玛湖西环带高角度断裂成因与控藏作用

郭文建，吴孔友，任本兵，裴仰文，黄立良

（1.中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院，新疆 克拉玛依 834000；2.中国石油大学地球科学与技术学院，山东 青岛 266580）

玛湖西环带高角度断裂成因与控藏作用

郭文建1，吴孔友2，任本兵1，裴仰文2，黄立良1

（1.中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院，新疆 克拉玛依 834000；2.中国石油大学地球科学与技术学院，山东 青岛 266580）

通过高密度三维地震资料精细解释，在准噶尔盆地玛湖凹陷西环带发现众多高角度断层，断层剖面组合为复合型与单一型，平面组合为斜交式与平行式。规模大、压扭强的断层，分支多，剖面组合呈“花状”构造；规模小、压扭性弱的断层，常单独发育。成因机理分析表明，高角度断层是达尔布特断裂的派生构造，属Sylvester简单剪切模式中R’剪裂面，并得到物理模拟实验证实。高角度断层与油气运聚关系极密切，形成期与油气生成期匹配合理，构成油气垂向运移的良好通道。静止期形成有效的油气圈闭，高角度断层围限的断块、断鼻是下一步油气勘探的重点目标。

玛湖凹陷西环带；高角度断层；形成机理；控藏作用断层对油气运聚、成藏的控制作用，历来受到关注[1]，其既为油气运移通道，又能封堵油气成藏[2-3]。长期以来，对准噶尔盆地断层的研究主要集中于低角度逆断层，包括断层特征、断层控砂作用、断层封闭性等[4-10]。20世纪80年代，朱志澄等以断面倾角为界[11]，将大于45°断层称为高角度逆断层，小于45°的称为低角度逆断层。2005年，康永尚等研究准噶尔盆地台盆区高角度断层特征与成藏作用[12]，首次探讨与造山带不平行的高角度断层成因。近年来，随着油气勘探的深入，准噶尔盆地西北缘玛湖凹陷西环带发现一系列高角度断层，这些断层断面陡倾，走向与造山带近于垂直，切穿深度大。对高角度断层控制目标进行识别与评价，相继实施几口钻井，均获得高产工业油流，反映高角度断层在该区油气运聚过程中，起重要控制作用。目前关于玛湖西环带高角度断裂的性质、成因及控藏机理尚不清楚。本次研究对地震资料精细解释，明确断裂性质，通过应力分析和物理模拟揭示成因机理，建立控藏模式，对深化准噶尔盆地西北缘油气勘探具重要意义。

图1 研究区构造背景图Fig.1 Structural setting of research area1.西北缘；2.玛湖凹陷；3.断裂；4.分区线

1 地质背景

准噶尔盆地是我国西部重要含油气盆地，勘探面积近13×104km2，内部分多个构造单元[13]。西北缘为准噶尔盆地油气最富集构造带，处于西准噶尔造山带与准噶尔地块间[14]，分为超剥带、断褶带和单斜带[12]。玛湖西环带主要指西北缘单斜带（图1），该带地层变形简单，整体呈单斜状态，构造部位低，地层从二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系及新近—古近系均发育，且厚度较大。超剥带和断褶带距造山带近，构造复杂，断裂发育，油气富集，勘探程度与研究程度较高。环玛湖凹陷斜坡带构造简单、埋藏深，勘探程度较低。进入21世纪，新疆油田逐渐将勘探重点移至玛湖凹陷西环带（单斜带），部署实施的MH1、MA18等井相继获高产工业油流，表明该区具较大的油气勘探开发潜力，是新疆油田增储上产的有利区。

2 高角度断裂几何特征

高角度断层指断面倾角大于45°的断层[15-16]。本文特指断面陡直、倾角大于65°、走向与造山带近于垂直、具扭动性质的断层。

2.1 高角度断层剖面特征

对高精度三维地震资料精细解释，在玛湖凹陷西环带发现大量高角度断层。其特征如下：①断距小，有的甚至没有断距，同一剖面不同深度或同一断层不同剖面上同相轴时断时续（断面两侧地震反射频率、能量、极性有时会产生变化）；②断面陡直，倾角大于65°，有的接近直立；③断层切割深度大，从二叠系切至侏罗系。据高角度断层在剖面上的相互关系，分为复合型与单一型两种（图2）。

图2 玛湖凹陷西环带高角度断层剖面特征Fig.2 Section properties of the high angle faults in the Western circle zone of Mahu depressiona——复合型；b——单一型

复合型 对高角度断层解释中，发现部分高角度断层在剖面上密集发育于较窄区域，其中有一条切穿深、断距大、同相轴破碎明显、断面倾角近于90°的主断层，其余断层规模小，上部断面陡，倾角大于70°，下部产状变缓，并相交于主断层上，近于对称，构成剖面上“正花状构造”（图2-a），表明玛湖凹陷西环带发育的高角度断层具扭动性质[17]，属走滑断层。

单一型 地震资料解释中，玛湖凹陷西环带部分高角度断层不呈簇状，仅见一条单一的高角度断层。该断层一般垂向位移量小，断裂两侧同相轴仅发生挠曲，或地层产状发生变化，深层可见波组错断，浅层波组较连续，无明显断点。断面附近往往形成一条较窄的杂乱反射带，断面倾角大于70°（图2-b），倾向随位置不同，略有变化。

2.2 高角度断层平面特征

通过对玛湖凹陷西环带高分辨率三维地震资料精细刻画，识别出高角度断层数条，特征清晰。高角度断层平面上整体延伸较短，与造山带呈大角度相交。断层平面组合主要有斜交式和平行式。MH1井三维工区解释的高角度断层规模较大，大侏罗沟断层为主断层，其余断层均与其斜交，构成“青鱼骨刺状”组合。MX1井三维工区解释的高角度断层在平面上以平行式组合为主，也发育斜交式，规模较小。平面上斜交式组合断层，在剖面上多呈“花状”，构成复合型。平面上平行式组合断层，剖面上多为单一型样式。

3 高角度断裂形成机理

3.1 区域构造背景

玛湖西环带毗邻西准噶尔造山带，NW向与哈萨克斯坦板块碰撞，NE向受西伯利亚板块挤压[12,14]。准噶尔盆地西北缘处于挤压与剪切叠加应力环境，发育数条大规模压扭性断裂，包括巴尔雷克断裂、托里断裂和达尔布特断裂[18]。达尔布特断裂紧邻西北缘，平面延伸大于300 km，与玛湖西环带近于平行。该断裂始于二叠纪中期，以右旋平移错动为主[19-20]。印支期受西伯利亚板块NE向挤压作用[21]，达尔布特断裂发生左旋平移错动，973花岗岩体、红山花岗岩体被错开5~10 km[22-23]。平面上，达尔布特断裂尾端呈“马尾状”组合（图3-a），剖面上显示“花状”构造（图3-b）。

3.2 受力分析

走滑断裂在平移错动过程中，易形成派生断层、褶皱、节理，甚至断陷盆地，形成复杂的扭动构造体系[24]。Sylvester提出的简单剪切模型，合理解释了主走滑断裂（PDZ）与各派生构造（R面、R’面、P面等）间的力学成因关系[25]。通过卫片解译、野外踏勘，特别是地震资料精细解释，玛湖西环带断裂组合关系符合Sylvester的简单剪切模型。达尔布特断裂为主走滑带（PDZ），平移错动过程中派生出两侧一系列呈不同角度相交的断层，其中乌兰林格断裂等呈小角度相交，相当于P和R’剪裂面。玛湖西环带发育大量高角度断裂（包括大侏罗沟断裂）相当于R’剪切面。因此，达尔布特断裂走滑作用是形成准噶尔盆地玛湖西环带高角度断层的主要控制因素[26-28]。规模较大、压扭性强的高角度断层，常形成分支断层，地震剖面上为“花状”构造；规模小、压扭性较弱的高角度断层，常单独存在，构成单一型[29]。据地层切割关系，断裂切穿二叠系、三叠系，终止于侏罗纪晚期，主断裂两盘三叠系沉积厚度存在差异，表明高角度断裂发育于三叠纪至侏罗纪。

图3 达尔布特断裂平面和剖面特征Fig.3 Horizontal and Section properties of Daerbute fault（a）——平面特征（据GongJian Tang等，2012）；（b）——剖面特征1.新生代、中生代及二叠系；2.石炭系；3.泥盆系；4.志留系；5.奥陶系；6.侵入体；7.晚志留—早奥陶世侵入体；8.超基性岩及蛇绿混杂岩；9.断裂；10.剖面线

3.3 物理模拟

为进一步验证玛湖凹陷西环带高角度断层成因机理，探讨达尔布特断裂带走滑活动对西北缘构造样式的影响，利用山东省重点实验室压扭性构造物理模拟系统，对准噶尔盆地西北缘断裂体系形成机理进行模拟。模拟材料主要包括石英砂、粘土和水，按一定比例调试后，制成约5 cm厚的地质体，阴干成半塑状态，开始施加压扭应力。首先形成平行于造山带的低角度断层（逆掩断层），相当于西北缘山前逆断层（图4-a），包括克拉玛依断裂、南白碱滩断裂等。继续加力，山前逆断层规模变大，形成掩覆带。同时近垂直造山带和逆掩断裂的高角度断层开始形成，高角度断层形成有分支断裂（图4-b）。模拟进一步证实，高角度断层的形成受达尔布特断裂带走滑活动控制，西北缘山前逆断层也受达尔布特断裂带活动影响，后期演化成达尔布特断裂“花状”分支。

图4 西北缘断裂系统形成物理模拟Fig.4 Physical simulation of fault system in the Northwest margin of Junggar basin

4 高角度断裂控藏作用

4.1 控藏模式

通过对玛湖西环带高角度断层特征及成因分析，确定该类断层为具压扭性质的走滑断层 ，走滑断层对准噶尔盆地油气成藏具重要作用。邵雨等从区域背景上分析走滑构造对准噶尔盆地西北缘油气运聚的控制作用[27]。张越迁等认为与走滑断层伴生的断块、断鼻是西北缘下一步油气勘探的重点[19]。新疆油田公司在玛湖西环带按高角度断层控藏思路，部署几口探井，均获得重大突破，反映高角度断层对玛湖西环带油气运聚具重要控制作用。

油源对比显示[30]，准噶尔盆地西北缘聚集的油气主要来自玛湖凹陷下二叠统风城组和中二叠统下乌尔禾组，排烃期从二叠纪末期持续至白垩纪。玛湖西环带发育的高角度断层切穿深（二叠系切至侏罗系）、断面陡（倾角大于65°）。从纵向切割的地层看，特别是据规模大、断面陡、走滑明显且切断并错开扎伊尔山的大侏罗沟断层对三叠系与侏罗系沉积控制作用推断，高角度断层应形成于三叠纪至侏罗纪，该时期正好是二叠系主力烃源岩的生烃期，因此构成油气垂向运移的良好通道。断层停止活动后，在断面应力、泥质充填和涂抹作用下，断裂逐渐封闭，形成断块或断鼻圈闭。

玛湖西环带发育的走滑断裂断面陡、切穿深、延伸远，断裂活动期与油气生成期匹配，构成良好的油气运移通道。油气进入走滑断裂带后，在浮力和压差作用下，快速沿断裂带输导部分向上运移，同时沿分支断裂呈发散式运移，在剖面上多个层位、平面上多个圈闭聚集成藏。玛湖凹陷西环带发育的高角度断层近垂直造山带，由斜坡高部位延伸至生烃凹陷，构成油气侧向运移的输导网络，并将生烃中心派出的油气运移至山前构造带成藏。高角度断层在平面和剖面上组合成两种样式，油气运聚过程中在空间上构成花状和墙角状两种成藏模式。花状成藏模式指油气沿复合型高角度断层由下向上呈发散式运移，聚集在主断层与分支断层间的夹块中（图5-a）。墙角状成藏模式指油气沿单一型高角度断层运移，在上倾方向受近平行于造山带的逆冲断层遮挡，聚集在呈墙角式断夹块中（图5-b）。4.2勘探效果分析

图5 玛湖凹陷西环带高角度（走滑）断层成藏模式Fig.5 Hydrocarbon accumulation models of the high angle(Strike slip)faults in the Western circle Zone of Mahu depression1.走滑断层；2.逆冲断层；3.油气运移方向；4.含油面积

图6 含油面积图Fig.6 The oil-bearing area mapa——MH1井三维区块；b——MX1井三维区块1.圈闭；2.断层；3.等高线；4.油井及产能；5.显示井；6.申报控制含油面积；7.百口泉组一段顶界构造线；8.断裂；9.井号

花状成藏模式下，大侏罗沟断裂体系（MH1井三维工区）钻探的MH1井，日产油39.4 t、日产气2 500 m3；MH2井钻探部位处于圈闭边缘，仅见油气显示（图6-a）。墙角状成藏模式下，MX1井三维工区范围内，先后钻探MA18井、AH1井，其中MA18井稳定日产油33.23 t，气6 900 m3，AH1井稳定日产油29.28 t，气2 080 m，与相邻MA6井等压力系统存在明显差异，进一步证实高角度断层对该区油气成藏的控制作用（图6-b）。这是玛湖凹陷西环带继玛湖1井三维区块取得突破（MH1井获得高产工业油流）后的又一重大探索和发现，为新疆油田的增储打开了新局面。

5 结论

（1）玛湖凹陷西环带高角度断层剖面组合为复合型与单一型，平面组合为斜交式与平行式。平面上斜交式组合断层，剖面上多呈“花状”，构成复合型样式；平面上平行式组合断层，剖面上多为单一型样式。高角度断层属压扭性走滑断层。

（2）达尔布特断裂为一大型走滑构造，多期活动形成准噶尔盆地西北缘断裂体。玛湖西环带高角度断裂是达尔布特断裂带的派生构造，属Sylvester简单剪切模式中的R’剪裂面。模拟进一步证实，高角度断层的形成受达尔布特断裂带走滑活动控制，西北缘山前逆断层受达尔布特断裂带活动影响，后期演化成达尔布特断裂“花状”分支。

（3）玛湖凹陷西环带高角度断层与油气运聚关系极密切，形成期与油气生成期匹配合理，构成油气垂向运移的良好通道。静止期形成有效的油气圈闭，高角度断层围限的断块、断鼻是下一步油气勘探的重点目标。

[1] Smith,D.A.Sealing and non-sealing faults in Louisiana gulf salt basin.AAPG Bulletin,1980,64(2):145-172.

[2] Sibson,R.H.Crustal stress,faulting and fluid flow,In:Geofluids: Origin,migration and evolution of fluids in sedimentary basins. Geological Society Special Publication,1994,78:69-84.

[3] 罗群.断裂控烃理论与油气勘探实践[J].地球科学-中国地质大学学报,2002,27(6):751-756.

[4] 陈新,卢华复,浦世照,等.准噶尔盆地西北缘断裂体系分形特征与油气藏分布[J].石油与天然气地质,2006,27（4）:517-522.

[5] 孟家峰,郭召杰,方世虎.准噶尔盆地西北缘冲断构造新解[J].地学前缘,2009,16（3）:171-180.

[6] 雷振宇,鲁兵,蔚远江,等.准噶尔盆地西北缘构造演化与扇体形成和分布[J].石油与天然气地质,2005,26(1):86-91.

[7] 蔚远江,何登发,雷振宇,等.准噶尔盆地西北缘前陆冲断带二叠纪逆冲断裂活动的沉积响应[J].地质学报,2004,78(5):612-625.

[8] 吴孔友,王绪龙,崔殿.南白碱滩断裂带结构特征及流体作用[J].煤田地质与勘探,2012,40（4）:5-11.

[9] 尚尔杰,金之钧,丁文龙,等.断裂控油的物理模拟实验研究——以准噶尔盆地西北缘红车断裂带为例[J].石油实验地质,2005, 27（4）：414-418.

[10]高岗,柳广弟,黄志龙.断层对油气的相对封闭性和绝对开启性分析——以准噶尔盆地西北缘八区-百口泉区二叠系油气特征为例[J].石油实验地质,2010,32（3）：218-222.

[11]朱志澄,徐开礼.构造地质学[M].地质出版社,1984.

[12]康永尚,曾联波,张义杰,等.中国西部盆地台盆区高角度断层的成因及控油气作用分析[J].地球科学，2005，30（4）：459-466.

[13]李锦轶,何国琦,徐新,等.新疆北部及邻区地壳构造格架及其形成过程的初步探讨[J].地质学报,2006,80(1):148-165.

[14]KongyouWU，Douglas PATON,Ming ZHA.Unconformity structures controlling stratigraphic reservoirs in the north-west margin of Junggar basin,North-west China[J].Front.Earth Sci.2013,7 (1):55-64.

[15]马宗晋,曲国胜,李涛,等.准噶尔盆地盆山构造耦合与分段性[J].新疆石油地质,2008,29（3）:271-277.

[16]冯玉刚.天府背斜上高角度仰冲断层的变形几何学问题讨论[J].西南石油学院学报,1989,11（2）:25-32.

[17]Harding T P.Identification of wrench faults using subsurface structural data:criteria and pitfalls[J].AAPG Bulletin,1990,75（11）: 1779-1788.

[18]张越迁,汪新,刘继山,等.准噶尔盆地西北缘乌夏走滑构造及油气勘探意义[J].新疆石油地质,2011,32（5）:447-450.

[19]Feng Y M,Coleman R G,Tilton G,et al.Tectonic evolution of the west Junggar region,Xinjiang,China[J].Tectonics,1989,8(4):729-752.

[20]Allen M B,Sengor A M C,Natalin B A.Junggar,Turfan and Alakol Basins as Late Permian to Early Triassic extensional structures in a sinistral shear zone in the Altaid Orogenic Collage,Central-Asia[J].Journal of the Geological Society,1995,152(2):327-338.

[21]王伟锋,王毅,陆诗阔,等.准噶尔盆地构造分区和变形样式[J].地震地质,1999,21（4）：324-333.

[22]孙自明,洪太元,张涛.新疆北部哈拉阿拉特山走滑—冲断复合构造特征与油气勘探方向[J].地质科学,2008,43（2）:309-320.

[23]徐嘉伟.论走滑断层作用的几个主要问题[J].地学前缘,1995,2（1-2）:125-135.

[24]GongJian Tang,Derek A.Wyman,Qiang Wang,et al.Asthenosphere-lithosphere interaction triggered by a slab window during ridge subduction:Trace element and Sr-Nd-Hf-Os isotopic evidence from Late Carboniferous tholeiites in the western Junggar area(NW China)[J].Earth and Planetary Science Letters,2012, 329-330:84-96.

[25]Sylvester A G.Strike-slip faults[J].Geol Soc Am Bull.1988,100: 1666-1703.

[26]杨庚,王晓波,李本亮,等.准噶尔盆地西北缘斜向挤压构造与油气分布规律[J].石油与天然气地质，2009，30（1）:26-32.

[27]邵雨,汪仁富,张越迁,等.准噶尔盆地西北缘走滑构造与油气勘探[J].石油学报,2011,32（6）:976-984.

[28]张延玲,杨长春,贾曙光,等.辽河油田东部凹陷中段走滑断层与油气的关系[J].地质通报，2006,25（9-10）:1152-1155.

[29]陶国亮,胡文瑄,张义杰,等.准噶尔盆地西北缘北西向横断裂与油气成藏[J].石油学报，2006,27（4）:23-28.

[30]曹剑,胡文瑄,姚素平,等.准噶尔盆地西北缘油气成藏演化的包裹体地球化学研究[J].地质论评,2006,52(5):700-707.

Deformation Mechanism and Petroleum Accumulation of the High Angle Faults in the Western Circle Zone of Mahu Depression, Junggar Basin

Guo Wenjian1,Wu Kongyou2,Ren Benbing1,Pei Yangwen2,Huang Liliang1
（1.Research Institute of Exploration and Development,Xinjiang Oilfield Company,PetroChina,Karamay,Xinjiang, 834000,China;2.School of Geosciences,China University of Petroleum,Qingdao,Shandong,266580，China）

According to the high-resolution 3D seismic interpretation,a series of high angle faults are developed in the western circle zone of Mahu depression.In section view,these high angle faults present single or combination distribution; while in plain view,they present oblique or parallel distribution.The large shearing fault branches several splays to form flower structures in section view;whereas the smaller shearing fault usually presents single fault development.It is suggested that the high angle faults are accommodation structures of the Daerbute fault,corresponding to the R’shearing in the Sylvester shearing model,which is also verified by the physical experiments.These high angle faults can be good conduits for the vertical migration of petroleum,as the deformation timing is properly matched with the hydrocarbon generation timing.During stable period,the high angle faults present good sealing properties to form effective hydrocarbon traps.Therefore,the fault blocks and fault noses constrained by these high angle faults can be emphasizes in the following petroleum exploration.

Western circle zone of Mahu depression;High angle faults;Deformation mechanism;Petroleum accumulation

1000-8845(2016)02-263-06

P618.130.1

A

项目资助：国家自然科学基金（41272142）、中石油攻关课题（2012E-34-01）联合资助

2015-04-17;

2015-06-19;作者E-mail：guowj@petrochina.com.cn

郭文建（1982-），男，新疆克拉玛依人，工程师，2005年毕业于中国石油大学（华东）勘查技术与工程专业，从事油气勘探综合研究