塔里木盆地順北5號(hào)走滑斷裂中段活動(dòng)特征及其地質(zhì)意義

鄧 尚，李慧莉，韓 俊，崔德育，鄒 榕

(1.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083； 2.中國石化 西北油田分公司，新疆 烏魯木齊 830011；3.中國石油 塔里木油田分公司，新疆 庫爾勒 841000)

近年來，隨著塔里木盆地油氣勘探在順北地區(qū)特深碳酸鹽巖領(lǐng)域獲得重大油氣突破，揭示了順北地區(qū)及鄰區(qū)發(fā)育的克拉通內(nèi)中小滑移距走滑斷裂體系對(duì)奧陶系碳酸鹽巖具有明顯的“控儲(chǔ)、控藏、控富”作用[1-5]。在塔北隆起、塔中隆起以及該兩大隆起之間的順托果勒低隆，通過新的地震資料識(shí)別出順北5號(hào)斷裂(簡稱順北5斷裂)是一條貫穿南北的主干走滑斷裂帶，且在其東西兩側(cè)發(fā)育有不同走向的走滑斷裂體系[6]。新的鉆井資料揭示，順北5斷裂不僅控制了中下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖地層中孔洞-裂縫型儲(chǔ)集體的發(fā)育[1],位于順北5斷裂上的單井在志留系碎屑巖地層(砂巖段、泥巖段)中同樣鉆遇了漏失與放空。前人針對(duì)順北5斷裂位于順北地區(qū)北部部分的分層性、分段性、滑移距[4]以及儲(chǔ)層預(yù)測[7]等方面開展了詳盡的研究工作，但對(duì)順北5斷裂整體展布特征，不同分段幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)特征以及活動(dòng)差異性尚未見系統(tǒng)研究。此外，對(duì)于順北5斷裂對(duì)志留系碎屑巖儲(chǔ)集空間發(fā)育的控制作用也未見系統(tǒng)性分析。本文選取順北5斷裂中段為研究對(duì)象，解剖研究活動(dòng)特征，對(duì)比其與北段活動(dòng)差異性，分析其對(duì)志留系碎屑巖儲(chǔ)集空間發(fā)育的控制作用，旨在為深化認(rèn)識(shí)順北地區(qū)走滑斷裂控儲(chǔ)作用以及斷裂體系成因機(jī)制提供參考和理論依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域地質(zhì)概況

塔里木盆地順托果勒低隆北鄰塔北隆起，南接卡塔克隆起，東西向位于阿瓦提拗陷與滿加爾坳陷之間，是相對(duì)穩(wěn)定的古構(gòu)造單元[8]。順北地區(qū)位于順托果勒低隆北部，該地區(qū)下古生界發(fā)育完整的生-儲(chǔ)-蓋組合，多期活動(dòng)的走滑斷裂體系為該地區(qū)油氣運(yùn)移、聚集與富集提供了優(yōu)越的石油地質(zhì)條件，沿?cái)嗔褞Р渴鸬亩嗫谔骄@得高產(chǎn)油氣流，揭示了順北油氣藏的存在[1，3]。

順托果勒低隆經(jīng)歷了多階段的構(gòu)造演化活動(dòng)。加里東早期(寒武紀(jì)—中奧陶世)，順托果勒地區(qū)處于克拉通內(nèi)弱伸展背景階段，該地區(qū)經(jīng)歷了區(qū)域性穩(wěn)定構(gòu)造沉降。加里東中期(奧陶紀(jì))，順托果勒地區(qū)處在克拉通隆起形成演化與整體擠壓階段，在加里東中期Ⅲ幕(晚奧陶世末)，順托果勒低隆南北側(cè)的塔中隆起與塔北隆起形態(tài)全面形成，整體擠壓狀態(tài)一直持續(xù)到加里東晚期—海西早期(志留紀(jì)—泥盆紀(jì))。海西中-晚期(石炭紀(jì)—二疊紀(jì))，隨著塔北隆起持續(xù)抬升，順托果勒低隆也進(jìn)一步抬升；印支期—燕山期(三疊紀(jì)—白堊紀(jì))，順托果勒地區(qū)持續(xù)埋深，至喜馬拉雅期形成現(xiàn)今格局并定型[9-13]。

順北地區(qū)下古生界發(fā)育相對(duì)齊全，奧陶系自下而上為下統(tǒng)蓬萊壩組(O1p)，中-下統(tǒng)鷹山組(O1-2y)，中統(tǒng)一間房組(O2yj)，上統(tǒng)恰爾巴克組(O3q)、良里塔格組(O3l)和桑塔木組(O3s)。志留系自下而上為下統(tǒng)柯坪塔格組(S1k)，下統(tǒng)塔塔埃爾塔格組(S1t)，中統(tǒng)依木干他烏組(S1y)，泥盆系發(fā)育中下統(tǒng)克孜爾塔格組(D1-2k)，上統(tǒng)東河塘組(D3d)。目前順北地區(qū)勘探開發(fā)主要目的層系為奧陶系一間房組和鷹山組上部碳酸鹽巖，已知儲(chǔ)層類型以孔洞-裂縫型為主，斷裂-裂縫體系相關(guān)構(gòu)造破裂作用是儲(chǔ)層發(fā)育的主控因素[3]。

1.2 走滑斷裂體系分布及活動(dòng)特征

順北地區(qū)及鄰區(qū)發(fā)育多個(gè)走滑斷裂體系[6]。在塔北地區(qū)主要發(fā)育NNE-NNW向“X”型似共軛斷裂體系(圖1)，該體系中具有代表性的NNE向主干斷裂帶(托普39斷裂)早期(加里東中期—海西早期)在共軛走滑狀態(tài)下左行活動(dòng)，受最大主應(yīng)力方向的控制，晚期(喜馬拉雅期)反轉(zhuǎn)為右行走滑，而同體系中的NNW向斷裂晚期幾乎未活動(dòng)[4]。在塔中隆起北坡地區(qū)主要發(fā)育NNE向近平行走滑斷裂體系(圖1)，走向約為NE30°，該體系大致在加里東中期Ⅲ幕左行走滑，之后在加里東晚期—海西早期再度左行活動(dòng)[2]。在順托果勒低隆中部地區(qū)發(fā)育順北1斷裂、順北5斷裂體系，以北的“X”型斷裂體系發(fā)育至順北1斷裂附近逐漸減弱并終止。順北5斷裂東部和西部斷裂在走向上呈現(xiàn)明顯差異(圖1)，就斷裂差異分區(qū)活動(dòng)而言，在順北地區(qū)可被認(rèn)為是一條分割東部NNE體系與西部NNW體系的斷裂帶(圖1)。順北5斷裂先于順北1斷裂帶在加里東中期Ⅲ幕形成，在加里東晚期以及海西中晚期再活動(dòng)，兩者的構(gòu)造演化經(jīng)歷了不同的應(yīng)力環(huán)境和最大主應(yīng)力方向的變化，與托普39斷裂體系中NNE-NNW向斷裂在活動(dòng)機(jī)制上存在根本差異[4]。

1.3 順北5斷裂展布與分段特征

隨著順北5井的部署與油氣突破[3，7]，二維和三維地震新資料的采集以及地震地質(zhì)綜合解釋揭示順北5斷裂是一條貫穿塔北隆起、順托果勒低隆以及塔中隆起的主干斷裂帶(圖1)?；谝巡杉亩S和三維地震資料，順北5斷裂可識(shí)別長度約為270 km，斷裂走向自北向南整體發(fā)生了約40°的偏轉(zhuǎn)：在塔北隆起走向大致為NW20°，在順托果勒低隆走向大致為NE10°，在塔中隆起走向大致為NE20°?；陧槺?斷裂走向變化特征，可將其總體分為三段(圖1)，即北段(走向大致為NW20°)、中段(走向?yàn)榻媳毕?NE10°)和南段(走向大致為NE20°)。目前已有三維地震資料(1號(hào)三維與2號(hào)三維南部)覆蓋了順北5斷裂中段主體部分(圖1)，2號(hào)三維與3號(hào)三維覆蓋了北段主體部分，其中針對(duì)2號(hào)三維已有斷裂活動(dòng)特征精細(xì)解析[4]。

圖1 塔里木盆地順北地區(qū)及鄰區(qū)下古生界主要斷裂分布Fig.1 A map showing the distribution of major faults in the Lower Paleozoic in Shunbei area and its surroundings,Tarim Basin

2 順北5斷裂中段活動(dòng)特征以及雁列正斷層控儲(chǔ)特征

本研究主要針對(duì)1號(hào)三維進(jìn)行精細(xì)解析，明確了順北5斷裂在該三維區(qū)內(nèi)的幾何學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，厘定了活動(dòng)期次，并與順北5斷裂在2號(hào)三維內(nèi)的活動(dòng)特征進(jìn)行了對(duì)比。此外，通過對(duì)2號(hào)三維斷裂帶上多口單井志留系放空漏失資料進(jìn)行分析解剖，明確了順北5斷裂雁列正斷層對(duì)志留系碎屑巖(砂巖段、泥巖段)儲(chǔ)集空間發(fā)育的控制作用。

2.1 幾何學(xué)特征

圖2 塔里木盆地順北5號(hào)斷裂帶中段1號(hào)三維多層位相干與斷裂解釋(三維資料研究范圍見圖1)Fig.2 Coherence slices of various reflecting interfaces and fault interpretations of the No.1 seismic survey covering the central segment of Shunbei 5 fault zone in the Tarim Basin(See Fig.1 for the location of the No.13D seismic acreage)

圖3 塔里木盆地順北5號(hào)斷裂帶中段1號(hào)三維分層發(fā)育典型剖面A-A′、B-B′ and C-C′(剖面位置見圖2)Fig.3 Representative seismic sections of the No.1 seismic survey covering the central segment of Shunbei 5 fault zone in the Tarim Basin (see Fig.2 for the location of sections A-A′,B-B′ and C-C′)

2.2 運(yùn)動(dòng)學(xué)特征

2.3 活動(dòng)期次

結(jié)合不同構(gòu)造樣式發(fā)育層位以及揭示的不同古應(yīng)力環(huán)境，識(shí)別出順北5斷裂在1號(hào)三維區(qū)至少三個(gè)階段的多期活動(dòng)特征。

2.4 雁列正斷層志留系控儲(chǔ)特征

圖4 塔里木盆地順北5號(hào)斷裂帶北段-中段2號(hào)三維多層位相干與斷裂解釋(三維資料研究范圍見圖1)Fig.4 Coherence slices of various reflecting interfaces and fault interpretations of the No.2 seismic survey covering parts of the northern and central segments of Shunbei 5 fault zone in the Tarim Basin (see Fig.1 for the 3D seismic acreage)

通過井震標(biāo)定確定地層漏失、放空部位，并對(duì)比雁列正斷層幾何學(xué)特征表明，鉆遇雁列正斷層上盤更易發(fā)生漏失和放空(圖5)。例如，X6井與X8井相比，X6井鉆遇斷層下盤，未鉆遇放空和漏失，而X8井鉆遇斷層上盤，共鉆遇三處放空。與X8井類似，X7井同樣鉆遇雁列正斷層上盤，且發(fā)生多處漏失(圖5)。針對(duì)X7井漏失段采集的成像測井資料表明，漏失段發(fā)育走向約為NE45°天然裂縫(圖6)，該走向與X7井鉆遇正斷層走向(約為NE40°)相似(圖4)，由此更進(jìn)一步說明雁列正斷層伴生裂縫體系[17]是造成漏失的主要儲(chǔ)集空間。此外，成像測井解釋表明，壓裂誘導(dǎo)縫走向也近似為NE45°(圖6)，說明現(xiàn)今最大主應(yīng)力方向與天然裂縫走向近似平行，利于雁列正斷層伴生裂縫的開啟[5]。

針對(duì)每個(gè)漏失、放空點(diǎn)測量其與雁列正斷層斷面的水平距離，并測量其在斷面投影點(diǎn)的垂向斷距，與此同時(shí)，測量未發(fā)生漏失和放空井組與雁列正斷層的最小水平距離以及斷面最大斷距，進(jìn)行交錯(cuò)分析表明(圖7a)，雁列正斷層上盤對(duì)漏失、放空點(diǎn)的控制范圍可超過200 m，而下盤則小于200 m，說明雁列正斷層破碎帶在斷層上、下盤發(fā)育具有不對(duì)稱性(圖7b)，且上盤破碎帶發(fā)育規(guī)模更大，該特征與前人提出的正斷層破碎帶發(fā)育具有不對(duì)稱特征的研究認(rèn)識(shí)[18-21]一致。

3 討論

3.1 順北5斷裂奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層與志留系碎屑巖洞穴型儲(chǔ)集空間成因機(jī)制

順北5斷裂北段(圖1)部署的順北5井在奧陶系中統(tǒng)一間房組(O2yj)與中-下統(tǒng)鷹山組(O1-2y)分別鉆遇0.77 m與2.92 m放空[3]，揭示順北5斷裂控制了中-下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖縫洞型儲(chǔ)層的發(fā)育。在順北地區(qū)走滑斷裂多期活動(dòng)的背景下，構(gòu)造破裂作用、斷控大氣水巖溶作用與埋藏溶蝕作用是碳酸鹽巖地層洞穴-裂縫系統(tǒng)形成的主要控制因素[1,3,22]。

碳酸鹽巖因其巖性的特殊性，在表生巖溶與埋藏溶蝕的作用下，大氣淡水和酸性流體對(duì)碳酸鹽礦物的溶解作用本身可形成巖溶孔洞和大型洞穴[23-24]。與碳酸鹽巖不同的是，碎屑巖(砂巖、泥巖)在儲(chǔ)層成巖過程中，烴源巖有機(jī)質(zhì)熱演化釋放的有機(jī)酸雖然可對(duì)鋁硅酸鹽進(jìn)行溶蝕而形成規(guī)模性次生空隙[25-26]，但對(duì)于是否可形成溶蝕洞穴目前尚未見報(bào)道。由此推測，志留系砂巖、泥巖段多致密，物性差，斷裂活動(dòng)形成的空腔及伴生裂縫體系是放空、漏失的主要原因。

圖5 塔里木盆地順北5號(hào)斷裂帶北段-中段2號(hào)三維典型過井剖面A—A′，B—B′與C—C′(剖面位置見圖4)Fig.5 Representative seismic sections of the No.2 seismic survey covering the northern and central segments of Shunbei 5 fault zone in the Tarim Basin (see Fig.4 for the locations of sections A—A′,B—B′ and C—C′)

圖6 塔里木盆地順北5號(hào)斷裂帶2號(hào)三維X7井志留系裂縫性儲(chǔ)層成像測井響應(yīng)Fig.6 Image logging responses of the fractured Silurian reservoir rocks in Well X7 in the No.2 seismic survey covering the Shunbei 5 fault zone in the Tarim Basina.裂縫性儲(chǔ)層成像測井響應(yīng)；b.裂縫走向玫瑰花圖

圖7 塔里木盆地順北5號(hào)斷裂帶2號(hào)三維志留系放空、漏失部位與雁列斷層活動(dòng)關(guān)系(三維資料研究范圍見圖1)Fig.7 Locations of thief zones and their relationship with the en-echelon normal faults in the No.2 seismic survey of the Shunbei 5 fault in the Tarim Basin (See Fig.1 for the location of No.2 seismic acreage)a.志留系放空、漏失部位與距雁列斷層斷距與落差交繪圖；b.雁列正斷層上、下盤破碎帶發(fā)育模式

正斷層與走滑斷層在幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)以及力學(xué)機(jī)制方面雖存在明顯差異[27]，但其都具有分段性[16-17],在分段疊接部位都可形成疊接拉伸或疊接擠壓變形段。在疊接拉伸段的發(fā)育過程中，受局部張應(yīng)力的控制作用[28]，巖石趨于形成張性破裂，在烴類流體充注的情況下破裂空間可進(jìn)一步保留，成為現(xiàn)今鉆遇的洞穴或空腔(圖5，圖7)。前人研究表明，渤海灣裂谷盆地?cái)鄩K(碎屑巖)油氣富集區(qū)主干斷裂帶附近發(fā)育一系列斷裂空腔瀝青帶，其厚度可達(dá)3 m[29]，井-震標(biāo)定揭示斷裂空腔多發(fā)育于正斷層斷面疊接部位，由此也進(jìn)一步說明，正斷層分段疊接部位對(duì)碎屑巖洞穴型儲(chǔ)集空間的發(fā)育具有重要的控制作用。

3.2 順北5斷裂發(fā)育機(jī)制

現(xiàn)有二維和三維地震資料揭示順北5斷裂貫穿順北及鄰區(qū)南北，是該地區(qū)及鄰區(qū)目前已知最長的走滑斷裂帶(長度≥270 km)，對(duì)于該斷裂帶水平滑移距分布特征以及發(fā)育機(jī)制尚未見系統(tǒng)性研究。

4 結(jié)論

1) 順北5斷裂是一條貫穿塔北隆起、順托果勒低隆以及塔中隆起的主干斷裂帶，其可識(shí)別長度長達(dá)270 km，斷裂走向自北向南整體發(fā)生了約40°的偏轉(zhuǎn)，是目前順北及鄰區(qū)已知最長的克拉通內(nèi)走滑斷裂帶?；陧槺?斷裂走向總體變化特征，可將其分為三段:北段(走向約NW20°)、中段(走向?yàn)榻媳毕?NE10°)和南段(走向約NE20°)。

圖8 塔里木盆地順北5號(hào)斷裂帶北段-中段滑移距分布特征(滑移距測量點(diǎn)A-D位置見圖1)Fig.8 Distribution characteristics of the displacement in the northern-central segments of Shunbei 5 fault zone in the Tarim Basin (see Fig.1 for the location of displacement measurement of A-D)a.順北5號(hào)斷裂3號(hào)三維界面相干；b.順北5號(hào)斷裂1號(hào)三維界面相干與4 568 ms時(shí)深切片；c.順北5號(hào)斷裂A-D點(diǎn)滑移距分布

3) 順北5斷裂中段雁列正斷層控制了志留系碎屑巖(砂巖段、泥巖段)中裂縫-洞穴型儲(chǔ)集空間的發(fā)育，雁列正斷層破碎帶在斷層上、下盤發(fā)育具有不對(duì)稱性，上盤破碎帶發(fā)育規(guī)模更大。順北5斷裂北段與中段滑移距分布具有“兩頭大，中間小”的特征，北-中段也具有顯著不同的幾何學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)特征。構(gòu)造演化初期形成于南、北以及南北之間不同體系的斷層在后期逐段拼接，形成了順北5斷裂現(xiàn)今貫穿塔北隆起、順托果勒低隆以及塔中隆起的展布格局。