塔里木盆地塔中北坡构造解析与油气勘探方向.pdf
第 3 6卷第 3 期 2 0 1 4年 5月 石 油 农 露沾届 P r RoLEUM GEoLoGY & EXPERD ENT Vo 1 . 3 6, No. 3 Ma y , 2 0 1 4 文章编号 1 0 0 1 - 6 1 1 2 2 0 1 4 0 3 - 0 2 5 7 -1 1 d o i 1 0 . 1 1 7 8 1 / s y s y d z 2 0 1 4 0 3 2 5 7 塔 里木盆地 塔 中北坡构 造解 析与油气勘探方 向 黄太柱 中国石化 西北 油田分公司 勘探开发研究 院, 乌鲁 木齐8 3 0 0 1 1 摘要 通过塔 中北坡三维地震资料的解析 , 对主要断裂带的变形特征 、 活动 期次与控储控藏特 征进行 了研究 , 认 为该 区主要 发育 8排N N E或 N E E走 向的左行走滑断裂带 , 主要活动期为加里东中期 中奥 陶世末 与海西早 期 中泥盆世末 。海西早期 张扭性 走滑断裂是在加里东 中期压扭性走滑断裂的基础上继承性发育 的, 受控 于先存 基底薄弱带 与构造应力 的不均 衡作用 , 属 于典型 的被动型走滑断裂 断裂系统形成的裂缝及后期发生的热液活动 , 对 奥陶系碳 酸盐岩溶蚀孔洞一 裂缝 型储集体发育具 有重 要的控 制作用 。该区经历 了加里东晚期 、 海西晚期与喜马拉雅期 3个主要成藏期 , 古生代 的构造格局 与走 滑断裂活 动控制 了本 区油气 纵向分布的差异与富集 . 形成了 中下奥陶统 以干气气藏为主 、 下志 留统 以油藏为主 的成藏 特征。塔中北坡奥 陶系碳酸盐 岩是寻 找天然气规模储量与产量阵地 的现实领域 , 走滑断裂附近分布的 串珠状 地震反射异常体是 最有利 的勘探 目标 ; 同时 志留系柯坪 塔格组 中段泥岩覆盖下砂体 的“ 甜点” 发育区 . 是柯 坪塔格 组下段 油藏 的有利勘探 区带 。 关键词 走滑断裂 ; 构造演化 油气运移 ; 油气勘探 ; 塔 中北坡 ; 塔里木盆地 中图分类号 T El 2 1 . 2 文献标识码 A S t r uc t ur a l i nt e r p r e t a t i o n a n d pe t r o l e um e x p l o r a t i o n t a r g e t s i n no r t he r n s l o pe o f m i d d l e Ta r i m Ba s i n Hu a n g Ta i z h u E x p l o r a t i o n a n d P r o d u c t i o n R e s e a r c h I n s t i t u t e o fS I N O P E C N o r t h w e s t O i lfi e l d C o m p a n y , U r u m q i , X i n j i a n g 8 3 0 0 1 1 , C h i n a Abs t r a c t Ba s e d o n t h e 3D s e i s mi c i n t e r p r e t a t i o n o f t h e n o r t h e r n s l o p e o f t he mi d d l e Ta r i m Ba s i n,t h e e v o l u t i o n f e a t u r e s .a c t i v i t y p h a s e s a n d t h e i r c o n t rol l i n g o n r e s e r v o i r s o f ma i n f a u l t s we r e s t u d i e d. T h e r e we r e 8 r o ws o f NNE o r NEEt r e n d i n g s i n i s t r a l s t rik e s l i p f a u l t s i n t h e s t u d y a r e a,a nd t h e f a u l t s . we r e a c t i v e ma i n l y d u rin g t h e mi d d l e C a l e d o n i a n t h e e n d o f t h e Mi d d l e O r d o v i c i a n a n d t h e e a r l y H e r c y n i a n t h e e n d o f t h e Mi d d l e D e v o n i a n . T h e e a r l y He r c y n i a n t e n s e s h e a rin g s t rike 。 s l i p f a u l t s d e v e l o p e d b a s e d o n t h e mi d d l e Ca l e d o n i a n c o mp r e s s i v e ’ ’ t o r s i o n al f a ul t s,a n d we r e c o n t r o l l e d b y p r e v i o u s b a s e me n t we a k z o n e a n d d i s p r o p o rti o n t e c t o n i c s t r e s s ,h e n c e b e l o n g e d t o t y pi c a l pa s s i v e s t rik e s l i p f a u l t s .Fr a c t u r e s a n d h y d r o t he r ma l a c t i v i t i e s p l a y e d i mp o rta n t r o l e s i n t h e g e n e r a t i o n o f f r a c t ur e d a n d v u g g y r e s e r v o i r s i n Or d o v i c i a n c a r b o na t e r o c ks .3 ma i n r e s e r v o i r c h a r g i n g e p i s o d e s we r e c o n c l u d e d i nc l u d i n g t h e l a t e Ca l e d o n i a n.t h e l a t e He r c y n i a n a n d t h e Hi ma l a y a n .Pa l e o z o i c t e c t o n i c f r a me wo r k s a n d s t ri k e s l i p f a u l t a c t i v i t i e s c o n t r o l l e d t h e l o n g i t u d i n a l d i s t rib u t i o n a n d e n ri c h me n t o f h y d r o c a r b o n, f e a t u r e d b y d r y g a s i n t h e Mi d d l e a n d Lo we r Or d o v i c i a n a n d o i l i n t h e Lo we r S i l u ria n.1 ’ h e Or d o v i c i a n c a r b o n a t e r o c k s i n n o r t h e rn s l o pe o f t h e mi d d l e Ta r i m Ba s i n a r e a c t ual d o ma i n s f o r t h e i n d us t rial pr o d u c t i o n o f n a t ur a l g a s .rr h e b e a d e d s e i s - mi c r e fl e c t i o n a n o ma l i e s n e a r t o s t rik es l i p f a u l t s are mo s t f a v o r a b l e e x pl o r a t i o n t a r g e t s .T he “ d e s s e rts ” i n s a n d s u n de r mu d s t o ne s i n t he mi dd l e Ke pi n g t a g e Fo r ma t i o n are als o f a v o r a b l e t a r g e t s . Ke y wor d s s t rikes l i p f a u l t ; s t r u c t ur a l e v o l u t i o n; h y d r o c arb o n mi g r a t i o n; p e t r o l e um e x pl o r a t i o n; n o r t he m s l o p e o f mi d dl e T撕 m Ba s i nTa r i m Ba s i n 塔 中北坡具有优越的油气成藏条件 , 目前针对 该区不 同领域 、 不同类型的油气藏进行 了勘探 , 取 得了一些可喜的油气成果。随着勘探实践经验与 实物资料的不断丰富. 塔 中北坡也不断面临一些新 的地质问题 . 如断裂体系特征与奥陶系储层发育和 油气运聚成藏的关系、 区域构造演化背景对塔中北 坡勘探领域和方 向的控制作用等。 前人针对塔中北坡的研究 . 主要包括古城墟 隆 起奥陶系地层的厘定 、 碳酸盐岩储层特征分析及 预测 一 引、 奥陶系油气成藏条件分析 及顺9 井 区 收稿 日期 2 0 1 3 -1 2 - 0 1 修订 日期 2 0 1 4 - 0 4 - 0 1 。 作者简 介 黄太柱 1 9 6 1 一 , 男 , 高级工程师 , 从事油气勘探综合研究与管理工作 。E m a i l h t z 4 1 8 0 1 s i n a . t o m。 基金项 目 国家重点基础研究发展计划 “ 9 7 3 ” 计划 项 目 2 0 1 2 C B 2 1 4 8 0 0 和 国家科技重大专项 2 0 1 1 Z X 0 5 0 0 5 - 0 0 4 资助。 第 3期 黄太柱. 塔里木盆地塔中北坡构造解析与油气勘探方向 2 6 3 格局最终定型 。 4 断裂系统对塔中 北坡储层发育的控制 塔中北坡 已钻井揭示 , 奥陶系碳酸盐岩储层主 要发育在一间房组顶部 、 鹰 山组 内幕 、 蓬莱坝组顶 部 3个层位 , 储集空间主要为溶蚀孔洞 、 晶间 溶 孔和裂缝 , 储层类型主要为溶蚀孔洞一裂缝型。断 裂系统形成的裂缝和后期发生的热液活动 , 对塔 中 北坡碳 酸盐岩溶蚀孔洞一裂缝型储集体发育具有 重要 的控制作用。 4 . 1 断裂对碳酸盐岩构造裂缝的控制 塔 中北坡主要为走滑断裂 , 构造应力变化大 , 基于碳酸盐岩脆性特征 . 走滑断裂活动导致断裂带 附近碳酸盐岩 内部形成破碎带 及诱 导裂缝 带_ 1 引。 岩心与薄片观察发现 , 该 区奥陶系碳酸盐岩裂缝类 型包括构造缝 、 岩溶缝及成岩缝 , 其 中以中一高角 度的构造裂缝 居多 图版 a h , 同时也具有多期 性 , 早期构造裂缝 加里东中期 为主 往往被晚期 构造裂缝 海西早期 、 喜马拉雅期为主 切割 图版 b 。 e . 并且早期构造缝多被方解石等充填为无效 缝 图版 d , 而晚期构造缝 多呈开启状态 , 为现今 有效储集空间。沿构造裂缝往往会 发生溶蚀扩大 现象 图版 c , 多期不同产状裂缝交汇处发育大直 径溶蚀孔洞, 形成溶蚀孔洞一裂缝型储层。已钻井 成像 测 井 资料 分 析 表 明 , 塔 中北 坡 裂缝 主 要 为 N E E、 N N E走 向, 与该 区走滑断裂带的走 向具有一 致性 . 可见裂缝受断裂 的构造破裂作用控制 , 这从 远离断裂带 的古隆 3井裂缝不发育的情 况也可 以 验证。 走滑断裂的性质对碳酸盐岩构造裂缝的发育 具有控制作用 , 压扭性走滑断裂 比张扭性走滑断裂 控制的构造裂缝带宽且更发育 l 1 。塔中北坡加里 东中期以压扭性走滑断裂为主 , 这将大大提高构造 裂缝的发育程度 。碳 酸盐岩不 同岩性 的岩石弹性 破裂强度不 同, 导致构造 裂缝发育程 度也有所不 同, 白云岩 比灰岩坚硬和脆性强 , 更容易发育构造 裂缝 2 。塔 中北坡古 隆 1 井 6 2 5 0 m井段之上岩 性主要为泥晶灰岩, 6 2 5 0 r n井段之下主要为灰质 云岩及白云岩 , 而成像测井显示裂缝主要集中发育 于 6 3 5 7 ~ 6 4 2 4 IT I 井段 。 4 . 2 断裂对碳酸盐岩埋藏溶蚀的控制 塔中北坡走滑断裂 向下均断穿了基底 , 基底之 下的热液流体可沿走滑断裂进入上覆地层 , 并与奥 陶系碳酸盐岩发生交代作用 , 有利于埋藏溶蚀作用 的进行。古隆 1 、 顺南4 井鹰山组内幕灰岩中钻遇 了灰色或深灰色的硅质岩 图版 i - k , 原岩为泥晶 砂屑灰岩 , 被硅质交代充填 图版 1 。硅质岩主要 矿物成分为石英 。 呈半 自形粒状一他形板状集合体 分布, 次要矿物成分方解石呈他形粒状分布在石英 粒间 图版 m, n 。硅质岩中构造裂缝十分发育 , 部 分构造裂缝开启 , 并且沿裂缝发育大量溶蚀孔洞 图 版 i , j 。部分构造裂缝被石英和方解石半充填 , 沿 裂缝壁常见到粗大的 自形石英晶体及由石英 晶体组 成的石英晶簇 , 石英晶体大小约 1 1 0 m m, 石英晶间 还见到 自形立方体的黄铁矿 图版 O , 一般认为是 热液流体作用下形成的。该井石英中流体包裹体有 一 期均一温度在 1 9 0℃以上, 也说明了热液流体的 活动。深部热液流体作用形成 的石英 晶间溶孔 、 灰 质溶蚀孔 , 对本区碳酸盐岩储层物性改善起着重要 作用 . 顺南 4井放空 5 . 4 8 llq , 漏失泥浆 1 5 0 0 m , 表 明发育大型的溶蚀孔洞一裂缝型储层 。 在有机质成熟作用过程 中以及盆地演化后期 阶段的烃类热降解过程中, 会产生一定数量 的有机 酸、 C O , 和 H, s等酸性物质 , 沿着构造裂缝或缝合 线运移 , 对周围的碳酸盐岩产生溶蚀作用。塔中北 坡 已钻井大部分普通薄片及扫描 电镜观察均可见 到有机质残 留, 通 常呈干沥青 的形式存 在于晶间 溶 孑 L 、 微裂缝及溶蚀孔洞 中。如古隆 1井鹰 山 组云岩、 灰云岩薄片观察显示 图版 P , 溶蚀孔隙 几乎被沥青完全充填, 孔隙的边缘被溶蚀形成不规 则的形态 , 说明有机酸溶蚀作用发生在烃类运移或 聚集的同时或者之前 。 5 断裂系统对油气分布与成藏的控制 塔 中北坡发育 的几排走滑断裂带 向下均断穿 了基底 , 向上大部分未断至石炭系 , 只有少量断裂 断穿了石炭系 , 导致 目前油气显示与发现都集中在 石炭系及 以下层系。塔 中北坡 目前在多个层 系发 现了油气藏 , 油气具有“ 上下分层 、 上油下气” 的分 布特征 图 8 。巨厚 的以泥岩为主 的却 尔却克组 具有 明显 的分层特征, 该组之下的碳酸盐岩层系整 体表现为干气藏特征 , 如蓬莱坝组 顺南 5井 、 鹰 山组 内幕 古隆 1 井 、 顺南 4井 为正常压力 、 高温 的干气藏 干燥系数均大于 0 . 9 7 , 一间房组 顺南 1 井 除干气藏外还发现了少量轻质油 密度 O . 7 9 1 1 c m。 。而却尔却克组“ 黑被子” 之上的碎屑岩层 系整体表现为油藏特征, 如柯 坪塔格组下段 顺 9 井 为轻一中质原油, 上段 顺 1 井 、 塔 中 3 1 井 为 稠油。造成这种“ 上油下气” 特征 的原因除 了受油 气源的复杂性和油气充注的多期性影响外 , 笔者认 第 3期 黄太柱. 塔 里木盆地塔 中北坡构造解析与油气勘探方 向 2 6 5 志留系碎屑岩的第 1个重要成藏期_ 7 ] , 形成 了顺 9 井原生油藏 。但 同时海西早期构造运动使盆地抬 升 , 志留系遭受风化剥蚀而使油气藏受到氧化 、 生 物降解 、 水洗等作用破坏 , 这一破坏作用在志 留系 柯坪塔格组上段地层表现突出【 2 引. 如顺 1井 、 塔中 3 1 井中普遍存在干沥青 、 软沥青和稠 油, 饱 和烃色 谱图上“ U C M” 峰表现出明显 的鼓包 ; 而柯 坪塔 格 组下段 由于上覆 4 0多 m稳定泥岩盖层 的存在 , 油 气藏仅受微弱破坏作用 , 顺 9井 的饱和烃色谱 图上 “ U C M” 峰鼓包不明显。 海西晚期 图 8 b , 满加尔坳陷中下寒武统烃源 岩进入了生气衰竭阶段, 而中上奥陶统烃源岩大量排 烃, 此时塔中北坡形成了少量继承性活动的张扭走滑 断裂, 油气沿走滑断裂对志留系圈闭进行充注, 这是 塔中北坡志留系碎屑岩的第 2 个重要成藏期 ] 。 喜马拉雅期 图 8 c , 随着上覆地层沉积持续 加厚 , 塔 中北坡寒武一奥陶系早期形成的古油藏在 高温作用下发生裂解, 塔中北坡已钻井 古城 4 、 古 隆 3 井等 的寒武一奥陶系中普遍存在反射率极 高的沥青 R 2 . 8 % , 说 明早期形成的古油藏至后 期大量裂解 , 生成干气[ 2 。顺南 1 、 古隆 1井奥 陶系碳酸盐岩储层气态烃包裹体均一温度 的测试 结果主要在 1 4 0 ~1 6 0℃之 间, 结合埋藏史分析表 明天然气藏 主要是喜马拉雅期 的产物 , 这是塔 中北坡奥陶系碳酸盐岩 的第 2个重要成藏期。喜 马拉雅期塔 中北坡走滑断裂虽处于静止期 。 但 由于 走 向与区域应力场方 向一致 , 有利 于裂缝 的开启 , 对古油藏大量裂解 的天然气起 良好 的输导作 用。 同时由于走滑断裂破裂带不是一个简单的面 , 而是 一 个具有复杂结构的三维地质体 , 却尔却克组巨厚 泥岩对走滑断裂会起 到涂抹作用 , 所以天然气主要 被封闭在寒武~奥陶系地层中 , 奥陶系以上地层气 侵作用较弱。 6 塔中北坡地区的油气勘探方向 油气成藏条件分析表明, 塔 中北坡处于顺托果 勒低隆起东南段与古城墟隆起西段之上 , 多期构造 演化造成了纵 向上分层 、 平面上东西分块的结构特 征 , 并形成 了多套 、 多种类 型的储盖组合 。塔中北 坡长期处于满加 尔坳陷 中下寒 武统 、 中上奥 陶统 2套主力烃源 向卡塔克隆起运移 的通道上 , 经历 了 加里东晚期、 海西晚期与喜马拉雅期 3 个主要成藏 期 。 形成了中下奥 陶统 以干气气藏 为主、 下志留统 以油藏为主的成藏特征。 目前 已发现 了志留系碎 屑岩构造一岩性油藏、 奥陶系一间房组风化壳岩溶 缝洞型油气藏 、 奥陶系鹰 山组内幕缝洞型气藏 、 奥 陶系蓬莱坝组缝洞型气藏等 4大勘探层系。 塔中北坡志 留系具有 “ 底超顶剥” 特征 , 由顺 托果勒低隆东南段向古城墟隆起西段逐层上超减 薄, 隆起高部位在海西早期构造运动中削蚀严重, 造成石炭系直接盖在志留系柯坪塔格组下段之上 图 8 c 。塔 中北坡志 留系 的斜坡 背景, 具备 多期 上超形成侧 向封堵储盖组合 的条件 , 是形成岩性地 层圈闭的有利地区。综合研究认为, 顺 9井柯坪塔 格组下段是受构造背景控制的岩性油藏 , 中段泥岩 作为区域盖层控制着可动油的分布, 所以中段泥岩 相变线 内的有效砂体 “ 甜点” 发育 区, 是柯 坪塔 格 组下段油藏的有利勘探区带 图 1 ; 而上段古油藏 大部分在海西早期构造运动 中被破坏成为沥青或 稠油油藏 , 并且油气分布 明显受 断裂构造的控制 . 所 以走滑断裂形成的低 幅度背斜是首选 的勘探对 象 , 其次在构造背景控制下形成 的岩性相变带 、 地 层超覆带也是有利的成藏区带。 塔中北坡 奥陶系碳酸盐岩 目前 已发现的 3个 勘探层系 一 间房组 、 鹰 山组 内幕 、 蓬莱坝组 具有 相近的油气性质 干气为主 、 圈闭类型 岩溶缝洞 型圈闭为主 、 成藏期次 加里东 晚期和喜马拉 雅 期为主 及时空配置 , 已经初步明确控制油气富集 的最关键因素是储层发育程度 。 其次是沟通油气源 的断裂 , 近北东 向走滑断裂附近分布的串珠状地震 反射异常体是最有利 的勘探 目标 。塔中北坡奥陶 系 3个勘探层系的储层发育受风化壳岩溶作用 、 构 造破裂作用 、 埋藏溶蚀作用 、 白云岩重结 晶作用等 控制 。 但不同层系储层 的形成机理及主控因素有待 进一步研究 。塔 中北坡高产天然气井如顺南 4 、 顺 南 5 、 古城 6井 的发现 , 表 明环满加尔坳陷地 区具 有晚期原油裂解气 的生成条件 , 分布范围较广, 天 然气勘探前景非常广阔。塔中北坡埋深小于 7 5 0 0 m的奥 陶系碳酸盐岩有利勘探面积达 6 0 0 0 k m , 是寻找天然气规模储量与产量阵地的现实领域。 参考文献 [ 1 ] 蔡 习尧 , 钱一雄 , 陈强 路 , 等. 塔里 木盆地古 隆 1 井 奥陶系恰 尔 巴克 组与 一 间 房组 的发 现 及 意义 [ J ] . 石 油 实 验 地质 , 2 0 1 1 , 3 3 4 3 4 8 3 5 2 , 3 5 8 . 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