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  中国石油勘探  2021, Vol. 26 Issue (3): 41-52  DOI:10.3969/j.issn.1672-7703.2021.03.004
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引用本文 

云露. 顺北东部北东向走滑断裂体系控储控藏作用与突破意义[J]. 中国石油勘探, 2021, 26(3): 41-52. DOI: 10.3969/j.issn.1672-7703.2021.03.004.
Yun Lu. Controlling effect of NE strike-slip fault system on reservoir development and hydrocarbon accumulation in the eastern Shunbei area and its geological significance, Tarim Basin[J]. China Petroleum Exploration, 2021, 26(3): 41-52. DOI: 10.3969/j.issn.1672-7703.2021.03.004.

基金项目

国家自然科学基金项目"海相深层碳酸盐岩层系油气成藏机理与开发方法"(U19B6003-02);中国石油化工股份有限公司科技项目"塔里木寒武系-中下奥陶统储层发育模式研究"(P16112)

第一作者简介

云露(1972-),男,新疆奎屯人,博士,1998年毕业于中国地质大学(武汉),教授级高级工程师,现从事油气勘探综合研究与评价工作。地址:新疆乌鲁木齐市新市区长春南路466号中国石化西北油田分公司,邮政编码:830011。E-mail: yunl.xbsi@sinopec.com

文章历史

收稿日期:2021-03-28
修改日期:2021-04-30
顺北东部北东向走滑断裂体系控储控藏作用与突破意义
云露     
中国石化西北油田分公司
摘要: 顺北地区区域断裂体系具有“东西分区”的特点,作为东西部断裂体系之间起转换作用的顺北1号、顺北5号断裂带,北东向顺北1号断裂带平面以拉分段、平移段为主,单井控制规模大;北西向顺北5号断裂带为南北对接形成,其中北段北西向断裂带平面以挤压为主,单井控制规模相对较小。通过对北东向断裂体系顺北4号、顺北8号、顺北12号断裂带解析,认为其平面具有典型“三段式”分段特征,断裂活动强度大,储集体整体规模可能较大,同时其走向与现今区域主应力方向一致,其分段内部储集体连通性好,且东部发育盆地—中外缓坡相原地优质烃源岩,相比北西向断裂体系,其成储与成藏条件更为优越。基于上述认识优选部署顺北42X井、顺北41X井、顺北8X井,测试均获千吨(油当量)高产油气流,新发现一个4亿~5亿吨级(油当量)资源阵地,进一步证实北东向走滑断裂体系储集体规模大,成藏条件优越,走滑断裂带具有“控储、控圈、控运、控藏、控富”五位一体特征,对中国海相碳酸盐岩走滑断裂带评价具有借鉴意义。
关键词: 顺北    北东向走滑断裂体系    断裂控储控藏作用    五位一体    塔里木盆地    
Controlling effect of NE strike-slip fault system on reservoir development and hydrocarbon accumulation in the eastern Shunbei area and its geological significance, Tarim Basin
Yun Lu     
Sinopec Northwest Oilfield Company
Abstract: The fault system in Shunbei area is characterized by "east west segmentation" with Shunbei No.1 and No.5 fault belts playing a transformation role between east and west fault systems. On the plane, the NE trending Shunbei No.1 fault zone is mainly composed of pull segment and translation segment, where the single well controls large area of oil reservoir, while the NW trending Shunbei No.5 fault zone is jointly formed by north and south sections. The north section is dominated by compression type on the plane with relatively small-scale reservoir controlled by single well. The seismic interpretation of No.4, No.8 and No.12 fault zones indicates that the NE fault system has a typical "three segments" feature on the plane, with intensive fault activities and similar strike with the current regional principal stress. The overall reservoir scale is large and reservoir connectivity is good inside each segment. In addition, high-quality source rocks of basin-central outer gentle slope facies are developed in the east part. As a whole, the reservoir forming and hydrocarbon accumulation conditions are superior than that of the NW fault system. Based on the above understandings, Wells Shunbei 42X, Shunbei 41X and Shunbei 8X were drilled, and high oil and gas production of 1000 tons of oil equivalent obtained from well testing, indicating a new resource position of 400-500 million tons of oil equivalent, which further proved that the NE strike-slip fault system has large reservoir scale, superior hydrocarbon accumulation conditions, and the characteristics of five-in-one "fault controlling reservoir, trap, hydrocarbon transport, accumulation and enrichment". The result can be used for reference to evaluate the strike-slip fault zone of marine carbonate rocks in China.
Key words: Shunbei    NE strike-slip fault system    fault controlling on reservoir and hydrocarbon accumulation    five-in-one    Tarim Basin    
0 引言

从“十二五”开始,中国石化西北油田分公司聚焦塔里木盆地顺托果勒低隆,攻关“断裂、储层、成藏”三大关键地质问题,创新提出新类型的断控缝洞型储集体和断溶体油气藏成藏新模式[1-3],并于2016年发现了10亿吨级超深断溶体油气藏——顺北油气田[4],明确了走滑断裂带具有“控储、控藏、控富”特征,完善形成了超深断溶体油气成藏理论[4-5],丰富了中国超深层海相油气勘探理论,推动了塔里木盆地超深碳酸盐岩勘探思路的转变,也为其他盆地碳酸盐岩领域勘探提供了新的思路。

顺北油气田发现后,随着顺北1号、顺北5号断裂带勘探开发的深入,开展区域断裂带落实与展布特征、实钻井井震对比与断—储—藏关系研究,取得三方面重要认识:一是落实18条主干走滑断裂带展布特征,指出走滑断裂带具有“平面叠接分段、纵向分层变形、多期叠加改造”的发育特征[5-11],明确了走滑断裂带经历加里东晚期—海西早期、海西晚期等多期活动;二是深化走滑构造成储机制与控储作用研究[12-13],以顺北1号、顺北5号断裂带为基础,阐明了走滑构造破裂成储机制,建立了4种平面分段样式的储集体发育模式[8];三是深化烃源岩分布与演化研究[3-5],提出喜马拉雅期以来快速深埋,在“大埋深、高压力”环境下现今仍处于生凝析油阶段[14],有利于多期次油气沿断裂带充注和富集成藏。但是,对顺北1号、顺北5号断裂带之外的北东向、北西向断裂带,如何评价优选是展开勘探面临的关键问题。

本文通过区域三维地震资料断裂解析,明确了顺北地区区域断裂体系具有“东西分区”的特点,顺北1号、顺北5号断裂带作为东部(北东向断裂体系)与西部(北西向断裂体系)之间起转换作用的两条断裂带,其断裂平面分段[6-7]、储集体内部结构与单井控制规模[8]具有明显差异。基于有关认识,优选北东向顺北4号、顺北8号断裂带展开勘探,先后部署顺北41X井、顺北42X井、顺北8X井,3口井酸压测试相继获得千吨(油当量)以上的高产油气流。其中,产量最高的顺北8X井,14mm油嘴,油压为47.6MPa,测试期间压力稳定,日产油382m3,日产气105.3×104m3,合计日产油(油当量)1128t(原油密度为0.75g/cm3),进一步证实了北东向断裂带具有明显的“控储、控藏、控富”特征。顺北4号、顺北8号、顺北12号北东向断裂带累计长度超过250km,估算资源规模(4~5)×108t(油当量),成为顺北油气田“十四五”增储上产的重要阵地。

1 地质概况

顺北地区位于塔里木盆地顺托果勒低隆(图 1),处于南北两隆(塔中隆起、塔北隆起)、东西两坳(满加尔坳陷、阿瓦提坳陷)之间的似“马鞍形”低隆起上[3-4]。除侏罗系沉积缺失及白垩系、二叠系、石炭系、泥盆系、志留系存在不同程度缺失外,其余地层均发育齐全,其中,奥陶系中统一间房组(O2yj)—中下统鹰山组(O1-2y)碳酸盐岩层系是主要油气产层。

图 1 顺北地区构造位置及不同断裂带分布图 Fig. 1 Structural location and distribution of different fault zone in Shunbei area

顺北地区经历了至少4个构造演化阶段[6-7]:加里东早期(寒武纪—中奥陶世)克拉通边缘拗拉槽与克拉通内弱伸展背景阶段、加里东中晚期—海西早期(中奥陶世—中泥盆世)克拉通隆起形成演化与整体强烈挤压阶段、海西晚期—印支期(早二叠世—侏罗纪)塔北隆起持续抬升与挤压阶段和燕山期—喜马拉雅期古隆起与断裂调整定型阶段。

顺北地区虽然位于克拉通内构造稳定区,但并非“铁板一块”,而是发育一套与盆缘呈大角度相交且广泛分布的板内走滑断裂系统[6-7],目前已落实北东向、北西向、近南北向等不同走向的主干走滑断裂带共计18条(图 1)。与位移量达数百至数千千米的大型走滑断裂(板缘型)相比,该类走滑断裂位移量小,滑移距一般不超过2km[6-7]。因其远离活动板块边界,通常在构造变动相对微弱的克拉通盆地内部发育,也被称为克拉通盆地内部走滑断裂[9]

顺北地区古生界发育一“刚”(下古生界碳酸盐岩)两“塑”(中—下寒武统膏盐岩及上古生界碎屑岩)的垂向地层结构,各岩性地层能干性的差异导致走滑断裂带自下而上的变形样式有所不同,走滑断裂带普遍具有“纵向分层变形、主滑移带平面分段、垂向多期叠加”的发育演化特征[4, 11]。纵向上,分层变形界面多为岩性界面,古生界底面(T90)—中奥陶统顶面(T74)发育走滑断裂体系,中奥陶统顶面(T74)之上发育平面呈雁列分布的正断裂[9]。平面上,走滑断裂分段性强,下古生界碳酸盐岩目的层见叠接拉分段、叠接压隆段、平移段和复合构造4类构造样式[8]

走滑断裂带的构造破裂、岩体错动形成的构造增容作用[13],叠加多类型流体沿断裂带溶蚀改造[15-18],形成了受走滑断裂带控制的断控裂缝—洞穴型储集体。垂向上,顺北地区走滑断裂带雁列构造以浅层被动撕裂为主,呈“V”形收敛,并隐没于构造层内,与断层主滑移带正常不连接,上奥陶统桑塔木组巨厚泥岩(厚度分布普遍在800~1500m)因此能够形成良好的区域盖层[5]。横向沿断裂带方向,顺北地区奥陶系一间房组顶部构造平缓,构造坡度仅为0.1°~0.5°(小于塔河南部1°~2.5°),同时走滑断裂带平面具有分段性,不同分段或断层相互不连通,油气不具备沿着走滑断裂带远距离侧向运移条件。横向垂直于断裂带方向,断裂带内部“核—带”结构发育,并经历了深埋或地表流体的溶蚀—沉淀作用改造,导致储层内部结构复杂化[13],同时断裂带之外为致密碳酸盐岩,具备良好的侧向封挡条件。在上述地质条件下,形成了十分独特的断溶体圈闭与油气藏。

2 顺北及邻区断裂体系

近年来,通过对高品质三维地震资料连片解释与成图发现,北塔里木盆地内部广泛发育走滑断裂。该套走滑断裂体系大致以顺北1号、顺北5号断裂带为界,具有“东西分区”的特点。顺北1号、顺北5号断裂带为东、西部之间起转换作用的两条断裂带,顺北5号断裂带是一条贯穿塔北隆起、顺托果勒低隆,以及塔中隆起的断裂带,可识别长度达270km[19]。受控于盆地南、北不同区域应力场叠加作用,顺北5号断裂带演化早期最大主应力方向从南到北发生了北北东向到北北西向的逆时针偏转,为其弧形构造行迹的发育奠定了基础。顺北5号断裂带在构造演化初期形成于南、北不同断裂体系,后期南、北段在中部对接,构造样式在对接部位发生转换,顺北1号断裂带形成于顺北5号断裂带转换部位邻近区域[7]。顺北5号断裂带以东在塔中隆起及其北坡主要发育近平行的北东向断裂体系,包括顺北东部北东向断裂体系与顺南北东向断裂体系,在塔北隆起主要发育“X”形似共轭断裂体系[6-7];而以西则主要发育近平行的北西向断裂体系(图 1)。不同断裂体系走滑断裂演化受不同时期盆地南、北缘区域应力场的叠加控制,呈现出构造样式的差异。顺北地区受控于南缘原特提斯构造域造山作用,加里东中期Ⅲ幕北北西向区域挤压应力作用于北北东向区域垂直张节理,形成塔中隆起及顺托果勒低隆东部近平行的北东向左行走滑断裂体系。而受盆地北缘古亚洲洋构造域影响,加里东中期Ⅲ幕—加里东晚期形成以顺北5号断裂带北段为代表的北西向右行走滑断裂体系。

不同断裂体系断裂活动期次有差异(图 2)。顺北5号断裂带以东发育近北东向走滑断裂体系,加里东中期Ⅲ幕,这些近北东向走滑断裂表现为左行走滑活动。加里东晚期,近北东向走滑断裂的深层走滑断面再活动,形成右阶展布的雁列正断层,指示其左行走滑活动。其中,顺北1号断裂带作为顺北5号断裂带的分支断裂,在斜拉张应力背景下开始左行活动,发育右阶雁列。海西中—晚期,顺北北东向断裂体系深层走滑断面再次发生较弱的左行走滑活动,在上覆地层中再次形成雁列正断层;印支期或更晚(喜马拉雅期),顺北1号、顺北4号、顺北8号等断裂带推测仍发生微弱的继承性活动,在地震剖面上可识别出少量正断层;而顺南地区的顺北16号、顺北18号等北东向断裂带未发现有海西中—晚期以后持续活动的地震资料证据[20-21]。在顺北5号断裂带以西发育北西向走滑断裂,这些北西向断裂在加里东中期Ⅲ幕表现为右行走滑;加里东晚期,北西向走滑断裂继承性活动,部分北西向断裂(例如顺北7号断裂带)未发现有加里东晚期以后持续活动的地震资料证据。与顺南地区北东向走滑断裂、顺北地区西部北西向走滑断裂相比,顺北地区东部北东向走滑断裂具有长期继承性多幕次活动的特点,与晚期油气成藏期良好匹配,十分有利于晚期油气充注。

图 2 顺北地区不同断裂体系构造活动期次对比 Fig. 2 Comparison of tectonic activity periods of different fault systems in Shunbei area
3 北东向断裂体系的构造活动特征

北东向走滑断裂带在古生界底面(T90)表现为单一线性延伸形迹、无明显分段结构(图 3a),剖面上为直立高陡断面(图 4);在中寒武统顶面(T81)多表现为不连续线性断面(图 3b),剖面上常为产状多变的逆冲滑脱断层(图 4);在中—下奥陶统碳酸盐岩顶面(T74)平面上表现为分段展布特征(图 3c),剖面上分段间发育明显的隆起和下掉(图 4);在中—下奥陶统碳酸盐岩顶面(T74)以上,平面上则表现为数量多、规模小的北西向断层沿北东向雁列状展布(图 3d),剖面上则为对倾为主的正断层,往往与下伏直立走滑断面不连接(图 4)。

图 3 顺北地区北东向断裂体系分层展布特征 Fig. 3 Distribution characteristics of NE trending fault systems by horizons in Shunbei area
图 4 塔里木盆地顺北地区北东向断裂体系剖面样式及活动期次 Fig. 4 Structural pattern on seismic section and active periods of NE trending fault systems in Shunbei area (a)顺北地区北东向断裂带中奥陶统顶面平面分段特征;(b) 顺北1号断裂带剖面样式及活动期次;(c) 顺北4号断裂带剖面样式及活动期次;(d) 顺北8号断裂带剖面样式及活动期次;(e) 顺北12号断裂带剖面样式及活动期次

分段性是走滑断裂的基本特征之一,在盆地尺度大型走滑断裂带和露头尺度走滑断层中均普遍发育。顺北地区平面分段结构主要发育于中—下奥陶统碳酸盐岩(勘探目的层),表现为“平移、拉分、压隆”三种经典的变形样式(图 4)。顺北1号断裂带分段呈左阶展布,其叠接部位均为拉分段;顺北4号断裂带分段在南、北部主要以右阶展布为主,其叠接部位为压隆段,而在中部呈左阶展布,其叠接部位为拉分段,形成“南北压、中部张”的分段结构。顺北8号断裂带以左阶拉分段发育为主,局部发育右阶压隆段。顺北12号断裂带整体以压扭性较强的“压脊构造”为特征,局部发育有拉分段。

上述北东向走滑断裂带复杂的几何学特征是多期次构造运动叠加改造的产物。结合不同构造样式揭示的不同古应力环境、发育层位,以及与不整合面接触关系,可将北东向走滑断裂体系的演化过程至少划分为4个阶段。第一阶段为加里东中期Ⅲ幕,除顺北1号断裂带外,顺北4号等北东向走滑断裂表现为左行走滑活动,沿平移段发育有压脊状局部隆起,指示斜压(压扭)应力环境。第二阶段为加里东晚期,顺北4号等北东向走滑断裂的深层走滑断面再活动,形成右阶展布的雁列正断层,指示了左行走滑活动,且雁列角多数小于45°,说明走滑断裂活动于斜拉应力环境。此时,顺北1号断裂带深层走滑断面左阶左行活动,平移段局部有下凹、分段间一致发育叠接拉分,说明顺北1号断裂带的形成晚于顺北4号等北东向断裂带,形成于具有斜拉(张扭)应力环境的加里东晚期。T70界面发育的雁列正断层错断至T63界面,并在其紧邻上覆地层停止活动,同样指示其在加里东晚期形成。第三阶段为海西中—晚期,表现为北东向断裂带深层走滑断面再次发生左行走滑活动,在上覆地层中形成雁列正断层,该阶段形成的雁列正断层在T63界面以上地层中发育并断穿T56界面,部分疑似断入二叠系火成岩地层,与加里东晚期形成的雁列断层在发育数量、分布规律上都有差异。第四阶段为印支期或更晚,地震剖面上显示,在T46及以上界面可识别出少量正断层,揭示了北东向断裂在印支期甚至更晚(喜马拉雅期)仍继续发生活动。

结合区域地质背景来看,顺北地区近北东向走滑断裂活动与塔里木盆地周缘构造事件密切相关,是盆缘所受不对称应力作用在盆地内部的一种构造响应。在加里东中期Ⅰ幕受塔里木盆地西南缘原特提斯域西昆仑洋闭合影响,形成近北西向控制塔中隆起初始发育的塔中Ⅰ号断裂带,与此同时,形成了一系列垂直于塔中隆起发育的近北东向区域节理。受控于盆地南、北不同区域应力场叠加作用,区域节理走向在研究区北部偏转为近北西向(图 5a);加里东中期Ⅲ幕,东南缘阿尔金构造域和北侧古亚洲洋构造域的挤压作用,分别作用于南北先存的区域节理形成了左行和右行的走滑断裂(图 5b)。加里东晚期,顺北4号、顺北8号、顺北12号断裂带深层走滑断面左行走滑再活动,形成右阶展布的雁列正断层,而顺北1号断裂带在斜拉应力环境下,形成了左阶叠接拉分段发育的左行张扭性走滑断裂(图 5c)。海西中—晚期,这些北东向断裂带深层走滑断面再次发生左行走滑活动并拖曳上覆盖层,并最终形成了多期雁列正断层在空间上相互叠置的分层构造样式(图 4图 5d)。综上所述,顺北4号、顺北8号、顺北12号断裂带同属于近北东向单剪断裂体系,活动强度向东南方向增强,勘探目的层系具有典型“平移、拉分、压隆”三段式特征,具备形成规模储层的潜力;这些走滑断裂根部沟通烃源岩,加里东中—晚期初始活动、后期多幕次继承性活动、晚期活动有利于晚期油气充注,具备形成大型油气田的地质条件。

图 5 顺北东部近北东向走滑断裂带多期演化模式图 Fig. 5 Multiphase tectonic evolution model of near NE strike-slip fault zone in eastern Shunbei area
4 北东向断裂体系控储控藏作用 4.1 储集体整体规模大,各分段内部连通性可能较好

顺北地区主要储层类型为断控缝洞型(裂缝—洞穴型),与塔河岩溶缝洞型有明显的差异[4-5]图 6a)。洞穴横向宽度不大,主要表现为断层破裂空腔型洞穴(图 6b),一般难以在断层破碎带附近取心,断层之外取心主要以裂缝为主(不反映规模储集体地质特征),裂缝多呈高角度—近垂直状,延伸远,缝壁较平直,溶蚀现象弱,缝壁常被方解石、沥青等充填(图 6c)。走滑构造破裂、块体错动而发生物质体积空间调整是储层形成的主要机制[13],后期叠加有机酸、富硅热液等流体沿断裂带进一步改造[11-15],同时多期烃类侵位有利于抑制缝洞被胶结,对储层保存有利。

图 6 顺北地区断控缝洞型储集体发育模式 Fig. 6 Development model of fault controlled fracture-vuggy reservoir in Shunbei area

前期顺北1号、顺北5号断裂带50余口钻井证实,主要储集空间为断裂带内部高陡断层附近发育的裂缝、洞穴,其次为沿缝溶蚀孔洞,主要表现为侧钻井钻遇断层附近普遍发生放空、漏失[4-5, 12],钻井漏失率为100%,顺北1号断裂带钻井放空率61%,高于顺北5号断裂带钻井放空率45%,放空宽度一般小于5m,储集体纵向跨度大(揭示最大深度达580m)。从单井动态储量与产能来看,顺北1号断裂带单位平均动态储量为151×104m3,单井平均单位压降产能达4828t/MPa;顺北5号断裂带单位平均动态储量为61×104m3,单井平均单位压降产能达798t/MPa,北东向顺北1号断裂带要高于北西向顺北5号断裂带。现今区域地应力方向与走滑断裂带的走向夹角,控制了断裂带内部断缝系统的开启程度[5],夹角越小越利于开启,夹角越大则以挤压为主,容易导致裂缝闭合。根据测井资料分析,顺北地区现今地应力方向为北东42°左右,与北东向断裂带走向相近,表明其内部裂缝开启程度高,有利于沟通形成规模储集体。

顺北地区东部顺北4号、顺北8号、顺北12号等北东向断裂体系与处于转换部位的顺北1号、顺北5号断裂带断裂活动特征和平面分段样式有差异。顺北1号断裂带平面分段以拉分段、平移段为主,整体处于一个弱拉张背景;顺北5号断裂带北段北西向断裂以挤压段为主,整体处于较强挤压背景;而北东向断裂体系平面分段具有典型“三段式”特征,由于其断裂走向与现今区域主应力方向一致,其各分段(尤其是挤压段)内部储集体连通性可能整体较好。由于向东南方向断裂带活动强度变大,储集体的整体规模可能较大,单井控制储集体规模更大。顺北41X井、顺北42X井、顺北8X井实钻在断层附近发生漏失(图 7),测试均获千吨(油当量)的高产工业油气流,油压较高,测试期间生产稳定,证实北东向断裂体系储集体规模大。

图 7 顺北4号与顺北8号断裂带分段展布及过井地震时间剖面 Fig. 7 Segmentation of Shunbei No.4 and No.8 fault zones and seismic profile cross wells (a)顺北地区东部断裂带分段特征;(b)至(d)过井地震剖面;(e)至(f)过井油藏剖面
4.2 储集体有明显非均质性,“断裂面+串珠异常”是规模储集体的地震响应特征

顺北4号、顺北8号走滑断裂带实钻进一步证实,断控缝洞型储层空间非均质性强,具有规模储集体“断裂面+串珠异常”地震响应特征。平面上,走滑断裂带具有明显分段性,前期研究已证实断裂面附近储集体最发育,不同平面分段内部结构差异大,不同断裂带、不同分段连通程度也有明显差异,如北东向顺北1号断裂带以拉分—平移为主,伸展变形会导致应力集中释放于断裂附近,缝洞系统在低—无内聚力应力下,具备更好的地层渗透性,连通性好;而北西向顺北5号断裂带以挤压—平移为主,挤压变形则会导致断层附近及夹持基岩区发生协同性位移和弹性变形,强烈的弹性变形造成断裂带内部缝洞储层的分隔性增强,由众多规模较小的缝洞构成缝洞集合体,形成类似“蜂窝煤状”的缝洞系统,实钻也证实其连通性较差。纵向上,走滑断裂储集体结构并非均质分布,在应力作用下纵向上的扭动及垂向分段叠接均能造成断裂在纵向上的拉分脱空应力区与挤压应力区,从而造成走滑断层在垂向上具有极强的非均质性。顺北41X井深浅两次实钻及测试揭示储层规模有明显差异(图 7),浅部井眼地震异常反射弱,酸压测试规模有限,为油气充注后封闭的定容储集体,而深部井眼目标为“断裂面+串珠异常”,酸压测试获高产油气流,证实“断裂面+串珠异常”是规模储集体的地震响应特征。

4.3 晚期充注强度大,油气成藏条件优越

通过持续开展全盆地地震解释、野外露头样品地球化学分析、钻井油源对比等研究,中国石化西北油田分公司长期坚持下寒武统玉尔吐斯组烃源岩为塔里木台盆区的主力烃源岩[1-5],该套烃源岩有机碳含量高,盆地大部分地区广泛分布[7],且在“大埋深、高压力”环境下,具有长期生烃、多期供烃的特点[14]

近期研究表明,虽然顺北地区主体均发育下寒武统玉尔吐斯组原地烃源岩,但由于烃源岩相带分布、地温演化、断裂活动期次等差异,顺北地区东部与西部的烃源岩条件与成藏演化过程有差异[22]。顺北东部地区相对西部地区,远离寒武纪早期古隆起(图 1),处于玉尔吐斯组中外缓坡相优质烃源岩发育区,且地温梯度高,断裂带在海西晚期及之后持续活动,特别是喜马拉雅期以来该区快速沉降,晚期轻质油气充注强度大,表现为现今东部地区油气晚期充注足,在超过8000m深度仍然保存有轻质油—凝析油气[14],资源类型以挥发油—凝析油—干气为主,气油比高。而西部地区离古隆起相对较近(图 1),烃源岩相带以中—内缓坡为主,烃源岩条件相对较差,同时地温梯度相对低,烃源岩演化程度低,受满加尔坳陷过成熟干气影响小,晚期凝析油气—干气充注弱,主体以挥发性油藏为主,气油比明显偏低(图 8)。

图 8 塔里木盆地北部油气资源类型分布图 Fig. 8 Distribution of different types oil and gas resources in the northern Tarim Basin
4.4 “寒武系供烃、垂向输导、晚期成藏、断裂控富”油气成藏模式

顺北地区东部油气主要来自原地下寒武统盆地—中外缓坡相烃源岩,该套烃源岩在“晚期快速深埋、高压力、低地温梯度”等因素共同作用下,燕山期—喜马拉雅期仍处于高成熟液态油—凝析油气的规模生烃阶段,为晚期成藏奠定了坚实的资源基础。北东向走滑断裂带长期持续活动,断裂带开启性好,既作为断控缝洞型储集体发育有利部位,又是多期油气垂向运移的主要通道。顺北地区东部主要成藏期为燕山期—喜马拉雅期,现今可动油气主要为海西晚期以来晚期成藏聚集,油气充注充足,富集程度高。

北东向断裂体系具有“烃源岩优质、断裂持续活动、储集体规模大、成藏条件好”的特点。下寒武统玉尔吐斯组是其主力烃源岩,海西晚期—喜马拉雅期是现今可动油气的主要成藏期,油气沿着断穿基底的走滑断裂带向上运移,断裂带具有明显的控储控藏作用。根据顺北1号、顺北5号两条转换作用断裂带与北东向断裂体系构造样式差异,以及油气藏平面分布差异,建立了北东向断裂体系“寒武系供烃、垂向输导、晚期成藏、断裂控富”的油气成藏模式(图 9)。

图 9 顺北地区东部北东向走滑断裂带油气成藏模式图 Fig. 9 Hydrocarbon accumulation pattern of NE strike-slip fault zone in the eastern Shunbei area
5 勘探突破的意义 5.1 进一步证实走滑断裂带具有“控储、控圈、控运、控藏、控富”五位一体的特征

传统的“生、储、盖、圈、运、保”六大油气成藏要素,在顺北地区特定的地质背景下(克拉通台地南北两大隆起间稳定构造带、平缓致密厚层碳酸盐岩、上覆巨厚上奥陶统泥质岩盖层),除了“生”(烃源岩)这一要素与沉积相带有关而不受断裂带控制外,发育在相对稳定构造带内部的中小尺度走滑断裂带,几乎控制了其他五方面的油气成藏要素,形成了非常独特的新类型断溶体油气藏。

勘探实践证实,走滑断裂带不仅控制油气成藏,还控制了油气差异富集。受断裂带走向和分段样式差异影响,顺北地区不同走滑断裂带油气富集差异特征明显。首先,盆地内的断裂带前期主要作为重要的油气输导体系,鲜有学者将断裂带作为具有储集性能的地质体[23],顺北地区断控缝洞型储集体主要成因机制为走滑构造破裂、块体错动而发生物质体积的空间调整,储集体的发育主要受断裂带控制;其次,目的层致密碳酸盐岩与上覆厚层泥质岩由于断裂带平面叠接分段与纵向分层变形,形成良好封盖条件,断裂带也是圈闭形成的主要地质因素;最后,断裂带直接沟通烃源岩,对油气运聚和成藏富集都有重要控制作用。因此,北东向走滑断裂体系顺北4号、顺北8号断裂带的突破,证实了走滑断裂带具有“控储、控圈、控运、控藏、控富”五位一体的特征。

5.2 进一步证实北东向断裂带更有利于储层发育与晚期油气成藏

相比其他断裂体系,顺北东部北东向断裂体系储层与油气成藏地质条件最为优越。从断裂成储的角度分析,北东向断裂体系持续多期活动,刚性碳酸盐岩受断裂作用,岩石破碎程度高,后期各类流体顺着断裂、裂缝进一步改造,有利于形成相互连通的大型缝洞系统;同时,断裂活动强度大,在断裂活动与储层形成的关键时期,多期油气充注能有效抑制方解石胶结,有利于储集体保存,储集体规模更大。北东向断裂体系走向与现今主应力方向一致,其各分段内部储集体的连通性可能均较好(特别是挤压段),这一点明显优于北西向断裂体系。

从断裂控藏的角度分析,相对北西向断裂体系,北东向断裂体系长期继承性活动,晚期经历了喜马拉雅期油气充注,具备更好的晚期油气充注条件。加里东晚期,满加尔坳陷持续埋藏,烃源岩已经处于生排烃期,生成油气向高部位运移聚集,顺北东部北东向断裂体系优先捕获了第一期油气充注,在海西早期强烈的构造作用下,油气局部遭受了调整破坏,顺北东部北东向断裂体系构造相对稳定,有利于油气保存;海西晚期,满加尔坳陷和顺托果勒低隆烃源岩仍处于生排烃期,顺托果勒低隆大面积聚集成藏,北东向断裂体系是有利运聚部位。燕山期—喜马拉雅期持续深埋,烃源岩在满加尔坳陷中心部位濒临或处于死亡期,顺北东部本地及周缘仍处于生凝析油气—干气期,北东向断裂体系仍是有利的运聚方向。

5.3 进一步证实北东向走滑断裂体系是顺北地区规模增储上产的重要领域

顺北地区东部北东向断裂体系的突破,对顺北地区整体评价与勘探展开具有重要的战略意义。一是首次在顺北1号、顺北5号断裂带两条起转换作用的断裂带之外获得实质性突破,实现了北东向单剪走滑断裂体系的规模发现,尤其是南部的顺北42X井,实现了顺北4号断裂带的整体控制,进一步证实北东向断裂体系具备“整体成藏、高产富集”的典型特征,油气资源结构以凝析气藏为主,单井产量高。二是坚定了顺北地区向北东向断裂体系勘探信心,展现了北塔里木整体富含油气的资源格局,揭示了南北隆起之间的顺托果勒低隆,是超深层碳酸盐岩勘探的有利地区,推动了勘探评价向顺托果勒低隆快速展开。三是继顺北1号、顺北5号断裂带突破后,实现了勘探方向的重大转移,同时顺北东部地区相对西部火成岩侵入体发育程度低[24],目的层相对顺南地区温度较低[14],工程难度小,明确北东向走滑断裂体系是后期规模增储最具潜力的领域,顺北东部北东向断裂体系累计长度超过250km(图 1),落实一个4亿~5亿吨级(油当量)资源阵地。顺北地区超深断溶体油气藏属碳酸盐岩孔隙型与岩溶缝洞型油气藏之外的一种新类型的油气藏,此类型碳酸盐岩油气藏在我国属首次发现,埋深超过8000m仍发育轻质油—凝析气藏,改变了以往超深高温高压条件下烃源岩热演化模式的传统认识,对中国其他盆地特深层海相碳酸盐岩走滑断裂带的评价有重要借鉴意义。

6 结论

(1)顺北地区断裂体系具有“东西分区”的特点,大致以顺北1号、顺北5号断裂带为界,以东主要发育近平行的北东向断裂体系,以西则主要发育近平行的北西向断裂体系。顺北1号、顺北5号断裂带作为东西部之间起转换作用的两条断裂带,断裂平面分段样式与单井控储规模有明显差异。顺北1号断裂带平面以拉分段、平移段为主,单井控制规模大,顺北5号断裂带北段北西向断裂带平面以挤压段为主,单井控制规模相对小。

(2)顺北4号、顺北8号、顺北12号断裂带同属于近北东向单剪断裂体系,其平面具有典型“平移、拉分、压隆”三段式特征,断裂活动强度大,表明储集体整体规模可能较大,断裂走向与现今区域主应力方向一致,表明其分段内部储集体连通性可能较好,单井控制储集体规模大,储集体发育空间上有非均质性,“断裂面+串珠异常”为规模储集体地震识别标志。

(3)顺北东部地区发育下寒武统玉尔吐斯组中外缓坡相原地优质烃源岩,长期活动的北东向断裂体系有利于储层发育与晚期油气成藏。建立了北东向走滑断裂体系“寒武系供烃、垂向输导、晚期成藏、断裂控富”油气成藏模式。进一步证实了走滑断裂带具有“控储、控圈、控运、控藏、控富”五位一体特征,北东向走滑断裂体系累计断裂长度超过250km,落实了一个4亿~5亿吨级(油当量)的资源阵地,是顺北地区“十四五”规模增储上产的重要地区。

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