王建偉，廖 偉，曾治平，趙樂強(qiáng)，曹建軍，郭瑞超，周 健，馬 驥

（1.中國石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院，山東東營 257015；2.中國石油新疆油田分公司呼圖壁儲(chǔ)氣庫作業(yè)區(qū)，新疆克拉瑪依 834000）

準(zhǔn)噶爾盆地隸屬于中亞造山帶中部，被夾持于西伯利亞、哈薩克斯坦和塔里木板塊之間，板塊間斜向匯聚、碰撞導(dǎo)致壓扭斷層十分發(fā)育［1］。楊庚等認(rèn)為在盆緣區(qū)斷層發(fā)育規(guī)模和變形強(qiáng)度大，發(fā)育高角度逆沖推覆斷層（Thrust fault）和橫向斷層（Tear fault）［2］。逆沖推覆斷層和橫向斷層的走滑分量都比較大，地層與巖性發(fā)生突變，二維地震剖面很難平衡恢復(fù)［3］。非共軸壓扭斷層要比共軸擠壓逆沖推覆斷層復(fù)雜很多，隨著勘探程度的提高，以往被簡化成高角度逆沖推覆斷層與橫向走滑斷層的組合解釋模型需要不斷修正，從而進(jìn)一步提高壓扭斷裂帶解釋精度。

“花”狀構(gòu)造作為走滑斷層較為典型的幾何學(xué)樣式，目前已在壓扭盆地中被大量解釋出來。由于壓扭構(gòu)造變形強(qiáng)度不同，對(duì)應(yīng)的巖層破裂程度、壓扭斷層發(fā)育組系亦不同，理論上除了“花”狀構(gòu)造以外還存在其他基本組合樣式。肖陽等通過物理模擬實(shí)驗(yàn)揭示走滑斷層由基底向蓋層的傳播過程，劃分出萌芽、里德爾（R）剪切、同向（P）剪切和貫穿（Y）剪切相繼發(fā)育階段，推動(dòng)了壓扭斷層發(fā)育規(guī)律的認(rèn)識(shí)程度［4］；但遺憾的是模擬實(shí)驗(yàn)完全采用均質(zhì)石英砂材料，不同巖層能干性差異對(duì)壓扭斷層幾何學(xué)特征的控制作用尚未展現(xiàn)出來，也缺失了里德爾反向（R’）剪切斷層。碎屑巖層系的砂、泥巖層的能干性差異很大，對(duì)壓扭斷層發(fā)育過程具有重要的控制作用，這在地震傳播過程中已經(jīng)得到了充分證實(shí)［5-7］。另外，不同構(gòu)造單元、不同層系所對(duì)應(yīng)的構(gòu)造變形強(qiáng)度不完全相同，以及不同時(shí)期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的疊合演化，導(dǎo)致壓扭斷層幾何學(xué)特征和組合樣式差異很大。因此，在實(shí)際的構(gòu)造解釋過程中不應(yīng)全部都是“花”狀組合樣式的斷層，還應(yīng)發(fā)育其他一些基本組合樣式。

通過對(duì)準(zhǔn)西北緣烏夏地區(qū)壓扭斷層的野外勘查結(jié)合高密度三維地震數(shù)據(jù)體處理，解析了多個(gè)層系壓扭斷層發(fā)育特征，明確處于不同構(gòu)造變形強(qiáng)度下壓扭斷層組合樣式的變化，以期為壓扭盆地?cái)嗔褞У木?xì)解釋提供一定的理論參考。同時(shí)，結(jié)合當(dāng)前壓扭斷層油氣輸導(dǎo)能力評(píng)價(jià)進(jìn)展和勘探實(shí)踐成果，評(píng)價(jià)了不同組合樣式壓扭斷裂的油氣輸導(dǎo)能力，評(píng)價(jià)思路和結(jié)論對(duì)同類含油氣構(gòu)造單元具有很好的借鑒意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

準(zhǔn)西北緣處于扎伊爾-阿拉哈拉特造山帶與準(zhǔn)噶爾地塊之間，整體呈NE—SW 向弧形展布，自EN向WS 依次劃分為烏-夏、克-百和紅-車沖斷帶［8］。自晚古生代以來哈薩克斯坦板塊持續(xù)向準(zhǔn)噶爾板塊斜向擠壓碰撞，準(zhǔn)西北緣構(gòu)造定形于印支幕，后期又經(jīng)歷了燕山Ⅱ幕一定程度的改造，具有早強(qiáng)晚弱的構(gòu)造變形特征。研究區(qū)壓扭斷層呈多組系發(fā)育，幾何學(xué)特征比較復(fù)雜，本次研究選取烏-夏沖斷帶進(jìn)行精細(xì)解剖（圖1）。

圖1 準(zhǔn)西北緣烏-夏沖斷帶三疊系頂部斷裂體系發(fā)育特征Fig.1 Development characteristics of top fault system of the Triassic in Wuxia thrust fault in northwestern margin of Junggar Basin

研究區(qū)歷經(jīng)多期盆地充填建造，由老至新充填序列為：石炭系（C）、下二疊統(tǒng)佳木河組（P1j）及風(fēng)城組（P1f）、中二疊統(tǒng)下烏爾禾組（P2w）、上二疊統(tǒng)上烏爾禾組（P3w）、下三疊統(tǒng)百口泉組（T1b）、中三疊統(tǒng)克拉瑪依組（T2k）、上三疊統(tǒng)百堿灘組（T3b）、下侏羅統(tǒng)八道灣組（J1b）及三工河組（J1s）、中侏羅統(tǒng)西山窯組（J2x）及頭屯河組（J2t）和白堊系（K）。自二疊紀(jì)以來研究區(qū)沉積基準(zhǔn)面大幅度、多旋回波動(dòng)，控制形成的不同沉積層系的巖相具有很大差異，厚泥巖層與粗碎屑巖層交互疊置［9］。厚泥巖層和粗碎屑巖層的抗壓扭強(qiáng)度差異較大，對(duì)壓扭斷層垂向傳播具有重要影響［10］，因此開展斷裂體系幾何學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)研究必須考慮巖層本構(gòu)的重要影響作用。

準(zhǔn)西北緣具有良好的石油地質(zhì)條件。其下二疊統(tǒng)風(fēng)城組為一套良好的烴源巖層，中二疊統(tǒng)下烏爾禾組中上部、上三疊統(tǒng)百堿灘組及白堊系為良好的區(qū)域蓋層，而多期低位域發(fā)育的砂礫巖則成為良好的儲(chǔ)集體。目前已發(fā)現(xiàn)阿拉德、夏子街、風(fēng)城、艾湖及瑪北等多個(gè)油氣田，其油氣分布與壓扭斷層發(fā)育特征密切相關(guān)。

2 壓扭斷裂帶發(fā)育特征

準(zhǔn)西北緣壓扭斷裂體系主要是由下二疊統(tǒng)泥塑性巖層大規(guī)模順層剪切滑脫造成的［11］，壓扭應(yīng)力-應(yīng)變場(chǎng)由山前帶至瑪湖凹陷、自二疊系底部向上部層系大范圍傳播。在山前帶地層發(fā)生了強(qiáng)烈的壓扭縮合，剖面上更多見到擠壓性主干沖斷層及相關(guān)構(gòu)造；向瑪湖凹陷內(nèi)部隨著擠壓程度減弱，逐漸表現(xiàn)出簡單剪切特征。夏71 井區(qū)高密度三維地震剖面揭示，由二疊系向淺部層系斷層發(fā)育強(qiáng)度和密度逐漸降低，繼承性發(fā)育的相關(guān)褶皺幅度降低，壓扭變形強(qiáng)度自深層至淺層逐漸減弱，至白堊系未發(fā)現(xiàn)明顯的構(gòu)造變形特征（圖2）。

在剖面上，多條主干斷層均表現(xiàn)出明顯的擠壓沖斷性質(zhì)，并伴隨大量的“花”狀構(gòu)造，或斷層相關(guān)褶皺脊線大幅度“S”形擺動(dòng)等現(xiàn)象，表明其構(gòu)造變形機(jī)制較為復(fù)雜。在平面上，弧形斷裂自EN 向WS撒開，通過等時(shí)切片查明NNE 向斷裂具有明顯的左行走滑特征，而NNW 向斷裂具有明顯的右行走滑特征。在理論上，山前帶強(qiáng)壓扭環(huán)境下伴隨巖層大幅度的壓扭縮合，簡單剪切模式中的R，P 及Y 剪切斷層在剖面上都會(huì)呈現(xiàn)明顯的擠壓沖斷性質(zhì)，但難以在剖面上觀測(cè)到側(cè)向走滑分量。綜合平面和剖面發(fā)育特征分析結(jié)果，準(zhǔn)西北緣主要發(fā)育壓扭斷層及其相關(guān)構(gòu)造，由于處于強(qiáng)壓扭構(gòu)造變形條件下，走滑斷層在剖面上普遍具有擠壓沖斷特征。

圖2 準(zhǔn)西北緣過哈山-夏子街鼻狀構(gòu)造NW向地震剖面Fig.2 NW seismic profile of Hashan-Xiazijie nose-like structure in northwestern margin of Junggar Basin

盡管準(zhǔn)西北緣經(jīng)歷了海西末期、印支期、燕山期和喜馬拉雅期等多期構(gòu)造疊合演化，但根據(jù)相關(guān)褶皺和區(qū)域大型角度不整合分布情況來看，中、上二疊統(tǒng)以上層系的構(gòu)造形態(tài)主要定型于印支期，后期又經(jīng)歷了燕山Ⅱ幕一定程度的疊合改造。RYBICKI 等通過非均質(zhì)本構(gòu)模型理論計(jì)算表明，非均質(zhì)性決定了走滑斷層垂向走滑運(yùn)動(dòng)和發(fā)育特征，具有垂向“紊亂”傳播規(guī)律［12-13］。在同等應(yīng)力場(chǎng)下，非剛性介質(zhì)有效剪切應(yīng)力總為負(fù)值或很小，多以低角度剪切或沿層蠕動(dòng)為主；而剛性介質(zhì)有效剪切應(yīng)力相對(duì)較高，高角度斷層普遍發(fā)育。對(duì)于準(zhǔn)西北緣而言，碎屑巖剖面發(fā)育大套砂、泥巖互層，巖層間能干性差異很大，壓扭斷層垂向“紊亂”傳播現(xiàn)象更加顯著，主干沖斷層存在多處分段沖斷、“S”形擺動(dòng)和“花”狀構(gòu)造樣式。在主干沖斷層周圍還發(fā)育了大量次級(jí)高陡剪切斷層，垂向斷距較小，復(fù)雜程度很高，以往的構(gòu)造解釋方案中通常未給予解釋（圖2）。為了進(jìn)一步解析壓扭斷層復(fù)雜發(fā)育特征和形成機(jī)制，在夏71 井區(qū)利用高密度三維地震相干處理、沿層切片和等時(shí)切片等多種技術(shù)，由深層至淺層進(jìn)一步精細(xì)解析壓扭斷裂帶發(fā)育的幾何學(xué)特征及其組合樣式。

3 壓扭斷層組合樣式

由于壓扭應(yīng)力自深部下二疊統(tǒng)大型滑脫層向上部侏羅系傳播，隨著應(yīng)力場(chǎng)的大幅衰減、變形強(qiáng)度減弱以及構(gòu)造疊合演化的影響，不同層系壓扭斷層發(fā)育特征及組合樣式差異較大。

3.1 二疊系強(qiáng)構(gòu)造變形條件下大量發(fā)育“辮”狀組合樣式斷層

二疊系處于壓扭斷裂帶的根部，發(fā)育大規(guī)模低角度滑脫斷層及高角度壓扭斷層。在高密度三維地震剖面上可以看到，受大套泥塑性巖層控制，主干沖斷層具有明顯的分段沖斷和“S”形擺動(dòng)特征，且圍繞主干沖斷層普遍發(fā)育多條次級(jí)斷層。主干沖斷層和多組系次級(jí)斷層垂向上交織切割，地震反射軸多處被錯(cuò)斷，地震反射特征比較雜亂（圖2）。下烏爾禾組沿層相干切片顯示壓扭斷裂帶發(fā)育規(guī)模很大，擠壓性主干沖斷層在平面上并不是一條長距離延伸的大斷層，而是由多段聯(lián)合構(gòu)成，具有很強(qiáng)的分段發(fā)育特征，總體呈NEE 向展布（圖3a）。大量次級(jí)剪切斷層圍繞主干沖斷層發(fā)育，呈不同角度切割，斷裂帶發(fā)生了強(qiáng)烈剪切破碎，構(gòu)造解析難度大。

以簡單剪切模式為理論指導(dǎo)，利用三維地震等時(shí)切片可辨別出左行P剪切斷層、左行R 剪切斷層、右行R’剪切斷層以及一組C 擠壓性斷層（圖3b）。理論上強(qiáng)壓扭變形強(qiáng)度下主滑移帶已大規(guī)模橫向貫穿，Y剪切斷層發(fā)育特征應(yīng)較為清晰，但利用高密度三維地震資料尚未能辨識(shí)出來，初步分析認(rèn)為這與碎屑巖層系的剪切應(yīng)力無法集中釋放有關(guān)。主干沖斷層為左行走滑P 剪切斷層，呈NEE 向分段展布，與多組系同向次級(jí)走滑斷層小角度相交，與NNW 向右行走滑R’剪切斷層呈大角度相交，共同構(gòu)成一個(gè)寬達(dá)6 km 的大型左行壓扭斷裂帶。通過強(qiáng)壓扭條件下的近似變形橢圓可以看出，與主剪切帶小角度相交的R 和P 剪切斷層近似垂直于主壓應(yīng)力方向，在剖面上均會(huì)表現(xiàn)出明顯的擠壓沖斷特征；而與主剪切帶大角度相交的R’剪切斷層近似平行于主壓應(yīng)力方向，表現(xiàn)出弱伸展性質(zhì)。因此，在剖面上普遍見到的推覆沖斷構(gòu)造并不一定都是由共軸擠壓應(yīng)力場(chǎng)造成的，非共軸強(qiáng)壓扭條件下也發(fā)育大量逆沖斷層，需結(jié)合平面組合樣式開展進(jìn)一步判識(shí)。

圖3 準(zhǔn)西北緣夏71井區(qū)二疊系壓扭斷裂帶幾何學(xué)樣式及運(yùn)動(dòng)學(xué)解析Fig.3 Geometric pattern and kinematics analysis of Permian compression-torsion fault zone in Well Xia71 area in northwestern margin of Junggar Basin

王義天等研究發(fā)現(xiàn)在強(qiáng)構(gòu)造變形階段壓扭斷層在剖面上會(huì)出現(xiàn)“辮”狀發(fā)育特征，在平面上多組系斷層聯(lián)合剪切形成“網(wǎng)結(jié)”狀組合樣式［14-17］。以碎屑巖層系充填為主的準(zhǔn)噶爾盆地，強(qiáng)壓扭構(gòu)造活動(dòng)層系的斷層發(fā)育密度很高，除了主干沖斷層外還發(fā)育諸多次級(jí)高角度剪切斷層，“辮”狀組合樣式較為普遍。盡管油氣勘探實(shí)踐中在剖面上“辮”狀壓扭斷裂帶很難被完整解釋出來，對(duì)應(yīng)平面“網(wǎng)結(jié)”狀組合樣式也很難被描述清楚，但其重要的石油地質(zhì)學(xué)意義在于可以突破厚區(qū)域蓋層垂向輸導(dǎo)油氣。準(zhǔn)噶爾盆地二疊系和三疊系都不乏近千米的良好區(qū)域蓋層，目前很少見到單條斷層能將區(qū)域蓋層垂向斷開的實(shí)例。在“辮”狀斷裂帶上部層系普遍發(fā)現(xiàn)大規(guī)模油氣聚集和成藏［18］，表明“辮”狀斷裂帶可以突破厚區(qū)域蓋層向上部層系大規(guī)模輸導(dǎo)油氣。

3.2 三疊系中等構(gòu)造變形條件下普遍發(fā)育“花”狀組合樣式斷層

夏子街鼻狀構(gòu)造帶在三疊系發(fā)育多條斷層，但這些斷層的發(fā)育級(jí)別存在差異，為由主干沖斷層和多條次級(jí)斷層共同構(gòu)成的一個(gè)典型的負(fù)“花”狀斷層組合樣式?！盎ā睜顦?gòu)造自中二疊統(tǒng)下烏爾禾組較厚泥塑巖層開始向上部層系發(fā)育，至上三疊統(tǒng)百堿灘組厚泥巖層及其頂部區(qū)域性不整合面附近趨于終止。研究區(qū)多條近NNW 向地震剖面解釋發(fā)現(xiàn)，三疊系發(fā)育的大量“花”狀構(gòu)造與厚泥巖層密切相關(guān)。主干沖斷層在厚泥巖層位置發(fā)生低角度剪切形成斷階，高角度斷層垂向分段發(fā)育或“S”形擺動(dòng)。隨著壓扭強(qiáng)度增加，在低角度剪切位置誘發(fā)了多組調(diào)節(jié)性次級(jí)剪切斷層，斷階被貫穿，主干沖斷層和多組次級(jí)斷層構(gòu)成了典型的負(fù)“花”狀構(gòu)造。

沿層相干切片揭示，夏71 井區(qū)百口泉組大型“花”狀構(gòu)造是由4 組不同走向斷層構(gòu)成。2 組NNE向斷層小角度相交，具有左行走滑特點(diǎn)，1 組NNW向斷層具有明顯右行走滑特征，以及1 組近EW 向擠壓性斷層（圖4a）。多組系斷層和主干沖斷層組合在一起形成一個(gè)較為復(fù)雜的“羽列”狀組合樣式，對(duì)于整條斷裂帶展現(xiàn)出一個(gè)大型擠壓性疊瓦扇構(gòu)造（Stacking tile fans）。主干沖斷層為左行P 剪切斷層，伴有大量R剪切斷層，在階區(qū)位置可識(shí)別出反向調(diào)節(jié)R’剪切斷層，另外還可識(shí)別出1 組C 擠壓性斷層（圖4b）。

WOODCOCK 等在大量走滑斷層剖析的基礎(chǔ)上認(rèn)為，疊瓦扇和雙重構(gòu)造是壓扭斷層垂向貫穿斷階而形成的，多發(fā)育在脆性和塑性（韌性）過渡區(qū)域的巖層中［19］。三疊系大套泥巖層和砂礫巖層交互疊置，為研究區(qū)能干性差異最大的層系，導(dǎo)致壓扭斷層縱向傳播形成的斷階及其被貫穿后所形成的“花”狀斷層普遍發(fā)育。高角度主干沖斷層（P 剪切斷層）在厚泥巖層內(nèi)部發(fā)生低角度剪切，形成大量斷階和“S”形擺動(dòng)，“花”狀斷層成為“紊亂”傳播過程中貫穿斷階的重要調(diào)節(jié)方式［20］。

3.3 侏羅系弱構(gòu)造變形條件下主要發(fā)育“階”狀組合樣式斷層

圖4 準(zhǔn)西北緣夏9井區(qū)三疊系壓扭斷層“花”狀幾何學(xué)特征及其運(yùn)動(dòng)學(xué)解析Fig.4 Geometric pattern and kinematics analysis of“flower”shape of Triassic compression-torsion fault in Well Xia-9 area in northwestern margin of Junggar Basin

盡管侏羅系斷層形成于燕山Ⅱ幕，但多層系相關(guān)褶皺垂向發(fā)育特征具有明顯的繼承性，說明印支幕和燕山Ⅱ幕構(gòu)造層不是簡單的疊置，而是在印支幕先存構(gòu)造基礎(chǔ)上自深層向淺層持續(xù)發(fā)育的。三維地震資料解釋發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)侏羅系壓扭斷層的垂向斷距很小，采用多種地震處理及解釋方法均難以對(duì)壓扭斷層發(fā)育的組合樣式進(jìn)行辨識(shí)，反映侏羅系處于弱壓扭變形階段。在烏夏地區(qū)西北部的烏爾禾瀝青村有大量侏羅系壓扭斷層出露地表，其斷面產(chǎn)狀高陡直立，很多斷面內(nèi)部被黑色降解瀝青充填（圖5a）。斷裂帶由2 組走滑斷層構(gòu)成，呈NEE 向“雁列”狀貫穿侏羅系露頭區(qū)；2 組不同走向斷層之間的夾角為43°～52°，發(fā)育程度及延伸距離差異很大。其中NEE 向斷層呈優(yōu)勢(shì)分布，具有明顯左行走滑特征，發(fā)育程度相對(duì)較高，單條斷層延伸距離可長達(dá)數(shù)百米；NNE 向小斷層具有右行走滑特征，僅在局部地區(qū)發(fā)育，且多位于NEE 向斷層的首末端位置，延伸距離相對(duì)較短，最長不超過數(shù)十米。從野外勘查結(jié)果來看，準(zhǔn)西北緣侏羅系壓扭斷層應(yīng)屬于左行壓扭體系，NEE 向“雁列”狀展布的斷層為左行R 剪切斷層，NNE 向展布的小斷層應(yīng)為反向調(diào)節(jié)R’剪切斷層。

烏爾禾瀝青村瀝青廠旁側(cè)露頭剖面揭示，其壓扭斷層具有很強(qiáng)的分段特征，受層間巖性變化的控制，高陡斷層在垂向上呈“階”狀分布（圖5b）。斷層形成于侏羅紀(jì)末燕山Ⅱ幕，縱向分段發(fā)育特征不是構(gòu)造分期所致［21］，而是巖層能干性差異造成的。露頭剖面主要由泥質(zhì)粉砂巖層構(gòu)成，相間分布多個(gè)粉砂質(zhì)泥巖層條帶。高角度斷層主要發(fā)育在泥質(zhì)粉砂巖層，在粉砂質(zhì)泥巖層發(fā)生了明顯錯(cuò)動(dòng)，整條斷層垂向上呈“階”狀展布。泥塑性巖層抗剪強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度明顯低于其他巖性地層單元［7，22］，影響壓扭斷層的縱向傳播規(guī)律。野外露頭剖面勘查進(jìn)一步證實(shí)，泥塑性巖層易于發(fā)生低角度剪切或沿層蠕動(dòng)，形成了大量斷階，致使高角度斷層垂向“紊亂”傳播和分段發(fā)育。研究區(qū)侏羅系壓扭斷裂帶正處于里德爾剪切早期階段，多條左行剪切斷層在空間上尚未發(fā)生大規(guī)模貫穿，平面上幾何形態(tài)呈“雁列”狀展布。

圖5 準(zhǔn)西北緣烏爾禾瀝青村侏羅系壓扭斷層幾何學(xué)特征及其運(yùn)動(dòng)學(xué)解析Fig.5 Geometrical pattern and kinematics analysis of Jurassic compression-torsion fault in Bitumen Village of Orku in northwestern margin of Junggar Basin

3.4 壓扭斷層組合樣式垂向演變序列

盡管研究區(qū)主要發(fā)育薄皮構(gòu)造，但滑脫層卻位于二疊系底部，壓扭構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)自深層向淺層傳播，深部構(gòu)造變形強(qiáng)度大，淺層構(gòu)造變形強(qiáng)度較弱，從而不同層系斷層發(fā)育特征及組合樣式有規(guī)律可循。目前，依據(jù)高密度三維地震資料和野外勘查，在垂向上可識(shí)別出“辮”、“花”和“階”狀3 種基本組合樣式，在平面上依次對(duì)應(yīng)“網(wǎng)結(jié)”、“羽列”和“雁列”狀組合樣式。在弱壓扭變形條件下形成的“階”狀斷層，隨壓扭形變?cè)鰪?qiáng)，大量斷階被“花”狀及“辮”狀組合斷層所貫穿，對(duì)應(yīng)斷層發(fā)育組系明顯增加。壓扭斷層縱向傳播不是單條斷層自深層向淺層的持續(xù)生長，更多情況下是多組系斷層相互調(diào)節(jié)下的一條復(fù)雜斷裂帶的形成與發(fā)育過程，自深層至淺層總體呈現(xiàn)“辮”、“花”和“階”狀組合樣式序列性演變（圖6）。

準(zhǔn)噶爾盆地是一個(gè)大型壓扭疊合盆地，長期以來依據(jù)不同構(gòu)造活動(dòng)期次開展了不同構(gòu)造層的壓扭斷層解釋，筆者認(rèn)為這不足以全面表征壓扭斷層的復(fù)雜發(fā)育程度。盆地以多旋回碎屑巖充填為主，大套泥巖和砂礫巖互層，不同層系精細(xì)解析結(jié)果證實(shí)巖層能干性差異對(duì)斷層發(fā)育特征具有重要影響。壓扭斷層在縱向傳播過程中易受泥塑性非能干層影響，發(fā)生脫耦并形成了大量斷階，壓扭強(qiáng)度又進(jìn)一步控制不同層系斷層的幾何學(xué)特征及其組合樣式的變化。由于二疊系和三疊系泥巖層厚度較大，抗剪切強(qiáng)度低，壓扭應(yīng)力-應(yīng)變場(chǎng)在斷階處需反復(fù)調(diào)節(jié)才能進(jìn)一步向淺層傳播。隨著壓扭應(yīng)力在深部層系發(fā)生大規(guī)模釋放，形成大量剪切斷層，斷層密度明顯高于中、淺部層系。相比于碳酸鹽巖等能干性差異較小的巖層剖面，碎屑巖層系低角度剪切斷層更加發(fā)育，圍繞厚泥巖層大量發(fā)育斷階，深層壓扭應(yīng)力很難歸于一條高陡大斷層向淺層集中釋放，從而普遍發(fā)育寬闊的大型壓扭斷裂帶，這與經(jīng)典走滑斷層發(fā)育模式存在較大差異。

4 石油地質(zhì)學(xué)意義

圖6 準(zhǔn)西北緣碎屑巖層系壓扭斷裂帶發(fā)育模式Fig.6 Development pattern of compression-torsion fault zone of clastic rocks in northwestern margin of Junggar Basin

近些年諸多學(xué)者針對(duì)斷層結(jié)構(gòu)開展了大量研究工作，明確了斷層普遍具有分帶結(jié)構(gòu)特征，由斷層兩側(cè)向中央部位可分為裂縫發(fā)育帶和破碎帶［23］。評(píng)價(jià)思路是以單條斷層的分帶結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，根據(jù)斷裂帶泥巖涂抹情況或兩盤巖性對(duì)接關(guān)系等影響斷層啟閉性的關(guān)鍵因素，開展斷層垂向輸導(dǎo)能力評(píng)價(jià)［24-27］。通過對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地碎屑巖層系壓扭斷層的解析可知，除盆緣造山帶以外的多個(gè)構(gòu)造單元均發(fā)育大型壓扭斷裂帶，但缺少長距離延伸、垂向貫穿多個(gè)層系的單條大斷層。油氣主要沿著壓扭斷裂帶垂向運(yùn)移，即多組系斷層形成的“集合體”控制了油氣的垂向輸導(dǎo)。多組系斷層的剪切屬性不同，發(fā)育規(guī)模各有差異，在實(shí)際評(píng)價(jià)工作中很難表征到底哪條斷層垂向輸導(dǎo)油氣，哪條斷層阻止油氣運(yùn)移。因此，針對(duì)碎屑巖充填為主的大型壓扭盆地，以往評(píng)價(jià)單條斷層是否為油源斷層則失去了較為明確的石油地質(zhì)學(xué)意義。

通過對(duì)準(zhǔn)西北緣夏子街、烏爾禾、風(fēng)城、瑪北和艾湖等6 個(gè)油氣田的解剖來看，壓扭斷層組合樣式與油氣垂向運(yùn)移能力密切相關(guān)。準(zhǔn)西北緣烏夏地區(qū)深部層系普遍發(fā)育“辮”狀和“花”狀組合斷層，斷層密度高，垂向輸導(dǎo)油氣能力強(qiáng)，控制了油氣突破上覆厚達(dá)千米的區(qū)域蓋層，進(jìn)而向三疊系和侏羅系規(guī)模運(yùn)移和聚集。在侏羅系內(nèi)部主要發(fā)育“階”狀斷層，厚度為數(shù)十米的蓋層能夠有效遮擋油氣繼續(xù)向淺層散失，因此在侏羅系也發(fā)現(xiàn)了規(guī)模油氣藏（圖7）?！稗p”狀和“花”狀組合斷裂帶垂向長距離輸導(dǎo)油氣，在多套儲(chǔ)蓋組合發(fā)生側(cè)向分流和規(guī)模成藏，烏夏地區(qū)已發(fā)現(xiàn)油氣藏總體呈現(xiàn)“多層樓”分布特征。

相比而言，在瑪湖凹陷深層主要發(fā)育“階”狀組合樣式斷層，局部地區(qū)發(fā)育“花”狀組合樣式斷層，斷層密度較低，垂向分段發(fā)育特征明顯。目前已發(fā)現(xiàn)的大量油氣資源主要鄰近烴源巖層系規(guī)模聚集，說明“階”狀組合斷層很難突破較厚區(qū)域蓋層向上部層系大規(guī)模輸導(dǎo)油氣。因此，圈-源高度分離層系的油氣成藏離不開深部層系“辮”狀及“花”狀斷裂帶輸導(dǎo)，對(duì)于準(zhǔn)噶爾盆地中、淺層系油氣勘探首先需明確深層斷層發(fā)育特征及其組合樣式。

盡管準(zhǔn)噶爾盆地各構(gòu)造單元均發(fā)育壓扭斷層，但其組合樣式差別很大。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，已發(fā)現(xiàn)油氣藏空間分布狀況和壓扭斷層組合樣式密切相關(guān)［28-29］。受中、深層地震資料品質(zhì)的制約，目前尚無法對(duì)壓扭斷層開展較為完整的解釋，更無法對(duì)斷層產(chǎn)狀、發(fā)育密度等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行精細(xì)統(tǒng)計(jì)分析，利用壓扭斷層組合樣式進(jìn)行形象表征在當(dāng)前勘探階段具有較明確的石油地質(zhì)意義。

5 結(jié)論

無論弱壓扭還是強(qiáng)壓扭變形階段，準(zhǔn)西北緣烏夏地區(qū)缺乏橫向延伸距離較長、垂向貫穿多個(gè)層系的單條大斷層，主要發(fā)育多組系斷層共同構(gòu)成的壓扭斷裂帶。在研究區(qū)壓扭斷層自深層向淺層傳播過程中，壓扭斷層組合樣式發(fā)生明顯變化。泥塑性巖層剪切強(qiáng)度低，易發(fā)生低角度剪切和沿層蠕動(dòng)形成斷階，應(yīng)力-應(yīng)變場(chǎng)縱向傳播出現(xiàn)脫耦，導(dǎo)致高角度斷層具有很強(qiáng)的垂向分段發(fā)育特征。由深層至淺層隨著壓扭變形強(qiáng)度的減弱，斷層發(fā)育組系逐漸減少，壓扭斷層基本組合樣式呈現(xiàn)出“辮”、“花”和“階”狀序列性演變特征。

圖7 準(zhǔn)西北緣地區(qū)過哈山-烏夏-瑪湖凹陷壓扭斷層組合樣式與油藏分布剖面Fig.7 Geometric pattern and reservoir distribution profile of compression-torsion fault in Hashan-Wuxia-Mahu Sag in northwestern margin of Junggar Basin

在碎屑巖充填為主的壓扭盆地，斷層發(fā)育復(fù)雜程度更高，發(fā)育由多組系剪切斷層共同構(gòu)成的復(fù)雜斷裂帶，評(píng)價(jià)單條斷層油氣輸導(dǎo)能力已失去較明確的石油地質(zhì)學(xué)意義，也很難界定油源斷層及非油源斷層。在高勘探程度地區(qū)，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法評(píng)價(jià)不同組合樣式壓扭斷裂帶的油氣輸導(dǎo)能力很值得探索，理論上更可以真實(shí)地揭示油氣垂向運(yùn)移和聚集的基本規(guī)律。

準(zhǔn)噶爾盆地歷經(jīng)多期構(gòu)造疊合演化，長期以來對(duì)不同構(gòu)造層開展了斷層分期配套解釋，并在油氣勘探實(shí)踐中取得了很好的應(yīng)用效果。但是對(duì)于碎屑巖充填為主的壓扭盆地，壓扭斷層發(fā)育復(fù)雜程度一方面是構(gòu)造疊合造成的，另一方面是大套砂泥巖互層本構(gòu)特征造成的。隨著勘探程度和壓扭斷層研究程度的提高，今后需加強(qiáng)厚泥巖層對(duì)壓扭斷層垂向傳播規(guī)律和發(fā)育特征的機(jī)理研究。