塔河地区古生界下构造亚层构造样式及成因①

2020-03-09于俊峰杨敏刘存革吴其林

广东石油化工学院学报 2020年6期

于俊峰，杨敏，刘存革，吴其林

(1.广东石油化工学院石油工程学院, 广东茂名 525000；2.中石化西北油田分公司勘探开发研究院，新疆乌鲁木齐 830011)

位于新疆塔里木盆地北部的塔河油田是中国第一个古生界海相亿吨级大油田。自2010年以来，随着油气勘探由浅层向超深层转变，塔河油田的年产量从2007年的500万吨左右达到2010年的1000万吨，主要增加的产量来自古生界下构造亚层。该层主要发育由走滑断裂体系控制的碳酸盐岩溶洞、溶蚀孔、缝洞和裂缝储层，构造样式是研究该区构造变形规律和储层成因的基础。

1 区域地质概况

研究地区位于塔里木盆地沙雅隆起中段南翼的阿克库勒凸起(图1)。沙雅隆起发育于前震旦系变质基底之上，为变形叠加的古隆起[1]。阿克库勒凸起为沙雅隆起的次一级构造单元(图1)，位于沙雅隆起的中部[2,3]。阿克库勒凸起经历了加里东、海西、印支-燕山、喜山等多期构造运动，其中，受加里东晚期、海西期以及燕山期等多期构造运动地壳挤压抬升的影响，导致塔河地区阿克库勒凸起主体部位及南部斜坡缺失志留系—上侏罗统的大部分地层，并且上奥陶统与中、下奥陶统分别遭受不同程度的剥蚀[4-6](图2)。

图1 研究区位置及主要断裂分布

图2 塔河地区古生界下构造亚层地层关系

2 构造样式

从加里东到海西时期，塔中-塔北地区主要经历了裂陷及挤压的构造动力学环境，故在其主要构造层的平面和剖面地质上均产生了标志性的构造样式[7-10]，塔河地区古生界下构造亚层的平面、剖面构造样式最具有代表性。

2.1 平面断裂样式

塔河地区至少发育了5条NE向主断裂带，不同断裂带之间表现出了不同的组合样式，同时，单条断裂样式也具有各自的特点。因此，依据断裂带在平面上的组合方式，将塔河油田断裂平面样式划分为4种：弧形走滑断裂、平行走滑断裂、“X”形共轭剪切断裂以及左行右阶走滑断裂样式(图3)。

图3 塔河地区古生界地层平面断裂样式

以上特征揭示了塔河主体区断裂北部边界主要受到纯剪作用控制，剪切过程中，应变椭球体主轴λ1和λ2方向始终不变，因此主位移带方向也大致保持不变。

3)“X”形共轭剪切断裂样式。“X”形共轭剪切断裂是塔河地区断裂体系组合样式的重要特点。该类型断裂的主要形成机制是由作用于地质体的水平压应力大于岩石的抗剪强度引起的岩石破裂，由于内摩擦角的存在，其“X”剪裂角的φ/2小于45°，该种体系下引起“X”剪裂形成共轭走滑断层。

4)左行右阶走滑断裂样式。塔河主体区F67断裂带是独立的左旋走滑断裂系统，东西向由3条断裂F67-1、F67-2、Fn构成，南北向由4段右阶走滑断裂段构成。其中，中段具有压扭性质，表现为奥陶系地层的铲式滑脱逆冲特征，而向南段逐渐减弱。针对左行走滑断层，左行右阶走滑断裂的叠置段或弯曲段表现为挤压应力状态，在纵向上则表现为正花状构造；而左行左阶走滑断裂的叠置段或弯曲段表现为伸展应力状态，纵向上则表现为负花状构造。

2.2 剖面断裂样式

根据应力的作用机制，研究区的剖面断裂样式可分为挤压型、过渡型和走滑型共3大类8小类(图4)。

2)过渡型。过渡型包括两种类型：(1)“X”形挤压-走滑断裂。由于挤应力和走滑分量的相互作用，岩石破裂不但在平面上表现为“X”形共轭剪切特征，剖面上也出现逆冲断层与走滑断层之间的“X”形交切关系，反映了走滑作用过程中派生的挤压分量在局部构造位置的挤压与走滑的叠加效应。在塔河地区F67断裂的中段(图4c)， Fn断裂与走滑断裂F67-2的错断特征即反映了这样的配置关系。剖面上，F67-2断裂是直立的走滑断裂，受到Fn断裂向东挤压逆冲作用的影响，形成了挤压-走滑断裂的组合特点(图5)。(2)伸展-走滑断裂。伸展-走滑断裂样式主要产生在F67断裂的南段，TK494断裂大部分以及F3断均具有一定的走滑伸展性质。主要表现为这三条断裂在大规模走滑的同时，奥陶统顶界断裂具有明显的正断层性质(图4d)。

3)走滑型。本区的走滑构造样式包括正、负花状构造，每一种又可细分为基底式和盖层式(图4e、4f)。

图4 塔河地区古生界地层剖面断裂样式

图5 塔河中部的F67断裂带挤压-走滑地震剖面

正花状构造一般与压扭性走滑断裂伴生，在走滑断裂上部形成背形构造。它是聚敛型走滑断层派生的在压扭性应力状态中形成的构造，一条陡立走滑断层向上分叉撒开，以逆断层组成的背冲构造，断层下陡上缓凸面向上，被切断地层多成背形，但不具弯滑褶皱性质。一般认为，正花状构造的成因是压剪性的，而负花状构造一般与张扭断层伴生，走滑本身就可以产生。

沿塔河地区走滑主断裂带，普遍发育有由深向浅的两套花状构造，说明走滑具有多期活动的特点。

3 构造演化对样式的控制作用

塔河地区经历了加里东早期伸展作用、加里东中期以后聚敛环境下的构造变形，特别是在聚敛环境下，沙雅隆起北部边界至艾丁西北部均受到不同程度的挤压剪切作用，阿克库勒凸起也受到挤压剪切分量的影响，产生强烈的盖层褶皱作用和走滑构造系统。

3.1 加里东早期伸展裂陷阶段正断层的发育

早震旦世—早奥陶世，阿克库勒凸起处于伸展作用下的盆地演化背景(图6a)，轮台、艾丁北、阿克库木、阿克库勒、塔河南、库满拗拉槽的边界均发育有一系列基底式正断层[12]，塔北隆起此时表现为与满加尔凹陷连成一体的盆地-斜坡沉积区，古地形为西高东低，阿克库勒地区寒武-奥陶系地层残留厚度自南向北变薄。

3.2 加里东中期聚敛环境下的构造变形

3.3 加里东晚期弱挤压变形

在递进变形过程中断层产状也会发生变化，导致观测到的断层并不总是简单的共轭关系，但其具有相对普遍的规律，即在统一应力场中形成剪切破裂的共轭组合，或在主断层剪切位移诱导产生次级破裂。

3.4 海西期构造运动的影响

图6 过塔河地区-轮台断裂的构造演化剖面

由图6e构造演化图可见，海西构造旋回的重要影响是轮台断裂在另一构造幕的强烈继承性逆冲活动，并伴随阿克库勒凸起的持续隆升作用，轮南断裂下盘阿克库勒区仍保持一北东向展布、向南西方向倾伏的大型鼻状凸起构造形态。阿克库勒地区表现为轮台断裂下降盘的整体抬升剥蚀，隆升幅度达1500 m左右。而艾丁北则是凸起边界的褶皱作用，但凸起内大断裂基本停止活动，在南北向挤压作用下研究区断裂活动强烈，叠加变形区裂缝发育，并控制了阿克库勒凸起碳酸盐岩裂缝和古岩溶的发育[6]。