这些复杂井况,指示着不同地层中的雁列正断层在纵向上可能不连通。与此同时,在上奥陶统泥岩和志留系中可观察到代表走滑性质改变的两组雁列正断层,这进一步验证了雁列正断层在空间上并未连通(图 5)。

a. T90相干图;b. T81相干图;c. T74相干图;d. 顺北5号断层不同位置地震剖面特征。 图 5 顺北5号断层中北段断层构造变形特征 Fig. 5 Characteristics of fault structural deformation in the middle-north segment of Shunbei No.5 fault

邓尚等[11, 16]从剖面构造样式、断层活动机制及相干等敏感属性出发,将顺北5号断层中北段在奥陶系碳酸盐顶界面分为12个断层分段;而本文利用沿断层走向的垂向断距统计图将其划分为14段(图 6),其中每个断层分段都具有由分段两端向中间断距增大的特点,符合走滑断层分段演化特征(图 3图 6b)。顺北5号断层的14个分段在长度位于3.0~8.0 km之间,主体介于3.0~5.0 km范围内,最大垂向断距介于90~150 m之间,揭示每个断层分段均达到了成熟阶段。顺北5号断层的14个断层分段在平面上呈左阶排列,结合其右行走滑性质,可知叠接段在剖面上为挤压隆升构造形态; 但顺北5号断层中段则因加里东晚—海西早雁列正断层的改造作用呈下凹构造形态(图 5d)。5号断层北段的非叠接位置在剖面上表现为逆断层构造样式,揭示了北段斜向挤压走滑性质;5号断层中段的非叠接位置在剖面上表现为正断层构造样式,而非典型的平移走滑特征,指示其斜拉走滑断层的构造属性。结合加里东中期北东向区域应力作用、断层活动强度可知, 5号断层中段较北段的活动强度更弱。顺北5号断层中北段在寒武系膏盐岩层顶(T81)界面的分段性不明显,并未受到过多的关注,利用其垂向断距变化可将其划分为10段(图 6e)。走滑断层的分段长度位于2.0~8.5 km之间,主体集中在4.0~6.0 km范围内,最大垂向断距介于45~90 m。断层的整体走向与盐上碳酸盐岩顶界面断层走向保持一致,仅在中段发育了两条NE 20°走向、长约5.0 km的分支断层,揭示了走滑断层在纵向空间上的演化具有继承性(图 5图 6)。但基于断层在剖面上的构造样式和垂向断距可知, 盐下碳酸盐岩层中北段的活动强度明显弱于中段,与盐上碳酸盐岩层活动强度相反,从而造成走滑断层在两个构造层中的构造样式和活动强度具有明显的不一致性,揭示了断层在垂向发育过程中也具明显的差异演化。综合盐上和盐下碳酸盐岩层走滑断层分段特征可知,走滑断层在走向上没有变化,指示着断层在垂向空间上演化具有继承性。同时盐下的F2′断层分段对应着盐上的F3和F4的分段叠接位置,F4′分段对应着F5和F6的分段叠接位置,F10′对应着F12、F13和F14分段,揭示了断层在不同构造层的分段在空间上不具明显的对应性,断层的演化具有分层变形的构造特征。

a. T74界面相干图;b. T74界面断层分段;c. 沿T74界面断层走向的垂向断距变化图;d. T81界面相干图;e. T81界面断层分段;f. 沿T81界面断层走向的垂向断距变化图。 图 6 顺北5号断层中北段深层重点层系界面分段特征 Fig. 6 Segmentation characteristics of deep key layers in the middle-north section of Shunbei No.5 fault
4 讨论

顺北5号断层是顺北地区重要含油气断层带,断层的空间结构和关键层系的分段性对断控油气藏差异富集具有重要的控制作用。前人[11, 16, 32]研究认为走滑断层在碳酸盐岩顶界面的分段叠接段的产能明显强于分段非叠接段,其中分段叠接拉分段的产能最强,同时发现在深层同一分段上的浅层雁列正断层的活动强度越大,井的产能越好,揭示了后期断层的活动对早期断层分段的储层有明显的改造作用,控制着油气富集的程度。结合顺北地层格架和断层构造变形特征,笔者提出了一种新型断控油气藏的立体评价方法,认为断层在盐下碳酸盐岩层中控制着通源性和油气疏导性,在盐上碳酸盐岩层控制着断控缝洞型储层的规模,在海相巨厚泥岩中制约着盖层的封闭性,在浅层碎屑岩层中决定了储层改造强度和油气充注强度[33]。本文主要对深层的盐下和盐上碳酸盐岩构造层的分段特征开展了系统的研究,重点讨论这两构造层的分段性及其对油气成藏过程中的控制作用。

顺北5号断层北段在盐下碳酸盐岩顶部(T81)界面能划分为4个NNW18°的断层分段和1个NNW10°的断层分段,其具有中等偏小的正(负)位移,指示走滑断层在空间上产状多变;中段也能划分为5个NNW2°的断层分段,其具有中等偏大的正向位移,指示断层的垂向活动强于北段,推测该现象与膏盐滑脱构造活动强度的中强北弱有关。顺北5号断层中:4口高产井中的2口位于北段的F2′、F3′分段,2口位于中段的F6′、F7′断层分段,高产井在剖面上表现为小—中活动强度的(正)断层构造(图 7);4口中产井中的3口分布在北段F1′、F2′、F3′分段,1口位于中段的F10′分段,中产井在剖面上为中-大活动强度的逆(正)断层构造;6口低产井中的3口在北段的F1′、F2′分段上,3口分布在中段的F9′、F10′分段上,低产井在剖面上活动强度没有明显差异。对不同产能的钻井地震剖面精细解释后发现,高产井在盐下碳酸盐岩层的膏盐滑脱构造活动弱,在剖面上呈挤压构造形态,而低产井的在盐下碳酸盐岩膏盐滑脱构造活动强,因膏盐逃逸呈小凹构造形态(图 7)。综上可知,顺北5号断层的走滑断层在纵向均不存在通源问题,而井的产能差异主要与膏盐滑脱构造的活动强度有关,尤其与膏盐逃逸造成断层破碎带物性参数变差有重要关系。

a. T81界面相干图;b. T81断层平面分段性;c. T74界面相干图;d. T74断层平面分段性;e. 井剖面垂向结构图。 图 7 顺北5号断层中北段深层纵向叠置关系及油气井分布 Fig. 7 Deep vertical superposition relationship and wells distribution in the middle-north section of Shunbei No.5 fault

顺北5号断层北段在盐上碳酸盐岩层顶部(T74)界面能划分8个NNW16°的断层分段和1个NNW5°的断层分段,其中F3和F4与F5、F6和F7断层形成2个典型的分段叠接挤压段;而中段能划分为5个NW2°的断层分段,其中F9和F10、F10和F11、F11和F12形成3个明显的叠接段,因斜拉走滑断层和后期雁列正断层改造而呈下凹的构造特征(图 5d图 6c)。上述研究表明中北段的分段长度相近,但北段不同分段的侧接段长度明显大于中段,同时北段的叠接段宽度也明显强于中段,推测是北东向区域应力差异作用的结果。结合顺北5号断层上的油气井产能情况及单位压降特征分析(图 7)可知:北段的2口高产井均位于F3和F4与F5和F6的叠接段中间位置,中段的2口高产井位于北端的F9、F10和F11分段之间,均对应着垂向断距最大的位置,揭示着断层的活动强度制约着断控缝洞型储层的规模;中产井主要分布在北段F1、F4和F5分段的尾端或两个分段叠接位置的尾端,中段的中产井也分布在F12分段的尾端,揭示分段尾端的断控缝洞型储层发育规模可观,但较分段叠接段的储层规模差;北段2口低产井位于F3和F4与F4和F5分段叠接的尾端,1口位于F3分段非叠接段中部,而中段的低产井则主要分布在F12、F13和F14非叠接段的中部位置,揭示了非叠接段中部储层规模不如尾端和叠接段,同时分段叠接段内的储层发育具有极强的非均质性,尤其是挤压叠接段内的裂缝虽异常发育,但多为无效挤压缝,储层连通性差。在顺北5号断层北段F3和F4断层分段叠接段分布着低产、中产和高产井,其中高产井位于叠接段中部,而中低产井则分布在分段叠接段的尾端,指示着分段叠接段内部断控缝洞型规模强于叠接段尾部。顺北5号断裂典型叠接带上的4口井(A1、B2、C1和C2)均需要酸压建产,同时其虽均分布在叠接段内,但测试资料表明井与井并未连通,揭示叠接段内部储层非均质性强,储层连通性差。同时在纵向结构上,这4口井在盐下碳酸盐岩层均位于F2′分段上,高产井位于F2′中部,中低产井均位于尾端,揭示走滑断层活动强度大小制约通源性和疏导性能力。

综合分析可知,顺北地区的走滑断层不同构造层的分段特征研究需充分考虑断控油气藏成藏过程,盐下碳酸盐岩构造层中断层分段位置及膏盐滑脱构造的活动强度制约着通源和油气疏导能力。盐上碳酸盐岩构造层断层的活动强度越大,储层规模越可观;同一断层分段的尾端较中部储层更为发育,其中叠接段的产能差异与叠接构造样式、分布位置和裂缝开启程度有关。

5 结论与建议

1) 对于板内走向未明显突变的中小尺度走滑断层,在水平位移不明确的前提下,可利用断层的垂向断距变化对断层分段性开展研究。该方法综合了断层活动强度、构造形态和演化特征,对典型分段和非典型分段的断层均具有较好的应用,可将顺北5号断层在盐下构造层顶界面分为10段,而盐上构造层顶界面分为14段。同时顺北5号断层在盐下碳酸盐岩层和盐上碳酸盐岩层的演化过程中有继承性的同时也具有差异性演化的特点。

2) 顺北5号断层在纵向空间上不同构造变形特征控制着断控裂缝型油气藏的成藏,断层基本能贯穿盐下碳酸盐岩层膏岩层,指示该油藏通源条件好。油藏的疏导性受控于膏盐岩滑脱构造的活动强度,滑脱构造活动越强,膏盐逃逸现象越明显,油藏的疏导能力越差。盐上碳酸盐岩层的断层分段性和活动强度制约着断控缝洞型储层规模,其中断层分段叠接位置较非叠接段储层更为发育,而同一分段上端部的储层规模较中部更为发育。走滑断层深层空间结构对油气藏的通源性、疏导性和成储性具有重要的控制作用,明确不同构造层的断层构造特征,并对不同构造层的分层分段评价有利于断控裂缝油气藏成藏过程分析,为油气井的勘探部署提供一定的指示意义。

参考文献
[1]
Fossen H. Structural Geology[M]. Cambridge: Cambridge University Press, 2010.
[2]
Busby C, Pérez A. Tectonics of Sedimentary Basins[M]. [L.n.]: Wiley, 2011.
[3]
Cunningham W D, Mann P. Tectonics of Strike-Slip Restraining and Releasing Bends[J]. Geological Society London Special Publications, 2007, 290(1): 1-12. DOI:10.1144/SP290.1
[4]
Riller U, Clark M D, Daxberger H, et al. Fault-Slip Inversions: Their Importance in Terms of Strain, Heterogeneity, and Kinematics of Brittle Deformation-Science Direct[J]. Journal of Structural Geology, 2017, 101: 80-95. DOI:10.1016/j.jsg.2017.06.013
[5]
Hensen C, Scholz F, Nuzzo M, et al. Strike-Slip Faults Mediate the Rise of Crustal-Derived Fluids and Mud Volcanism in the Deep Sea[J]. Geology, 2015, 43(4): 339-342. DOI:10.1130/G36359.1
[6]
Woodcock N H, Fischer M. Strike-Slip Duplexes[J]. Journal of Structural Geology, 1986, 8(7): 725-735. DOI:10.1016/0191-8141(86)90021-0
[7]
李萌, 汤良杰, 李宗杰, 等. 走滑断裂特征对油气勘探方向的选择: 以塔中北坡顺1井区为例[J]. 石油实验地质, 2016, 38(1): 113-121.
Li Meng, Tang Liangjie, Li Zongjie, et al. Fault Characteristics and Their Petroleum Geology Significance: A Case Study of Well Shun-1 on the Northern Slope of the Central Tarim Basin[J]. Petroleum Geology & Experiment, 2016, 38(1): 113-121.
[8]
马德波, 邬光辉, 朱永峰, 等. 塔里木盆地深层走滑断层分段特征及对油气富集的控制: 以塔北地区哈拉哈塘油田奥陶系走滑断层为例[J]. 地学前缘, 2019, 26(1): 225-237.
Ma Debo, Wu Guanghui, Zhu Yongfeng, et al. Segmentation Characteristics of Deep Strike Slip Faults in the Tarim Basin and Its Control on Hydrocarbon Enrichment: Taking the Ordovician Strike Slip Fault in the Halahatang Oilfield in the Tabei Area as an Example[J]. Earth Scinece Frontiers, 2019, 26(1): 225-237.
[9]
Lin B, Zhang X, Xu X, et al. Features and Effects of Basement Faults on Deposition in the Tarim Basin[J]. Earth Science Reviews, 2015, 145: 43-55. DOI:10.1016/j.earscirev.2015.02.008
[10]
Choi J H, Edwards P, Ko K, et al. Definition and Classification of Fault Damage Zones: A Review and a New Methodological Approach[J]. Earth Science Reviews, 2016, 152: 70-87. DOI:10.1016/j.earscirev.2015.11.006
[11]
邓尚, 李慧莉, 张仲培, 等. 塔里木盆地顺北及邻区主干走滑断裂带差异活动特征及其与油气富集的关系[J]. 石油与天然气地质, 2018, 39(5): 878-888.
Deng Shang, Li Huili, Zhang Zhongpei, et al. Characteristics of Differential Activities in Major Strike-Slip Fault Zones and Their Control on Hydrocarbon Enrichment in Shunbei Area and Its Surroundings, Tarim Basin[J]. Oil & Gas Geology, 2018, 39(5): 878-888.
[12]
李映涛, 漆立新, 张哨楠, 等. 塔里木盆地顺北地区中-下奥陶统断溶体储层特征及发育模式[J]. 石油学报, 2019, 40(12): 1470-1484.
Li Yingtao, Qi Lixin, Zhang Shaonan, et al. Characteristics and Development Modeofthe Middle and Lower Ordovician Fault-Karstres Ervoirin Shunbei Area, Tarim Basin[J]. Acta Petrolei Sinica, 2019, 40(12): 1470-1484. DOI:10.7623/syxb201912006
[13]
吕海涛, 张哨楠, 马庆佑. 塔里木盆地中北部断裂体系划分及形成机制探讨[J]. 石油实验地质, 2017, 39(4): 444-452.
Lü Haitao, Zhang Shaonan, Ma Qingyou. Classification and Formation Mechanism of Fault Systems in the Central and Northern Tarim Basin[J]. Petroleum Geology & Experiment, 2017, 39(4): 444-452.
[14]
郑孟林, 王毅, 金之钧, 等. 塔里木盆地叠合演化与油气聚集[J]. 石油与天然气地质, 2014, 35(6): 925-934.
Zheng Menglin, Wang Yi, Jin Zhijun, et al. Superimposition, Evolution and Petroleum Accumulation of Tarim Basin[J]. Oil & Gas Geology, 2014, 35(6): 925-934.
[15]
黄诚. 叠合盆地内部小尺度走滑断裂幕式活动特征及期次判别: 以塔里木盆地顺北地区为例[J]. 石油实验地质, 2019, 41(3): 379-389.
Huang Cheng. Multi-Stage Activity Characteristics of Small-Scale Strike-Slip Faults in Superimposed Basin and Its Identification Method: A Case Study of Shunbei Area, Tarim[J]. Petroleum Experimental Geology, 2019, 41(3): 379-389.
[16]
邓尚, 李慧莉, 韩俊, 等. 塔里木盆地顺北5号走滑断裂中段活动特征及其地质意义[J]. 石油与天然气地质, 2019, 40(5): 990-998, 1073.
Deng Shang, Li Huili, Han Jun, et al. Characteristics of Differential Activities in Major Strike-Slip Fault Zones and Their Control on Hydrocarbon Enrichment in Shunbei Areaand Its Surroundings, Tarim Basin[J]. Oil & Gas Geology, 2019, 40(5): 990-998, 1073.
[17]
Kim Y S, Sanderson D J. The Relationship Between Displacement and Length of Faults: A Review[J]. Earth Science Reviews, 2005, 68(3/4): 317-334.
[18]
Aydin A, Berryman J G. Analysis of the Growth of Strike-Slip Faults Using Effective Medium Theory[J]. Journal of Structural Geology, 2010, 32(11): 1629-1642. DOI:10.1016/j.jsg.2009.11.007
[19]
Kim Y S, Andrews J R, Sanderson D J. Damage Zones Around Strike-Slip Fault Systems and Strike-Slip Fault Evolution, Crackington Haven, Southwest England[J]. Geosciences Journal, 2000, 4(2): 53-72. DOI:10.1007/BF02910127
[20]
Kim Y S, Sanderson D J. Inferred Fluid Flow Through Fault Damage Zones Based on the Observation of Stalactites in Carbonate Caves[J]. Journal of Structural Geology, 2010, 32(9): 1305-1316. DOI:10.1016/j.jsg.2009.04.017
[21]
Khalil S M, Mcclay K R. 3D Geometry and Kinematic Evolution of Extensional Fault-Related Folds, NW Red Sea, Egypt[J]. Geological Society London Special Publications, 2016, SP439.11.
[22]
Aydin A, Joussineau G D. The Relationship Between Normal and Strike-Slip Faults in Valley of Fire State Park, Nevada, and Its Implications for Stress Rotation and Partitioning of Deformation in the East-Central Basin and Range[J]. Journal of Structural Geology, 2014, 63(3): 12-26.
[23]
鞠玮, 侯贵廷, 潘文庆, 等. 塔中Ⅰ号断裂带北段构造裂缝面密度与分形统计[J]. 地学前缘, 2011, 18(3): 317-323.
Ju Wei, Hou Guiting, Pan Wenqing, et al. The Density and Fractals of Structural Fractures in Northern Segment of Tazhong No.1 Fault, Xinjiang, China[J]. Earth Science Frontiers, 2011, 18(3): 317-323.
[24]
张庆莲, 侯贵廷, 潘文庆, 等. 构造裂缝的分形研究[J]. 应用基础与工程科学学报, 2011, 19(6): 853-861.
Zhang Qinglian, Hou Guiting, Pan Wenqing, et al. Fractal Study on Structural Fracture[J]. Journal of Applied Basic and Engineering Sciences, 2011, 19(6): 853-861. DOI:10.3969/j.issn.1005-0930.2011.06.001
[25]
Kim Y S, Sanderson D J. Structural Similarity and Variety at the Tips in a Wide Range of Strike-Slip Faults: A Review[J]. Terra Nova, 2006, 18(5): 330-344. DOI:10.1111/j.1365-3121.2006.00697.x
[26]
Mcclay K R, Bonora M. Analog Models of Restraining Stepovers in Strike-Slip Fault Systems[J]. Aapg Bulletin, 2001, 85(2): 233-260.
[27]
Richard P D. Experimental Models of Strike-Slip Tectonics[J]. Petroleum Geoscience, 1995, 1(1): 71-80. DOI:10.1144/petgeo.1.1.71
[28]
汤良杰. 略论塔里木古生代盆地演化[J]. 现代地质, 1997, 11(1): 14-20.
Tang Liangjie. A Discussion on Palaozoic Tectonic Evoluton of Tarim Basin, Northwest China[J]. Geosciences, 1997, 11(1): 14-20.
[29]
汤良杰, 邱海峻, 云露, 等. 塔里木盆地多期改造晚期定型复合构造与油气战略选区[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2014, 44(1): 1-14.
Tang Liangjie, Qiu Haijun, Yun Lu, et al. Poly-Phase Reform-Late-Stage Finalization Composite Tectonics and Strategic Area Selection of Oil and Gas Resources in Tarim Basin, NW China[J]. Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2014, 44(1): 1-14.
[30]
汤良杰, 张一伟, 金之钧, 等. 塔里木盆地、柴达木盆地的开合旋回[J]. 地质通报, 2004, 23(3): 254-260.
Tang Liangjie, Zhang Yiwei, Jin Zhijun, et al. Opening-Closing Cycles of the Tarim and Qaidam Basins Northwestern China[J]. Geological Bulletin of China, 2004, 23(3): 254-260. DOI:10.3969/j.issn.1671-2552.2004.03.013
[31]
韩晓影, 汤良杰, 曹自成, 等. 塔中北坡"复合花状"构造发育特征及成因机制[J]. 地球科学, 2018, 43(2): 525-537.
Han Xiaoying, Tang Liangjie, Cao Zicheng, et al. Characteristics and Formation Mechanism of Composite Flower Structures in Northern Slope of Tazhong Uplift, Tarim Basin[J]. Earth Science, 2018, 43(2): 525-537.
[32]
韩强, 云露, 蒋华山, 等. 塔里木盆地顺北地区奥陶系油气充注过程分析[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2021, 51(3): 645-658.
Han Qiang, Yun Lu, Jiang Huashan, et al. Marine Oil and Gas Filling and Accumulation Process in the North of Shuntuoguole Area in Northern Tarim Basin[J]. Journal of Jilin University (Earth Science Edition), 2021, 51(3): 645-658.
[33]
林波, 张旭, 况安鹏, 等. 塔里木盆地走滑断裂构造变形特征及其油气意义: 以顺北地区1号和5号断裂为例[J]. 石油学报, 2021, 42(7): 906-923.
Lin Bo, Zhang Xu, Kuang Anpeng, et al. Structural Deformation Characteristics of Strike-Slip Faults in Tarim Basin and Its Hydrocarbon Significance: A Case of Shunbei No.1 Fault and No.5 Fault[J]. Acta Petrolei Sinica, 2021, 42(7): 906-923.
http://dx.doi.org/10.13278/j.cnki.jjuese.20200122
吉林大学主办、教育部主管的以地学为特色的综合性学术期刊
0

文章信息

林波, 云露, 张旭, 肖重阳, 况安鹏, 徐学纯, 曹自成
Lin Bo, Yun Lu, Zhang Xu, Xiao Chongyang, Kuang Anpeng, Xu Xuechun, Cao Zicheng
一种板内小尺度走滑断层平面分段研究方法——以塔里木盆地顺北5号断层中北段为例
A Method for Plane Segmentation of Small-Scale Intraplate Strike-Slip Faults: A Case of the Middle-North Segment of Shunbei No. 5 Fault in Tarim Basin
吉林大学学报(地球科学版), 2021, 51(4): 1006-1018
Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2021, 51(4): 1006-1018.
http://dx.doi.org/10.13278/j.cnki.jjuese.20200122

文章历史

收稿日期: 2020-05-15

相关文章

工作空间