断裂－砂体复合输导体系输导效率的定量评价——以库车前陆盆地北带白垩系为例

尚晓庆，刘洛夫，高小跃姜振学，刘国东，曾丽媛 （中国石油大学 （北京）油气资源与探测国家重点实验室 中国石油大学 （北京）盆地与油藏研究中心，北京102249）

断裂－砂体复合输导体系输导效率的定量评价
——以库车前陆盆地北带白垩系为例

尚晓庆，刘洛夫，高小跃姜振学，刘国东，曾丽媛 （中国石油大学 （北京）油气资源与探测国家重点实验室 中国石油大学 （北京）盆地与油藏研究中心，北京102249）

作为库车前陆盆地北带白垩系油气成藏的主控因素之一，断裂－砂体复合输导体系的输导能力是决定油气能否成藏以及成藏规模的重要条件。在对研究区输导体系研究的基础上，选取适合前陆盆地输导体系的公式，分别计算了逆冲断裂和砂体输导体系的输导效率；同时对不同构造带输导体系的组合方式进行研究，拟定不同区带断裂、砂体输导体系对油气输导的贡献量。最后提出用权重法计算断裂－砂体复合输导体系输导效率的模型公式，并对研究区的复合输导效率进行评价。研究表明：受到沉积作用和山前构造挤压的双重控制，断裂－砂体复合输导体系的输导能力呈现出带状展布的特征，与已发现气藏具有较好的相关性，证明该模型公式对于天然气勘探具有一定的指导意义。其中，克拉地区断裂－砂体复合输导体系的相对输导系数大于90×10－2，是研究区输导条件最为有利的区域，其次为大北地区，再次为迪那地区。

输导效率；复合输导体系；白垩系；库车前陆盆地北带

中国中西部广泛发育着具有挤压构造背景的中新生代前陆盆地，这些前陆盆地具有相似的油气地质特征，如具有多套储盖组合，下生上储的特点，断层是沟通下部烃源岩和上部储层的通道等［1］。因此，油气沿断裂垂向输导和沿砂体侧向输导的能力是影响前陆盆地天然气成藏的一个重要因素，决定了油气在何处成藏和成藏的规模。前人对于前陆盆地逆冲断层以及砂体输导体系的输导效率进行过一些研究［2］，提出了相应的计算模型［3，4］。但是，在含油气系统里，输导体系并非只以单一类型存在，常以几种组合方式构成复合输导体系。库车前陆盆地的输导体系多以断裂－砂体复合输导体系的形式存在，但对复合输导体系输导效率的定量评价方面的研究则较少。笔者旨在通过对库车前陆盆地北带白垩系断裂、砂体输导体系的研究，对断裂－砂体复合输导体系输导效率的计算方法进行探讨，建立相关模型，评价其输导性能，以期对前陆盆地油气成藏研究和有利勘探区预测起到有益的指导作用。

1 区域地质背景

库车前陆盆地是在元古界和古生界基底上发展起来的中、新生代前陆盆地。由于受喜马拉雅造山作用的影响，在库车前陆盆地形成了一系列逆冲断层和与之相伴的褶皱构造，从而形成了现今 “四带三凹”的构造格局。库车前陆盆地北带主要包括北部单斜带、克拉苏构造带、依奇克里克构造带、东秋里塔格构造带和阳霞凹陷、拜城凹陷，该次重点研究的地区为克拉苏构造带东部的克拉地区、西部的大北地区以及东秋里塔格构造带的迪那地区 （图1）。

库车前陆盆地北带的储层主要为白垩系、古近系，其次为侏罗系。白垩系巴什基奇克组 （K1bs）储集层为辫状河三角洲前缘亚相砂体，厚度大，物性好，为库车前陆盆地的主力储层，也是该次研究的目的层。来自三叠系、侏罗系烃源岩的油气若要进入白垩系聚集成藏，就必须克服侏罗系上部和白垩系下部泥岩层的阻隔，这就使得沟通下伏烃源岩和上覆圈闭的断裂成为油气成藏的必要条件。以断裂垂向输导为主，砂体侧向输导为辅的输导体系是白垩系油气藏形成的关键因素之一。因此，断裂－砂体复合输导体系输导效率的评价是库车前陆盆地北带白垩系油气成藏研究中最为重要的环节之一。

图1 库车前陆盆地北带区域位置及构造分区

2 断裂和砂体输导系数及其物理意义

2.1 断裂输导系数

国内外学者从不同的角度对断裂的输导作用进行了大量的研究，包括断裂带内部的微观结构特征、断层的封闭性、断裂输导流体的动力学机理、断裂带流体活动特征的识别、影响断裂输导能力的因素等［5～9］。孙永河、吕延防等［10］对断裂的输导效率进行了研究和探讨，指出断裂的输导能力主要受断裂带宽度、断裂密度、延伸长度和断层倾角的影响。因此，提出用断裂的输导系数来定量表征其输导能力，并将这一参数应用于库车前陆盆地北带和准南褶皱冲断带［4，11］：

式中，R断为断裂输导系数；Ci为水力半径，km；Li为第i条断裂延伸长度，km；Hi为断裂的断距，km；Ti为断裂带宽度为第i条断裂倾角，（°）；S为研究区面积，km2，取10km×10km为一个计算单元；n为断裂条数。

2.2 砂体输导系数

作为库车前陆盆地油气侧向运移的主要通道，砂体的输导能力是影响输导体系输导能力的另一个关键因素。砂体输导体系的输导能力在微观上主要受砂体的连通性和物性影响［12，13］。前人运用砂体厚度和孔隙度来表征砂体的输导能力［14］，而该次研究采用有油气显示层段的砂体及其孔隙度来计算输导系数。这是因为有油气显示表明油气曾沿其运移过，为有效输导通道。因此，定义砂体中油气显示层段的厚度和孔隙度的乘积为砂体的输导系数，表征的是油气运移的有效空间：

式中，R砂为砂体的输导系数；hj为第j段砂体有油气显示层段的厚度，m；Kj为第j段砂体有油气显示层段的孔隙度，%；N为砂体内有油气显示层段的数量。

3 断裂－砂体复合输导体系的输导系数及高效输导区分布预测

3.1 断裂输导

只有断穿侏罗系、白垩系巨厚泥岩隔层，沟通下伏烃源岩与白垩系圈闭，且未断穿古近系膏盐岩盖层的盐下断裂，才具有输导意义。因此，此次仅针对该类断裂进行研究。研究表明，库车前陆盆地北带白垩系油气成藏受控于断裂，主要表现为：①目前已发现的油气藏均沿断裂分布；②断裂发育的规模（断距、断裂密度、断裂带宽度、延伸长度等）和产状 （倾角等）与油气地质储量有明显的正相关关系，断层断穿的层位控制了油气分布的层位；③油气成藏的圈闭多是与断层相关的圈闭。

输导效率的高低与盐下断裂的分布密切相关，输导效率高值区分布在主干断裂附近且断裂密集的地区 （图2）。克拉地区的断层断距、倾角大，在克拉1井－克拉2井一线输导系数大于700×10－4，输导效率最高，为研究区最有利的断裂输导区域；其次为大北地区，在大北104井附近输导系数大于200×10－4。这些地区断裂输导油气的能力相对较好，有利于油气沿盐下断裂发生垂向运移，是白垩系油气成藏的有利条件。研究区主要气田大都分布在高效输导体系范围内，说明断裂输导体系对天然气成藏起着重要的控制作用。

图2 库车前陆盆地北带白垩系断裂输导系数平面分布图

3.2 砂体输导

白垩系巴什基奇克组是库车前陆盆地北带的主力储集层之一，砂体厚度大、延伸范围广、物性好，也是油气侧向运移的重要通道。有油气显示的层段表明油气曾沿其运移过，所以认为油气显示段的砂体为有效输导层。白垩系巴什基奇克组有效输导层的累计厚度在1～211m，范围变化很大，大部分位于50～100m。其中克拉地区大部分井的有效输导层的累计厚度大于200m，厚度最大；大北地区次之，基本上都介于50～150m之间；迪那地区有效输导层累计厚度相对较小，总体上小于100m。受研究区北部南天山物源的控制，研究区的砂体厚度及物性自北向南逐渐减小，这就使得自物源区向凹陷区砂体输导能力也依次减弱。将输导系数大于500的地区作为高效输导区，高效输导区主要分布在克拉地区的克深2井－克拉205井，大北地区的大北2井－大北3井，迪那地区的迪那201井附近。总体上，克拉地区的砂体输导能力最强，其次为大北地区，再次为迪那地区 （图3）。

图3 库车前陆盆地北带白垩系巴什基奇克组砂体输导系数平面分布图

3.3 断裂－砂体复合输导体系的输导系数

3.3.1 系数模型

尽管库车前陆盆地北带输导体系总体特征是以断裂输导为主，砂体输导为辅，但是不同地区断裂和砂体的发育特征及组合方式不同，对油气运移的相对贡献量不同，进而影响了断裂－砂体复合输导体系的输导能力。

因此，在研究断裂－砂体复合输导体系的输导能力时，首先应将断裂、砂体的输导系数进行归一化，将其归一化到0和1之间，获得相对输导系数；然后按照不同地区断裂、砂体输导能力的差异，赋予不同的权重系数，最终得出断层－砂体复合输导体系的相对输导系数 （表1）。

表1 库车前陆盆地北带白垩系断裂－砂体复合输导体系输导系数

1）断裂的相对输导系数：

式中，R断r为断裂的相对输导系数；R断i为第i个研究分区的断裂输导系数；R断max为研究区最大的断裂输导系数。

2）砂体的相对输导系数：

式中，R砂r为砂体的相对输导系数；R砂i为第i个研究分区的砂体输导系数；R砂max为研究区的最大砂体输导系数。

3）断裂 －砂体复合输导系数：

式中，Rr为断裂－砂体复合输导体系的相对输导系数；f断为断裂输导所占权重，取值0～1；f砂为砂体的输导所占的权重，取值0～1。

3.3.2 权重的选取

权重主要反映断裂、砂体对油气运移的相对贡献量。影响断裂、砂体输导性能的因素主要包括以下几个方面：①断层的密度；②断层的倾角、断距；③砂体的发育程度和物性。断裂密度越大、倾角、断距越大，其输导能力越强。砂体越发育、物性越好，其侧向运移的距离远，砂体的输导性能就越好。因此，可以根据不同构造带断裂和砂体输导体系的发育特征及其对运移的贡献能力的差异性，赋予不同的权重系数，断裂－砂体复合输导体系总的权重系数为1，即：f断＋f砂＝1。

在对不同构造带断裂、砂体输导体系综合研究的基础上，建立了库车前陆盆地北带不同构造带的输导模式 （图4）。目的是从各个方面分析输导性能的影响因素，找出断裂、砂体输导体系对油气运移贡献量的区域差异，定义其权重值。总体来说，油气沿断层垂向运移距离相对较长，约2～3km，沿砂体侧向运移的距离相对较短，约0～1km，砂体的输导性能不如断裂。因此在赋值时，将断裂权重赋值大于0.5，砂体的输导系数赋值小于0.5。对于断裂输导体系而言，克拉地区的断裂密度、倾角、断距大，输导能力最强，其次为大北和迪那地区 （图4）。输导层的物性也为克拉地区最大，其次为迪那地区，再次为大北地区。但是，由于断层的分隔作用，克拉地区的侧向运移距离最短，砂体相对于断层来说输导能力最弱 （表1）。在上述研究的基础上，对不同地区的输导体系赋予不同的权重值。研究区断裂输导能力最强的为克拉地区，断裂输导权重为0.9，砂体为0.1；大北地区断裂输导权重为0.8，砂体为0.2；迪那地区断裂输导权重为0.6，砂体为0.4（表1）。

图4 断裂－砂体复合输导体系的输导特征及输导模式图

3.4 高效输导区的分布预测

图5 库车前陆盆地北带白垩系断裂－砂体复合输导体系的相对输导系数平面分布图

白垩系巴什基奇克组砂体－断裂复合输导体系的输导系数分布 （表1，图5）表明，克拉地区的相对输导系数最高，在克拉2井附近达90×10－2，是研究区输导条件最有利的区域；其次为大北地区，存在一个相对输导系数大于20×10－2的高值区；再次为迪那地区，相对输导系数偏低，均小于20×10－2。因为克拉地区断层的断距、倾角较大，断裂的垂向输导能力强，砂体的物性也较好，断裂和砂体的匹配相对较好，有利于油气沿油源断层和砂体进行垂向和侧向运移。而大北地区断裂规模较克拉地区小。迪那地区因靠近阳霞凹陷，距离山前逆冲断裂带和物源区都较远，断裂活动弱，且砂体相对不发育，物性也较差，使得断裂－砂体复合输导体系输导能力较差。

4 结 论

1）库车前陆盆地北带白垩系断裂输导体系的输导能力取决于断裂的发育规模 （密度、延伸长度、断裂带宽度）和产状 （倾角等）等特征。总体上，自北向南克拉苏构造带、东秋里塔格构造带、拜城－阳霞凹陷输导能力依次降低。其中克拉地区的断裂输导系数大于700×10－4，为研究区最为有利的断裂输导区域，其次为大北地区，断裂输导系数大于200×10－4。

2）库车前陆盆地北带白垩系巴什基奇克组砂体的输导能力主要受控于砂体的连通性和物性。克拉地区砂体的输导能力最强，大部分砂体的输导系数都大于500，其高效输导范围最大，其次为大北地区，再次为迪那地区。

3）通过对研究区断裂、砂体输导体系的发育特征及其组合关系的研究，依据断裂、砂体对油气运移的贡献量来赋予权重，建立了评价断裂－砂体复合输导体系输导效率的模型，综合评价了其输导效率。

4）受到沉积作用和山前构造挤压的双重控制，库车前陆盆地北带白垩系断裂－砂体复合输导体系的输导能力呈现出带状展布特征，与已经发现气藏具有良好的相关性。其中克拉地区断裂－砂体复合输导体系的相对输导系数高达90×10－2，是研究区输导条件最为有利的区域，其次为大北地区，其断裂－砂体复合输导体系的相对输导系数达20×10－2，而迪那地区油气输导条件相对较差。

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Quantitative Evaluation of Transporting Efficiency of Composite Fault－sand Body Pathway System——By Taking the Cretaceous in the North Belt of Kuqa Foreland Basin for Example

SHANG Xiao－qing，LIU Luo－fu，GAO Xiao－yue，JIANG Zhen－xue，LIU Guo－dong，ZENG Li－yuan（Author's Address：State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting，China University of Petroleum；Basin and Reservoir Research Center，China University of Petroleum，Beijing102249，China）

The fault－sand body composite pathway system was one of the major controlling factors of hydrocarbon accumulation.Based on the research of pathway system，the transporting efficiency of thrust fault and sand body pathway system was calculated by choosing suitable formula for foreland basin.The contributions to the petroleum migration of the fault and sand body pathway system in different regions were determined after the combination way of pathway system in different structural belts is studied.The model formula of the transporting efficiency of fault－sand body composite pathway system is formed by using weight method，and then the transporting efficiency of the studied area is evaluated.The transporting ability of fault－sand body composite pathway system has good relation with the found hydrocarbon characterized by zonal distribution.It is demonstrated that the model formula is the guidance for gas reservoir exploration.The Kela Region is the most favorable area for the fault－sand body composite pathway system，with the relative transporting index bigger than 90×10－2，followed by Dabei and Dina Regions.

transporting efficiency；composite pathway system；Cretaceous System；the north belt of Kuqa Foreland Basin

TE122.1

A

1000－9752 （2012）03－0038－06

2011－11－07

国家科技重大专项 （2008ZX05003－002）；油气资源与探测国家重点实验室项目 （prp2009－02）。

尚晓庆 （1984－），女，2006年大学毕业，博士生，现主要从事油气成藏地质研究工作。

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