克拉瑪依油田石炭系火山巖區斷層封閉性研究

張琳 查明 江汝鋒

摘 要：為填補克拉瑪依油田火山巖斷裂封閉機理及定量評價研究的空白，在解剖典型火山巖油藏的基礎上，應用綜合因子法，綜合考慮斷面正壓力（σ）、斷裂帶泥質充填物含量（Rm）、斷層緊閉指數（I），結合了流體指數F對克拉瑪依地區4條主要斷層的封閉性進行評價，結果表明，綜合因子Q與斷裂封閉性有正相關關系，克拉瑪依地區由東南向西北，斷裂級別依次減小，斷層封閉性逐漸變差。綜合因子法的評價結果與實際地質情況較相符，可作為火山巖區斷層封閉性的評價方法進行推廣。

關 鍵 詞：克拉瑪依油田；石炭系火山巖；斷層封閉性評價；綜合因子法

中圖分類號：TE 122 文獻標識碼： A 文章編號： 1671-0460（2016）08-1824-04

Abstract： In order to research the mechanism and quantitative evaluation of the fault sealing of volcanic rocks in Karamay oilfield， a new comprehensive factor analysis method was put forward； σ， Rm， I and fluid index F were chosen to evaluate the sealing characteristics of four dominant faults in Karamay. The results indicate that comprehensive factor Q has a positive correlation with the fault sealing； The level of faults decreases and sealing characteristic gets worse from the southeast to the northwest of Karamay. The result of comprehensive factor analysis matches the geological conditions well and the analysis can be popularized in the fault sealing evaluation of volcanic rocks.

Key words： Karamay oilfield； carboniferous vocanic rocks； fault sealing evaluation； comprehensive factor analysis

近年來，油氣資源的需求量迅速增加，中國含油氣盆地火山巖中剩余資源豐富，勘探潛力大，是未來油氣勘探開發的重要領域[1]。自2005年以來，克拉瑪依油田在湖灣區與六七九區陸續發現了克92井等石炭系火山巖油藏[2]，目前已累計探明13個區塊，含油面積147.32 km2，探明原油地質儲量13 378.65×104 t，可采儲量2 153.28×104 t，展示了石炭系火山巖具有良好的油氣勘探前景。

目前火山巖區斷層封閉性評價尚處于探索階段，封閉性多側重于單因素評價及機理研究：如付曉飛運用巖性對接手段評價了松遼盆地徐家圍子火山巖斷層側向封閉性[3]；孟令東將傳統的Knipe單井三角圖改進為雙井三角圖，表征徐家圍子火山巖區走滑斷層不同斷距的巖性對接關系[4]；柳成志認為火山巖斷層的垂向封閉主要依賴斷裂帶泥質充填和“硅遷移”造成的SiO2膠結，側向封閉主要依賴巖性對接、膠結作用和泥巖涂抹[5]。本文提出了火山巖區斷層封閉性評價的新方法，引入綜合因子Q對工區的斷層封閉性進行了綜合評價，結果表明，克拉瑪依地區由東南向西北，斷裂級別依次減小，斷層封閉性逐漸變差；綜合評價參數的分布范圍，將Q=0.43作為克拉瑪依火山巖區斷層的封閉下限。評價結果與實際地質情況較相符，可作為火山巖區斷層封閉性的評價方法進行推廣。

1 研究區地質背景

研究區為盆地西北緣克烏斷裂的南段克百斷裂帶內的克拉瑪依油田，油氣區塊可劃分為一到九區，區域構造位置如圖1。克百斷裂帶是由一系列左行雁列式的逆沖斷裂組成的大型疊瓦狀逆沖斷裂帶，自克拉瑪依斷層向東北延伸，經白堿灘至百口泉地區，走向近NE—SW，傾向近NW。克百斷裂帶構造運動活躍，是海西、印支、燕山多期構造運動疊加的產物 [6]。總體而言，克百斷裂帶的構造活動主要表現為盆地掀斜運動和沖斷活動，形成的構造行跡以逆沖斷層為主，伴隨著局部低幅度褶皺現象。

自早石炭世基底形成以來，克百斷裂帶充填了上石炭統至下白堊統的碎屑巖，在晚石炭世至早二疊世，盆地部分地區還發育了火山巖和火山碎屑巖。二疊紀和早三疊世工區由于掀斜抬升運動暴露地表，二疊系和下三疊統百口泉組在長期的風化淋濾作用下被剝蝕殆盡，在石炭系頂部形成孔滲性極好的風化淋濾帶，三疊系克拉瑪依組泥巖直接覆蓋其上。

2 斷裂基本特征

克百斷裂帶自二疊紀以來發生多期構造運動，主應力方向從北北東向逐漸過渡為北西方向，又疊加因達布爾特斷裂活動引起的扭動應力場，形成了多方向斷裂彼此交織的現象，斷裂在性質、分布上表現出多樣性和復雜性。主要斷層要素統計見表1。

根據斷裂規模、活動時期、展布范圍、對沉積的控制作用等，可將工區的斷裂劃分為三個級別：克拉瑪依斷裂、南白堿灘斷裂均屬于一級斷裂，走向近NE—SW向，延伸長、斷距達十余公里，是控制二疊系沉積的邊界斷裂；大侏羅溝斷裂、克拉瑪依西斷裂為重要的二級斷裂，走向近NW—SE向，延伸較長、斷距可達數公里，可控制局部構造帶的展布；主斷裂附近的次級斷裂、派生斷裂等為三級構造，走向各異，斷距較小、延伸較短，多為數十至數百米，制約了局部構造的發育。

在多期構造運動的疊加下，工區在平面和剖面上形成了多樣的斷裂組合型式。平面上的組合類型主要有平行式、羽列式、十字式、人字式、半月式等；剖面上的組合類型主要有Y字形、花狀斷裂、階梯式、疊瓦式等。

3 火山巖區斷層封閉性評價

3.1 火山巖區斷層封閉性機理

斷層封閉性的本質是差異排替壓力封閉，當充填物的排驅壓力或斷層兩側的排驅壓力差達到一定程度時斷層封閉，否則開啟。目前對于斷層封閉性的研究主要集中在碎屑巖區，其側向封閉機理包括：（1）斷層兩側巖性配置[7]；（2）泥巖涂抹作用[8]；（3）顆粒碎裂作用[9]；（4）成巖膠結作用[9]。垂向封閉機理有兩種：（1）斷面緊閉封閉機理；（2）斷裂帶排替壓差封閉機理。在火山巖發育地區，斷裂帶內充填的物質及斷裂帶兩側巖性對置關系都有別于碎屑巖，斷層封閉機理具有重要的研究意義。

借鑒碎屑巖區對斷層封閉性的研究成果，本文認為火山巖區側向封閉原理主要包括斷層兩側巖性配置和成巖作用。火山巖區有效的巖性配置主要為泥巖—火山巖對置與致密火山巖—火山巖對置。成巖作用主要表現為膠結和充填：膠結作用表現在溫壓條件發生變化導致碳酸鹽、硅質等礦物質發生過飽和沉淀，形成高排替壓力；充填作用主要表現為粘土礦物、沸石類礦物、硅質和碳酸鹽類的充填。

火山巖區垂向封閉原理主要包括斷層面緊閉與斷裂帶排替壓差封閉機制。當斷層兩盤為面接觸時，斷層的封閉性主要受斷層面閉合程度的影響。當斷層規模較大時垂向封閉主要依賴斷裂帶內充填物的高排替壓力。火山巖區充填物包括砂泥質和火山巖巖屑，相應的垂向封閉存在泥質充填和硅膠結兩種機理。火山巖儲集層普遍存在烴堿流體[10]，其堿交代作用使儲層中硅質組分自下而上遷移：一方面使火山巖原有礦物發生堿性溶蝕，增大儲層的孔滲性；另一方面在繼續流動過程中，堿度降低時其攜帶的SiO2又發生過飽和沉淀，易在垂向上形成封閉。

3.2 封閉性評價公式的建立

斷層封閉性受到多重因素的影響，單一因素評價只能不同程度的反映斷層的封閉性能，為了體現斷層封閉性的多因素影響特征，本次研究借鑒碎屑巖區斷層封閉性評價方法，引入綜合因子Q進行斷層封閉性評價，建立加權平均型綜合評判公式：

式中，wi代表第i種因素的權重系數，rij代表第j條斷層第i種因素的原始數據歸一化處理后的數值；Qj代表第j個斷層封閉性能的綜合評價結果，其值越大，斷層封閉性越好。

斷裂發育區流體作用很顯著，因此引入了流體系數（F）進行封閉性評價：斷層兩側油水界面不統一則兩側油氣藏分屬不同壓力系統，斷層封閉，流體系數F定為1，油水界面一致則斷層開啟，流體系數定為0，兩盤均不含油則無法斷定斷層封閉與否，流體系數定為0.5。本次研究選取斷面正壓力（σ）、斷裂帶泥質充填物含量（Rm）、斷層緊閉程度（I）和含油性（F）4個因素對工區內4條主控斷層的封閉性進行評價。

權重系數的確定方法主要有專家調查法、德爾斐法和層次分析法等，結合工區實際地質特征，本次研究運用專家調查法確定了以上五個因素的權重系數（見表2），利用式（1）計算各斷層不同斷點的綜合因子Q，最終得出克拉瑪依地區斷層封閉性綜合評價表3。

3.3 封閉性評價結果

統計各主控斷層不同巖性對置情況下的綜合因子Q繪制不同斷層封閉性評價柱狀圖2根據Q值與斷層封閉性的正相關關系判斷，四條斷層均表現出火山巖與泥巖對接封閉性最好，火山巖與砂巖對接封閉性中等，火山巖與火山巖對接封閉性最差；就單個斷層來看，克拉瑪依斷層、南白堿灘斷層和白堿灘斷層的封閉性明顯高于北黑油山斷層。從控盆斷裂向盆地邊緣，由東南向西北，斷裂級別依次減小，埋深依次變淺，封閉性也逐漸變差。

依據四條斷層的封閉性綜合評判結果Q與深度的關系，建立D—Q關系散點圖3，并統計不同巖性對置情況下的含油率（某種巖性對置情況中有油氣顯示的測試點數與總測試點數之比），綜合研究不同巖性對置情況下主控斷層封閉性的差異。經研究可知，火山巖與泥巖對接的Q值在0.46～0.9之間，封閉性較好，含油率約為75%；火山巖與砂巖對接的Q值在0.32～0.68之間，封閉性中等，含油率約為72.2%；火山巖與火山巖對接的Q值在0.27～0.51之間，封閉性較差，含油率約為50%。綜合評價參數分布范圍，將Q=0.43作為克拉瑪依火山巖區斷層的封閉下限，Q>0.43斷層可形成封閉，Q<0.43斷層開啟。

4 結 論

（1）克百地區斷裂體系在垂向上具有明顯分層性，下部斷裂密度、強度均大于上部斷裂，可劃分為三級斷裂，多方向交織的斷層在平面和剖面上形成了多樣的斷裂組合型式，如雁列式、斜交式、疊瓦式。

（2）本次研究應用綜合因子法對克拉瑪依油田4條斷層進行了綜合性評價，評價結果顯示，克拉瑪依油田由東南向西北，斷裂級別依次減小，埋深依次變淺，斷層封閉性也逐漸變差。火山巖與泥巖對接封閉性最好，含油率最高，火山巖與火山巖對接封閉性最差，含油率最低。綜合評價參數的分布范圍，將Q=0.43作為克拉瑪依火山巖區斷層的封閉下限，Q>0.43斷層可形成封閉，Q<0.43斷層開啟。

參考文獻：

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