梁舒藝，洪揚(yáng)，崔立杰

（1.中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300452；2.中國(guó)石油渤海鉆探工程有限公司第三鉆井工程分公司，天津 300280；3.中國(guó)石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)學(xué)院，山東 青島 266580）

走滑斷層由斷面兩側(cè)巖塊作平行于斷層走向的水平運(yùn)動(dòng)而形成，常形成復(fù)雜的斷裂構(gòu)造體系[1-2]。研究表明[3-6]，各大含油氣盆地中，走滑斷裂與油氣富集的關(guān)系密切。準(zhǔn)噶爾盆地作為多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)疊加的復(fù)合盆地[7]，已證實(shí)盆緣區(qū)的走滑斷層是溝通深層油源的有效運(yùn)移通道，主走滑帶及其分支斷層的封閉性直接控制斷背斜、斷塊等構(gòu)造圈閉的成藏[8-11]。而在遠(yuǎn)離盆緣造山帶的盆腹區(qū)——盆1井西凹陷東環(huán)帶，已發(fā)現(xiàn)多個(gè)侏羅系斷塊油氣田，但存在上、下盤油氣富集的差異，且成藏與正斷層旋轉(zhuǎn)方向有關(guān)。斷層兩盤在地震剖面上同時(shí)表現(xiàn)出正、逆2種斷層，以及相鄰地震剖面上的斷層傾向相反等現(xiàn)象，均暗示著盆腹區(qū)有張扭機(jī)制的應(yīng)力發(fā)育。本文在盆山一體化研究思路的指導(dǎo)下，針對(duì)盆1井西凹陷東環(huán)帶中生代張扭斷裂體系，首次將盆腹區(qū)的走滑應(yīng)力機(jī)制與盆緣造山帶置于同一構(gòu)造背景中進(jìn)行研究，探討壓扭走滑成因機(jī)理、斷層封閉性及其對(duì)油氣成藏的控制作用，以期對(duì)盆緣造山帶和盆腹區(qū)的構(gòu)造演化過(guò)程、應(yīng)力機(jī)制及其對(duì)油氣控藏作用的研究有借鑒意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

準(zhǔn)噶爾盆地周緣為褶皺山系所環(huán)繞，形似三角形，東北緣為青格里底山和克拉美麗山，南緣為天山山脈。盆1井西凹陷為盆腹區(qū)的一個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元，其東環(huán)帶，即夏鹽凸起、石西凸起、滴南凸起、莫北凸起等環(huán)形區(qū)域（見(jiàn)圖1），已相繼發(fā)現(xiàn)了莫北油氣田等5個(gè)油氣田，均以侏羅系為主要出油層系，并發(fā)育與斷層有關(guān)的斷層型、斷層-巖性復(fù)合型等圈閉及油氣藏。

圖1 研究區(qū)位置

盆腹區(qū)經(jīng)歷了二疊紀(jì)—三疊紀(jì)斷陷擠壓、侏羅紀(jì)拗陷拉張，以及白堊紀(jì)—第四紀(jì)拗陷萎縮等三大構(gòu)造演化階段[12]，形成了深層古生界—三疊系逆斷層和中淺層侏羅系正斷層兩大斷裂系統(tǒng)，深層斷裂為油源斷裂，中淺層斷裂為油氣運(yùn)移和遮擋斷裂。其中，侏羅系拉張型正斷層在地震剖面及平面組合特征上均具備走滑斷裂體系的發(fā)育特征，其空間發(fā)育及斷層封閉性均對(duì)盆1井西凹陷東環(huán)帶的油氣成藏有重要影響。

2 走滑斷裂地震剖面特征

根據(jù)三維地震資料斷點(diǎn)的組合與閉合校正，在研究區(qū)發(fā)現(xiàn)了多種走滑斷層分布樣式，較典型的有花狀、半花狀走滑斷層、反花狀走滑斷層、無(wú)分支單根狀走滑斷層。

花狀構(gòu)造是地震剖面上識(shí)別和判斷走滑斷層的關(guān)鍵依據(jù)[13]。本次依托盆1井西凹陷東環(huán)帶的三維連片重新處理資料，在盆1井西凹陷與莫北凸起過(guò)渡的斜坡區(qū)（莫北13、莫北18井區(qū)）及夏鹽凸起（石南13井區(qū)）上發(fā)現(xiàn)了許多明顯的侏羅系斷層痕跡，根據(jù)斷點(diǎn)的組合分析和閉合校正，在剖面上解釋出明顯的花狀構(gòu)造，平面組合樣式為帚狀、馬尾狀。剖面上的花狀構(gòu)造表現(xiàn)為“花枝”不對(duì)稱、產(chǎn)狀陡、同相軸錯(cuò)動(dòng)規(guī)模小。主斷層地震反射同相軸錯(cuò)動(dòng)明顯，產(chǎn)狀近于直立，向下可切穿二疊系，向上至白堊系，其兩側(cè)分支斷層傾向相反，整體顯示正花狀構(gòu)造特征（見(jiàn)圖2）。

圖2 莫北5井區(qū)三維走滑斷裂解釋剖面

沿盆1井西凹陷東環(huán)帶由北向南，正花狀構(gòu)造漸變?yōu)椴粚?duì)稱花狀、半花狀構(gòu)造，呈NNE走向的左旋錯(cuò)動(dòng)，其兩側(cè)的分支斷層呈不對(duì)稱分布或不發(fā)育分支斷層，向南漸變?yōu)闊o(wú)分支的單根狀（見(jiàn)圖3、圖4）。

圖3 研究區(qū)斷裂分布

圖4 盆1井西凹陷東環(huán)帶三維連片走滑斷裂地震解釋剖面

盆1井西凹陷東環(huán)帶走滑斷裂平面組合關(guān)系典型樣式有平行式、帚狀、雁列式、斜交式、馬尾狀等。其中，凹陷東環(huán)帶區(qū)的NE向、NEE向走滑主斷裂面主要呈平行式排列，與分支斷裂間常有斜交式排列。莫北凸起南段典型的馬尾狀斷裂組合樣式、北段的帚狀-雁列式斷裂組合樣式也是走滑構(gòu)造常見(jiàn)的特征。

3 伸展-走滑斷裂形成機(jī)制

以莫北凸起為代表的近NE向的張扭斷裂帶成因機(jī)制與盆地東北緣的克拉美麗造山帶的構(gòu)造演化及克拉美麗斷裂帶走滑機(jī)制密切相關(guān)。

3.1 克拉美麗造山帶的構(gòu)造特征

盆地東北緣的克拉美麗造山帶，經(jīng)歷了早古生代拉張收縮和晚古生代閉合、焊接、碰撞造山過(guò)程[7]，以及海西末期—印支早期逆沖推覆等動(dòng)力學(xué)背景。逆沖構(gòu)造主軸線與山體走向一致，形成近NWW走向的克拉美麗斷裂帶，出露地表（長(zhǎng)300 km，寬10～30 km）（見(jiàn)圖5）。地面露頭以泥盆系、石炭系和侵入巖體（基性和超基性）為主?？死利悢嗔褞?nèi)的斷裂分為2類：一類沿蛇綠巖縫合線呈NW向展布，是逆沖推覆構(gòu)造主軸線的中央主斷裂；另一類是分支斷裂，與主斷裂低角度相交，波狀分布?？死利悢嗔褞鞅倍畏种嗔阎銧畎l(fā)散，切開(kāi)花崗巖體，右旋水平位移錯(cuò)動(dòng)明顯。另外，克拉美麗山前的石炭系褶皺軸向呈NEE向，與主斷裂呈角度相交，也指示了造山帶主斷裂走滑作用[14]。

圖5 克拉美麗造山帶地質(zhì)圖及斷裂帶分布

衛(wèi)星照片上的克拉美麗斷裂及其分支斷裂也清晰可見(jiàn)（見(jiàn)圖6a），主斷裂以北的分支斷裂多與主斷裂低角度相交，且切開(kāi)花崗巖體，右旋水平位移錯(cuò)動(dòng)明顯，花崗巖被錯(cuò)斷的水平位移最大在15 km，推算主斷裂的水平位移距離應(yīng)大于15 km。在主斷裂的西端，即國(guó)道G216以西，主斷裂北側(cè)的塊體表現(xiàn)出ES方向的位移，也指示了克拉美麗斷裂右旋走滑的性質(zhì)。在主斷裂東段與省道S228相交處（即拍攝處），公路旁出露的斷裂帶寬約30 m，巖石破碎強(qiáng)烈，斷層角礫巖發(fā)育，可見(jiàn)擠壓錯(cuò)動(dòng)造成的構(gòu)造透鏡體 （見(jiàn)圖6b）。在斷裂帶中心，可觀察到后期的構(gòu)造侵入體和剪切作用導(dǎo)致巖體混雜錯(cuò)動(dòng)的斷層面上的水平擦痕（見(jiàn)圖6c）。

圖6 克拉美麗斷裂帶衛(wèi)星照片解譯及野外地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象

綜上所述，克拉美麗斷裂帶在海西末期形成，受SN向持續(xù)擠壓應(yīng)力作用，海西末期—印支早期在逆沖推覆的構(gòu)造背景下發(fā)生右旋走滑位移，同時(shí)伴生低角度相交的分支斷裂。

3.2 受力分析

依據(jù)地質(zhì)圖的斷裂平面分布、衛(wèi)星照片解譯及野外露頭擦痕、斷層角礫巖、巖體錯(cuò)動(dòng)、走滑派生的褶皺軸向等走滑構(gòu)造指征，依據(jù)Sylvester簡(jiǎn)單剪切模式，對(duì)克拉美麗主斷裂和盆1井西凹陷東環(huán)帶發(fā)育的分支斷裂的力學(xué)成因機(jī)制進(jìn)行了解譯[1]（見(jiàn)圖7）。

圖7 盆腹區(qū)NE向張扭斷裂帶力學(xué)成因模式

克拉美麗走滑斷裂為主位移帶（PDZ），在主位移帶活動(dòng)早期，位于克拉美麗斷裂兩側(cè)的次級(jí)斷裂（包括三個(gè)泉北斷裂等），均與主斷裂呈近30°相交，相當(dāng)于P和R剪切面，共同構(gòu)成大型的走滑斷裂帶，同時(shí)出現(xiàn)雁列式派生構(gòu)造。研究區(qū)內(nèi)石東鼻凸、莫北凸起的NE向斷裂，以及鄰區(qū)東道海子凹陷和白家海凸起的邊界斷裂與克拉美麗斷裂近于垂直相交，相當(dāng)于R′剪切面，且克拉美麗斷裂旋向（右旋）與研究區(qū)的NE向斷裂旋向（左旋）相反，符合Sylvester簡(jiǎn)單剪切模式?？拷鲃?dòng)力源——克拉美麗走滑主斷裂較近的白家海斷裂和沙西斷裂，走滑位移規(guī)模較大；莫北凸起等遠(yuǎn)離主動(dòng)力源的區(qū)帶，走滑規(guī)模相對(duì)較小。

燕山期白堊系沉積前，莫北凸起、滴南凸起、石東鼻凸和白家海凸起的翼部深層斷裂發(fā)生剪切作用，深層斷裂活動(dòng)對(duì)侏羅系蓋層產(chǎn)生輕微走滑撕裂作用，形成一系列張性雁列式構(gòu)造[14]。另外，燕山期構(gòu)造活動(dòng)對(duì)早期印支期發(fā)育的走滑斷裂還具有一定的疊加改造。部分印支期初始發(fā)育的走滑斷裂在燕山期持續(xù)活動(dòng)，2種走滑應(yīng)力機(jī)制相得益彰，加上燕山期伸展拉張的構(gòu)造演化背景，構(gòu)成了盆1井西凹陷東環(huán)帶侏羅系NE走向的張扭性走滑斷裂體系。因其處在盆腹區(qū)，受喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)期活動(dòng)的改造較弱，白堊紀(jì)基本處于穩(wěn)定期，未再持續(xù)活動(dòng)。

4 控藏作用

盆1井西凹陷東環(huán)帶油氣勘探實(shí)踐表明，燕山期的伸展-走滑斷裂與油氣成藏及富集的關(guān)系密切，斷塊圈閉的有效性取決于斷層活動(dòng)靜止后的封閉性。

斷裂在靜止期，側(cè)向上依靠泥巖涂抹、砂泥對(duì)接等形成封閉，后期成巖作用及原油氧化或生物降解作用導(dǎo)致原油密度增加而稠化，從而造成瀝青封堵，斷裂最終形成封閉[15-16]。本次封閉性評(píng)價(jià)基于斷層巖的泥質(zhì)含量法[17-18]，以位于盆1井西凹陷東北環(huán)帶夏鹽凸起上的斷鼻型構(gòu)造油藏——石南13井區(qū)的走滑斷裂為例，對(duì)泥巖涂抹封閉性、高泥質(zhì)含量的斷層側(cè)向封閉性和垂向封閉性的評(píng)價(jià)方法進(jìn)行定量研究和探討。

由地震資料精細(xì)解釋確定垂向斷距，通過(guò)野外觀察并測(cè)量走滑擦痕方向，確定了張應(yīng)力與剪應(yīng)力（走滑）之間的夾角以及斷裂側(cè)向滑動(dòng)的方位，依據(jù)Yielding等[18]的計(jì)算方法，可計(jì)算出走滑斷層泥比率（SSGR）。在石南13井鉆井、錄井、測(cè)井資料，以及巖心分析落實(shí)地層、巖性的基礎(chǔ)上，建立了目的層——侏羅系三工河組二段的巖性配置關(guān)系（見(jiàn)圖8，剖面位置見(jiàn)圖1）。

圖8 石南13井區(qū)斷層體系封閉性評(píng)價(jià)

采用斷面應(yīng)力（p）、泥質(zhì)充填指數(shù)（Rm）、SSGR、斷層緊閉指數(shù)（IFT）[19]等參數(shù)，綜合定量評(píng)價(jià)斷層封閉性。IFT是斷面應(yīng)力與巖石抗壓強(qiáng)度的比值，用來(lái)衡量斷面的緊閉程度，從而確定斷層的垂向封閉性。當(dāng)SSGR≥0.25時(shí)，在斷裂帶內(nèi)可形成比較連續(xù)的泥巖涂抹封閉[18]；當(dāng) IFT 為 0.75～1.00 時(shí)，斷層垂向封閉性較好；當(dāng)IFT＞1.00時(shí)，斷層垂向封閉性好，封堵油氣能力強(qiáng)[15，19]。通過(guò)單因素計(jì)算和多因素綜合評(píng)價(jià)可知，侏羅系三工河組二段的砂體封閉性差，其中只有B，b砂體封閉性好（見(jiàn)表1）。石南13井區(qū)構(gòu)造位置偏低，試油結(jié)果為油水同層，斷裂對(duì)B，b砂體形成封閉，自石南13井點(diǎn)向上傾方向至走滑斷裂封閉處，近7 km2的面積已報(bào)石油控制儲(chǔ)量。

表1 石南13井區(qū)北斷裂斷層封閉性綜合評(píng)價(jià)

依此方法，對(duì)盆1井西凹陷東環(huán)帶的石東鼻凸、莫北凸起等與NE向走滑斷裂相關(guān)的斷塊圈閉均進(jìn)行了斷裂封閉性評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際試油結(jié)果吻合較好。另外，因剪切應(yīng)力作用，應(yīng)力大量集中，在產(chǎn)生多組次級(jí)斷裂的同時(shí)，也能使儲(chǔ)層產(chǎn)生更多的微裂縫，間接促進(jìn)了次生溶蝕，顯著改善了儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能[20]。

5 結(jié)論

1）依照盆山一體化研究指導(dǎo)思路，首次將盆腹區(qū)的張扭斷裂帶應(yīng)力機(jī)制與盆緣造山帶置于同一構(gòu)造背景中研究，在克拉美麗主斷裂右旋走滑應(yīng)力機(jī)制作用下，盆腹區(qū)發(fā)育沿Sylvester簡(jiǎn)單剪切模式中的R′方向的左旋走滑斷裂。燕山期在盆地伸展構(gòu)造背景下持續(xù)活動(dòng)，形成侏羅系NE向的張扭斷裂帶。

2）張扭斷裂帶在剖面上主要發(fā)育不對(duì)稱花狀、無(wú)分支單根狀、反花狀等多種走滑斷層剖面組合樣式，其中主斷面傾角大于70°；在平面組合上呈現(xiàn)以帚狀-雁列式、平行式、斜交式和馬尾式等為主要組合樣式的走滑斷層分布特征。

3）張扭斷裂帶對(duì)研究區(qū)的油氣成藏控制作用明顯，形成斷裂-砂體復(fù)合輸導(dǎo)體系；主走滑帶及分支斷裂在成藏期的封閉性強(qiáng)，形成多個(gè)有效斷塊圈閉；斷層靜止后的封閉性可作為斷塊圈閉有效性評(píng)價(jià)的依據(jù)。