羌塘盆地碳酸盐岩储层裂缝形成期次研究

2024-03-27王韶辉

石化技术 2024年1期

王韶辉

成都理工大学沉积地质研究院四川成都 610059

碳酸盐岩储层在世界油气分布中有着十分重要的地位，占据了油气总储量的50%和总产量的60%以上[1]。随着全球油气勘探程度的提高，碳酸盐岩裂缝型油气藏以及成为一个重要的勘探新领域[2]。但是在大多数情况下，碳酸盐岩储层的物性较差，孔隙度、渗透率较低，储层非均质性严重[1，3]。裂缝在碳酸盐岩储层中普遍发育。已有诸多学者开展了关于碳酸盐岩储层裂缝的研究并取得了一些成果。通过对碳酸盐岩储层天然裂缝的研究认为，受多种构造作用和成岩作用的影响，碳酸盐岩储层天然裂缝较为发育，裂缝是储层重要的储集空间，为储层油气聚集提供了有利的储集条件[4]；其他学者研究认为，天然裂缝是控制碳酸盐岩储层中岩溶作用的关键因素，有利于储层中次生孔隙的发育，产生孔洞缝相连的有效储层，进而提高储层的渗透率[4]。因此，天然裂缝系统发育程度不仅直接影响碳酸盐岩油气藏的开采效益，而且还决定着碳酸盐岩油气藏产量的高低[5]。但是，有时新裂缝的产生会破坏已经形成的旧裂缝，从而导致旧裂缝中储存的油气散失，从而对油气的发育产生不利影响。所以，我们需要弄清楚碳酸盐岩储层中天然裂缝的形成机制，以便更好的探索和开发油气藏。

羌塘盆地是我国西藏地区的一个重要地质地貌单位，其裂缝发育期次对于地质演化和资源勘探具有重要意义。裂缝是地壳变动的产物，而羌塘盆地裂缝的发育可分为多个期次。早期期次的裂缝发育主要受到构造运动的影响，地壳的强烈变动导致了地下岩石的断裂和开裂。这一时期的裂缝形成对于理解羌塘盆地的古构造演化提供了重要线索，同时也为后续的地质过程奠定了基础。中期期次的裂缝发育受到多种地质因素的综合影响。气候变化、沉积作用等因素共同作用于裂缝的演化过程，使其呈现出多样化的特征。这一时期的裂缝记录了羌塘盆地地质演化的多个阶段，为地质学家还原地壳运动历史提供了丰富的地质资料。近期期次的裂缝发育主要受到人类活动的影响。随着社会经济的发展和人类活动的增加，羌塘盆地的地下资源勘探逐渐成为焦点，人为开发和利用导致了新一轮裂缝的形成。这一时期裂缝的发育特点与自然因素形成的裂缝有所不同，更多地反映了人类活动对地质环境的影响。

1 地质背景

羌塘盆地位于青藏高原北部，地处于特提斯构造带东段，南部以班公湖-怒江缝合带为界，北部以拉竹龙-金沙江缝合带为界，面积约16×104km2[6]。构造方面，羌塘盆地地处青藏高原的东南边缘，是印度板块和欧亚板块交汇的地区。由于两大板块的构造碰撞，青藏高原逐渐隆升，羌塘盆地也受到了强烈的构造挤压和拉伸。这一构造活动导致了盆地内断裂、褶皱等构造变形，形成了多样化的地质结构。羌塘盆地在它形成过程中经历了复杂的构造演化。晚石炭世至早二叠世初，滇缅泰马和羌塘地块与Cimmerian大陆一体分离，沿陆间裂谷断裂，中特提斯洋形成。到晚二叠世（约255 Ma），拉萨地块、西缅甸地块、Cimmerian陆块、羌塘地块、滇缅泰马陆块自冈瓦纳大陆东北缘裂离并向北俯冲，导致古特提斯洋消退、中特提斯洋扩张，南北羌塘地块之间的局限洋关闭。晚三叠世末，拉萨地块与羌塘地块发生剪刀式碰撞，闭合了班公湖—怒江洋盆，同时与北侧的拉竹笼—可可西里碰撞，在缝合带东段隆起形成山脉，西段可能与塔里木盆地和田、若羌地区的残留洋盆相连。在南北羌塘地块之间，双湖—龙木措局限洋也同步隆起，形成中央隆起带，甚至可能导致羌塘地块大面积露出（大约2 Ma）。羌塘盆地可细分为北羌塘褶皱冲断带、北羌塘坳陷带、中央隆起带、南羌塘坳陷带等次级构造单元。盆地的基底由以前的泥盆系变质岩组成，晚古生代至中生代有丰富的沉积盖层，尤其是侏罗系几乎广泛分布于南北两个坳陷，并发育大量碳酸盐岩[6]。

2 裂缝发育特征

通过野外露头、岩心观察及大量文献调研，发现羌塘盆地碳酸盐岩储层裂缝总体较为发育。根据裂缝的发育形态和特征，本文将羌塘盆地碳酸盐岩储层裂缝分为以下几种类型：

2.1 构造缝

构造缝是指形成与分布受局部构造事件或构造应力场控制的裂缝，构造缝的类型、发育程度和产状随着应力场分布和构造部位的变化而变化[7-9]。羌塘盆地碳酸盐岩储层中构造缝最为发育，构造缝主要包括剪切缝和张裂缝。剪切缝开度大小约0.1～1.5mm，产状比较稳定，且延伸较长，裂缝面平直光滑；张裂缝开度大小约0.8～4mm，产状不稳定，且延伸较短，裂缝面粗糙不平。

2.2 成岩缝

成岩缝是岩层在成岩过程中由于压溶、压实和压力释放等地质作用而产生的近水平裂缝[10-12]。羌塘盆地碳酸盐岩储层成岩缝类型主要为层理缝，且层理缝主要分布在层理的交界面上，相互平行，随着岩层和微层理的走向延伸。但是这类裂缝延伸较短，且在该区分布较少。

2.3 溶蚀缝

主要由溶蚀作用形成的裂缝，形状不规则，多呈网状，没有方向性，大多数被方解石或白云石充填。羌塘盆地碳酸盐岩储层溶蚀缝较为发育，说明研究区碳酸盐岩储层受到了强烈的溶蚀改造作用。

3 裂缝发育期次判定

流体是控制盆地中物质演变和能量再分配的主导因素，它对沉积盆地的构造，沉积和成岩有着重要的指示作用[13-15]。羌塘盆地整体处于挤压环境，地下围压较大，早期形成裂缝在地下岩层中一般呈闭合或被充填状态，流体难以侵入。当地下岩层受到构造应力作用时，可以产生新的裂缝并且使早期裂缝开启，这些裂缝则成为流体进入沉积盆地的通道，流体可沉淀充填在裂缝中。因此，裂缝胶结物可视为裂缝形成期间的沉淀流体[16]。对裂缝胶结物进行地球化学分析，可以揭示流体的来源，并提出相对应裂缝的形成机制[17-19]。

利用岩心观察和裂缝胶结物的地球化学分析来对羌塘盆地碳酸盐岩储层的裂缝形成期次进行限定，其中地球化学分析方法包括裂缝胶结物的碳氧同位素分析和稀土元素分析。通过观察岩心裂缝之间切割、限制及组合关系来分析构造缝的形成期次是最为直接有效的一种方法。通过岩心观察分析，羌塘盆地碳酸盐岩储层主要发育三组裂缝：第一组为中高角度裂缝，裂缝延伸长度较短，多为张性裂缝。第二组为中低角度斜交裂缝，多为剪切裂缝。第三组为中高角度剪切缝，延伸范围较远，尺度超过岩心尺度，裂缝壁平直。不同组裂缝除了产状有较大差异，切割限制关系也非常明显。在岩心中常观察到中低角度剪切裂缝被中高角度张性裂缝限制，中低角度剪切裂缝被中高角度剪切裂缝切割。其中低角度剪切裂缝被高角度张性裂缝限制，指示高角度张性裂缝形成时间早于低角度剪切裂缝。低角度剪切缝被中高角度剪切缝切割，指示低角度剪切裂缝形成时间早于中高角度剪切裂缝。地球化学分析结果也表明了三期裂缝的存在。碳氧同位素分布呈现三个明显区间；稀土元素配分结果也显示出三种不同的配分模式。综上，羌塘盆地碳酸盐岩储层共发育有三期裂缝。