塔里木盆地北部前中生界潛山斷裂特征
——以三道橋東地區(qū)為例

曹遠(yuǎn)志，徐 浩，韓 博，韓 強(qiáng)

（中國(guó)石化西北油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆烏魯木齊 830011）

塔里木盆地是中國(guó)油氣資源豐富的大型疊合盆地之一，盆地經(jīng)歷多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成了不同性質(zhì)、不同規(guī)模、不同級(jí)次的斷裂，這些斷裂是塔里木盆地醒目的構(gòu)造行跡[1-2]，也是石油地質(zhì)的重點(diǎn)研究對(duì)象。沙雅隆起北部雅克拉斷凸?jié)撋绞撬锬九璧刈钤鐚?shí)現(xiàn)油氣發(fā)現(xiàn)的地區(qū)，1984年沙參2井在奧陶系古潛山獲得重大油氣突破，發(fā)現(xiàn)了雅克拉潛山凝析氣藏，揭開了塔里木盆地海相油氣大發(fā)現(xiàn)的序幕[3-4]。前人對(duì)雅克拉斷凸斷裂構(gòu)造的形成進(jìn)行了研究，總結(jié)了斷裂多期活動(dòng)和反轉(zhuǎn)斷裂形成演化過程[5-7]，認(rèn)為沙雅隆起北部潛山主要表現(xiàn)為區(qū)域擠壓應(yīng)力下的逆沖推覆構(gòu)造作用，現(xiàn)今的潛山格局是多期構(gòu)造變形疊加的產(chǎn)物[8]，斷裂的多期疊加、復(fù)合特征明顯，同時(shí)不同性質(zhì)的斷裂均具有控藏、控儲(chǔ)的特征[9-15]。受前期二維地震資料的制約，對(duì)本區(qū)斷裂特征及潛山的形成演化過程認(rèn)識(shí)不夠深入，三道橋東地區(qū)位于沙雅隆起北部雅克拉斷凸西部，南鄰哈拉哈塘凹陷，是臺(tái)盆區(qū)與隆起區(qū)的結(jié)合部，殘留地層相對(duì)較多，也是北東向斷裂向近東西向斷裂轉(zhuǎn)換地區(qū)，發(fā)育東河塘斷裂和輪臺(tái)斷裂。三道橋東地區(qū)斷裂的解析能夠全面認(rèn)識(shí)塔北北部的斷裂活動(dòng)期次及潛山演化過程。本文通過對(duì)三道橋東三維地震資料精細(xì)解釋，刻畫和分析斷裂的展布與構(gòu)造的演化，進(jìn)一步探討斷裂活動(dòng)對(duì)潛山圈閉的地質(zhì)作用。

1 地質(zhì)特征

三道橋東地區(qū)位于沙雅隆起北部雅克拉斷凸的西部，南鄰哈拉哈塘凹陷，周緣已發(fā)現(xiàn)雅克拉、東河塘、三道橋及牙哈等油氣田藏（圖1a）。雅克拉斷凸是塔里木盆地北部沙雅隆起的一個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元，南鄰阿克庫(kù)勒凸起，北接庫(kù)車坳陷，是一個(gè)長(zhǎng)期發(fā)育的古隆起，南北受斷裂夾持，呈近東西向展布，北邊界大致為亞南-三道橋斷裂帶，東南邊界為輪臺(tái)斷裂。該區(qū)受加里東晚期、海西早期與海西晚期等多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)疊加改造，古生界地層被大幅度剝蝕，缺失中-上奧陶統(tǒng)、志留系-泥盆系、中石炭統(tǒng)-二疊系。三疊系-侏羅系分布于東南及輪臺(tái)斷裂以南局部地區(qū)，大部分地區(qū)白堊系直接覆蓋于下奧陶統(tǒng)-前震旦系之上，至古近紀(jì)沉積時(shí)轉(zhuǎn)為北側(cè)庫(kù)車坳陷的斜坡[14-15]。

從三道橋東地區(qū)前中生界俯視圖可以看出，該區(qū)元古界-古生界地層呈北東-東西向展布，為一北東向背斜的南翼，震旦系-二疊系依次從東南向西北方向尖滅（圖1b），西北部為前震旦系變質(zhì)巖分布區(qū)。該區(qū)東河2 井、東河24 井、東河25 井、東河22 井、東河21 井等井均不同程度地揭示前中生界潛山。據(jù)鉆井及地震資料表明，該區(qū)前中生界沉積地層發(fā)育在前震旦系變質(zhì)巖之上，發(fā)育震旦系、寒武系、奧陶系、泥盆系、石炭系、二疊系等地層，其中震旦系-奧陶系為臺(tái)地相碳酸鹽巖沉積，泥盆系-二疊系以碎屑巖沉積為主，局部夾碳酸鹽巖，此外寒武系頂部、二疊系發(fā)育火山巖。

2 構(gòu)造特征

三道橋東地區(qū)位構(gòu)造演化受雅克拉斷凸影響，雅克拉斷凸是受亞南、輪臺(tái)兩大逆沖斷裂控制的一個(gè)典型的背沖斷塊構(gòu)造。斷凸內(nèi)部斷裂十分發(fā)育，具有長(zhǎng)期、多次、不均一等活動(dòng)特點(diǎn)。東部斷距大、剝蝕強(qiáng)，前中生界地層被剝蝕殆盡，白堊系直接覆蓋在基底變質(zhì)巖系之上。西部斷距小、剝蝕弱，尚保存有較大部分震旦系-古生界地層，整體呈南傾單斜。褶皺變形相對(duì)簡(jiǎn)單，中生界地層覆蓋以后，才形成潛山構(gòu)造和披覆背斜。喜山運(yùn)動(dòng)早中期，區(qū)域“南升北降”構(gòu)造大翻轉(zhuǎn)，導(dǎo)致斷凸之上出現(xiàn)拉張效應(yīng)，促使早期逆沖斷層發(fā)育負(fù)反轉(zhuǎn)活動(dòng)，形成一系列由逆轉(zhuǎn)正的生長(zhǎng)正斷層。研究區(qū)前中生界沉積地層記錄了加里東晚期-海西早期、海西末期及印支期等構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和二疊系火山活動(dòng)事件。

2.1 加里東期-早海西期構(gòu)造活動(dòng)

三道橋東地區(qū)在震旦紀(jì)-早奧陶世位于塔里木克拉通盆地的北部，沉積了巨厚的碳酸鹽巖，地層厚度橫向變化不大，地層產(chǎn)狀平緩。自晚奧陶世末，古昆侖洋和古天山洋俯沖消減作用加強(qiáng)，塔里木盆地發(fā)生加里東運(yùn)動(dòng)，整個(gè)塔北新和三道橋地區(qū)開始抬升，三道橋東地區(qū)位于這一古隆起的南部斜坡部位，到海西運(yùn)動(dòng)早期與相鄰地塊發(fā)生碰撞閉合，這一階段塔里木整體處于強(qiáng)烈的擠壓環(huán)境中[16]。三道橋東地區(qū)奧陶系從東南向西北方向被剝蝕減薄，區(qū)域內(nèi)中下奧陶統(tǒng)、志留系全部缺失，泥盆系直接覆蓋于奧陶系鷹山組下段或蓬萊壩組之上[17]（圖2a）。該不整合面之上的砂礫巖在平面上呈自東北向東南尖滅的朵狀扇體，這說明在泥盆系東河砂巖沉積之前該區(qū)東北部已經(jīng)隆升（圖2b）。

2.2 海西運(yùn)動(dòng)晚期二疊系火山活動(dòng)

圖1 塔里木盆地三道橋東地區(qū)構(gòu)造位置

中二疊世三道橋東地區(qū)火山活動(dòng)強(qiáng)烈，火山巖在地震上呈中強(qiáng)振幅不規(guī)則層狀異常，振幅屬性平面上呈不規(guī)則狀中強(qiáng)振幅異常分布（圖2c～d）。前人研究表明，塔北地區(qū)火山巖以玄武巖和英安巖為主，具有雙峰式火山巖的特點(diǎn)，為明顯的陸內(nèi)裂谷成因，代表強(qiáng)烈的伸展作用[18]。

2.3 海西末期-印支期構(gòu)造活動(dòng)

晚海西-印支期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是三道橋東地區(qū)最為強(qiáng)烈的一次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，奠定了該區(qū)的構(gòu)造格局。輪臺(tái)斷裂、亞南斷裂、雅1 號(hào)斷裂、雅2 號(hào)斷裂等近東西向展布的背沖斷裂構(gòu)造帶主要形成于該時(shí)期[19]。這一時(shí)期雅2 號(hào)斷裂活動(dòng)非常強(qiáng)烈，構(gòu)造抬升使得該斷裂北側(cè)地區(qū)剝蝕出露前震旦系基巖，雅克拉斷凸主要在該時(shí)期形成。而這一時(shí)期構(gòu)造格局也決定了三疊系-白堊系的沉積背景，三疊系-白堊系向構(gòu)造高部位超覆沉積（圖2e）。

3 斷裂特征

3.1 斷裂展布特征

本次研究利用地震三維數(shù)據(jù)計(jì)算該區(qū)的高精度相干屬性體，分別沿震旦系-石炭系不同反射界面提取沿層相干屬性進(jìn)行分析。結(jié)果表明，斷裂在相干屬性平面上呈線性展布，斷裂展布特征清晰。根據(jù)各層斷裂展布特征，研究區(qū)斷裂按走向可劃分為北北東向、北東向和北西向3 組斷裂。其中，北北東向斷裂以東河塘斷裂、輪臺(tái)斷裂以南的走滑斷裂為代表，北東向斷裂以輪臺(tái)斷裂為代表，北西向斷裂主要出現(xiàn)于奧陶系頂面及其以上層系。不同方向的斷裂通常首尾相接、互相切割。其中輪臺(tái)斷裂自西向東依次按北東、北東東向變化，延伸呈明顯的分段性。斷裂的這種平面展布特征是研究區(qū)不同期次、不同走向斷裂在活動(dòng)過程中相互遷就調(diào)整并復(fù)合發(fā)育的結(jié)果[20]。

3.2 斷裂性質(zhì)

圖2 三道橋東地區(qū)古生界主要地質(zhì)事件的地球物理響應(yīng)

研究區(qū)在加里東運(yùn)動(dòng)期-海西運(yùn)動(dòng)早期、早二疊紀(jì)、海西運(yùn)動(dòng)晚期-印支運(yùn)動(dòng)期分別受到北西向擠壓、北東向拉張和南北向擠壓等不同構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的作用，發(fā)育了擠壓斷裂、走滑斷裂和張性斷裂（圖3）。輪臺(tái)斷裂及其以北前中生界地層發(fā)育一系列與擠壓應(yīng)力相關(guān)的斷裂，有基底卷入型和蓋層滑脫型樣式[21]。其中，基底卷入型斷裂較為普遍，蓋層滑脫型斷裂相對(duì)較少，蓋層滑脫型斷裂的根部向下深入至下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組泥巖當(dāng)中[22]。按照變形的幾何學(xué)特征，可識(shí)別出疊瓦逆沖構(gòu)造、背沖構(gòu)造、對(duì)沖構(gòu)造和鏟式逆沖構(gòu)造等樣式[23]（圖3a）。擠壓斷裂一般向上斷至中生界底。輪臺(tái)斷裂以南發(fā)育北東向走滑斷裂系統(tǒng)，走滑斷裂斷面陡立，向下斷穿至基底，向上多斷至奧陶系頂面（圖3b），剖面上呈“1”字型或 “Y”字型。北西向正斷層在剖面上呈小地塹樣式（圖3c），斷層從中下寒武統(tǒng)一直斷至三疊系底，斷距小于50 m。

上述資料表明，該區(qū)走滑斷裂主要分布于輪臺(tái)斷裂以南，斷凸上逆斷層和正斷層共存，且這些斷層均是從基底斷至中生界底。

3.3 斷裂形成期次及機(jī)制

結(jié)合區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)背景，根據(jù)斷裂性質(zhì)、斷裂相互切割關(guān)系，將區(qū)內(nèi)斷裂劃分為3 期。

加里東運(yùn)動(dòng)中晚期-早海西運(yùn)動(dòng)期:研究區(qū)處于近北西-南東向擠壓作用下，區(qū)內(nèi)地層褶皺變形，產(chǎn)生北北東、北東向逆斷層和北北東向走滑斷層，斷層從基底斷穿至奧陶系頂面（T74-T60疊合）。

圖3 三道橋東地區(qū)典型斷裂解釋剖面

二疊紀(jì):火山活動(dòng)與斷層之間有著密切的聯(lián)系，二疊系火山活動(dòng)代表了海西晚期一次的伸展作用，與此伴生形成了北西向正斷層，斷層從寒武系內(nèi)部向上斷至火山巖頂面，斷距一般小于30 m。平面上，北西向斷裂明確切割北北東向斷裂。

海西運(yùn)動(dòng)末期-印支運(yùn)動(dòng)期:海西運(yùn)動(dòng)晚期在南北向構(gòu)造擠壓作用下，形成一系列明顯的近東西向褶皺和斷裂構(gòu)造帶，本次活動(dòng)雅2號(hào)斷裂、輪臺(tái)斷裂活動(dòng)劇烈，雅2號(hào)斷裂北側(cè)震旦紀(jì)-二疊紀(jì)被剝蝕殆盡，元古宇變質(zhì)巖出露。輪臺(tái)斷裂自西向東依次按北東、北東東向變化，延伸呈明顯的分段性，是兩期斷裂復(fù)合的結(jié)果。

此外，走滑斷層的分布以輪臺(tái)斷裂為界，輪臺(tái)斷裂以北古生界未識(shí)別出明顯走滑斷層。這可能是因?yàn)樵缙谧呋瑪鄬釉诤Ｎ髌跇?gòu)造運(yùn)動(dòng)時(shí)，伴隨地層一同發(fā)生旋轉(zhuǎn)而使得在地震剖面上斷裂的產(chǎn)狀發(fā)生變化，具有“視逆實(shí)正”的特點(diǎn)（圖4）。也說明逆斷層的形成晚于走滑斷層。

圖4 走滑斷層受后期逆沖改造后的產(chǎn)狀變化示意圖

綜合上述資料分析，加里東運(yùn)動(dòng)中晚期受塔里 木盆地南部昆侖洋閉合活動(dòng)的影響， 南天山洋向北俯沖，塔里木陸殼的東端與中天山島弧碰撞，繼而形成向北的A 型俯沖。塔里木盆地北部輪臺(tái)斷裂以南的碳酸鹽巖形成北東向走滑斷裂系統(tǒng)，并在輪臺(tái)斷裂以北形成北東向逆斷層[24]。二疊紀(jì)塔北地區(qū)火山活動(dòng)強(qiáng)烈，為明顯的陸內(nèi)裂谷成因，代表了強(qiáng)烈的伸展作用[25]，在塔北地區(qū)形成了與火山巖相關(guān)的張性斷層，斷層規(guī)模均較小。海西運(yùn)動(dòng)晚期-印支運(yùn)動(dòng)期，南天山剪刀式閉合造成應(yīng)力場(chǎng)偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致壓扭構(gòu)造作用（主壓應(yīng)力由南北向向西逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楸蔽?北東向），形成了北東向及近東西向斷裂構(gòu)造帶。這期構(gòu)造活動(dòng)使得早期北東向逆斷層再次復(fù)活，輪臺(tái)斷裂以北走滑斷層發(fā)生旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)狀發(fā)生變化。

4 斷裂對(duì)油氣藏的控制作用

三道橋東地區(qū)存在泥盆系東河塘組構(gòu)造圈閉和前中生界潛山圈閉勘探目標(biāo)，東河11 井、東河13井及東河3 井已在泥盆系東河砂巖獲得工業(yè)油氣流，東河25 井、東河24 井在寒武系白云巖潛山見到良好的油氣顯示，東河2 井在奧陶系見到好的油氣顯示。不同性質(zhì)斷裂對(duì)前中生界構(gòu)造圈閉的形成、儲(chǔ)層發(fā)育起著重要的控制作用。

4.1 控制構(gòu)造圈閉的分布

三道橋東地區(qū)的前中生界逆斷層不僅與構(gòu)造圈閉的形成有關(guān)，還控制了圈閉的分布。從該區(qū)前中生界潛山頂面時(shí)間構(gòu)造圖可以看出，區(qū)內(nèi)共發(fā)育北北東向東河塘斷裂構(gòu)造帶、北東東向東河25 井?dāng)嗔褬?gòu)造帶和近東西向的雅克拉斷裂構(gòu)造帶（圖5）。這些構(gòu)造帶的形成均與逆斷層活動(dòng)有關(guān)，形成了背斜、斷背斜、斷塊。斷裂的斷距大小直接控制了構(gòu)造圈閉的幅度和油氣層厚度[26]。以東河塘斷裂構(gòu)造帶為例，東河塘斷裂斷層斷距從南向北逐漸變小，構(gòu)造幅度也明顯減小，至東河3 井區(qū)構(gòu)造幅度僅50 m 左右。此外，不同期次斷裂形成的構(gòu)造層系上有差別，東河斷裂帶構(gòu)造圈閉層系主要為泥盆系-石炭系、三疊系-白堊系的披覆構(gòu)造。東河25 井構(gòu)造帶構(gòu)造層系為下寒武統(tǒng)，雅克拉構(gòu)造圈閉主要為寒武系斷背斜及其上覆中新生界披覆構(gòu)造。

圖5 三道橋東地區(qū)前中生界侵蝕頂面時(shí)間構(gòu)造特征

4.2 控制碳酸鹽巖潛山巖溶儲(chǔ)層的發(fā)育

三道橋東地區(qū)歷經(jīng)多期構(gòu)造活動(dòng)為潛山儲(chǔ)層改造提供了地質(zhì)基礎(chǔ)。從加里東運(yùn)動(dòng)中晚期-燕山運(yùn)動(dòng)早期的多期抬升暴露，長(zhǎng)期的風(fēng)化淋濾改善了巖石的儲(chǔ)集性能。圖6 是三道橋東潛山白堊系巴西蓋組沉積前的古地貌圖，整體上呈北高南低。北部變質(zhì)巖區(qū)處于巖溶隆起區(qū)，東南部碳酸鹽巖處于巖溶斜坡區(qū)，長(zhǎng)期的溶蝕改造使得碳酸鹽巖巖溶儲(chǔ)層發(fā)育。多期的斷裂活動(dòng)，特別是張扭性斷裂、走滑斷裂為地表水提供了向下溶蝕的通道，沿?cái)嗔鸦蛄严懂a(chǎn)生次生溶蝕孔[27-28]。

圖6 三道橋東地區(qū)潛山燕山期古地貌

據(jù)東河24 井、東河25 井鉆遇的寒武系潛山儲(chǔ)層，巖性以灰?guī)r、云質(zhì)灰?guī)r、粉晶白云巖為主。白云巖基質(zhì)孔隙度為0.29%～11.36%，平均為2.51%，滲透率為0.009×10-3～57.600×10-3μm2，平均為4.040×10-3μm2，屬于低孔、低滲儲(chǔ)層。東河24 井巖心裂縫溶孔發(fā)育，縫寬0.01～1.00 mm，具高角度縫、X 形狀的斜交剪切縫、水平縫和網(wǎng)狀縫多種產(chǎn)狀，縫洞連通好，是很好的儲(chǔ)滲空間，巖石薄片中見溶孔、溶蝕裂縫。該井在寒武系累計(jì)油氣顯示厚度達(dá)60 m，蓋層為上覆寒武系致密橄欖質(zhì)玄武巖。

5 結(jié)論

（1）三道橋東地區(qū)前中生界潛山發(fā)育逆斷層、正斷層和走滑斷層。其中，逆斷層發(fā)育基底卷入型、蓋層滑脫型斷裂控制的“Y”字型、反“Y”字型的逆沖斷裂。走滑斷裂陡直、向下直插基底，向上分直散開形成花狀樣式或“1”字型。

（2）三道橋東地區(qū)斷裂平面上存在北北東向、北西向及近東西向三組走向。北北東向走滑斷層、逆斷層形成于加里東運(yùn)動(dòng)中晚期-早海西運(yùn)動(dòng)期，逆斷層的形成晚于走滑斷層，走滑斷層明顯受到過北西向擠壓改造；北西向正斷層與海西運(yùn)動(dòng)晚期二疊系火山活動(dòng)有關(guān)的斷裂，斷裂切割早期逆斷層；近東西向斷裂逆沖斷層形成于海西運(yùn)動(dòng)末期-印支運(yùn)動(dòng)期。

（3）走滑斷層形成于加里東運(yùn)動(dòng)中晚期，后期受到海西運(yùn)動(dòng)期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的疊加改造，導(dǎo)致目前只在輪臺(tái)斷裂南盤被識(shí)別出來。輪臺(tái)斷裂附近走滑斷裂走向從北北東向轉(zhuǎn)為北東向或東西向，輪臺(tái)斷裂以北伴隨地層一同發(fā)生旋轉(zhuǎn)而導(dǎo)致早期走滑斷層呈“視逆實(shí)正”的特點(diǎn)。

（4）三道橋東地區(qū)不同性質(zhì)斷裂具有重要的油氣地質(zhì)意義，逆斷層控制了斷裂構(gòu)造帶的形成，形成了背斜、斷背斜、斷塊。走滑斷裂、與火山巖有關(guān)的張性斷層能有效地改善碳酸鹽巖的儲(chǔ)集條件。