柴达木盆地西部新生代水平裂缝形成机理与构造隆升响应关系研究

Horizontal fractures related to tectonic uplift and denudation develop in the Cenozoic formation of the western Qaidam Basin, on which no research has been done at present. Based on tectonic deformation and model reconstruction, through integrated analysis of outcrops, cores, thin sections, image log and experiments, this project proposes to set up the 3D geological model of horizontal fractures by studying the key controlling factors on the fracture distribution. Through the generating sequence and the micro structural characteristics and the fluid inclusion analyses of the fillings in the horizontal fractures, we can discover the rules of fracture opening and being filled and the function of abnormal high pore fluid pressure, determine the forming time of horizontal fractures and clarify the formation mechanism. Combined with numerical simulation, we can set up quantitative relationship between the aperture of horizontal fractures and the uplift amplitude or denudation thickness, and discover the response of horizontal fractures to the tectonic uplift of the Tibetan Plateau. By analysis of geologic and geophysical data, we predict and evaluate of the fracture distribution in the deep formations and clarify the contribution of horizontal fractures to tight reservoirs. The research results will guide the oil and gas exploration and exploitation in the western Qaidam Basin, and provide new scientific basis for the tectonic uplift process of the Tibetan Plateau since the Cenozoic.

柴达木盆地西部新生界发育一类与构造抬升和剥蚀作用相关的水平裂缝，目前对这类水平裂缝尚未进行任何研究。本项目拟在构造变形与构造模型重建的基础上,通过地面露头、岩心、薄片、成像测井和实验等资料的综合分析，研究水平裂缝的纵向发育规律及其主控因素，建立水平裂缝的三维地质模型；通过裂缝形成序列以及水平裂缝充填矿物的微观结构特征和流体包裹体分析，揭示水平裂缝张开-愈合规律和异常孔隙流体高压的作用，确定水平裂缝的形成时间，阐明水平裂缝的形成机理；结合数值模拟研究，建立水平裂缝张开度与抬升幅度或剥蚀厚度之间的定量关系，揭示水平裂缝对青藏高原的构造隆升响应；利用地质和地球物理资料，预测和评价深层水平裂缝的分布规律，阐明水平裂缝对致密储层的贡献。该项目研究成果不仅对柴达木盆地西部油气勘探和开发具有重要指导作用，而且可为青藏高原新生代以来的构造隆升过程认识提供新的科学依据。

本项目利用地表露头、岩心、测井和地震资料，通过样品测试和有限元数值模拟，对柴达木盆地西部新生界水平裂缝的发育规律、主控因素、形成机理及构造隆升响应进行了研究。该区水平裂缝可分为两大类4小类，在平面上分布在滨浅湖和深湖相的咸水泉、油泉子、红沟子及南翼山一带，在纵向上从地表至深部发育程度逐渐降低，裂缝规模逐渐减小。水平裂缝主要两期形成，第一期形成时间2.2-2.8Ma，第二期形成时间0.8-1.2Ma。水平裂缝在快速抬升过程中由于快速剥蚀作用造成的垂向拉张应力形成。水平裂缝发育程度及形态受岩性、沉积构造、剥蚀量、埋藏深度等因素控制，其形成需满足两个基本条件：一是岩层抗张强度一般不超过9MPa，并且优先在抗张强度较小的泥质岩中发育；二是在快速抬升剥蚀时形成，要求年平均剥蚀速率不能低于2m／a，且总剥蚀量大于上覆地层厚度90%以上才形成，第一期水平裂缝发育的最大埋藏深度在2000米左右，第二期水平裂缝发育的最大深度在900米左右。水平裂缝对青藏高原的隆升响应主要表现在水平裂缝的长宽比变化上，在同一时期构造快速隆升剥蚀作用下，相同沉积构造以及相同岩性的岩层中形成的水平裂缝具有一定长宽比；构造隆升剥蚀越强烈，剥蚀速率越大，则水平裂缝长宽比越小；层理发育频率越低，岩层越均质，则水平裂缝的长宽比越小；岩石的弹性模量越小，泊松比越大，则水平裂缝的长宽比越小。同时，水平裂缝的长宽比还受到同期水平裂缝相对位置、组合形态及其裂缝充填性的影响，随着水平裂缝相对位置逐渐增大，裂缝的长宽比先减小后增大，裂缝充填物的弹性模量越小，泊松比越小，则水平裂缝的长宽比越小，并建立了在不同地质条件下水平裂缝对构造隆升剥蚀响应的图版。利用地质和地球物理相结合方法，预测了狮子沟和南翼山构造深层裂缝的发育规律，狮子沟构造深层裂缝在E31发育程度高，范围大，而在E32发育程度低，范围小。南翼山构造深层E32裂缝发育明显受褶皱和断层构造的控制，在主体构造轴部、转折端及其西北部裂缝明显发育。