巴楚断隆西段古董山构造带断层封堵性与油气成藏的关系
赵 明1, 2, 3，王 华1，余腾孝3，曹自成3，岳 勇1
(1. 中国地质大学(武汉) 资源学院，湖北 武汉，430074；
2. 中国地质大学(武汉) 构造与油气资源教育部重点实验室，湖北 武汉，430074；
3. 中国石化西北油田分公司，新疆 乌鲁木齐，830011)
摘 要：对塔里木盆地巴楚隆起西段古董山断裂带断裂封堵性以及断裂封堵、开启与油气成藏关系进行分析，参考领区色力布亚断裂南段亚松迪油气藏，最终确定该断裂上、下盘油气成藏可能性。研究结果表明：穹塔克—古董山断层上盘断背斜下奥陶统碳酸盐储层(T81~T74)，侧向封堵条件差，油气成藏的可能性不大；而断层下盘中下奥陶统储层(T81~T74)在该断层活动期间，纵向不封闭，构成油气运移通道，断层停止活动后，由于其正压力大而使它很快紧闭，加之逆掩推覆，寒武系膏盐岩直接披盖其上，断层封堵性较好,有利于油气藏的保存。
关键词：巴楚；古董山构造带；断裂封堵性；油气成藏
中图分类号：TE112 文献标识码：A 文章编号：1672-7207(2009)04-1099-07
Relationship between sealing characteristics of Gudongshan tectonic belt and hydrocarbon accumulation in west part of
Bachu fault-rift area
ZHAO Ming1, 2, 3, WANG Hua1, YU Teng-xiao3, CAO Zi-cheng3, YUE Yong1
(1. Faculty of Earth Resources, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China;
2. Key Laboratory of Tectonics and Petroleum Resources, China University of Geosciences,
Ministry of Education, Wuhan 430074, China;
3. Northwest Branch of SINOPEC, Urumchi 830011, China)
Abstract: By analyzing factors which influence sealing characteristics as the normal pressure on two fault walls, lithology co-relationship, and gypsum mudstone smear analysis, the fault sealing characteristics were studied. Integrated fault sealing characteristics and fault sealing, opening, and its relation with hydrocarbon accumulation were researched in Gudongshan tectonic belt of west part of Bachu fault-rift area in Tarim Basin, and therefore the hydrocarbon accumulation possibility of the two fault walls was predicted. The results indicate that, because of the bad laterally hydrocarbon reservoir condition, the hydrocarbon accumulation of lower Ordovician carbonate reservoir (T81—T74) of hanging-wall faulted-anticline in Qiongtake-Gudongshan Fault has a little possibility. While, during the fault activity period, because of its low content of gypsum mudstone and its laterally non-sealing condition, mid-lower Ordovician reservoir (T81—T74) of footwall in Qiongtake-Gudongshan Fault, forms a pathway for oil and gas transportation. However, after the fault’s activity, the positive pressure was too high to seal the pathway. Owing to this normal pressure together with overthrust nappe, Cambrian gypsum rock covers on it directly to form a good sealing section which is good for the hydrocarbon reservoir.
Key words: Bachu; Gudongshan tectonic belt; fault sealing characteristics; hydrocarbon accumulation
油气勘探实践表明，断层既可以作为油气运移通道，又可以切割储集空间造成遮挡形成圈闭[1]。断层对油气的输导作用与断层性质、断层活动时期、断层两盘岩性的对置条件以及断层面与断层两盘含油层的排替压力等因素有关。总体上讲，在断层活动期，其输导作用强，而在不活动期，其封堵性较强[2]。在油气运移和聚集过程中，断层所起的输导或封堵作用取决于自身的封闭性。不过，当断层作为油气运移通道时，若断层与圈闭空间位置配置良好，则可以使油气运移到圈闭中，反之，也可能破坏油气藏。这一切都取决于其断层封闭和开启的时空变化与圈闭的时空配置关系。由此可见，准确认识断层封堵性及其演化历史，有助于正确认识油气运移、聚集、散失过程及油气分布规律[3-6]。
1 区域地质概况
古董山断裂带位于塔里木盆地中央隆起带上的巴楚断隆中南部，北西走向，倾向北东。主断裂古董山断裂延伸约50 km(见图1)。该断裂带在早期陆表海台地的宏观古地理背景下，于加里东中期构造运动的作用下初次形成南西倾断层，受海西早中期构造运动作用再次形成北东倾断层，与前期断层构成“入”字型背冲断裂带。在喜山中晚期构造运动期间，该期背冲断裂未遭受后期构造运动的明显改造。但是，在强烈的喜山中晚期构造运动作用下，该区延前期背冲断裂带一线形成了北西走向的大规模穹塔克—古董山推覆断裂，该断裂倾角一般为15?~25?，水平推移距离达6 km以上，构成目前由古董山构造带下盘加里东—海西期背冲断裂和上盘推覆断裂组成的断裂带。在此，本文作者研究其断裂上、下两盘构造带的封堵性以及与油气成藏的关系。
2 古董山构造带断裂封堵性分析
2.1 分析方法
断层封堵性是非常复杂的问题，受很多地质因素的影响和控制，包括断层两盘断面正压力、涂抹系数、与地层岩性对置等重要因素[7-11]。这里通过分析以上因素研究目标区内主要断层的封堵性。
图1 巴楚隆起西段构造区划图
Fig.1 Construction distribution map in west section Bachu uplift
依据巴楚地区断裂形成特点，对不同类型的断裂，采用不同的参数和方法进行分析与评价：对于“通天”断裂(即断裂冲破封闭箱顶，所谓对外开启型)，用泥质含量、正压力、岩性对置关系及断裂开启与生油高峰期配置关系进行分析；而对于深埋后期沉积层之下，断层在上下地层之间(即断裂在封闭箱体内，也就是所谓的层间开启封闭型)，仅依据断裂在地史中的开启或封闭时间与生油高峰期配置关系进行分析。
2.1.1 断层正压力
断层活动期水平侧压力起决定作用。断层停止活动后，断层上盘岩体对断面的正压力对断层愈合程度起控制作用。影响断层垂向封闭性的关键因素是断层停止活动后，断层面的紧闭程度。断层活动停止后断层正压力越大，则断层之间愈合越好，紧闭程度越高，封堵性越好。
正压力计算公式为：
判别标准是：当p＞10 MPa时，断层愈合能力 好，断层紧闭；当p＜10 MPa时，愈合能力差，断层不紧闭[12]。
2.1.2 膏和泥质含量
断裂填充物中膏泥质含量是影响断层侧向和纵向封闭性的主要因素。断裂填充物中的泥质和膏盐岩含量越高，其孔渗性越差，排替压力大，形成封闭的可能性越高；若膏泥质含量高，则断层在活动过程中也可侧向封闭。膏泥质成分填充于断裂的裂隙中，若其含量高，则均匀涂抹连续性好，封堵性就好；反之，封堵性则差。
膏泥质含量的计算公式为：
2.1.3 岩性对置关系
断层岩性对置断面图是20世纪90年代后期创造的一种判断断层封闭性的图件[13]。断层两侧的岩性对置关系是衡量断层侧向封闭的重要因素，当目的盘储层与断层另一盘非渗透性地层对置时，目的盘储层排替压力小于对置盘地层的排替压力，断层侧向封闭，否则，断层开启[14-15]。通过构造圈闭的主测线剖面，参考区块内地层柱状图作岩性对置剖面，可以观察储层对置岩性，作出封堵评价。评价标准是：储层对置盘为泥质岩膏盐岩时侧向封闭最好，目的盘储层为致密碳酸盐岩时侧向封闭良好[16]。同时，目的盘储层对置岩性为砂岩或其他渗透性较高的碳酸盐岩时，侧向封堵差，连通性好，不易形成圈闭。
2.2 断裂带的封堵性
2.2.1 古董山构造带断层特征
古董山构造带中的断裂主要由加里东中期、海西早中期、喜山晚期3期构造运动形成。其中，加里东中期形成的断层一般下切至T90，上切入T70；海西早期形成的断层特征一般倾角较大，达60?~80?，一般在T90~T60面之间错断，反射层同相轴显示T54与T50未断通，这类断层在海西运动早期已形成，规模中等；喜山晚期形成的断层以穹塔克—古董山断裂最为典型，该断层是古董山构造带规模最大的逆掩推覆断层，其上将奥陶系推至地表剥蚀，其下在中寒武统膏盐层中滑脱消失，推移水平距离大于6 km，将古董山构造带分为上盘构造带和下盘构造带。该断层控制了上盘构造带的断鼻、断背斜、断块以及部分小型断层的形成。而下盘构造带主要以海西早中期形成的古董山断层断鼻、断背斜、断块等局部构造为主，喜山晚期运动对这些局部构造显然有一定的改造作用(见图2)。
图2 古董山构造带断裂模式剖面BNE
Fig.2 Fault model BNE of Gudongshan tectonic zone
2.2.2 古董山断裂带穹塔克—古董山断层的封堵性
a. 断层正压力对穹塔克—古董山断裂封堵性评价。用穿过古董山断背斜的BNE线时深转换剖面进行分析计算，穹塔克—古董山断裂为低倾角大型推覆断裂，倾角上小下大，为25?~35?，用地震剖面不同深度的正压力进行计算，其上覆岩层的密度参考巴楚地区电法报告物性参数表(见表1)。地层水密度选取巴参1井石炭系地层水分析数据，平均密度为1.143 g/cm3，和田河气田玛4井下奥陶统地层水密度平均为1.082 g/cm3，两井地层水平均密度为1.113 g/cm3。用以上参数计算的不同深度的正压力如表2所示。
表1 塔里木盆地巴楚区块岩性物性参数
Table 1 Parameters of lithology and physical property in Bachu tarim basin
注：资料来源塔里盆地巴楚区块勘探成果报告。
表2 古董山构造带穹塔克—古董断裂正应力随深度的
变化结果
Table 2 Relationship between positive stress of Qiongtake-Gudongshan fault and increasing depth
经计算所得的正压力曲线见图3。可见，穹塔克—古董山断层面在埋深低于750 m时，压力低于10 MPa，断层愈合性差，紧闭性差。而当埋深大于750 m时，在第4系断层停止活动后愈合紧闭，纵向封堵性良好。据BNE线剖面，上盘目的储层埋深小于400 m，正压力小，断层停止活动后，愈合能力差，长期处于开启状态，因此，据正压力推算，上盘目的储层形成油气圈闭的可能性小；而下盘埋深为2.6~3.9 km，正压力为40~50 MPa，断层停止活动后很快愈合紧闭，具备了较强的封堵能力，有利于形成油气圈闭。
图3 穹塔克—古董断裂断面正应力曲线
Fig.3 Positive stress curve of Qiongtake-Gudongshan
fault surface
b. 膏泥质含量对断层封堵评价。在BNE线剖面，以中奥陶统(T81~T74)厚度代表目的盘碳酸盐岩储层厚厚度，在岩性对置剖面上，厚度约为1.3 km，垂直断距为3 km，下盘目的储层对置的岩性为中下寒武统的膏盐岩层，本区中下寒武统膏岩厚度为305~492 m，取平均厚度为398.5 m。上盘(T81~T74)层对置地层主要为石炭、二叠系，巴楚地区二叠系泥岩厚度为29~554.5 m，考虑盖层厚度向南减薄，参考其他地区二叠系盖层厚度，在此取300 m，石炭系盖层古董1井厚度小于 50 m，取厚度为40 m计算的膏泥质含量为8.6%。
由于穹塔克—古董断裂T74断距大，经计算，膏泥质含量为8.6%，因此，在喜山晚期断层活动期间，侧向和纵向封闭差。在该断层活动时期，对海西晚期所形成的油气藏进行改造，油气第2次纵向运移重新分配调整，断裂“通天”，下盘储层涂抹不均匀、不连续，纵向封闭性差，使油气部分散失，上盘储层油气向上运移直通地表，大部分散失。上盘目的储层埋深仅500 m，小于750 m，断面愈合能力弱，断面间不紧闭，处于长期开启状态，油气保存条件极差，难以形成油气藏。第4系断层停止活动后，下盘目的储层段断面愈合紧闭，下盘储层保存余下油气形成油气藏。
c. 断层两侧岩性对置情况评价。断层活动后，上下盘岩层位置相互位移，活动停止后，断层两侧地层接触关系发生变化，用古董山地震BNE线剖面岩性对置分析，在下盘构造带中，下奥陶统(T74~T81)碳酸盐岩储层由于穹塔克—古董山推覆断裂的作用，被上盘中寒武统膏盐层直接覆盖，侧向封闭能力强，而上盘下奥陶统(T74~T81)碳酸盐岩储层被下盘二叠系砂、泥质互层岩性对置，也具备一定侧向封闭能力，经分析，得出下盘目的盘储层侧向封闭要好于上盘储层封堵，见图4。
图4 BNE线穹塔克古董山断背斜与古董山断裂岩性对置
Fig.4 Lithology sealing between Qiongtake-Gudongshan off-anticline and Gudongshan fault in BNE line
d. 断层封堵性的综合分析。穹塔克—古董山断层上盘断背斜下奥陶统碳酸盐储层(T81~T74)，由于穹塔克—古董山断层在纵向、侧向上保存条件很差，穹塔克—古董山断层下盘中下奥陶统储层(T81~T74)在断层活动期间膏泥质含量小，纵向不封闭，为油气运移通道。但当断层停止活动后，由于正压力大，而使它很快愈合紧闭，由于逆掩推覆，寒武系膏盐岩直接披盖其上，具备了后期保存条件，见表3。
表3 穹塔克—古董山断裂封堵性综合评价
Table 3 Comprehensive evaluation about the fault sealing of Qiongtake-Gudongshan
3 穹塔克—古董山断裂封堵和开启与油气成藏的关系
研究断层封堵、开启时间与生烃、排烃时间的匹配关系，是了解构造圈闭是否能形成油气藏的条件之一。在断层活动期，断层处于纵向开启状态，若断层活动期与生烃、排烃高峰期同步，则在此条件下虽构造匹配，也难形成油气藏。若断层活动停止，则在地层压力下，断层逐渐愈合，断层纵向封闭，此时，若遇生烃、排烃高峰期，则油气进入构造圈闭形成油气藏。
古董山构造带断层封闭与油气成熟排放关系见图5。可见，海西早、中期是下盘断裂构造带形成构造和逆断层的主要时期，晚期生油高峰期来临，同时形成石炭系和二叠系盖层，油气排放期晚于构造形成，油气通过断层向上一次运移，并沿剥蚀面横向运移至构造，完成第1次油气充填。喜山晚期形成穹塔克—古董山推覆逆掩断层，断层处于开启与喜山晚期生油气高峰期同步，使喜山期形成的油气出露地表散失，同时，对海西晚期形成的油藏进行调整。由于下盘目的储层有膏盐岩推覆其上，具有一定的侧向封闭和纵向封闭能力，下盘有利于油气藏的形成。上盘储层最浅埋深约350 m，断层纵向长期处于开启状态，侧向由砂泥岩对置，封堵能力弱，油气沿断层出露地表损失较大，形成油气圈闭的可能性不大，这可通过领区色力布亚断裂南段形成的亚松迪油气藏得到一定程度的佐证。
图5 断裂封闭性与油气成藏模式
Fig.5 Model of fault sealing and hydrocarbon accumulation
4 结 论
a. 喜山晚期发育穹塔克—古董山推覆逆掩断层。由于断层在纵向上长期处于开启状态，封堵能力弱，故断层上盘断背斜下奥陶统碳酸盐储层(T81~T74)油气聚焦成藏的可能性不大。
b. 该逆掩断层下盘中下奥陶统储层(T81~T74)在该断层活动期间纵向不封闭，形成油气运移通道。当断层停止活动后，由于其正压力大而使它很快闭合，又由于逆掩推覆，寒武系膏盐岩直接披盖其上，具备了后期保存条件，下盘构造圈闭成藏可能性较大。
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收稿日期：2008-10-06；修回日期：2009-01-09
基金项目：国家自然科学基金资助项目(40702023)；中国地质大学(武汉)构造与油气资源教育部重点实验室基金资助项目(2007年)
通信作者：赵 明(1960-)，男，北京市人，博士，高级工程师，从事石油天然气勘探研究；电话：0991-3601669；E-mail: sinopec_zhaoming@sina.com
