瑪湖西環(huán)帶高角度斷裂成因與控藏作用

郭文建，吳孔友，任本兵，裴仰文，黃立良

（1.中國(guó)石油新疆油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆 克拉瑪依 834000；2.中國(guó)石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580）

瑪湖西環(huán)帶高角度斷裂成因與控藏作用

郭文建1，吳孔友2，任本兵1，裴仰文2，黃立良1

（1.中國(guó)石油新疆油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆 克拉瑪依 834000；2.中國(guó)石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580）

通過(guò)高密度三維地震資料精細(xì)解釋?zhuān)跍?zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷西環(huán)帶發(fā)現(xiàn)眾多高角度斷層，斷層剖面組合為復(fù)合型與單一型，平面組合為斜交式與平行式。規(guī)模大、壓扭強(qiáng)的斷層，分支多，剖面組合呈“花狀”構(gòu)造；規(guī)模小、壓扭性弱的斷層，常單獨(dú)發(fā)育。成因機(jī)理分析表明，高角度斷層是達(dá)爾布特?cái)嗔训呐缮鷺?gòu)造，屬Sylvester簡(jiǎn)單剪切模式中R’剪裂面，并得到物理模擬實(shí)驗(yàn)證實(shí)。高角度斷層與油氣運(yùn)聚關(guān)系極密切，形成期與油氣生成期匹配合理，構(gòu)成油氣垂向運(yùn)移的良好通道。靜止期形成有效的油氣圈閉，高角度斷層圍限的斷塊、斷鼻是下一步油氣勘探的重點(diǎn)目標(biāo)。

瑪湖凹陷西環(huán)帶；高角度斷層；形成機(jī)理；控藏作用斷層對(duì)油氣運(yùn)聚、成藏的控制作用，歷來(lái)受到關(guān)注[1]，其既為油氣運(yùn)移通道，又能封堵油氣成藏[2-3]。長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地?cái)鄬拥难芯恐饕杏诘徒嵌饶鏀鄬?，包括斷層特征、斷層控砂作用、斷層封閉性等[4-10]。20世紀(jì)80年代，朱志澄等以斷面傾角為界[11]，將大于45°斷層稱(chēng)為高角度逆斷層，小于45°的稱(chēng)為低角度逆斷層。2005年，康永尚等研究準(zhǔn)噶爾盆地臺(tái)盆區(qū)高角度斷層特征與成藏作用[12]，首次探討與造山帶不平行的高角度斷層成因。近年來(lái)，隨著油氣勘探的深入，準(zhǔn)噶爾盆地西北緣瑪湖凹陷西環(huán)帶發(fā)現(xiàn)一系列高角度斷層，這些斷層斷面陡傾，走向與造山帶近于垂直，切穿深度大。對(duì)高角度斷層控制目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別與評(píng)價(jià)，相繼實(shí)施幾口鉆井，均獲得高產(chǎn)工業(yè)油流，反映高角度斷層在該區(qū)油氣運(yùn)聚過(guò)程中，起重要控制作用。目前關(guān)于瑪湖西環(huán)帶高角度斷裂的性質(zhì)、成因及控藏機(jī)理尚不清楚。本次研究對(duì)地震資料精細(xì)解釋?zhuān)鞔_斷裂性質(zhì)，通過(guò)應(yīng)力分析和物理模擬揭示成因機(jī)理，建立控藏模式，對(duì)深化準(zhǔn)噶爾盆地西北緣油氣勘探具重要意義。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造背景圖Fig.1 Structural setting of research area1.西北緣；2.瑪湖凹陷；3.斷裂；4.分區(qū)線(xiàn)

1 地質(zhì)背景

準(zhǔn)噶爾盆地是我國(guó)西部重要含油氣盆地，勘探面積近13×104km2，內(nèi)部分多個(gè)構(gòu)造單元[13]。西北緣為準(zhǔn)噶爾盆地油氣最富集構(gòu)造帶，處于西準(zhǔn)噶爾造山帶與準(zhǔn)噶爾地塊間[14]，分為超剝帶、斷褶帶和單斜帶[12]?，敽鳝h(huán)帶主要指西北緣單斜帶（圖1），該帶地層變形簡(jiǎn)單，整體呈單斜狀態(tài)，構(gòu)造部位低，地層從二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系及新近—古近系均發(fā)育，且厚度較大。超剝帶和斷褶帶距造山帶近，構(gòu)造復(fù)雜，斷裂發(fā)育，油氣富集，勘探程度與研究程度較高。環(huán)瑪湖凹陷斜坡帶構(gòu)造簡(jiǎn)單、埋藏深，勘探程度較低。進(jìn)入21世紀(jì)，新疆油田逐漸將勘探重點(diǎn)移至瑪湖凹陷西環(huán)帶（單斜帶），部署實(shí)施的MH1、MA18等井相繼獲高產(chǎn)工業(yè)油流，表明該區(qū)具較大的油氣勘探開(kāi)發(fā)潛力，是新疆油田增儲(chǔ)上產(chǎn)的有利區(qū)。

2 高角度斷裂幾何特征

高角度斷層指斷面傾角大于45°的斷層[15-16]。本文特指斷面陡直、傾角大于65°、走向與造山帶近于垂直、具扭動(dòng)性質(zhì)的斷層。

2.1 高角度斷層剖面特征

對(duì)高精度三維地震資料精細(xì)解釋?zhuān)诂敽枷菸鳝h(huán)帶發(fā)現(xiàn)大量高角度斷層。其特征如下：①斷距小，有的甚至沒(méi)有斷距，同一剖面不同深度或同一斷層不同剖面上同相軸時(shí)斷時(shí)續(xù)（斷面兩側(cè)地震反射頻率、能量、極性有時(shí)會(huì)產(chǎn)生變化）；②斷面陡直，傾角大于65°，有的接近直立；③斷層切割深度大，從二疊系切至侏羅系。據(jù)高角度斷層在剖面上的相互關(guān)系，分為復(fù)合型與單一型兩種（圖2）。

圖2 瑪湖凹陷西環(huán)帶高角度斷層剖面特征Fig.2 Section properties of the high angle faults in the Western circle zone of Mahu depressiona——復(fù)合型；b——單一型

復(fù)合型 對(duì)高角度斷層解釋中，發(fā)現(xiàn)部分高角度斷層在剖面上密集發(fā)育于較窄區(qū)域，其中有一條切穿深、斷距大、同相軸破碎明顯、斷面傾角近于90°的主斷層，其余斷層規(guī)模小，上部斷面陡，傾角大于70°，下部產(chǎn)狀變緩，并相交于主斷層上，近于對(duì)稱(chēng)，構(gòu)成剖面上“正花狀構(gòu)造”（圖2-a），表明瑪湖凹陷西環(huán)帶發(fā)育的高角度斷層具扭動(dòng)性質(zhì)[17]，屬走滑斷層。

單一型 地震資料解釋中，瑪湖凹陷西環(huán)帶部分高角度斷層不呈簇狀，僅見(jiàn)一條單一的高角度斷層。該斷層一般垂向位移量小，斷裂兩側(cè)同相軸僅發(fā)生撓曲，或地層產(chǎn)狀發(fā)生變化，深層可見(jiàn)波組錯(cuò)斷，淺層波組較連續(xù)，無(wú)明顯斷點(diǎn)。斷面附近往往形成一條較窄的雜亂反射帶，斷面傾角大于70°（圖2-b），傾向隨位置不同，略有變化。

2.2 高角度斷層平面特征

通過(guò)對(duì)瑪湖凹陷西環(huán)帶高分辨率三維地震資料精細(xì)刻畫(huà)，識(shí)別出高角度斷層數(shù)條，特征清晰。高角度斷層平面上整體延伸較短，與造山帶呈大角度相交。斷層平面組合主要有斜交式和平行式。MH1井三維工區(qū)解釋的高角度斷層規(guī)模較大，大侏羅溝斷層為主斷層，其余斷層均與其斜交，構(gòu)成“青魚(yú)骨刺狀”組合。MX1井三維工區(qū)解釋的高角度斷層在平面上以平行式組合為主，也發(fā)育斜交式，規(guī)模較小。平面上斜交式組合斷層，在剖面上多呈“花狀”，構(gòu)成復(fù)合型。平面上平行式組合斷層，剖面上多為單一型樣式。

3 高角度斷裂形成機(jī)理

3.1 區(qū)域構(gòu)造背景

瑪湖西環(huán)帶毗鄰西準(zhǔn)噶爾造山帶，NW向與哈薩克斯坦板塊碰撞，NE向受西伯利亞板塊擠壓[12,14]。準(zhǔn)噶爾盆地西北緣處于擠壓與剪切疊加應(yīng)力環(huán)境，發(fā)育數(shù)條大規(guī)模壓扭性斷裂，包括巴爾雷克斷裂、托里斷裂和達(dá)爾布特?cái)嗔裑18]。達(dá)爾布特?cái)嗔丫o鄰西北緣，平面延伸大于300 km，與瑪湖西環(huán)帶近于平行。該斷裂始于二疊紀(jì)中期，以右旋平移錯(cuò)動(dòng)為主[19-20]。印支期受西伯利亞板塊NE向擠壓作用[21]，達(dá)爾布特?cái)嗔寻l(fā)生左旋平移錯(cuò)動(dòng)，973花崗巖體、紅山花崗巖體被錯(cuò)開(kāi)5~10 km[22-23]。平面上，達(dá)爾布特?cái)嗔盐捕顺省榜R尾狀”組合（圖3-a），剖面上顯示“花狀”構(gòu)造（圖3-b）。

3.2 受力分析

走滑斷裂在平移錯(cuò)動(dòng)過(guò)程中，易形成派生斷層、褶皺、節(jié)理，甚至斷陷盆地，形成復(fù)雜的扭動(dòng)構(gòu)造體系[24]。Sylvester提出的簡(jiǎn)單剪切模型，合理解釋了主走滑斷裂（PDZ）與各派生構(gòu)造（R面、R’面、P面等）間的力學(xué)成因關(guān)系[25]。通過(guò)衛(wèi)片解譯、野外踏勘，特別是地震資料精細(xì)解釋?zhuān)敽鳝h(huán)帶斷裂組合關(guān)系符合Sylvester的簡(jiǎn)單剪切模型。達(dá)爾布特?cái)嗔褳橹髯呋瑤В≒DZ），平移錯(cuò)動(dòng)過(guò)程中派生出兩側(cè)一系列呈不同角度相交的斷層，其中烏蘭林格斷裂等呈小角度相交，相當(dāng)于P和R’剪裂面?，敽鳝h(huán)帶發(fā)育大量高角度斷裂（包括大侏羅溝斷裂）相當(dāng)于R’剪切面。因此，達(dá)爾布特?cái)嗔炎呋饔檬切纬蓽?zhǔn)噶爾盆地瑪湖西環(huán)帶高角度斷層的主要控制因素[26-28]。規(guī)模較大、壓扭性強(qiáng)的高角度斷層，常形成分支斷層，地震剖面上為“花狀”構(gòu)造；規(guī)模小、壓扭性較弱的高角度斷層，常單獨(dú)存在，構(gòu)成單一型[29]。據(jù)地層切割關(guān)系，斷裂切穿二疊系、三疊系，終止于侏羅紀(jì)晚期，主斷裂兩盤(pán)三疊系沉積厚度存在差異，表明高角度斷裂發(fā)育于三疊紀(jì)至侏羅紀(jì)。

圖3 達(dá)爾布特?cái)嗔哑矫婧推拭嫣卣鱂ig.3 Horizontal and Section properties of Daerbute fault（a）——平面特征（據(jù)GongJian Tang等，2012）；（b）——剖面特征1.新生代、中生代及二疊系；2.石炭系；3.泥盆系；4.志留系；5.奧陶系；6.侵入體；7.晚志留—早奧陶世侵入體；8.超基性巖及蛇綠混雜巖；9.斷裂；10.剖面線(xiàn)

3.3 物理模擬

為進(jìn)一步驗(yàn)證瑪湖凹陷西環(huán)帶高角度斷層成因機(jī)理，探討達(dá)爾布特?cái)嗔褞ё呋顒?dòng)對(duì)西北緣構(gòu)造樣式的影響，利用山東省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室壓扭性構(gòu)造物理模擬系統(tǒng)，對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地西北緣斷裂體系形成機(jī)理進(jìn)行模擬。模擬材料主要包括石英砂、粘土和水，按一定比例調(diào)試后，制成約5 cm厚的地質(zhì)體，陰干成半塑狀態(tài)，開(kāi)始施加壓扭應(yīng)力。首先形成平行于造山帶的低角度斷層（逆掩斷層），相當(dāng)于西北緣山前逆斷層（圖4-a），包括克拉瑪依斷裂、南白堿灘斷裂等。繼續(xù)加力，山前逆斷層規(guī)模變大，形成掩覆帶。同時(shí)近垂直造山帶和逆掩斷裂的高角度斷層開(kāi)始形成，高角度斷層形成有分支斷裂（圖4-b）。模擬進(jìn)一步證實(shí)，高角度斷層的形成受達(dá)爾布特?cái)嗔褞ё呋顒?dòng)控制，西北緣山前逆斷層也受達(dá)爾布特?cái)嗔褞Щ顒?dòng)影響，后期演化成達(dá)爾布特?cái)嗔选盎睢狈种А?/p>

圖4 西北緣斷裂系統(tǒng)形成物理模擬Fig.4 Physical simulation of fault system in the Northwest margin of Junggar basin

4 高角度斷裂控藏作用

4.1 控藏模式

通過(guò)對(duì)瑪湖西環(huán)帶高角度斷層特征及成因分析，確定該類(lèi)斷層為具壓扭性質(zhì)的走滑斷層 ，走滑斷層對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地油氣成藏具重要作用。邵雨等從區(qū)域背景上分析走滑構(gòu)造對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地西北緣油氣運(yùn)聚的控制作用[27]。張?jiān)竭w等認(rèn)為與走滑斷層伴生的斷塊、斷鼻是西北緣下一步油氣勘探的重點(diǎn)[19]。新疆油田公司在瑪湖西環(huán)帶按高角度斷層控藏思路，部署幾口探井，均獲得重大突破，反映高角度斷層對(duì)瑪湖西環(huán)帶油氣運(yùn)聚具重要控制作用。

油源對(duì)比顯示[30]，準(zhǔn)噶爾盆地西北緣聚集的油氣主要來(lái)自瑪湖凹陷下二疊統(tǒng)風(fēng)城組和中二疊統(tǒng)下烏爾禾組，排烴期從二疊紀(jì)末期持續(xù)至白堊紀(jì)。瑪湖西環(huán)帶發(fā)育的高角度斷層切穿深（二疊系切至侏羅系）、斷面陡（傾角大于65°）。從縱向切割的地層看，特別是據(jù)規(guī)模大、斷面陡、走滑明顯且切斷并錯(cuò)開(kāi)扎伊爾山的大侏羅溝斷層對(duì)三疊系與侏羅系沉積控制作用推斷，高角度斷層應(yīng)形成于三疊紀(jì)至侏羅紀(jì)，該時(shí)期正好是二疊系主力烴源巖的生烴期，因此構(gòu)成油氣垂向運(yùn)移的良好通道。斷層停止活動(dòng)后，在斷面應(yīng)力、泥質(zhì)充填和涂抹作用下，斷裂逐漸封閉，形成斷塊或斷鼻圈閉。

瑪湖西環(huán)帶發(fā)育的走滑斷裂斷面陡、切穿深、延伸遠(yuǎn)，斷裂活動(dòng)期與油氣生成期匹配，構(gòu)成良好的油氣運(yùn)移通道。油氣進(jìn)入走滑斷裂帶后，在浮力和壓差作用下，快速沿?cái)嗔褞л攲?dǎo)部分向上運(yùn)移，同時(shí)沿分支斷裂呈發(fā)散式運(yùn)移，在剖面上多個(gè)層位、平面上多個(gè)圈閉聚集成藏。瑪湖凹陷西環(huán)帶發(fā)育的高角度斷層近垂直造山帶，由斜坡高部位延伸至生烴凹陷，構(gòu)成油氣側(cè)向運(yùn)移的輸導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，并將生烴中心派出的油氣運(yùn)移至山前構(gòu)造帶成藏。高角度斷層在平面和剖面上組合成兩種樣式，油氣運(yùn)聚過(guò)程中在空間上構(gòu)成花狀和墻角狀兩種成藏模式。花狀成藏模式指油氣沿復(fù)合型高角度斷層由下向上呈發(fā)散式運(yùn)移，聚集在主斷層與分支斷層間的夾塊中（圖5-a）。墻角狀成藏模式指油氣沿單一型高角度斷層運(yùn)移，在上傾方向受近平行于造山帶的逆沖斷層遮擋，聚集在呈墻角式斷夾塊中（圖5-b）。4.2勘探效果分析

圖5 瑪湖凹陷西環(huán)帶高角度（走滑）斷層成藏模式Fig.5 Hydrocarbon accumulation models of the high angle(Strike slip)faults in the Western circle Zone of Mahu depression1.走滑斷層；2.逆沖斷層；3.油氣運(yùn)移方向；4.含油面積

圖6 含油面積圖Fig.6 The oil-bearing area mapa——MH1井三維區(qū)塊；b——MX1井三維區(qū)塊1.圈閉；2.斷層；3.等高線(xiàn)；4.油井及產(chǎn)能；5.顯示井；6.申報(bào)控制含油面積；7.百口泉組一段頂界構(gòu)造線(xiàn)；8.斷裂；9.井號(hào)

花狀成藏模式下，大侏羅溝斷裂體系（MH1井三維工區(qū)）鉆探的MH1井，日產(chǎn)油39.4 t、日產(chǎn)氣2 500 m3；MH2井鉆探部位處于圈閉邊緣，僅見(jiàn)油氣顯示（圖6-a）。墻角狀成藏模式下，MX1井三維工區(qū)范圍內(nèi)，先后鉆探MA18井、AH1井，其中MA18井穩(wěn)定日產(chǎn)油33.23 t，氣6 900 m3，AH1井穩(wěn)定日產(chǎn)油29.28 t，氣2 080 m，與相鄰MA6井等壓力系統(tǒng)存在明顯差異，進(jìn)一步證實(shí)高角度斷層對(duì)該區(qū)油氣成藏的控制作用（圖6-b）。這是瑪湖凹陷西環(huán)帶繼瑪湖1井三維區(qū)塊取得突破（MH1井獲得高產(chǎn)工業(yè)油流）后的又一重大探索和發(fā)現(xiàn)，為新疆油田的增儲(chǔ)打開(kāi)了新局面。

5 結(jié)論

（1）瑪湖凹陷西環(huán)帶高角度斷層剖面組合為復(fù)合型與單一型，平面組合為斜交式與平行式。平面上斜交式組合斷層，剖面上多呈“花狀”，構(gòu)成復(fù)合型樣式；平面上平行式組合斷層，剖面上多為單一型樣式。高角度斷層屬壓扭性走滑斷層。

（2）達(dá)爾布特?cái)嗔褳橐淮笮妥呋瑯?gòu)造，多期活動(dòng)形成準(zhǔn)噶爾盆地西北緣斷裂體?，敽鳝h(huán)帶高角度斷裂是達(dá)爾布特?cái)嗔褞У呐缮鷺?gòu)造，屬Sylvester簡(jiǎn)單剪切模式中的R’剪裂面。模擬進(jìn)一步證實(shí)，高角度斷層的形成受達(dá)爾布特?cái)嗔褞ё呋顒?dòng)控制，西北緣山前逆斷層受達(dá)爾布特?cái)嗔褞Щ顒?dòng)影響，后期演化成達(dá)爾布特?cái)嗔选盎睢狈种А?/p>

（3）瑪湖凹陷西環(huán)帶高角度斷層與油氣運(yùn)聚關(guān)系極密切，形成期與油氣生成期匹配合理，構(gòu)成油氣垂向運(yùn)移的良好通道。靜止期形成有效的油氣圈閉，高角度斷層圍限的斷塊、斷鼻是下一步油氣勘探的重點(diǎn)目標(biāo)。

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Deformation Mechanism and Petroleum Accumulation of the High Angle Faults in the Western Circle Zone of Mahu Depression, Junggar Basin

Guo Wenjian1,Wu Kongyou2,Ren Benbing1,Pei Yangwen2,Huang Liliang1
（1.Research Institute of Exploration and Development,Xinjiang Oilfield Company,PetroChina,Karamay,Xinjiang, 834000,China;2.School of Geosciences,China University of Petroleum,Qingdao,Shandong,266580，China）

According to the high-resolution 3D seismic interpretation,a series of high angle faults are developed in the western circle zone of Mahu depression.In section view,these high angle faults present single or combination distribution; while in plain view,they present oblique or parallel distribution.The large shearing fault branches several splays to form flower structures in section view;whereas the smaller shearing fault usually presents single fault development.It is suggested that the high angle faults are accommodation structures of the Daerbute fault,corresponding to the R’shearing in the Sylvester shearing model,which is also verified by the physical experiments.These high angle faults can be good conduits for the vertical migration of petroleum,as the deformation timing is properly matched with the hydrocarbon generation timing.During stable period,the high angle faults present good sealing properties to form effective hydrocarbon traps.Therefore,the fault blocks and fault noses constrained by these high angle faults can be emphasizes in the following petroleum exploration.

Western circle zone of Mahu depression;High angle faults;Deformation mechanism;Petroleum accumulation

1000-8845(2016)02-263-06

P618.130.1

A

項(xiàng)目資助：國(guó)家自然科學(xué)基金（41272142）、中石油攻關(guān)課題（2012E-34-01）聯(lián)合資助

2015-04-17;

2015-06-19;作者E-mail：guowj@petrochina.com.cn

郭文建（1982-），男，新疆克拉瑪依人，工程師，2005年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）勘查技術(shù)與工程專(zhuān)業(yè)，從事油氣勘探綜合研究