沙旭光 黃泓森 屈海洲 王振宇 李彥鋒 魏華動 張云峰

(1. 中國石化 西北油田分公司 勘探開發(fā)研究院， 烏魯木齊 830011；2. 西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 成都 610500；3. 西南石油大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室， 成都 610500)

斷層控制下的碳酸鹽巖具備形成規(guī)模性儲層的條件，是近年來碳酸鹽巖儲層及油氣勘探研究的熱點之一[1-3]。中國含油氣盆地的中-古生代海相碳酸鹽巖大都經(jīng)歷了多期構(gòu)造演化和復(fù)雜的成巖作用，原生孔隙幾乎消失殆盡，有效的儲集空間主要為次生孔洞、斷裂及其共生裂縫[4-5]。斷層往往與構(gòu)造活動相關(guān)，不僅自身可以作為良好的儲滲體，而且對表生巖溶、埋藏巖溶等的發(fā)育具有決定性作用[6-8]。如塔里木盆地輪南地區(qū)走滑斷裂作為風(fēng)化殼巖溶的通道，顯著提升了巖溶作用的深度[9-10]；在埋藏成巖環(huán)境下，斷裂及其共生裂縫為流體移動的主要通道，為形成規(guī)模性儲滲體提供了可能[11-14]，高產(chǎn)井多分布于大型斷裂帶附近[15-17]。塔中順西地區(qū)奧陶系地層經(jīng)歷了加里東-海西期的多期構(gòu)造作用改造，形成了多期次斷裂，這其中又以發(fā)育于早奧陶世末期呈北西向展布的塔中Ⅰ號斷裂、塔中Ⅱ號斷裂等逆沖斷裂和發(fā)育于加里東晚期至早海西期呈北東向展布的走滑斷裂系統(tǒng)為主[18]。此次研究，綜合應(yīng)用地震、地質(zhì)資料，結(jié)合力學(xué)特征，劃分?jǐn)嗔哑诖危治龈髌诖螖嗔褞缀螌W(xué)特征及展布，探討斷裂對儲層發(fā)育的影響，以期為研究區(qū)及類似地質(zhì)條件的碳酸鹽巖儲層預(yù)測和油氣勘探提供支撐。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

塔中低凸起位于塔中地區(qū)中部的中央隆起中部(圖1a)，為繼承性古隆起[19]。順西地區(qū)位于塔中低凸起西北段、北部和東部與順托果勒低隆相接，西接阿瓦堤坳陷，南部與塔中45井區(qū)相接(圖1b)，順西地區(qū)發(fā)育多期次、多級別斷裂(圖1c)。其形成與演化經(jīng)歷了新元古代強(qiáng)伸展-弱擠壓的斷裂發(fā)育階段、寒武紀(jì)-奧陶紀(jì)局部弱伸展-強(qiáng)擠壓的斷裂發(fā)育階段、志留紀(jì)-泥盆紀(jì)走滑斷裂發(fā)育階段、石炭紀(jì)-早三疊世局部斷裂繼承性發(fā)育階段等[20]。奧陶系碳酸鹽巖自下而上分為蓬萊壩組、鷹山組、一間房組、良里里塔格組，研究區(qū)一般未鉆揭蓬萊壩組，其他地層厚度一般為400～600 m，為海相碳酸鹽臺地沉積。結(jié)合地震資料解釋及前人研究成果[18]，按照斷層的應(yīng)力機(jī)制、樣式、形態(tài)，將研究區(qū)斷裂劃分為逆沖斷裂和走滑斷裂2類。

圖1 研究區(qū)工區(qū)位置及地質(zhì)概況[21]

2 逆沖斷裂特征

逆沖斷裂主要受擠壓應(yīng)力作用，包括基底卷入型和蓋層滑脫型兩大類。研究區(qū)逆沖斷裂主要為塔中Ⅰ號斷裂，塔中隆起的北部邊界，平面上呈北西-南東向展布，延伸約150 km，傾向南西，斷裂向上斷至奧陶系頂界面，形成于加里東中期Ⅰ幕。

2.1 分段性

塔中I號斷裂以滑脫-逆沖斷層為界分為下部的斷層轉(zhuǎn)折褶皺和上部的斷層傳播褶皺2部分，兩者具有共同的應(yīng)力機(jī)制，縱向上相疊置，顯示自東北向西南的強(qiáng)烈擠壓特征。斷層轉(zhuǎn)折褶皺為基底卷入式逆沖斷層向上沖斷，使上盤的巖層受斷層面形態(tài)制約而發(fā)生褶皺變形；斷層傳播褶皺為上盤的巖層沿中寒武統(tǒng)膏鹽巖向上滑脫沖斷，隨著沖斷位移量減小，斷層上盤及上覆地層發(fā)生褶皺變形。受構(gòu)造變形強(qiáng)度自東向西逐漸減弱的影響，塔中Ⅰ號逆沖斷裂東段斷距較大，主斷裂穿至前寒武系基底，為基底卷入型逆沖斷裂；中西段斷距較小，主斷裂未斷穿至前寒武系基底，為蓋層滑脫型逆沖斷裂。并據(jù)此將塔中Ⅰ號斷裂分為5段，其中Ⅰ — Ⅲ段均為蓋層滑脫型，Ⅰ段斷裂活動強(qiáng)度一般，但褶皺變形幅度較大，主要分布于順西地區(qū)(圖2a)；Ⅱ段斷距達(dá)1 000 m，主要分布于TZ45井區(qū)(圖2b)；Ⅲ段斷裂活動強(qiáng)度和褶皺變形較弱，基底未斷開或斷距較小，主要分布于ZG20 — TZ82井區(qū)(圖2c)；Ⅳ段為多支基底卷入型，斷裂活動強(qiáng)烈，部分?jǐn)嗑噙_(dá)1 000～1 500 m(圖2d)，主要分布在TZ62 — TZ26井區(qū)；Ⅴ段為逆沖推覆形成的斷層傳播褶皺，斷裂活動較弱，斷距為50～100 m(圖2e)，主要分布在中41井區(qū)。

圖2 塔中Ⅰ號逆沖斷裂分段特征

2.2 活動強(qiáng)度

斷裂兩側(cè)振幅相干屬性值可用以反映應(yīng)力及斷裂活動強(qiáng)弱，振幅數(shù)值大的部位代表此處受應(yīng)力作用強(qiáng)，斷裂的活動強(qiáng)度大，反之亦然。對沿塔中I號逆沖斷裂走向自西向東的振幅屬性進(jìn)行統(tǒng)計，過程如下：選取順西地區(qū)良里塔格組頂面作為標(biāo)準(zhǔn)層，并明確塔中Ⅰ號逆沖斷裂的斷穿層位、斷距大小、發(fā)育特征等；沿塔中Ⅰ號斷裂自西向東讀取地震測線屬性值，選擇屬性值范圍較小的參數(shù)，上拉取橫切塔中Ⅰ號斷裂的Trace測線，并依次記錄各測線與斷裂相交處的振幅屬性值。振幅屬性變化曲線反映順西地區(qū)逆沖斷裂活動強(qiáng)度自西向東逐漸增強(qiáng)(圖3)。

圖3 塔中Ⅰ號斷裂相干屬性值統(tǒng)計

2.3 形成時期及演化

寒武紀(jì)-早奧陶世為逆沖斷裂雛形期，此時期塔中Ⅰ號斷裂尚未發(fā)育(圖4a)；早奧陶世末期，塔中地區(qū)由被動大陸邊緣轉(zhuǎn)換為活動大陸邊緣，塔中Ⅰ號斷裂受強(qiáng)烈的擠壓作用，發(fā)生劇烈抬升(圖4b)；中奧陶世，塔中Ⅰ號斷裂繼續(xù)活動，研究區(qū)抬升，中奧陶統(tǒng)吐木休克組被完全剝蝕，一間房組部分被剝蝕(圖4c)；晚奧陶世良里塔格期-晚奧陶世末期，塔中Ⅰ號斷裂活動趨于穩(wěn)定，塔中Ⅰ號逆沖斷裂基本定型(圖4d)。

圖4 塔中Ⅰ號斷裂形成演化模式

3 走滑斷裂特征

走滑斷裂受張扭和壓扭應(yīng)力作用，在平面上表現(xiàn)為線性、辮狀、羽狀、馬尾狀等構(gòu)造樣式，在垂向地震剖面上表現(xiàn)為正花狀、負(fù)花狀、拉分地塹、直立等構(gòu)造樣式。順西地區(qū)主要走滑斷裂為北東向順西1號走滑斷裂，該斷裂貫穿塔北隆起、順托果勒低隆以及塔中隆起的斷裂帶。

3.1 幾何學(xué)特征

根據(jù)韓建發(fā)等人[22]提出的塔里木盆地走滑斷裂典型構(gòu)造樣式劃分方案，順西地區(qū)共識別出花狀構(gòu)造、直立線性構(gòu)造、羽狀構(gòu)造、拉分地塹構(gòu)造、馬尾構(gòu)造等5種構(gòu)造樣式?；顦?gòu)造是指走滑斷裂在地震剖面中見“正花狀”或“負(fù)花狀”的構(gòu)造，分支斷裂在縱、橫向變化大，走滑斷裂在基底錯斷，受到斜向擠壓或者拉張，向上呈現(xiàn)發(fā)散分支，向下收斂成一條主斷裂，斷穿基底。其中，“正花狀”和“負(fù)花狀”構(gòu)造分別對應(yīng)壓扭和張扭應(yīng)力，且均分布在走滑主位移帶上(圖5a)。直立線性構(gòu)造通常出現(xiàn)在走滑斷裂活動較弱的部位，斷裂面線性延伸，斷裂兩側(cè)的地層起伏較低，地震剖面中常見斷裂面直立高陡、向下斷至基底(圖5b)、在平面上表現(xiàn)為線性延伸、橫向上無次級斷裂的錯斷。羽狀構(gòu)造通常處于拉張應(yīng)力區(qū)域，分支斷裂沿走滑斷裂主位移帶呈羽狀排列展布(圖5c)；由于羽狀構(gòu)造的分支斷裂伸展較遠(yuǎn)，因此在此部位構(gòu)造裂縫派生范圍最大。拉分地塹構(gòu)造內(nèi)部斷裂活動強(qiáng)度分段差異性大，拉伸軸基本平行于走滑斷裂主位移帶，而拉伸軸通常位于走滑斷裂羽狀構(gòu)造附近的拉張區(qū)(圖5d)。馬尾構(gòu)造常見于走滑斷裂的末端，由于在尾端走滑斷裂活動強(qiáng)度減弱，形成了一系列次級斷裂，呈斜列展布，平面上呈馬尾狀(圖5e)。

注：a 花狀構(gòu)造，基底走滑錯斷，上部發(fā)散分支，向下收斂合并，斷裂活動強(qiáng)度較強(qiáng)；b 直立線性構(gòu)造，地震剖面見斷面直立高陡，斷裂活動強(qiáng)度較弱；c 羽狀構(gòu)造，一系列斜列的次級斷裂與主斷裂低角度斜交，呈羽狀排列；d 拉分地塹，受拉張應(yīng)力作用，形成張扭性斷陷，形成順4地塹；e 馬尾構(gòu)造，沿主斷裂帶兩邊發(fā)育撒開的分支斷裂，形成弧形斷壘帶，斷裂規(guī)模較小。

3.2 運(yùn)動學(xué)特征

應(yīng)用與逆沖斷裂相似的振幅屬性方法對順西1號走滑斷裂進(jìn)行斷裂振幅值變化統(tǒng)計：選取順西地區(qū)一間房組頂面作為標(biāo)準(zhǔn)層，沿走滑斷裂走向方向讀取地震切片屬性，選擇屬性值范圍較小的參數(shù)；拉取橫切順西1號走滑斷裂的Trace測線，并依次記錄各測線與走滑斷裂相交處的振幅屬性值。整體上，顯示出羽狀構(gòu)造段較直立線性段振幅屬性差值高、活動強(qiáng)度大(圖6a)，走滑斷裂拉分地塹中部較北部和南部斷裂活動強(qiáng)度高(圖6b)；平面上，順西1號走滑斷裂在良里塔格組頂界面表現(xiàn)為數(shù)個活動強(qiáng)段和變形弱段交替出現(xiàn)的分布特征，強(qiáng)段振幅平均值約為70，弱段振幅平均值約為20(圖6c)。

圖6 順西地區(qū)走滑斷裂相干屬性及活動強(qiáng)度分布

3.3 形成時期及演化

志留紀(jì)末，塔中低凸起受北部南天山和南部西昆侖山的雙向擠壓應(yīng)力作用及西南方向強(qiáng)烈的斜向擠壓，發(fā)育一系列向下斷穿寒武系基底、向上斷至志留系地層頂界面的北東走向走滑斷裂；在上奧陶統(tǒng)良里塔格組至石炭系地層表現(xiàn)為直立高陡斷裂、負(fù)花狀構(gòu)造樣式，基底至上奧陶統(tǒng)良里塔格組的分支斷裂向四周撒開，分支斷裂在志留系和泥盆系內(nèi)形成反向下掉的小型地塹和受張扭應(yīng)力作用的負(fù)花狀構(gòu)造。泥盆紀(jì)為走滑斷裂繼承發(fā)育期，研究區(qū)受到來自北西向擠壓應(yīng)力作用，塔中北東向走滑斷裂開始繼承性活動，向上斷穿至中下泥盆統(tǒng)頂界面；該時期走滑斷裂活動強(qiáng)度較之前更大，斷裂裂縫更寬，發(fā)育有一系列雁列構(gòu)造、羽狀構(gòu)造等構(gòu)造樣式。石炭紀(jì)-二疊紀(jì)，塔中低凸起由于受古特提斯洋、南天山洋關(guān)閉的影響，研究區(qū)受弱的東西向擠壓應(yīng)力影響，在局部的走滑斷裂上發(fā)育小型逆斷層(圖7)。

圖7 順西及臨區(qū)走滑斷裂演化模式圖

4 斷裂平面展布

研究區(qū)的逆沖斷裂為塔中Ⅰ號斷裂，呈北西-南東向展布、南傾。走滑斷裂為順西1號走滑斷裂，在走滑斷裂張扭應(yīng)力作用區(qū)，巖體受拉伸變薄，形成負(fù)花狀構(gòu)造、拉分地塹、羽狀構(gòu)造及馬尾構(gòu)造等構(gòu)造樣式。在受壓扭應(yīng)力的區(qū)域，巖體受擠壓應(yīng)力作用，形成正花狀構(gòu)造、辮狀構(gòu)造等構(gòu)造樣式(圖8)。

圖8 順西地區(qū)斷裂平面分布圖

5 斷裂與儲層相關(guān)性

通過統(tǒng)計對比不同斷裂類型附近儲集空間類型、儲層類型、儲層規(guī)模等參數(shù)，分析斷裂與儲層之間的相關(guān)性。發(fā)現(xiàn)距離走滑斷裂羽狀構(gòu)造、拉分地塹構(gòu)造部位近的部位張性裂縫裂發(fā)育，裂縫線密度高，地震反射特征表現(xiàn)為串珠狀反射，為儲層發(fā)育最有利區(qū)域，如順西3、順3、順7及順6井等。而距離走滑斷裂及次級斷裂較遠(yuǎn)的區(qū)域裂縫張開度較小，裂縫線密度較低，如順5、順西1井等(表1)。

表1 順西地區(qū)斷裂帶奧陶系碳酸鹽巖儲層發(fā)育特征

6 結(jié) 語

(1) 順西地區(qū)逆沖斷裂主要為形成于加里東中期I幕的塔中I號斷裂，可分為下部的斷層轉(zhuǎn)折褶皺和上部的斷層傳播褶皺2部分，自西向東可分為5段，其活動性自西向東逐漸增強(qiáng)。

(2) 順西地區(qū)走滑斷裂主要為順西1號斷裂，共識別出花狀構(gòu)造、直立線性構(gòu)造、羽狀構(gòu)造、拉分地塹構(gòu)造、馬尾構(gòu)造等5種構(gòu)造樣式，順西1號走滑斷裂在良里塔格組頂界面表現(xiàn)為數(shù)個活動強(qiáng)段和變形弱段交替出現(xiàn)的分布特征，強(qiáng)段振幅平均值約為70，弱段振幅平均值約為20。走滑斷裂形成于志留紀(jì)末期，繼續(xù)發(fā)育于泥盆紀(jì)，結(jié)束于石炭紀(jì)-二疊紀(jì)。

(3) 斷裂與儲層相關(guān)性上，距離走滑斷裂羽狀構(gòu)造、拉分地塹構(gòu)造部位近的部位張性裂縫裂發(fā)育，裂縫線密度高，地震反射特征表現(xiàn)為“串珠”反射，為儲層最有利發(fā)育區(qū)。