塔里木盆地巴麦地区东段北东向走滑断裂体系特征及油气地质意义

张仲培,徐勤琪,刘士林,周雨双,邱华标,陆红梅,王瀚洲,齐育楷

1.中国石化 石油勘探开发研究院,北京 102206;2.中国石化 西北油田分公司 石油勘探开发研究院,乌鲁木齐 830011;3.中国石化 油田勘探开发事业部,北京 100728;4.中国石化 石油勘探开发研究院 无锡石油地质研究所,江苏 无锡 214126

巴楚—麦盖提地区(简称“巴麦地区”)位于塔里木盆地西部,包括巴楚隆起和麦盖提斜坡两大构造单元,是塔里木盆地油气有利聚集区,也是多年来一直坚持勘探的重点地区。其东段包括巴楚隆起的东部和麦盖提斜坡的东部。因为近年来不断有新发现,也引起了地质研究和勘探部署的重视。继2000年前在玛扎塔格断背斜构造带发现鸟山气藏(主要产层为奥陶系)、和田河气田(主要产层为奥陶系、石炭系)后,又先后发现了玉北1油藏(主要产层为奥陶系)、巴探5气藏(主要产层为奥陶系)、皮山北新1油气藏(主要产层为白垩系—古近系)和罗斯2气藏(主要产层为奥陶系)。但是,多年来的油气勘探始终没有发现大规模的油气聚集。

大量研究表明,多个地区发现的油气藏指示寒武系盐下存在一个深部烃源灶[1-6],海西晚期是主要油藏形成期,喜马拉雅晚期是气藏主要形成期。断裂是输导油气的重要通道,断裂相关的构造带是油气聚集的有利位置[7-10]。近期的研究认为,断层构造样式及其活动期与寒武系膏盐岩盖层的配置关系会影响深部油气的聚集[11]。还有研究借鉴了顺北油气田走滑断层控储控藏的经验,提出高陡直立的走滑断裂可能更有利于油气向上运移到奥陶系聚集并成藏[12]。那么,究竟巴楚地区东段哪种类型的断裂构造控制油气规模聚集,有利勘探方向如何选择,成为油气成藏研究和勘探部署的关键问题。深入分析断裂活动及其相关构造成为进一步研究分析有利勘探区带的重要切入点。

本文在前人研究基础上,基于大量新地震资料的断裂构造解析,首先对巴麦地区东段的断裂体系展布和活动特征进行了再认识,重点研究了走滑断裂的空间展布与活动特征。其次,结合近年来钻井揭示的储层特征和油气显示,简要分析了走滑断裂活动与油气成藏的关系,进而提出下步勘探的有利方向,以期为研究区有利区带评价与勘探部署提供科学参考。

1 区域构造特征与演化史

巴麦地区变形强烈,演化复杂,在研究分析走滑断裂之前,有必要对控制该区整体构造面貌的逆冲断褶带和演化阶段进行梳理和总结。

(1)巴麦地区发育多向展布的逆冲断褶带,样式多样,经历3期主要挤压变形作用。现今的巴麦地区东北以喜马拉雅晚期强烈活动的吐木休克—巴东大型构造带为界与阿瓦提凹陷相邻(图1),东南以初始形成于加里东中期的玉东—玛东逆冲断裂系为界与塘古巴斯凹陷相接,西南以斜坡构造过渡到西昆仑山前的叶城—和田前陆凹陷,西北以柯坪冲断带为界与西南天山的柯坪断隆相接[13-14]。3个边界断裂,除东南边界断裂带初始形成早,晚期弱活动外,东北与西北的边界断裂均主要形成于喜马拉雅晚期[7,15-17]。

图1 塔里木盆地巴麦地区断裂体系展布与油气田(藏)分布

巴楚隆起与麦盖提斜坡以色力布亚—海米罗斯—玛扎塔格断裂构造带为界,大体呈北西—南东向展布。但二者均有东西分段的特征。巴楚隆起现今表现为断控隆起,东段的南、北缘分别为近东西走向的吐木休克大型逆冲断裂带、玛扎塔格断褶带,内部发育有北西走向的卡拉沙依基底卷入式逆冲断褶带、古董山滑脱逆冲推覆构造带,有呈北东走向的和田1井逆冲断褶带,还有夹持在海米罗斯与古董山构造带之间呈东西走向的海米东断褶带。

麦盖提斜坡的东段发育有玉北东部—玛东系列向东南逆冲的断褶带、总体向南逆冲的玉中断褶带、近南北走向的玛南断裂带、近东西走向且向北逆冲的罗斯—罗西断裂带。

图2 塔里木盆地巴麦地区古隆起迁移演化及断裂体系形成演化

2 走滑断裂体系分布与活动特征

近年来,随着研究区内三维地震资料的不断增多,除上述容易识别的大型断裂褶皱带之外,高角度小断距走滑断层不断进入研究者们的视野[12,20],但截至目前尚没有系统的研究和分析。本次利用尽可能多的新地震资料,对这些走滑断裂开展进一步解析和研究。结果表明,在古隆起迁移演化和大型逆冲断裂带活动的同时,还伴随发育一系列起变形调节作用的高角度小断距走滑断层,他们共同构成了巴麦地区变形构造体系,值得勘探家们的关注。

2.1 空间展布、构造样式与活动期次

地震资料解释剖面显示,该区至少发育2种类型的走滑断层。其中,一类与北东向和近东西向展布的寒武系盐上滑脱断褶带同时或后期叠加发育,走向与逆冲断裂带走向一致,主要分布在和田古隆起边界和内部;另一类发育于大型逆冲断裂带围限的挤压缩短区,与近东西向逆冲断裂带呈大角度相关,主要分布于和田古隆起和巴楚断隆内。前者主要形成于海西晚期,喜马拉雅晚期局部弱活动,后者主要形成于喜马拉雅晚期。

2.1.1 与近东西走向逆冲断裂带呈大角度相交的走滑断层

在麦盖提斜坡东段的玛南—玉北地区,同样发育一系列北东走向的高角度断层(图3b)。它们主要分布于玉北中西部的和田古隆起平台区,在剖面上垂向断距较小,但在古近系顶面、二叠系顶面和中寒武统顶面均可见明显的褶曲,上下位置基本一致,表现为“深部有根,中部有断错,浅部有花”的特征(图4,图5),与顺北油田走滑断裂样式相似[21-22],确定为小滑移距的走滑断层。

图4 塔里木盆地麦盖提斜坡罗南地区断裂解析地震剖面 剖面位置见图1。

图5 塔里木盆地玉北8井区北东向走滑断裂地震解释剖面 剖面位置见图1。

2.1.2 与寒武系盐上滑脱断褶带叠加发育的走滑断层

与之相似的,还有麦盖提斜坡上的罗斯2—罗西1断裂带(图6b)、玉北1构造带、玉中构造带等。它们均表现为向下断入中下寒武统和基底,向上切穿膏盐滑脱层断入背斜内部或顶部,上覆新生界局部可见继承性活动的扭张性质的小断陷。

2.2 力学成因探讨

基于巴麦地区古隆起迁移演化历史和逆冲构造活动主要时期,结合塔里木克拉通西部加里东期以来区域最大主应力方向,认为该区的系列小滑移距走滑断层是在基底断裂和中下寒武统膏盐层非均匀物质基础上,调节海西期以来北东—南西向非对称挤压应变的产物。加里东中晚期,主压应力为南东向,挤压应变集中在玉北东—玛东冲断带,区内应变较小;海西晚期,在近南北向挤压应力下,麦盖提斜坡东段南、北部均表现为逆冲—走滑复合变形,造成和田古隆起区内遭受剪切应变作用,因此,形成系列平行高陡的小滑移距走滑断层;喜马拉雅晚期,研究区在北东—南西向上遭受强烈挤压应变,产生了与隆起边界断裂大角度相交的系列高陡走滑断裂,同时麦盖提斜坡上早期形成的走滑断裂部分再活动。

3 油气地质意义

根据上述走滑断裂空间展布的位置和活动期次,结合巴麦地区东段奥陶系钻井揭示的成藏条件和油气特征,认为该区北东向的高陡小滑移距走滑断裂带,相比于中寒武统膏盐之上的滑脱逆冲断褶带,更有利于输导油气至膏盐层之上成藏聚集,应当引起勘探评价与部署的重视。

3.1 有利于形成有效的裂缝—溶蚀孔洞型储集体

走滑断层叠加上经历过加里东中晚期和海西早期岩溶改造的奥陶系碳酸盐岩,更有利于形成有效的裂缝—溶蚀孔洞型储集体。巴麦地区中下奥陶统普遍经历过加里东中期Ⅲ幕岩溶作用,尤其是和田古隆起区,长期暴露,蓬莱坝组潮上—潮间的云坪、云灰坪及粒屑滩沉积经历多种成岩改造,为早期形成大面积岩溶储层提供了良好条件[23-24]。主要形成于海西晚期、再活动于喜马拉雅晚期的北东向系列走滑断裂,既可以增加裂缝型储集空间,又可以提高储层连通性和有效性。

位于和田5号北走滑—逆冲复合叠加构造带旁的和西1井,虽然钻揭的鹰山组岩性主体以泥晶灰岩、中—细晶云岩等为主,粒度较细,但裂缝伴随溶蚀孔隙构成了其主要的储集空间(图7)。4702.31m处浅灰色泥晶灰岩岩心见明显构造缝,高、低角度裂缝切穿岩心,裂缝宽度大,镜下表现为切穿颗粒。鹰山组测井解释Ⅱ类储层33 m/7层,蓬莱坝组测井解释Ⅱ类储层8 m/2层。部署在罗斯—罗西走滑—逆冲构造带上的罗斯2井,蓬莱坝组酸压测试获得工业气流,岩性以灰质白云岩、白云岩、白云质灰岩为主,其次为灰岩;测井解释有Ⅱ类储层86 m/15层,Ⅲ类储层124.5 m/14层,岩心、成像测井上可见大量裂缝。分析认为,走滑断裂带叠加在早期逆冲断裂之上,断裂规模大、多期活动,对裂缝、储层发育起到明显控制作用。玉北东部逆冲断裂带之间的断洼处,钻遇小型走滑断层的玉北5井、玉北13井在一间房组、鹰山组地震剖面上“串珠”发育,测试结论为水层,表明走滑断层对储层形成起到改善作用。

图7 塔里木盆地巴麦地区走滑断裂带典型钻井地质剖面

3.2 有利于溶蚀孔洞—裂缝型储集体聚集成藏

高陡走滑断层贯通膏盐层上、下地层,活动期与盐下深层烃源岩主要生烃期一致,更有利于输导烃源向上运移到奥陶系溶蚀孔洞—裂缝型储集体聚集成藏。罗斯2井在奥陶系蓬莱坝组钻遇21.5×104m3/d的高产气流,天然气成熟度、碳同位素组成分析表明,其主要来源于寒武系烃源岩。这一分析结果充分表明,贯穿膏盐层的走滑断层是天然气的主要运移通道,而滑脱逆冲断裂因位于膏盐层之上,很难成为有效的气源通道。巴楚隆起东段的和西1井测试虽未获得工业油气流,但全井共钻遇33.25 m/15层油气显示,其中主要目的层鹰山组首次在巴楚隆起见液态烃油斑级显示(鹰山组见0.17 m/1层油斑,3.48 m/3层荧光,17 m/4层弱含气)。对和西1井鹰山组含油岩心抽提物的地化特征分析认为,该含油油质较烃,成因上与玛北1井中寒武统沙依里克组的含油相似,来源于寒武系玉尔吐斯组烃源岩,证实巴楚隆起内部存在晚期沿走滑断层穿越膏盐层发生过油气充注过程(图7)。

此外,早期围绕逆冲断裂带探索取得油气突破的钻井,如玉北1井,后来的分析更多认为是叠加其上的走滑断层输导油气成藏,而不是沿低角度滑脱逆冲断层输导运移。

3.3 明确奥陶系有利勘探方向

巴麦地区东段奥陶系勘探,多年围绕逆冲断裂带进行探索并取得了系列发现,但均未发现规模油气,如何评价有利区带值得思考。基于上述分析,有理由认为,位于源上且与两类高角度走滑断裂连通的规模储集体是奥陶系有利勘探方向。巴楚隆起内部和西1井虽钻遇良好油气显示,但因本地没有烃源岩,只依靠走滑断裂侧向输导了少量油气,难成规模聚集。因此,在烃源灶相对确定的麦盖提斜坡上沿通源走滑断裂带寻找规模储集体应该是奥陶系寻求油气新突破的好思路。玉北中西部的玉北8走滑断裂带、玉北4井走滑断裂带、玉中断裂带西部走滑段和玉东断洼区内的走滑断层是下步勘探大发现的潜力区带。

4 结论

(1)巴楚—麦盖提地区在古隆起迁移演化和大型逆冲断裂带活动的同时,还伴随发育一系列起变形调节作用的北东向展布的高角度小断距走滑断层,共同构成了该区变形构造体系。

(2)发育两类走滑断层,一类是与寒武系盐上滑脱断褶带叠加发育的走滑断层,另一类为与近东西走向的逆冲断裂带呈大角度相交的系列走滑断层;它们是在基底断裂和中下寒武统膏盐层非均匀物质基础上调节海西期以来北东—南西向非对称挤压应变的产物。

(3)走滑断层叠加上经历过加里东中晚期和海西早期岩溶改造的奥陶系碳酸盐岩,更有利于形成有效的裂缝—溶蚀孔洞型储集体;它们贯通膏盐层上、下地层,活动期与盐下深层烃源岩主要生烃期一致,更有利于输导烃源向上运移到奥陶系聚集成藏。位于源上且与两类高角度走滑断裂连通的规模储集体是奥陶系有利勘探方向。

利益冲突声明/Conflict of Interests

所有作者声明不存在利益冲突。

All authors disclose no relevant conflict of interests.

作者贡献/Authors’ Contributions

张仲培负责文章整体构思和观点的提出及文章的大部分编写工作;刘士林、邱华标参与讨论文章中的部分观点;徐勤琪、周雨双、王瀚洲和齐育楷负责部分图件的编制和完善;陆红梅论文写作与修改。所有作者均阅读并同意最终稿件的提交。

ZHANG Zhongpei is responsible for the overall idea, put forward the ideas of the paper, and wrote almost all the article. LIU Shilin and QIU Huabiao participated in some discussion and the opinion forming. XU Qinqi, ZHOU Shuangyu, WANG Hanzhou and QI Yukai participated in the modification and improvement of some figures. The manuscript was drafted and revised by LU Hongmei. All the authors have read the last version of paper and consented for submission.