塔里木盆地塔河地區(qū)走滑斷裂體系活動特征與油氣地質(zhì)意義

李 兵，鄧 尚，李王鵬，高利君，許 杰

(1.中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.中國石油大學(北京)，北京 102249；3.中國石化西北油田分公司，新疆 烏魯木齊 830011)

0 引 言

隨著對塔里木盆地油氣勘探的不斷推進，在塔中和順北等地區(qū)沿主干走滑斷裂帶相繼獲得重大油氣突破。對盆地內(nèi)部，尤其是塔中和順北等地區(qū)走滑斷裂[1-2]的研究也得到了越來越多學者的關注。針對上述地區(qū)主要研究了主干斷裂的幾何學和運動學特征，對主干斷裂與次級斷裂的幾何學關系研究不夠，對于主干斷裂的活動演化機制也鮮有系統(tǒng)性研究。前人研究表明，與塔中和順北等地區(qū)相比，塔河地區(qū)發(fā)育更加復雜的主次級斷裂體系。前人主要研究塔河地區(qū)斷裂對巖溶儲層的控制作用[3]，對塔河地區(qū)斷裂的幾何學和運動學特征，力學機制缺乏描述，對于主干、次級斷裂之間的關系也缺乏系統(tǒng)性研究。因此，充分利用高精度三維地震和生產(chǎn)井組資料，深化研究塔河地區(qū)主次級斷裂活動特征，探討主干斷裂的活動演化機制，可對優(yōu)選高效井井位和提高鉆井成功率提供參考和理論依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

塔河地區(qū)位于塔里木盆地塔北隆起上的阿克庫勒凸起中部，東鄰草湖凹陷，西接哈拉哈塘凹陷，南連順托果勒低隆，北靠輪臺凸起，是中國第1個古生界海相億噸級大油田(圖1)。阿克庫勒凸起是由前震旦系變質(zhì)巖基底上發(fā)育的一個經(jīng)歷多期構(gòu)造運動和變形疊加的大型古凸起，其形成演化主要經(jīng)歷了6個階段：加里東早期(早震旦世—早奧陶世)，處于整個塔里木克拉通穩(wěn)定地臺的伸展作用區(qū)域背景條件下的發(fā)展階段；加里東中晚期(晚奧陶世—志留紀末)，凸起開始形成階段；海西早期(泥盤紀末)，受區(qū)域性擠壓抬升形成向西南傾伏的北東向展布的大型鼻凸階段；海西晚期(早二疊世末)，整體再次抬升、暴露遭受剝蝕階段；印支期—燕山期(三疊紀—白堊紀末)，該區(qū)構(gòu)造運動相對較弱，主要表現(xiàn)為整體升降階段和喜馬拉雅期受庫車前陸盆地的影響，北部強烈沉降，阿克庫勒凸起最終定型階段[4-5]。

圖1 塔里木盆地塔河地區(qū)下古生界主要斷裂

塔里木盆地是一個典型的疊加復合型含油氣盆地，盆地內(nèi)沉積層系多，從元古界至第四系都有發(fā)育。阿克庫勒凸起地層自下往上發(fā)育震旦系至泥盆系的海相沉積地層，石炭系至二疊系的海陸交互相沉積地層，三疊系至第四系的陸相沉積地層[3]。鉆井揭示，凸起主體部位及南部斜坡區(qū)發(fā)育奧陶系、志留系下統(tǒng)、泥盆系上統(tǒng)、石炭系下統(tǒng)、二疊系中統(tǒng)、三疊系、侏羅系下統(tǒng)、白堊系下統(tǒng)、古近系、新近系和第四系地層。

2 走滑斷裂活動特征

2.1 走滑斷裂剖面樣式

研究區(qū)內(nèi)斷裂體系普遍具有深、淺2種層次的分層特征。在T56界面(石炭系巴楚組頂面)之下，深層主干走滑斷裂的構(gòu)造樣式在剖面上為高陡或近直立狀，切穿層位多，向下多切穿至寒武系地層，向上斷至二疊系地層，但未斷穿T50界面(古生界頂面)。次級走滑斷裂主要發(fā)育在奧陶系碳酸鹽巖地層中，構(gòu)造樣式在剖面上為高陡或近直立狀，切割層位少且參差不齊，主要切穿了T76(奧陶系下鷹山組頂面)和T74界面(奧陶系一間房組頂面)(圖2)。淺層構(gòu)造表現(xiàn)為NW、NE、NNW、NNE向4組走向的雁列正斷層，部分成對發(fā)育。NW向雁列正斷層僅在T56界面上有顯示，該正斷層向下切穿至石炭系地層，向上終止于T50界面(海西運動末期)，表明該正斷層是在其下伏主干走滑斷裂F1于海西期發(fā)生活動形成的，并在海西期結(jié)束后停止活動。該雁列正斷層呈右階展布，指示其下伏主干走滑斷裂F1的左行走滑特征[6](圖3a、圖4d)。與此交叉出現(xiàn)的NNE向雁列正斷層在T56和T50界面上都有顯示，該正斷層向下切穿至石炭系地層，向上斷至中生界地層，但未斷穿T34界面(白堊系卡普沙良組頂面)。該雁列正斷層呈左階展布，指示其下伏主干走滑斷裂F2的右行走滑特征(圖3b、圖4d)。

圖2 塔河地區(qū)T76界面主次級走滑斷裂及A—A′時間地震剖面特征

NE向雁列正斷層由喜馬拉雅期深部主干走滑斷裂活動而形成的，該正斷層向下切穿T50界面，但未切穿T56界面，向上斷至新生界地層。該雁列正斷層呈左階展布，指示其下伏主干走滑斷裂F12的右行走滑特征。在研究區(qū)內(nèi)NE向雁列正斷層大范圍發(fā)育(圖4)，整體呈NNE向發(fā)育，指示下伏NNE向主干走滑斷裂在喜馬拉雅期的右行走滑，而深部NNW向主干走滑斷裂活動微弱(圖3c、圖4)。與此交叉出現(xiàn)的NNW向雁列正斷層僅在T50界面上有發(fā)育，該正斷層向下未切穿T56界面，向上終止于T50界面，周圍地層表現(xiàn)為同沉積構(gòu)造特征，表明該雁列正斷層是在其下伏主干走滑斷裂F12于海西期發(fā)生活動時形成的，且海西期后停止了活動。該雁列正斷層呈右階展布，指示其下伏主干走滑斷裂F12的左行走滑特征(圖3d、圖4)。該特征表明，主干走滑斷裂F12在演化過程中發(fā)生了滑移方向的反轉(zhuǎn)，由海西期的左行走滑轉(zhuǎn)變?yōu)橄柴R拉雅期的右行走滑。

圖3 T56和T50界面典型時間地震剖面(見圖4位置)

2.2 走滑斷裂平面展布

利用高精度三維地震相干體技術，對研究區(qū)重點層位進行屬性提取、分析等工作，從而解析其走滑斷裂體系的平面分布特征。

圖4a—f依次為T80(寒武系頂面)、T76、T74、T56、T50和T34相干屬性界面的斷裂解釋圖。由圖4可知，研究區(qū)內(nèi)具有深、中、淺3種層次的平面分層特征。深層平面為T80、T76和T74界面，主要為走滑斷裂，線性延伸較長，西側(cè)為NNW和NNE向2組不同走向主干走滑斷裂相交展布，東側(cè)為一組近NNE走向主干走滑斷裂平行展布。除NNE和NNW向主干走滑斷裂外，還發(fā)育一組近SN走向的S112逆斷層[7]，表明研究區(qū)至少受到過近SN向和近EW向2個方向的應力作用。深層平面上的次級走滑斷裂線性延伸較短，往往與主干走滑斷裂相交并終止，在T76界面非常發(fā)育，而在T74界面則主要分布在東側(cè)，尤其是與S106斷裂大角度相交(圖4a—c)。

圖4 塔里木盆地塔河地區(qū)多層位相干與斷裂分布

中層平面為T56和T50界面，在T56界面上，走滑斷裂與雁列正斷層同層出現(xiàn)，且北部走滑斷裂線性延伸依然較長，但較深層平面上的規(guī)模有所變小，雁列正斷層已經(jīng)出現(xiàn)，且發(fā)育一對相互交叉走向的雁列正斷層。在T50界面上，走滑斷裂尚未斷穿，以發(fā)育雁列正斷層為主，也發(fā)育一對相互交叉走向的雁列正斷層。中層平面上雁列正斷層單條主要以NW、NE、NNW和NNE向4組走向成對出現(xiàn)，整體呈NNW和NNE向展布，表明下伏NNW向F1和F2、NNE向F11和F12主干走滑斷裂曾發(fā)生活動(圖4d、e)。淺層平面為T34界面，發(fā)育大量的雁列正斷層。單條主要為NE走向，線性延伸較中層平面上的要長，與下伏主干走滑斷裂夾角為銳角，整體與下伏主干走滑斷裂走向一致，主要呈NNE向展布，表明下伏NNE向主干走滑斷裂在喜馬拉雅期發(fā)生活動，而深部NNW向主干走滑斷裂則活動微弱(圖4f)。

2.3 主次級走滑斷裂幾何學關系與力學機制

次級走滑斷裂主要發(fā)育于研究區(qū)T76和T74界面上，通過統(tǒng)計與T76界面上NNW和NNE向主干走滑斷裂及T74界面上NNE向主干走滑斷裂的夾角發(fā)現(xiàn)，主次級走滑斷裂夾角均大于30 °，在T76界面上主峰值位于30～50 °，對應于平行另一組共軛主干走滑斷裂的次級走滑斷裂，指示其形成的力學機制為受近SN向的應力作用。在T74界面上主峰值除了50～60 °外，還有一組為80～90 °，為與S106斷裂近垂直的一組近EW向次級走滑斷裂。其形成的受力方向與西側(cè)發(fā)育的近SN向S112逆斷層受力方向一致，認為他們可能形成于同一時期的近EW向應力作用。

2.4 活動期次

前人常通過斷距分析、雁列正斷層生長指數(shù)方法來識別走滑斷裂帶的活動期次[8-9]。此次研究結(jié)合走滑斷裂體系在地震時間剖面上不同構(gòu)造樣式的發(fā)育層位及與各地震反射界面的關系，認為至少經(jīng)歷了3個階段的活動。

(1) 第1階段活動在加里東—海西中晚期，特征為NNW和NNE向主干走滑斷裂及NNE、NNW和近EW向次級走滑斷裂的早期活動。加里東中期Ⅲ幕，受古昆侖洋及阿爾金板塊的俯沖消減作用[10-11]，塔里木盆地受到由南向北方向的強烈擠壓，塔北隆起受區(qū)域應力場作用持續(xù)存在近SN向擠壓應力作用。加里東中晚期，塔北隆起內(nèi)部二級構(gòu)造單元阿克庫勒凸起初成凸起雛形[4-5]，研究區(qū)受到近EW向的應力作用。相比T80和T74界面，NNE和NNW向次級走滑斷裂在T76界面尤為發(fā)育，可推斷為在加里東中期Ⅲ幕剪切應力狀態(tài)下形成的。近EW向次級走滑斷裂發(fā)育于T80、T76和T74界面上，在T74界面上與S106主干走滑斷裂大角度相交，且在研究區(qū)南部發(fā)育一條S112逆斷層，可推斷為在加里東中晚期受近EW向擠壓和剪切應力作用形成的。

(2) 第2階段活動在海西末期，特征為NW和NNW向雁列正斷層在其下伏主干走滑斷裂再活動時形成。阿克庫勒地區(qū)在二疊紀末期發(fā)生廣泛的構(gòu)造變形，形成了輪南斷裂和桑塔木斷裂，剝蝕強度由南向北逐漸增強，至三疊紀構(gòu)造變形和隆升變?nèi)鮗8]，NW和NNW向雁列正斷層的形成可能與該期構(gòu)造活動有關。

(3) 第3階段活動在喜馬拉雅期，特征為上覆地層在下伏主干走滑斷裂的再一次活動時引起的蓋層變形，形成了斷穿整個中生界地層的雁列正斷層。該系列正斷層較海西期形成的正斷層分布廣，切穿層位多，整體主要呈NNE向展布，其左階展布特征指示下伏主干走滑斷裂的右行走滑。研究區(qū)該階段活動強度較第二階段強烈，可認為喜馬拉雅期是研究區(qū)內(nèi)NNE向主干斷裂的一個主要活動期。

3 油氣地質(zhì)意義

斷裂活動特征與高效井分布特征分析表明，喜馬拉雅期活動強的主干走滑斷裂及其與次級斷裂交匯部位為油氣有利勘探區(qū)域。

研究區(qū)內(nèi)主干走滑斷裂附近約300口單井累計生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析表明，高產(chǎn)井主要分布在NNE向的F7、F9、F10、F12、F13、S106主干走滑斷裂附近，與上覆雁列正斷層(喜馬拉雅期活動)分布具有明顯對應關系(圖4f、圖5)。該區(qū)主干走滑斷裂近直立發(fā)育，貫穿寒武系玉爾吐斯組烴源巖與奧陶系儲層。前人對走滑斷裂活動機理研究表明，走滑斷裂體系上覆雁列正斷層的發(fā)育程度可指示下伏主干走滑斷裂帶的活動強度[6，12-13]。塔河油田奧陶系油藏主要源自喜馬拉雅期的油氣充注[14]，在該時期，下伏主干走滑斷裂再次活動開啟，為油氣向上運移提供了良好的通道，在下伏主干走滑斷裂活動強烈部位油氣充注強，富集程度高。

次級走滑斷裂主要分布于奧陶系一間房組和鷹山組碳酸鹽巖地層中，與塔河油田主要的產(chǎn)油目的層位具有明顯對應關系。與主干走滑斷裂相連接發(fā)育的多組次級走滑斷裂有利于深部熱液的巖溶改造形成巖溶縫洞[15]，對碳酸鹽巖儲層的改造以及對油氣的運移具有重要的控制作用。

圖5 T76界面主干斷裂附近單井累計產(chǎn)油量(Q為單井累計產(chǎn)油量)

4 結(jié) 論

(1) 塔河地區(qū)走滑斷裂體系在剖面上具有深、淺2種層次的分層特征。深層發(fā)育高陡或近直立狀的主次級走滑斷裂，淺層發(fā)育大量的雁列正斷層，部分成對出現(xiàn)。平面上在T56界面出現(xiàn)下伏主干走滑斷裂與淺層雁列正斷層同層出現(xiàn)的特征。另外，T56和T50界面上的2組相互交叉走向的雁列正斷層分別指示了下伏主干走滑斷裂部分左行、部分右行走滑，以及個別斷裂先左行后右行的反轉(zhuǎn)走滑特征。

(2) 塔河地區(qū)內(nèi)走滑斷裂體系至少經(jīng)歷了3個階段的活動，分別是加里東—海西中晚期活動、海西末期活動及喜馬拉雅期活動。結(jié)合研究區(qū)生產(chǎn)井組資料與斷裂活動強度的關系研究表明，喜馬拉雅期下伏主干走滑斷裂的活動強度對油氣的運移和富集具有重要的控制作用，次級走滑斷裂對奧陶系碳酸鹽巖儲層的改造及對油氣運移也具有重要的控制作用。喜馬拉雅期活動強的主干走滑斷裂及其與次級走滑斷裂交匯部位為油氣有利勘探區(qū)域。