塔里木盆地走滑断裂发育演化特征精细解析及其地质意义：以富满油田FⅠ17断裂为例

刘 强，张银涛，陈 石，宋兴国，李 婷，康鹏飞，马小平

(1.中国石油塔里木油田公司，新疆 库尔勒 841000；2.中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249；3.中国石油大学(北京)地球科学学院，北京 102249)

0 引 言

近年来，随着勘探方向由塔北、塔中隆起向阿满过渡带转移，以奥陶系碳酸盐岩为目的层的超深层钻井数量逐渐增加，塔里木盆地板内中小滑移距走滑断裂控储、控藏、控富的特征不断得到验证，断控缝洞型油气藏目前已成为塔里木盆地超深层碳酸盐岩油气勘探开发主力方向[1-4]。中石油富满油田近年来落实了多条油气富集断裂带，包括FⅠ5、FⅠ10和FⅠ17断裂等，含油面积超过10000 km2，是塔里木盆地近十年来最大的石油勘探发现，目前油田累计上交三级储量油气当量超10亿吨。

FⅠ17断裂自南向北由塔中隆起延伸至阿满过渡带，全长超过200 km，是目前已落实的富油大型断裂带之一。中石油富满油田MS1井、MS3井和MS4井等均取得重大油气突破[5]，日产油气当量破千吨。前期众多学者对台盆区走滑断裂开展了大量的研究[6-16]，主要针对塔中隆起和塔北隆起走滑断裂体系及阿满过渡带内部分走滑断裂(集中于FⅠ5和FⅠ10断裂)，在断裂发育规模分级、平面展布体系分带、垂向分层变形、构造演化分期、平面特征分段等方面取得了重要的成果，同时对走滑断裂控储、控藏、控富规律不断取得新的认识[3，17-19]。前期受地震资料限制，对于FⅠ17断裂的分析与研究较少[9]，特别是断裂北部富满油田区块内，断裂几何学、运动学等特征尚未进行过系统研究，增加了井位部署与后期油气开发的困难。

本文以富满油田最新采集的高精度三维地震资料为基础，结合相干、曲率、最大似然等多种地震属性，对FⅠ17断裂进行精细解析，系统解译断裂几何学特征，并对断裂活动期次与演化过程进行厘定；结合基底展布特征，明确断裂发育机制，并分析断裂控储特征，对富满油田后续井位部署具有一定指导意义。文中提出台盆区走滑断裂早加里东期活动特征及证据，并进一步精细划分了断裂活动期次，推测塔里木盆地走滑断裂平面形态发育特征受基底结构控制；研究成果可为后续相关研究提供参考。

1 区域地质背景

1.1 区域地质概况

塔里木盆地是中国富含油气的大型叠合盆地[20-21]，位于新疆维吾尔族自治区南部，面积约为40×104km2。阿满过渡带南北夹持于塔中隆起和塔北隆起之间，东部毗邻满加尔凹陷，西部与阿瓦提凹陷相接，整体呈马鞍状展布(图1)。

图1 富满油田区域构造位置及邻区下古生界主要断裂分布(据文献[1]修改)

富满油田位于阿满过渡带北部，处于塔北隆起和阿满过渡带的过渡部位。阿满过渡带地层发育相对齐全(图2)，上元古界—新生界均有发育。古生界地层发育完整，沉积相由下往上逐渐由碳酸盐岩台地相过渡为碎屑岩滨浅海相；寒武纪—中奥陶世沉积厚层碳酸盐岩，晚奥陶世发育区域性厚层泥岩，志留纪—石炭纪广泛发育碎屑岩，二叠纪盆内火山活动频繁，火成岩广泛分布。上寒武统—中奥陶统发育厚层碳酸盐岩，由下往上可依次划分为，上寒武统下秋里塔格组(∈3q)，下奥陶统蓬莱坝组(O1p)，中下奥陶统鹰山组(O1-2y)和中奥陶统一间房组(O2y)。富满油田奥陶系超深层断控缝洞型油气藏垂向上具有良好的生储盖组合：下寒武统玉尔吐斯组(∈1y)发育一套厚层黑色泥页岩，是目前台盆区碳酸盐岩油气藏的主力烃源岩，且沉积中心处于富满油田区域；主力勘探开发目的层为中奥陶统一间房组(O2y)和鹰山组(O1-2y)，发育断控缝洞型储层；上奥陶统桑塔木组(O3s)厚层泥岩形成良好的区域性盖层。

图2 富满油田及邻区地层格架

阿满过渡带自古生代以来经历了多个构造演化阶段[22]。加里东早期(寒武纪)，周缘古大洋处于持续扩张阶段，塔里木板块整体处于弱拉张环境，阿满过渡带该阶段发生稳定沉降。加里东中期(奥陶纪)，盆地逐渐由拉张环境向挤压环境过渡，塔北、塔中隆起发生大幅度隆升，阿满过渡带处于挤压应力状态并持续至海西早期(中泥盆世)。海西中晚期—印支期(石炭纪—三叠纪)，受南天山俯冲闭合影响，塔北隆起发生持续抬升，阿满过渡带持续处于挤压应力状态。燕山期—喜山期(侏罗纪至今)，阿满过渡带持续埋深，并于喜山期构造定型[22-25]。

1.2 富满油田及邻区断裂体系分布特征

富满油田及邻区走滑断裂具有典型分区分带特征(图1)。塔北隆起哈拉哈塘地区发育NNE—NNW向两组小角度相交的X型断层，相交角度约为30°；加里东—海西期，两组断裂均发生活动，而喜山期仅NNE向断裂发生反转活化，NNW向断裂几乎未活动[11，26]。英买力低凸起整体以NW 向断裂为主，向南可延伸至阿满过渡带；轮南低凸起主要发育NE向断裂，东部发育少量近南北向走滑断裂。塔中隆起北斜坡走滑断裂主要呈NE30°展布，隆起东南侧部分走滑断裂走向为NEE60°；逆冲断裂从东南向西北呈帚状发散分布，整体呈NW向展布，且平面上被NE向走滑断裂体系错断，呈十字交错的复合断裂体系。阿满过渡带走滑断裂同时受到塔北断裂体系与塔中断裂体系的影响。以FⅠ5断裂为轴，形态上整体呈羽状展布，可划分为西部NNW向与东部NEE向两个断裂发育体系；西侧发育一系列NNW向走滑断裂，向北延伸至英买力低凸起，向南终止于FⅠ5断裂之上；东侧主要发育NEE向走滑断裂，部分向北可延伸至塔北隆起，往南终止于FⅠ5断裂之上或延伸至塔中隆起。

2 富满油田FⅠ17走滑断裂活动特征及控储特征

FⅠ17断裂平面发育长度超过200 km，横跨塔中隆起与阿满过渡带(图1)。本研究主要针对富满油田范围内三维资料进行精细解析，系统剖析FⅠ17断裂在三维区内几何学、运动学特征，厘定断裂演化活动期次，并结合储层发育规律分析断裂控储特征。

2.1 几何学特征

研究区内FⅠ17断裂延伸距离约为70 km，平面上发生多次转向，走向由南往北发生逆时针偏转，逐渐出现NE50°→NE33°→NE8°的变化。基于断裂的走向变化特征，可将断裂划分为北、中、南三段(图3)。受多期构造活动及岩性差异的影响，台盆区走滑断裂垂向上具有显著的分层差异变形特征；依据断裂变形特征，可大致划分为以直立走滑为特征的深部构造变形层(TO3t之下)和发育雁列式正断层的浅部构造变形层(TO3t之上)。

图3 富满油田FⅠ17断裂三维多层相干与断裂解释(三维工区位置见图1)

2.1.1 深部构造变形层特征

平面上，深层与浅层断裂在平面上的展布均具有显著的平面分段特征。通过统计上寒武统底面(T∈3)及一间房组顶面(TO3t)断裂断片长度发现，断片展布规律与断裂平面分段具有一定的相关性，由南往北断片发育密度逐渐减小，断片长度逐渐增大，表现为南短北长(图4)，且两个界面的断片叠接位置与方式基本一致。以一间房组顶面(TO3t)为例，断裂南段断片平均长度为4.89 km，叠接方式由南往北逐渐由左阶斜列过渡为右阶斜列；中段断片长度均值为6.1 km，平面左阶与右阶叠置交替发育；北段断片长度均值为7.72 km，平面上以左阶叠置为主。

图4 富满油田FⅠ17断裂深部构造变形层关键构造界面断片长度统计

剖面上，富满油田FⅠ17断裂在深部构造变形层中具有“分层开花”的特征，垂向上发育多个花状构造，主要分布于上寒武统底面(T∈3)及一间房组顶面(TO3t)附近(图5)。

断裂南段整体变形强度大，断面清晰，地层垂向变形幅度大，横向破碎宽度发育范围大(图6)。受叠接方式影响，应力环境由张扭逐渐过渡为压扭；一间房组顶面附近(TO3t)的构造样式由南部的负花状构造(图5，剖面FF＇)往北逐渐发育正花状构造(图5，剖面EE＇)。蓬莱坝组(O1p)及鹰山组(O1-2y)中局部发育次级分支断裂，组合形成花状构造，垂向上呈“多花叠置”的现象(图5，剖面EE＇)，造成TO及TO1-2y界面处破碎带宽度及垂向变形幅度局部异常增大(图6)，而且破碎带内地层具有同沉积增厚的现象。上寒武统底面(T∈3)附近地层以下掉变形为主(图6)；断裂直立插入基底，并在上寒武统底面(T∈3)附近发育分支断裂，发育典型花状构造，造成盐层发生显著扰动变形，发育盐撤凹陷，使得上寒武统下丘里塔格组(∈3q)底部发生显著同沉积增厚(图5，剖面EE＇、FF＇)。

图6 富满油田FⅠ17断裂深部构造变形层不同层系变形幅度

断裂中段与南段叠接部位活动强度大，整体处于强张扭应力环境，但往北断裂变形强度逐渐减弱(图6)。一间房组顶面(TO3t)附近，断裂构造样式由南往北逐渐从强变形负花状构造(图5，剖面DD＇)过渡为弱变形花状构造(图5，剖面CC＇)。蓬莱坝组(O1p)内发育次级断裂，组合发育花状构造(图5，剖面CC＇)，但破碎变形宽度与强度远小于南段(图6)。上寒武统底面(T∈3)变形以上拱为主，形成盐丘与盐拱，发育正花状构造(图5，剖面CC＇、DD＇)。

北段断裂活动强度弱，破碎带宽度窄且变形幅度小(图6)。一间房组顶面(TO3t)及上寒武统底面(T∈3)附近，基本不发育分支断裂，以单根直立走滑为主(图5，剖面AA＇、BB＇)。蓬莱坝组(O1p)及鹰山组(O1-2y)中，局部发育断裂垂向侧接和侧向分支断裂，并发生地层同沉积增厚(图5，剖面AA＇、BB＇)，造成破碎带宽度和变形幅度局部异常高值(图6)。

2.1.2 浅部构造变形层特征

富满油田FⅠ17断裂在研究区内浅部构造层主要发育雁列式正断层，主体分布在TO3t—TT(上奥陶统—二叠系)，平面上整体沿下伏走滑断裂走向分布，呈右阶斜列排布(图3)。剖面上根据发育特征及活动时期，由下往上可将雁列式断层划分为三组；三组雁列式正断层之间大多不连接，部分存在继承性发育的特征(图7)。第一组发育于TO3t—TS之间，数量发育较少，仅分布于断裂南段；正断层活动强度与下伏走滑断层活动性质和强度相关；拉分段上覆正断层活动强度大，且具有地层同沉积增厚的现象(图7，剖面FF＇)，而挤压段与平移段上覆正断层数量较少且活动强度减弱(图7，剖面BB＇、EE＇)。第二组分布于TS—TC之间，平均发育密度大(1.5条/km)，沿走向具有南密北疏的特征；单条断裂长度则呈北长南短，北部部分单条正断层长度超过15 km，远大于南部断层均值(3 km)。第三组主体分布于TC—TT之间，平均发育密度减小(1.2条/km)，具有南密北疏的特征；断裂长度特征与第二组相似，表现为南短北长，而断裂活动强度则为南强北弱(图7)，与下伏走滑断层的活动强度(图6)具有正相关关系。

图7 富满油田FⅠ17断裂浅层雁列正断层典型剖面(剖面位置见图3)

2.2 运动学特征

走滑断裂的运动方式可通过断片叠接方式及叠接区应变特征判断[27]。富满油田FⅠ17断裂南段与中段在一间房组顶面(TO3t)呈左阶斜列(断片⑧与⑨)，且叠接区内处于强张扭应力环境(图5和图6)，指示断裂发生左行走滑。一间房组顶面(TO3t)附近地震深度切片(图8)显示，断面显示清晰，地震同相轴被显著错断，左行走滑特征明显，滑移距约为778 m，与台盆区其他走滑断裂特征相似(1 km左右)。志留系底界(TS)及石炭系底界(TC)沿断裂带均发育右阶斜列雁列式正断层(图4)，表明断裂晚期保持左行走滑的运动特征。

图8 富满油田FⅠ17断裂深度切片特征

2.3 断裂演化期次

基于断裂样式发育特征、地层同沉积增厚及不整合面发育特征，综合分析研究区内富满油田FⅠ17断裂的演化过程可划分为5个阶段：加里东早期、加里东中期Ⅰ幕、加里东中期Ⅲ幕、加里东晚期—海西早期、海西中—晚期(图9)。

图9 富满油田FⅠ17断裂演化模式

加里东早期(中晚寒武世)断裂活动主要表现在上寒武统底面(T∈3)附近。断裂在上寒武统底面(T∈3)附近发育分支，组合形成花状构造，并在负花状构造发育位置，上寒武统下秋里塔格组(∈3q)存在显著的地层同沉积增厚(图5，剖面EE′、FF′)，指示断裂在地层沉积时发生活动；沿断裂走向，上寒武统底面(T∈3)应力性质与上覆地层界面存在显著差异(图6)，表明与上覆地层构造发育时期应力环境存在差异。

加里东中期Ⅰ幕(中奥陶世)，断裂曾局部发生多次活化，并在中奥陶世末活动强度达到最大且分布范围最广。一间房组顶面(TO3t)附近断裂活动强度大(图6)，分支断裂发育较多，组合形成花状构造，造成地层发育显著的升降变形(图5)，与TO3t之上地层存在显著差异，表明在中奥陶世末一间房组沉积后断裂发生短暂强烈活动。剖面上局部可见蓬莱坝组(O1p)及鹰山组(O1-2y)中局部发育次级分支断裂，组合形成花状构造，且破碎带内地层具有同沉积增厚的现象(图5，剖面BB′、DD′、FF′)，表明断裂曾局部多次发生短暂活化。

加里东中期Ⅲ幕(晚奥陶世)活动特征表现为浅部构造变形层中第一组雁列式正断层。第一组雁列式正断层分布于上奥陶统(TO3t—TS之间)，向下未切穿TO3t，向上均终止于TS之下，且上盘地层存在显著地层同沉积增厚现象(图7)，表明断层活动时期为晚奥陶世。

加里东晚期—海西早期断裂活动产物为浅部构造变形层中第二组雁列式正断层。断层主要分布于TS—TC界面之间，与下伏第一套雁列式正断层未发生连接，且剖面上多处可见志留纪地层同沉积增厚现象(图7)，部分向上持续活动至泥盆纪，表明断裂在志留纪及泥盆纪发生活动，拖曳上覆地层形成雁列式正断层。雁列式正断层与下伏走滑断裂走向之间的夹角(雁列角)普遍小于45°(图3)，指示加里东晚期—海西早期断裂发生活化时整体处于张扭环境。

海西中晚期断裂活动特征表现为浅部构造变形层中第三组雁列式正断层。正断层主要分布于TC—TT界面之间，剖面上与下覆第二组雁列式正断层较少连接，仅部分具有继承性发育特征，且剖面上可见石炭纪地层存在同沉积增厚现象(图7)，并向上持续活动至二叠系，表明断层在石炭纪及二叠纪发生活动，对应海西中—晚期。雁列式正断层与下伏走滑断裂走向之间的夹角(雁列角)同样小于45°(图3)，指示下伏走滑断裂再次发生活化时处于张扭环境。

2.4 断裂控储特征

富满油田奥陶系碳酸盐岩主力开发目的层为一间房组(O2y)与鹰山组(O1-2y)，属于超深层致密碳酸盐岩，基质致密。岩心物性分析显示，受压实、胶结等成岩作用影响，目的储层原生孔隙度均值为2%，渗透率小于1×10-3μm2，基本不具备有效储集空间[1，3]。岩心薄片显示，储层储集空间主要为断裂破碎缝及部分溶蚀孔洞，且存在方解石多期充填胶结的现象(图10)。储层发育主要受控于走滑断裂破碎作用形成的裂缝网络，并且大气淡水及深部热液以断裂为通道对储层进行溶蚀改造[28-29]，使得目的储层非均质性极强，属于断控缝洞型储层。地震剖面上，断控缝洞型储层表现为串珠状强反射及断面周围的杂乱反射，代表洞穴储层和构造破碎裂缝(图11(c))；平面上，振幅变化率可表征储层的平面发育特征[30](图11(b))。

图10 富满油田FⅠ17断裂奥陶系碳酸盐岩储层典型岩心薄片

图11 富满油田FⅠ17断裂带储层分布特征

FⅠ17断裂带一间房组顶面(TO3t)振幅变化率(图11(b))显示研究区储层平面上沿断裂带走向呈带状分布，具有较强的非均质性，且与断裂展布特征及活动强度相关。沿富满油田FⅠ17断裂储层均有较好显示，但断裂南段及北段储层发育情况优于中段，主要受断裂活动强度影响；叠接段储层发育强度大于平直段，与断裂变形强度的差异及派生构造的发育规模相关。剖面上，储层具有垂向多层分布的特征(图11c)，形态上呈树冠状；碳酸盐储层不仅分布于中奥陶统一间房(O2y)组附近，受断裂多期活动影响，下奥陶统蓬莱坝组(O1p)及中奥陶统鹰山组(O1-2y)内发育串珠状强反射，且发生强烈机械破碎作用。

3 富满油田FⅠ17走滑断裂发育机制

现有地震资料显示，FⅠ17断裂横跨塔中隆起及阿满过渡带，并在富满油田区块内终止，平面长度超过200 km，是台盆区目前已知最长断裂之一(仅次于FⅠ5断裂)。断裂由南往北发育过程中，断裂走向发生多次偏转，整体呈S形条带状展布，与台盆区其他断裂展布特征(平直条带状)差异过大。目前对于该断裂平面走向偏移发育机制尚未见系统性研究。

南华纪—震旦纪时期，塔里木板块处于Rodinia超级大陆裂解阶段，盆地内发育大量裂谷凹陷，前人对裂谷的识别、分类及分布已开展部分研究，其中阿满过渡带地区广泛发育南华—震旦纪裂谷[31-32]。本文基于富满油田新采集超深层高精度地震资料，通过地震连续追轴，初步恢复研究区内前寒武纪基底裂陷结构，并进一步分析前寒武纪基底裂馅结构特征对断裂平面展布的控制作用。

前寒武纪基底厚度图(图12(a))显示，研究区内南华系—震旦系发育多个裂谷凹陷。叠合研究区内FⅠ17断裂分段走向发现，沿断裂带走向，各走向段上均发育裂谷凹陷(图12(b)和(c))，而裂谷分布轨迹线与断裂走向基本一致，平面上发生逆时针偏转，剖面上震旦系显著同沉积增厚，并且裂谷发育位置上覆走滑断裂活动强度相对较大(图4)。上述特征表明前寒武纪基底裂陷结构可能对走滑断裂发育具有一定的控制作用：南华纪—震旦纪裂谷发育位置属于基底薄弱带，走滑断裂沿裂谷边界断层或裂谷中心发育，且上覆地层更易发生破裂，活动强度更大，并逐渐向两端传播，与其他断裂发生侧向连接，造成断裂平面走向发生偏转(图13)，使得断裂平面形态呈S形展布(图1)。

图12 研究区前寒武基底厚特征图(a)及南华—震旦裂谷典型剖面(b)(c)

图13 研究区基底结构控断裂走向偏转模式

4 结 论

(1)研究区内FⅠ17断裂延伸距离约为70 km，平面上发生多次转向，走向由南往北发生逆时针偏转。基于断裂的走向变化特征，可将断裂划分为北(NE8°)、中(NE33°)、南(NE50°)三段。断片展布规律与断裂平面分段具有一定相关性，由南往北断片发育密度逐渐减小，断片长度逐渐增大，具有南短北长的特征。

(2)依据断裂变形特征，可大致划分为以直立走滑为特征的深部构造变形层(TO3t之下)和发育雁列式正断层的浅部构造变形层(TO3t之上)。断裂在深部构造变形层中具有“分层开花”的特征，垂向上发育多个花状构造，主要分布于上寒武统底面(T∈3)及一间房组顶面(TO3t)附近。浅部构造层垂向发育三组雁列式正断层，由下往上分布于TO3t—TS、TS—TC以及TC—TT。

(3)受周缘造山带多期活动的影响，断裂的演化具有多期性，演化过程可划分为5个阶段：加里东早期、加里东中期Ⅰ幕、加里东中期Ⅲ幕、加里东晚期—海西早期、海西中—晚期。

(4)研究区内南华纪—震旦纪发育多个裂谷凹陷，可能对断裂发育具有一定控制作用；裂谷发育位置上覆地层更易发生破裂，并逐渐向两端传播，与其他断裂发生侧向连接，造成断裂平面走向发生偏移。