唐 穎，樊太亮，張 濤，王 喆,鄭元超

[1.中國地質大學(北京) 能源學院，北京 100083； 2.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；3.西南石油大學 地球科學與技術學院，四川 成都 610500]

構造運動對扎格羅斯前陸盆地白堊系碳酸鹽巖儲層的影響
——以Y油田為例

唐 穎1，樊太亮1，張 濤2，王 喆3,鄭元超1

[1.中國地質大學(北京) 能源學院，北京 100083； 2.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；3.西南石油大學 地球科學與技術學院，四川 成都 610500]

以扎格羅斯前陸盆地東北部的Y油田白堊系碳酸鹽巖儲層為例，利用巖心、薄片樣品、成像測井和三維地震資料，探討構造運動對碳酸鹽巖儲層成巖作用、裂縫發(fā)育以及熱液流體活動的影響。研究表明，晚白堊紀至全新世的構造運動對Y油田白堊系碳酸鹽巖儲層影響最重要。構造運動期間地殼抬升，地層遭受剝蝕、風化等作用從而發(fā)育不整合面，不整合面以下的儲層受溶蝕作用改造顯著。而阿拉伯板塊與歐亞板塊碰撞發(fā)生的褶皺作用和逆沖作用在儲層內部生成大量裂縫，裂縫的密度和位置受褶皺、斷層以及巖性的共同影響。裂縫主要發(fā)育在褶皺的軸部和翼的尾部以及斷裂附近，白云巖的裂縫密度明顯大于灰?guī)r的。構造運動還控制了Y油田內熱液流體活動，斷層是熱液流體進入Y油田的主要通道，熱液白云化作用主要發(fā)生在靠近斷裂或裂縫帶的地塹內。探討構造運動對碳酸鹽巖儲層的影響，有利于預測定位研究區(qū)的優(yōu)質儲層，優(yōu)化油田的生產(chǎn)部署。

構造運動；溶蝕作用；裂縫；熱液白云巖；白堊系；扎格羅斯前陸盆地

扎格羅斯前陸盆地碳酸鹽巖儲層具有極其豐富的油氣資源，其中可采儲量超過6 820×104t的大油田有32個[1-2]。Y油田位于阿拉伯板塊東北部扎格羅斯前陸盆地中的輕微褶皺帶內，是一個典型碳酸鹽巖背斜圈閉油藏，其白堊系儲層為裂縫型和裂縫-孔隙型碳酸鹽巖儲層。從前寒武紀晚期阿拉伯板塊基底克拉通開始，該油田經(jīng)歷了漫長但比較簡單的演化史：古生代—三疊紀，阿拉伯板塊處于被動陸緣環(huán)境；晚白堊世-古近紀漸新世，阿拉伯板塊由被動陸緣轉化為活動陸緣向歐亞板塊俯沖，發(fā)生碰撞形成扎格羅斯前陸盆地；從古近紀中新世至今仍活躍的褶皺逆沖作用造就了現(xiàn)在的Y油田[3—4]。不少學者認為構造運動對碳酸鹽巖儲層的影響是極其深刻且顯著的。Saller研究發(fā)現(xiàn)埋藏后的碳酸鹽巖會因地殼抬升至地表，與不整合面伴生和與大氣淡水接觸后發(fā)生溶蝕作用[5]。呂修祥認為，在海相碳酸鹽巖儲層中構造運動控制了與斷層相伴生的裂縫的發(fā)育以及與斷層關系密切的熱液流體活動[6]。然而，構造運動控制碳酸鹽儲層發(fā)育的機理是十分復雜的，其受巖性、斷層、裂縫與構造樣式等多方面因素相互作用和影響，需要進一步的思考和剖析。因此本文以Y油田為例，綜合利用豐富的巖心、實驗、測井和地震資料，以碳酸鹽巖儲層地質學和構造地質學等學科為指導，深入探討構造運動對白堊系碳酸鹽巖儲層的影響，希望可以豐富深化碳酸鹽巖儲層地質學并為預測定位優(yōu)質儲層提供理論依據(jù)。

1 晚白堊世至今的構造演化史

Y油田所在的扎格羅斯前陸盆地位于阿拉伯板塊的東北邊緣(圖1)，其從白堊紀至今所經(jīng)歷的構造運動有：在晚白堊世土侖期-古近紀始新世期間，阿拉伯板塊東北邊界開始向歐亞板塊邊界斜向俯沖，造成阿拉伯板塊東北邊緣的蛇綠石和石灰?guī)r推覆在大陸邊緣上和新特提斯洋逐漸閉合；在古近紀漸新世時，阿拉伯板塊與亞歐板塊的發(fā)生碰撞和匯聚；古近紀中新世，扎格羅斯褶皺開始上升，其后與板塊碰撞事件相關并且活躍至今的的褶皺作用和逆沖作用形成了現(xiàn)在的扎格羅斯前陸盆地[7-8]。位于阿拉伯板塊東北邊界的前陸盆地自東北至西南可以劃分為3條走向平行的構造單元，分別是推覆帶、強烈褶皺帶和輕微皺褶帶，其中Y油田就位于輕微褶皺帶內。褶皺帶表現(xiàn)為一條條平行于板塊碰撞邊界的寬緩箱型背斜，長軸長度在5～30 km，并且被一條條狹窄且深的向斜隔開。這些背斜都是極好的油氣聚集場所，加之輕微褶皺帶深部發(fā)育多套烴源巖以及分布廣泛穩(wěn)定的蓋層，使得該區(qū)域具有極其豐厚的油氣蘊藏量和良好的勘探前景[9]。

圖1 扎格羅斯前陸盆地Y油田位置Fig.1 Location map of Y oilfield in the Zagros Foreland Basin

2 白堊系碳酸鹽巖儲層特征

扎格羅斯輕微褶皺帶長期穩(wěn)定的大地構造環(huán)境和完備的生儲蓋組合(圖2)使得Y油田石油開采潛力巨大。上侏羅統(tǒng)的Sargelu組和Naokelekan組是油田的烴源巖。保存完好且分布穩(wěn)定的中新世Lower Fars組的蒸發(fā)巖是油田的蓋層[10-12]。油田的儲層位于白堊系，自上而下分為3個組?？才疗?麥斯里希特期的Shiranish組，其巖性主要為淺灰色-深褐色灰?guī)r和泥灰?guī)r，沉積于較深水陸棚環(huán)境且因受到外部細粒陸源物質的影響，泥質含量較多(10%～20%)。該組的基質孔隙度低(孔隙度<3%)(圖3)，但裂縫發(fā)育程度高，主要儲集空間是部分充填-未充填構造裂縫，日產(chǎn)油可達1 700 t。土倫期—桑托期的Kometan組，巖性主要為淺灰色-灰褐色泥晶灰?guī)r，含多種浮游有孔蟲，屬于正常外陸棚較深水環(huán)境，巖性較純，基質致密(孔隙度<3%)(圖3)，部分區(qū)域因遭受熱液改造為白云巖，裂縫是該組主要的儲集空間，日產(chǎn)油2 200 t。阿普第期-阿爾必期的Qamchuqa組，屬于局限澙湖相沉積，這個組的巖性從下至上表現(xiàn)為白云巖、灰?guī)r或泥灰?guī)r與白云巖互層、白云巖，Qamchuqa組是Y油田白堊系儲層中最重要的儲層，儲集空間主要包括裂縫、溶蝕作用形成的孔洞、鑄?？住⒘热芸?、粒間溶孔以及晶間孔等類型，這些儲集空間孔隙度高(孔隙度范圍是2%～25%，平均為12%)(圖3)，裂縫發(fā)育，屬于孔隙-裂縫型儲層，日產(chǎn)油可達2 600 t[13]。

3 構造運動對碳酸鹽巖儲層的影響

3.1 構造運動對成巖作用的影響

構造運動在Y油田區(qū)域十分活躍，地殼經(jīng)常發(fā)生抬升，地層暴露在地表，容易遭受剝蝕、風化及大氣淡水淋濾作用，從Shiranish組到Qamchuqa組，地層之間均存在不整合面(圖2)[14]。不整合面以下的儲集體均受到不同程度的改造(主要是溶蝕作用)。由于白云巖受大氣水淋濾的特殊性影響，以Qamchuqa組頂部即不整合面以下50 m以內的儲層遭受溶蝕改造最為明顯，在鏡下經(jīng)常可以觀察到不穩(wěn)定的顆粒(白云巖、長石等)溶解后形成的次生孔隙，并且以溶蝕晶間孔和小溶洞(溶孔直徑<5 mm)為主(圖4a,b)。溶蝕作用對碳酸鹽巖的儲集能力和滲流能力均有改善效果，Qamchuqa組頂部的Q1小層儲層孔隙度很高(圖4c)，一般為15%～20%，明顯大于其下部的孔隙度，滲透率也較大，一般在0.01× 10-3μm2～10× 10-3μm2。

圖2 扎格羅斯前陸盆地Y油田地層綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive stratigraphic column of Y oilfield in the Zagros Foreland Basin

圖3 扎格羅斯前陸盆地Y油田白堊系碳酸鹽巖儲層物性特征Fig.3 Petrophysical properties of Cretaceous carbonate reservoirs in Y oilfield，the Zagros Foreland Basin

3.2 構造運動對裂縫的影響

漸新世至全新世期間發(fā)生的阿拉伯板塊和歐亞板塊的碰撞及其伴隨的褶皺和逆沖作用對Y油田構造圈閉和裂縫的形成至關重要。Y油田受到WE-SW向的擠壓作用使其表現(xiàn)為一個兩翼不對稱的NW-SE走向的背斜，并且在背斜頂部發(fā)育了數(shù)條平行于背斜軸部走向(NW-SE)的張性大斷層，剖面呈地壘-地塹構造樣式。背斜的兩翼各被一條大的逆斷層所截斷(圖5)，這兩條逆斷層對Y油田白堊系內油氣側向運移起到了封堵作用，加之上部發(fā)育有分布穩(wěn)定的LowerFars組蒸發(fā)巖，使得Y油田成為具有一個條件良好的背斜構造圈閉[15-16]。在褶皺受到擠壓的過程中，在褶皺內還生成了與最大水平地應力方向(NE-SW)平行的張性縫，這些裂縫主要分布于斷層附近和背斜的軸部和端部。裂縫是Y油田重要的儲集空間和流體的運移通道，尤其在巖性致密的Shranish組和Kometan組，裂縫分別能提供100%和88%以上的產(chǎn)量[11]。因此研究Y油田內裂縫密度、發(fā)育位置與走向等特征，對指導油田開發(fā)生產(chǎn)有重要意義。

圖4 扎格羅斯前陸盆地Y油田溶蝕作用對Qamchuqa組頂部儲層(Q1小層)改造明顯Fig.4 Figures showing the top of Qamchuqa Formation has undergone serious dissolution in Y oilfield,the Zagros Foreland Basina. AA-05井，埋深2 030.48 m，Q1，顆粒幾乎完全被溶蝕，形成次生大孔隙；b. AA-08井，埋深2 034.3 m，Q1，長石的部分溶解形成次生孔隙；c. AA-07井單井地層綜合柱狀圖，Qamchuqa組頂部儲層的孔隙度明顯比下部儲層的大

圖5 扎格羅斯前陸盆地Y油田油藏構造剖面示意圖Fig.5 Structural section of Y oilfield in the Zagros Foreland Basin

Y油田的裂縫按發(fā)育規(guī)?？梢苑譃榇笮蓚€級別。大級別裂縫(即裂縫帶和斷層)，間隔從數(shù)百米到幾公里，與區(qū)域構造應力有關，裂縫可以貫穿儲層甚至整個油藏，具有高滲透特征，可以作為流體運移通道。小級別裂縫以彌散狀的離散裂縫的形式存在于儲層中，間隔從幾厘米到幾米。小級別的縫又可以分為構造縫和非構造縫。構造縫是本文研究的重點，其形成完全受構造運動和構造應力的影響，分布規(guī)律性較好，與斷層的相對距離、褶皺與巖性關系密切；而非構造縫不受構造運動和構造應力的影響，分布規(guī)律性差，且極易被方解石等充填成為無效的充填縫。Y油田是典型的背斜構造，構造縫以垂直縫(75°～90°)為主，特別在背斜軸部均發(fā)育垂直的張開縫；縱向裂縫向背斜翼部逐漸過渡為高角度斜交縫(45°～75°)和低角度斜交縫(15°～45°)，水平縫(0°～15°)的發(fā)育在構造縫當中相對較弱(圖6)。

圖6 扎格羅斯前陸盆地Y油田AA-11井成像測井解釋結果Fig.6 Imaging logging interpretation of AA-11 well in Y oilfield,the Zagros Foreland Basin

斷層、褶皺與巖性對構造縫發(fā)育的控制非常明顯。利用Murray的曲率法研究構造裂縫，發(fā)現(xiàn)在越靠近斷層區(qū)域發(fā)育的裂縫數(shù)量越多，并且發(fā)現(xiàn)其走向與斷層走向大致平行(圖5c,圖7a，圖7b)，說明裂縫的力學性質與鄰近的斷層的力學性質類似，都受控于同一應力場[17-18]。褶皺對裂縫發(fā)育程度的控制表現(xiàn)為在應力集中的構造彎曲部位(構造主曲率較大部位)，易生成裂縫，因此褶皺的軸部和端部發(fā)育的裂縫數(shù)量明顯比翼部的多(圖7a—c)[19]。對Y油田有裂縫測井數(shù)據(jù)的井進行統(tǒng)計(圖7d)發(fā)現(xiàn)，裂縫密度發(fā)育最多的層段是Qamchuqa組，其次是Kometan組和Shiranish組，裂縫密度隨深度逐漸變大，這一方面是因為從S層向下斷層逐漸變多(圖5)，而斷裂附近區(qū)域應力擾動活躍通常是裂縫發(fā)育帶，裂縫的密度與斷層的數(shù)量呈正比；另一方面是因為脆性組分高的巖石比脆性組分低的巖石在構造活動中更容易發(fā)生破碎，從而具有更高的裂縫密度。Qamchuqa組本身就是一大套以白云巖為主，偶見與灰?guī)r互層的儲層；Komatan組以灰?guī)r為主，只有受到熱液改造的區(qū)域才出現(xiàn)白云巖；Shiranish組為一大套巖性致密的含泥灰?guī)r。而白云巖與灰?guī)r比脆性更強，在應力的擠壓下更容易發(fā)生破碎，統(tǒng)計不同巖性內的裂縫密度也證實了這一點(圖7e)[20-21]。構造運動中地應力對構造縫走向控制明顯，裂縫有兩組走向：一組以NE-SW向與最大水平應力方向平行的裂縫為主，多為張開縫(圖7f)；另一組則是與最小水平應力方向平行的NW-SE向裂縫，與背斜軸部走向、大斷層發(fā)育的方向一致。

圖7 扎格羅斯前陸盆地Y油田儲層裂縫發(fā)育部位、密度及玫瑰花圖Fig.7 Location,density and rose diagram of reservoirs fracture in Y oilfield,the Zagros Foreland Basina. Shiranish組頂面主曲率圖；b. Kometan組頂面主曲率圖；c. Qamchuqa組頂面主曲率圖；d. S,K和Q組內各井的裂縫密度；e. 白云巖和灰?guī)r中的裂縫密度；f.地應力方向控制構造縫走向

3.3 構造運動對熱液流體活動的影響

構造運動對Y油田的熱液流體活動也有一定的影響，在Kometan組靠近生長斷層或裂縫帶分布的地塹內，會發(fā)現(xiàn)致密灰?guī)r被熱液流體改造為低孔白云巖(0<孔隙度≤5%)或中孔白云巖(5%<孔隙度≤10%)的痕跡。這種白云巖的流體包裹體的均一溫度在85～105 ℃，明顯高于Kometan組經(jīng)歷的最高溫度60 ℃，證實了白云巖是熱液成因的[12]。熱液流體活動與生長斷層的活動關系十分密切。張濤通過地塹和地壘內的鉆井資料來計算生長斷層的生長指數(shù)，認為生長斷層的活動時間主要發(fā)生在Shiranish組沉積期的早期，即白堊紀的中晚期，這個時期作為熱液流體通道的斷裂體系呈張性或張扭性，斷層的活動時間也正是熱液流體活動的時間[22-23]。在巖心上觀察熱液白云巖表現(xiàn)為充填裂縫的粗晶白云巖(圖8a)，且在白云巖上局部會發(fā)育一些小孔洞(圖8b)。在顯微鏡下表現(xiàn)為孔-縫充填具有尖頂?shù)陌靶伟自剖w(圖8c)，這種鞍形白云石是熱液白云巖的標志型礦物之一[24]。另外，在鏡下經(jīng)?？梢钥吹奖话自剖涮畹某尸F(xiàn)網(wǎng)絡形態(tài)的裂縫(圖8d)，也說明裂縫是熱液流體運移的通道之一。

大量文獻和實例表明，熱液流體大規(guī)模運移以及由此引起的一系列地質作用都與活躍的構造運動有關[25-27]。通過查閱前人研究和大量巖心、鏡下觀察，可以推斷Y油田的熱液白云巖化的模式(圖9)。在古近紀時期，阿拉伯板塊與亞歐板塊之間發(fā)生碰撞，隨后發(fā)生的大量的褶皺，與逆沖作用，使得Y油田白堊系油藏內部發(fā)育了數(shù)條貫穿油藏的斷層和大量的裂縫。白堊紀中晚期生長斷層開始活動，斷層和裂縫成為流體運移的良好通道，油藏深部熱液流體通過這些通道上涌，熱液進入致密的灰?guī)r中，并且在發(fā)育斷裂和裂縫處發(fā)生了白云化作用。熱液流體可以反復向通道里充注，形成了白色純凈的馬鞍狀白云石[28]。熱液流體對于Kometan組儲層質量的改造具有非常重要的積極作用：一方面熱液白云巖中發(fā)育的裂縫密度高于致密的宿主灰?guī)r的裂縫密度，Komatan組儲層的滲流能力大大提高；另一方面熱液白云石的晶間孔隙明顯大于灰?guī)r的晶間孔隙，儲層的儲集空間也會增大(熱液白云巖孔隙度平均值可比灰?guī)r的孔隙度平均值大8%)。

4 結論

1) 扎格羅斯前陸盆地是經(jīng)過漫長多期的構造運動形成的。對于其內部的Y油田而言，晚白堊紀至全新世期間的構造運動,對Y油田白堊系碳酸鹽巖儲層的成巖作用、裂縫主要發(fā)育的部位和密度以及熱液流體活動都有顯著影響。

2) 構造運動對Y油田碳酸鹽儲層成巖作用的影響表現(xiàn)在：地殼抬升，地層暴露受剝蝕、風化等作用形成不整合面。不整合面以下的儲層受溶蝕作用明顯，孔隙空間和滲流能力均有提高。

3) 構造運動是Y油田內裂縫形成的主要原因。構造縫受構造運動和應力影響最明顯，其發(fā)育受褶皺、斷層以及巖性的共同影響。構造縫主要發(fā)育在褶皺轉折處以及斷裂附近，且隨著Shranish組下部斷層和白云石含量逐漸增多，裂縫密度呈現(xiàn)出隨深度加深而變大的趨勢。構造運動中地應力控制構造縫的走向，兩組走向的裂縫分別平行于最大水平應力方向和最小水平應力方向。

圖8 扎格羅斯前陸盆地Y油田AA-09井巖心和顯微鏡下觀察到的熱液白云巖Fig.8 Hydrothermal dolomite observed in drilling cores and microscope(well AA-09) of Y oilfield,the Zagros Foreland Basina. K1段，埋深1 991.15 m，裂縫被粗晶白云巖充填；b. K1段，埋深1 990.30 m，裂縫被白云巖充填，白云巖內有小孔洞；c. K1段，埋深1 991.20 m，鞍形白云石晶體被后期裂縫切割；d. K1段，埋深1 990.20 m，被白云石充填的呈現(xiàn)網(wǎng)絡形態(tài)的裂縫

圖9 扎格羅斯前陸盆地Y油田熱液白云巖的發(fā)育模式Fig.9 Genetic model of hydrothermal dolomitization in Y oilfield，the Zagros Foreland Basin

4) 熱液流體活動的時間與生長斷層活動的時間一致。斷層和裂縫是熱液流體運移的通道，熱液白云巖發(fā)育在Kometan組靠近生長斷層或裂縫帶分布的地塹內。巖心上的粗晶白云巖和顯微鏡下的鞍形白云石是熱液白云巖的標志型礦物。熱液改造對Kometan組儲層質量具有積極的改善作用。

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(編輯 董 立)

Influence of tectonic movement on Cretaceous carbonate reservoirs in the Zagros Foreland Basin：A case study of Y oilfield

Tang Ying1,Fan Tailiang1,Zhang Tao2,Wang Zhe3,Zheng Yuanchao1

[1. School of Energy Resources，China University of Geosciences (Beijing)，Beijing 100083，China;2.PetroleumExplorationandProductionResearchInstitute，SINOPEC，Beijing100083，China;3.SchoolofGeoscienceandTechnology，SouthwestPetroleumUniversity，Chengdu，Sichuan610500，China]

On the basis of drilling cores,thin sections,imaging logging and 3D seismic data,the study discusses the effects of tectonic movement on diagenesis,fractures development and hydrothermal fluid activities of carbonate reservoirs in Y oilfield of the northeastern Zagros Foreland Basin.Tectonic movements from the late Cretaceous to the Holocene have most significant effect on the Cretaceous carbonate reservoirs in Y oilfield.During this period,because of compressional uplift,target strata were heavily eroded and weathered,which leads to development of an unconformity surface.Reservoirs below the surface suffered from severe dissolution.With the collision between Arabian plate and the Eurasian plate,and resultant folding and thrusting induced formation of fractures within reservoirs.Density and location of fractures were influenced by the intensity of folding and faulting,but also related to lithology.Fractures were mainly developed in the area around faults,and along fold axis or the lower end of fold limbs.In terms of lithology,fracture density in dolomite is obviously higher than that in limestone.Tectonic movements also controlled the hydrothermal fluid activities in Y oilfield.The faults are the main pathways of hydrothermal fluid into Y oilfield.Hydrothermal dolomitization occurred in grabens close to faults or fracture zones.Discussing the influence of tectonic movements on carbonate reservoir is beneficial for predicting and locating high-quality reservoirs in the study area,and optimizing production deployment of the oilfield.

tectonic movement，dissolution，fracture， hydrothermal dolomitization，Cretaceous， Zagros Foreland Basin

2015-10-16;

2016-10-13。

唐穎(1989—)，女,博士研究生，碳酸鹽巖儲層地質學。E-mail:tangying330@126.com。

樊太亮(1961—)，男,教授、博士生導師，層序地層學及隱蔽油氣藏勘探理論與技術。E-mail:fantl@cugb.edu.cn。

國家科技重大專項(2011ZX05031-002)。

0253-9985(2016)06-0944-08

10.11743/ogg20160616

TE122.1

A