英買9區塊斷層與剩余油配置關系研究

王孝彥，成榮紅，汪斌，王 勇，劉 艷，胥珍珍，吳蜜蜜，王 濤，宋靜波，孟令燁，吳全鶴，趙紫桐

(1.中國石油塔里木油田分公司 勘探開發研究院，新疆 庫爾勒 841000；2.中國石油塔里木油田分公司 庫車油氣開發部，新疆 庫爾勒 841000)

引 言

近年來人們已經意識到斷層對油氣的運聚具有十分重要的影響，但是斷層在形成初期并不是一整條大斷層，而是通過早期形成的小型斷層逐漸生長連接形成一整條較大的斷層，也就是說，斷層是分段生長的，識別出早期小型斷層端部所在的位置對提升地下可采儲量和進一步開發油氣具有非常重要的意義，找出斷層分段生長的位置就可以確定出構造局部有利區，為下一步剩余油氣的開發奠定堅實的基礎。在20世紀90年代，英買9區塊白堊系巴西改組曾獲高產油流，但隨后的開發并不理想，由于英買9區塊白堊系巴西改組斷層十分發育，因此，研究斷層邊部油氣分布規律對英買9區塊下一步開發具有重要的意義。

1 區域背景

塔北隆起是塔里木盆地的一級構造單元，前震旦紀形成盆地基底之后，在震旦紀形成構造變形不甚明顯的塔北隆起，隨后在志留—泥盆紀受到擠壓，塔北隆起相對隆升，但由于天山造山運動的影響，塔北隆起受到剝蝕作用，因此，塔北隆起構造起伏相對較緩。晚二疊世以后，隨著塔里木盆地的演化，到白堊紀時期，塔北隆起構造活動相對減弱，后在早第三紀受早期喜馬拉雅運動的影響而下沉。英買9區塊地處新疆維吾爾自治區新和縣境內，構造位于塔里木盆地“四隆五坳”的塔北隆起英買力低凸起上，北鄰輪臺凸起，南鄰阿瓦提凹陷、滿西低凸起，西接溫宿凸起，東部是輪南低凸起[1]，為海西時期形成的古隆起，英買力低凸起位于庫車坳陷的上傾方向，處于油氣運移的有利區域，在英買力低凸起上由西向東主要發育南東走向的三排構造帶，依次是玉東—英買2構造帶、英買7構造帶和英買32-英買10構造帶，研究區英買9區塊位于英買7構造帶南部，是英買7構造帶上具有開發潛力的區塊之一。

塔里木盆地經過三疊紀的剝蝕沉積后，盆地內的沉積體系為河流—濱淺湖相。至白堊紀，古特提斯洋逐漸向西南方向收縮，由于氣候逐漸變得炎熱干旱，平原發育鹽沼澤地，湖泊面積逐漸變小，河流沉積在盆地內大面積分布。英買力低凸起的油氣主要來自北部庫車坳陷的三疊系和侏羅系2套烴源巖，由于構造相對較高，三疊系和侏羅系湖相泥質烴源巖為英買力低凸起提供充足的油氣充注，英買9區塊內的含油氣層系是白堊系巴西改組砂巖段(K1bx)，厚度大于30 m，且連續分布，上覆巴西改組薄層泥巖厚約3～7.4 m，三者組成一套良好的生、儲、蓋組合。

英買9區塊內斷層十分發育，區域內局部應力場為NW-SE向拉張，斷層主要延伸方向為NE-SW向(圖1)，延伸長度從286～2 344 m不等(表1)。根據不同斷層與地層的接觸關系，可以將斷儲組合模式分為4種類型[2]：①斷層與斷層兩盤地層傾向相同的同向斷層；②斷層與斷層兩盤地層傾向相反的反向斷層；③斷層兩盤地層傾向相反且呈上凸組合模式的屋脊斷層；④斷層兩盤地層傾向相反且呈下凹組合模式的反屋脊斷層。本文主要研究英買9區塊內的8條斷層，根據上述斷層與斷層兩盤地層的接觸關系可知，F1斷層和F8斷層屬于反向斷層，F2斷層、F3斷層和F7斷層屬于同向斷層，F4斷層、F5斷層和F6斷層屬于屋脊斷層。因此，可以初步判斷：F1斷層、F4斷層和F6斷層下盤可以形成有利圈閉。

圖1 英買9區塊巴西改組頂面構造Fig.1 Top surface structure of Baxigai Formation in YM9 block

斷層名稱斷層傾向斷層類型主控斷層延伸長度/mF1SE反向是2344F2NW同向-585F3NW同向-545F4SE屋脊是991F5S屋脊-290F6SE屋脊是1796F7NW同向-502F8SW反向-286

2 斷層分段生長機制

斷層對油氣既具有疏導作用又具有遮擋作用[3]，由此可見，斷層對油氣的運移和聚集具有十分重要的控制作用。一般來說，斷層在平面上的分布并不是單一存在的，在同一應力場作用下會形成一系列側列斷層即斷裂帶[4-5]，每一條斷層形成時都發育一定寬度的裂縫帶。

2.1 斷層分段生長類型

(1)孤立斷層 一條斷層在形成初期并不是現今所看到的一整條斷層，而是在斷層發育早期形成裂縫帶[4]，在應力場持續作用下，裂縫沿著滑動面活動逐漸生長，最終裂縫之間相互連接形成孤立斷層。這里的孤立斷層是指未被其他斷層切割且兩端均出露的斷層，判斷孤立斷層的依據是離距與斷層位移之間的關系，一般來說，離距大于斷層長度的1/4時可以認為是孤立斷層[6]。英買9區塊內不發育孤立斷層。

(2)連接型斷層 在應力場的作用下，早期形成的裂縫既會逐漸生長連接形成孤立斷層[5]，也會形成相互作用側列的斷層。對于側列展布的斷層來說，應力沿著先存裂縫面滑動，形成小型斷層[7]，在斷層形成的同時，伴有端部次級裂縫生成。隨著次級裂縫的逐漸生長，次級裂縫會將2條側列的小型斷層連接起來，最終連接并生長成為一條斷層，英買9區塊內F1斷層和F6斷層就是這樣形成的。2條相互作用的斷層連接方式有2種：“軟連接”和“硬連接”[8-10](圖2)。

所謂“軟連接”是指2條斷層相互作用但未導致疊覆區破裂，它們之間不是通過斷層相連接，而是通過一個疊覆區相連接[11]。英買9區塊內發育軟連接，其中，F2斷層和F1斷層、F3斷層和F1斷層、F6斷層和F7斷層之間都屬于“軟連接”斷層。

所謂“硬連接”是指2條斷層之間相互作用導致疊覆區破裂[8,11-13]，在疊覆區內形成一條新的斷層，將2條相互作用的斷層連接起來，或者2條斷層直接連接?！坝策B接”模式有2種：分別是彎曲和轉向[14-15]。彎曲是指2條平行且相互作用的斷層，在疊覆區內通過新形成的斷層相互連接起來，彎曲分為擠壓彎曲和拉伸彎曲2種。轉向是指非共線的2條斷層在未通過疊覆區相互作用的情況下直接連接起來。轉向分為2種，即擠壓轉向和拉伸轉向。英買9區塊同樣發育“硬連接”斷層，F1斷層和F6斷層是連接后繼續生長成為一條斷層的“硬連接”斷層，屬于彎曲；F4斷層和F5斷層處于“硬連接”斷層形成的早期，屬于擠壓轉向。

圖2 連接型斷層平面模式[4]Fig.2 Plane modes of fault connection

在判斷斷層“軟連接”與“硬連接”的過程中不難發現，斷層的生長是有優先次序的，通過這種斷層生長的“順序”就可以確定斷層對周邊小斷層的控制作用，從圖2可以看出，“硬連接”上下兩邊的斷層是早期發育形成的2條控制作用較強的斷層，在同一區域內，“硬連接”斷層形成時間早于“軟連接”斷層，具有一定控制作用，因此，F1斷層和F6斷層是控制作用較強的斷層；在局部應力的持續作用下，2條斷層之間形成一條將2條斷層連接起來的“新生斷層”，對應于研究區英買9區塊，F5斷層和F8斷層屬于這種“新生斷層”，也就是說，在F5左側的斷層和F4斷層以及F1斷層和F6斷層的作用下，形成F5斷層和F8斷層，即上述4條斷層起控制作用；對于發育疊覆區的“軟連接”斷層來說，疊覆區上下2條斷層即為起控制作用的斷層，對應英買9區塊上的斷層，F1斷層、F2斷層、F3斷層和F6斷層、F7斷層。

綜上所述，英買9區塊內F1、F2、F3、F4、F6、F7斷層都具有控制作用，但是，由于F1、F2、F3這3條斷層屬于同一斷塊，F1又是“硬連接”斷層，形成時間較早，對F2和F3斷層起到控制作用，因此，F1斷塊內F1斷層為主控斷層，同理，F6斷塊內F6斷層為主控斷層，最終確定主控斷層有3條：F1斷層、F4斷層和F6斷層。

2.2 斷層分段生長識別方法

斷層并非一次形成，而是由多段小斷層連接并逐漸生長成為一條斷層的。目前認為斷距—距離曲線可以表現出斷層的形態[9,16-19]。識別斷距—距離曲線上斷層分段生長的方法主要有2種：原始斷距相減法(也稱垂直斷距相減法)和最大斷距相減法[20]。原始斷距相減法[21]就是在斷層錯斷所有層位的垂直斷距中，用深層垂直斷距依次減去最淺層相對應斷層段的垂直斷距，將斷層回剝到早期，這種方法雖然可以識別斷層的分段生長，但并不能直觀地表示出來。最大斷距相減法是目前采用最廣泛的方法，是在斷層錯斷所有層位的垂直斷距中，用深層垂直斷距減去最淺層相對應斷層段的最大垂直斷距[22]，將斷層回剝到單段生長的時候，可以直接看出斷層早期是分幾段生長以及分段生長點的位置，應用這一方法可以更直觀地觀察到斷層分段情況，最大斷距相減法在國內外均有實例應用，效果顯著。

應用最大斷距相減法進行斷距回剝時可以發現，斷距-距離曲線上分段生長點存在的位置與深層斷距具有一定的關系，即分段生長點存在的區域必然是深層斷距-距離曲線的低值區[12]，也就是說可以從斷距-距離曲線的形態上大致判斷斷層分幾段生長。在英買9區塊應用最大斷距相減法存在的最大問題是數據不足，從地震剖面上看，只能解釋出2條較為清楚的同向軸，分別是古近系庫姆格列木群和白堊系巴西改組，由于英買9區塊上在巴西改組斷層較為發育，基本不會斷穿古近系庫姆格列木群，因此，直接采用最大斷距相減法有一定困難?；谏鲜鲈?，英買9區塊斷層分段生長的研究采用最大斷距相減法的拓展方法，即直接根據斷-距離曲線的形態，找出相對低值區[12]，標定分段生長點位置，進而確定構造相對有利的區域。

從英買9區塊白堊系巴西改組8條斷層的斷距-距離曲線中可以看出(圖3)，W1斷背斜圈閉中F1斷層斷距-距離曲線中存在2個明顯的低值區，屬于三段式生長，2個分段生長點分別是A和B，F2和F3斷層是單段式生長；W2斷背斜圈閉中F4斷層和F5斷層是單段式生長；W3斷背斜圈閉中F6斷層斷距—距離曲線中存在一個明顯低值區，屬于兩段式生長，分段生長點是C，F7和F8斷層是單段式生長。根據英買9區塊內8條斷層的不同分段生長特征，可以確定F1斷層早期是3個小斷層，后來逐漸生長連接成為1條大斷層，對F1斷塊中F2和F3斷層起到控制作用，屬于上述連接型斷層中的“硬連接”斷層，因而確定為主控斷層；F6斷層早期是2條小斷層，后來逐漸生長連接成為1條斷層，同屬主控斷層；F4斷層雖然是單段式生長，但結合連接型斷層中所述，F4斷層也應為主控斷層。

3 斷層的封閉性

由于英買9區塊內巴西改組斷層十分發育，因此，斷層對油氣是否具有封堵作用就顯得尤為重要。在對斷層封閉性進行評價的過程中，一般會采用定性評價和定量評價2種方法對斷層的封烴能力進行綜合判定。

3.1 斷層封閉性定性評價

前人研究認為，影響泥巖涂抹連續性的因素有很多，如斷距、埋深、埋藏條件、溫度、成巖程度和泥巖厚度等等，根據斷距與同層泥巖厚度的比值即泥巖涂抹因子(SSF)的大小可以確定泥巖涂抹的連續性[23]，從而定性地判定斷層是否具有封烴能力，一般來說，泥巖涂抹因子是斷層封閉性的定性表征，泥巖涂抹因子越小，表明泥巖涂抹連續性越好，對于泥巖互層的地層來說，泥巖涂抹因子小于4時[23]，認為泥巖涂抹連續分布。

通過計算研究區英買9區塊上主控斷層的泥巖涂抹因子，確定出3條主控斷層(F1、F4和F6斷層)的封閉性。根據泥巖涂抹因子計算公式可知，在斷距和泥巖厚度明確的基礎上，就可以計算出泥巖涂抹因子，但是從圖3可以看出，對于同一條斷層而言，斷層兩端斷距值最小，斷層中間位置斷距較大，以F1斷層為例，斷層兩端垂直斷距僅為1.25 m，但是F1斷層最大斷距可達36.25 m，相差很大，由于最大斷距處附近無井位，無法知道泥巖層的確切厚度，因而，取過井且垂直于井周圍主控斷層的斷距，例如；對于F1斷層而言，過W1井且垂直于F1斷層的斷距為10.2 m，W1井巴西改組泥巖厚度為3 m，泥巖涂抹因子為3.4(表2)。通過計算表明，英買9區塊內F1斷層的泥巖涂抹因子是3.4，F6斷層的泥巖涂抹因子是1.89，2條斷層的泥巖涂抹因子均小于4，具有封烴能力，F4斷層的泥巖涂抹因子是5.38，不具有封烴能力。

圖3 英買9區塊白堊系巴西改組斷距-距離曲線Fig.3 Throw-displacement curves of Cretaceous Baxigai Formation in YM9 block

斷層名稱頂深/m底深/m過井名稱過井斷距/m泥巖厚度/mSSF值涂抹連續F14935．204947．40W110．203．003．40是F44939．514975．29W235．786．655．38否F64965．404972．96W37．563．991．89是

從上述結果可以看出，封烴能力從強到弱依次為F6、F1、F4斷層。

3.2 斷層封閉性定量評價

斷層封閉性定量評價過程中發現，烴柱高度與泥巖斷層面上某點的泥質含量和經驗d值之間存在一定的關系[24]。即

(1)

式中：H為封烴高度，m；SGR為斷層面上某點的泥質含量，取值為0～100(泥質含量也稱泥質體積，指泥質體積占巖石總體積的比)；d為根據研究區已發現的斷層油藏油柱高度所要標定的參數；ρw，ρo分別為氣藏中水和油的密度，g/cm3；g為重力加速度，9.8 m/s2；C為常數，根據文獻調研，埋深超過3 500 m時取值為0[25]。

泥巖斷層泥比與斷距、地層厚度和地層的泥質含量有關[23]，即

(2)

式中：SGR為斷層面上某點的泥質含量，L為斷距，m；Δz為某一地層的厚度，m；Vsh為Δz地層中的泥質含量，%。

而地層中的泥質含量可以通過泥質含量公式

(3)

(4)

計算得出，式(3)和式(4)中[26]：Vsh為某一地層中的泥質含量，%；GCUR為希爾奇指數，與地質年代有關，白堊系巴西改組取3.7；IGR為泥質含量指數；GR為目的層自然伽馬值；GRmin為純砂巖層自然伽馬值；GRmax為純泥巖層自然伽馬值。

由于自然伽馬測井曲線是一條連續的曲線，因此，可以從自然伽馬測井曲線上讀出任意深度的自然伽馬值，式(4)中的泥質含量指數(IGR)和式(3)中的地層泥質含量(Vsh)可以直接計算出來，再結合圖4中3口井的伽馬測井曲線和巖性，讀出地層厚度(Δz)就可以計算出泥巖斷層的SGR。從式(1)中可以看出，在計算出泥巖斷層的SGR的基礎上，只需知道d值就可以確定斷層的封烴高度。

圖4 英買9井區白堊系巴西改組巖性剖面Fig.4 Lithology section of Cretaceous Baxigai Formation in YM9 block

既然經驗值d與烴柱高度(H)有關，那么確定d值就顯得尤為重要。由于英買9區塊的井位均已停產或見水關井，對于現階段的封閉性定量評價不具備參考意義，因此，選取與英買9區塊相鄰區塊的3口井——英買463、英買7和英買468井，它們均為現階段的生產井，具有高產能，實際烴柱高度分別是12.5、10.79和10 m；運用式(4)和式(3)計算出地層中泥質含量(Vsh)分別為0.16、0.28和0.35，再結合式(2)可以計算出泥巖斷層泥比(SGR)分別為0.17、0.27和0.36。根據英買463井、英買7井和英買468井的封烴高度，結合式(1)計算出d值分別是0.08、0.14和0.19，平均值為0.14。根據d值就可以計算出英買9區塊F1斷層和F6斷層2條斷層的封烴高度，分別是15.42和20.68 m，這與前面斷層封閉性定性評價得出的結論相吻合。

4 構造有利區預測

英買9區塊開發早期具有高產井，但由于當時資料有限，地質情況認識不足，以及開采速度過快等導致底水抬升，造成水淹，但總體上講，英買9區塊主控斷層F1和F6具有良好的封烴能力，斷層邊部剩余油富集程度比較高，具有進一步挖潛的價值。由于英買9區塊斷層分布相對集中，斷層分段生長對剩余油分布產生較大影響，斷層分段生長的位置即是早期發育小型斷層的端部[4]，因此，斷層上升盤抬升的幅度和下降盤沉降的幅度均會比分段生長點抬升或者沉降的幅度要大[9,19]，由此可見，對于上升盤而言，斷層分段生長的位置處于構造低部位，河流會攜帶沉積物由上升盤斷層分段生長的位置流向下降盤分段處，沉積物在下降盤斷層分段生長點處匯聚，形成下降盤局部高點。依據這一原理，通過斷距-距離曲線(圖3)在英買9區塊W1和W3斷背斜圈閉中預測出3個有利區域，其中，W1斷背斜圈閉內有2個有利區(A點和B點)，A點與W1井重合，W1井開發早期曾是高產井，由此可以證明，斷層分段生長理論的可行性，因此，W1和W3這2個斷背斜圈閉中預測的有利區具有一定程度的開采價值。

此外，若對斷層周邊剩余油進行開采，可以考慮F1斷層下降盤A點以及F6斷層下降盤的B點，這2處斷層均為具有封烴能力的斷層，都處于下降盤局部構造高點且是沉積物相對富集的有利區。

圖5 英買9區塊白堊系巴西改組斷層附近預測有利區Fig.5 Favorable areas predicted near the faults of Cretaceous Baxigai Formation in YM9 block

5 結 論

(1)英買9區塊內具有3個斷背斜圈閉，根據斷層的類型，判斷在F1斷層、F4斷層和F6斷層下盤形成有利圈閉；斷層具有分段生長的特征，應用最大斷距相減法的拓展方法，判斷F1斷層是三段式生長，F6斷層是兩段式生長，其余6條斷層均為單段式生長。

(2)對英買9區塊內的主控斷層F1和F6斷層的封閉性進行定性和定量評價，結果顯示F6斷層封閉性最好，封烴高度為20.68 m ；F1斷層封閉性次之，封烴高度為15.42 m。

(3)根據斷距-距離曲線低值區確定早期發育小型斷層的端部，在英買9區塊2個斷背斜圈閉內預測出3個有利區。

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