塔里木盆地北部前中生界潜山断裂特征 ——以三道桥东地区为例

曹远志，徐 浩，韩 博，韩 强

（中国石化西北油田分公司勘探开发研究院，新疆乌鲁木齐 830011）

塔里木盆地是中国油气资源丰富的大型叠合盆地之一，盆地经历多期构造运动形成了不同性质、不同规模、不同级次的断裂，这些断裂是塔里木盆地醒目的构造行迹[1-2]，也是石油地质的重点研究对象。沙雅隆起北部雅克拉断凸潜山是塔里木盆地最早实现油气发现的地区，1984年沙参2井在奥陶系古潜山获得重大油气突破，发现了雅克拉潜山凝析气藏，揭开了塔里木盆地海相油气大发现的序幕[3-4]。前人对雅克拉断凸断裂构造的形成进行了研究，总结了断裂多期活动和反转断裂形成演化过程[5-7]，认为沙雅隆起北部潜山主要表现为区域挤压应力下的逆冲推覆构造作用，现今的潜山格局是多期构造变形叠加的产物[8]，断裂的多期叠加、复合特征明显，同时不同性质的断裂均具有控藏、控储的特征[9-15]。受前期二维地震资料的制约，对本区断裂特征及潜山的形成演化过程认识不够深入，三道桥东地区位于沙雅隆起北部雅克拉断凸西部，南邻哈拉哈塘凹陷，是台盆区与隆起区的结合部，残留地层相对较多，也是北东向断裂向近东西向断裂转换地区，发育东河塘断裂和轮台断裂。三道桥东地区断裂的解析能够全面认识塔北北部的断裂活动期次及潜山演化过程。本文通过对三道桥东三维地震资料精细解释，刻画和分析断裂的展布与构造的演化，进一步探讨断裂活动对潜山圈闭的地质作用。

1 地质特征

三道桥东地区位于沙雅隆起北部雅克拉断凸的西部，南邻哈拉哈塘凹陷，周缘已发现雅克拉、东河塘、三道桥及牙哈等油气田藏（图1a）。雅克拉断凸是塔里木盆地北部沙雅隆起的一个次级构造单元，南邻阿克库勒凸起，北接库车坳陷，是一个长期发育的古隆起，南北受断裂夹持，呈近东西向展布，北边界大致为亚南-三道桥断裂带，东南边界为轮台断裂。该区受加里东晚期、海西早期与海西晚期等多期构造运动叠加改造，古生界地层被大幅度剥蚀，缺失中-上奥陶统、志留系-泥盆系、中石炭统-二叠系。三叠系-侏罗系分布于东南及轮台断裂以南局部地区，大部分地区白垩系直接覆盖于下奥陶统-前震旦系之上，至古近纪沉积时转为北侧库车坳陷的斜坡[14-15]。

从三道桥东地区前中生界俯视图可以看出，该区元古界-古生界地层呈北东-东西向展布，为一北东向背斜的南翼，震旦系-二叠系依次从东南向西北方向尖灭（图1b），西北部为前震旦系变质岩分布区。该区东河2 井、东河24 井、东河25 井、东河22 井、东河21 井等井均不同程度地揭示前中生界潜山。据钻井及地震资料表明，该区前中生界沉积地层发育在前震旦系变质岩之上，发育震旦系、寒武系、奥陶系、泥盆系、石炭系、二叠系等地层，其中震旦系-奥陶系为台地相碳酸盐岩沉积，泥盆系-二叠系以碎屑岩沉积为主，局部夹碳酸盐岩，此外寒武系顶部、二叠系发育火山岩。

2 构造特征

三道桥东地区位构造演化受雅克拉断凸影响，雅克拉断凸是受亚南、轮台两大逆冲断裂控制的一个典型的背冲断块构造。断凸内部断裂十分发育，具有长期、多次、不均一等活动特点。东部断距大、剥蚀强，前中生界地层被剥蚀殆尽，白垩系直接覆盖在基底变质岩系之上。西部断距小、剥蚀弱，尚保存有较大部分震旦系-古生界地层，整体呈南倾单斜。褶皱变形相对简单，中生界地层覆盖以后，才形成潜山构造和披覆背斜。喜山运动早中期，区域“南升北降”构造大翻转，导致断凸之上出现拉张效应，促使早期逆冲断层发育负反转活动，形成一系列由逆转正的生长正断层。研究区前中生界沉积地层记录了加里东晚期-海西早期、海西末期及印支期等构造运动和二叠系火山活动事件。

2.1 加里东期-早海西期构造活动

三道桥东地区在震旦纪-早奥陶世位于塔里木克拉通盆地的北部，沉积了巨厚的碳酸盐岩，地层厚度横向变化不大，地层产状平缓。自晚奥陶世末，古昆仑洋和古天山洋俯冲消减作用加强，塔里木盆地发生加里东运动，整个塔北新和三道桥地区开始抬升，三道桥东地区位于这一古隆起的南部斜坡部位，到海西运动早期与相邻地块发生碰撞闭合，这一阶段塔里木整体处于强烈的挤压环境中[16]。三道桥东地区奥陶系从东南向西北方向被剥蚀减薄，区域内中下奥陶统、志留系全部缺失，泥盆系直接覆盖于奥陶系鹰山组下段或蓬莱坝组之上[17]（图2a）。该不整合面之上的砂砾岩在平面上呈自东北向东南尖灭的朵状扇体，这说明在泥盆系东河砂岩沉积之前该区东北部已经隆升（图2b）。

2.2 海西运动晚期二叠系火山活动

图1 塔里木盆地三道桥东地区构造位置

中二叠世三道桥东地区火山活动强烈，火山岩在地震上呈中强振幅不规则层状异常，振幅属性平面上呈不规则状中强振幅异常分布（图2c～d）。前人研究表明，塔北地区火山岩以玄武岩和英安岩为主，具有双峰式火山岩的特点，为明显的陆内裂谷成因，代表强烈的伸展作用[18]。

2.3 海西末期-印支期构造活动

晚海西-印支期构造运动是三道桥东地区最为强烈的一次构造运动，奠定了该区的构造格局。轮台断裂、亚南断裂、雅1 号断裂、雅2 号断裂等近东西向展布的背冲断裂构造带主要形成于该时期[19]。这一时期雅2 号断裂活动非常强烈，构造抬升使得该断裂北侧地区剥蚀出露前震旦系基岩，雅克拉断凸主要在该时期形成。而这一时期构造格局也决定了三叠系-白垩系的沉积背景，三叠系-白垩系向构造高部位超覆沉积（图2e）。

3 断裂特征

3.1 断裂展布特征

本次研究利用地震三维数据计算该区的高精度相干属性体，分别沿震旦系-石炭系不同反射界面提取沿层相干属性进行分析。结果表明，断裂在相干属性平面上呈线性展布，断裂展布特征清晰。根据各层断裂展布特征，研究区断裂按走向可划分为北北东向、北东向和北西向3 组断裂。其中，北北东向断裂以东河塘断裂、轮台断裂以南的走滑断裂为代表，北东向断裂以轮台断裂为代表，北西向断裂主要出现于奥陶系顶面及其以上层系。不同方向的断裂通常首尾相接、互相切割。其中轮台断裂自西向东依次按北东、北东东向变化，延伸呈明显的分段性。断裂的这种平面展布特征是研究区不同期次、不同走向断裂在活动过程中相互迁就调整并复合发育的结果[20]。

3.2 断裂性质

图2 三道桥东地区古生界主要地质事件的地球物理响应

研究区在加里东运动期-海西运动早期、早二叠纪、海西运动晚期-印支运动期分别受到北西向挤压、北东向拉张和南北向挤压等不同构造应力场的作用，发育了挤压断裂、走滑断裂和张性断裂（图3）。轮台断裂及其以北前中生界地层发育一系列与挤压应力相关的断裂，有基底卷入型和盖层滑脱型样式[21]。其中，基底卷入型断裂较为普遍，盖层滑脱型断裂相对较少，盖层滑脱型断裂的根部向下深入至下寒武统玉尔吐斯组泥岩当中[22]。按照变形的几何学特征，可识别出叠瓦逆冲构造、背冲构造、对冲构造和铲式逆冲构造等样式[23]（图3a）。挤压断裂一般向上断至中生界底。轮台断裂以南发育北东向走滑断裂系统，走滑断裂断面陡立，向下断穿至基底，向上多断至奥陶系顶面（图3b），剖面上呈“1”字型或 “Y”字型。北西向正断层在剖面上呈小地堑样式（图3c），断层从中下寒武统一直断至三叠系底，断距小于50 m。

上述资料表明，该区走滑断裂主要分布于轮台断裂以南，断凸上逆断层和正断层共存，且这些断层均是从基底断至中生界底。

3.3 断裂形成期次及机制

结合区域构造运动背景，根据断裂性质、断裂相互切割关系，将区内断裂划分为3 期。

加里东运动中晚期-早海西运动期:研究区处于近北西-南东向挤压作用下，区内地层褶皱变形，产生北北东、北东向逆断层和北北东向走滑断层，断层从基底断穿至奥陶系顶面（T74-T60叠合）。

图3 三道桥东地区典型断裂解释剖面

二叠纪:火山活动与断层之间有着密切的联系，二叠系火山活动代表了海西晚期一次的伸展作用，与此伴生形成了北西向正断层，断层从寒武系内部向上断至火山岩顶面，断距一般小于30 m。平面上，北西向断裂明确切割北北东向断裂。

海西运动末期-印支运动期:海西运动晚期在南北向构造挤压作用下，形成一系列明显的近东西向褶皱和断裂构造带，本次活动雅2号断裂、轮台断裂活动剧烈，雅2号断裂北侧震旦纪-二叠纪被剥蚀殆尽，元古宇变质岩出露。轮台断裂自西向东依次按北东、北东东向变化，延伸呈明显的分段性，是两期断裂复合的结果。

此外，走滑断层的分布以轮台断裂为界，轮台断裂以北古生界未识别出明显走滑断层。这可能是因为早期走滑断层在海西期构造运动时，伴随地层一同发生旋转而使得在地震剖面上断裂的产状发生变化，具有“视逆实正”的特点（图4）。也说明逆断层的形成晚于走滑断层。

图4 走滑断层受后期逆冲改造后的产状变化示意图

综合上述资料分析，加里东运动中晚期受塔里 木盆地南部昆仑洋闭合活动的影响， 南天山洋向北俯冲，塔里木陆壳的东端与中天山岛弧碰撞，继而形成向北的A 型俯冲。塔里木盆地北部轮台断裂以南的碳酸盐岩形成北东向走滑断裂系统，并在轮台断裂以北形成北东向逆断层[24]。二叠纪塔北地区火山活动强烈，为明显的陆内裂谷成因，代表了强烈的伸展作用[25]，在塔北地区形成了与火山岩相关的张性断层，断层规模均较小。海西运动晚期-印支运动期，南天山剪刀式闭合造成应力场偏转，导致压扭构造作用（主压应力由南北向向西逐渐转变为北西-北东向），形成了北东向及近东西向断裂构造带。这期构造活动使得早期北东向逆断层再次复活，轮台断裂以北走滑断层发生旋转，从而产状发生变化。

4 断裂对油气藏的控制作用

三道桥东地区存在泥盆系东河塘组构造圈闭和前中生界潜山圈闭勘探目标，东河11 井、东河13井及东河3 井已在泥盆系东河砂岩获得工业油气流，东河25 井、东河24 井在寒武系白云岩潜山见到良好的油气显示，东河2 井在奥陶系见到好的油气显示。不同性质断裂对前中生界构造圈闭的形成、储层发育起着重要的控制作用。

4.1 控制构造圈闭的分布

三道桥东地区的前中生界逆断层不仅与构造圈闭的形成有关，还控制了圈闭的分布。从该区前中生界潜山顶面时间构造图可以看出，区内共发育北北东向东河塘断裂构造带、北东东向东河25 井断裂构造带和近东西向的雅克拉断裂构造带（图5）。这些构造带的形成均与逆断层活动有关，形成了背斜、断背斜、断块。断裂的断距大小直接控制了构造圈闭的幅度和油气层厚度[26]。以东河塘断裂构造带为例，东河塘断裂断层断距从南向北逐渐变小，构造幅度也明显减小，至东河3 井区构造幅度仅50 m 左右。此外，不同期次断裂形成的构造层系上有差别，东河断裂带构造圈闭层系主要为泥盆系-石炭系、三叠系-白垩系的披覆构造。东河25 井构造带构造层系为下寒武统，雅克拉构造圈闭主要为寒武系断背斜及其上覆中新生界披覆构造。

图5 三道桥东地区前中生界侵蚀顶面时间构造特征

4.2 控制碳酸盐岩潜山岩溶储层的发育

三道桥东地区历经多期构造活动为潜山储层改造提供了地质基础。从加里东运动中晚期-燕山运动早期的多期抬升暴露，长期的风化淋滤改善了岩石的储集性能。图6 是三道桥东潜山白垩系巴西盖组沉积前的古地貌图，整体上呈北高南低。北部变质岩区处于岩溶隆起区，东南部碳酸盐岩处于岩溶斜坡区，长期的溶蚀改造使得碳酸盐岩岩溶储层发育。多期的断裂活动，特别是张扭性断裂、走滑断裂为地表水提供了向下溶蚀的通道，沿断裂或裂隙产生次生溶蚀孔[27-28]。

图6 三道桥东地区潜山燕山期古地貌

据东河24 井、东河25 井钻遇的寒武系潜山储层，岩性以灰岩、云质灰岩、粉晶白云岩为主。白云岩基质孔隙度为0.29%～11.36%，平均为2.51%，渗透率为0.009×10-3～57.600×10-3μm2，平均为4.040×10-3μm2，属于低孔、低渗储层。东河24 井岩心裂缝溶孔发育，缝宽0.01～1.00 mm，具高角度缝、X 形状的斜交剪切缝、水平缝和网状缝多种产状，缝洞连通好，是很好的储渗空间，岩石薄片中见溶孔、溶蚀裂缝。该井在寒武系累计油气显示厚度达60 m，盖层为上覆寒武系致密橄榄质玄武岩。

5 结论

（1）三道桥东地区前中生界潜山发育逆断层、正断层和走滑断层。其中，逆断层发育基底卷入型、盖层滑脱型断裂控制的“Y”字型、反“Y”字型的逆冲断裂。走滑断裂陡直、向下直插基底，向上分直散开形成花状样式或“1”字型。

（2）三道桥东地区断裂平面上存在北北东向、北西向及近东西向三组走向。北北东向走滑断层、逆断层形成于加里东运动中晚期-早海西运动期，逆断层的形成晚于走滑断层，走滑断层明显受到过北西向挤压改造；北西向正断层与海西运动晚期二叠系火山活动有关的断裂，断裂切割早期逆断层；近东西向断裂逆冲断层形成于海西运动末期-印支运动期。

（3）走滑断层形成于加里东运动中晚期，后期受到海西运动期构造运动的叠加改造，导致目前只在轮台断裂南盘被识别出来。轮台断裂附近走滑断裂走向从北北东向转为北东向或东西向，轮台断裂以北伴随地层一同发生旋转而导致早期走滑断层呈“视逆实正”的特点。

（4）三道桥东地区不同性质断裂具有重要的油气地质意义，逆断层控制了断裂构造带的形成，形成了背斜、断背斜、断块。走滑断裂、与火山岩有关的张性断层能有效地改善碳酸盐岩的储集条件。