趙樂強，賈凡建，曹 劍，劉 慧，邊雪梅，高劍雄

(1. 中國石化 勝利油田分公司，山東 東營 257000； 2. 南京大學 地球科學與工程學院， 南京 210023)

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準噶爾盆地西北地區(qū)斷層內(nèi)流體活動過程及對斷層啟閉性的影響

趙樂強1，賈凡建1，曹 劍2，劉 慧1，邊雪梅1，高劍雄1

(1. 中國石化 勝利油田分公司，山東 東營 257000； 2. 南京大學 地球科學與工程學院， 南京 210023)

利用野外、鉆井、測井和地球化學分析等資料，對準噶爾盆地西北地區(qū)斷層內(nèi)流體活動過程及對斷層啟閉性的影響進行了研究。準西北地區(qū)斷層發(fā)生過4期流體活動：斷層形成初期，滑動破碎帶受力最為集中，破碎較為嚴重，一期幔源流體首先進入滑動破碎帶，并不斷析出礦物充填其中，物性變差；二期幔源流體在滑動破碎帶物性較好的部位穿插運移，膠結(jié)形成的礦物與一期形成的礦物脈體將滑動破碎帶封堵；三期盆源流體主要在物性較好的主動盤裂縫帶內(nèi)運移，少部分進入被動盤誘導裂縫帶；四期大氣降水在斷層物性較好的主動盤誘導裂縫帶和被動盤誘導裂縫帶內(nèi)活動，初期主要以溶蝕作用為主，后期膠結(jié)作用較為強烈。由于第三期盆源流體活動期間，往往也是盆內(nèi)大規(guī)模油氣排烴時期，流體中往往含有大量油氣，因此油氣的運移主要在主動盤誘導裂縫帶內(nèi)進行，其次為被動盤誘導裂縫帶，滑動破碎帶實際上起封閉作用，不輸導油氣。

流體活動；斷層啟閉性；斷層結(jié)構(gòu)；準西北；準噶爾盆地

斷層內(nèi)流體活動與斷層啟閉機制一直以來是國內(nèi)外關(guān)注的熱點與難點，許多學者對此開展了大量研究工作，并取得了一些重要進展。已經(jīng)認識到斷層是流體運移的重要通道[1]，流體活動主要在斷層結(jié)構(gòu)帶內(nèi)進行[2]，且多呈幕式性[3]等。盡管進展很多，但仍有一些關(guān)鍵問題認識還不太清楚，如流體來源構(gòu)成[4]、流體在斷層內(nèi)運移的過程及活動規(guī)律[5-6]、流體活動對斷層本身啟閉性的影響[7]等。這些問題在較大程度上制約著對斷層啟閉機制的認識，進而影響到斷層輸導與遮擋性評價。準噶爾盆地西北地區(qū)(簡稱準西北地區(qū))斷層大量發(fā)育，地質(zhì)歷史時期這些斷層內(nèi)流體非?；钴S[8-9]，在油氣運移聚集中起到了極為重要的作用[10]，但前人對該地區(qū)斷層內(nèi)流體活動及其對斷層啟閉性的影響研究較少。本文針對準西北地區(qū)斷層結(jié)構(gòu)帶地質(zhì)特點，深入分析流體在斷層各結(jié)構(gòu)帶內(nèi)的活動過程，總結(jié)活動模式，明確流體活動與斷層結(jié)構(gòu)帶物性的關(guān)系，揭示流體活動對斷層啟閉性的影響，以期為不斷深化斷層啟閉機制的認識提供重要依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

準西北地區(qū)發(fā)育高陡右行走滑性質(zhì)的斷裂和正花狀構(gòu)造帶，該構(gòu)造帶發(fā)育于二疊紀末—三疊紀，與達爾布特斷裂同步，新生代發(fā)生左行走滑，但沒有改變準西北地區(qū)的變形[11]，圍繞主斷層派生了眾多與其平行或斜交的不同級別的斷層，并彼此交叉疊加。根據(jù)各地區(qū)的構(gòu)造變形時期、變形樣式、變形機制及地層展布特征，可將準西北地區(qū)斷層由西南向東北，分割為南北向的紅車斷層帶、北東向的克百斷層帶與北東東—東西向的烏夏斷層帶3段[12-14]。區(qū)內(nèi)斷層主要包括：達爾布特斷層、艾卡斷層帶、紅車斷層帶、紅3井東斷層、克拉瑪依斷層、南白堿灘斷層、百烏斷層、夏紅北斷層、夏紅南斷層、烏蘭林格斷層(圖1)。

2 斷層內(nèi)流體活動過程及模式

斷層結(jié)構(gòu)體內(nèi)脈體的研究可以反映其內(nèi)部流體的成巖演化，筆者利用地球化學分析，對準西北地區(qū)斷層帶內(nèi)流體活動過程進行了研究。

2.1 流體來源及性質(zhì)

研究區(qū)內(nèi)87Sr/86Sr比值小于現(xiàn)代海水中的該值(87Sr/86Sr平均值0.709 073)，有的樣品甚至小于顯生宙以來海洋中87Sr/86Sr演化的最低值(0.707)，說明斷層內(nèi)鍶同位素組成上存在幔源鍶的影響，而大部分樣品87Sr/86Sr比值又高于幔源鍶邊界，說明碳酸鹽礦物中鍶同位素同時受到了幔源鍶和殼源鍶的雙重影響。從87Sr/86Sr比值與深度分布圖(圖2)上可以看出，87Sr/86Sr比值主要集中在3個區(qū)域，分別代表了3種不同成因類型的碳酸鹽礦物。其中，87Sr/86Sr比值小于0.703 5的應(yīng)該是幔源流體形成的方解石脈體；埋藏深度較淺、87Sr/86Sr比值范圍為0.704 902～0.705 836的樣品主要受大氣降水的影響，溶蝕之后再次膠結(jié)形成方解石脈體；深層87Sr/86Sr比值范圍為0.707 064～0.707 415的樣品是盆源流體形成的方解石脈體。

圖1 準西北地區(qū)斷層平面分布Fig.1 Distribution of faults in the northwestern Junggar Basin

碳、氧同位素測試結(jié)果(圖3)反映研究區(qū)內(nèi)斷層流體具有3種來源。δ13CPDB值范圍為-2.97‰～0.73‰，位于正常地幔來源δ13C值[15]附近，相對應(yīng)的氧同位素值為-14.46‰～-12.13‰，高負值特征反映形成方解石的流體介質(zhì)溫度較高，說明脈體來源于地幔流體。δ13CPDB值范圍為-10.05‰～-6.62‰，位于大氣CO2的δ13C值[16]附近，氧同位素值范圍為-13.72‰～-9.95‰，雖然與火山熱液成因的方解石相比，其氧同位素值偏負程度有所下降，這可能是氧同位素的分餾效應(yīng)使得淺埋藏低溫環(huán)境下更為富集18O，反映流體來源于大氣降水。因此，早期火山熱液成因方解石在經(jīng)歷大氣水改造后，其碳同位素值趨于偏輕，而氧同位素趨于偏重。δ13C值范圍為-4.09‰～-5.52‰的樣品，是后期盆源流體對早期火山熱液成因的方解石進行疊加改造。由于后期流體充注時間較晚[17]，使得方解石的碳同位素交換程度并不高，因而混入方解石的有機碳并不足以對樣品的碳同位素造成較大負向偏移。此外，相對應(yīng)的氧同位素測試值極為接近，總體較火山熱液成因的方解石樣品的氧同位素稍重，這也可能是后期油源地層流體具有比火山熱液較低的介質(zhì)溫度所引起的氧同位素分餾效應(yīng)造成的。

圖2 準西北地區(qū)斷層內(nèi)方解石脈鍶同位素比值與深度關(guān)系Fig.2 Relationship between Sr isotopic ratio of calcite veins in faults and depth in the northwestern Junggar Basin

圖3 準西北地區(qū)斷層內(nèi)方解石δ13CPDB和δ18OPDB關(guān)系Fig.3 Relationship between δ13CPDB and δ18OPDBof calcites in faults in the northwestern Junggar Basin

2.2 流體活動期次

2.2.1 包裹體均一化溫度

達爾布特斷層帶中的流體包裹體很少、且較小，主要為鹽水包裹體，未見含油氣的包裹體。包裹體均一溫度變化范圍很大，反映了流體復雜的活動特點?？傮w來看，脈體包裹體記錄了4期流體活動：其中，第一期流體的活動規(guī)模較大，均一化溫度為210～230 ℃；第二期流體的活動規(guī)模較小，均一化溫度為160～180 ℃。兩期流體包裹體的溫度明顯偏高，偏離了準噶爾盆地正常的地溫演化曲線[18]，表明這類較高溫度流體可能與深層流體活動有關(guān)，綜合判斷為幔源硅酸質(zhì)流體和碳酸質(zhì)流體；第三期均一化溫度為90～110 ℃，反映盆源碳酸質(zhì)流體；第四期均一化溫度小于70 ℃，為大氣降水(圖4a)。

烏夏斷層帶哈山地區(qū)的井下石炭系構(gòu)造裂縫中的方解石脈流體包裹體均一化溫度的測試結(jié)果表明，脈體包裹體同樣記錄了4期流體活動(圖4b)：第一期為幔源流體，具有異常高的均一化溫度，為160～170 ℃；第二、三期為盆源流體，均一化溫度分別為80～90 ℃和100～120 ℃；第四期為大氣降水，具有異常低的均一化溫度，小于55 ℃。

克百斷層帶被動盤流體包裹體均一化溫度測試結(jié)果(圖4c)表明：其均一化溫度分布范圍廣，但有2個明顯的眾數(shù)區(qū)，即70～100 ℃和110～140 ℃，且對高異常溫度的深部流體和低異常溫度的大氣降水的記錄都不完整，其主要溫度區(qū)間與地區(qū)的含油氣流體充注溫度一致，可能為含油氣流體，但包裹體的量很少。被動盤樣品的鹽度分布范圍窄，表現(xiàn)為低鹽度區(qū)。鹽度分布單一、缺少多源流體混合的特點，說明其流體活動性較弱。

圖4 準西北地區(qū)斷層包裹體均一化溫度直方圖Fig.4 Histograms of homogenization temperature of inclusions in faults in the northwestern Junggar Basin

紅車斷層帶上流體包裹體測溫結(jié)果揭示了紅車斷層是流體頻繁活動的重要場所和通道。斷層上有4次大規(guī)模的流體活動(圖4d)，對應(yīng)的均一化溫度為：70～90，100～130，150～170，200～220 ℃。前兩期的流體包裹體為鹽水包裹體和烴類包裹體共生，顯示為含油氣流體沿斷層活動的記錄；后兩期流體包裹體均一化溫度較高，為深部熱液流體沿斷層活動的記錄。

2.2.2 微量元素分析

鏡下觀察達爾布特斷層帶裂縫中樣品脈體特征發(fā)現(xiàn)(圖5a)，早期幔源石英脈體裂縫中充填有后期幔源石英脈體和盆源方解石脈，而盆源方解石脈又經(jīng)過大氣降水淋濾出現(xiàn)了溶蝕，上述脈體結(jié)構(gòu)特征顯示了4期流體活動：第一、二期為幔源硅酸質(zhì)流體，形成形態(tài)不同的石英脈，第二期石英脈充填在第一期石英脈的構(gòu)造裂縫中；第三期為盆源碳酸質(zhì)流體，形成方解石脈體，同樣是充填在第一期石英脈的構(gòu)造裂縫中；第四期為大氣降水，其對先形成的易于蝕變的方解石進行蝕變。

烏夏斷層主動盤誘導裂縫帶掃描電鏡顯示(圖5b)，幔源石英和方解石脈體、盆源方解石脈體與裂縫中大氣降水淋濾侵蝕區(qū)相互穿插交錯，顯示烏夏斷層帶經(jīng)歷了4期流體活動：第一期為幔源的硅酸質(zhì)流體，形成石英脈；第二期為幔源碳酸質(zhì)流體，形成方解石脈；第三期為盆源碳酸質(zhì)流體，形成方解石脈；第四期為大氣降水，僅局限于淺層巖石裂縫中。

圖5 準西北地區(qū)斷層脈體電子探針圖像 a.達爾布特主斷層帶；b.烏夏斷層帶；c.克百斷層帶；d.紅車斷層帶Fig.5 Electron microprobe images of fault veins in the northwestern Junggar Basin

在紅車斷層帶排666井1 116.9 m處裂縫中脈體121ar-1點處形成由內(nèi)向外生長的石英環(huán)帶結(jié)構(gòu)(似樹之年輪)(圖5c)，具有多幕特征，至少應(yīng)有10余個，流體性質(zhì)較為均一，顯示為同期流體，而121ar-1點處石英與121ar-2點處有差異，說明是后期幔源硅酸質(zhì)流體活動的結(jié)果。121ar-3點處形成的幔源方解石脈體與121ar-4點處盆源碳酸質(zhì)流體均形成方解石脈相互疊置，反映了第三期流體與第四期流體活動的先后關(guān)系。

對克百斷層帶被動盤426井巖石樣品的脈體進行掃描電鏡分析發(fā)現(xiàn)，其記錄了3期流體活動(圖5d)：早期火山物質(zhì)溶蝕溶解后與地層水結(jié)合，形成長石類礦物；后期長石類礦物被溶解后，形成方解石沉淀。

以上證據(jù)顯示，準西北地區(qū)斷層內(nèi)至少發(fā)生過4期流體活動：第一期為幔源硅酸質(zhì)流體，第二期為幔源硅酸質(zhì)或碳酸質(zhì)流體，第三期為盆源碳酸質(zhì)流體，第四期為大氣降水淋濾侵蝕。

2.3 流體活動順序

根據(jù)對流體來源、活動期次、活動場所及運移路徑的分析，建立了準西北地區(qū)斷層內(nèi)流體的活動模式(圖6)。

準西北地區(qū)深大斷層形成初期向下溝通深部流體，由于滑動破碎帶物性及連通性最好，第一期幔源硅酸質(zhì)流體首先進入滑動破碎帶并向上運移，部分流體進入物性較好、靠近滑動破碎帶上部的主動盤誘導裂縫帶中；在幔源硅酸質(zhì)流體運移過程中不斷沉淀，形成石英充填于裂縫中，物性由下向上逐漸變差。第二期幔源硅酸質(zhì)和碳酸質(zhì)流體在滑動破碎帶物性較好的部位穿插運移，石英和方解石與第一期形成的石英脈相互穿插，將滑動破碎帶封堵。當?shù)谌谂柙刺妓猁}流體活動時，受第一、二期幔源硅酸質(zhì)和碳酸質(zhì)流體的影響，盆源碳酸質(zhì)流體主要在物性較好的主動盤誘導裂縫帶內(nèi)運移，少部分也會進入被動盤誘導裂縫帶內(nèi)運移。隨著盆源碳酸鹽流體活動的進行，大量碳酸鹽不斷沉淀形成方解石充填于裂縫中，主動盤誘導裂縫帶和被動盤誘導裂縫帶的物性由靠近滑動破碎帶的內(nèi)部逐漸向外部變差。而后期的盆源碳酸質(zhì)流體則選擇進入裂縫帶外側(cè)物性仍較好的部位運移，直至完全封閉為止。由于盆源碳酸質(zhì)流體活動期間，往往也是盆內(nèi)大規(guī)模油氣排烴時期，流體中往往含有大量油氣，因此油氣的運移主要在主動盤誘導裂縫帶內(nèi)進行，其次為被動盤誘導裂縫帶，滑動破碎帶實際上起封閉作用，不輸導油氣。

圖6 準西北地區(qū)斷層內(nèi)流體活動模式Fig.6 Fluid activity model of faults in the northwestern Junggar Basin

當斷層斷至地表淺部位時，大氣降水在斷層物性較好的主動盤誘導裂縫帶和被動盤誘導裂縫帶內(nèi)活動。大氣降水礦物含量較低，初期主要以溶蝕作用為主，隨著流體中礦物含量的增加，部分礦物因飽和而析出，造成后期膠結(jié)作用較為強烈，此時，斷層結(jié)構(gòu)帶物性變差，趨向封閉。

3 結(jié)論

(1)準西北地區(qū)斷層內(nèi)至少發(fā)生了4期流體活動：第一、二期為幔源硅酸質(zhì)和碳酸質(zhì)流體，其中第一期流體的活動規(guī)模較大，第二期流體的活動規(guī)模較小，滑動破碎帶是其主要活動場所，膠結(jié)形成的石英和方解石脈體將裂縫完全封堵，物性由下向上逐漸變差，后期滑動破碎帶主要起封堵作用；第三期為盆源碳酸質(zhì)流體，活動場所主要集中在主動盤誘導裂縫帶，少部分在被動盤誘導裂縫帶，后期受成巖作用影響，連通性由內(nèi)向外逐漸變差；第四期為大氣降水，初期以溶蝕作用為主，改善了斷層各結(jié)構(gòu)帶的物性，后期以膠結(jié)作用為主，斷層逐漸封閉。因此，在大氣降水發(fā)生影響的一定深度范圍內(nèi)，斷層表現(xiàn)為上部開啟，下部封閉的特征。

(2)從流體活動對斷層啟閉性的影響來看，要評價一個斷層是否有利于油氣的輸導或遮擋，關(guān)鍵是分析斷層發(fā)育期、斷層內(nèi)流體活動成巖期和含油氣流體充注期的匹配關(guān)系。一般來說，流體活動期與斷層活動期基本同步或稍晚，流體成巖則是要在斷層平靜后達到一定物化平衡的環(huán)境下進行的，而油氣充注期晚于成巖期。由于多期流體活動會導致多期成巖期的發(fā)生，只有當晚于完全成巖期時，斷層才有利于輸導，否則，斷層則起遮擋作用。

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(編輯 韓 彧)

Fluid activity in faults in the northwestern Junggar Basin and its influence on fault opening and sealing

Zhao Leqiang1, Jia Fanjian1, Cao Jian2, Liu Hui1, Bian Xuemei1, Gao Jianxiong1

(1.SINOPECShengliOilfieldCompany,Dongying,Shandong257000,China; 2.SchoolofEarthandEngineering,NanjingUniversity,Nanjing,Jiangsu210023,China)

The fluid flow process and its effect on fault opening and sealing in the northwestern Junggar Basin were studied based on field outcrop, drilling, logging and geochemical analyses. Four stages of fluid activities have occurred. During the early period of fault formation, the sliding fracture zone got the most concentrated force and was extensively crushed. The first phase of mantle-derived fluid entered the sliding fracture zone and continuously precipitated minerals, which made physical properties become worse. The second phase of mantle-derived fluid migrated in the parts where physical properties were relatively better in the sliding fractured zone. The cemented minerals and the mineral veins formed in the first phase closed the sliding fracture zone. The third phase of fluid from the basin mainly migrated in the fracture zone of the active wall where physical properties were relatively better, and a small part entered the induced fracture zone of the passive wall. In the fourth phase, atmospheric precipitation entered the induced fracture zones of the active wall and the passive wall where physical properties were relatively better. In the initial stage, dissolution was essential, while in the late stage cementation was stronger. When the fluid from the basin was active in the third phase, large-scale hydrocarbon was expelled from the basin. As a result, the fluid often contained large amounts of oil and gas. Hydrocarbon mainly migrated in the induced fracture zone of the active wall, and secondly in the induced fracture zone of the passive wall. The sliding fracture zone played the role of closure not transport.

fluid activity; fault opening and sealing; fault structure; northwestern Junggar Basin; Junggar Basin

1001-6112(2017)04-0461-06

10.11781/sysydz201704461

2017-01-05；

2017-05-15。

趙樂強(1972—)，男，高級工程師，從事石油地質(zhì)研究。E-mail：zhaoleqiang196.slyt@sinopec.com。

國家科技重大專項“準噶爾盆地碎屑巖層系油氣富集規(guī)律與勘探評價”(2016ZX05002-002)和中國石化科技攻關(guān)項目“準噶爾盆地壓扭性斷裂體系控藏作用研究”(P14066)聯(lián)合資助。

TE121.1

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