塔里木盆地和田河东地区断裂特征及其油气地质意义

2021-06-08马海陇王震邓光校文欢张长建丁立明蒋海军

断块油气田 2021年3期

马海陇，王震，邓光校，文欢，张长建，丁立明，蒋海军

（中国石化西北油田分公司勘探开发研究院，新疆乌鲁木齐 830001）

0 引言

前人［1-5］对塔里木盆地巴楚隆起边界断裂和大级别构造带的构造特征、形成期次、构造演化与成因机制及油气关系等研究较多。但是，受二维地震资料（测网密度4 km×4 km）的限制，无法对隆起内低级别断裂进行精细解析，所以相关研究成果较少［6］。隆起内小级别断裂特征、形成期次、构造演化及成因机制等尚不明晰，有必要推进完善。

随着可控震源三维地震资料的采集及相关低级别断裂识别技术的推进和应用［7-9］，本区发现多组低级别断裂体系。同时，由于研究区和田河东三维区位于NWW向吐木休克断裂带与NEE向玉北、玛东断裂带两大断裂体系的交会区，成因机制上不仅受西昆仑造山运动的影响，还受阿尔金造山运动的控制［2-5］，故本区断裂解析研究对于完善和深化巴楚隆起区域地质演化的理解具有重要的地质意义。

此外，邻区已见巴探5井奥陶系鹰山组、鸟山—和田河石炭-奥陶系气藏、塔中礁滩相油气藏等［10-13］，说明本区下古生界具备良好的油气勘探前景。前人［14］认为，巴楚隆起奥陶系鹰山组潜山风化壳岩溶储集体和良里塔格组的高能礁滩相储层复合体是良好的储层发育区。塔河［15-16］与顺北断溶体油藏模式［17-18］也说明走滑断裂是控制储集空间和成藏的关键要素。本区前期油气勘探对象主要围绕大断裂、大构造控制的构造圈闭展开，对于隆起区低级别断裂及其油气成藏潜力分析研究鲜见报道。所以，精细解析研究区的低级别走滑断裂，探讨其控储、控藏作用，对于本区油气发现及勘探开发思路调整具有重要意义。

1 地质背景

和田河东三维区位于塔里木盆地巴楚隆起东段，北以吐木休克断裂与阿瓦提凹陷分开，东以巴东断裂与卡塔克隆起相接，南以玛扎塔格断裂带和玛东断裂带与麦盖提斜坡和塘沽巴斯坳陷相邻，西以古董山和吐木休克断裂西端为界与巴楚西段相邻（见图1）。研究区自下而上发育震旦系、寒武系、奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、新近系、第四系地层等，普遍缺失中生界地层。

2 断裂特征及形成期

通过地震资料精细解释发现本区主要由近NNE、EW、NW转NNW、近NS走向的4组断裂构成。纵向上可分为4个构造层，自下而上分别为基底构造层（中寒武统顶Cam2a—基底Td）、下构造层（奥陶系顶O3s—中寒武统顶Cam2a）、中构造层（二叠系顶P—奥陶系顶O3s）和上构造层（上部地层）。4个构造层内断裂发育程度不同（见图2），基底构造层断裂最发育，其次为下构造层，中、上构造层断裂欠发育。基底构造层发育NW转NNW向弧形断裂及近EW、NNE向断裂，以弧形断裂为主；下构造层断裂较发育，主要发育NNE向走滑断裂、EW向台缘走滑断裂；中构造层断裂欠发育，仅发育EW向走滑断裂继承断裂和近NS向走滑断裂；上构造层断裂仅有近NS向喜山期压扭逆冲断裂：这4组断裂均不属于大型控盆、控界、控带大级别断裂带，仅属于四级至更低级别断裂带。

2.1 近EW向控台缘压扭走滑断裂带

近EW向压扭走滑断裂带，即台缘断裂带。区域上整体由NEE向EW渐变展布，向北弧状凸出，延伸125 km，断距较大（100～200 m），是研究区最大级别的断裂带，属于四级断裂带。该断裂带在研究区近EW向展布，延伸约33 km，由2条断面不连续的陡直断裂组成。上部收敛，断至T70；下部撒开，呈“尖”花状构造样式（见图 2）。

图2 和田河东地区过台缘断裂带剖面

垂向上断距存在变化，T90—T74地层内断距为100～150 m，而 T72地层断距为 350～500 m。这是由于台缘断裂产生了一个地势高差100～150 m的坡折带，沿此带发育台地边缘相带，并造成断裂带两侧地层厚度、岩性的差异，上部地层断距大是沉积作用造成的假象［19］，反过来说明，此断裂在良里塔格地层沉积前或同时形成。台缘断裂在区域上的特征更接近于玛东断裂体系。尽管玛东断裂系统受控于盆地东南侧原特提斯古阿尔金洋加里东中期Ⅲ幕的大规模俯冲消减闭合［20-21］，形成了一系列NE—NNE向至EW向渐变的断裂。但是，前人［22-23］研究发现，古阿尔金洋加里东中期Ⅱ幕已具雏形。由于台缘断裂是后展式玉北—玛东断裂体系最早发育的前锋指向区，故判断其主要形成期是加里东中期Ⅱ幕。

2.2 近SN向（压扭逆冲断裂）

近SN向压扭性质的基底卷入式逆冲断裂带和东Ⅱ号如图3所示。区域上，该断裂NNE向展布，延伸长度约90 km，是研究区最大级别的断裂带，属于四级断裂带。其倾向西，北部上盘发育断面不连续的反冲断裂（见图3a），二者形成“y”字形构造样式。膏盐岩层上下地层变形差异明显，膏盐岩层之下断距大（300～500 m），存在明显的断层转折褶皱迹象，而上部地层以断层传播褶皱变形为主，断距小。整体呈近SN向，但由一系列NW向与NNE向断裂交替组成，NW向断裂段均与基底构造层弧型断裂重合，NNE向断裂段与NNE向走滑断裂段重合，即加里东早期形成的弧形断裂和加里东中期形成并与和东Ⅰ号同性质的走滑断裂，二者在喜山期构造作用力下被改造串联成近SN走向的逆冲断裂。

图3 和田河东地区过近SN向逆冲断裂剖面

2.3 NNE向走滑断裂带

NNE向走滑断裂和东Ⅰ号（见图4），区域上延伸约90 km，断距小（0～100 m），断裂级别小，属于五级断裂带。工区内延伸约27 km。断裂带沿走向分段特征明显，平面上从南到北走滑断裂逐渐撒开，断裂带由窄线状向宽带状转变，向北小断层明显增多。以台缘断裂为界，可分为和东Ⅰ号断裂南段和北段。

2.3.1 和东Ⅰ号断裂南段

南段多条直立走滑断裂（见图4a）向上撒开，向下收敛变窄，仅局部断穿T81。其断裂发生层位主要集中在奥陶系顶面之下，上部地层仅弱褶曲变形。下构造层褶皱幅度较大，包括奥陶系桑塔木组下部部分地层，而部分上部地层褶曲幅度变小，或仅见小断裂。

2.3.2 和东Ⅰ号断裂北段

北段包括多条直立走滑断裂（见图4b），断裂带内呈强反射杂乱状。其向上撒开至T70，T70上部地层褶曲幅度变小、直至消失，地震反射同相轴存在强弱变化，疑似小断裂；向下收敛变窄并断穿T81，组合形成“正”花状构造样式。

图4 和田河东地区过和东Ⅰ号NE向走滑断裂剖面

2.4NW转NNW向基底反转断层

研究区内发育多排反转断裂（见图5），主要分布在基底—中下寒武统地层内，即基底构造层，断距50～100 m，属于五级断裂带。这是研究区断裂最发育的构造层，也是整个巴楚隆起东段断裂最发育的构造层。这些断裂多数没有断穿寒武系阿瓦塔格组膏岩层T81，走向由NW转NNW向过渡，整体呈向NE方向凸出的弧形。大多表现为近直立正断层特征，阿瓦塔格组膏岩有加厚迹象，有的则表现为近直立逆冲特征，有的表现为低角度逆冲断裂，有的经改造表现为走滑断裂，断面陡直。控制巴楚隆起的边界断裂、主要构造带，被认为是沿这些早期正断层反转的结果［1-4］。研究区发育早期正断裂反转构造类型［22］，如正反转断层继承反转型、逆冲断层错断正断裂的反向截断型，还存在正断裂走滑反转这一类型（见图4b）。

图5 和田河东地区寒武系断裂剖面

3 断裂体系形成与演化

根据上述断裂解析，结合区域构造演化前人［20-23］认识，认为研究区断裂活动主要有4期——加里东早期、加里东中期—海西早期、海西晚期和喜山晚期，主要受控于西昆仑造山带、阿尔金造山带和南天山造山带三大动力学系统。研究区位于鼻状隆起的东南部倾末区，是西昆仑和阿尔金造山共同作用区。本区断裂体系形成与演化如图6所示。

图6 塔里木盆地巴楚隆起和田河东断裂演化示意

3.1 加里东早期（中寒武世）张性断裂体系

中寒武世时期继承了早寒武世的伸展构造环境［21］，形成系列NW转NNW向的弧线正断裂。其走向与边界大断裂近平行，说明喜山期构造活动使得加里东早期断裂走向整体发生了偏转。这些正断裂，在后期构造活动的改造下，发生了分异变化：一部分保持正断裂特征，一部分反转形成逆断裂和走滑断裂。

1）寒武系阿瓦塔格组塑性膏盐岩层的存在，使得膏盐岩层上下部发生相对独立的变形，上部整体褶皱变形，下部发生继承反转。此正反转主要发生在构造活动最剧烈的喜山期。

2）部分正断裂突破膏盐岩反转形成逆断裂和走滑断裂，除边界断裂，如吐木休克、巴东逆冲［24］断裂沿正断裂走向继承正反转外，SN向的逆断裂的部分段沿正断裂局部反转。

3.2 加里东中晚期压扭断裂体系

中奥陶世末，加里东中期Ⅰ幕构造运动，古昆仑洋俯冲消减使西昆仑地区反转产生了一系列近NW走向的逆冲断裂带［24-25］，并使早期正断裂在膏盐岩层下发生构造反转。同时产生NNE向剪切应力，为NE向走滑断裂形成创造了良好的条件。尽管从地震剖面来看，这种迹象并不明显，但是笔者认为研究区走滑断裂的雏形很可能与这期构造运动有关。随着加里东中期Ⅲ幕构造运动的持续作用，形成以正花状为主要特征的倾角陡、断距小、延伸短、变形弱的和东Ⅰ号与和东Ⅱ号NNE向走滑断裂。和东Ⅰ号断裂加里东晚期不同程度的持续活动，导致北段活动强度明显大于南段。该走滑断裂向南延伸，直至玉北断裂带。和东Ⅱ号断裂在喜山期被改造变形,由走滑性质变为逆冲性质。

尽管玛东断裂系统受控于盆地东南侧原特提斯古阿尔金洋加里东中期Ⅲ幕的俯冲消减闭合，形成了系列NE—NNE向至EW向渐变的断裂，但是部分断裂在加里东中期Ⅱ幕已经开始发育［23］。故台缘断裂在加里东中期Ⅱ幕开始发育，直至加里东晚期。

3.3 海西晚期—印支期断裂体系

海西中晚期，在塔里木盆地北部南天山洋的俯冲消减及闭合后碰撞造山运动作用下［21］，吐木休克、卡拉沙依断裂带以及玛扎塔格断裂带活动和局部抬升［25］。早期形成的主要边界断裂如玛扎塔格、吐木休克、巴东等均复活，继承活动。而低级别断裂鲜有规模继承和新断裂形成。三叠系地层向西、向北构造带高部位均有被削截现象，说明印支期有构造活动，但对研究区影响较弱，断裂弱继承活动，或褶区变形。

3.4 喜山期前渊隆起冲断断裂系统

渐新世开始，随着欧亚-印度板块的持续碰撞，巴楚隆起成为塔西南前陆盆地的前渊隆起带。喜山期在此作用力下，巴楚隆起剧烈活动，断裂非常发育。边界断裂、隆起内部主要构造带均是此构造运动的产物，其中包括吐木休克断裂和塔中与巴楚隆起的分界断裂巴东断裂带［24］；而更靠近这2个边界断裂的和东Ⅱ号走滑断裂遭受了巨大的改造作用，在NNE向走滑断裂和基底NW向断裂基础上变为具压扭性质近SN向的逆冲断裂。

4 油气地质意义

研究区周边多口钻井未钻遇寒武系玉尔吐斯组烃源岩，说明巴楚隆起烃源岩可能是异地烃源岩。中石油在邻近玛扎塔格断裂带以北地区的钻井，未钻遇寒武系玉尔吐斯组烃源岩。由于和田河气田具有多个构造高点（NW—SE向构造圈闭），从西向东呈斜列排列［26］，不同局部构造之间的压力系数、气水界面存在差异。除此之外，其西部井区以干酪根裂解气为主，东部井区以原油裂解气为主［27］，说明油气不是沿构造走向自东南向西北方向运移。另外，巴楚隆起东段多口钻井揭示，其油气显示较好的井均位于和田河气田附近，距离越远，油气显示越差。据此认为，油气沿NNE向断裂带从WS向NE方向运移的可能性较大，NNE向走滑断裂和NNE向逆冲断裂是油气主要运移通道，而近EW向台缘断裂和基底断裂是油气横向调整断裂（见图7）。

图7 和田河东地区不同领域潜在油气藏模式

全区覆盖奥陶系桑塔木组泥岩，说明要以加里东中—晚期岩溶作用及后期沿断裂带发生岩溶作用形成的储集体为主要勘探目标。而沿走滑断裂带具备形成断溶体油气藏的地质条件［14］，即在厚层奥陶系碳酸盐岩内部，以断裂带多期构造破裂作用为主，叠加后期埋藏流体的改造作用，形成以断控裂缝-洞穴型储层为规模储集空间、海西晚期为主成藏期、沿断裂带呈线性分布的油气藏（见图7）。奥陶系发育的潜在断溶体油气藏类型有NNE向走滑断裂型（见图7a）、近SN向逆冲断裂型（见图 7b）、台缘断裂横向调整型（见图 7c）。NEE向走滑断裂北段活动期次和强度明显大于南部，而南部走滑断裂未断穿基底，通源性、油气聚集成藏几率北段明显大于南段。近SN向逆冲断裂海西晚期之后剧烈活动，对于前期油气藏具有破坏再调整作用，同时亦可充注喜山期油气，考虑到喜山期气藏的逸散性及远距离，油藏规模可能有限。近EW向台缘断裂处于油气横向调整区，因此，越邻近NE向断裂成藏潜力越大。寒武系发育2套优质储盖组合，即阿瓦塔格组膏盐岩盖层与沙依里克组石灰岩储层，吾松格尔组膏盐岩盖层与其白云岩及肖尔布拉克组白云岩储层。由于大部分断裂未断穿膏岩层，沿北东向断裂运移的油气更容易在寒武系地层中富集聚集。故潜在油气藏类型有断块型（见图 7d，7e）和断背斜型（见图 7f）。断块型包括正断裂下盘和走滑断裂控制的油气藏。

因此，在目前本区烃源岩是否发育无法确认及异地烃源岩分析基础上，认为NNE向断裂带侧向通源性可能是控制研究区及邻区断裂带能否成藏的关键；其形成奥陶系沿断裂带分布的断溶体油气藏，以及寒武系以多种反转类型为主的断块、断背斜油气藏。总之，断穿基底的NNE向走滑断裂控制的奥陶系断溶体及寒武系断块油气藏类型值得探索。