英买9区块断层与剩余油配置关系研究

王孝彦，成荣红，汪斌，王 勇，刘 艳，胥珍珍，吴蜜蜜，王 涛，宋静波，孟令烨，吴全鹤，赵紫桐

(1.中国石油塔里木油田分公司 勘探开发研究院，新疆 库尔勒 841000；2.中国石油塔里木油田分公司 库车油气开发部，新疆 库尔勒 841000)

引 言

近年来人们已经意识到断层对油气的运聚具有十分重要的影响，但是断层在形成初期并不是一整条大断层，而是通过早期形成的小型断层逐渐生长连接形成一整条较大的断层，也就是说，断层是分段生长的，识别出早期小型断层端部所在的位置对提升地下可采储量和进一步开发油气具有非常重要的意义，找出断层分段生长的位置就可以确定出构造局部有利区，为下一步剩余油气的开发奠定坚实的基础。在20世纪90年代，英买9区块白垩系巴西改组曾获高产油流，但随后的开发并不理想，由于英买9区块白垩系巴西改组断层十分发育，因此，研究断层边部油气分布规律对英买9区块下一步开发具有重要的意义。

1 区域背景

塔北隆起是塔里木盆地的一级构造单元，前震旦纪形成盆地基底之后，在震旦纪形成构造变形不甚明显的塔北隆起，随后在志留—泥盆纪受到挤压，塔北隆起相对隆升，但由于天山造山运动的影响，塔北隆起受到剥蚀作用，因此，塔北隆起构造起伏相对较缓。晚二叠世以后，随着塔里木盆地的演化，到白垩纪时期，塔北隆起构造活动相对减弱，后在早第三纪受早期喜马拉雅运动的影响而下沉。英买9区块地处新疆维吾尔自治区新和县境内，构造位于塔里木盆地“四隆五坳”的塔北隆起英买力低凸起上，北邻轮台凸起，南邻阿瓦提凹陷、满西低凸起，西接温宿凸起，东部是轮南低凸起[1]，为海西时期形成的古隆起，英买力低凸起位于库车坳陷的上倾方向，处于油气运移的有利区域，在英买力低凸起上由西向东主要发育南东走向的三排构造带，依次是玉东—英买2构造带、英买7构造带和英买32-英买10构造带，研究区英买9区块位于英买7构造带南部，是英买7构造带上具有开发潜力的区块之一。

塔里木盆地经过三叠纪的剥蚀沉积后，盆地内的沉积体系为河流—滨浅湖相。至白垩纪，古特提斯洋逐渐向西南方向收缩，由于气候逐渐变得炎热干旱，平原发育盐沼泽地，湖泊面积逐渐变小，河流沉积在盆地内大面积分布。英买力低凸起的油气主要来自北部库车坳陷的三叠系和侏罗系2套烃源岩，由于构造相对较高，三叠系和侏罗系湖相泥质烃源岩为英买力低凸起提供充足的油气充注，英买9区块内的含油气层系是白垩系巴西改组砂岩段(K1bx)，厚度大于30 m，且连续分布，上覆巴西改组薄层泥岩厚约3～7.4 m，三者组成一套良好的生、储、盖组合。

英买9区块内断层十分发育，区域内局部应力场为NW-SE向拉张，断层主要延伸方向为NE-SW向(图1)，延伸长度从286～2 344 m不等(表1)。根据不同断层与地层的接触关系，可以将断储组合模式分为4种类型[2]：①断层与断层两盘地层倾向相同的同向断层；②断层与断层两盘地层倾向相反的反向断层；③断层两盘地层倾向相反且呈上凸组合模式的屋脊断层；④断层两盘地层倾向相反且呈下凹组合模式的反屋脊断层。本文主要研究英买9区块内的8条断层，根据上述断层与断层两盘地层的接触关系可知，F1断层和F8断层属于反向断层，F2断层、F3断层和F7断层属于同向断层，F4断层、F5断层和F6断层属于屋脊断层。因此，可以初步判断：F1断层、F4断层和F6断层下盘可以形成有利圈闭。

图1 英买9区块巴西改组顶面构造Fig.1 Top surface structure of Baxigai Formation in YM9 block

断层名称断层倾向断层类型主控断层延伸长度/mF1SE反向是2344F2NW同向-585F3NW同向-545F4SE屋脊是991F5S屋脊-290F6SE屋脊是1796F7NW同向-502F8SW反向-286

2 断层分段生长机制

断层对油气既具有疏导作用又具有遮挡作用[3]，由此可见，断层对油气的运移和聚集具有十分重要的控制作用。一般来说，断层在平面上的分布并不是单一存在的，在同一应力场作用下会形成一系列侧列断层即断裂带[4-5]，每一条断层形成时都发育一定宽度的裂缝带。

2.1 断层分段生长类型

(1)孤立断层 一条断层在形成初期并不是现今所看到的一整条断层，而是在断层发育早期形成裂缝带[4]，在应力场持续作用下，裂缝沿着滑动面活动逐渐生长，最终裂缝之间相互连接形成孤立断层。这里的孤立断层是指未被其他断层切割且两端均出露的断层，判断孤立断层的依据是离距与断层位移之间的关系，一般来说，离距大于断层长度的1/4时可以认为是孤立断层[6]。英买9区块内不发育孤立断层。

(2)连接型断层 在应力场的作用下，早期形成的裂缝既会逐渐生长连接形成孤立断层[5]，也会形成相互作用侧列的断层。对于侧列展布的断层来说，应力沿着先存裂缝面滑动，形成小型断层[7]，在断层形成的同时，伴有端部次级裂缝生成。随着次级裂缝的逐渐生长，次级裂缝会将2条侧列的小型断层连接起来，最终连接并生长成为一条断层，英买9区块内F1断层和F6断层就是这样形成的。2条相互作用的断层连接方式有2种：“软连接”和“硬连接”[8-10](图2)。

所谓“软连接”是指2条断层相互作用但未导致叠覆区破裂，它们之间不是通过断层相连接，而是通过一个叠覆区相连接[11]。英买9区块内发育软连接，其中，F2断层和F1断层、F3断层和F1断层、F6断层和F7断层之间都属于“软连接”断层。

所谓“硬连接”是指2条断层之间相互作用导致叠覆区破裂[8,11-13]，在叠覆区内形成一条新的断层，将2条相互作用的断层连接起来，或者2条断层直接连接。“硬连接”模式有2种：分别是弯曲和转向[14-15]。弯曲是指2条平行且相互作用的断层，在叠覆区内通过新形成的断层相互连接起来，弯曲分为挤压弯曲和拉伸弯曲2种。转向是指非共线的2条断层在未通过叠覆区相互作用的情况下直接连接起来。转向分为2种，即挤压转向和拉伸转向。英买9区块同样发育“硬连接”断层，F1断层和F6断层是连接后继续生长成为一条断层的“硬连接”断层，属于弯曲；F4断层和F5断层处于“硬连接”断层形成的早期，属于挤压转向。

图2 连接型断层平面模式[4]Fig.2 Plane modes of fault connection

在判断断层“软连接”与“硬连接”的过程中不难发现，断层的生长是有优先次序的，通过这种断层生长的“顺序”就可以确定断层对周边小断层的控制作用，从图2可以看出，“硬连接”上下两边的断层是早期发育形成的2条控制作用较强的断层，在同一区域内，“硬连接”断层形成时间早于“软连接”断层，具有一定控制作用，因此，F1断层和F6断层是控制作用较强的断层；在局部应力的持续作用下，2条断层之间形成一条将2条断层连接起来的“新生断层”，对应于研究区英买9区块，F5断层和F8断层属于这种“新生断层”，也就是说，在F5左侧的断层和F4断层以及F1断层和F6断层的作用下，形成F5断层和F8断层，即上述4条断层起控制作用；对于发育叠覆区的“软连接”断层来说，叠覆区上下2条断层即为起控制作用的断层，对应英买9区块上的断层，F1断层、F2断层、F3断层和F6断层、F7断层。

综上所述，英买9区块内F1、F2、F3、F4、F6、F7断层都具有控制作用，但是，由于F1、F2、F3这3条断层属于同一断块，F1又是“硬连接”断层，形成时间较早，对F2和F3断层起到控制作用，因此，F1断块内F1断层为主控断层，同理，F6断块内F6断层为主控断层，最终确定主控断层有3条：F1断层、F4断层和F6断层。

2.2 断层分段生长识别方法

断层并非一次形成，而是由多段小断层连接并逐渐生长成为一条断层的。目前认为断距—距离曲线可以表现出断层的形态[9,16-19]。识别断距—距离曲线上断层分段生长的方法主要有2种：原始断距相减法(也称垂直断距相减法)和最大断距相减法[20]。原始断距相减法[21]就是在断层错断所有层位的垂直断距中，用深层垂直断距依次减去最浅层相对应断层段的垂直断距，将断层回剥到早期，这种方法虽然可以识别断层的分段生长，但并不能直观地表示出来。最大断距相减法是目前采用最广泛的方法，是在断层错断所有层位的垂直断距中，用深层垂直断距减去最浅层相对应断层段的最大垂直断距[22]，将断层回剥到单段生长的时候，可以直接看出断层早期是分几段生长以及分段生长点的位置，应用这一方法可以更直观地观察到断层分段情况，最大断距相减法在国内外均有实例应用，效果显著。

应用最大断距相减法进行断距回剥时可以发现，断距-距离曲线上分段生长点存在的位置与深层断距具有一定的关系，即分段生长点存在的区域必然是深层断距-距离曲线的低值区[12]，也就是说可以从断距-距离曲线的形态上大致判断断层分几段生长。在英买9区块应用最大断距相减法存在的最大问题是数据不足，从地震剖面上看，只能解释出2条较为清楚的同向轴，分别是古近系库姆格列木群和白垩系巴西改组，由于英买9区块上在巴西改组断层较为发育，基本不会断穿古近系库姆格列木群，因此，直接采用最大断距相减法有一定困难。基于上述原因，英买9区块断层分段生长的研究采用最大断距相减法的拓展方法，即直接根据断-距离曲线的形态，找出相对低值区[12]，标定分段生长点位置，进而确定构造相对有利的区域。

从英买9区块白垩系巴西改组8条断层的断距-距离曲线中可以看出(图3)，W1断背斜圈闭中F1断层断距-距离曲线中存在2个明显的低值区，属于三段式生长，2个分段生长点分别是A和B，F2和F3断层是单段式生长；W2断背斜圈闭中F4断层和F5断层是单段式生长；W3断背斜圈闭中F6断层断距—距离曲线中存在一个明显低值区，属于两段式生长，分段生长点是C，F7和F8断层是单段式生长。根据英买9区块内8条断层的不同分段生长特征，可以确定F1断层早期是3个小断层，后来逐渐生长连接成为1条大断层，对F1断块中F2和F3断层起到控制作用，属于上述连接型断层中的“硬连接”断层，因而确定为主控断层；F6断层早期是2条小断层，后来逐渐生长连接成为1条断层，同属主控断层；F4断层虽然是单段式生长，但结合连接型断层中所述，F4断层也应为主控断层。

3 断层的封闭性

由于英买9区块内巴西改组断层十分发育，因此，断层对油气是否具有封堵作用就显得尤为重要。在对断层封闭性进行评价的过程中，一般会采用定性评价和定量评价2种方法对断层的封烃能力进行综合判定。

3.1 断层封闭性定性评价

前人研究认为，影响泥岩涂抹连续性的因素有很多，如断距、埋深、埋藏条件、温度、成岩程度和泥岩厚度等等，根据断距与同层泥岩厚度的比值即泥岩涂抹因子(SSF)的大小可以确定泥岩涂抹的连续性[23]，从而定性地判定断层是否具有封烃能力，一般来说，泥岩涂抹因子是断层封闭性的定性表征，泥岩涂抹因子越小，表明泥岩涂抹连续性越好，对于泥岩互层的地层来说，泥岩涂抹因子小于4时[23]，认为泥岩涂抹连续分布。

通过计算研究区英买9区块上主控断层的泥岩涂抹因子，确定出3条主控断层(F1、F4和F6断层)的封闭性。根据泥岩涂抹因子计算公式可知，在断距和泥岩厚度明确的基础上，就可以计算出泥岩涂抹因子，但是从图3可以看出，对于同一条断层而言，断层两端断距值最小，断层中间位置断距较大，以F1断层为例，断层两端垂直断距仅为1.25 m，但是F1断层最大断距可达36.25 m，相差很大，由于最大断距处附近无井位，无法知道泥岩层的确切厚度，因而，取过井且垂直于井周围主控断层的断距，例如；对于F1断层而言，过W1井且垂直于F1断层的断距为10.2 m，W1井巴西改组泥岩厚度为3 m，泥岩涂抹因子为3.4(表2)。通过计算表明，英买9区块内F1断层的泥岩涂抹因子是3.4，F6断层的泥岩涂抹因子是1.89，2条断层的泥岩涂抹因子均小于4，具有封烃能力，F4断层的泥岩涂抹因子是5.38，不具有封烃能力。

图3 英买9区块白垩系巴西改组断距-距离曲线Fig.3 Throw-displacement curves of Cretaceous Baxigai Formation in YM9 block

断层名称顶深/m底深/m过井名称过井断距/m泥岩厚度/mSSF值涂抹连续F14935．204947．40W110．203．003．40是F44939．514975．29W235．786．655．38否F64965．404972．96W37．563．991．89是

从上述结果可以看出，封烃能力从强到弱依次为F6、F1、F4断层。

3.2 断层封闭性定量评价

断层封闭性定量评价过程中发现，烃柱高度与泥岩断层面上某点的泥质含量和经验d值之间存在一定的关系[24]。即

(1)

式中：H为封烃高度，m；SGR为断层面上某点的泥质含量，取值为0～100(泥质含量也称泥质体积，指泥质体积占岩石总体积的比)；d为根据研究区已发现的断层油藏油柱高度所要标定的参数；ρw，ρo分别为气藏中水和油的密度，g/cm3；g为重力加速度，9.8 m/s2；C为常数，根据文献调研，埋深超过3 500 m时取值为0[25]。

泥岩断层泥比与断距、地层厚度和地层的泥质含量有关[23]，即

(2)

式中：SGR为断层面上某点的泥质含量，L为断距，m；Δz为某一地层的厚度，m；Vsh为Δz地层中的泥质含量，%。

而地层中的泥质含量可以通过泥质含量公式

(3)

(4)

计算得出，式(3)和式(4)中[26]：Vsh为某一地层中的泥质含量，%；GCUR为希尔奇指数，与地质年代有关，白垩系巴西改组取3.7；IGR为泥质含量指数；GR为目的层自然伽马值；GRmin为纯砂岩层自然伽马值；GRmax为纯泥岩层自然伽马值。

由于自然伽马测井曲线是一条连续的曲线，因此，可以从自然伽马测井曲线上读出任意深度的自然伽马值，式(4)中的泥质含量指数(IGR)和式(3)中的地层泥质含量(Vsh)可以直接计算出来，再结合图4中3口井的伽马测井曲线和岩性，读出地层厚度(Δz)就可以计算出泥岩断层的SGR。从式(1)中可以看出，在计算出泥岩断层的SGR的基础上，只需知道d值就可以确定断层的封烃高度。

图4 英买9井区白垩系巴西改组岩性剖面Fig.4 Lithology section of Cretaceous Baxigai Formation in YM9 block

既然经验值d与烃柱高度(H)有关，那么确定d值就显得尤为重要。由于英买9区块的井位均已停产或见水关井，对于现阶段的封闭性定量评价不具备参考意义，因此，选取与英买9区块相邻区块的3口井——英买463、英买7和英买468井，它们均为现阶段的生产井，具有高产能，实际烃柱高度分别是12.5、10.79和10 m；运用式(4)和式(3)计算出地层中泥质含量(Vsh)分别为0.16、0.28和0.35，再结合式(2)可以计算出泥岩断层泥比(SGR)分别为0.17、0.27和0.36。根据英买463井、英买7井和英买468井的封烃高度，结合式(1)计算出d值分别是0.08、0.14和0.19，平均值为0.14。根据d值就可以计算出英买9区块F1断层和F6断层2条断层的封烃高度，分别是15.42和20.68 m，这与前面断层封闭性定性评价得出的结论相吻合。

4 构造有利区预测

英买9区块开发早期具有高产井，但由于当时资料有限，地质情况认识不足，以及开采速度过快等导致底水抬升，造成水淹，但总体上讲，英买9区块主控断层F1和F6具有良好的封烃能力，断层边部剩余油富集程度比较高，具有进一步挖潜的价值。由于英买9区块断层分布相对集中，断层分段生长对剩余油分布产生较大影响，断层分段生长的位置即是早期发育小型断层的端部[4]，因此，断层上升盘抬升的幅度和下降盘沉降的幅度均会比分段生长点抬升或者沉降的幅度要大[9,19]，由此可见，对于上升盘而言，断层分段生长的位置处于构造低部位，河流会携带沉积物由上升盘断层分段生长的位置流向下降盘分段处，沉积物在下降盘断层分段生长点处汇聚，形成下降盘局部高点。依据这一原理，通过断距-距离曲线(图3)在英买9区块W1和W3断背斜圈闭中预测出3个有利区域，其中，W1断背斜圈闭内有2个有利区(A点和B点)，A点与W1井重合，W1井开发早期曾是高产井，由此可以证明，断层分段生长理论的可行性，因此，W1和W3这2个断背斜圈闭中预测的有利区具有一定程度的开采价值。

此外，若对断层周边剩余油进行开采，可以考虑F1断层下降盘A点以及F6断层下降盘的B点，这2处断层均为具有封烃能力的断层，都处于下降盘局部构造高点且是沉积物相对富集的有利区。

图5 英买9区块白垩系巴西改组断层附近预测有利区Fig.5 Favorable areas predicted near the faults of Cretaceous Baxigai Formation in YM9 block

5 结 论

(1)英买9区块内具有3个断背斜圈闭，根据断层的类型，判断在F1断层、F4断层和F6断层下盘形成有利圈闭；断层具有分段生长的特征，应用最大断距相减法的拓展方法，判断F1断层是三段式生长，F6断层是两段式生长，其余6条断层均为单段式生长。

(2)对英买9区块内的主控断层F1和F6断层的封闭性进行定性和定量评价，结果显示F6断层封闭性最好，封烃高度为20.68 m ；F1断层封闭性次之，封烃高度为15.42 m。

(3)根据断距-距离曲线低值区确定早期发育小型断层的端部，在英买9区块2个断背斜圈闭内预测出3个有利区。

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