塔河—順北地區(qū)走滑斷裂帶的通源性及其與油氣富集的關系

馬慶佑，曹自成，蔣華山, 蘭明杰

中國石化西北油田分公司勘探開發(fā)研究院

0 前 言

斷裂帶、不整合面、高孔滲輸導層是含油氣盆地中油氣運聚的主要優(yōu)勢通道。塔河油田長期的勘探實踐表明：塔河地區(qū)油氣不僅沿風化殼高孔滲輸導層橫向運移，還沿走滑斷裂帶垂向運移，從而形成了復式的大型縫洞成藏系統(tǒng)［1-3］。隨著順北油氣田的發(fā)現(xiàn)，前人逐步建立了走滑斷裂帶“控儲、控藏、控富”的油氣富集模式［4-6］：走滑斷裂帶成為順北油田碳酸鹽巖油氣藏最重要的垂向運移通道，也是油氣的主要富集部位。近期沿走滑斷裂帶取得的良好勘探成效，開拓了塔里木盆地碳酸鹽巖內(nèi)幕油氣勘探的新陣地，因此走滑斷裂帶成為了研究熱點。眾多學者對塔里木盆地走滑斷裂帶的變形特征、成因機制、控儲控藏作用、油氣勘探意義等方面開展了大量研究工作［7-12］，也取得了豐碩的研究成果。

更深入的研究表明：在塔里木盆地下古生界碳酸鹽巖“下生上儲”式生儲蓋組合中，往往發(fā)育大量不同構造樣式和規(guī)模的走滑斷裂，但并不是所有的走滑斷裂均可成為有效運移通道；走滑斷裂能否直接起到輸導油氣的作用，與烴源巖層和主要儲層的位置是否匹配關系非常密切［13-14］。比如2018 年完鉆的順北蓬1 井，在奧陶系鷹山組下段累計漏失泥漿超過2 000 m3，表明鉆遇了良好儲集體，但油氣顯示較差，綜合分析認為該井所在的次級斷裂帶向下未溝通有效烴源巖，這是本井失利的主要原因。目前關于塔里木盆地走滑斷裂帶有效運移通道方面的研究成果報道較少。筆者把研究區(qū)走滑斷裂帶能否有效溝通下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組烴源巖、油氣能否沿斷裂帶垂向運移至上覆目的層中聚集的特征稱為“走滑斷裂帶的通源性”，并基于塔河—順北地區(qū)走滑斷裂帶的結構、地震反射形態(tài)、振幅屬性變化等特征，結合對大量實鉆井油氣水產(chǎn)能情況的統(tǒng)計，初步劃分出不同的走滑斷裂帶通源性結構模式及通源能力類型，探討了其對油氣富集的控制作用，提出了有利勘探區(qū)帶與攻關方向，這對指導塔里木盆地下一步的斷溶體勘探具有重要意義。

1 區(qū)域走滑斷裂體系劃分

塔河—順北地區(qū)位于塔里木盆地中北部，主要橫跨沙雅隆起、順托果勒低隆、滿加爾坳陷、卡塔克隆起、古城墟隆起等5個一級構造單元［15］（圖1）。該地區(qū)古生界的斷裂樣式以逆沖斷裂、走滑斷裂為主，正斷裂發(fā)育相對要少。以走滑斷裂帶結構模型為指導，通過二維、三維地震連片解釋，發(fā)現(xiàn)塔河—順北地區(qū)中奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖頂面的斷裂體系特征為：大致以走向NE45°的順北1 號走滑斷裂（F23）為界，發(fā)育南、北兩大不同類型的走滑斷裂體系［16］（圖1），北部以“X”形共軛純剪切走滑斷裂體系為主，南部以近NE 向單排左旋簡單剪切走滑斷裂體系為主。中—晚奧陶世至早—中泥盆世，在北昆侖—阿爾金碰撞造山、南天山洋中—東段俯沖消減作用下，盆地處于“南北雙向強擠壓”的區(qū)域構造背景。近EW向展布的沙雅隆起處于近SN向擠壓應力場中，塔河等地區(qū)發(fā)育“X”形共軛純剪切走滑斷裂體系；而近NW 向展布的順托果勒低隆、卡塔克隆起等處于斜向壓扭應力場中，順北等地區(qū)發(fā)育以NE 向為主、NW 向為輔的簡單剪切走滑斷裂體系。三疊紀至新近紀，在新特提斯洋俯沖消減、天山碰撞造山作用下，塔北整體處于NWW 向張扭應力場中，塔河等地區(qū)早期NNE 向走滑斷裂帶呈多幕式繼承性活動，發(fā)育多排NEE 向雁列式張扭正斷層組，順北地區(qū)走滑斷裂帶繼承性活動較塔河地區(qū)明顯減弱。

圖1 塔河—順北地區(qū)走滑斷裂體系（中奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖頂面）平面分布圖Fig. 1 Distribution of strike slip fault system on the top of Middle Ordovician carbonate rocks in Tahe -Shunbei area

塔河—順北地區(qū)走滑斷裂帶往往斷穿寒武系，能有效溝通原地下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組烴源巖。該套主力烴源巖經(jīng)歷了多期生排烴，油氣以沿深大通源斷裂帶垂向運移為主，形成沿走滑斷裂帶分布的規(guī)模較大的斷溶體油氣藏。順北油田同一斷裂帶不同深度的油氣藏特征一致，目前實鉆的最大油氣柱高度近400 m；塔河油田高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)油氣井大多沿NNE向主干走滑斷裂帶（如F16等）分布。這些均表明油氣以沿走滑斷裂帶垂向運移為主，具有深大走滑斷裂帶“控儲、控藏、控富”的油氣富集規(guī)律。

2 走滑斷裂帶通源性的影響因素

任何一條斷裂都有可能是潛在的運移通道，但并不是所有的運移通道都存在油氣運移。走滑斷裂通源能力的強弱，主要和走滑斷裂與烴源層的接觸關系、與儲集層的相對位置，斷裂帶內(nèi)部結構、斷裂構造樣式及斷裂活動強度等有關。在成藏過程中，通源作用強的走滑斷裂往往與烴源層、儲集層及蓋層之間具有良好的配置關系［13-14］，容易溝通下伏烴源層，有利于油氣向上覆儲集層運聚成藏。對于塔河—順北地區(qū)走滑斷裂帶的通源性，可以通過以下參數(shù)進行定性評價。

2.1 與烴源層的接觸關系

油源對比與成藏過程研究表明，塔河—順北地區(qū)下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組發(fā)育陸棚—盆地相的泥質烴源巖，是本區(qū)中—下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖成藏的主要油氣來源。塔河—順北地區(qū)的走滑斷裂向下能否直接斷穿中—下寒武統(tǒng)發(fā)育的膏質泥巖、膏質白云巖等致密蓋層，斷至下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組烴源巖，是本區(qū)走滑斷裂通源性強弱的最重要影響因素。筆者依據(jù)斷裂的地震反射特征及相干屬性，將走滑斷裂向下與烴源層的接觸關系定性劃分為3 類（圖2）：①“有褶有斷”直接溝通。以塔北13 號走滑斷裂（F19）為代表，此類斷裂帶上的寒武系地震同相軸完全錯斷（圖2a），斷距通常為一個同相軸或以上，斷裂帶相干屬性圖上表現(xiàn)出明顯的差異性，同時斷裂帶上有明顯的褶曲特征，可指示其與下伏烴源巖具有較強的直接溝通關系。②“有褶無斷”弱溝通。以塔北1號走滑斷裂（F10）南部為代表，此類斷裂帶上的寒武系地震同相軸較連續(xù)，未發(fā)生明顯錯斷，但地震同相軸有明顯的褶曲變形（圖2b），斷裂帶相干屬性圖上表現(xiàn)出較弱的差異性，可指示其與下伏烴源巖具有差—中等的溝通關系。③“無褶無斷”未溝通。以塔北奧陶系內(nèi)幕的走滑斷裂(未編號)為代表，此類斷裂帶上的寒武系地震同相軸較連續(xù)（圖2c），斷裂帶處振幅強弱沒有變化，也未發(fā)生明顯的褶曲變形，相干屬性圖上沒有差異性，可指示其與下伏烴源巖無溝通關系。

圖2 塔河—順北地區(qū)反映走滑斷裂與烴源巖層溝通關系的地震反射結構Fig. 2 Seismic reflection structure showing the connectivity between strike slip fault and source rock in Tahe -Shunbei area

2.2 與斷裂構造樣式的關系

對于基底卷入的走滑斷裂而言，基底的斷裂位移活動常常影響著自身的通源性能及上覆蓋層的構造變形樣式。砂箱物理模擬實驗表明，走滑斷裂帶基底發(fā)生斜列側接或彎曲轉折的部位，會因局部應力場改變而形成垂向的位移升降，從而導致走滑斷裂帶上覆蓋層普遍具有分段構造變形樣式。根據(jù)走滑斷裂帶平面、剖面的變形特征，塔河—順北地區(qū)主要發(fā)育負花狀拉分型（以順北1 號走滑斷裂F23 為代表）、正花狀壓隆型（以順北5 號走滑斷裂F27 為代表）、直立平移型（以順北7 號走滑斷裂F29為代表）3 大類構造變形樣式（圖3）。前2 種構造樣式受到的旋扭構造應力場最強，主干斷裂向兩側發(fā)散，多個分支斷裂與主干斷裂一起向深部基底收斂合并，形成上寬下窄的楔形破碎帶。沿這2 種斷裂帶分布的碳酸鹽巖縫洞體之間連通性往往較好，且大部分都能斷至下伏烴源層內(nèi)部，易形成較好的垂向輸導系統(tǒng)，通源性較強。進一步的統(tǒng)計表明，負花狀拉分型通源性要略優(yōu)于正花狀壓隆型。而直立平移型受到的旋扭構造應力場較弱，分支斷裂較少，斷距較小，沿這種斷裂帶分布的縫洞體之間連通性變差，難以形成良好的垂向運移系統(tǒng)，通源性往往較差。

圖3 塔河—順北地區(qū)走滑斷裂構造樣式與通源能力之間的關系Fig. 3 Relationship between structural style of strike slip fault and its source-connecting capacity in Tahe - Shunbei area

2.3 與斷裂活動強度的關系

構造活動為油氣沿斷裂運移創(chuàng)造了條件，走滑斷裂活動強度越大，其垂向輸導油氣的能力越強。斷裂活動強度通?？梢杂脭嗔鸦顒铀俾?、斷裂破碎帶寬度這兩個參數(shù)來表征［13］（圖4）。斷裂活動速率可以用某地質界面上斷裂上、下盤的斷距大小與形成該斷距的斷裂持續(xù)活動時間的比值來定量表示，其值越大則反映斷裂活動速率越大。在區(qū)域剪切應力作用下，走滑斷裂活動時由于構造破裂作用，在斷面兩盤會形成大量的裂縫，這些裂縫互相切割、貫通和焊接，從而導致發(fā)育高滲透性的斷裂破碎帶，成為油氣垂向運移的有效通道。在不考慮斷裂帶內(nèi)部充填、膠結等情況下，一般而言走滑斷裂活動強度越大，其形成的斷裂破碎帶越寬，因此碳酸鹽巖走滑斷裂破碎帶的寬度大小也可以直觀反映斷裂活動的強弱，地震上常用振幅變化率屬性來刻畫碳酸鹽巖破碎帶的寬度。

圖4 走滑斷裂的活動速率、破碎帶寬度定性表征斷裂活動強度（以塔北3號斷裂為例）Fig. 4 Fracture zone activity rate and width of strike slip fault qualita?tively characterizing the activity intensity of the fault(taking Tabei 3 fault as an example)

筆者選擇塔河—順北地區(qū)的多條走滑斷裂帶，沿中奧陶統(tǒng)頂面按一定的間距統(tǒng)計出斷裂兩盤的斷距大小，同時利用振幅變化率屬性資料統(tǒng)計出斷裂破碎帶的寬度，編制了不同斷裂帶的斷裂活動速率直方圖（圖4a）及相應的斷裂破碎帶寬度圖（圖4b），從而定性表征斷裂活動強弱及通源能力。根據(jù)對塔北3 號（F12）、順北5 號（F27）等斷裂帶的活動速率與油氣井產(chǎn)能的統(tǒng)計結果，初步認為強通源性斷裂帶的活動強度往往大于6 m/Ma，中等通源性斷裂帶的活動強度在2～6 m/Ma 之間，而弱通源性斷裂帶的活動強度往往小于2 m/Ma。

3 塔河—順北地區(qū)走滑斷裂帶通源性評價

根據(jù)塔河—順北地區(qū)走滑斷裂帶立體結構模式及通源性的主要影響層系，將區(qū)內(nèi)通源性結構模式縱向劃分為3 層，分別是上層（志留系以上）、中層（奧陶系—上寒武統(tǒng)）、下層（中寒武統(tǒng)至基底）。應用前文提出的走滑斷裂帶通源性主要影響因素及評價參數(shù)，結合研究區(qū)走滑斷裂帶立體結構解剖及大量油氣水產(chǎn)能分析，認為本區(qū)走滑斷裂帶通源性的結構模式及通源能力可劃分為3大類型（圖5）。

圖5 塔河—順北地區(qū)走滑斷裂帶通源性的結構模式及通源能力類型Fig. 5 Structural models and types of source- connecting capacity of strike slip fault zone in Tahe- Shunbei area

3.1 “上下多層貫通”強通源型

該類型以塔河地區(qū)塔北3號NNE向走滑斷裂帶（F12）為代表，縱向上呈“四層樓式”結構模式（圖5a）：中下寒武統(tǒng)—基底以“1”字形直立狀的“花根” 結構為主；上寒武統(tǒng)—奧陶系以“y”字形或樹枝形壓扭隆升的“正花狀”結構為主；志留系—二疊系以張扭拉分沉降的“負花狀”結構為主；三疊系—古近系以塹—壘結構或階梯式正斷層的“花上開花”結構為主。

塔北3 號走滑斷裂帶在古生界上下貫通性較強，在中新生界稍弱；在地震剖面上“有褶有斷”，寒武系同相軸完全錯斷，斷裂帶直接溝通了深部下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組烴源層，油氣可向上垂向運移到中—下奧陶統(tǒng)縫洞型圈閉中成藏，后期油氣溢出后，可垂向調(diào)整到淺層的碎屑巖圈閉中聚集成藏。該走滑斷裂帶多期活動，加里東中期活動速率最大達15 m/Ma（圖4），形成中—下奧陶統(tǒng)較寬的碳酸鹽巖破碎帶，由振幅變化率刻畫的最大寬度達724 m，最終可形成通源性較強的垂向輸導系統(tǒng)與規(guī)模較大的縫洞體系，成為油氣運移優(yōu)勢通道與富集場所。該斷裂帶上的油氣勘探成果較豐富，例如其上部署的TH10423X 井（圖5a），通源性結構較好，2005 年11 月投產(chǎn)，至今累產(chǎn)油達50×104t、累產(chǎn)水0.11×104t。而遠離該主干斷裂帶的S109 井，通源性結構較差，直井投產(chǎn)后累產(chǎn)油僅0.03×104t。

3.2 “下貫通上隱伏”中等通源型

該類型以順北地區(qū)順北2CH 井走滑斷裂帶（未編號）為代表（圖5b）。該斷裂帶屬于順北1 號主干走滑斷裂帶（F23）的次級斷裂帶，縱向上中下寒武統(tǒng)—基底以“1”字形直立狀的“花根”結構為主，在地震剖面上表現(xiàn)出“有褶無斷”弱溝通特征，上寒武統(tǒng)—奧陶系花狀構造不明顯，以弱變形的“y”字形結構為主。該斷裂帶在寒武系底部及內(nèi)幕界面的相干屬性圖上可見明顯的差異性特征，越往上覆奧陶系，斷裂相干跡象逐漸減弱，直到消失在中奧陶統(tǒng)。該斷裂帶加里東中期活動速率最大為8 m/Ma，由振幅變化率刻畫的中—下奧陶統(tǒng)破碎帶最大寬度為319 m。

順北2CH 井斷裂帶向下錯開了基底，連通了深部下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組烴源層，向上隱伏于中—上奧陶統(tǒng)。由于斷裂活動強度不大，形成的縫洞體儲集空間小，因此，油氣雖然能垂向運聚，但往往不能富集。如順北2CH 井單位壓降原油產(chǎn)出量在順北地區(qū)相對較低，2016 年10 月投產(chǎn)以來，至今累產(chǎn)油僅0.1×104t 。

3.3 “上下均未貫通”弱通源型

該類型以塔河地區(qū)奧陶系內(nèi)幕的多分支斷裂為代表（圖5c）。斷裂向下通常終止于中寒武統(tǒng)頂面，地震剖面上表現(xiàn)出“無褶無斷”未溝通特征，中寒武統(tǒng)—基底地震同相軸無錯斷，也未見褶曲。斷裂向上消失在上奧陶統(tǒng)桑塔木組泥巖中，花狀結構主要出現(xiàn)在奧陶系內(nèi)幕，上下均未貫通。

由于該類斷裂向下未斷穿中寒武統(tǒng)膏鹽巖、泥質白云巖等蓋層，不能連通下寒武統(tǒng)烴源層，油氣無法垂向運移，鄰區(qū)少量油氣只能沿風化殼面?zhèn)认蜻\聚。在這種情況下，即使頂部縫洞體很發(fā)育，油氣也不能有效充注，最終只能形成水層或油水同層。如部署在該類斷裂上的TP160井，2012年12月投產(chǎn)，至今累產(chǎn)油僅0.66×104t、累產(chǎn)水1.4×104t；而同類型的鄰井TP169井，2013年5月投產(chǎn)，至今累產(chǎn)水3.3×104t。

4 有利勘探區(qū)帶與攻關方向

在上述3種類型的走滑斷裂帶通源性結構模式指導下，經(jīng)二維、三維連片地震解釋，編制出塔河—順北地區(qū)中奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖頂面走滑斷裂帶的通源性結構模式平面分布圖（圖6），并將其與油氣富集之間的關系進行了對比分析：“上下多層貫通”強通源型結構模式，其油氣往往最富集，產(chǎn)能較好，如塔河油田塔北1 號（F10）、塔北3 號（F12）與順北油田順北1 號（F23）、順北5 號（F27）等走滑斷裂帶發(fā)育這種結構模式的地區(qū)往往油氣較富集；“下貫通上隱伏”中等通源型結構模式，其油氣富集程度降低，產(chǎn)能差—中等，如塔河油田塔北4號（F13）、塔北6 號（F15）與順北油田順北7 號（F29）、順北9 號（F31）等走滑斷裂帶，以發(fā)育這種結構模式為主，其油氣產(chǎn)能相對較差；而“上下均未貫通”弱通源型結構模式，其油氣產(chǎn)能往往很低甚至失利，如塔河、順北地區(qū)的許多這種結構模式的斷裂帶，鉆井或者以出水為主，或者為干井。

塔河—順北地區(qū)沿走滑斷裂帶的勘探突破，大大擴展了塔里木盆地上奧陶統(tǒng)覆蓋區(qū)的油氣勘探領域。以上3 種走滑斷裂帶通源性結構模式的劃分，對下一步積極優(yōu)選有利的通源斷裂，爭取擴大塔河—順北地區(qū)特深斷溶體油氣藏的勘探成果具有重要推動作用。

圖6 塔河—順北地區(qū)走滑斷裂帶（中奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖頂面）通源性結構模式平面分布Fig. 6 Plane distribution of source-connecting structure patterns of strike slip fault zone on the top of Middle Ordovician carbonate rocks in Tahe-Shunbei area

5 結 論

（1）勘探開發(fā)實踐表明，塔里木盆地塔河—順北地區(qū)走滑斷裂帶往往能有效溝通原地下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組烴源巖，油氣沿深大通源斷裂帶垂向運聚形成斷溶體油氣藏。斷裂的通源能力是油氣成藏與富集的關鍵因素之一，需要持續(xù)加大攻關研究，以進一步指導和推動斷控縫洞型油氣藏的不斷發(fā)現(xiàn)及外圍新區(qū)的油氣突破。

（2）塔河—順北地區(qū)走滑斷裂帶通源能力的強弱，可以通過走滑斷裂與烴源層的接觸關系、斷裂構造樣式、斷裂活動強度等參數(shù)進行定性評價。走滑斷裂可直接溝通烴源巖（地震剖面上表現(xiàn)為“有褶有斷”），具有花狀構造的破碎帶結構、長期活動的主干斷裂帶，則一般通源能力較強。

（3）將塔河—順北地區(qū)走滑斷裂帶通源性的結構模式劃分為3 大類型：“上下多層貫通”強通源型油氣往往最富集，產(chǎn)能較好；“下貫通上隱伏”中等通源型油氣富集程度減弱，產(chǎn)能差—中等；而“上下均未貫通”弱通源型油氣產(chǎn)能通常很低甚至失利。研究成果將對下一步優(yōu)選井位目標、擴大走滑斷裂帶勘探成果發(fā)揮重要指導作用。