滨里海盆地东缘构造缝形成期次及低角度构造缝成因

滨里海盆地东缘构造缝形成期次及低角度构造缝成因
李长海;赵伦;李建新;王淑琴;李伟强
【摘要】裂缝是碳酸盐岩油藏主要的渗流通道,对油田开发具有重要的影响.为揭示低角度构造缝特征及分布,进而实现有效注水开发,基于薄片、岩心和成像测井等资料,综合运用观察法和实验法分析了滨里海盆地东缘北特鲁瓦油田构造缝的发育期次,并结合构造演化历史探讨了研究区低角度构造缝成因.研究结果表明:北特鲁瓦油田共发育了3期构造缝,均以北东—南西走向为主.第1期发育于早二叠纪,以低角度构造缝为主,形成时埋深较浅,充填较早,阴极发光特征以不发光为主,古地应力的最大有效主应力为34.4 MPa;第2期发育于晚二叠纪,以斜交构造缝为主,少部分被充填,阴极发光特征以昏暗发光和明亮发光为主,古地应力的最大有效主应力为42.4 MPa;第3期形成于三叠纪,以高角度构造缝为主,几乎未充填,古地应力的最大有效主应力为52.2 MPa.研究区低角度构造缝主要与构造演化有关,早期的高角度构造缝在地层反转后演变为低角度构造缝.通过对低角度构造缝成因的分析,为北特鲁瓦油田下一步裂缝预测及开发方案部署工作提供了指导.
【期刊名称】《特种油气藏》
【年(卷),期】2019(026)003
【总页数】6页(P56-61)
【关键词】北特鲁瓦油田;碳酸盐岩;裂缝期次;低角度构造缝
【作者】李长海;赵伦;李建新;王淑琴;李伟强
【作者单位】中国石油勘探开发研究院,北京 100083;中国石油勘探开发研究院,北京 100083;中国石油勘探开发研究院,北京 100083;中国石油勘探开发研究院,北京100083;中国石油勘探开发研究院,北京 100083
【正文语种】中文
【中图分类】TE122
0 引言
裂缝是碳酸盐岩储集层重要的渗流通道，对碳酸盐岩油藏开发至关重要[1]。

与非构造缝相比，构造缝渗流能力强且连通性好，对油气产能影响更大。

因此，构造缝的研究一直是诸多学者关注的热点问题。

但同一研究区受构造运动的影响往往发育多期构造缝，不同期次的构造缝在产状、充填等方面通常具有不同的特征，对油田开发的影响差异巨大。

前人对构造缝期次做了诸多的研究和探索[2-8]，其研究方法可概括为2种：一种是基于对岩心、露头等的观察确定裂缝期次；一种是利用裂缝充填物包裹体分析和声发射实验等实验方法确定裂缝的期次。

中亚地区滨里海盆地东缘的北特鲁瓦油田是中国石油重要的海外作业区块之一，自2013年注水开发以来受构造缝的影响水窜问题突出，而研究区低角度构造缝较发育，使得裂缝预测极其困难，难以进行有效注水开发。

目前发现的大部分油田主要发育高角度构造缝，前人对构造缝问题的研究多集中在对高角度构造缝的识别、表征、成因和预测等方面[9-13]，对低角度裂缝关注较少。

前人对北特鲁瓦油田的报道主要集中于沉积和储层方面[14-17]，未见对研究区裂缝问题的相关研究，研究区低角度构造缝成因目前尚不清楚。

由于地层等信息的干扰，低角度缝在地震资料上难以识别，而岩心和成像资料只能提供小尺度低角度构造缝单井上的信息，缺乏有效预测研究区低角度构造缝分布的手段。

因而，揭示低角度构造缝的成因机理，
对预测低角度构造缝分布及注水开发方案的制订具有重要意义。

基于阴极发光薄片、岩心和成像测井等资料，综合运用观察法和声发射实验等实验分析方法，明确了构造缝发育的期次，并结合研究区构造演化史，揭示了研究区低角度构造缝的成因，为下一步裂缝预测及油田开发措施方案调整提供了依据。

1 地质背景
北特鲁瓦油田位于哈萨克斯坦西部，构造上属于滨里海盆地东缘延别克—扎尔卡
梅斯古隆起与乌拉尔褶皱带之间的东南部坳陷带，属于背斜油藏(图1)。

二叠系孔
谷阶的盐岩层将研究区的油气组合分为盐上和盐下2套地层，此次研究目的层KT-Ⅰ层位于盐下。

研究区在石炭纪时期位于东欧地台东缘，为低纬度的热带或亚热带潮湿气候条件下的正常海水沉积环境，海相生物丰富，以台地碳酸盐岩沉积为主，沉积相复杂，发育了蒸发台地、局限台地和开阔台地相的沉积[18]。

岩性较复杂，灰岩、白云岩和过渡岩性均比较发育，其中灰岩约占53%，白云岩约占47%。

研究区断层极其发育，KT-Ⅰ层共发育断层13条，以北东—南西走向为主。

与断层
伴生的裂缝较发育，以裂缝-孔隙型储层为主。

2 构造缝特征
根据岩心观测结果，北特鲁瓦油田石炭系KT-Ⅰ层构造缝以剪切缝为主，具有缝壁平直光滑，延伸较远，产状稳定的特征。

将研究区构造缝按倾角分为低角度缝(0～30 °)、斜交缝(30～60 °)和高角度缝(60～90 °)3种类型分别进行统计。

结果显示，3种类型的构造缝在研究区均比较发育，其发育比例依次为39.64%、23.27%和37.08%(表1)。

按充填程度可以将裂缝分为未充填缝、部分充填缝和全充填缝，北特鲁瓦油田构造缝充填程度较弱，以未充填缝为主，比例高达77.55%，部分充填缝和全充填缝发育比例分别为17.86%和4.59%(表1)。

充填物90%以上为泥质充填，存在部分方解石、沥青质、白云质和硅质充填。

岩心构造缝以中等规模为主，裂缝开度范围主要为0.1～1.0 mm，裂缝长度范围以0.0～20.0 cm为主(表1)。

研究区构造缝较发育，取心段平均构造缝线密度高达1.12条/m。

图1 滨里海盆地东缘北特鲁瓦油田构造位置
表1 北特鲁瓦油田KT-Ⅰ层裂缝发育特征统计裂缝分类各类裂缝发育比例/%裂缝
产状低角度缝39.64斜交缝23.27高角度缝37.08裂缝充填程度未充填缝77.55
部分充填缝17.86全充填缝4.59裂缝开度
(k)/mmk<0.16.690.1≤k<1.057.75k≥1.035.56裂缝长度
(l)/cm0.0<l≤20.080.7120.0<l≤40.018.5840.0<l≤60.00.71
3 构造缝形成期次
不同期次裂缝具有不同的发育特征，裂缝期次的研究对于油田的开发具有重要意义。

综合使用观察法和实验法确定裂缝期次，为下一步明确裂缝分布规律，制订和调整开发方案提供基础。

3.1 观察法确定构造缝期次
观察法是裂缝期次研究最直接的方法,该方法是通过对阴极发光薄片上裂缝充填物
期次的分析以及岩心和成像测井资料上不同裂缝相互切割关系的观察，从而确定裂缝发育的期次。

阴极发光薄片资料可以确定裂缝充填物的充填时期，从而间接推断裂缝形成的期次[19]。

一般而言，裂缝形成时间越早充填作用也越早。

阴极发光薄片观察结果显示，充填的方解石可以分为3期:一期不发光(图2a)，一期昏暗发光(图2b)，一期明亮发光(图2c)。

不发光是在氧化环境下形成的，反映埋深较浅的
特征；明亮发光是埋藏成岩的早期至中期阶段还原条件下形成的；昏暗发光通常为埋藏成岩作用中期至晚期阶段形成的胶结物或交代物[20-23]。

3种不同的发光特
征反映了充填作用发生时埋深逐渐加深的特征。

从岩心和成像测井上，可以观察到裂缝的切割关系，可以简单概括为以下特征：①高角度缝切割斜交缝和低角度缝，反映了高角度缝形成时期最晚的特征(图2d—g)；②斜交缝切割低角度缝，反映了
斜交缝形成时期晚于低角度缝的特征(图2d—g)。

3.2 裂缝充填物包裹体研究裂缝期次
裂缝中与充填物一起形成的原生包裹体的温度可以有效推断裂缝形成的期次。

选取研究区CT-22井石炭系KT-Ⅰ层中7块样品(裂缝充填物均为方解石)的19个测试点进行均一温度测试。

测试结果显示，研究区构造缝形成期次可分为3期：第1
期形成的包裹体均一温度为70～76 ℃，第2期形成的包裹体均一温度为90～
100 ℃，第3期形成的包裹体均一温度为110～115 ℃(表2)。

研究区古沉积环境为热带或亚热带的正常海水环境，取古地表温度为30 ℃，古地温梯度为
0.03 ℃/m进行计算，3期流体包裹体对应的深度分别为1 333.33～1 533.33 m、2 000.00～2 333.33 m、2 666.67～2 833.33 m。

由于流体充注时间晚于裂缝形成时间，因而裂缝形成深度均略小于3期流体包裹体的计算深度。

CT-22井KT-
Ⅰ层当前顶、底埋深分别为2 298.00、2 714.50 m，与使用流体包裹体计算的深度吻合较好，说明了流体包裹体计算深度的可靠性。

图2 北特鲁瓦油田KT-Ⅰ层薄片、岩心及成像测井上构造缝发育特征
表2 北特鲁瓦油田石炭系KT-Ⅰ层裂缝充填物流体包裹体均一温度分布均一温度
范围/℃样品数/个70～751090～1006110～1153
3.3 声发射研究裂缝期次
岩石的应力达到过去已施加的最大应力时，声发射明显增加的现象称为岩石的Kaiser效应。

利用Kaiser效应就可推知岩石在地下受到的古构造应力场的强度及
裂缝形成的期次[24-25]。

Kaiser效应点的个数一般反应岩石形成至现今所经历的最少的应力作用次数。

通过对北特鲁瓦油田KT-Ⅰ层13块样品进行声发射实验，利用Kaiser效应点个数判断岩石经历的最少应力作用次数，结果显示，13块样品均存在4个明显的效应点(图3)。

除去现今构造运动的影响，研究区共经历了3期的构造破裂作用：第1期裂缝相当于Kaiser效应点3，古地应力的最大有效主应
力为34.4 MPa；第2期相当于Kaiser效应点2，古地应力的最大有效主应力为42.4 MPa。

第3期当于Kaiser效应点1，最大有效古地应力为52.2 MPa。

4 低角度构造缝成因
通过观察法和实验法的分析，可以确定研究区发育了3期的构造缝：第1期以低
角度缝为主，形成时埋深较浅，充填较早，阴极发光特征以不发光为主，古地应力的最大有效主应力为34.4 MPa；第2期以斜交缝为主，存在部分充填缝，阴极发光以昏暗发光和明亮发光为主，古地应力的最大有效主应力为42.4 MPa；第3期以高角度缝为主，几乎未充填，古地应力的最大有效主应力为52.2 MPa。

上述研究表明，不同期次的构造缝倾角特征不同，基于成像测井资料统计了不同倾角裂缝的走向，统计结果显示研究区3期构造缝均以北东—南西方向为主(图4)。

裂缝的发育程度均受到构造运动的控制，每期裂缝均能反映构造运动的情况。

前人对研究区的研究表明，研究区共有3次大的构造运动：①早二叠纪构造运动导致
地层西高东低的构造格局，并产生了断层(图4b)；②晚二叠纪构造运动加剧西高
东低的规模(图4c)；③三叠纪构造反转运动导致东高西低的地层构造格局(图4d)。

裂缝发育的期次与构造运动吻合较好，证实了裂缝期次研究结果的可靠性。

北特鲁瓦油田低角度构造缝较发育，结合裂缝期次特征和构造运动背景，明确了低角度构造缝的成因，可建立研究区低角度构造缝的发育模式：早二叠纪的构造运动产生了早期高角度构造缝，随后晚二叠纪使早期高角度构造缝发育程度得到加强，而三叠纪的构造运动产生地层反转，从而使早二叠纪的高角度构造缝和晚二叠纪构造运动改造的高角度构造缝随地层发生了整体变化，从而形成了研究区低角度构造缝(图4b—d)。

图3 北特鲁瓦油田石炭系KT-Ⅰ层声发射实验
图4 北特鲁瓦油田石炭系KT-Ⅰ层低角度构造缝成因模式
5 结论
(1) 北特鲁瓦油田高角度构造缝、斜交构造缝和低角度构造缝均较发育，充填较弱，以中等规模缝为主。

(2) 通过对阴极发光薄片、岩心和成像测井资料的观察，并使用流体包裹体测试和声发射实验等实验方法可知，北特鲁瓦油田共发育3期构造缝，早期构造缝以低
角度缝为主，中期构造缝以斜交缝为主，晚期构造缝以高角度缝为主。

(3) 构造运动是北特鲁瓦油田低角度构造缝形成的主要原因。

早二叠纪形成的早期高角度构造缝在经历晚二叠纪构造运动的改造后，因三叠纪构造运动产生的地层反转而变成了低角度构造缝。

参考文献：
【相关文献】
[1] 张烈辉,李成勇,赵玉龙,等.裂缝性碳酸盐岩油气藏渗流机理研究进展[J].地球科学——中国地质大学学报,2017,42(8):1273-1286.
[2] 范存辉,李虎,钟城,等.川东南丁山构造龙马溪组页岩构造裂缝期次及演化模式[J].石油学
报,2018,39(4):379-390.
[3] 李玉玺,范存辉,李虎,等.川东北元坝中部须家河组构造裂缝形成期次分析[J].西北地
质,2018,51(1):265-271.
[4] 吴国强,张丽娟,杨振周，等 .塔里木盆地哈拉哈塘地区奥陶系储层古岩溶作用及其与裂缝的关系[J].石油实验地质,2017,39(6):790-796.
[5] 王鸣川,段太忠,杜秀娟,等.沉积相耦合岩石物理类型的孔隙型碳酸盐岩油藏建模方法[J].石油实验
地质,2018,40(2):253-259.
[6] 张冲,刘鸿博,姚勇,等.普光气田飞仙关组储集层裂缝特征及期次[J].新疆石油地质,
2014,35(5):521-525.
[7] 高计县,唐俊伟,张学丰,等.塔北哈拉哈塘地区奥陶系一间房组碳酸盐岩岩心裂缝类型及期次[J].石
油学报,2012,33(1):64-73.
[8] 范存辉,王时林,袁云峰,等.腰英台地区青山口组裂缝期次及对渗流的影响[J].特种油气
藏,2014,21(6):19.
[9] 吴永平,昌伦杰,陈文龙,等.裂缝表征及建模在迪那2气田的应用[J].断块油气田, 2015,22(1):78-81.
[10] 赵向原,胡向阳,肖开华,等.川西彭州地区雷口坡组碳酸盐岩储层裂缝特征及主控因素[J].石油与
天然气地质,2018，39(1):30-39.
[11] 高金栋,周立发,冯乔,等.储层构造裂缝识别及预测研究进展[J].地质科技情报, 2018,37(4):158-166.
[12] 周鹏，周露，朱文慧，等.克拉苏构造带超深储层构造主裂缝识别[J].特种油气藏,2018,25(2)：42-48.
[13] NELSON R A.geologic analysis of naturally fractured reservoirs (second
edition)[M].Houston： Gulf Publishing Company,1985：1-28.
[14] 郭凯,程晓东,范乐元,等.滨里海盆地东缘北特鲁瓦地区白云岩特征及其储层发育机制[J].沉积学报，2016，34(4):747-757.
[15] 邓西里，汪红，鲍志东，等.滨里海盆地油气分布规律及勘探潜力分析[J].中国石油勘探, 2012，17(5):36-47.
[16] 石新,程绪彬,汪娟,等.滨里海盆地东缘石炭系KT-Ⅰ油层组白云岩地球化学特征[J]. 古地理学报，2012，14(6):777-785.
[17] 高军,刘雅琴,于京波,等.滨里海盆地东缘中区块盐下构造识别与储层预测[J].石油地球物理勘
探,2008，43(增刊1):10-11.
[18] 梁爽,郑俊章,张玉攀.滨里海盆地东南缘晚古生代碳酸盐岩台地特征及控制因素[J]. 地质科技情报，2013，32(3):52-58.
[19] 倪新锋,杨海军,沈安江,等.塔北地区奥陶系灰岩段裂缝特征及其对岩溶储层的控制[J]. 石油学报，2010，31(6):933-940.
[20] 万青青，刘洛夫，肖飞，等. 准噶尔盆地车排子地区下侏罗统八道湾组砂岩储层成岩作用与孔
隙演化[J]. 东北石油大学学报，2017，41(1)：21-32.
[21] 肖勒.碳酸盐岩岩石学[M].北京：石油工业出版社，2010：1-48.
[22] 郝杰, 周立发, 袁义东,等.断陷湖盆致密砂砾岩储层成岩作用及其对孔隙演化的影响[J].石油实验地质,2018,40(5):632-638.
[23] 黎雪，季汉成，王嗣敏，等. 太原地区中奥陶世上马家沟组岩溶储层成岩作用及孔隙演化[J].东北石油大学学报，2017，41(6)：55-65.
[24] 郑荣才.储层裂缝研究的新方法——声发射实验[J].石油与天然气地质， 1998，19(3):186-189.
[25] 丁原辰,张大伦.声发射抹录不净现象在地应力测量中的应用[J].岩石力学与工程学报, 1991，
10(4):313.。