準(zhǔn)噶爾盆地紅車斷裂帶結(jié)構(gòu)特征及其控藏作用

仲偉軍，黃新華，張玉華，賈春明，吳孔友

(1.中國(guó)石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 烏魯木齊 830013；2.中國(guó)石油新疆油田分公司風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)，新疆 克拉瑪依 834000；3.中國(guó)石油大學(xué)(華東)地球資源與信息學(xué)院地科系，山東 青島 266580)

紅車斷裂帶位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣斷裂帶的南端，是一個(gè)被眾多斷裂切割的較為復(fù)雜的斷塊區(qū)，含油層系較多，先后在石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系及第三系等發(fā)現(xiàn)油氣。hg1井于石炭系揭示較厚的火山巖地層，chep6井、che88井均見到了良好的油氣顯示，紅車斷裂帶南段具有進(jìn)一步勘探的價(jià)值。前期的研究成果表明:紅車斷裂帶具有分段性，北—中段逆沖，南段走滑。斷裂結(jié)構(gòu)分段差異主要表現(xiàn)在：北段結(jié)構(gòu)復(fù)雜、斷裂帶寬、多條滑動(dòng)破碎帶發(fā)育、膠結(jié)較強(qiáng)，滑動(dòng)破碎帶寬度在15.94～19.22 m；中段構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)一步減弱，導(dǎo)致斷裂內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)較為單一，滑動(dòng)破碎帶以破碎的角礫為主，滑動(dòng)破碎帶的寬度均較大，在77.91～131.46 m之間，而誘導(dǎo)裂縫帶的寬度在58.69～112.65 m之間，上下盤誘導(dǎo)裂縫帶厚度有一定差異；南段斷裂雜亂，地震剖面上表現(xiàn)為明顯的雜亂條帶，上盤誘導(dǎo)裂縫帶多大于下盤，存在有一定的片理化構(gòu)造巖，顯示斷裂活動(dòng)變強(qiáng)。本文通過斷裂帶構(gòu)造特征分析，建立了紅車斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)育模式，并從斷裂構(gòu)造帶演化特征及對(duì)斷層控圈、裂縫輸導(dǎo)、膠結(jié)封閉等方面的探討，確立了斷層對(duì)油氣成藏的控制作用，為車拐地區(qū)的油氣成藏及地震勘探、井位部署提供了理論基礎(chǔ)。

1　地質(zhì)概況

紅車斷裂帶呈近南北向走向，長(zhǎng)約80 km，寬約20 km。其北與克-百斷裂帶相接，西鄰車排子凸起，南以四顆樹凹陷為界，東與中拐凸起和沙灣凹陷相臨，面積約2 000 km2(圖1)。

圖1研究區(qū)構(gòu)造位置

研究區(qū)構(gòu)造特征為東南傾單斜，從老到新主要發(fā)育的地層為石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系及第三系。儲(chǔ)層巖性主要為噴發(fā)相的火山角礫巖與溢流相的碎裂玄武巖。主要儲(chǔ)集類型為裂縫—孔隙型，具有中、低孔隙度、低滲透率和孔隙結(jié)構(gòu)較差、非均質(zhì)程度較強(qiáng)的特點(diǎn)，火山角礫巖和安山巖以裂縫—溶蝕孔為主，是該區(qū)主要的儲(chǔ)油氣空間。斷裂帶受構(gòu)造應(yīng)力影響較強(qiáng)，裂縫相對(duì)發(fā)育，是石炭系油氣成藏和勘探的有利區(qū)帶。''

2　斷裂帶結(jié)構(gòu)特征

2.1　斷裂帶構(gòu)造特征

紅車斷裂帶整體為近南北向的狹長(zhǎng)斷裂帶，斷裂帶內(nèi)部由北向南斷層走向變化明顯，其中北段走向?yàn)楸北睎|向，中段走向?yàn)榻媳毕颍隙螖鄬幼呦蜃兓顬槊黠@，轉(zhuǎn)變?yōu)楸蔽飨颉５卣鹌拭嬉诧@示，沿?cái)嗔炎呦?，斷裂帶?nèi)部構(gòu)造樣式差異顯著，具有明顯的分段特征。紅車斷裂走向多變，整體呈向西凸出的弧形，分段明顯，其中北段走向北北東向，是紅車斷裂帶與小拐新光斷凹的邊界斷裂，剖面顯示斷面上陡下緩呈鏟式，與派生斷裂組成疊瓦狀沖斷層系；中段走向近南北向，呈向東微凸的弧形，是紅車斷裂帶與沙灣凹陷的邊界斷裂，剖面顯示斷面上陡下緩呈鏟式，常與分支斷裂組成不對(duì)稱背沖構(gòu)造；南段走向北西向，同樣是紅車斷裂帶與沙灣凹陷的邊界斷裂，剖面顯示斷面陡直，花狀構(gòu)造發(fā)育，具有走滑斷層特征。主要發(fā)育三期三組斷裂：南北向逆沖斷裂；北西西向走滑及逆沖斷裂；近北西向、南北向正斷裂。

紅車斷裂帶H3井東斷裂等大型的斷裂多形成于晚石炭世，結(jié)束于侏羅紀(jì)，主要經(jīng)歷了海西、印支、燕山期等多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，石炭—二疊系斷距大，表明海西期斷層活動(dòng)強(qiáng)烈，三疊—侏羅系在斷層兩側(cè)厚度差異明顯具有生長(zhǎng)性，控制了地層沉積。在平面及剖面上形成了形態(tài)多樣的構(gòu)造樣式與組合，并且斷裂內(nèi)部由于受到強(qiáng)烈的擠壓作用，往往呈現(xiàn)出復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這也對(duì)準(zhǔn)確評(píng)價(jià)斷層封閉性提出了更高的要求。

2.2　斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征

根據(jù)前人的研究成果，結(jié)合野外、鉆井、地震、巖性等資料，建立了紅車斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)育模式(圖2)。

圖2顯示，斷裂帶內(nèi)部具有由滑動(dòng)破碎帶和誘導(dǎo)裂縫帶所組成的“三明治”式的三層結(jié)構(gòu)。其中，滑動(dòng)破碎帶由于受到強(qiáng)烈的斷裂作用，造成研磨、破碎，往往具有較低的滲透率和孔隙度[1-6]。部分學(xué)者因此將此斷層三維空間結(jié)構(gòu)稱為斷裂帶，并劃分為滑動(dòng)破碎帶與誘導(dǎo)裂縫帶兩個(gè)結(jié)構(gòu)單元，而國(guó)外則稱為斷層核(Fault core)和破碎帶(Damage zone)。由于它們的特征各不相同，物性差異明顯，對(duì)油氣運(yùn)聚往往起到不同的作用[7]。

圖2多因素控制下的斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)育模式

2.3　斷裂帶構(gòu)造演化特征

紅車斷裂帶是三疊-侏羅紀(jì)形成的斷裂帶，受海西-燕山早中期運(yùn)動(dòng)影響，西部山體向東推覆，形成多條南北向逆斷裂。其內(nèi)部基底斷裂十分發(fā)育，主要有西傾的南北向早期古逆沖斷裂，東西向后期正斷層。區(qū)內(nèi)二疊系、三疊系、侏羅系地層由東向西超覆沉積在石炭系基巖之上，形成了該斷裂帶特有的復(fù)雜斷塊區(qū)，由東向西成排，并依次抬起。石炭系頂部斷裂走向多變，主要有近南北向、北西向、北東向和近東西向，以北北西向和近南北向?yàn)橹?。區(qū)域內(nèi)的主控?cái)嗔眩鏗3井東斷裂、紅山嘴東斷裂、598井?dāng)嗔训葹楸蔽飨?，而紅車斷裂、小拐斷裂、車前斷裂為近南北向。由于受后期走滑改造，斷裂具有平直延伸的特點(diǎn)，且延伸距離可達(dá)十幾公里到幾十公里，在平面和剖面上主要有以下3個(gè)構(gòu)造特征：①斷裂平面延伸平直；②斷裂產(chǎn)狀較陡；③發(fā)育花狀構(gòu)造。除上述規(guī)模較大的斷裂之外，凹陷內(nèi)還發(fā)育有多條與大斷裂斜交的小型斷層，大多分布于大斷裂的兩側(cè)，規(guī)模相對(duì)較小且延伸距離較短，這些小型斷裂既有北西向、北東向，也有近東西向，分布較為雜亂(圖3)。

圖3各種斷裂的地震解釋剖面

3　斷層封閉性及其控制因素

3.1　斷裂帶巖性特征

滑動(dòng)破碎帶位于紅車斷裂帶中心，由斷層角礫巖、碎裂化巖石及斷層泥組成，擠壓研磨作用強(qiáng)烈。巖心及野外露頭觀察常見擦痕，是斷裂帶變形最嚴(yán)重區(qū)域，分散了大部分?jǐn)D壓應(yīng)力，其封閉能力受斷面壓力導(dǎo)致的碎裂化程度、泥質(zhì)含量及礦物沉淀等作用影響[8]。在斷層中，滑動(dòng)破碎帶可單條出現(xiàn)，也可以多條組合出現(xiàn)。通過對(duì)斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)劃分及巖心觀察表明，車拐地區(qū)紅車斷裂帶的誘導(dǎo)裂縫帶內(nèi)膠結(jié)物異常發(fā)育;通過統(tǒng)計(jì)手標(biāo)本、鏡下裂縫的膠結(jié)程度，發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)裂縫帶的膠結(jié)率大于80%，并且膠結(jié)物類型眾多，包括碳酸鹽礦物、粘土、沸石、蛇紋石、石英等。根據(jù)這種現(xiàn)象推斷，斷裂帶裂縫帶發(fā)育的寬度應(yīng)大致相當(dāng)于膠結(jié)作用的影響范圍[9]。

3.2　斷層封堵作用分析

斷層對(duì)油氣運(yùn)移、聚集起著至關(guān)重要的作用，斷層既可在開啟期作為油氣運(yùn)移的疏導(dǎo)體溝通油源與儲(chǔ)層，又可在封閉階段將油氣阻隔，促使油氣聚集成藏。斷層的運(yùn)移或封堵作用取決于斷層封閉機(jī)理及其影響因素。前人在斷層活動(dòng)性、兩盤巖性配置、斷面泥巖涂抹、構(gòu)造應(yīng)力作用及后期流體成巖作用方面都做過大量研究。但多數(shù)學(xué)者都將斷層看成一個(gè)“面”來研究，忽略了斷層空間、時(shí)間結(jié)構(gòu)特征，這使得在對(duì)斷層封閉性定量刻畫時(shí)會(huì)出現(xiàn)偏差[10]。實(shí)際上，斷層形成是個(gè)漸進(jìn)的過程，不同性質(zhì)、不同規(guī)模、不同期次的斷層形成樣式各有差別。以巖性主要為脆性的逆斷層為例，斷層在受力錯(cuò)斷過程中不斷延伸拓寬，位于應(yīng)力最集中的區(qū)域巖石起先微弱變形、滑動(dòng)而后逐漸擠壓錯(cuò)動(dòng)至破碎，研磨強(qiáng)烈，形成構(gòu)造透鏡體及斷層泥等地質(zhì)體產(chǎn)物，孔隙度及滲透率都極大地降低，大部分應(yīng)力在此區(qū)域被消耗掉。自中心區(qū)域向兩側(cè)，應(yīng)力遞減，巖石受力明顯小于中心區(qū)域，僅發(fā)生破裂，無明顯錯(cuò)動(dòng)，形成一定寬度的縱橫交錯(cuò)的裂縫。再向外側(cè)應(yīng)力消減至無，則為原巖[11-16]。

從斷裂帶結(jié)構(gòu)的發(fā)育情況統(tǒng)計(jì)來看，受斷裂發(fā)育規(guī)模的控制，紅車斷裂帶的裂縫帶寬度變化很大，這說明膠結(jié)作用影響范圍最大可達(dá)百米。利用分段性結(jié)果對(duì)不同段裂縫發(fā)育及膠結(jié)情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明，在裂縫發(fā)育密度上，紅山嘴轉(zhuǎn)換區(qū)裂縫平均密度達(dá)1.95條/cm，紅車斷裂帶北段裂縫平均密度為0.85條/cm，中段裂縫平均密度為0.42條/cm，南段裂縫平均密度為0.43條/cm，故在裂縫發(fā)育密度上，紅山嘴轉(zhuǎn)換區(qū)最大，紅車斷裂帶北段次之，中段最小，南段近似于中段。

3.3　斷層封閉性控制因素

斷裂對(duì)油氣成藏的控制作用主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面:其一是斷裂的開啟性，主要控制油氣的運(yùn)移;其二是封閉性，體現(xiàn)在油氣的聚集方面[17-21](圖4)。

圖4不同部位斷裂發(fā)育示意

研究認(rèn)為，紅車斷裂帶在活動(dòng)期具有開啟的特征，對(duì)油氣起到運(yùn)移通道的作用，主要表現(xiàn)為垂向及其南北向運(yùn)移。當(dāng)斷裂帶處于相對(duì)靜止期時(shí)，斷裂起到封閉的作用。由于紅車斷裂帶的多期活動(dòng)的特點(diǎn)，靜止期形成的油氣藏在后期斷裂帶活動(dòng)時(shí)容易遭到破壞而致使油氣重新分配進(jìn)入圈閉聚集成藏。

4 結(jié)論

(1)車拐地區(qū)經(jīng)歷了晚海西期擠壓、印支—中燕山期壓扭、晚燕山-喜山期伸展等多期構(gòu)造活動(dòng)，石炭—二疊系中發(fā)育逆斷層，三疊—侏羅系中發(fā)育走滑斷層，紅車斷裂帶底部(石炭—侏羅系)主要發(fā)育擠壓構(gòu)造樣式。

(2)石炭系頂部斷裂主要有北北西向、北西向、北東向和北東東向四個(gè)方向，主要發(fā)育平行式、網(wǎng)狀、羽狀、斜交式、梳式、交切式等平面組合關(guān)系。紅車斷裂帶南段也發(fā)育有多條走滑斷層。

(3)斷裂內(nèi)部結(jié)構(gòu)劃分方法認(rèn)為，紅車斷裂帶內(nèi)部具有由滑動(dòng)破碎帶和誘導(dǎo)裂縫帶所組成的“三明治”式的三層結(jié)構(gòu)，內(nèi)部可能存在有多條滑動(dòng)破碎帶，滑動(dòng)破碎帶的寬度與誘導(dǎo)裂縫帶寬度、厚度存在一定的差異。

(4)綜合考慮斷層性質(zhì)、斷層所發(fā)育地層的巖性與斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)的關(guān)系，建立了多因素控制下斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)育模式，通過對(duì)斷層控圈、裂縫輸導(dǎo)、膠結(jié)封閉等方面的探討，深入分析了斷層對(duì)油氣成藏的控制作用。