董馬超,呂海濤,蒲仁海,曹自成

(1.西北大學地質(zhì)學系,大陸動力學國家重點實驗室,陜西西安710069;2.中國石油化工股份有限公司華北油氣分公司采油氣工程服務中心,陜西咸陽712000;3.中國石油化工股份有限公司西北油田分公司勘探開發(fā)研究院,新疆烏魯木齊830011)

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塔中東部走滑斷裂帶特征及油氣地質(zhì)意義

董馬超1,2,呂海濤3,蒲仁海1,曹自成3

(1.西北大學地質(zhì)學系,大陸動力學國家重點實驗室,陜西西安710069;2.中國石油化工股份有限公司華北油氣分公司采油氣工程服務中心,陜西咸陽712000;3.中國石油化工股份有限公司西北油田分公司勘探開發(fā)研究院,新疆烏魯木齊830011)

塔中東部斷裂帶發(fā)育北北東(NNE)、北東東(NEE)和北西西(NWW)向3組直立走滑斷裂,斷穿了寒武系—石炭系地層,具有明顯上拱或下彎地震反射特征。三維地震資料精細解釋發(fā)現(xiàn),斷裂帶地層上拱下彎與斷裂帶厚度和兩側(cè)厚度差異之間存在一定的相關性,據(jù)此可以判斷斷裂古應力場性質(zhì)。斷裂帶地層的下彎與張扭活動有關,與斷裂帶地層厚度的同生增大相對應;斷裂帶地層的上拱則與壓扭活動有關,與斷裂帶地層厚度的同生減薄相對應。據(jù)此得出三組走滑斷裂的活動期:NNE向斷裂形成于晚奧陶世桑塔木組沉積期,經(jīng)歷了左行壓扭—左行張扭—靜止—張扭4個階段;NEE和NWW向斷裂均以共軛張扭性質(zhì)開始于中寒武世,NWW向斷裂在中寒武世以后停止活動,NEE向斷裂則在良里塔格組沉積期停止活動。3組走滑斷裂對奧陶系蓬萊壩組、鷹山組及一間房組碳酸鹽巖中廣泛分布熱液巖溶儲層的形成及油氣聚集都有控制作用。

塔中東部;走滑斷裂;上拱下彎;活動期次;巖溶

塔里木盆地在形成演化過程中經(jīng)歷了多期次復雜構造運動的改造,造就了盆地內(nèi)部復雜的斷裂構造?，F(xiàn)今塔里木盆地主要發(fā)育走向為北西西(NWW)、北東東(NEE)及北北東(NNE)向3組斷裂[1],這些斷裂在演化過程中具有多期次和繼承性,后期斷裂對先前形成的斷裂具改造作用[2]。前人對這些斷裂的規(guī)模、分布、組合樣式有一定的探討[3-4],認為:①斷裂對油氣運移及火山活動具有一定的控制作用,斷背斜及斷塊圈閉是油氣保存的良好場所[5];②塔里木盆地的斷裂存在分期差異活動[6],與周緣造山帶重大構造運動也有一定的關系,斷裂帶對油氣分布具重要的控制作用[7]。

走滑斷裂的斷面陡直,直插入基底,在剖面中呈花狀構造[8],平面上形成雁列式分布,空間上呈“海豚效應”和“絲帶效應”等。2006年,李明杰等[5]首次利用三維地震資料在塔中地區(qū)發(fā)現(xiàn)了北東走向的走滑斷裂并分析了其成因機理。隨后,關于塔中走滑斷裂的研究不斷展開,認為塔中地區(qū)走滑斷裂主要是在加里東期—海西早期形成,北東向走滑斷裂具有多期疊加改造的特點[9],在志留紀末期—泥盆紀初期、晚二疊紀晚期存在兩期活動[10-11]。張艷萍等[12]認為塔中地區(qū)發(fā)育花狀構造、雁列構造、拉分地塹、辮狀構造等多種構造樣式,分析了各種構造樣式的成因。多數(shù)學者的研究重點偏向于斷裂控油方面,包括斷裂對碳酸鹽巖儲層的改造作用、對油氣藏的破壞和運聚作用、對構造圈閉形成的影響等,認為多期疊加的構造運動是裂縫及溶蝕發(fā)育的前提,而后期構造運動對早期油氣藏的破壞作用非常強烈[12],長期活動的斷裂是油氣垂向運移的良好通道[13],靠近走滑斷裂的短軸背斜也是油氣成藏的良好場所。還有學者認為垂直斷距的高值區(qū)是油氣的富集區(qū)域[14-15]。

但是,以上研究沒有重點涉及直立斷裂活動準確期次、性質(zhì)及斷裂對火山活動和碳酸鹽巖儲層的影響等方面。本文根據(jù)斷裂帶地層上拱下彎特征,對比斷裂帶地層厚度與兩側(cè)地層厚度的差異,結合區(qū)域構造演化過程,分析斷裂帶上拱下彎成因,獲得了斷裂活動準確時間和應力場性質(zhì),探討了斷裂與巖溶和油氣之間的關系。

1 研究區(qū)斷裂總體特征

研究區(qū)位于塔里木盆地中部以東,北鄰順托果勒低隆,西鄰塔中隆起,南鄰古城墟隆起,緊鄰塔中Ⅰ號斷裂帶東段北側(cè)。工區(qū)內(nèi)有3口鉆井,位于斷裂帶附近(圖1),其中順南4井在鷹山組獲高產(chǎn)工業(yè)氣流[16]。三維地震資料顯示,研究區(qū)存在3組規(guī)模及走向不同的斷裂,平面上呈交叉分布:①NNE向斷裂(圖2中藍色),為發(fā)育規(guī)模最大、平面延伸最長的一組斷裂;②NEE向斷裂(圖2中紅色),發(fā)育規(guī)模次之,平面延伸長度與NNE向斷裂相當;③NWW向斷裂(圖2中綠色),在研究區(qū)發(fā)育規(guī)模最小,主要切穿寒武紀地層,平面延伸最小,約15km。

圖1 研究區(qū)位置

圖2 順南1井三維地震區(qū)三組斷裂立體顯示

通過對整個研究區(qū)3組斷裂的剖面解釋,獲得了斷裂斷開的地層時代、性質(zhì)、同生性等,如表1 所示。從表1可以看出,NNE向斷裂帶附近地層以上拱為主(圖3a中F1,F2和F3斷裂);NEE向斷裂帶附近地層以下彎為主(圖3a中F4,F5和F6斷裂),且下彎部分在橫向上分布不連續(xù);NWW向斷裂帶附近地層無明顯上拱或下彎現(xiàn)象(圖3c中F7,F8和F9斷裂)。斷裂帶地層的下彎對應著地層的增厚(圖4),上拱對應著地層的減薄(圖5)。

斷裂帶地層變形由多方面的地質(zhì)因素引起,如溶蝕滑塌、巖漿或膏鹽巖塑性流動、構造擠壓或拉張等。研究區(qū)鉆井資料顯示,順南1井、順南4井及順南5井均沒有鉆遇膏鹽巖,因此排除了膏鹽巖塑性流動的成因。順南1井位于北北東斷裂F2上(圖4a),未見巖漿巖,溶蝕作用主要發(fā)育在奧陶系碳酸鹽巖內(nèi)部,地震剖面中表現(xiàn)為“串珠狀”及“片狀”異常,但研究區(qū)未見明顯的不整合,斷裂帶地層的上拱及下彎不僅在寒武系—中下奧陶統(tǒng)的碳酸鹽巖內(nèi)發(fā)育,而且在上奧陶統(tǒng)和志留系碎屑巖中同樣明顯,所以,斷裂帶地層變形與巖漿活動或溶蝕似乎沒有關系。本文在研究塔里木盆地構造運動變化的基礎上,分析了斷裂帶地層的上拱和下彎產(chǎn)狀變化,從張扭或壓扭的角度對上拱及下彎成因進行了很好的詮釋。

圖3 NNE向斷裂、NEE向斷裂和NWW向斷裂在地震剖面上的響應a 過NNE及NEE向斷裂地震剖面; b 地層相干屬性; c 過NWW向斷裂地震剖面

表1 順南1井三維區(qū)3組不同時代斷裂要素

圖4 順南1井三維區(qū)良里塔格組時間厚度(a)及斜切NEE向F5斷裂的地震剖面(b)

圖5 順南1井三維區(qū)NNE向F1斷裂界面附近地層上拱及桑塔木組減薄

2 斷裂帶上拱下彎特征及斷裂活動期和性質(zhì)

2.1 NNE向斷裂

NNE向斷裂在上奧陶統(tǒng)桑塔木組及其以下地層由一條主斷裂組成,在下志留統(tǒng)柯坪塔格組以上則由一系列小型雁列式斷裂帶組成。從不同時代的時間域地層厚度圖及過斷裂地震剖面可以看出,NNE向斷裂帶內(nèi)部地層厚度與兩側(cè)有明顯不同,總體斷裂帶的厚度變化出現(xiàn)兩期減薄、一期增厚和一期無變化共4種情形或階段,桑塔木組—柯坪塔格組及依木干他烏組—克孜爾塔格組為斷裂帶地層相對減薄階段,塔塔埃爾塔格組為斷裂帶地層厚度相對增厚階段,石炭系無相對變化。伴隨斷裂帶地層增厚,發(fā)生了斷裂帶地層下彎變形;伴隨斷裂帶地層減薄,同時發(fā)生斷裂帶地層上拱變形(圖5,圖6,圖7)。石炭紀為相對平靜期,無地層厚度變化和變形發(fā)生。二疊紀早期又發(fā)生拉張活動和伴生區(qū)域性巖漿噴發(fā)。

圖6 順南1井三維區(qū)NNE及NEE向斷裂活動期時間厚度平面分布a 良里塔格組7)時間厚度; b 桑塔木組7)時間厚度; c 柯坪塔格組6)時間厚度; d 依木干它烏組—克孜爾塔格組時間厚度

圖7 研究區(qū)NNE向F1斷裂塔塔埃爾塔格組)時間厚度分布(a)與過F1斷裂剖面(b)(斷裂帶地層厚度大于兩側(cè),說明NNE向斷裂于中志留世發(fā)生了左行雁列張扭)

2.2 NEE向斷裂

因此,NEE斷裂的活動時間可以分為兩期張扭和張扭期之間的靜止3個階段,即中寒武世和中奧陶世良里塔格組沉積期的張扭期和兩期之間的晚寒武—早奧陶世相對靜止期。

2.3 NWW向斷裂

圖8 海西期NNE向斷裂帶應力性質(zhì)與變形演化及其與火山口和巖脈的關系

根據(jù)以上分析,研究區(qū)斷裂帶的上拱減薄、下彎增厚現(xiàn)象與區(qū)域的擠壓扭動及拉張扭動作用有關。張扭作用導致斷裂帶內(nèi)部發(fā)生了同生下降和同期沉積物厚度增大,斷裂帶內(nèi)部厚度大于兩側(cè);反之,壓扭作用導致斷裂帶內(nèi)部地層發(fā)生上拱,斷裂帶內(nèi)部同期沉積減薄。

2.4 斷裂與區(qū)域應力場關系

塔里木地塊是被周緣天山、西昆侖山和阿爾金山等古生代造山帶圍繞的山間陸塊[9],這些造山帶在形成過程中造就了盆地內(nèi)部地層不同性質(zhì)的構造運動,從而形成了研究區(qū)不同性質(zhì)的斷裂。本文根據(jù)前人關于塔里木盆地構造演化的研究成果[17-18],對塔里木盆地西南、東南、塔中及塔北4個區(qū)域從震旦系到二疊系的構造活動進行了整理分析(表2)。由表2可以看出,塔里木盆地內(nèi)部在晚奧陶世桑塔木組沉積期具有區(qū)域擠壓應力場特征,在此之前均為拉張構造環(huán)境,形成了NEE向和NWW向斷裂。志留—石炭紀的盆地內(nèi)部區(qū)域應力場受周緣造山帶形成的影響比較復雜,南北不一致,除塔中地區(qū)泥盆紀受塔西南擠壓前陸盆地影響外,其它時代可能以拉張性質(zhì)為主,而且這一性質(zhì)一直持續(xù)到二疊紀火山噴發(fā)時達到最強。塔里木盆地及其周緣的構造應力演化與2.1至2.3節(jié)分析的擠壓和拉張活動一致,說明從構造角度解釋斷裂帶的上拱及下彎現(xiàn)象是正確合理的。

圖9 順南1井三維區(qū)寒武紀—中奧陶世時間厚度及共軛斷裂形成時應力場a 早寒武世9至8)時間厚度; b 中寒武世8至8)時間厚度; c 晚寒武世—中奧陶世8至時間厚度; d NEE及NWW向斷裂形成時應力場

表2 塔里木盆地二疊紀以前的區(qū)域應力場演化[17-18]

3 斷裂對巖溶及油氣的影響

塔里木盆地二疊系存在強烈的火山活動,高溫巖漿流體沿斷層、裂縫侵入形成許多不同規(guī)模的巖脈[19-20],而斷裂帶附近又容易形成比較好的裂縫發(fā)育帶,高溫熱液流體則沿著這些裂縫通過接觸變質(zhì)作用、溶蝕作用、交代作用改變奧陶系碳酸鹽巖儲層性質(zhì)[5]。古生界廣泛發(fā)育碳酸鹽巖儲層,加之臨近烴源灶,區(qū)域蓋層良好,多組北東向斷裂發(fā)育,為油氣聚集提供了充足條件[16]。

3.1 與斷裂活動有關的巖溶分布

將巖溶與斷裂分布圖疊合(圖11),可以發(fā)現(xiàn)串珠狀巖溶在全區(qū)都有分布,與主干斷裂的分布沒有明顯的相關性,但是斷裂活動派生的次級斷裂或裂縫為巖溶發(fā)育提供了通道。片狀巖溶主要分布在研究區(qū)東部,在斷裂密集和交會處尤為發(fā)育。NEE向與NWW向老斷裂使得深部地層錯斷和破裂,巖漿和熱液上涌優(yōu)選了這些位置,造成圍巖碳酸鹽巖的溶蝕。斷裂活動為巖溶發(fā)育和后期熱液活動提供了有利的流動通道,同時形成的裂縫也是有利儲集空間。

3.2 斷裂的油氣通道和裂縫作用

塔中東部順南地區(qū)臨近滿加爾坳陷,油氣主要來源于滿加爾坳陷及順南地區(qū)寒武系—中、下奧陶統(tǒng)盆地斜坡相烴源巖[11,13],斷裂主要活動時間在加里東期—海西早期,3組斷裂在控制奧陶系碳酸鹽巖儲層物性的同時,也對該區(qū)油氣的運移起著控制作用。走滑斷裂切穿寒武系烴源巖至奧陶系碳酸鹽巖儲集層,是油氣垂向運移至儲集層的必要通道。研究區(qū)鉆井也顯示,離斷裂帶越近,奧陶系碳酸鹽巖裂縫和溶蝕越發(fā)育,產(chǎn)能越高[16]。

圖10 順南1井三維區(qū)奧陶系碳酸鹽巖強振幅串珠狀和片狀巖溶及其在不同層位分布的頻率

圖11 斷裂分布與奧陶系巖溶平面分布疊合

4 結論

1) 塔中東部主要發(fā)育NNE,NEE及NWW向3組斷裂。斷裂帶地層的上拱及下彎與斷裂帶的壓扭和張扭活動有關,伴隨著斷裂帶地層出現(xiàn)減薄或加厚。壓扭斷裂帶的上拱與減薄現(xiàn)象具有一致性、同生性和相互依存性;同理,張扭斷裂帶的下彎、加厚也具有一致性、共生性和相互依存性。斷裂帶地層相對于兩側(cè)的加厚、減薄是判斷斷裂性質(zhì)、活動期與同生性的重要依據(jù)之一。

2) NNE向斷裂屬于海西期斷裂,在晚奧陶世桑塔木組沉積時左行壓扭形成,中晚志留世轉(zhuǎn)為左行張扭活動。NEE,NWW向斷裂屬于加里東早期形成的斷裂,在中寒武世共軛剪切形成,NWW在中寒武世后停止活動,NEE斷裂在晚奧陶世良里塔格組沉積時發(fā)生右行張扭,在良里塔格組沉積后停止活動。斷裂活動的方向、期次及應力場特征與區(qū)域構造和造山帶表現(xiàn)的特征一致。

3) 走滑斷裂是研究區(qū)儲層改造、溝通寒武系烴源巖和儲集層的關鍵因素,巖溶的分布受到3期斷裂的共同控制。奧陶系蓬萊壩組、鷹山組和一間房組灰?guī)r弱振幅反射背景中出現(xiàn)的串珠狀和片狀強振幅異?？赡軐儆跓嵋喝芪g作用形成的串珠狀與片狀縫洞型儲層,斷裂帶附近奧陶系碳酸鹽巖巖溶和裂縫儲層更發(fā)育,斷裂是該區(qū)油氣成藏和控制高產(chǎn)井的一個重要因素。

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(編輯：戴春秋)

Characteristics of strike-slip fault belt and its hydrocarbon geological significance in the eastern area of central Tarim Basin

DONG Machao1,2,LV Haitao3,PU Renhai1,CAO Zicheng3

(1.StateKeyLaboratoryofContinentalDynamics,DepartmentofGeology,NorthwestUniversity,Xi’an710069,China;2.HydrocarbonProductionEngineeringServiceCenter,SinopecNorthChinaE&PCompany,Xianyang712000,China;3.ResearchInstituteofExploration&Production,SinopecNorthwestCompany,Urumqi830011,China)

Three sets of vertical strike-slip faults trending NNE,NEE and NWW exist in the eastern area of central Tarim Basin.They cut the strata from Cambrian to Carboniferous.Up-warp or down-warp reflection phenomenon along fault belts exists in 3D seismic profiles.Detailed 3D seismic interpretation shows that the up-warp or down-warp variation is related to the difference in thickness between the fault belt and its bilateral sides.The down-warp phenomenon in fault belt corresponds to the thickness increasing of strata in fault belt and it is considered as a result from the fault tenso-shear activities.The up-warp in fault belt corresponds to the thickness decreasing of the stratum in fault belt and it is generated from fault compresso-shear activities.Therefore,three active periods of the faults have been concluded.NNE trending fault develops in late Ordovician Sangtamu formation deposition period,and goes through four stages,from left-lateral compresso-shear activities to left-lateral tenso-shear activities,then static and finally tenso-shear activities.NEE and NWW trending faults which were conjugated tenso-shear develops in Middle Cambrian,and the later one stops activity after the Middle Cambrian,however,the former one keeps tenso-shear property until the late Ordovician Lianglitage formation.In this region,hydrothermal karsts reservoir are widely distributed in carbonate rocks of Ordovician Penglaiba formation,Yingshan formation and Yijianfang formation.The three sets strike-slip faults take an important role in the generation of karst reservoir formation and hydrocarbon accumulation.

the eastern area of central Tarim Basin,strike-slip fault,up-warp and down-warp,active stages,karst

2015-11-26;改回日期：2016-05-04。

董馬超(1990—),男,碩士,主要從事地震資料解釋工作。

蒲仁海(1962—),男,教授,研究方向為油氣勘探、地震資料解釋。

國家自然科學基金項目(41390451)和中國石油化工股份有限公司西北油田分公司項目(KY2013-S-033)聯(lián)合資助。

This research is financially supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No.41390451) and the Science Project of SINOPEC Northwest Oilfield Company (Grant No.KY2013-S-033).

P631

A

1000-1441(2016)06-0840-11

10.3969/j.issn.1000-1441.2016.06.009