塔里木盆地塔河油田走滑斷裂活動(dòng)對(duì)油氣成藏的控制作用
——以托甫39斷裂帶為例

汪 洋，張哨楠，劉永立

1.油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(西南石油大學(xué))，成都 610500；2.中國(guó)石化 西北油田分公司，烏魯木齊 830011

含油氣盆地內(nèi)斷裂體系對(duì)油氣運(yùn)移、聚集和保存都具有重要的控制作用，不同類(lèi)型斷裂的特征、分布及活動(dòng)性等一直都是石油地質(zhì)工作者關(guān)注的重點(diǎn)。走滑斷裂具有位移向量大致平行于斷裂走向的特征[1]，根據(jù)走滑斷裂活動(dòng)特征、構(gòu)造背景等因素，可劃分為洋殼轉(zhuǎn)換斷裂、大陸板塊邊界走滑斷裂、陸—陸碰撞或弧—陸碰撞背景下形成的弧形走滑斷裂、斜插俯沖背景下形成的弧前邊界走滑斷裂和克拉通內(nèi)或板內(nèi)走滑斷裂，斷裂內(nèi)部結(jié)構(gòu)通常分為核部與破碎帶兩部分[2-4]。前人[5-14]在多種應(yīng)力場(chǎng)作用下的走滑斷裂特征、走滑—旋轉(zhuǎn)地塊體系的演化及對(duì)碳酸鹽巖物性改造、走滑斷裂帶相關(guān)的流體活動(dòng)等方面的研究取得了許多成果，為指導(dǎo)油氣勘探發(fā)揮了重要作用。

塔里木盆地北部相繼發(fā)現(xiàn)了塔河、輪古、哈拉哈塘、英買(mǎi)力、順北等一批大中型油氣田[15-18]。塔河油田具有大面積連片含油和不均勻富集等特征[19-20]。塔河地區(qū)沿走滑斷裂帶部署的多口探井，在奧陶系都獲得了工業(yè)油氣流，逐步認(rèn)識(shí)到深大走滑斷裂帶控儲(chǔ)控藏的機(jī)理，由此帶動(dòng)了順北、富滿油田的發(fā)現(xiàn)。前期對(duì)塔河油田油氣成藏期次、油氣運(yùn)移和成藏機(jī)理等開(kāi)展了大量研究[21-23]，但對(duì)該區(qū)走滑斷裂帶與油氣成藏的內(nèi)在關(guān)系方面的研究還比較薄弱[24-26]。本文以塔河油田西南部托甫39斷裂帶為例，通過(guò)對(duì)走滑斷裂特征和活動(dòng)的研究，確定走滑斷裂帶油氣成藏期次和時(shí)間，揭示走滑斷裂對(duì)塔河油田油氣成藏的控制作用，以期為塔里木盆地下一步油氣勘探部署提供理論支撐。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

塔河油田主體位于塔里木盆地北部沙雅隆起阿克庫(kù)勒凸起，東臨草湖凹陷，西靠哈拉哈塘凹陷，南依順托果勒低隆，北接雅克拉斷凸。阿克庫(kù)勒凸起是一個(gè)長(zhǎng)期繼承性發(fā)育的古凸起，先后經(jīng)歷了加里東中晚期、海西期、印支—燕山期和喜馬拉雅期多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)疊加改造。奧陶系中下統(tǒng)上部灰?guī)r段古巖溶風(fēng)化殼為塔河油田主要目的層，與上覆上奧陶統(tǒng)泥巖段或石炭系泥巖段形成良好的儲(chǔ)蓋組合[27-29]；而主力烴源巖為下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組斜坡—陸棚相泥頁(yè)巖[30]。同時(shí)，塔河油田奧陶系派生了一系列北北東—北北西向、北東東向走滑斷裂體系，并具有多期持續(xù)活動(dòng)的特點(diǎn)。奧陶系高產(chǎn)井多沿著北北東向走滑斷裂帶分布(圖1)，以托甫39斷裂帶尤為典型，控儲(chǔ)控藏特征顯著。

2 走滑斷裂特征及演化

2.1 奧陶系典型走滑斷裂帶特征

圖1 塔里木盆地塔河油田奧陶系主干斷裂帶和產(chǎn)油井以及采樣井分布

圖2 塔里木盆地塔河油田走滑斷裂地震解釋剖面剖面位置見(jiàn)圖1。

結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化背景，塔河油田及其周緣斷裂活動(dòng)具有明顯的多期性和繼承性特點(diǎn)。分析認(rèn)為，研究區(qū)斷裂活動(dòng)時(shí)期宏觀上可以劃分為3個(gè)關(guān)鍵階段，即加里東中晚期—海西期、印支期和燕山期—喜馬拉雅期(圖3)。加里東中晚期—海西期，在近南北向均衡擠壓和純剪切作用下，形成了“X”型共軛走滑斷裂。印支期，“X”型共軛走滑斷裂繼承性活動(dòng)并基本定型。燕山期—喜馬拉雅期，主干斷裂發(fā)生弱繼承性活動(dòng)，淺層雁列斷裂也發(fā)生繼承性活動(dòng)。

圖3 塔里木盆地塔河地區(qū)走滑斷裂關(guān)鍵活動(dòng)期演化模式

2.2 托甫39斷裂帶特征

托甫39斷裂帶為塔河油田西南部規(guī)模較大的一條典型走滑斷裂帶(圖1)，由數(shù)條斷裂組成且存在彎曲或分叉特征，斷裂走向?yàn)楸北睎|向，在研究區(qū)內(nèi)延伸長(zhǎng)度達(dá)54.6 km。托甫39走滑斷裂帶構(gòu)造特征和演化較為復(fù)雜，具有明顯的分期、分段和分層差異性。斷裂的活動(dòng)是導(dǎo)致烴源巖與儲(chǔ)層溝通的重要方式，對(duì)油氣成藏過(guò)程具有重要控制作用。托甫39斷裂北段為多條次級(jí)斷裂側(cè)接，中段為規(guī)模較大的彎曲，南段為多個(gè)規(guī)模較小的彎曲。其中南段規(guī)模最大，連續(xù)性最強(qiáng)，整體呈北北東向展布，與數(shù)條北北西向走滑斷裂斜交。托甫39斷裂平面上可劃分為純走滑段、張扭段、壓扭段、正反轉(zhuǎn)構(gòu)造段和負(fù)反轉(zhuǎn)構(gòu)造段；垂向上古生界和中、新生界之間的斷裂發(fā)育特征差異顯著，古生界斷裂呈較完整統(tǒng)一的線狀展布，而中、新生界斷裂呈分散的雁列展布。

基于高精度三維地震資料解釋成果，識(shí)別出托甫39走滑斷裂帶主要經(jīng)歷3個(gè)活動(dòng)階段(圖4)。第一階段為加里東中晚期—海西期，表現(xiàn)為早期斷層延伸至二疊系，但未切穿三疊系，同時(shí)發(fā)育多組派生的小斷層。第二階段為印支期，剖面上表現(xiàn)為斷裂切穿三疊系與侏羅系界面。第三階段發(fā)生在燕山期—喜馬拉雅期，剖面上表現(xiàn)為發(fā)育近直立的切穿白堊系與古近系界面的斷層，反映了晚期活動(dòng)的特征。

圖4 塔里木盆地塔河油田托甫39走滑斷裂帶平面和地震剖面特征[31]

3 托甫39斷裂帶成藏史分析

3.1 樣品和方法

為了研究托甫39斷裂帶油氣成藏期次和時(shí)間，采集了斷裂上6口井(圖1)奧陶系12塊發(fā)育方解石脈體的碳酸鹽巖樣品開(kāi)展流體包裹體分析。首先將12塊樣品中方解石脈體部分制成100 μm厚且雙面拋光的包裹體薄片，開(kāi)展流體包裹體巖相學(xué)和熒光觀察以及方解石脈體陰極發(fā)光分析。在確定方解石脈期次的基礎(chǔ)上，選取油包裹體和伴生鹽水包裹體比較發(fā)育的6塊典型樣品(表1)，分別開(kāi)展熒光光譜和顯微測(cè)溫分析。方解石脈體和流體包裹體顯微觀察采用Nikon系列顯微鏡，利用CL8200 MK5型陰極發(fā)光對(duì)礦物的陰極發(fā)光特征進(jìn)行分析，工作電壓為10.5 kV，電流為250 μA，真空度為3 Pa。油包裹體熒光光譜采用Maya2000Pro顯微熒光光譜分析儀測(cè)定，使用Linkam THMS600G 型冷熱臺(tái)進(jìn)行包裹體測(cè)溫，均一溫度誤差±1 ℃，冰點(diǎn)溫度誤差±0.1 ℃。

表1 塔里木盆地塔河油田托甫39走滑斷裂帶采樣清單

3.2 原油充注期次

取自托甫39斷裂帶上6口井中的12件碳酸鹽巖樣品，其油包裹體非常發(fā)育。從產(chǎn)狀上看，以次生為主，主要以裂紋狀賦存于方解石脈體內(nèi)，少量原生油包裹體呈孤立狀或零星分布在方解石脈體中。油包裹體主要為氣—液兩相，也有少量純液相油包裹體，以橢圓狀、長(zhǎng)條狀和不規(guī)則狀為主，直徑3～15 μm。油包裹體在紫外光照射下所呈現(xiàn)的熒光顏色是區(qū)別于鹽水包裹體的最有效特征。流體包裹體技術(shù)是用于研究油氣成藏期次和時(shí)間的有效手段。油包裹體的熒光特征(顏色、主峰波長(zhǎng)λmax、紅綠商Q值和QF535)常用于指示其成熟度，隨著成熟度的增加，熒光顏色從紅色—橙色—黃色—綠色—藍(lán)色逐漸變化，同時(shí)紅綠商Q值會(huì)逐漸降低；隨著有機(jī)質(zhì)成熟度的增高，有機(jī)包裹體顯微熒光光譜發(fā)生藍(lán)移。因此，對(duì)油包裹體熒光特征的系統(tǒng)分析，可用于劃分原油的充注期次[21]。熒光特征和熒光光譜分析結(jié)果顯示，托甫39斷裂帶上存在4種不同熒光顏色的油包裹體，分別為金黃色、黃色、黃綠色和藍(lán)色。T740井TH1樣品方解石脈體中，檢測(cè)到一期金黃色熒光原油包裹體(圖5a)，最大主峰波長(zhǎng)λmax為560 nm左右，Q650/500值約為0.86。TP193井TH2樣品方解石脈體中，檢測(cè)到一期黃色熒光油包裹體(圖5b)，最大主峰波長(zhǎng)λmax為532 nm左右，Q650/500值約為0.51。TH12374井TH3樣品方解石脈體中，檢測(cè)到一期黃綠色熒光油包裹體(圖5c)，最大主峰波長(zhǎng)λmax為510 nm左右，Q650/500值約為0.35。TP37井TH4樣品方解石脈體中，檢測(cè)到一期藍(lán)色熒光油包裹體(圖5d)，最大主峰波長(zhǎng)λmax為492 nm左右，Q650/500值約為0.18。TP39井TH5樣品方解石脈體中，檢測(cè)到一期裂紋狀藍(lán)色熒光油包裹體(圖5e)；與TH4中所觀察到的藍(lán)色熒光油包裹體不同的是，TH5中油包裹體氣相體積普遍較大，最大主峰波長(zhǎng)λmax更小，為480 nm左右。TS3-3井TH6樣品方解石脈體中，檢測(cè)到一期不發(fā)熒光的油包裹體，透射光下呈褐色(圖5f)。

圖5 塔里木盆地塔河油田托甫39斷裂帶碳酸鹽巖儲(chǔ)層典型油包裹體熒光和透射光照片

3.3 原油充注時(shí)間

與烴類(lèi)包裹體共生的鹽水包裹體，其均一溫度結(jié)合儲(chǔ)層的埋藏史和熱演化史，可以用于確定油氣充注時(shí)間，但必須滿足等容體系、均一體系和封閉體系3個(gè)前提條件。在實(shí)際測(cè)試中，很多包裹體并不是從均一流體中捕獲，即使是從均一流體體系中捕獲的包裹體，在后期埋藏過(guò)程中，隨著溫度和壓力的升高，可能會(huì)經(jīng)歷拉伸、流體泄露或再平衡造成均一溫度的升高[32-33]，從而影響判斷油氣充注時(shí)間的準(zhǔn)確性。然而對(duì)于多旋回疊合的塔里木盆地而言，其包裹體受后期改造的可能性更大。在利用流體包裹體法確定托甫39斷裂帶油氣充注時(shí)間時(shí)，選擇與油包裹體共生的鹽水包裹體最小均一溫度確定油氣充注時(shí)間可能更為可靠[34-35]。盡管少數(shù)樣品可能由于鹽水包裹體選取或測(cè)試較少等原因無(wú)法獲得其最小均一溫度，但選取的最低均一溫度也與實(shí)際地質(zhì)情況最為接近。

托甫39斷裂帶附近奧陶系共檢測(cè)到4期油包裹體，與其共生的鹽水包裹體均一溫度分布范圍較大，普遍超過(guò)65 ℃，但鹽度分布范圍相對(duì)集中。與金黃色熒光油包裹體共生的鹽水包裹體均一溫度分布范圍為65.7～98.0 ℃(圖6a)；鹽度較高，大于13.4%，主要分布在14.0%～16.1%(圖7a)。與黃色熒光油包裹體共生的鹽水包裹體均一溫度分布范圍為70.5～146.3 ℃(圖6b)；鹽度分布范圍為11.7%～13.9%(圖7b)。與黃綠色熒光油包裹體共生的鹽水包裹體均一溫度分布范圍為75.8～125.3 ℃(圖6c)；鹽度分布范圍為9.6%～15.3%(圖7c)。與藍(lán)色熒光油包裹體共生的鹽水包裹體均一溫度分布范圍為100.2～168.3 ℃(圖6d)；鹽度較低，小于6.9%，主要分布在1.4%～4.8%(圖7d)。

圖6 塔里木盆地塔河油田托甫39斷裂帶奧陶系儲(chǔ)層方解石脈體中不同期次油包裹體伴生鹽水包裹體均一溫度直方圖

圖7 塔里木盆地塔河油田托甫39斷裂帶奧陶系儲(chǔ)層方解石脈體中不同期次油包裹體伴生鹽水包裹體均一溫度和鹽度關(guān)系

選取與油包裹體共生鹽水包裹體的最小均一溫度，結(jié)合儲(chǔ)層的埋藏史和熱演化史確定油氣充注時(shí)間，托甫39斷裂帶存在4期油氣充注時(shí)間(圖8)。第一期油充注發(fā)生在距今約440 Ma，對(duì)應(yīng)加里東期，捕獲了發(fā)金黃色熒光的油包裹體；第二期油充注發(fā)生在距今約324 Ma，對(duì)應(yīng)海西期，捕獲了發(fā)黃色熒光的油包裹體；第三期油充注發(fā)生在距今約220 Ma，對(duì)應(yīng)于印支期，捕獲了發(fā)黃綠色熒光的油包裹體；第四期油充注發(fā)生在距今約110 Ma，對(duì)應(yīng)燕山期，捕獲了發(fā)藍(lán)色熒光的油包裹體。

圖8 塔里木盆地塔河油田托甫39斷裂帶奧陶系儲(chǔ)層方解石脈體中油包裹體伴生鹽水包裹體均一溫度確定的油氣成藏時(shí)間

結(jié)合托甫39斷裂帶特征，油充注時(shí)間與斷裂活動(dòng)期具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。第一階段，加里東中晚期—海西期的斷裂活動(dòng)，對(duì)應(yīng)了第一期和第二期的油充注；第二階段，印支期斷裂活動(dòng)對(duì)應(yīng)第三期油充注；第三階段，燕山期—喜馬拉雅期斷裂活動(dòng)對(duì)應(yīng)了第四期高成熟油氣的充注。油充注時(shí)間與斷裂活動(dòng)的關(guān)系揭示了斷裂活動(dòng)對(duì)油氣成藏的控制作用。托甫39斷裂帶是油氣運(yùn)移的主要通道，多期活動(dòng)促進(jìn)了烴源巖與縫洞儲(chǔ)集體的溝通，從而控制了整個(gè)油氣成藏過(guò)程。

4 結(jié)論

(1)塔河油田奧陶系走滑斷裂帶主要經(jīng)歷了3個(gè)階段構(gòu)造活動(dòng)，即加里東中晚期—海西期、印支期和燕山期—喜馬拉雅期，并發(fā)生了多次轉(zhuǎn)換，表現(xiàn)出明顯的分期、分層和分區(qū)差異活動(dòng)特征，以托甫39斷裂帶最為典型。

(2)托甫39斷裂帶奧陶系存在4期油氣充注，分別捕獲了金黃色、黃色、黃綠色和藍(lán)色熒光顏色的油包裹體，充注時(shí)間分別為距今約440，324，220，110 Ma。其與斷裂活動(dòng)時(shí)間具有較好的響應(yīng)關(guān)系，說(shuō)明走滑斷裂帶活動(dòng)一定程度上制約了油氣成藏時(shí)間，從而影響了整個(gè)成藏過(guò)程。