库车低孔渗砂岩裂缝发育主控因素研究

李昊晟，赵孟军，卓勤功，黄家强，宛利红

（1.长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室，湖北武汉430100；2.长江大学计算机科学学院，湖北荆州434100；3.中国石油勘探开发研究院，北京100083；4.中国石油集团科学技术研究院，北京100083）

库车低孔渗砂岩裂缝发育主控因素研究

李昊晟1，2，赵孟军3，卓勤功3，黄家强4，宛利红2

（1.长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室，湖北武汉430100；2.长江大学计算机科学学院，湖北荆州434100；3.中国石油勘探开发研究院，北京100083；4.中国石油集团科学技术研究院，北京100083）

库车坳陷属于超深超高压、低孔低渗、构造复杂的区域，针对该区域在地质勘探过程中出现的影响裂缝发育控制因素无法描述的问题，该文以研究超深超高压裂缝性砂岩岩性为核心，通过岩性与裂缝参数关系对比、区域构造与裂缝特征定量分析的方法，得出了库车地区裂缝分布具有层位性，且在空间上分布主要受构造应力场影响的结论，最后系统的预测了该区域的裂缝分布，为库车山前冲断带超深超高压气藏油气勘探研究提供坚实的地质基础。

库车坳陷；低孔渗砂岩；裂缝；构造

总的来讲，目前国内外对砂岩裂缝型储层油气藏的研究还处于探索和研究阶段，还没有一套成熟系统地解决这类问题的思路和方法。近年来，一些学者从不同侧面作过许多工作，主要通过露头、测井、试井、地震、岩芯、钻井、试油试采等资料综合分析，寻找裂缝发育的控制因素，在地质规律上得出定量和半定性的认识［1］。为此，笔者根据库车坳陷地质条件复杂（超深超高压、低孔低渗、构造复杂）、缺乏有效的裂缝评价描述手段和方法的实际情况，通过露头、岩性等综合分析了研究区块的裂缝发育控制因素，并预测了一些区域的裂缝分布情况，为之后的工程决策和施工提供有效的地质依据。

1 区域地质背景

库车前陆盆地是一个叠加复合型前陆盆地，盆地形成后经历了多期构造事件的改造和叠加，在不同的地质时期呈现不同的构造格局，控制了不同地层单元的发展和发育［2］。从白垩纪－第三纪，塔北隆起、库车坳陷主要受到了燕山早期运动隆升、燕山晚期运动、喜山早期运动、喜山中期运动、喜山晚期运动共5期构造事件的影响。库车前陆盆地断裂极其发育，不仅数量众多，分布广泛，而且规模宏大，是一个完全受断裂系统控制和被多级次断裂复杂化的盆地［2］。

图1 各岩性裂缝密度统计直方图

图2 各岩性裂缝面缝率统计直方图

2 裂缝发育控制因素研究

野外露头、统计结果与岩心观察表明，克深2区块构造裂缝较为发育，裂缝发育程度在不同区域不同层位表现为明显的非均质性［3］。下面主要从岩性、区域应力场和局部构造的关系等几个方面，讨论裂缝发育控制因素及其规律。

2.1 岩性是裂缝层位性发育的基础

研究表明，该区域裂缝发育程度：中-细砂岩＞砂砾岩＞粉砂岩＞泥砾岩＞泥质粉砂岩＞泥岩。其中岩石力学性质影响因素包括：岩石类型及胶结物特征；围压、温度；应变速率；含流体性质；载荷作用。通过分析可知：

（1）随温度升高，岩石抗压强度和弹性模量均降低；（2）随围压增高，岩石抗压强度、弹性模量和泊松比均降低；（3）随深度增加，地层温压均增大，岩石破裂程度减小。

2.2 库车地区不同岩性与各裂缝参数发育关系统计

由图1、图2可以看出，库车地区细砂岩、含砾砂岩和粉砂岩中裂缝发育程度高。

2.3 库车地区裂缝分布具层位性

岩性主要为细砂岩，次为泥岩和粉砂岩，其他岩性较少。巴一段上部及巴一段底部-巴二段上部是砂岩主要分布层位，向下其他层段泥岩增多，砂层变薄。裂缝发育段集中在巴一段，巴二段顶部、中上部、底部。

库车坳陷自中生代以来，受北天山造山带向南的强烈逆冲推挤，形成库车前陆盆地构造形态，形成北山南盆的古地貌格局，受古地理背景控制，在白垩系沉积时期，库车坳陷位于盆地边缘，碎屑沉积物源丰富，并且地势平坦，水体能量总体较弱，大量碎屑物质入湖，形成由北向南的冲积扇、扇三角洲或辨状河-辨状三角洲、滨浅湖沉积体系［4］。形成平面多套扇体拼合，垂向多期扇体叠置穿插。进而呈现出白垩纪规模巨大的砂体沉积。

2.4 空间上裂缝发育分布受构造应力场和构造部位控制，表现为发育分布的非均质性

库车前陆冲断带呈东西向展布，南部紧靠拜城坳陷，北邻南天山造山带，其中克拉苏、西秋里塔格构造带为库车前陆勘探重点区块［5］。受南天山强烈褶皱隆升作用，在垂向剪切力和斜向挤压力共同作用下，盆地内形成一系列变形冲断构造，上覆古近系盐岩层的存在，导致冲断变形特征明显。表现出盐上带发生层内滑脱形成一系列逆冲断层及相关褶皱，盐下带产生一系列切穿基底的逆冲断层和滑脱于中生界层内的逆冲叠瓦断层及相关褶皱。克拉苏深层构造带样式主要为受克拉苏断层与拜城北断层共同夹持的楔形断块。受滑脱面的影响，楔形块体内发育一系列相同倾向的逆冲断层，其间夹持着背斜构造，构成逆冲叠瓦冲断构造。其中逆冲断层沟通深部烃源层，成为油气向浅部运移的良好通道；而背斜构造则提供了良好的油气汇聚场所，利于大型气藏的形成［6］。这些局部构造控制着裂缝分布的优势区域。比如：背斜核部裂缝密度较大，且多为张性裂缝；背斜翼部多以剪切裂缝为主，裂缝张开度小；断上盘裂缝密度大，裂缝也以张性缝为主；断下盘受挤压作用为主，裂缝数量相对上盘显著减少，且裂缝参数较差。

根据库车河野外露头资料显示，巴什基奇克组裂缝在背斜核部以大型张裂缝为主，受多期应力作用，发育一定规模小裂缝组，多为剪切裂缝，背斜两翼裂缝多以剪切裂缝为主，裂缝多成组出现，裂缝密度低于背斜核部，延伸长度较短［7］。

图3 大北-克深井下构造样式与裂缝分布模式

图4 依南井下构造样式与裂缝分布模式

根据露头区构造形态与裂缝分布模式，结合库车地区构造资料，刻画出大北-克深井下构造样式（见图3）和裂缝分布模式和依南井下构造样式与裂缝分布模式（见图4）。

2.5 构造样式与裂缝特征定量分析

大北-克深地区背斜核部和翼部的裂缝发育程度不同，距离核部越远裂缝发育程度越低，距背斜核部3.8 km范围内，裂缝发育程度高，在0 km～0.7 km最为发育。各类裂缝参数与距离背斜核部远近也均有差异，其中裂缝面缝率、密度、张开度均表现为随与背斜核部的距离增大而降低（见图5、图6）。

大北、克深地区逆冲断层上盘距断裂距离的远近不同，裂缝发育程度不同，距主断裂0.8 km范围内，裂缝发育程度高。裂缝密度、面缝率、张开度与单井距主断裂距离存在负相关性，其中密度、面缝率对应的相关性较好（见图7、图8）。

2.6 裂缝分布预测

根据前述裂缝发育受控因素、分布机制、量化分析及已钻井的裂缝发育参数资料，对克深2区块进行裂缝的平面分布模式进行预测（见图9）。

图5 面缝率与背斜核部距离相关性

图6 裂缝密度与背斜核部距离相关性

图7 面缝率与主断裂距离相关性

图8 裂缝密度与主断裂距离相关性

图9 克深2井区白垩系巴什基齐克组顶面裂缝分布图

3 结论

（1）通过裂缝发育规律连井对比图及平面分布图的编制，研究发现裂缝在断裂、背斜等应力集中区更发育：距背斜核部3.8 km范围内或主断层0.8 km的范围内的裂缝发育程度高，背斜核部、近断裂、翼部的裂缝发育程度的级别、裂缝段厚度、裂缝参数依次降低。

（2）综合裂缝发育分布控制因素及规律，为运用Petrel软件建立克深2区块地层、构造和裂缝参数三维模型奠定了基础。

［1］巩磊，曾联波，张本健，等.九龙山构造致密砾岩储层裂缝发育的控制因素［J］.中国石油大学学报（自然科学版），2012， 36（6）：6－12.

［2］李世川，成荣红，王勇，等.库车坳陷大北1气藏白垩系储层裂缝发育规律［J］.天然气工业，2012，32（10）：24－27.

［3］张小莉，冯乔，尹成明，等.柴达木盆地红沟子构造裂缝控制因素与定量模拟［J］.西北大学学报（自然科学版），2009，39（3）：497－500.

［4］朱庆杰，苏幼坡，陈艳华.轮南地区奥陶系天然裂缝形成的控制因素与发育机理［J］.地质灾害与环境保护，2002，13（4）：64－69.

［5］杨玲，胡明.东营凹陷太古界储层裂缝发育控制因素及油气勘探方向［J］.特种油气藏，2010，17（2）：35－38.

［6］周进松，童小兰，冯永宏.柴窝堡背斜储层构造裂缝发育特征及控制因素［J］.石油学报，2006，27（3）：53－56.

［7］张震，鲍志东.松辽盆地朝阳沟油田储层裂缝发育特征及控制因素［J］.地学前缘，2009，16（4）：166－172.

Study on the main control factors of Kuqa low permeability sandstone fracture development

LI Haosheng1，2，ZHAO Mengjun3，ZHUO Qingong3，HUANG Jiaqiang4，WAN Lihong2
（1.Oil and Gas Resources and Exploration Technology Key Laboratory of the Ministry of Education，Yangtze University，Wuhan Hubei 430100，China；2.College of Computer Science，Yangtze University，Jinzhou Hubei 434100，China；3.Exploration and Development Research Institute of PetroChina，Beijing 100083，China；4.Institute of Science and Technology of PetroChina，Beijing 100083，China）

Kuqa depression belongs to deep ultrahigh pressure，low porosity low permeability，complex structure area，for the region in the influence of the cracks appeared in the process of geological exploration development controlling factors cannot describe the problem，this paper to study the ultra deep ultrahigh pressure fractured sandstone lithology as the core，through the comparison and regional tectonic relationship between lithology and fracture parameters and fracture characteristics of the quantitative analysis method，the Kuqa area crack distribution is obtained with a horizon，and on the space distribution is mainly affected by tectonic stress field in the conclusion，the system of predicting the crack distribution in the region，in Kuqa foreland thrust belt in the ultra deep ultrahigh pressure gas reservoir of oil and gas exploration and research to provide a solid geological foundation.

Kuqa depression；low permeability sandstone；fracture；structure

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.08.020

TE122.2

A

1673-5285（2015）08-0072-05

2015－05-29

“十二五”国家油气重大专项课题，项目编号：2011ZX05015-002；国家重大科技专项低渗、特低渗油气储层相对高产富集区预测技术，项目编号：2011ZX05013-001。

李昊晟，男（1990-），长江大学地质工程在读硕士研究生，研究方向为油气田开发地质，邮箱：510214287@qq.com。