黃 誠，云 露，曹自成，呂海濤，李海英，劉永立，韓 俊

（中國石化西北油田分公司，新疆 烏魯木齊 830011）

斷裂是具有寬度、長度和幾何形態(tài)的破碎帶，是具有時空概念的構造地質體。B.И.Белkин（貝爾金，1989）首次提出“脈型油氣圈閉”的概念［1］，強調脈型圈閉形成于地震應力帶上，通過膨脹預破裂和熱液改造，極大地提高原先基本不滲透巖石的儲集性能，形成具備油氣儲集能力的圈閉。Tveranger（2005）提出了斷裂相的新概念［2］，指出斷裂帶是具有特定斷裂相組合序列和內部結構的三維地質體，為建立斷裂帶的儲層地質模型奠定了理論基礎。羅群（2004）從圈閉捕獲、聚集油氣的基本石油地質條件出發(fā)，通過對柴達木盆地北緣冷湖構造帶稠油封堵型油藏分析，發(fā)現(xiàn)油藏大致沿呼通諾爾斷層帶展布，大膽提出“斷層體”圈閉的假設［3］，并對斷層體圈閉的儲集、封閉和保存條件做出了理論上的預測。由于中國主流觀點仍強調從流體動力學角度闡述斷裂構造內烴類的運移模式，因此斷裂與不整合面、儲集層共同構成的油氣復合輸導系統(tǒng)成為研究熱點，然而，斷裂的儲集性能及成儲機制研究未能引起廣泛重視。順北油氣田的發(fā)現(xiàn)證實走滑斷裂可以形成商業(yè)價值儲層［4-7］，但有學者對“斷控”儲層的真實儲層類型和成儲機制存有質疑：斷裂構造的破碎規(guī)模有限，在地質演化過程中，力學-熱化學作用會造成斷裂構造的物性降低或直接閉合。因此，推測順北地區(qū)的“斷控”儲層仍是沿斷裂展布的溶蝕縫洞型儲層，或者斷裂溝通了深部非斷控的規(guī)模儲集系統(tǒng)。

本文認為順北地區(qū)發(fā)現(xiàn)的“斷控”儲層主要由構造破裂形成的“空腔”型洞穴、孔洞和縫網(wǎng)系統(tǒng)組成，其孔隙系統(tǒng)的形成、演化與斷裂帶內部受巖體錯動、破碎及力學-熱化學作用而發(fā)生的物質體積調整關系密切，是一種復合的兼具縫洞且與構造呈良好匹配關系的儲集體。順北地區(qū)“斷控”儲層的發(fā)現(xiàn)是對斷裂構造在石油地質研究中扮演角色的重新認知，實現(xiàn)了在地質思維中由二維結構向三維地質體的華麗蛻變。

1 區(qū)域地質概況

順北地區(qū)位于塔里木盆地腹地，處于塔中、塔北兩大古隆起和阿瓦提、滿加爾兩大古坳陷之間，是塔里木盆地臺盆區(qū)最重要的構造紐帶，長期穩(wěn)定沉降。順北地區(qū)沉積演化受控于盆地區(qū)域構造與沉積演化背景，尤其以塔中-塔北古隆起的形成演化影響為主。整體而言，沉積環(huán)境經歷了早古生代海相—晚古生代海-陸過渡相—中、新生代陸相演化歷程。本區(qū)在盆地多期構造運動階段，存在一定程度的抬升剝蝕，但地層序列和構造格局基本未受到影響［8-9］。在東西橫亙、南北相間的隆-坳格局之下，受塔中-塔北古隆起多期活動產生的斜向和旋轉應力場控制，順北地區(qū)形成了一系列與區(qū)域構造事件呈良好匹配關系的克拉通內小尺度高陡走滑斷裂。走滑斷裂集中發(fā)育于順托果勒低隆起之上，普遍貫穿古生界的地層序列，表現(xiàn)為呈一定間距、密集分布的大規(guī)模斷裂系統(tǒng)（圖1）。走滑斷裂系統(tǒng)以小尺度水平位移為主，最大滑移距不超過2 km，延伸長度最大可超過250 km，普遍形成聚斂或拉伸型直立走滑構造，并在斜壓和斜拉應力背景下，分別呈現(xiàn)正花狀、負花狀構造，沿斷裂走向呈現(xiàn)明顯的橫向分段性［10-15］。

圖1 塔里木盆地北部斷裂分布Fig.1 Distribution map of faults in the northern Tarim Basin

順北地區(qū)“斷控”儲層的發(fā)現(xiàn)具有特定的勘探背景，其發(fā)現(xiàn)始于對古老海相碳酸鹽巖領域縫洞型巖性圈閉和油氣富聚規(guī)律的深入研究和實踐。中國石化西北油田分公司經過數(shù)十年的勘探、開發(fā)實踐，發(fā)現(xiàn)走滑斷裂帶與上覆古喀斯特生態(tài)系統(tǒng)共同控制油氣的富聚。隨著塔河油田向南部古斜坡區(qū)滾動勘探，進入上奧陶統(tǒng)泥巖覆蓋區(qū)后，古地表喀斯特地質條件消失，加大了對斷裂帶控儲機制的探索，提出古巖溶沿斷裂體系下滲、溶蝕改造，形成柱狀巖溶縫洞型儲層的假設，并取得不錯的勘探成效［16-18］。至此，走滑斷裂帶是具有儲集性能的地質體的觀點逐漸被勘探工作者接受，但仍強調成儲機制為大氣淡水沿斷縫系統(tǒng)溶蝕改造，其本質上仍是喀斯特生態(tài)系統(tǒng)的理論補充和實踐延伸。也許事物總是偶然性和必然性的孿生體，在向南探索大氣淡水沿斷裂系統(tǒng)溶蝕改造的動力波及邊界時，發(fā)現(xiàn)走滑斷裂可以僅通過巖體錯動、破碎及力學-熱化學作用發(fā)生物質體積的調整，進而形成具有勘探開發(fā)經濟價值的儲集體，順北地區(qū)的“斷控”儲層概念逐漸走進學者視野。

2 斷控儲層定義及其特征

2.1 斷控儲層定義

順北地區(qū)在側鉆走滑斷層時普遍發(fā)生不同程度的放空、漏失現(xiàn)象，斷層之間的圍巖致密，鮮有放空、漏失現(xiàn)象，表明斷裂帶內部物性快速變化。從巖心、成像測井和試井資料等來看，斷層內部結構復雜，發(fā)育縫洞型儲層，由不同尺度的洞穴、孔洞和裂縫等儲集空間組成［4-7］。從巖礦和地化資料來看，“斷控”儲層存在流體改造的痕跡，但并非普遍存在。因此，本文將沿斷裂帶展布、以構造破碎為主、具備物理-熱化學機制下增容作用的縫洞儲層統(tǒng)稱為“斷控”儲層。

“斷控”儲層的分布規(guī)律和孔隙系統(tǒng)的形成演化以斷裂帶空間結構和力學機制為主導，不受水-巖作用方式和流體動力波及范圍影響。理論上，“斷控”儲層可發(fā)育于貫穿脆性地層的斷裂帶內部任何部位，儲層發(fā)育程度與脆性巖層的應力應變方式、強度有關，這與溶蝕縫洞型儲層存在本質區(qū)別。

2.2 斷控儲層特征

理論上，走滑斷層在內部結構上通常被分成兩部分：低滲透性的斷層核和高滲透性的破碎帶。與斷層核相比，破碎帶位于斷層核兩側且形變程度較低，向外逐漸過渡為致密圍巖。因此，斷層不是一個單獨的面，而是一個有一定寬度且包含不同特征斷層巖的“體”。走滑斷層在構造應力作用下，以兩側巖體發(fā)生明顯水平位移為特征，以周圍巖體發(fā)生變形和破裂為產物，經歷多期構造運動和流體疊加改造，形成內部結構復雜的、且具有儲集性能的地質體。走滑斷層內部縫洞結構的復雜性與不同部位的巖石強度、力學性質和現(xiàn)今應力狀態(tài)差異有關。走滑斷層作為具有儲集性能的地質體，準確表征斷層內部的儲層特征和縫洞系統(tǒng)是開展“斷控”儲層研究的先決條件。

2.2.1 孔隙類型

碳酸鹽巖在斷裂過程中發(fā)生脆性破裂和彈性變形。脆性破裂機制以相互剪切、滑動形成的斷層滑動面和斷裂破碎帶為主，其次為斷層兩側有限區(qū)域應力釋放形成的誘導裂縫帶［19］。斷裂破碎帶由斷層巖和斷層活動派生的裂縫構成［20］，誘導裂縫帶由斷層兩側脆性巖層彈性變形過程中派生的裂縫系統(tǒng)構成。斷層滑動面在“彈性-摩擦”變形過程中，發(fā)生強烈的力學-熱化學作用，顆粒尺寸快速減少、礦物沉淀作用加劇，斷層應變硬化形成具有內聚力的斷層核，儲集物性顯著降低，成為流體流動屏障［21-24］。斷層應變硬化作用由斷層滑動面向兩側呈遞減趨勢，斷層巖的內聚力逐漸降低，過渡為低-無內聚力的松散結構，即物性更好的破碎角礫巖帶。破碎顆粒在相對滑動和旋轉過程中會形成“點-面”支撐的孔洞空間，乃至尺度更大的洞穴空間。理論上，碳酸鹽巖地層經歷構造破碎或喀斯特化均可以形成不同尺度的洞穴、孔洞和裂縫等孔隙類型，兩者在物理屬性上無明顯差別，但孔隙成因機制存在明顯差異。

1）斷控洞穴

斷控洞穴是指直徑大于200 mm 的斷層空腔或破碎帶，鉆井以放空、漏失、鉆時驟快或取心收獲率低為特征。順北地區(qū)鉆遇斷層的放空長度一般在0.25~1.50 m，最大可達4.33 m。由于放空后一般直接測試投產，鮮有洞底取心和成像測井資料，目前僅有2 口井獲取了放空段的成像測井信息。以A 井為例（圖2），放空段呈現(xiàn)角礫支撐結構，洞穴頂?shù)缀蛢炔拷堑[無溶蝕跡象；雙井徑曲線顯示洞穴長軸方位與圍巖有效裂縫走向基本一致，表明洞穴展布與應力崩落方位有關。放空段在鉆具沖劃過程中存在頻繁“憋泵”情況，表明洞穴內部結構不規(guī)則，與巖溶洞穴明顯不同。放空段頂、底的元素錄井復查表明，元素組成與圍巖基本一致，僅硅、鋁、鐵元素含量略有上升，表明斷層未經歷規(guī)模的溶蝕改造和化學沉淀。

圖2 塔里木盆地A井放空段成像測井響應特征Fig.2 Image logging responses of the interval with no resistance to drill string in Well A，Tarim Basin

順北地區(qū)鉆遇斷層發(fā)生了更多的漏失現(xiàn)象，泥漿漏失量普遍在474~873 m3，漏失速率最大可達15 m3/s。以B井為例（圖3），鉆遇斷層發(fā)生漏失，雙井徑曲線可見擴徑現(xiàn)象，擴徑長軸方位與圍巖有效裂縫走向基本一致，雙側向電阻率曲線呈箱形特征。測井解釋斷層內部孔隙度快速變化，介于6%~50%；成像測井增益處理后，斷層內部可見不規(guī)則結構的“礫狀亮斑”，未見溶蝕跡象，元素組成也與圍巖一致。成像測井顯示圍巖致密，僅發(fā)育少量裂縫，井徑曲線平直，電阻率呈高阻特征，測井解釋孔隙度介于0.5%~2.5%。

斷控洞穴與巖溶洞穴的內部堆積物組成明顯不同，與兩者的成因機制有關。斷控洞穴是巖體剪切、破碎形成的有效空間，其內部堆積物以垮塌的斷層角礫為主，呈現(xiàn)基于力學的不規(guī)則支撐結構。巖溶洞穴是流體溶蝕、擴大孔隙系統(tǒng)形成的有效空間，其內部堆積物呈現(xiàn)較好的沉積韻律結構。兩者在“三孔隙度”（AC，DEN，CNL）測井響應特征上的差異尤為明顯。巖溶洞穴內部堆積物呈現(xiàn)韻律結構，“三孔隙度”曲線在洞穴段呈現(xiàn)同步響應特征；斷控洞穴內部角礫不規(guī)則堆積，缺乏韻律結構，“三孔隙度”曲線呈現(xiàn)非同步性響應，推測因斷控洞穴內部結構復雜而在測井過程中發(fā)生“周波跳躍”現(xiàn)象，導致“三孔隙度”曲線的非同步響應（圖3）。

圖3 塔里木盆地B井斷層內部“核-帶”結構及測井響應特征Fig.3 Fault core?damage zone structure and logging responses in a fault in Well B，Tarim Basin

2）裂縫

裂縫是碳酸鹽巖地層中常見的微構造類型，起到連通各種孔隙空間的作用，其自身也具備一定的儲集性能。巖心觀察和成像測井是描述井下裂縫發(fā)育情況最直接的方法。順北地區(qū)發(fā)育構造縫和成巖縫兩種類型。成巖縫主要為層理縫和縫合線，基本全被方解石和瀝青質等充填，屬于無效裂縫；具備儲集性能的裂縫以構造縫為主，與斷裂構造關系密切。

構造縫以中-高角度剪切裂縫為主，裂縫面平直，呈雁列式排列，裂縫開度主要介于0.2~2.0 mm，取心見裂縫滲油。測井解釋裂縫發(fā)育密度與斷層變形強度呈正相關性，裂縫以“齒化低阻”為測井響應特征，成柵狀分布于限幅（＞20 000 Ω·m）高阻圍巖內。

構造縫充填方解石的U-Pb同位素測年、充填瀝青的黃鐵礦硫同位素測年、流體包裹體分析以及裂縫切割關系證實存在3 期構造縫［25］，其形成時間與斷裂主要活動期匹配［26］。因此，斷裂活動期次和強度會直接影響斷層附近裂縫系統(tǒng)的發(fā)育規(guī)模。

3）孔洞

孔洞直徑一般介于2~200 mm，一般為破碎帶顆粒在旋轉、位移過程中形成“點-面”支撐結構的小微孔隙空間，孔隙成因機制與斷控洞穴無異，僅表現(xiàn)為孔隙直徑趨小變化的過渡特征。孔洞一般與斷控洞穴相伴而生，無法從斷層巖中完全剝離研究，取心偶有揭示，呈不規(guī)則幾何結構，內部充填富有機質成分。

2.2.2 儲層類型

基于斷裂內部結構的分帶模式［22］和遞進演化過程，存在3 種主要的儲層類型：斷控洞穴型、裂縫型和縫洞型，這3 種類型形成于斷裂帶的不同部位或者不同演化階段。

1）斷控洞穴型

斷控洞穴型儲層由無（或低）內聚力的破碎角礫巖帶組成，形成相對均質的雙重介質模型（沃倫-茹特模型）。壓恢試井呈現(xiàn)典型的徑向流動特征［27］，持續(xù)時間長（C 井徑向流動持續(xù)時間長達3a），說明洞穴型儲層規(guī)模大，短時間難以波及儲集體邊界。壓力導數(shù)曲線存在小幅的尖峰狀抖動現(xiàn)象，說明洞穴型儲層存在輕微的壓力傳導屏障，表明洞穴內部結構不規(guī)則（圖4），與成像測井特征和放空段探底“憋泵”情況反映的信息一致。

2）裂縫型

裂縫型儲層廣泛分布于斷層兩側圍巖有限彈性變形區(qū)域。鉆井以輕微漏失或不漏失為主，雙側向電阻率曲線呈指狀尖峰低阻特征，成像測井呈中-高角度裂縫密集分布特點。裂縫一般呈組系分布，形成具有明顯各項異性的介質模型（凱澤米模型）。壓恢試井呈現(xiàn)典型的裂縫導流特征［27］，壓力導數(shù)曲線平滑，內區(qū)地層滲透率一般在（100~530）×10-3μm2，說明近井區(qū)域屬于中-高滲透地層；外區(qū)地層滲透率普遍小于50×10-3μm2，表明遠端地層滲透性變差，能量補給需要克服較大的生產壓差（圖4）。裂縫型儲層在試采時表現(xiàn)出生產壓差大、壓降迅速、地層能量供給緩慢等特點。

圖4 順北地區(qū)斷控洞穴型、裂縫型儲層壓恢試井響應特征Fig.4 Logging responses in pressure buildup test of reservoirs of fault?controlled cavern and fracture types in Shunbei area

3）縫洞型

縫洞型儲層屬于斷控洞穴型和裂縫型儲層的過渡類型，地層滲透性快速變化，儲層非均質性增強。鉆井普遍發(fā)生漏失，雙側向電阻率曲線呈箱形低阻特征。壓恢試井呈現(xiàn)徑向流動和裂縫導流的過渡類型［27］，部分井發(fā)生裂縫導流和徑向流動交替出現(xiàn)的情況，呈現(xiàn)多縫洞連通結構。壓力導數(shù)曲線存在尖峰狀抖動現(xiàn)象，說明縫洞型儲層存在壓力傳導屏障，其內部結構不規(guī)則，儲層非均質性強。

2.2.3 縫洞單元

斷控縫洞單元一般指具有連續(xù)、統(tǒng)一滑動面的斷層內，由連通的裂縫、孔洞和洞穴組成的縫洞集合體，縫洞單元具有相同的油氣藏性質和統(tǒng)一的油氣藏壓力系統(tǒng)。斷控縫洞單元判識難度大，需要基于斷層的地質靜態(tài)描述與投產井油藏動態(tài)特征對其進行判識。

1）地質靜態(tài)描述

斷控縫洞單元的空間分布十分復雜，但儲層形成機制相同。因此，斷裂構造樣式、階列組合方式以及主滑移斷層判識是縫洞單元地質靜態(tài)描述的基礎。

一般情況下，大型走滑斷裂帶是由一系列初始形成的線列或錯列的小型走滑斷層遞進拼接而成。初始的線列或錯列走滑斷層具有連續(xù)、統(tǒng)一的斷層滑動面和斷裂破碎帶，控制了斷控縫洞單元的形成和規(guī)模，斷層疊覆區(qū)為縫洞單元邊界。通過解析斷層的階列組合和剖面構造樣式，可以初步劃分縫洞單元。在此基礎上，運用井-震標定和正演模擬，確定洞穴型、縫洞型和裂縫型儲層的地震相，利用瞬時能量、不連續(xù)性和增強相干等地震屬性，在空間上雕刻出有利地震相的形態(tài)和范圍，判識縫洞單元主體及其空間分隔性［28-29］。

2）投產井油藏動態(tài)響應

縫洞單元內部滲透性高，井組連通性好，其本質是一個多井系統(tǒng)。通過對具有連續(xù)、統(tǒng)一滑動面的斷裂上投產井進行干擾試井，獲取了準確的多井干擾數(shù)據(jù)。結果表明，具有連續(xù)、統(tǒng)一滑動面的斷裂內部干擾試井信號明顯，監(jiān)測到明顯壓力降幅轉折點，定量井間干擾試井響應速度最大達到380 m/h。斷層疊覆區(qū)干擾試井未監(jiān)測到壓力降幅轉折點，儲層連通性差，為縫洞單元邊界。

連通井組在同一工作制度下，試采累產曲線呈現(xiàn)斜直線型特征，生產過程中流壓變化曲線未出現(xiàn)明顯波及范圍擴大現(xiàn)象，表明井組內部連通性好，具有統(tǒng)一的縫洞單元邊界。井組內投產井的油氣藏特征相同，不同生產時間的油氣藏壓力系數(shù)呈現(xiàn)斜直線型分布特征，表明縫洞單元內具有相同的油氣藏性質和統(tǒng)一的油氣藏壓力系統(tǒng)。

2.2.4 縫洞系統(tǒng)

斷控縫洞系統(tǒng)是指同一斷裂帶在斷裂構造樣式和動態(tài)演化過程約束下，由彼此分隔的縫洞單元形成的具有成因關聯(lián)性的縫洞系統(tǒng)。順北地區(qū)走滑斷裂普遍發(fā)育幕式疊加變形，存在擠壓、伸展和平移3種主要變形樣式。

擠壓變形會導致斷裂帶內部圍巖發(fā)生強烈彈性變形，其與斷層共同釋放應力，限制了斷裂破碎帶的發(fā)育規(guī)模。此外，由于斷層為擠壓性質，斷裂破碎帶的內聚力增強，從而導致縫洞儲層的“減孔效應”增強，縫洞單元規(guī)模減小。但強烈的彈性變形會形成規(guī)模更大的裂縫系統(tǒng)，導致縫洞單元之間分隔性降低，形成類似“蜂窩煤狀”的縫洞系統(tǒng)，試采中后期生產壓差增大，將逐漸動用遠端縫洞單元（圖5a，c）。

伸展變形會導致應力集中釋放于斷層附近，有利于形成低-無內聚力破碎角礫巖帶，縫洞單元物性更好、規(guī)模更大?？p洞單元之間的圍巖鮮有參與彈性變形，裂縫系統(tǒng)不太發(fā)育，縫洞單元之間分隔性強，形成相對獨立的縫洞系統(tǒng)，在長期試采過程中未發(fā)現(xiàn)動用遠端縫洞單元的現(xiàn)象（圖5b，d）。

圖5 擠壓變形和伸展變形機制下的斷控儲層生產動態(tài)特征及油藏示意圖Fig.5 Schematic diagrams showing fault?controlled reservoirs under compressive and extensional deformation regimes and their production performance

此外，由于連續(xù)的、完整的斷裂活動涵蓋局部應力場演化的全過程，會影響儲集系統(tǒng)的形成和演變。局部應力場的旋轉和走滑運動方向反轉，會造成斷層發(fā)生擠壓與伸展性質的轉換，儲集結構發(fā)生疊加改造，導致復式拉分變形和復式擠壓變形的儲集結構發(fā)生反向演化，即復式拉分變形樣式的縫洞單元規(guī)模減小、縫洞單元之間的分隔性降低，反之亦然。

3 成儲機制

3.1 地層材料性質

不同巖性的應力-應變關系曲線存在明顯差別。斷裂活動在軟弱巖層中以塑性變形為主，斷層面粘滑，應力大部分消耗在斷層位移上，在圍巖中集中很少，且以塑性變形為主，而不是構造破裂［22］。在脆性巖層中，斷裂活動會發(fā)生大規(guī)模脆性變形，斷裂破碎帶和誘導裂縫帶共同誘發(fā)斷裂帶內物質體積的調整，形成兼具縫洞結構特征，且與斷裂活動呈良好成因關聯(lián)性的斷控縫洞系統(tǒng)。

順北地區(qū)中下奧陶統(tǒng)-寒武系發(fā)育巨厚、連續(xù)沉積的碳酸鹽巖地層（＞2 km），地層深埋在7 300 m以深。巨厚、致密的碳酸鹽巖地層有利于走滑斷裂帶發(fā)生大規(guī)模脆性變形，鮮有泥質等軟弱層塑性變形而填塞破碎帶的情況。走滑斷層產狀高陡直立，有利于形成垂向貫穿的斷裂破碎帶，分段構造樣式則有利于儲層橫向分隔。因此，順北地區(qū)特有的地層材料性質促使本區(qū)具備僅通過斷裂活動發(fā)生的大規(guī)模構造破裂，形成與斷裂活動呈良好成因關聯(lián)性的縫洞型商業(yè)儲層。

3.2 構造增容機制

斷裂帶一般具有二元結構，即走滑斷層和圍巖誘導裂縫帶。由于斷裂帶是多次地震滑動的累積，其每次滑動都不遵循同一個滑動面，自然也就存在疊覆的走滑斷層和誘導裂縫帶，導致“斷控”儲層呈現(xiàn)空間非均質性。這種在走滑斷裂帶內部因構造破裂增容形成的縫洞型儲層稱為“斷容型”斷控儲層?？傮w而言，斷裂活動期次越多、變形強度越大，位移量越大，越有利于形成規(guī)模斷控儲層。

3.2.1 “核-帶”模式

對于深埋固結成巖的非-低孔隙碳酸鹽巖而言，伴隨斷層的形成、傳播和相互作用，斷層發(fā)生持續(xù)的、復雜的剪切破碎和應變硬化。斷層滑動面、斷層破碎帶及誘導裂縫帶形成的“核-帶”結構，集中釋放了大量應力，形成的碎裂巖和斷層角礫巖具有一定的內聚力，其滲透率相比圍巖而言“時高時低”，儲層非均質性強，斷層破碎帶向兩側過渡為圍巖誘導裂縫帶，由相互交織的裂縫網(wǎng)絡組成，形成高滲透性區(qū)域（圖3，圖6）。

圖6 順北地區(qū)走滑斷層的“核-帶”成儲模式Fig.6 A reservoir model of“fault core?damage zone”type in the strike?slip fault in Shunbei area

斷裂活動時可形成具備規(guī)模儲集效應的構造破碎區(qū)域，關鍵是斷裂停止活動后，能否仍維持高開啟狀態(tài)。從斷層封閉性與儲集性的辯證關系來看，要使斷裂維持高開啟狀態(tài)，關鍵影響因素是：斷層承受的正應力狀態(tài)、軟弱巖性的含量及脆-塑性應變狀態(tài)、誘導裂縫帶的閉合程度。

1）順北地區(qū)走滑斷層高陡直立，上覆地層在斷層上產生的正壓應力有限。側向擠壓應力在幕式構造活動時達到峰值，但不可持續(xù)。側向伸展應力在幕式構造活動峰值期，可以形成大規(guī)模的松散-低內聚力的破碎帶，斷層滑動面開啟程度高，有利于沿滑動面形成尺度不一的斷層“空腔”，在構造活動平靜期得以保存。因此，斷裂帶內部可以形成并保留具有一定規(guī)模的斷控縫洞單元。斷層承受的正應力狀態(tài)與斷層產狀關系密切，斷層傾角越陡，在斷層上產生的正壓應力越小，越有利于斷控儲層的保存。

運用多地震屬性檢測斷層，拾取井軌跡閉合方位的斷層產狀數(shù)據(jù)，統(tǒng)計同一條斷層不同投產井區(qū)的斷層傾角與單位壓降產能和氣油比系數(shù)相關性。結果表明，斷層傾角與兩類指標成正相關性。斷層傾角越陡，單位壓降指數(shù)越高，表明井控縫洞單元規(guī)模越大；斷層傾角越陡，氣油比系數(shù)越高，表明晚期充注強度越大［7，25］，斷層開啟性越好（圖7）。

圖7 順北1號斷裂帶投產井斷層傾角與單位壓降產能（a）、氣油比（b）交匯圖Fig.7 Cross plots of fault dip angle vs. productivity per unit pressure drop（a），and fault dip angle vs. gas?oil ratio coefficient（b）in a production well in Shunbei No.1 fault zone

2）巨厚碳酸鹽巖地層中塑性巖性含量極少，元素錄井和返出巖屑亦證實斷層內部為碳酸鹽巖，元素組成與圍巖無異，塑性巖性含量極少。斷層滑動面反復運動時，兩側巖層以脆性應變?yōu)橹?，形成的斷層破碎帶雖具有較強的內聚力，但無法完全封閉。加之斷裂幕式活動，已經應變硬化的斷層巖仍會發(fā)生二次剪切破碎，不利于封閉斷層。

3）在喜馬拉雅期，受印度板塊和歐亞板塊碰撞影響，塔里木盆地整體受北東-南西方向水平擠壓應力場控制［30-34］，順北油氣田現(xiàn)今地應力場的最大主應力方向為NE 向45°，NE 和NEE 走向裂縫帶處于激活狀態(tài)，具備較好的開啟性能，成像測井解釋的開啟裂縫多為NE 和NEE 走向。以D 井為例，本井在疊接隆起部位調整了4次斜井軌跡方案，前3次井軌跡閉合方位與現(xiàn)今地應力場的最大主應力方向近平行，第4 次井軌跡閉合方位與最大主應力方向近垂直。第4 次井軌跡的全井段油氣顯示活躍程度明顯高于前3次，表明第4次井軌跡鉆遇開啟性裂縫更多，開啟裂縫具有明顯各向異性，裂縫走向與井軌跡閉合方位近垂直，與現(xiàn)今最大主應力方向近平行。

3.2.2 “疊接”模式

在斷裂帶遞進走滑過程中，兩條走滑斷層之間的疊覆區(qū)域，稱為疊接部位。疊接部位在兩側斷層滑動面的相向運動過程中，會發(fā)生旋轉-變形，極易發(fā)生剪切破碎。伴隨著斷裂帶的持續(xù)走滑運動，疊接部位的多個滑動面最終會逐漸“貫穿”形成統(tǒng)一的新滑動面，新斷層滑動面一般呈現(xiàn)彎曲形態(tài)，彎曲部位的兩盤巖體會發(fā)生旋轉-撕裂，誘發(fā)局部張應力場或擠壓應力場，拓展形成復雜的斷控縫洞型儲層。

1）橫向“疊接”部位

走滑斷層的疊接部位和彎曲部位常形成正花狀構造和負花狀構造。

正花狀構造形成于局部壓扭應力場，疊接區(qū)域的圍巖破碎程度高，分割性強，圍限疊接部位的邊界斷層是主滑移斷層，以擠壓性質為主，斷層內部縱向非均質性強，縫洞型儲層呈現(xiàn)縱向分層發(fā)育特點。以H 井為例（圖8a，b），直井軌跡進入擠壓性斷層內部長達367 m，測井資料顯示斷裂內部縫洞型儲層和致密隔層間互分布，呈現(xiàn)垂向分層特點。

負花狀構造形成于局部張扭應力場，疊接區(qū)整體下掉形成地塹，地塹內部因未發(fā)生明顯變形，僅分散分布誘導裂縫，地層滲透性差，不發(fā)育規(guī)模斷控儲層。邊界斷層為主滑移斷層，以弱伸展性質的斷裂活動為主，斷層的弱伸展性質有利于形成和保持低-無內聚力的斷裂破碎帶，沿斷裂形成貫通的大型縫洞單元。以G井和G-CH1井為例（圖8c，d），2口井實為一井多靶，側鉆負花狀構造的邊界斷層。G 井淺層側鉆邊界斷層放空后測試獲高產油氣流，隨后因瀝青堵塞地層通道而停止排液。G-CH1 井利用G 井原井眼，沿相同的井軌跡閉合方位加深側鉆同一邊界斷層，斷層附近發(fā)生放空后測試獲高產油氣流，油氣性質與G井產層一致，開井初始油藏壓力與G井瀝青堵塞前的殘余油藏壓力一致，表明伸展性斷層內部儲層垂向連通性好，為貫通的大型縫洞單元。

圖8 順北地區(qū)鉆遇斷層的典型井地震-測井-試采響應特征Fig.8 Seismic?logging?production responses of typical wells encountering faults in Shunbei area

2）垂向“側接”部位

“側接”結構是指斷層在垂向剪切-滑動過程中，由于斷穿地層的材料性質差異，剪切-破裂過程發(fā)生垂向終止，應力沿地層材料薄弱帶發(fā)生側向擴展，隨后在新的薄弱位置繼續(xù)發(fā)生垂向剪切-滑動，形成縱向上多個滑動面“疊接”的排列結構（圖9）。

圖9 順北地區(qū)走滑斷層的儲層地質模型（a）與疊接機制（b）Fig.9 Schematic diagrams showing reservoir geological model of strike?slip faults（a）and the overlapping mechanism（b）in Shunbei area

斷層縱向側接部位的階列組合與斷層兩盤傾移分量的運動方向共同決定了側接部位的局部應力狀態(tài)。張應力狀態(tài)下，側接部位的斷層滑動面開啟程度高，有利于沿滑動面形成尺度不一的斷層“空腔”，斷層破碎帶則形成規(guī)模大、連通好的無-低內聚力角礫巖帶。擠壓應力狀態(tài)下，側接部位的斷層滑動面和破碎帶承受的擠壓正應力明顯強于上覆和下伏走滑斷層，地層滲透性顯著降低，形成流體流動屏障，造成“斷控”儲層的垂向非均質性。

3.3 流體改造機制

順北地區(qū)及鄰區(qū)發(fā)育的大型走滑斷裂帶，向北、向南貫穿塔北、塔中喀斯特生態(tài)系統(tǒng)和覆蓋區(qū)深循環(huán)熱液流體系統(tǒng)［35］?？λ固厣鷳B(tài)系統(tǒng)內的“斷控”儲層以淡水改造為主，上奧陶統(tǒng)覆蓋區(qū)的“斷控”儲層以深循環(huán)熱液流體改造為主。流體活動參與到斷裂形成、演化過程中，沿斷裂系統(tǒng)提供的流路網(wǎng)絡發(fā)生溶蝕-沉淀，對構造增容空間進行疊加改造，造成斷裂帶的成儲機制復雜化。

3.3.1 淡水改造機制

托普臺地區(qū)位于塔北古隆起南斜坡，處于古地表喀斯特的碎屑巖覆蓋區(qū)（深度＞300 m），緊鄰順北油氣田北部地區(qū)。工區(qū)內發(fā)育大型共軛走滑斷裂，古地形有利于大氣淡水在地下水頭壓力驅動下，沿走滑斷裂向覆蓋區(qū)下滲，屬于塔北古喀斯特生態(tài)系統(tǒng)［36-38］。承壓流體沿斷裂和裂縫系統(tǒng)向深部發(fā)生緩慢移動，破碎帶由于水流的匯集，增大了水-巖接觸面積，在溫度、壓力驅動下沿斷裂帶發(fā)生溶蝕改造，形成具有一定規(guī)模并呈線形分布的溶蝕縫洞型儲層（圖10）。不斷補充的CO2和淡水使得巖溶作用持續(xù)進行，下降流不飽和溶蝕帶不斷沿斷裂帶向深部侵蝕，擴溶構造增容空間。承壓流體在向深部緩慢流動過程中，逐漸由不飽和溶蝕向過飽和沉淀轉變，溶蝕-沉淀過程既可順序進行，也可交替發(fā)生，構造增容空間遭受破壞性改造。

圖10 托普臺地區(qū)上奧陶統(tǒng)覆蓋區(qū)深部大氣淡水巖溶模式Fig.10 Meteoric water dissolution model of the deep parts as overlain by the Upper Ordovician in Tuoputai area

托普臺地區(qū)沿走滑斷裂常鉆遇放空、漏失，多口井揭示洞穴層和泥質充填物。巖心見明顯溶蝕現(xiàn)象，洞穴充填的巨晶方解石Ce 無異常，Eu 未出現(xiàn)正異常；87Sr/86Sr 值介于0.709 6~0.709 7，平均值為0.709 6，普遍高于中-下奧陶統(tǒng)鍶同位素范圍在0.708 6~0.709；氧同位素（δ18O）數(shù)據(jù)明顯偏負（-14 ‰ ~ -16 ‰）。由此表明，覆蓋區(qū)（深度＞300 m）洞穴充填巨晶方解石的成巖流體以大氣淡水來源為主，同時存在古老硅鋁質巖層的剝蝕和殼源鍶的混入。

由此可見，貫穿喀斯特生態(tài)系統(tǒng)的走滑斷裂即使延伸至覆蓋區(qū)，仍可以遭受沿斷裂帶下滲大氣水的溶蝕改造。重力是該類型流體的主要驅動力，地形是控制水頭梯度的重要因素，走滑斷裂的構造增容空間則是影響承壓水體流路變化和溶蝕-沉淀過程的主導因素。因此，淡水改造機制下沿走滑斷裂溶蝕形成的縫洞型儲層可稱為“巖溶型”斷控儲層。

3.3.2 熱液流體改造機制

熱液流體一般定義為具有較高溫度（50~500 ℃）的水溶液，溶液性質隨時間、空間變化而改變，并導致所含溶質的沉淀。本文將熱液流體的定義外延至一切高于地層溫度（＞5 ℃）的地層流體，存在流體性質和溶蝕速率的變化，并導致所含溶質的沉淀。

塔里木盆地發(fā)育多期火山活動事件，巖漿或巖漿期后封存的地層熱鹵水（熱液）在順北地區(qū)較常見。地層深部熱液沿斷裂向上運移過程中，對斷裂破碎帶進行溶蝕擴大、交代增容、結晶增孔等，形成一定規(guī)模的溶蝕縫洞型儲層?；跓嵋旱V物組合、流體包裹體和地球化學特征，可以大致描述熱液流體來源，并分為地層熱鹵水和巖漿期后混合熱液兩類。

地層熱鹵水在順北地區(qū)較常見，已有眾多學者［39-43］針對順北地區(qū)熱液活動提出了大量的證據(jù)，指出地層熱流體可能來源于深部前寒武系—下奧陶統(tǒng)多個層系。以M 井為例［39-40］（圖11），取心硅化巖見（微晶）石英-方解石組合，石英包裹體最高溫度為202.8 ℃，明顯高于正常地溫演化最高溫度（現(xiàn)今為191.8 ℃）。石英的硅、氧同位素與熱液成因相似，稀土總量低，具較明顯Eu正異常，F(xiàn)e和Mn等常量元素相對富集。方解石脈的碳、氧、鍶同位素顯示流體受到了高溫和深部碎屑巖的影響，表明其可能來源于前寒武系碎屑巖低溫地層熱鹵水。鞍型白云石的碳、氧、鍶同位素地化習性具有明顯“親源性”特征，但不重疊，指示流體來源于寒武系和下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖封存的熱鹵水。

圖11 順北地區(qū)斷控熱液溶蝕特征（a）及巖溶模式（b）Fig.11 Characteristics of fault?controlled hydrothermal dissolution（a）and karst model（b）in Shunbei area

此外，存在與巖漿作用有關的混合熱液。例如，塔里木盆地在二疊紀發(fā)生了廣泛而強烈的巖漿活動，釋放出了大量的富氟熱流體。富氟熱液沿斷裂和裂縫上移，強烈改造奧陶系灰?guī)r，形成了特有的螢石化儲層［44-52］。

走滑斷裂在活動過程中，熱液流體在浮力（熱密度）驅動下，沿斷裂、裂縫上侵，并對原巖交代、溶蝕改造。由于熱液流體性質頻繁變化，多具有混合流體特征，通常會發(fā)生pH 值疊加效應、離子強度（鹽度差異）疊加效應和鈣離子濃度疊加效應，從而導致混合流體對碳酸鹽巖不飽和。一方面，大量不飽和流體沿斷層和縫網(wǎng)系統(tǒng)自下而上對構造增容空間發(fā)生溶蝕改造，隨著溫度和pH 值等在流體上侵過程中交替變化與圍巖達到平衡，陸續(xù)有序析出熱液礦物組合，導致儲層非均質性增強。另一方面，在熱液流體交代原巖過程中，自形度較高的熱液礦物晶體在新生變形過程中，以搭建結構堆積成晶間孔隙，可形成沿斷裂展布的、規(guī)模有限的基質孔隙型儲層。

由此可見，熱液流體的主要驅動力為浮力，只能沿斷控縫網(wǎng)系統(tǒng)擴溶和交代，形成溶蝕縫洞型儲層和局部的基質孔隙型儲層，其溶蝕-沉淀、交代原巖的范圍明顯受限于走滑斷層。因此，熱液流體改造機制下沿走滑斷裂形成的縫洞型儲層稱為“熱溶型”斷控儲層。

4 結論

1）走滑斷裂作為一個空間地質體，具備物理-化學機制下的增容作用，可以在斷裂帶內部形成伴生的孔隙空間和縫洞系統(tǒng)，形成具有勘探開發(fā)經濟價值的“斷控”儲層。通過開展走滑斷裂的構造增容機制研究，認識到斷裂帶內部受巖體錯動、破碎及力學-熱化學作用而發(fā)生的物質體積調整是“斷控”儲層形成的主導因素。斷裂過程中發(fā)生的脆性破裂和彈性變形可以形成斷控洞穴、孔洞和裂縫等儲集空間，基于斷裂內部結構的分帶模式和遞進演化過程，可以形成3 種儲層類型，并在斷裂構造樣式和動態(tài)演化過程約束下，共同形成具有成因關聯(lián)性的縫洞系統(tǒng)。

2）在巨厚的脆性巖層中，斷裂活動會發(fā)生大規(guī)模脆性變形，斷層位移和構造破碎共同消耗應力，誘發(fā)斷裂帶內大規(guī)模的物質體積調整，形成與斷裂活動相關的斷控縫洞系統(tǒng)。走滑斷裂帶的構造增容機制可細分為：“核-帶”模式和“疊接”模式。前者能否形成規(guī)模儲集效應，取決于走滑斷層承受的正應力狀態(tài)、軟弱巖性的含量及脆-塑性應變狀態(tài)、誘導裂縫帶的閉合程度。后者則取決于疊接部位的演化階段和局部應力場狀態(tài)。

3）在無法忽視斷裂帶形成、演化過程中的流體活動因素時，依據(jù)流體性質、作用方式和強度等，可將“斷控”儲層的成因機制細分為“斷容型”、“巖溶型”和“熱溶型”3 種亞類?！皵嗳菪汀笔侵敢磺邪l(fā)育于斷裂帶內部，由裂縫、孔洞和斷控洞穴所構成的儲集體，不受地層巖性約束和流體活動影響?！皫r溶型”和“熱溶型”是“斷控”儲層的理論衍生，可外延至喀斯特生態(tài)系統(tǒng)和覆蓋區(qū)深循環(huán)熱液流體系統(tǒng)中所有的不飽和性流體，流體以重力或浮力為主要驅動力，沿斷裂系統(tǒng)提供的流路網(wǎng)絡發(fā)生溶蝕-沉淀改造，形成溶蝕縫洞型“斷控”儲層。