塔里木盆地顺北5号走滑断裂中段活动特征及其地质意义

邓 尚，李慧莉，韩 俊，崔德育，邹 榕

(1.中国石化 石油勘探开发研究院，北京 100083； 2.中国石化 西北油田分公司，新疆 乌鲁木齐 830011；3.中国石油 塔里木油田分公司，新疆 库尔勒 841000)

近年来，随着塔里木盆地油气勘探在顺北地区特深碳酸盐岩领域获得重大油气突破，揭示了顺北地区及邻区发育的克拉通内中小滑移距走滑断裂体系对奥陶系碳酸盐岩具有明显的“控储、控藏、控富”作用[1-5]。在塔北隆起、塔中隆起以及该两大隆起之间的顺托果勒低隆，通过新的地震资料识别出顺北5号断裂(简称顺北5断裂)是一条贯穿南北的主干走滑断裂带，且在其东西两侧发育有不同走向的走滑断裂体系[6]。新的钻井资料揭示，顺北5断裂不仅控制了中下奥陶统碳酸盐岩地层中孔洞-裂缝型储集体的发育[1],位于顺北5断裂上的单井在志留系碎屑岩地层(砂岩段、泥岩段)中同样钻遇了漏失与放空。前人针对顺北5断裂位于顺北地区北部部分的分层性、分段性、滑移距[4]以及储层预测[7]等方面开展了详尽的研究工作，但对顺北5断裂整体展布特征，不同分段几何学、运动学特征以及活动差异性尚未见系统研究。此外，对于顺北5断裂对志留系碎屑岩储集空间发育的控制作用也未见系统性分析。本文选取顺北5断裂中段为研究对象，解剖研究活动特征，对比其与北段活动差异性，分析其对志留系碎屑岩储集空间发育的控制作用，旨在为深化认识顺北地区走滑断裂控储作用以及断裂体系成因机制提供参考和理论依据。

1 地质背景

1.1 区域地质概况

塔里木盆地顺托果勒低隆北邻塔北隆起，南接卡塔克隆起，东西向位于阿瓦提拗陷与满加尔坳陷之间，是相对稳定的古构造单元[8]。顺北地区位于顺托果勒低隆北部，该地区下古生界发育完整的生-储-盖组合，多期活动的走滑断裂体系为该地区油气运移、聚集与富集提供了优越的石油地质条件，沿断裂带部署的多口探井均获得高产油气流，揭示了顺北油气藏的存在[1，3]。

顺托果勒低隆经历了多阶段的构造演化活动。加里东早期(寒武纪—中奥陶世)，顺托果勒地区处于克拉通内弱伸展背景阶段，该地区经历了区域性稳定构造沉降。加里东中期(奥陶纪)，顺托果勒地区处在克拉通隆起形成演化与整体挤压阶段，在加里东中期Ⅲ幕(晚奥陶世末)，顺托果勒低隆南北侧的塔中隆起与塔北隆起形态全面形成，整体挤压状态一直持续到加里东晚期—海西早期(志留纪—泥盆纪)。海西中-晚期(石炭纪—二叠纪)，随着塔北隆起持续抬升，顺托果勒低隆也进一步抬升；印支期—燕山期(三叠纪—白垩纪)，顺托果勒地区持续埋深，至喜马拉雅期形成现今格局并定型[9-13]。

顺北地区下古生界发育相对齐全，奥陶系自下而上为下统蓬莱坝组(O1p)，中-下统鹰山组(O1-2y)，中统一间房组(O2yj)，上统恰尔巴克组(O3q)、良里塔格组(O3l)和桑塔木组(O3s)。志留系自下而上为下统柯坪塔格组(S1k)，下统塔塔埃尔塔格组(S1t)，中统依木干他乌组(S1y)，泥盆系发育中下统克孜尔塔格组(D1-2k)，上统东河塘组(D3d)。目前顺北地区勘探开发主要目的层系为奥陶系一间房组和鹰山组上部碳酸盐岩，已知储层类型以孔洞-裂缝型为主，断裂-裂缝体系相关构造破裂作用是储层发育的主控因素[3]。

1.2 走滑断裂体系分布及活动特征

顺北地区及邻区发育多个走滑断裂体系[6]。在塔北地区主要发育NNE-NNW向“X”型似共轭断裂体系(图1)，该体系中具有代表性的NNE向主干断裂带(托普39断裂)早期(加里东中期—海西早期)在共轭走滑状态下左行活动，受最大主应力方向的控制，晚期(喜马拉雅期)反转为右行走滑，而同体系中的NNW向断裂晚期几乎未活动[4]。在塔中隆起北坡地区主要发育NNE向近平行走滑断裂体系(图1)，走向约为NE30°，该体系大致在加里东中期Ⅲ幕左行走滑，之后在加里东晚期—海西早期再度左行活动[2]。在顺托果勒低隆中部地区发育顺北1断裂、顺北5断裂体系，以北的“X”型断裂体系发育至顺北1断裂附近逐渐减弱并终止。顺北5断裂东部和西部断裂在走向上呈现明显差异(图1)，就断裂差异分区活动而言，在顺北地区可被认为是一条分割东部NNE体系与西部NNW体系的断裂带(图1)。顺北5断裂先于顺北1断裂带在加里东中期Ⅲ幕形成，在加里东晚期以及海西中晚期再活动，两者的构造演化经历了不同的应力环境和最大主应力方向的变化，与托普39断裂体系中NNE-NNW向断裂在活动机制上存在根本差异[4]。

1.3 顺北5断裂展布与分段特征

随着顺北5井的部署与油气突破[3，7]，二维和三维地震新资料的采集以及地震地质综合解释揭示顺北5断裂是一条贯穿塔北隆起、顺托果勒低隆以及塔中隆起的主干断裂带(图1)。基于已采集的二维和三维地震资料，顺北5断裂可识别长度约为270 km，断裂走向自北向南整体发生了约40°的偏转：在塔北隆起走向大致为NW20°，在顺托果勒低隆走向大致为NE10°，在塔中隆起走向大致为NE20°。基于顺北5断裂走向变化特征，可将其总体分为三段(图1)，即北段(走向大致为NW20°)、中段(走向为近南北向-NE10°)和南段(走向大致为NE20°)。目前已有三维地震资料(1号三维与2号三维南部)覆盖了顺北5断裂中段主体部分(图1)，2号三维与3号三维覆盖了北段主体部分，其中针对2号三维已有断裂活动特征精细解析[4]。

图1 塔里木盆地顺北地区及邻区下古生界主要断裂分布Fig.1 A map showing the distribution of major faults in the Lower Paleozoic in Shunbei area and its surroundings,Tarim Basin

2 顺北5断裂中段活动特征以及雁列正断层控储特征

本研究主要针对1号三维进行精细解析，明确了顺北5断裂在该三维区内的几何学与运动学特征，厘定了活动期次，并与顺北5断裂在2号三维内的活动特征进行了对比。此外，通过对2号三维断裂带上多口单井志留系放空漏失资料进行分析解剖，明确了顺北5断裂雁列正断层对志留系碎屑岩(砂岩段、泥岩段)储集空间发育的控制作用。

2.1 几何学特征

图2 塔里木盆地顺北5号断裂带中段1号三维多层位相干与断裂解释(三维资料研究范围见图1)Fig.2 Coherence slices of various reflecting interfaces and fault interpretations of the No.1 seismic survey covering the central segment of Shunbei 5 fault zone in the Tarim Basin(See Fig.1 for the location of the No.13D seismic acreage)

图3 塔里木盆地顺北5号断裂带中段1号三维分层发育典型剖面A-A′、B-B′ and C-C′(剖面位置见图2)Fig.3 Representative seismic sections of the No.1 seismic survey covering the central segment of Shunbei 5 fault zone in the Tarim Basin (see Fig.2 for the location of sections A-A′,B-B′ and C-C′)

2.2 运动学特征

2.3 活动期次

结合不同构造样式发育层位以及揭示的不同古应力环境，识别出顺北5断裂在1号三维区至少三个阶段的多期活动特征。

2.4 雁列正断层志留系控储特征

图4 塔里木盆地顺北5号断裂带北段-中段2号三维多层位相干与断裂解释(三维资料研究范围见图1)Fig.4 Coherence slices of various reflecting interfaces and fault interpretations of the No.2 seismic survey covering parts of the northern and central segments of Shunbei 5 fault zone in the Tarim Basin (see Fig.1 for the 3D seismic acreage)

通过井震标定确定地层漏失、放空部位，并对比雁列正断层几何学特征表明，钻遇雁列正断层上盘更易发生漏失和放空(图5)。例如，X6井与X8井相比，X6井钻遇断层下盘，未钻遇放空和漏失，而X8井钻遇断层上盘，共钻遇三处放空。与X8井类似，X7井同样钻遇雁列正断层上盘，且发生多处漏失(图5)。针对X7井漏失段采集的成像测井资料表明，漏失段发育走向约为NE45°天然裂缝(图6)，该走向与X7井钻遇正断层走向(约为NE40°)相似(图4)，由此更进一步说明雁列正断层伴生裂缝体系[17]是造成漏失的主要储集空间。此外，成像测井解释表明，压裂诱导缝走向也近似为NE45°(图6)，说明现今最大主应力方向与天然裂缝走向近似平行，利于雁列正断层伴生裂缝的开启[5]。

针对每个漏失、放空点测量其与雁列正断层断面的水平距离，并测量其在断面投影点的垂向断距，与此同时，测量未发生漏失和放空井组与雁列正断层的最小水平距离以及断面最大断距，进行交错分析表明(图7a)，雁列正断层上盘对漏失、放空点的控制范围可超过200 m，而下盘则小于200 m，说明雁列正断层破碎带在断层上、下盘发育具有不对称性(图7b)，且上盘破碎带发育规模更大，该特征与前人提出的正断层破碎带发育具有不对称特征的研究认识[18-21]一致。

3 讨论

3.1 顺北5断裂奥陶系碳酸盐岩储层与志留系碎屑岩洞穴型储集空间成因机制

顺北5断裂北段(图1)部署的顺北5井在奥陶系中统一间房组(O2yj)与中-下统鹰山组(O1-2y)分别钻遇0.77 m与2.92 m放空[3]，揭示顺北5断裂控制了中-下奥陶统碳酸盐岩缝洞型储层的发育。在顺北地区走滑断裂多期活动的背景下，构造破裂作用、断控大气水岩溶作用与埋藏溶蚀作用是碳酸盐岩地层洞穴-裂缝系统形成的主要控制因素[1,3,22]。

碳酸盐岩因其岩性的特殊性，在表生岩溶与埋藏溶蚀的作用下，大气淡水和酸性流体对碳酸盐矿物的溶解作用本身可形成岩溶孔洞和大型洞穴[23-24]。与碳酸盐岩不同的是，碎屑岩(砂岩、泥岩)在储层成岩过程中，烃源岩有机质热演化释放的有机酸虽然可对铝硅酸盐进行溶蚀而形成规模性次生空隙[25-26]，但对于是否可形成溶蚀洞穴目前尚未见报道。由此推测，志留系砂岩、泥岩段多致密，物性差，断裂活动形成的空腔及伴生裂缝体系是放空、漏失的主要原因。

图5 塔里木盆地顺北5号断裂带北段-中段2号三维典型过井剖面A—A′，B—B′与C—C′(剖面位置见图4)Fig.5 Representative seismic sections of the No.2 seismic survey covering the northern and central segments of Shunbei 5 fault zone in the Tarim Basin (see Fig.4 for the locations of sections A—A′,B—B′ and C—C′)

图6 塔里木盆地顺北5号断裂带2号三维X7井志留系裂缝性储层成像测井响应Fig.6 Image logging responses of the fractured Silurian reservoir rocks in Well X7 in the No.2 seismic survey covering the Shunbei 5 fault zone in the Tarim Basina.裂缝性储层成像测井响应；b.裂缝走向玫瑰花图

图7 塔里木盆地顺北5号断裂带2号三维志留系放空、漏失部位与雁列断层活动关系(三维资料研究范围见图1)Fig.7 Locations of thief zones and their relationship with the en-echelon normal faults in the No.2 seismic survey of the Shunbei 5 fault in the Tarim Basin (See Fig.1 for the location of No.2 seismic acreage)a.志留系放空、漏失部位与距雁列断层断距与落差交绘图；b.雁列正断层上、下盘破碎带发育模式

正断层与走滑断层在几何学、运动学以及力学机制方面虽存在明显差异[27]，但其都具有分段性[16-17],在分段叠接部位都可形成叠接拉伸或叠接挤压变形段。在叠接拉伸段的发育过程中，受局部张应力的控制作用[28]，岩石趋于形成张性破裂，在烃类流体充注的情况下破裂空间可进一步保留，成为现今钻遇的洞穴或空腔(图5，图7)。前人研究表明，渤海湾裂谷盆地断块(碎屑岩)油气富集区主干断裂带附近发育一系列断裂空腔沥青带，其厚度可达3 m[29]，井-震标定揭示断裂空腔多发育于正断层断面叠接部位，由此也进一步说明，正断层分段叠接部位对碎屑岩洞穴型储集空间的发育具有重要的控制作用。

3.2 顺北5断裂发育机制

现有二维和三维地震资料揭示顺北5断裂贯穿顺北及邻区南北，是该地区及邻区目前已知最长的走滑断裂带(长度≥270 km)，对于该断裂带水平滑移距分布特征以及发育机制尚未见系统性研究。

4 结论

1) 顺北5断裂是一条贯穿塔北隆起、顺托果勒低隆以及塔中隆起的主干断裂带，其可识别长度长达270 km，断裂走向自北向南整体发生了约40°的偏转，是目前顺北及邻区已知最长的克拉通内走滑断裂带。基于顺北5断裂走向总体变化特征，可将其分为三段:北段(走向约NW20°)、中段(走向为近南北向-NE10°)和南段(走向约NE20°)。

图8 塔里木盆地顺北5号断裂带北段-中段滑移距分布特征(滑移距测量点A-D位置见图1)Fig.8 Distribution characteristics of the displacement in the northern-central segments of Shunbei 5 fault zone in the Tarim Basin (see Fig.1 for the location of displacement measurement of A-D)a.顺北5号断裂3号三维界面相干；b.顺北5号断裂1号三维界面相干与4 568 ms时深切片；c.顺北5号断裂A-D点滑移距分布

3) 顺北5断裂中段雁列正断层控制了志留系碎屑岩(砂岩段、泥岩段)中裂缝-洞穴型储集空间的发育，雁列正断层破碎带在断层上、下盘发育具有不对称性，上盘破碎带发育规模更大。顺北5断裂北段与中段滑移距分布具有“两头大，中间小”的特征，北-中段也具有显著不同的几何学与运动学特征。构造演化初期形成于南、北以及南北之间不同体系的断层在后期逐段拼接，形成了顺北5断裂现今贯穿塔北隆起、顺托果勒低隆以及塔中隆起的展布格局。