塔里木盆地巴楚隆起区奥陶系储层古构造研究

范子宜，丁文龙

余腾孝，曹自成 （中石化西北油田分公司勘探开发研究院，新疆 乌鲁木齐830011）

蔡俊杰，张业倩

1 区域概况

巴楚隆起区位于塔里木盆地西部，构造位置为塔里木盆地中央隆起区的西段，呈北西－南东向展布，面积约4.3×104km2。巴楚隆起为典型受边界逆冲断裂控制的大型背冲式断隆，其沉积地层在地震剖面上的反射特点表现为 “两断夹一隆”的构造样式[1]。勘探实践表明，巴楚隆起区油气藏的形成和分布与断裂活动密切相关。巴楚隆起东北和北部以阿恰－吐木休克断裂与阿瓦提断陷为界；东南以唐北断裂为界与塘古巴斯坳陷相连；西北以柯坪－沙井子断裂与柯坪断隆为界；西南及南部以色力布亚－玛扎塔格断裂带与麦盖提斜坡相接 （图1）。

图1 巴楚隆起区位置图

巴楚隆起区是塔里木克拉通盆地重要的油气富集区之一，是一个从震旦纪开始发育演化的继承性活动型 古 隆 起[2]，隆 起上断裂构造带发育、构造圈闭多，内、外有源，储盖组合、断裂系统及不整合面发育，油气成藏地质条件比较有利。存在有加里东－海西期、喜马拉雅期2个主要的成藏期 （表1）[3]，油气具早期生成、聚集、保存和后期构造运动使其调整、再分配、再保存的特点。全面深入地研究巴楚隆起区的油气勘探主要目的层——奥陶系鹰山组 （O1－2y）顶面在主要构造活动期的古构造格架及演化，对于深入研究巴楚隆起区奥陶系油气成藏条件，明确成藏主控因素具有重要的实践意义。

表1 巴楚隆起区地震反射波、构造运动、构造层序与构造旋回表

2 古构造恢复

古构造恢复主要包括古地貌形态恢复和古构造格架恢复2部分内容。古构造恢复方法发展至今有“宝塔图”法[4，5]、厚度图法[6]、平衡剖面法[7，8]、地震属性恢复古构造法[9]、三维空间古构造恢复法[10，11]、同一变形体古构造恢复法[12]等诸多方法。然而单一地使用某一种方法来恢复古构造均存在一定的局限性。因此，在巴楚隆起区现今构造图和残余厚度图、剥蚀量恢复的基础上，考虑去压实、古水深和压缩量等参数的情况下，通过古埋深计算，断裂分级、分期，结合构造演化剖面，采用PetroMod软件恢复O1－2y顶面不同构造时期的古构造。该方法得到的结果较为准确，为该区古生界油气勘探的突破方向选择和目标评价优选提供重要的构造地质依据。

2.1 古埋深恢复

2.1.1 剥蚀量恢复

恢复地层剥蚀量的方法有地层厚度对比法、沉积速率法、沉积波动分析法[13]、镜质体反射率法、磷灰石裂变径迹法、声波时差曲线法[14]、地震地层对比法、黏土矿物成岩分析法、包裹体法、宇宙成因核素法、最优化方法、天然气平衡浓度法等，但上述方法均受特定的地质条件限制，其应用有很大的局限性，存在不同的影响因素，只有多种方法的综合应用才可能更准确地恢复剥蚀量。通过对实际资料和可行方法的综合分析，以巴楚隆起区丰富的钻测井资料、分析化验资料、地震资料为基础，对比各种不同方法恢复的剥蚀量值，比较其准确性和适用性，最终选取声波时差法以及地层对比法－地层减薄率法和地震趋势外推法[15]相结合2种方法，综合计算巴楚隆起区主要不整合面的地层剥蚀量。巴楚隆起的形成过程可以分为2个阶段，具有 “跷跷板”特点：下石炭统巴楚隆起沿南缘的玛扎塔格断裂抬升；古新统巴楚隆起大部处于剥蚀状态，主要剥蚀区沿吐木休克断裂以南展布，推测最大剥蚀厚度超过1100m[16]。

2.1.2 去压实作用

利用回剥技术恢复古厚度和古埋深的关键是建立钻井不同岩性的孔隙度－深度关系曲线。随着埋深增加、地层负荷增加，导致孔隙度变小，其体积变小。故借助于孔隙度－深度关系就可恢复地层古厚度和古埋深[17]。只有消除剥蚀、断层等地质事件的影响，才能获得正常压实状态下的孔隙度－深度曲线。

正常压实情况下的孔隙度－深度关系可表示为：

式中：φ（h）为深度h处的孔隙度，%；φ0为深度h＝0时的孔隙度，%；c为压实系数，1。

地层孔隙度可通过实测岩心、声波时差测井、中子测井和密度测井等方法获得。对于欠压实情况下地层孔隙度的计算可考虑建立方程组，将孔隙度－深度曲线分段进行处理，变非正常为正常情况。由于泥岩和砂岩原始孔隙度不同，埋藏过程中的压实系数也不同，因此每口井都按照泥岩所在的深度和对应的声波时差划分出来。综合巴楚隆起区8口井的测井数据，根据威利公式：φ＝ （Δt－tma）/（tf－tma）（φ为 孔隙度，1；Δt为由曲线读出的地层声波时差，μs/m；tf为孔隙中流体声波时差，μs/m；tma为岩石骨架声波时差，μs/m），将不同深度的泥岩声波时差换算成孔隙度，求得该地区砂岩骨架的声波时差为 55.5μs/ft，泥 岩 骨 架的声波时差为60.3μs/ft。进而用公式拟合出泥岩的孔隙度－深度关系曲线 （图2）。

图2 去压实作用下的孔隙度－深度关系曲线

2.1.3 古埋深计算

古厚度和古埋深的计算是通过回剥技术来实现的。回剥技术建立在各地层保持其骨架厚度不变的前提下，从已知的单井分析参数出发，按地层年代由新到老逐层剥去，其间要考虑沉积压实、单层剥蚀、多层连续剥蚀、沉积间断等地质事件，直至全部地层剥完为止[18]。埋藏史能在一张图中表示出盆地基底和不同时代地层界面在不同时期 （年代）的古埋藏深度[19]，在剥蚀量恢复及孔隙度－深度关系建立的基础上，制作埋藏史图，通过单井埋深的恢复对目的层古埋深进行校正。不同井位埋藏史曲线图可以反映不同地区在地质历史时期的埋藏深度的差异。

在重要的大地构造运动 （如加里东运动、海西运动、喜山运动）中各井位所处的区域其隆升幅度（剥蚀厚度）也大不相同，反映了该区地层在地质历史时期具有较大的差异构造运动性质。巴楚隆起区构造运动强烈，由于不同断裂不同期次的构造发育程度不同，不同井位受断裂影响不同，其古埋深有较大差异。MB1井和和HT1井位于巴楚隆起区东部，BT5井和Kang2井位于巴楚隆起区西部，东部与西部地区古埋深存在较大差异。二叠纪之前全区构造运动以整体抬升为主，受断裂影响局部古埋深存在一定差异，但整体抬升沉降趋势一致，二叠纪之后，巴楚隆起区东西部的埋藏差异逐渐显现，巴楚隆起区东部抬升剥蚀不明显，西部抬升剥蚀较大；印支期至喜山期，全区整体抬升剥蚀，东部保留一定的中生界地层，西部持续抬升，中生代地层缺失 （图3）。

图3 巴楚隆起区埋藏史曲线图

2.2 古断裂体系

古断裂体系的分析主要通过判断各断裂的形成期次实现，巴楚隆起内断裂的活动及演化与隆起构造演化及多次主要变革期的构造作用关系密切。因此，古断裂体系的断裂活动强度及数量可以反映相应构造活动时期的构造应力强弱。在对巴楚隆起区连片地震剖面断裂构造解释的基础上，根据震旦系－新生界断裂的变形与分布特征及对构造和沉积控制作用等，结合区域骨干地震测线的平衡地质剖面研究，综合分析了巴楚隆起区的断裂发育与分布特征、断裂样式、断裂级别、断裂活动方式与期次、断裂体系形成的区域应力场背景等，认为巴楚隆起区断裂主要受加里东早期、加里东中晚期、海西晚期、燕山－喜山期构造活动影响。

加里东早期，巴楚隆起区内以发育北西向张性正断层为主，并局部发育少量北东向断层，但断裂规模较小 （图4（a））。加里东中期发生构造反转，巴楚隆起区以发育北西向逆冲断层为主，断裂相对不发育或者断层活动强度较弱[19]（图4（b））。海西早期断裂活动较弱，加里东期断裂进一步活动，主要发育近东西向的断裂以及北东向的断裂 （图4（c））。海西晚期为断裂的主要活动期，断裂规模增加，主要发育北西向分支断裂，大型边界断裂均在该时期基本形成 （图4（d））。喜山早期为研究区内强构造活动期，主要断裂均继承性发育，伴生多条分支断裂，大型边界断裂均在该时期基本定型，主要发育北西向断裂 （图4（e））。

图4 巴楚隆起区不同时期古断裂体系图

3 古构造特征分析

分析研究区的构造演化史并运用Petromod软件对研究区进行模拟，选取最优的结果，恢复O1－2y顶面在加里东中期Ⅰ幕、加里东中期Ⅲ幕、海西早期、海西晚期以及喜山早期的古埋深，并在此基础上叠加对应期次的古断裂体系，恢复了O1－2y顶面在5个主要构造时期的古构造。依据O1－2y顶面在不同时期的埋深变化，将巴楚隆起区O1－2y顶面在各个时期划分为相对的隆起区、斜坡区和凹陷区。

加里东中期Ⅰ幕巴楚隆起区整体抬升，西南部的巴什托断裂以南地区隆升相对更为强烈（图5（a））。该时期断裂活动较弱，受和田古隆起影响，靠近隆起的西南侧抬升最高，向东北方地势逐渐降低。BD4井至BD2井一带为相对洼陷区，埋深为900～1000m，在BD4井一带地势最低。

加里东中期Ⅲ幕O1－2y顶面埋深由西向东加深，巴楚隆起区东段的南部比北部埋深大 （图5（b））。该时期和田古隆起向北迁移至巴楚隆起区西部，色力布亚断裂以西以及海米罗斯断裂以西抬升趋势最为强烈，埋深最浅。加里东中期幕断裂相对不活跃，O1－2y顶面埋深仅在局部断裂带附近相对较浅。吐木休克断裂带上盘Fang1井一带，O1－2y相对抬升，埋深为500～600m。HeTian1井－H2井－H3井－BD4井一带埋深为900～1200m，是相对低洼区。

海西早期O1－2y顶面自北向南埋深变浅 （图5（c））。此时和田古隆起位于巴楚隆起区南部，受其影响，靠近古隆起的LuoNan1井一线以南，O1－2y顶面埋深最浅。BT5井和巴什托断裂在海西早期有所活动，但强度相对较弱，在断裂上盘形成了小型的断隆区，相对周围区域隆起程度较小，其附近埋深为1000～1500m。HeTian1井西断裂上盘受断裂控制，产生轻微隆起，埋深为1200～1400m。

海西晚期巴楚隆起区北部巴楚隆起开始隆升，O1－2y顶面南部和北部较中间地区的埋深浅，在海米罗斯断裂带及其南部埋深最浅 （图5（d）），埋深范围在3000～4700m之间。在巴楚隆起区北部乔硝尔盖断裂以北，O1－2y顶面开始隆起。受控于断裂的抬升作用，在各断裂带上盘，O1－2y顶面局部埋深较浅，如卡拉沙依断裂、海米罗斯断裂、色力布亚断裂等，但断裂上下盘的高差并不大，说明海西晚期为各断裂的活动期，但不是主要定型期。

喜山早期巴楚隆起区北部巴楚隆起持续隆升，和田古隆起开始淹没，O1－2y顶面地势整体为北高南低、西高东低 （图5（e））。色力布亚及乔硝尔盖断裂北部，BT5井－Kang1井一线以北，O1－2y埋深最浅。在海米罗斯断裂西南部，O1－2y顶面为低隆起区。东部的卡拉沙依和吐木休克断裂上盘形成的局部断隆埋深较浅。HeTian1井－H2井－H3井一带为巴楚隆起区的局部低洼区，埋深相对较深，在3600～4000m。喜山期为强烈构造活动期，形成的断裂数量多，各断裂活动强度大，断裂上盘抬升强烈，为断裂定型期。

图5 巴楚隆起区O1－2y顶面不同时期古构造图

4 构造演化分析

在二维和三维地震剖面解释的基础上，通过综合考虑区内的构造演化特征，在骨干地震测线中选取3条北东向和1条北西向的地震剖面，经过时深转换，考虑地层的去压实校正和剥蚀量，应用平衡地质剖面的原理制作构造演化剖面 （图6）。加里东早期巴楚隆起区为拉张环境，以发育张性正断层为主；到加里东中期盆地处于挤压环境，研究区内的断裂发生构造反转，正断层反转为逆断层，地势整体南高北低；海西早期巴楚隆起区南部地势仍然较高，主要发育北东向断裂和北西向断裂；海西中期为构造沉降期，构造活动相对减弱；海西晚期断裂发育规模和程度增加，巴楚隆起区北部开始隆升；喜山期为强烈构造活动期，断裂进一步活动，北部隆升程度有所增加，南部隆起淹没为斜坡凹陷带。结合古构造图可知巴楚隆起演化经历了2个阶段，即海西运动的雏形阶段和喜山运动的形成阶段。巴楚隆起是海西中－晚期 （二叠纪）开始发育，显现出隆起的雏形，到喜山期开始大幅度隆升，并最终定型。隆起位置迁移不明显，主要表现在隆起规模上的变化上。

图6 巴楚隆起BC04－HGYN－L1测线构造演化剖面图

5 结论

1）巴楚隆起是活动型隆起，其构造演化经历海西运动的隆起形成和喜山运动的强烈隆升2个阶段。巴楚隆起的位置迁移不明显，主要表现在规模上的变化。

2）巴楚隆起区经历了5个重要的构造期：加里东早期主要发育张性正断层；加里东中期为压扭性逆冲断层、反转断层、走滑断层；加里东晚期～海西早期为逆冲断裂；海西晚期以继承性逆冲断层为主；喜山期主要发育逆冲断层。

3）研究区在加里东中期Ⅰ幕O1－2y顶面整体北部较南部埋藏深；加里东中期Ⅲ幕O1－2y顶面整体西高东低；海西早期O1－2y顶面整体南高北低；海西晚期O1－2y顶面中间部位相对南部和北部埋藏较浅；喜山晚期O1－2y顶面北高南低。

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