·地球科學(xué)·

阿拉伯板塊北緣Sinjar隆起西翼裂縫成因及啟示

趙中平

(西北大學(xué) 大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/地質(zhì)學(xué)系, 陜西 西安710069)

摘要：對(duì)Sinjar隆起西翼始新世Jaddala組—漸新世Chilou組致密灰?guī)r裂縫性儲(chǔ)層的裂縫成因進(jìn)行分析,為類(lèi)似復(fù)雜構(gòu)造環(huán)境的裂縫研究和裂縫性油氣圈閉勘探提供借鑒。綜合利用成像測(cè)井、地震、鉆井液漏失、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)等資料,分析裂縫傾角、走向及縱向和平面裂縫的發(fā)育特征,探討構(gòu)造活動(dòng)與裂縫分布之間的成因關(guān)系。研究后認(rèn)為,研究區(qū)近南北走向的這組高角度裂縫的形成是區(qū)域水平擠壓應(yīng)力場(chǎng)與研究區(qū)西側(cè)深部壓扭走滑共同作用的結(jié)果,其中壓扭走滑作用形成了有效的裂縫性油氣儲(chǔ)集層;局部發(fā)育的近東西走向的低角度裂縫由層間滑動(dòng)引起;平行于主要褶皺樞紐的縱張裂縫不發(fā)育,是由地層強(qiáng)烈隆升形成的似環(huán)狀斷裂吸收了巖石的擠壓應(yīng)變變形，導(dǎo)致沒(méi)有產(chǎn)生有效的巖層彎曲所致。在類(lèi)似復(fù)雜的構(gòu)造背景下,由于多種構(gòu)造作用、多期構(gòu)造活動(dòng)的疊加和相互影響,會(huì)減弱或增強(qiáng)某組裂縫的發(fā)育程度,導(dǎo)致裂縫分布與常見(jiàn)的模式有一定的差異。這一實(shí)例對(duì)于復(fù)雜構(gòu)造背景下的裂縫性儲(chǔ)層研究、裂縫性油氣藏開(kāi)發(fā)的井軌跡優(yōu)化、致密儲(chǔ)層領(lǐng)域的油氣勘探等具有重要的啟示。

關(guān)鍵詞：Sinjar隆起;裂縫;壓扭走滑;褶皺

收稿日期：2014-03-07

基金項(xiàng)目：國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)基金資助項(xiàng)目(2011ZX05023-001-002)

作者簡(jiǎn)介：趙中平,男,四川西充人,西北大學(xué)博士后,從事油藏描述與能源礦產(chǎn)普查研究。

中圖分類(lèi)號(hào)：P618.13

The fracture genesis in the west tip of Sinjar uplift in the north

margin of the Arabian plate and some enlightenment

ZHAO Zhong-ping

(State Key Laboratory of Continental Dynamics/Department of Geology, Northwest University, Xi′an 710069, China)

Abstract:To provide reference for fractured reservoir study and exploration, this paper analyzes the fracture genesis of Eocene Jaddala and Oligocene Chilou formations in the west tip of Sinjar uplift. By integrated utilization of FMI, seismic, mud loss and production data, the fracture distribution feature and the relationship between tectonism and fractures are analyzed.The near north-south trending fracture set is resulted from the regional horizontal compressive stress field and the local compression-shearing and strike-slip faults in deep strata, and the fractured reservoir of Jaddala and Chilou formations are mainly controlled by the strike-slip fault. The set of near east-west trending fractures are caused by interlayer sliding during folding, which is only locally distributed. During the strong uplift period, the small ring-like faults absorbed the rock′s compressional strain and the uplifts failed to provide any effective bending component, which caused that the folding-associated longitudinal fractures or type II fractures did not develop. In similar complicated tectonic setting, the superposition and interaction of individual tectonisms and multi-periodic tectonic activities will weaken or strengthen the development degree of certain fracture set, which often leads to extremely complicated fracture distributions that is distinct from widely applied conceptual model. This case has important implications for the fractured reservoir study, well trajectory optimization and tight reservoir exploration in complex tectonic setting.

Key words: Sinjar uplift; fracture; compression-shearing and strike-slipping; fold

位于阿拉伯板塊北緣的Sinjar隆起(見(jiàn)圖1),是中生代白堊紀(jì)裂谷期發(fā)育的地塹在第三紀(jì)末—第四紀(jì)初受阿拉伯板塊與歐亞板塊碰撞、擠壓而強(qiáng)烈反轉(zhuǎn)形成的[1],在其西翼傾沒(méi)端厚達(dá)550 ～ 900 m的始新世Jaddala組和漸新世Chilou組深水致密泥灰?guī)r中發(fā)現(xiàn)了典型的裂縫性油藏。該隆起的最終形成經(jīng)歷了多種構(gòu)造作用和多期構(gòu)造活動(dòng)[2],因而其裂縫分布有別于常見(jiàn)的單一褶皺成因的裂縫模式[3-4],具有一定特殊性。另外,研究區(qū)資料豐富,已實(shí)施了數(shù)百口鉆井,其中超過(guò)100口鉆井開(kāi)展了全井眼地層微電阻率成像測(cè)井(FMI),并采集了三維地震資料。因此,不同于其他裂縫性油氣儲(chǔ)層各種尺度實(shí)際裂縫資料的不完全性和有限性[5-9],這一裂縫性儲(chǔ)層為深入剖析復(fù)雜構(gòu)造背景下裂縫分布特征、成因,以及構(gòu)造活動(dòng)對(duì)裂縫發(fā)育的控制作用等提供了難得的解剖實(shí)例。同時(shí)，該研究對(duì)類(lèi)似復(fù)雜裂縫性油氣藏的勘探和開(kāi)發(fā)具有借鑒意義。

圖1　研究區(qū)位置示意圖 Fig.1　Schematic location of the study area

1地質(zhì)背景

Sinjar隆起近東西走向,在其西翼整體東高西低的背景上發(fā)育兩組斜列背斜。一組位于研究區(qū)中部和東部,走向垂直于最大主應(yīng)力方向,規(guī)模較大;另一組位于研究區(qū)西側(cè),規(guī)模較小,呈北東東走向(見(jiàn)圖2)。在白堊紀(jì)末強(qiáng)烈裂陷期沉積了厚達(dá)千米的Shiranish組灰?guī)r沉積后,受板塊擠壓作用影響，盆地開(kāi)始抬升并形成裂陷不整合面后,盆地復(fù)又沉降并在此基礎(chǔ)上沉積了厚550 ～ 900 m的始新統(tǒng)Chilou組—漸新統(tǒng)Jaddala組和中新統(tǒng)—上新統(tǒng)以硬石膏和鹽巖為主的地層(見(jiàn)圖3)。Chilou和Jaddala組巖性主要為泥晶灰?guī)r,均勻分布大量浮游有孔蟲(chóng)生物碎屑和少數(shù)碎片,顆粒灰?guī)r不發(fā)育,總體反映了廣闊的深水沉積環(huán)境,巖性致密,利于裂縫形成。根據(jù)電測(cè)曲線特征、巖心和錄井資料,從下往上將Jaddala—Chilou劃分為A,B,C,D,E,F,G,H,I共9個(gè)小層,其中H與I小層被一套穩(wěn)定分布、厚約10 m的硬石膏層分隔(見(jiàn)圖3);底部的A和B小層,尤其是A小層普遍含有燧石。

目前,在研究區(qū)西部的始新統(tǒng)Jaddala—漸新統(tǒng)Chilou組中發(fā)現(xiàn)了裂縫性稠油油藏(見(jiàn)圖2),主力產(chǎn)層為C,D,E,F小層;而鉆井揭示，其中部和東側(cè)構(gòu)造高部位在該套地層中無(wú)油氣顯示。各種資料證實(shí),除I小層中穩(wěn)定發(fā)育有薄層基質(zhì)孔隙儲(chǔ)層并普遍含油外(因此本文未將I小層作為研究目的層),總體其他小層基質(zhì)孔隙儲(chǔ)層不發(fā)育。裂縫是控制始新統(tǒng)Jaddala—漸新統(tǒng)Chilou油藏分布的最主要因素之一,是影響油井產(chǎn)能的決定性條件。

2裂縫發(fā)育特征

2.1裂縫走向與傾角

根據(jù)FMI解釋成果,A ～ H小層發(fā)育兩組裂縫,分別定義為近南北走向裂縫(走向NW30°-NE60°,平均方位NE15°,與最大主應(yīng)力方向(見(jiàn)圖4)基本一致)和近東西走向裂縫(走向NE60°-NE150°,平均方位NE105°)。其中，占絕對(duì)主導(dǎo)的近南北向裂縫各層均有發(fā)育;而近東西走向的裂縫主要在F小層發(fā)育,其次為G小層,其他層則相對(duì)不發(fā)育。從平面上看,在研究區(qū)西部近南北向，裂縫在各層的走向分布特征總體一致(見(jiàn)圖5A，C),而H小層則以近東西走向裂縫在中部隆起的北翼發(fā)育為特征(見(jiàn)圖4B)。另外,研究區(qū)西部發(fā)育的兩組裂縫的走向既不平行,也不垂直于緊鄰的背斜樞紐,這與研究區(qū)中部及東側(cè)裂縫走向垂直于相鄰背斜樞紐的關(guān)系顯然不同(見(jiàn)圖6)。

圖2 　研究區(qū)Chilou組地層厚度及構(gòu)造形態(tài) Fig.2　The overlay map of Chilou formation thickness and the top structural shape of lyaer H in the study area

圖3　研究區(qū)地層及目的層小劃分 Fig.3　The stratigraphic characteristics of target zone

籠統(tǒng)統(tǒng)計(jì)以及按小斜度井(包括直井,井斜角范圍0°～20°)和大斜度井(井斜角范圍20°～90°)鉆遇裂縫統(tǒng)計(jì)(考慮了不同井斜角井軌跡鉆遇高角度裂縫的幾率不同對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果的影響)的結(jié)果(見(jiàn)圖4A,表1,表2)均表明,近南北走向和近東西走向這兩組裂縫的傾角分布特征完全不同。近南北走向的裂縫總體以高角度為特征,C小層裂縫傾角最大,從下往上裂縫傾角逐漸減小。而近東西走向的裂縫從E至H小層(下部層位近東西向裂縫不發(fā)育)平均裂縫傾角較接近,變化較小,總體以中低角度裂縫發(fā)育為主,高角度裂縫相對(duì)不發(fā)育。

A 井眼崩落走向玫瑰圖(最小主應(yīng)力方向)　　　　　　B 鉆井誘導(dǎo)縫走向玫瑰圖(最大主應(yīng)力方向) 圖4　目的層井眼垮塌與鉆井誘導(dǎo)縫方向揭示的最小和最大主應(yīng)力方向 Fig.4　The direction of the maximum and minimum principal stress indicated by induced fractures and borehole breakouts

圖5　Jaddala-Chilou各層裂縫走向及傾角分布特征 Fig.5　Characteristics of fracture orientation and dip histogram in individual layer

圖6　研究區(qū)中—東部Jaddala—Chilou裂縫走向分布圖 Fig.6　Distribution of the Jaddala-Chilou fracture orientations in the central and eastern parts of the study area

Tab.1Statistics of the near north-south trending fractures inclination and density in the west part of the study area

小層 按直井與低角度斜井(井斜角0～20°)統(tǒng)計(jì) 按大斜度井與水平井(井斜角大于20°)統(tǒng)計(jì) 井?dāng)?shù)裂縫條數(shù)裂縫傾角/(°)每米裂縫條數(shù)單井最大裂縫強(qiáng)度平均值/m2·m-3單井平均裂縫強(qiáng)度平均值/m2·m-3井?dāng)?shù)裂縫條數(shù)裂縫傾角/(°)每米裂縫條數(shù)單井最大裂縫強(qiáng)度平均值/m2·m-3單井平均裂縫強(qiáng)度平均值/m2·m-3H2010652.20.391.770.7851360.30.160.560.30G3090453.80.433.141.001229356.90.292.840.92F1955451.20.393.110.9256427871.60.404.361.10E2026261.50.402.470.9049264476.80.484.831.46D2043968.50.563.801.3843336877.50.555.851.68C2156572.70.442.470.9429469681.30.847.001.92B1434366.80.182.330.76627479.30.254.201.38A1332968.90.132.100.72249750.053.390.90小計(jì)350261.51561576.5

表2　研究區(qū)西部各層近東西走向裂縫傾角統(tǒng)計(jì)

2.2裂縫縱向發(fā)育程度

利用小斜度井與大斜度井FMI資料統(tǒng)計(jì)裂縫密度信息結(jié)果均表明,C小層近南北向裂縫最為發(fā)育,C ～ H小層從下往上裂縫發(fā)育程度逐漸減弱(見(jiàn)表1)。底部的A—B小層裂縫則相對(duì)不發(fā)育(可能鉆遇裂縫少,不具統(tǒng)計(jì)意義)。

另外,鉆井過(guò)程中鉆井液漏失比較普遍,從上往下漏失量逐漸增大。其中,H和G小層多數(shù)鉆井為微漏失或無(wú)漏失,從F小層開(kāi)始，漏失量較明顯,至E ～ C小層則多口井出現(xiàn)大的漏失或完全漏失現(xiàn)象。漏失量大的井投產(chǎn)后往往能獲得較高的產(chǎn)能,漏失量小或無(wú)漏失的井往往是低產(chǎn)井或干井。生產(chǎn)表明,C ～ E小層是主力生產(chǎn)層,其中C小層產(chǎn)能最高;G ～ H小層產(chǎn)能最低,底部A ～ B小層為水層。總之,鉆井液漏失情況和生產(chǎn)動(dòng)態(tài)反映的裂縫縱向發(fā)育程度以及與FMI資料統(tǒng)計(jì)的近南北向裂縫縱向發(fā)育程度是一致的。

2.3裂縫平面分布

FMI資料表明,近南北走向的裂縫，在縱向各小層、平面上的整個(gè)研究區(qū)范圍內(nèi)普遍發(fā)育,而近東西走向的裂縫在平面上和縱向上僅局部發(fā)育。在研究區(qū)東部及中部、褶皺樞紐部位以白堊紀(jì)Shiranish組為目的層的100余口鉆井在鉆揭Chilou—Jaddala組時(shí),60%鉆井無(wú)漏失,28%鉆井僅部分井段少量漏失,12%的井部分井段發(fā)生過(guò)完全漏失;而在研究區(qū)西部以Chilou—Jaddala組完鉆的數(shù)百口井中,僅有18%的井無(wú)明顯漏失,發(fā)生過(guò)完全漏失的井占總數(shù)的31%。因此,研究區(qū)西側(cè)的裂縫發(fā)育程度明顯高于研究區(qū)中部和東部。

另外,FMI資料和生產(chǎn)動(dòng)態(tài)證實(shí)，研究區(qū)西側(cè)近南北走向的裂縫異常發(fā)育區(qū)在平面上大致呈北東—西南走向的帶狀分布(見(jiàn)圖2),表現(xiàn)出線性構(gòu)造的特點(diǎn)。在這一裂縫異常發(fā)育帶內(nèi),總體西南隆起區(qū)裂縫最發(fā)育,中部次之,往北裂縫發(fā)育程度逐漸減弱。

綜上所述,研究區(qū)反轉(zhuǎn)構(gòu)造成因的隆起上，Jaddala—Chilou組裂縫分布模式與一般褶皺伴生的裂縫發(fā)育模式[3]完全不同。首先,平行于主要背斜樞紐、垂直于最大主應(yīng)力方向的一組高角度裂縫全區(qū)不發(fā)育;其次,平行于最大主應(yīng)力方向的裂縫雖然普遍發(fā)育,但裂縫異常發(fā)育區(qū)的分布表現(xiàn)出明顯的線性帶狀特征。另外,裂縫縱向傾角和發(fā)育程度的差異也表現(xiàn)出特有的特征。很顯然,研究區(qū)反轉(zhuǎn)隆起構(gòu)造背景上的裂縫成因不能僅用與褶皺相關(guān)的裂縫成因模式來(lái)直接加以解釋。

3構(gòu)造特征

始新世Jaddala組—漸新世Chilou組在沉積期及沉積后的整個(gè)構(gòu)造反轉(zhuǎn)過(guò)程中疊加了多種構(gòu)造作用(包括水平擠壓、垂直隆升、皺褶作用)以及多期小規(guī)模的幕式構(gòu)造活動(dòng)。因此，分析研究區(qū)主要斷裂系統(tǒng),探討主要構(gòu)造活動(dòng)期次等是解釋裂縫成因的鑰匙,將有助于深入了解研究區(qū)裂縫發(fā)育特征及其分布規(guī)律。

3.1斷裂系統(tǒng)與構(gòu)造形態(tài)

中生代以來(lái),Sinjar地區(qū)經(jīng)歷了兩期大的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[1-2],即中生代的拉張裂陷與新生代以來(lái)的擠壓反轉(zhuǎn),導(dǎo)致研究區(qū)具有多期構(gòu)造疊加、多種構(gòu)造樣式疊加、局部構(gòu)造和區(qū)域構(gòu)造疊加的特點(diǎn),并且第三系目的層段和深部中生界斷裂系統(tǒng)表現(xiàn)出不同的特征。地震屬性揭示,白堊紀(jì)Shiranish組發(fā)育兩組斷裂,一組近東西走向,另一組為北東—西南走向(見(jiàn)圖4B)。前者是主要的斷裂系統(tǒng),總體平面延伸距離長(zhǎng),為白堊紀(jì)拉張裂陷期形成的正斷層及其在后期擠壓反轉(zhuǎn)過(guò)程中重新活動(dòng)而伴生的系列斷層;后者平面延伸長(zhǎng)度較短,在時(shí)間振幅切片上可見(jiàn)到明顯的同相軸錯(cuò)段以及兩側(cè)反射特征差異顯著的現(xiàn)象(見(jiàn)圖7B),為走滑斷層;在西部地震剖面上可識(shí)別出規(guī)模較小的花狀斷裂(見(jiàn)圖8),走滑斷裂破碎帶特征明顯(見(jiàn)圖7A)。總之,深部白堊統(tǒng)經(jīng)歷了早期拉張斷陷和后期擠壓反轉(zhuǎn)而產(chǎn)生東西走向斷裂作用外,還受到了走滑斷裂作用。

根據(jù)地震資料,始新統(tǒng)Jaddala組和漸新統(tǒng)Chilou組在構(gòu)造強(qiáng)烈反轉(zhuǎn)期,由于地層隆升作用形成系列無(wú)明顯斷距、平面延伸距離有限、平行于構(gòu)造等高線的似環(huán)狀小斷裂(見(jiàn)圖7C);小層對(duì)比中未發(fā)現(xiàn)有明顯的地層缺失或重復(fù)現(xiàn)象,顯然不發(fā)育具明顯斷距的規(guī)模較大的斷裂。因此,淺層目的層構(gòu)造特征以似環(huán)狀小斷裂發(fā)育和褶皺變形為主,其目前構(gòu)造形態(tài)是在板塊碰撞背景下受到水平擠壓以及地層沿先存的東西走向斷裂重新活動(dòng)而上隆共同作用的結(jié)果。

從構(gòu)造形態(tài)來(lái)看,Sinjar隆起走向受裂陷期發(fā)育的近東西走向正斷裂控制;研究區(qū)淺層?xùn)|部和中部?jī)蓚€(gè)平行的北西西—東東南走向、規(guī)模相對(duì)較大的次級(jí)背斜走向與走滑斷裂基本垂直(見(jiàn)圖2),顯然這兩個(gè)褶皺背斜是構(gòu)造反轉(zhuǎn)過(guò)程中受北北東—南南西方向的區(qū)域擠壓作用形成的。中部褶皺背斜西側(cè)傾沒(méi)端疊加了一規(guī)模較小的NEE走向的背斜,與西南的次級(jí)背斜走向平行,構(gòu)成一斜列褶皺(見(jiàn)圖2)。這兩個(gè)位于研究區(qū)西部深層走滑斷裂破碎帶內(nèi)規(guī)模較小的次級(jí)皺褶樞紐既不垂直也不平行于深部走滑斷裂方向或最大主應(yīng)力方向,其與該區(qū)識(shí)別出的走滑斷裂破碎帶、走滑斷層以及近南北走向裂縫等之間的關(guān)系符合左行力偶造成的扭動(dòng)構(gòu)造組合樣式,顯然不是強(qiáng)烈反轉(zhuǎn)過(guò)程中擠壓褶皺作用的直接產(chǎn)物。

A 深部1 880 ms的振幅時(shí)間切片,注意西側(cè)的雜亂反射帶以及中部明顯的走滑特征;B 沿Shiranish組底界提取的沿層相干體切片,揭示了發(fā)育的近東西走向和北東—西南走向的兩組斷裂系統(tǒng);C 沿Jaddala頂提取的沿層螞蟻體屬性切片,顯示Jaddala—Chilou以平行于構(gòu)造等高線的似環(huán)狀小斷裂發(fā)育為特征 圖7　地震屬性揭示的研究區(qū)斷裂特征 Fig.7　The faulting characteristics in the study area revealed by seismic attributes

3.2構(gòu)造活動(dòng)期次

地層厚度變化信息(見(jiàn)圖2，9)揭示,研究區(qū)中生代裂陷作用結(jié)束后,第三紀(jì)末至第四紀(jì)初的強(qiáng)烈反轉(zhuǎn)期之前至少經(jīng)歷了3次較明顯的小規(guī)模幕式隆升作用,即白堊紀(jì)末期的隆升、Jaddala和Chilou組C～F小層沉積期的隆升以及中新世Dibbane salt沉積期的隆升。這些小規(guī)模的幕式隆升作用包括了研究區(qū)西部扭壓走滑作用引起的褶皺隆升以及研究區(qū)中部及東部水平擠壓形成的褶皺隆升。因此,研究區(qū)中部和東部在現(xiàn)今隆起之上的兩個(gè)規(guī)模較大的褶皺背斜是多期水平擠壓作用的結(jié)果,強(qiáng)烈反轉(zhuǎn)期的上拱隆升作用加劇了這兩個(gè)褶皺的形成。而西側(cè)扭壓走滑作用引起的較小規(guī)模局部褶皺隆升主要活動(dòng)期為Jaddala—Chilou組C～F小層沉積期。很顯然,始新統(tǒng)—漸新統(tǒng)發(fā)育的似環(huán)狀斷裂只能形成于第三紀(jì)末至第四紀(jì)初的強(qiáng)烈反轉(zhuǎn)期地層快速隆升階段。

4裂縫成因

4.1近南北向裂縫

根據(jù)構(gòu)造特征和裂縫發(fā)育特征認(rèn)為,研究區(qū)普遍發(fā)育的平行于最大主應(yīng)力方向、近南北走向這組裂縫的形成主要受控于區(qū)域水平擠壓應(yīng)力場(chǎng)作用產(chǎn)生的橫向擴(kuò)張及剪切作用,總體裂縫發(fā)育程度低,是與褶皺作用相關(guān)的Ⅰ型裂縫或橫張裂縫;同時(shí),在西側(cè)傾沒(méi)端還疊加有深部壓扭走滑作用的影響,雖然控制的裂縫發(fā)育帶較窄,但裂縫發(fā)育程度高,形成了有效的裂縫性油氣儲(chǔ)集層(見(jiàn)圖10)。具體理由有兩點(diǎn)。

1)平行于最大主應(yīng)力方向、近南北走向的這組裂縫在研究區(qū)內(nèi)普遍發(fā)育,但僅西側(cè)有限條帶內(nèi)裂縫發(fā)育程度高,而其他區(qū)域裂縫發(fā)育程度較低。西側(cè)裂縫異常發(fā)育區(qū)與深部走滑斷層控制的走滑破裂帶基本重合。地震資料揭示，該區(qū)深部存在較明顯的北東向走滑斷裂,由下往上走滑作用影響逐漸減弱,這與縱向上研究區(qū)西側(cè)近南北走向的這組裂縫發(fā)育強(qiáng)度由下往上逐漸減弱的特征是相符的,這表明裂縫是受來(lái)自于深層基底卷入的走滑作用控制形成的。其裂縫發(fā)育程度和傾角變化特征體現(xiàn)的地層破裂形式與“走滑斷層破裂形式”的模擬實(shí)驗(yàn)[10]成功再現(xiàn)的扭斷裂的錐形破裂形式是一致的。很顯然,西側(cè)裂縫異常發(fā)育帶是局部構(gòu)造作用疊加于區(qū)域構(gòu)造背景之上的結(jié)果,其他裂縫發(fā)育程度較低區(qū)域的裂縫應(yīng)是區(qū)域水平擠壓作用產(chǎn)生的橫張裂縫及其共軛縫。

2)研究區(qū)西側(cè)近南北走向的這組裂縫與走滑斷裂破碎帶以及其內(nèi)的兩個(gè)次級(jí)皺褶之間的關(guān)系符合平行于最大主應(yīng)力的左行力偶產(chǎn)生的扭動(dòng)構(gòu)造組合樣式(見(jiàn)圖10A,B)。這組裂縫并不垂直于其緊鄰的兩個(gè)次級(jí)褶皺樞紐,顯然它們均是壓扭走滑作用的不同產(chǎn)物,裂縫并不是褶皺作用的結(jié)果。

圖8　穿過(guò)西南褶皺的地震剖面及解釋的走滑斷裂系統(tǒng)(剖面線位置見(jiàn)圖7B) Fig.8　The interpreted strike-slip faults in the seismic profile

A 研究區(qū)Jaddala—Chilou相鄰地層內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖; B 研究區(qū)西部Chilou頂拉平后的Jaddala-Chilou地層結(jié)構(gòu)剖面示意圖 圖9　Jaddala—Chilou地層剖面圖(剖面位置見(jiàn)圖2) Fig.9　The schematic profiles of the Jaddala—Chilou stratigraphic structure

研究區(qū)西側(cè)受深部壓扭走滑作用控制的近南北走向這組裂縫的形成時(shí)間應(yīng)主要集中在Jaddala—Chiou組C ～ F小層沉積期,理由有3點(diǎn)。

1)碳酸鹽巖沉積物的固化作用普遍較早,裂隙作用可以發(fā)生在碳酸鹽巖沉積自淺埋藏之后的任意時(shí)間[11]。據(jù)錄井資料描述，裂縫充填有黏土物質(zhì),這表明裂縫的形成時(shí)間應(yīng)為沉積物形成后不久。

2)西側(cè)走滑斷裂破碎帶縱向上，C～F小層近南北向裂縫最發(fā)育,與C～F小層沉積期該帶壓扭走滑、褶皺隆升這一構(gòu)造階段吻合。

3)裂縫是盆地中流體活動(dòng)的重要通道之一,流體在沿其運(yùn)移的過(guò)程中往往會(huì)與圍巖發(fā)生復(fù)雜的流體-巖石相互作用，從而形成一些充填物,導(dǎo)致部分裂縫被充填。研究區(qū)西側(cè)走滑斷裂破碎帶近南北向裂縫從C小層往上被充填裂縫比例逐漸減少(見(jiàn)表1),反映了下部裂縫曾經(jīng)經(jīng)歷過(guò)廣泛的流體活動(dòng)與物質(zhì)交換,形成時(shí)間早,上部裂縫形成時(shí)間晚的特征。

自第三紀(jì)以來(lái),阿拉伯板塊與歐亞板塊的擠壓碰撞一直就沒(méi)有停止過(guò),擠壓應(yīng)力環(huán)境沒(méi)有發(fā)生改變且持續(xù)至今,目前仍能觀測(cè)到阿拉伯板塊以每年18 mm ±2 mm的速度向北與歐亞板塊聚合[12]。因此,研究區(qū)普遍發(fā)育的與褶皺作用相關(guān)、垂直于背斜樞紐的近南北走向裂縫理論上可形成于同沉積期和沉積后的各個(gè)階段,但根據(jù)構(gòu)造活動(dòng)的強(qiáng)度,最有可能主要形成于強(qiáng)烈反轉(zhuǎn)期。

A 研究區(qū)西部Jaddal—Chilou所有裂縫的走向玫瑰圖; B 研究區(qū)西部主要發(fā)育的近南北向裂縫、深部走滑斷層及破碎帶、西南小規(guī)模雁列褶皺的關(guān)系符合左行力偶造成的扭動(dòng)構(gòu)造組合模式; C 裂縫成因模式圖 圖10　裂縫成因圖解 Fig.10　The genesis deagram of fractures

4.2近東西向裂縫

主要在F ～ G小層局部發(fā)育的近東西走向的這組裂縫傾角以中低角度為主,其特征符合與褶皺作用相關(guān)的Ⅲ型裂縫或部分文獻(xiàn)[13]描述的八字形裂縫(splay joints),應(yīng)是強(qiáng)烈反轉(zhuǎn)期地層快速隆升造成局部層間滑動(dòng)引起的[14](見(jiàn)圖10C);其形成時(shí)間較晚,僅少量裂縫被充填(見(jiàn)表2)。

4.3Ⅱ型裂縫

研究區(qū)不發(fā)育與褶皺作用伴生的縱張裂縫或Ⅱ型裂縫,可能是由于強(qiáng)烈反轉(zhuǎn)過(guò)程中形成的眾多似環(huán)狀小斷裂吸收了巖石的擠壓應(yīng)變,導(dǎo)致地層擠壓和上拱過(guò)程中并沒(méi)有產(chǎn)生有效的巖層彎曲所致。

綜上所述,研究區(qū)西側(cè)受壓扭走滑作用控制的近南北走向這組裂縫的形成早于中東部主要褶皺、似環(huán)狀斷裂以及普遍分布的垂直于背斜樞紐的主要橫張裂縫或Ⅰ型裂縫的形成時(shí)間。構(gòu)造強(qiáng)烈反轉(zhuǎn)期,地層上拱隆升,褶皺變形的進(jìn)一步加劇,似環(huán)狀小斷裂的發(fā)育,主要的橫張裂縫的形成以及局部分布的近東西向裂縫的形成可能是同步的。在板塊擠壓背景下,也不排除其他階段兩種成因的近南北向裂縫形成的可能。因此,研究區(qū)發(fā)育的裂縫是多種構(gòu)造作用和多期構(gòu)造活動(dòng)疊加的結(jié)果。

5幾點(diǎn)啟示

1)在類(lèi)似復(fù)雜的構(gòu)造背景下,由于多種構(gòu)造作用、多期構(gòu)造活動(dòng)的疊加和相互影響,會(huì)減弱或增強(qiáng)某組裂縫的發(fā)育程度,其裂縫分布與常見(jiàn)的裂縫分布模式有一定的差異。因此,在復(fù)雜構(gòu)造背景下,只有正確分析構(gòu)造演化歷史,各種構(gòu)造作用與裂縫的關(guān)系,各裂縫組系形成時(shí)間,裂縫成因等,并采取適用的理論方法,才有可能對(duì)裂縫的分布做出較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè),從而指導(dǎo)油氣勘探生產(chǎn)。正如本例,如果采用構(gòu)造曲率方法來(lái)預(yù)測(cè)裂縫的分布,顯然會(huì)得到錯(cuò)誤的結(jié)論,必將誤導(dǎo)鉆井井位部署。

2)利用大斜度井資料統(tǒng)計(jì)的裂縫傾角和裂縫密度值明顯高于利用小斜度井統(tǒng)計(jì)的結(jié)果,這表明大斜度井鉆遇高角度裂縫的幾率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于小斜度井。因此,對(duì)于裂縫性油氣藏的開(kāi)發(fā)應(yīng)盡量采用大斜度井或水平井開(kāi)發(fā)。由于直井鉆遇高角度裂縫的幾率最小,勘探初期利用直井來(lái)評(píng)價(jià)地下儲(chǔ)層裂縫發(fā)育程度時(shí)應(yīng)慎重(尤其是初期未鉆遇良好的裂縫性儲(chǔ)層時(shí)),以免漏掉具有勘探潛力的區(qū)塊。

3)深水致密沉積物雖然孔隙性儲(chǔ)層不發(fā)育,儲(chǔ)集性能差,但經(jīng)構(gòu)造作用改造后可形成良好的裂縫圈閉,若處于油氣運(yùn)移的路徑上則可形成一定規(guī)模的油氣聚集,具有良好的勘探潛力。除深水碳酸鹽巖外,眾多陸相湖盆深水沉積環(huán)境廣泛發(fā)育暗色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖等,如果受構(gòu)造作用強(qiáng)烈影響,可形成大量裂縫并成為裂縫性儲(chǔ)層;由于緊鄰烴源巖,易于成為油氣聚集的有利場(chǎng)所。今后應(yīng)加強(qiáng)這一領(lǐng)域的油氣勘探，而研究局部構(gòu)造及其對(duì)致密沉積物的改造作用是取得成功的關(guān)鍵。

6結(jié)論

具反轉(zhuǎn)構(gòu)造成因的Sinjar隆起西翼始新統(tǒng)Chilou組—漸新統(tǒng)Jaddala組發(fā)育的近南北走向有效裂縫與反轉(zhuǎn)隆起及主要褶皺無(wú)成因關(guān)系,而是由基底卷入的局部壓扭走滑構(gòu)造作用控制形成。反轉(zhuǎn)隆升過(guò)程中形成了與褶皺相關(guān)的橫張裂縫或Ⅰ型裂縫,并局部發(fā)育由層間滑動(dòng)引起的低角度Ⅲ型裂縫,但均未形成有效的裂縫性儲(chǔ)層。強(qiáng)烈反轉(zhuǎn)過(guò)程中地層隆升形成的似環(huán)狀斷裂吸收了巖石的擠壓應(yīng)變變形,導(dǎo)致地層擠壓和上拱過(guò)程中并沒(méi)有產(chǎn)生有效的巖層彎曲,因而平行于主要褶皺樞紐的縱張裂縫或Ⅱ型裂縫不發(fā)育。

這一實(shí)例對(duì)于復(fù)雜構(gòu)造背景下的裂縫性儲(chǔ)層研究,裂縫性油氣藏開(kāi)發(fā)的井軌跡優(yōu)化,致密儲(chǔ)層領(lǐng)域的油氣勘探等具有重要的啟示。

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(編輯雷雁林)