孫永河，王 鐸，付曉飛，孟慶洋，王海學(xué)

(1.CNPC斷裂控藏重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 東北石油大學(xué)，黑龍江 大慶 163318;2.“非常規(guī)油氣成藏與開發(fā)”省部共建國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，黑龍江 大慶 163318;3.中油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

引 言

克拉蘇構(gòu)造帶為庫車坳陷的二級(jí)構(gòu)造帶，是塔里木盆地天然氣勘探的重點(diǎn)區(qū)帶［1］，夾持于西側(cè)喀拉玉爾滾變換斷裂帶和東側(cè)依西—新河變換斷裂帶［2］之間，呈NEE向展布?？死K構(gòu)造帶受褶皺沖斷變形影響，具有南北分帶、東西分段特征，自北向南依次為反轉(zhuǎn)斷隆背斜帶、楔狀疊瓦構(gòu)造帶和逆沖前緣構(gòu)造帶，由東向西分別為博孜段、大北—吐北段、克深1—克深2段和克拉3段(圖1)。天然氣勘探實(shí)踐證實(shí)，庫車再生前陸盆地形成于庫車期—西域期［3］，伴隨著斷裂的擠壓逆沖變形形成了大量斷背斜圈閉，同時(shí)三疊系和侏羅系烴源巖生成排出的大量天然氣在垂向運(yùn)移過程中受古近系庫姆格列木群膏泥巖、膏鹽巖蓋層阻烴作用，主要富集在古近系底部和白堊系巴什基奇克組砂巖中［4］。天然氣鉆探結(jié)果顯示，已鉆的16個(gè)斷圈有5個(gè)鉆探成功(大北1構(gòu)造、大北201構(gòu)造、大北3構(gòu)造、克拉2構(gòu)造、克深2構(gòu)造)，其余11個(gè)斷圈多為氣顯示或差氣層。針對(duì)未鉆的11個(gè)斷圈，為了優(yōu)選有利的鉆探目標(biāo)，在綜合分析天然氣成藏主控因素基礎(chǔ)上，采用聚類分析的方法對(duì)27個(gè)斷圈進(jìn)行類比優(yōu)選，從而為油田的下一步勘探提供有利的鉆探目標(biāo)。

1 斷圈含氣性影響因素分析

1.1 天然氣供給條件

庫車坳陷侏羅系和三疊系烴源巖的供烴能力是天然氣大規(guī)模聚集成藏的基礎(chǔ)條件。前人研究證實(shí)［5］，庫車坳陷克拉蘇構(gòu)造帶在成藏關(guān)鍵時(shí)刻均處于侏羅系和三疊系烴源巖有效烴灶(生氣強(qiáng)度大于20×108m3/km2)范圍之內(nèi)，表明克拉蘇構(gòu)造帶天然氣供給充足。此外，侏羅系和三疊系烴源巖層具有砂泥互層特征(砂巖占40% ±，泥巖占60% ±)［6］，泥巖層生成的天然氣優(yōu)先進(jìn)入鄰近的砂層內(nèi)，成為斷裂垂向運(yùn)移的“中轉(zhuǎn)站”［7］，可確保斷裂短暫活動(dòng)時(shí)大量天然氣的供給。因此，僅從烴源巖供氣角度看，克拉蘇構(gòu)造帶氣源充足，成藏關(guān)鍵時(shí)刻可保證大量天然氣的供給，亦即表明無論是 已鉆斷圈還是未鉆斷層，均具有充注的氣源條件。

圖1 庫車坳陷克拉蘇構(gòu)造帶位置、斷裂、轉(zhuǎn)換帶及天然氣分布

1.2 天然氣運(yùn)聚條件

1.2.1 斷裂類型分布特征

克拉蘇構(gòu)造帶目的層頂部發(fā)育的斷裂自西向東其走向不斷發(fā)生變化，博孜段為NEE走向，大北—吐北段為NE走向，克深1—克深2段為近EW—NEE走向，克拉3段為近EW走向。在晚期再生前陸盆地時(shí)期受NW—SE向擠壓下，斷裂走向與擠壓應(yīng)力方向高角度配置的以逆沖變形為主，形成逆沖型斷裂，而斷裂走向與擠壓應(yīng)力方向低角度配置的則以走滑逆沖變形位置，形成走滑逆沖斷裂。據(jù)此結(jié)合斷裂的疊加變形特征可將克拉蘇構(gòu)造帶劃分出4種類型斷裂(圖1)，即走滑逆沖型正反轉(zhuǎn)斷層、逆沖型正反轉(zhuǎn)斷層、走滑逆沖斷層和逆沖斷層。從斷層與天然氣關(guān)系來看(表1)，逆沖型正反轉(zhuǎn)斷層與天然氣富集關(guān)系最緊密，如克拉2氣田;其次是走滑逆沖型正反轉(zhuǎn)斷層，如克深2氣藏和吐北1失利構(gòu)造;再次是逆沖斷層，如大北1、大北3、大北201氣田和大北5、大北4、克深4失利構(gòu)造;走滑逆沖斷層主要與失利的構(gòu)造相關(guān)，如吐北2構(gòu)造。

1.2.2 斷裂走向變化規(guī)律

克拉蘇構(gòu)造帶發(fā)育的斷圈因控圈斷裂走向發(fā)生變化，導(dǎo)致斷圈含氣性差異較大。統(tǒng)計(jì)得到，平面上下凹型斷裂控制的斷圈含氣性好，是天然氣主要富集指向區(qū)，如大北1、大北3、大北201氣田和克拉2氣田;平直型斷裂對(duì)應(yīng)的斷圈含氣性次之，主要顯示比較差的氣層，如克拉3構(gòu)造;而上凸型斷裂控制斷圈含氣性最差，如克深4、克深5等氣顯示構(gòu)造(圖1、表1)。

1.2.3 斷裂轉(zhuǎn)換帶類型

克拉蘇構(gòu)造帶共發(fā)育3種類型轉(zhuǎn)換帶，即走滑斷層型、一級(jí)側(cè)斷坡型和二級(jí)側(cè)斷坡型。走滑斷層型轉(zhuǎn)換帶因斷穿膏泥巖蓋層，天然氣易于散失，不利于天然氣的保存，如克拉3構(gòu)造。側(cè)斷坡型轉(zhuǎn)換帶具有很好的頂封作用，是良好的氣源斷層，而且該部位應(yīng)力集中，有利于天然氣的運(yùn)聚［8］。其中二級(jí)側(cè)斷坡與天然氣的分布關(guān)系最為緊密(圖1、表1)，如大北1、大北3、大北201和克深2氣田;而三級(jí)側(cè)斷坡型轉(zhuǎn)換帶與天然氣關(guān)系較為緊密，如克拉2、大北3氣田。

1.2.4 斷裂輸導(dǎo)效率特征

考慮天然氣垂向運(yùn)移的斷裂通道條件(斷距、延伸長度、斷裂帶寬度、斷裂伴生裂縫密度、源儲(chǔ)距離)和動(dòng)力條件(源儲(chǔ)壓差)是影響天然氣垂向運(yùn)移速率的主要因素［9］，故基于能量守恒原理，利用貝努力方程定量表征天然氣沿?cái)嗔焉锨炙俾?表1)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)天然氣上侵運(yùn)移速率大于10×102m/s時(shí)，斷裂疏導(dǎo)效率最好，如克拉3氣田;當(dāng)天然氣上侵速率介于5×102m/s到10×102m/s之間時(shí)，斷裂疏導(dǎo)效率次之，如大北1、大北3、大北201和克深8氣田;當(dāng)天然氣上侵運(yùn)移速率小于5×102m/s時(shí)，斷裂疏導(dǎo)效率最差，如克深5、克深2氣田和大北4、大北5、吐北2失利構(gòu)造。

表1 不同類別的斷圈含氣性影響因素的賦分、賦權(quán)重及典型斷圈歸類統(tǒng)計(jì)表

1.2.5 斷蓋配置關(guān)系

沿?cái)嗔堰\(yùn)移的天然氣能否在蓋層的阻烴作用下向其下伏的儲(chǔ)層中充注主要取決于蓋層段斷層的變形機(jī)制［10］。研究發(fā)現(xiàn)，克拉蘇構(gòu)造帶斷裂在蓋層段的變形特征存在4種模式(表1)，不同變形模式對(duì)天然氣頂封的能力存在差異。①蓋層段只發(fā)生“強(qiáng)制型褶皺”變形，斷裂未斷穿蓋層，形成強(qiáng)封閉模式，如大北1、大北3、大北201、克深2、克深8氣田;②蓋層段發(fā)生“剪切型泥巖涂抹”變形，斷裂已錯(cuò)斷蓋層，但蓋層依然保持連續(xù)性，形成較強(qiáng)封閉模式，如克拉2氣田;③蓋層段“剪切型泥巖涂抹”被破壞，斷裂斷穿蓋層，蓋層失去完整性，形成中等封閉模式，如克山5氣田和吐北1、吐北2、克深4構(gòu)造;④斷裂在蓋層段形成斷層核和破碎帶二分結(jié)構(gòu)，形成弱封閉模式，如克拉3構(gòu)造。

1.2.6 斷儲(chǔ)產(chǎn)狀配置關(guān)系

斷裂活動(dòng)常伴隨著地層的翹傾，造成斷裂兩盤地層產(chǎn)狀不一致，當(dāng)油氣沿?cái)嗔堰\(yùn)移并向儲(chǔ)層充注過程中，不同類型的斷儲(chǔ)配置關(guān)系天然氣充注的程度差異較大?？死K構(gòu)造帶斷儲(chǔ)配置關(guān)系均為斷裂、儲(chǔ)層產(chǎn)狀同傾向，即均為順向斷層，且上盤發(fā)育斷背斜圈閉，下盤不發(fā)育斷圈，故上盤為強(qiáng)充注模式，有利于天然氣充注運(yùn)移。

1.3 天然氣保存條件

在油氣供給充足的前提下，油氣進(jìn)入斷圈后能否聚集主要取決于斷層側(cè)向封閉性。斷層封閉性越強(qiáng)，其封閉的烴柱高度越大［11］。對(duì)大北地區(qū)各斷圈控圈斷裂的側(cè)向封閉性評(píng)價(jià)結(jié)果表明(表1)，控圈的斷裂頂部消失在庫姆格列木群膏泥巖內(nèi)，斷層上盤巴什基奇克組目的層在逆沖推覆作用下使其與上覆的庫姆格列木群巨厚膏泥巖層形成對(duì)接封閉，通過標(biāo)定結(jié)果發(fā)現(xiàn)，圈閉的烴柱高度與斷層兩盤儲(chǔ)蓋對(duì)接的厚度一致。斷層封閉性均較好，為完全有效的圈閉，因此封閉性因素對(duì)圈閉富氣程度影響較弱。

2 斷圈綜合評(píng)價(jià)優(yōu)選

2.1 評(píng)價(jià)方法選取及斷圈樣品參數(shù)計(jì)算

聚類分析是數(shù)理統(tǒng)計(jì)中研究“物以類聚”的1種方法［12］。聚類分析的功能是建立1種分類方法，將一批樣品(或變量)按照其性質(zhì)上的親疏程度進(jìn)行分類［13］。描述該種親疏程度通常有2個(gè)途徑，一是把每個(gè)樣品看成m維(變量的個(gè)數(shù)為m個(gè))空間的1個(gè)點(diǎn)，進(jìn)而在m維坐標(biāo)中，定義點(diǎn)與點(diǎn)之間的某種距離［14］;另一途徑是用某種相似系數(shù)(或相關(guān)系數(shù))來描述樣品(或變量)之間的親疏程度，當(dāng)確定了樣品(或變量)間的距離或相似系數(shù)(或相關(guān)系數(shù))后，就可以對(duì)樣品(或變量)進(jìn)行分類［15］。本文選用離差平方和聚類方法［16］即相關(guān)系數(shù)對(duì)已鉆圈閉與目標(biāo)圈閉的進(jìn)行聚類，進(jìn)而優(yōu)選有利目標(biāo)斷圈(圖2)。

圖2 克拉蘇構(gòu)造帶斷圈聚類譜系圖及鉆探風(fēng)險(xiǎn)歸類

為了表征斷圈在聚類中的親疏關(guān)系，需要在上述分析斷圈含氣性影響因素的基礎(chǔ)上，基于各因素類型對(duì)斷圈含氣性的影響，賦予相應(yīng)的分值和權(quán)重值(表1)，再分別計(jì)算出每個(gè)斷圈在相應(yīng)影響因素下的總得分(即賦分值乘以權(quán)重值)，以此作為聚類分析的樣品(或變量)。

2.2 圈閉評(píng)價(jià)結(jié)果分析與優(yōu)選

依據(jù)上述對(duì)每個(gè)斷圈的不同類別控制因素總分值，采用離差平方和法對(duì)斷圈的相關(guān)性進(jìn)行聚類分析(圖2)。從聚類分析樹狀譜系圖中斷圈的親疏關(guān)系，結(jié)合斷圈含氣性，可將斷圈歸為4大類:第1類斷圈包括4個(gè)斷圈，即大北1、大北201、克深2和克深8;第2類包括7個(gè)斷圈，即克深5、吐北1、吐北2、克深4、吐北4、大北4和大北5圈閉;第3類包括5個(gè)斷圈，即大北3、克深6、克深10、克拉2和克拉3圈閉;第4類包括11個(gè)斷圈，即克深1、博孜2、克深9、博孜1、克深3、博孜3、博孜4、博孜5、博孜6、克深7和克深14圈閉。每個(gè)大類中工業(yè)氣流斷圈越多，表明該類斷圈鉆探風(fēng)險(xiǎn)性越小，其內(nèi)的目標(biāo)斷圈則為有利的鉆探目標(biāo)。因此，第1類斷圈中的克深8號(hào)和第3類斷圈中的克深10號(hào)為下一步鉆探風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)最小的斷圈。其余斷圈均聚在第4類，其內(nèi)已鉆斷圈主要為氣顯示，鉆探風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較大。

3 結(jié)論

(1)庫車坳陷克拉蘇構(gòu)造帶影響斷圈含氣性的因素主要包括8個(gè)方面，其中天然氣供給充足，逆沖型正反轉(zhuǎn)斷層有利于天然氣充注，斷裂走向變化指示為天然氣富集部位，轉(zhuǎn)換帶發(fā)育部位易于天然氣運(yùn)聚，斷裂輸導(dǎo)效率越大越利于天然氣充注運(yùn)移，鹽下斷裂未斷穿區(qū)域性蓋層易于形成強(qiáng)頂封模式，逆斷層順向斷層上盤斷儲(chǔ)配置模式易于天然氣充注，斷裂對(duì)接封閉性強(qiáng)易于天然氣保存。

(2)依據(jù)離差平方和聚類分析法將斷圈歸為4類，其中第1類中的克深8號(hào)和第3類中的克深10號(hào)斷圈與已鉆的工業(yè)氣流斷圈相關(guān)性好，鉆探風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)最小，是下一步鉆探的有利目標(biāo)。其余斷圈均聚為第4類斷圈，與氣顯示斷圈相關(guān)性好，其鉆探風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較大。

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