塔里木盆地塔河油田走滑断裂活动对油气成藏的控制作用<br/>——以托甫39断裂带为例

塔里木盆地塔河油田走滑断裂活动对油气成藏的控制作用
——以托甫39断裂带为例

2022-07-23张哨楠刘永立

石油实验地质 2022年3期

汪洋，张哨楠，刘永立

1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室(西南石油大学)，成都 610500；2.中国石化西北油田分公司，乌鲁木齐 830011

含油气盆地内断裂体系对油气运移、聚集和保存都具有重要的控制作用，不同类型断裂的特征、分布及活动性等一直都是石油地质工作者关注的重点。走滑断裂具有位移向量大致平行于断裂走向的特征[1]，根据走滑断裂活动特征、构造背景等因素，可划分为洋壳转换断裂、大陆板块边界走滑断裂、陆—陆碰撞或弧—陆碰撞背景下形成的弧形走滑断裂、斜插俯冲背景下形成的弧前边界走滑断裂和克拉通内或板内走滑断裂，断裂内部结构通常分为核部与破碎带两部分[2-4]。前人[5-14]在多种应力场作用下的走滑断裂特征、走滑—旋转地块体系的演化及对碳酸盐岩物性改造、走滑断裂带相关的流体活动等方面的研究取得了许多成果，为指导油气勘探发挥了重要作用。

塔里木盆地北部相继发现了塔河、轮古、哈拉哈塘、英买力、顺北等一批大中型油气田[15-18]。塔河油田具有大面积连片含油和不均匀富集等特征[19-20]。塔河地区沿走滑断裂带部署的多口探井，在奥陶系都获得了工业油气流，逐步认识到深大走滑断裂带控储控藏的机理，由此带动了顺北、富满油田的发现。前期对塔河油田油气成藏期次、油气运移和成藏机理等开展了大量研究[21-23]，但对该区走滑断裂带与油气成藏的内在关系方面的研究还比较薄弱[24-26]。本文以塔河油田西南部托甫39断裂带为例，通过对走滑断裂特征和活动的研究，确定走滑断裂带油气成藏期次和时间，揭示走滑断裂对塔河油田油气成藏的控制作用，以期为塔里木盆地下一步油气勘探部署提供理论支撑。

1 区域地质概况

塔河油田主体位于塔里木盆地北部沙雅隆起阿克库勒凸起，东临草湖凹陷，西靠哈拉哈塘凹陷，南依顺托果勒低隆，北接雅克拉断凸。阿克库勒凸起是一个长期继承性发育的古凸起，先后经历了加里东中晚期、海西期、印支—燕山期和喜马拉雅期多期构造运动叠加改造。奥陶系中下统上部灰岩段古岩溶风化壳为塔河油田主要目的层，与上覆上奥陶统泥岩段或石炭系泥岩段形成良好的储盖组合[27-29]；而主力烃源岩为下寒武统玉尔吐斯组斜坡—陆棚相泥页岩[30]。同时，塔河油田奥陶系派生了一系列北北东—北北西向、北东东向走滑断裂体系，并具有多期持续活动的特点。奥陶系高产井多沿着北北东向走滑断裂带分布(图1)，以托甫39断裂带尤为典型，控储控藏特征显著。

2 走滑断裂特征及演化

2.1 奥陶系典型走滑断裂带特征

图1 塔里木盆地塔河油田奥陶系主干断裂带和产油井以及采样井分布

图2 塔里木盆地塔河油田走滑断裂地震解释剖面剖面位置见图1。

结合区域构造演化背景，塔河油田及其周缘断裂活动具有明显的多期性和继承性特点。分析认为，研究区断裂活动时期宏观上可以划分为3个关键阶段，即加里东中晚期—海西期、印支期和燕山期—喜马拉雅期(图3)。加里东中晚期—海西期，在近南北向均衡挤压和纯剪切作用下，形成了“X”型共轭走滑断裂。印支期，“X”型共轭走滑断裂继承性活动并基本定型。燕山期—喜马拉雅期，主干断裂发生弱继承性活动，浅层雁列断裂也发生继承性活动。

图3 塔里木盆地塔河地区走滑断裂关键活动期演化模式

2.2 托甫39断裂带特征

托甫39断裂带为塔河油田西南部规模较大的一条典型走滑断裂带(图1)，由数条断裂组成且存在弯曲或分叉特征，断裂走向为北北东向，在研究区内延伸长度达54.6 km。托甫39走滑断裂带构造特征和演化较为复杂，具有明显的分期、分段和分层差异性。断裂的活动是导致烃源岩与储层沟通的重要方式，对油气成藏过程具有重要控制作用。托甫39断裂北段为多条次级断裂侧接，中段为规模较大的弯曲，南段为多个规模较小的弯曲。其中南段规模最大，连续性最强，整体呈北北东向展布，与数条北北西向走滑断裂斜交。托甫39断裂平面上可划分为纯走滑段、张扭段、压扭段、正反转构造段和负反转构造段；垂向上古生界和中、新生界之间的断裂发育特征差异显著，古生界断裂呈较完整统一的线状展布，而中、新生界断裂呈分散的雁列展布。

基于高精度三维地震资料解释成果，识别出托甫39走滑断裂带主要经历3个活动阶段(图4)。第一阶段为加里东中晚期—海西期，表现为早期断层延伸至二叠系，但未切穿三叠系，同时发育多组派生的小断层。第二阶段为印支期，剖面上表现为断裂切穿三叠系与侏罗系界面。第三阶段发生在燕山期—喜马拉雅期，剖面上表现为发育近直立的切穿白垩系与古近系界面的断层，反映了晚期活动的特征。

图4 塔里木盆地塔河油田托甫39走滑断裂带平面和地震剖面特征[31]

3 托甫39断裂带成藏史分析

3.1 样品和方法

为了研究托甫39断裂带油气成藏期次和时间，采集了断裂上6口井(图1)奥陶系12块发育方解石脉体的碳酸盐岩样品开展流体包裹体分析。首先将12块样品中方解石脉体部分制成100 μm厚且双面抛光的包裹体薄片，开展流体包裹体岩相学和荧光观察以及方解石脉体阴极发光分析。在确定方解石脉期次的基础上，选取油包裹体和伴生盐水包裹体比较发育的6块典型样品(表1)，分别开展荧光光谱和显微测温分析。方解石脉体和流体包裹体显微观察采用Nikon系列显微镜，利用CL8200 MK5型阴极发光对矿物的阴极发光特征进行分析，工作电压为10.5 kV，电流为250 μA，真空度为3 Pa。油包裹体荧光光谱采用Maya2000Pro显微荧光光谱分析仪测定，使用Linkam THMS600G 型冷热台进行包裹体测温，均一温度误差±1 ℃，冰点温度误差±0.1 ℃。

表1 塔里木盆地塔河油田托甫39走滑断裂带采样清单

3.2 原油充注期次

取自托甫39断裂带上6口井中的12件碳酸盐岩样品，其油包裹体非常发育。从产状上看，以次生为主，主要以裂纹状赋存于方解石脉体内，少量原生油包裹体呈孤立状或零星分布在方解石脉体中。油包裹体主要为气—液两相，也有少量纯液相油包裹体，以椭圆状、长条状和不规则状为主，直径3～15 μm。油包裹体在紫外光照射下所呈现的荧光颜色是区别于盐水包裹体的最有效特征。流体包裹体技术是用于研究油气成藏期次和时间的有效手段。油包裹体的荧光特征(颜色、主峰波长λmax、红绿商Q值和QF535)常用于指示其成熟度，随着成熟度的增加，荧光颜色从红色—橙色—黄色—绿色—蓝色逐渐变化，同时红绿商Q值会逐渐降低；随着有机质成熟度的增高，有机包裹体显微荧光光谱发生蓝移。因此，对油包裹体荧光特征的系统分析，可用于划分原油的充注期次[21]。荧光特征和荧光光谱分析结果显示，托甫39断裂带上存在4种不同荧光颜色的油包裹体，分别为金黄色、黄色、黄绿色和蓝色。T740井TH1样品方解石脉体中，检测到一期金黄色荧光原油包裹体(图5a)，最大主峰波长λmax为560 nm左右，Q650/500值约为0.86。TP193井TH2样品方解石脉体中，检测到一期黄色荧光油包裹体(图5b)，最大主峰波长λmax为532 nm左右，Q650/500值约为0.51。TH12374井TH3样品方解石脉体中，检测到一期黄绿色荧光油包裹体(图5c)，最大主峰波长λmax为510 nm左右，Q650/500值约为0.35。TP37井TH4样品方解石脉体中，检测到一期蓝色荧光油包裹体(图5d)，最大主峰波长λmax为492 nm左右，Q650/500值约为0.18。TP39井TH5样品方解石脉体中，检测到一期裂纹状蓝色荧光油包裹体(图5e)；与TH4中所观察到的蓝色荧光油包裹体不同的是，TH5中油包裹体气相体积普遍较大，最大主峰波长λmax更小，为480 nm左右。TS3-3井TH6样品方解石脉体中，检测到一期不发荧光的油包裹体，透射光下呈褐色(图5f)。

图5 塔里木盆地塔河油田托甫39断裂带碳酸盐岩储层典型油包裹体荧光和透射光照片

3.3 原油充注时间

与烃类包裹体共生的盐水包裹体，其均一温度结合储层的埋藏史和热演化史，可以用于确定油气充注时间，但必须满足等容体系、均一体系和封闭体系3个前提条件。在实际测试中，很多包裹体并不是从均一流体中捕获，即使是从均一流体体系中捕获的包裹体，在后期埋藏过程中，随着温度和压力的升高，可能会经历拉伸、流体泄露或再平衡造成均一温度的升高[32-33]，从而影响判断油气充注时间的准确性。然而对于多旋回叠合的塔里木盆地而言，其包裹体受后期改造的可能性更大。在利用流体包裹体法确定托甫39断裂带油气充注时间时，选择与油包裹体共生的盐水包裹体最小均一温度确定油气充注时间可能更为可靠[34-35]。尽管少数样品可能由于盐水包裹体选取或测试较少等原因无法获得其最小均一温度，但选取的最低均一温度也与实际地质情况最为接近。

托甫39断裂带附近奥陶系共检测到4期油包裹体，与其共生的盐水包裹体均一温度分布范围较大，普遍超过65 ℃，但盐度分布范围相对集中。与金黄色荧光油包裹体共生的盐水包裹体均一温度分布范围为65.7～98.0 ℃(图6a)；盐度较高，大于13.4%，主要分布在14.0%～16.1%(图7a)。与黄色荧光油包裹体共生的盐水包裹体均一温度分布范围为70.5～146.3 ℃(图6b)；盐度分布范围为11.7%～13.9%(图7b)。与黄绿色荧光油包裹体共生的盐水包裹体均一温度分布范围为75.8～125.3 ℃(图6c)；盐度分布范围为9.6%～15.3%(图7c)。与蓝色荧光油包裹体共生的盐水包裹体均一温度分布范围为100.2～168.3 ℃(图6d)；盐度较低，小于6.9%，主要分布在1.4%～4.8%(图7d)。

图6 塔里木盆地塔河油田托甫39断裂带奥陶系储层方解石脉体中不同期次油包裹体伴生盐水包裹体均一温度直方图

图7 塔里木盆地塔河油田托甫39断裂带奥陶系储层方解石脉体中不同期次油包裹体伴生盐水包裹体均一温度和盐度关系

选取与油包裹体共生盐水包裹体的最小均一温度，结合储层的埋藏史和热演化史确定油气充注时间，托甫39断裂带存在4期油气充注时间(图8)。第一期油充注发生在距今约440 Ma，对应加里东期，捕获了发金黄色荧光的油包裹体；第二期油充注发生在距今约324 Ma，对应海西期，捕获了发黄色荧光的油包裹体；第三期油充注发生在距今约220 Ma，对应于印支期，捕获了发黄绿色荧光的油包裹体；第四期油充注发生在距今约110 Ma，对应燕山期，捕获了发蓝色荧光的油包裹体。

图8 塔里木盆地塔河油田托甫39断裂带奥陶系储层方解石脉体中油包裹体伴生盐水包裹体均一温度确定的油气成藏时间

结合托甫39断裂带特征，油充注时间与断裂活动期具有较好的对应关系。第一阶段，加里东中晚期—海西期的断裂活动，对应了第一期和第二期的油充注；第二阶段，印支期断裂活动对应第三期油充注；第三阶段，燕山期—喜马拉雅期断裂活动对应了第四期高成熟油气的充注。油充注时间与断裂活动的关系揭示了断裂活动对油气成藏的控制作用。托甫39断裂带是油气运移的主要通道，多期活动促进了烃源岩与缝洞储集体的沟通，从而控制了整个油气成藏过程。