塔里木盆地塔河地区走滑断裂体系活动特征与油气地质意义

李 兵，邓 尚，李王鹏，高利君，许 杰

(1.中国石化石油勘探开发研究院，北京 100083；2.中国石油大学(北京)，北京 102249；3.中国石化西北油田分公司，新疆 乌鲁木齐 830011)

0 引 言

随着对塔里木盆地油气勘探的不断推进，在塔中和顺北等地区沿主干走滑断裂带相继获得重大油气突破。对盆地内部，尤其是塔中和顺北等地区走滑断裂[1-2]的研究也得到了越来越多学者的关注。针对上述地区主要研究了主干断裂的几何学和运动学特征，对主干断裂与次级断裂的几何学关系研究不够，对于主干断裂的活动演化机制也鲜有系统性研究。前人研究表明，与塔中和顺北等地区相比，塔河地区发育更加复杂的主次级断裂体系。前人主要研究塔河地区断裂对岩溶储层的控制作用[3]，对塔河地区断裂的几何学和运动学特征，力学机制缺乏描述，对于主干、次级断裂之间的关系也缺乏系统性研究。因此，充分利用高精度三维地震和生产井组资料，深化研究塔河地区主次级断裂活动特征，探讨主干断裂的活动演化机制，可对优选高效井井位和提高钻井成功率提供参考和理论依据。

1 区域地质概况

塔河地区位于塔里木盆地塔北隆起上的阿克库勒凸起中部，东邻草湖凹陷，西接哈拉哈塘凹陷，南连顺托果勒低隆，北靠轮台凸起，是中国第1个古生界海相亿吨级大油田(图1)。阿克库勒凸起是由前震旦系变质岩基底上发育的一个经历多期构造运动和变形叠加的大型古凸起，其形成演化主要经历了6个阶段：加里东早期(早震旦世—早奥陶世)，处于整个塔里木克拉通稳定地台的伸展作用区域背景条件下的发展阶段；加里东中晚期(晚奥陶世—志留纪末)，凸起开始形成阶段；海西早期(泥盘纪末)，受区域性挤压抬升形成向西南倾伏的北东向展布的大型鼻凸阶段；海西晚期(早二叠世末)，整体再次抬升、暴露遭受剥蚀阶段；印支期—燕山期(三叠纪—白垩纪末)，该区构造运动相对较弱，主要表现为整体升降阶段和喜马拉雅期受库车前陆盆地的影响，北部强烈沉降，阿克库勒凸起最终定型阶段[4-5]。

图1 塔里木盆地塔河地区下古生界主要断裂

塔里木盆地是一个典型的叠加复合型含油气盆地，盆地内沉积层系多，从元古界至第四系都有发育。阿克库勒凸起地层自下往上发育震旦系至泥盆系的海相沉积地层，石炭系至二叠系的海陆交互相沉积地层，三叠系至第四系的陆相沉积地层[3]。钻井揭示，凸起主体部位及南部斜坡区发育奥陶系、志留系下统、泥盆系上统、石炭系下统、二叠系中统、三叠系、侏罗系下统、白垩系下统、古近系、新近系和第四系地层。

2 走滑断裂活动特征

2.1 走滑断裂剖面样式

研究区内断裂体系普遍具有深、浅2种层次的分层特征。在T56界面(石炭系巴楚组顶面)之下，深层主干走滑断裂的构造样式在剖面上为高陡或近直立状，切穿层位多，向下多切穿至寒武系地层，向上断至二叠系地层，但未断穿T50界面(古生界顶面)。次级走滑断裂主要发育在奥陶系碳酸盐岩地层中，构造样式在剖面上为高陡或近直立状，切割层位少且参差不齐，主要切穿了T76(奥陶系下鹰山组顶面)和T74界面(奥陶系一间房组顶面)(图2)。浅层构造表现为NW、NE、NNW、NNE向4组走向的雁列正断层，部分成对发育。NW向雁列正断层仅在T56界面上有显示，该正断层向下切穿至石炭系地层，向上终止于T50界面(海西运动末期)，表明该正断层是在其下伏主干走滑断裂F1于海西期发生活动形成的，并在海西期结束后停止活动。该雁列正断层呈右阶展布，指示其下伏主干走滑断裂F1的左行走滑特征[6](图3a、图4d)。与此交叉出现的NNE向雁列正断层在T56和T50界面上都有显示，该正断层向下切穿至石炭系地层，向上断至中生界地层，但未断穿T34界面(白垩系卡普沙良组顶面)。该雁列正断层呈左阶展布，指示其下伏主干走滑断裂F2的右行走滑特征(图3b、图4d)。

图2 塔河地区T76界面主次级走滑断裂及A—A′时间地震剖面特征

NE向雁列正断层由喜马拉雅期深部主干走滑断裂活动而形成的，该正断层向下切穿T50界面，但未切穿T56界面，向上断至新生界地层。该雁列正断层呈左阶展布，指示其下伏主干走滑断裂F12的右行走滑特征。在研究区内NE向雁列正断层大范围发育(图4)，整体呈NNE向发育，指示下伏NNE向主干走滑断裂在喜马拉雅期的右行走滑，而深部NNW向主干走滑断裂活动微弱(图3c、图4)。与此交叉出现的NNW向雁列正断层仅在T50界面上有发育，该正断层向下未切穿T56界面，向上终止于T50界面，周围地层表现为同沉积构造特征，表明该雁列正断层是在其下伏主干走滑断裂F12于海西期发生活动时形成的，且海西期后停止了活动。该雁列正断层呈右阶展布，指示其下伏主干走滑断裂F12的左行走滑特征(图3d、图4)。该特征表明，主干走滑断裂F12在演化过程中发生了滑移方向的反转，由海西期的左行走滑转变为喜马拉雅期的右行走滑。

图3 T56和T50界面典型时间地震剖面(见图4位置)

2.2 走滑断裂平面展布

利用高精度三维地震相干体技术，对研究区重点层位进行属性提取、分析等工作，从而解析其走滑断裂体系的平面分布特征。

图4a—f依次为T80(寒武系顶面)、T76、T74、T56、T50和T34相干属性界面的断裂解释图。由图4可知，研究区内具有深、中、浅3种层次的平面分层特征。深层平面为T80、T76和T74界面，主要为走滑断裂，线性延伸较长，西侧为NNW和NNE向2组不同走向主干走滑断裂相交展布，东侧为一组近NNE走向主干走滑断裂平行展布。除NNE和NNW向主干走滑断裂外，还发育一组近SN走向的S112逆断层[7]，表明研究区至少受到过近SN向和近EW向2个方向的应力作用。深层平面上的次级走滑断裂线性延伸较短，往往与主干走滑断裂相交并终止，在T76界面非常发育，而在T74界面则主要分布在东侧，尤其是与S106断裂大角度相交(图4a—c)。

图4 塔里木盆地塔河地区多层位相干与断裂分布

中层平面为T56和T50界面，在T56界面上，走滑断裂与雁列正断层同层出现，且北部走滑断裂线性延伸依然较长，但较深层平面上的规模有所变小，雁列正断层已经出现，且发育一对相互交叉走向的雁列正断层。在T50界面上，走滑断裂尚未断穿，以发育雁列正断层为主，也发育一对相互交叉走向的雁列正断层。中层平面上雁列正断层单条主要以NW、NE、NNW和NNE向4组走向成对出现，整体呈NNW和NNE向展布，表明下伏NNW向F1和F2、NNE向F11和F12主干走滑断裂曾发生活动(图4d、e)。浅层平面为T34界面，发育大量的雁列正断层。单条主要为NE走向，线性延伸较中层平面上的要长，与下伏主干走滑断裂夹角为锐角，整体与下伏主干走滑断裂走向一致，主要呈NNE向展布，表明下伏NNE向主干走滑断裂在喜马拉雅期发生活动，而深部NNW向主干走滑断裂则活动微弱(图4f)。

2.3 主次级走滑断裂几何学关系与力学机制

次级走滑断裂主要发育于研究区T76和T74界面上，通过统计与T76界面上NNW和NNE向主干走滑断裂及T74界面上NNE向主干走滑断裂的夹角发现，主次级走滑断裂夹角均大于30 °，在T76界面上主峰值位于30～50 °，对应于平行另一组共轭主干走滑断裂的次级走滑断裂，指示其形成的力学机制为受近SN向的应力作用。在T74界面上主峰值除了50～60 °外，还有一组为80～90 °，为与S106断裂近垂直的一组近EW向次级走滑断裂。其形成的受力方向与西侧发育的近SN向S112逆断层受力方向一致，认为他们可能形成于同一时期的近EW向应力作用。

2.4 活动期次

前人常通过断距分析、雁列正断层生长指数方法来识别走滑断裂带的活动期次[8-9]。此次研究结合走滑断裂体系在地震时间剖面上不同构造样式的发育层位及与各地震反射界面的关系，认为至少经历了3个阶段的活动。

(1) 第1阶段活动在加里东—海西中晚期，特征为NNW和NNE向主干走滑断裂及NNE、NNW和近EW向次级走滑断裂的早期活动。加里东中期Ⅲ幕，受古昆仑洋及阿尔金板块的俯冲消减作用[10-11]，塔里木盆地受到由南向北方向的强烈挤压，塔北隆起受区域应力场作用持续存在近SN向挤压应力作用。加里东中晚期，塔北隆起内部二级构造单元阿克库勒凸起初成凸起雏形[4-5]，研究区受到近EW向的应力作用。相比T80和T74界面，NNE和NNW向次级走滑断裂在T76界面尤为发育，可推断为在加里东中期Ⅲ幕剪切应力状态下形成的。近EW向次级走滑断裂发育于T80、T76和T74界面上，在T74界面上与S106主干走滑断裂大角度相交，且在研究区南部发育一条S112逆断层，可推断为在加里东中晚期受近EW向挤压和剪切应力作用形成的。

(2) 第2阶段活动在海西末期，特征为NW和NNW向雁列正断层在其下伏主干走滑断裂再活动时形成。阿克库勒地区在二叠纪末期发生广泛的构造变形，形成了轮南断裂和桑塔木断裂，剥蚀强度由南向北逐渐增强，至三叠纪构造变形和隆升变弱[8]，NW和NNW向雁列正断层的形成可能与该期构造活动有关。

(3) 第3阶段活动在喜马拉雅期，特征为上覆地层在下伏主干走滑断裂的再一次活动时引起的盖层变形，形成了断穿整个中生界地层的雁列正断层。该系列正断层较海西期形成的正断层分布广，切穿层位多，整体主要呈NNE向展布，其左阶展布特征指示下伏主干走滑断裂的右行走滑。研究区该阶段活动强度较第二阶段强烈，可认为喜马拉雅期是研究区内NNE向主干断裂的一个主要活动期。

3 油气地质意义

断裂活动特征与高效井分布特征分析表明，喜马拉雅期活动强的主干走滑断裂及其与次级断裂交汇部位为油气有利勘探区域。

研究区内主干走滑断裂附近约300口单井累计生产数据统计分析表明，高产井主要分布在NNE向的F7、F9、F10、F12、F13、S106主干走滑断裂附近，与上覆雁列正断层(喜马拉雅期活动)分布具有明显对应关系(图4f、图5)。该区主干走滑断裂近直立发育，贯穿寒武系玉尔吐斯组烃源岩与奥陶系储层。前人对走滑断裂活动机理研究表明，走滑断裂体系上覆雁列正断层的发育程度可指示下伏主干走滑断裂带的活动强度[6，12-13]。塔河油田奥陶系油藏主要源自喜马拉雅期的油气充注[14]，在该时期，下伏主干走滑断裂再次活动开启，为油气向上运移提供了良好的通道，在下伏主干走滑断裂活动强烈部位油气充注强，富集程度高。

次级走滑断裂主要分布于奥陶系一间房组和鹰山组碳酸盐岩地层中，与塔河油田主要的产油目的层位具有明显对应关系。与主干走滑断裂相连接发育的多组次级走滑断裂有利于深部热液的岩溶改造形成岩溶缝洞[15]，对碳酸盐岩储层的改造以及对油气的运移具有重要的控制作用。

图5 T76界面主干断裂附近单井累计产油量(Q为单井累计产油量)

4 结 论

(1) 塔河地区走滑断裂体系在剖面上具有深、浅2种层次的分层特征。深层发育高陡或近直立状的主次级走滑断裂，浅层发育大量的雁列正断层，部分成对出现。平面上在T56界面出现下伏主干走滑断裂与浅层雁列正断层同层出现的特征。另外，T56和T50界面上的2组相互交叉走向的雁列正断层分别指示了下伏主干走滑断裂部分左行、部分右行走滑，以及个别断裂先左行后右行的反转走滑特征。

(2) 塔河地区内走滑断裂体系至少经历了3个阶段的活动，分别是加里东—海西中晚期活动、海西末期活动及喜马拉雅期活动。结合研究区生产井组资料与断裂活动强度的关系研究表明，喜马拉雅期下伏主干走滑断裂的活动强度对油气的运移和富集具有重要的控制作用，次级走滑断裂对奥陶系碳酸盐岩储层的改造及对油气运移也具有重要的控制作用。喜马拉雅期活动强的主干走滑断裂及其与次级走滑断裂交汇部位为油气有利勘探区域。