鄧 尚，李慧莉，韓 俊，崔德育，鄒 榕

(1.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083； 2.中國石化 西北油田分公司，新疆 烏魯木齊 830011；3.中國石油 塔里木油田分公司，新疆 庫爾勒 841000)

近年來，隨著塔里木盆地油氣勘探在順北地區(qū)特深碳酸鹽巖領(lǐng)域獲得重大油氣突破，揭示了順北地區(qū)及鄰區(qū)發(fā)育的克拉通內(nèi)中小滑移距走滑斷裂體系對奧陶系碳酸鹽巖具有明顯的“控儲、控藏、控富”作用[1-5]。在塔北隆起、塔中隆起以及該兩大隆起之間的順托果勒低隆，通過新的地震資料識別出順北5號斷裂(簡稱順北5斷裂)是一條貫穿南北的主干走滑斷裂帶，且在其東西兩側(cè)發(fā)育有不同走向的走滑斷裂體系[6]。新的鉆井資料揭示，順北5斷裂不僅控制了中下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖地層中孔洞-裂縫型儲集體的發(fā)育[1],位于順北5斷裂上的單井在志留系碎屑巖地層(砂巖段、泥巖段)中同樣鉆遇了漏失與放空。前人針對順北5斷裂位于順北地區(qū)北部部分的分層性、分段性、滑移距[4]以及儲層預(yù)測[7]等方面開展了詳盡的研究工作，但對順北5斷裂整體展布特征，不同分段幾何學、運動學特征以及活動差異性尚未見系統(tǒng)研究。此外，對于順北5斷裂對志留系碎屑巖儲集空間發(fā)育的控制作用也未見系統(tǒng)性分析。本文選取順北5斷裂中段為研究對象，解剖研究活動特征，對比其與北段活動差異性，分析其對志留系碎屑巖儲集空間發(fā)育的控制作用，旨在為深化認識順北地區(qū)走滑斷裂控儲作用以及斷裂體系成因機制提供參考和理論依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域地質(zhì)概況

塔里木盆地順托果勒低隆北鄰塔北隆起，南接卡塔克隆起，東西向位于阿瓦提拗陷與滿加爾坳陷之間，是相對穩(wěn)定的古構(gòu)造單元[8]。順北地區(qū)位于順托果勒低隆北部，該地區(qū)下古生界發(fā)育完整的生-儲-蓋組合，多期活動的走滑斷裂體系為該地區(qū)油氣運移、聚集與富集提供了優(yōu)越的石油地質(zhì)條件，沿斷裂帶部署的多口探井均獲得高產(chǎn)油氣流，揭示了順北油氣藏的存在[1，3]。

順托果勒低隆經(jīng)歷了多階段的構(gòu)造演化活動。加里東早期(寒武紀—中奧陶世)，順托果勒地區(qū)處于克拉通內(nèi)弱伸展背景階段，該地區(qū)經(jīng)歷了區(qū)域性穩(wěn)定構(gòu)造沉降。加里東中期(奧陶紀)，順托果勒地區(qū)處在克拉通隆起形成演化與整體擠壓階段，在加里東中期Ⅲ幕(晚奧陶世末)，順托果勒低隆南北側(cè)的塔中隆起與塔北隆起形態(tài)全面形成，整體擠壓狀態(tài)一直持續(xù)到加里東晚期—海西早期(志留紀—泥盆紀)。海西中-晚期(石炭紀—二疊紀)，隨著塔北隆起持續(xù)抬升，順托果勒低隆也進一步抬升；印支期—燕山期(三疊紀—白堊紀)，順托果勒地區(qū)持續(xù)埋深，至喜馬拉雅期形成現(xiàn)今格局并定型[9-13]。

順北地區(qū)下古生界發(fā)育相對齊全，奧陶系自下而上為下統(tǒng)蓬萊壩組(O1p)，中-下統(tǒng)鷹山組(O1-2y)，中統(tǒng)一間房組(O2yj)，上統(tǒng)恰爾巴克組(O3q)、良里塔格組(O3l)和桑塔木組(O3s)。志留系自下而上為下統(tǒng)柯坪塔格組(S1k)，下統(tǒng)塔塔埃爾塔格組(S1t)，中統(tǒng)依木干他烏組(S1y)，泥盆系發(fā)育中下統(tǒng)克孜爾塔格組(D1-2k)，上統(tǒng)東河塘組(D3d)。目前順北地區(qū)勘探開發(fā)主要目的層系為奧陶系一間房組和鷹山組上部碳酸鹽巖，已知儲層類型以孔洞-裂縫型為主，斷裂-裂縫體系相關(guān)構(gòu)造破裂作用是儲層發(fā)育的主控因素[3]。

1.2 走滑斷裂體系分布及活動特征

順北地區(qū)及鄰區(qū)發(fā)育多個走滑斷裂體系[6]。在塔北地區(qū)主要發(fā)育NNE-NNW向“X”型似共軛斷裂體系(圖1)，該體系中具有代表性的NNE向主干斷裂帶(托普39斷裂)早期(加里東中期—海西早期)在共軛走滑狀態(tài)下左行活動，受最大主應(yīng)力方向的控制，晚期(喜馬拉雅期)反轉(zhuǎn)為右行走滑，而同體系中的NNW向斷裂晚期幾乎未活動[4]。在塔中隆起北坡地區(qū)主要發(fā)育NNE向近平行走滑斷裂體系(圖1)，走向約為NE30°，該體系大致在加里東中期Ⅲ幕左行走滑，之后在加里東晚期—海西早期再度左行活動[2]。在順托果勒低隆中部地區(qū)發(fā)育順北1斷裂、順北5斷裂體系，以北的“X”型斷裂體系發(fā)育至順北1斷裂附近逐漸減弱并終止。順北5斷裂東部和西部斷裂在走向上呈現(xiàn)明顯差異(圖1)，就斷裂差異分區(qū)活動而言，在順北地區(qū)可被認為是一條分割東部NNE體系與西部NNW體系的斷裂帶(圖1)。順北5斷裂先于順北1斷裂帶在加里東中期Ⅲ幕形成，在加里東晚期以及海西中晚期再活動，兩者的構(gòu)造演化經(jīng)歷了不同的應(yīng)力環(huán)境和最大主應(yīng)力方向的變化，與托普39斷裂體系中NNE-NNW向斷裂在活動機制上存在根本差異[4]。

1.3 順北5斷裂展布與分段特征

隨著順北5井的部署與油氣突破[3，7]，二維和三維地震新資料的采集以及地震地質(zhì)綜合解釋揭示順北5斷裂是一條貫穿塔北隆起、順托果勒低隆以及塔中隆起的主干斷裂帶(圖1)?；谝巡杉亩S和三維地震資料，順北5斷裂可識別長度約為270 km，斷裂走向自北向南整體發(fā)生了約40°的偏轉(zhuǎn)：在塔北隆起走向大致為NW20°，在順托果勒低隆走向大致為NE10°，在塔中隆起走向大致為NE20°?；陧槺?斷裂走向變化特征，可將其總體分為三段(圖1)，即北段(走向大致為NW20°)、中段(走向為近南北向-NE10°)和南段(走向大致為NE20°)。目前已有三維地震資料(1號三維與2號三維南部)覆蓋了順北5斷裂中段主體部分(圖1)，2號三維與3號三維覆蓋了北段主體部分，其中針對2號三維已有斷裂活動特征精細解析[4]。

圖1 塔里木盆地順北地區(qū)及鄰區(qū)下古生界主要斷裂分布Fig.1 A map showing the distribution of major faults in the Lower Paleozoic in Shunbei area and its surroundings,Tarim Basin

2 順北5斷裂中段活動特征以及雁列正斷層控儲特征

本研究主要針對1號三維進行精細解析，明確了順北5斷裂在該三維區(qū)內(nèi)的幾何學與運動學特征，厘定了活動期次，并與順北5斷裂在2號三維內(nèi)的活動特征進行了對比。此外，通過對2號三維斷裂帶上多口單井志留系放空漏失資料進行分析解剖，明確了順北5斷裂雁列正斷層對志留系碎屑巖(砂巖段、泥巖段)儲集空間發(fā)育的控制作用。

2.1 幾何學特征

圖2 塔里木盆地順北5號斷裂帶中段1號三維多層位相干與斷裂解釋(三維資料研究范圍見圖1)Fig.2 Coherence slices of various reflecting interfaces and fault interpretations of the No.1 seismic survey covering the central segment of Shunbei 5 fault zone in the Tarim Basin(See Fig.1 for the location of the No.13D seismic acreage)

圖3 塔里木盆地順北5號斷裂帶中段1號三維分層發(fā)育典型剖面A-A′、B-B′ and C-C′(剖面位置見圖2)Fig.3 Representative seismic sections of the No.1 seismic survey covering the central segment of Shunbei 5 fault zone in the Tarim Basin (see Fig.2 for the location of sections A-A′,B-B′ and C-C′)

2.2 運動學特征

2.3 活動期次

結(jié)合不同構(gòu)造樣式發(fā)育層位以及揭示的不同古應(yīng)力環(huán)境，識別出順北5斷裂在1號三維區(qū)至少三個階段的多期活動特征。

2.4 雁列正斷層志留系控儲特征

圖4 塔里木盆地順北5號斷裂帶北段-中段2號三維多層位相干與斷裂解釋(三維資料研究范圍見圖1)Fig.4 Coherence slices of various reflecting interfaces and fault interpretations of the No.2 seismic survey covering parts of the northern and central segments of Shunbei 5 fault zone in the Tarim Basin (see Fig.1 for the 3D seismic acreage)

通過井震標定確定地層漏失、放空部位，并對比雁列正斷層幾何學特征表明，鉆遇雁列正斷層上盤更易發(fā)生漏失和放空(圖5)。例如，X6井與X8井相比，X6井鉆遇斷層下盤，未鉆遇放空和漏失，而X8井鉆遇斷層上盤，共鉆遇三處放空。與X8井類似，X7井同樣鉆遇雁列正斷層上盤，且發(fā)生多處漏失(圖5)。針對X7井漏失段采集的成像測井資料表明，漏失段發(fā)育走向約為NE45°天然裂縫(圖6)，該走向與X7井鉆遇正斷層走向(約為NE40°)相似(圖4)，由此更進一步說明雁列正斷層伴生裂縫體系[17]是造成漏失的主要儲集空間。此外，成像測井解釋表明，壓裂誘導(dǎo)縫走向也近似為NE45°(圖6)，說明現(xiàn)今最大主應(yīng)力方向與天然裂縫走向近似平行，利于雁列正斷層伴生裂縫的開啟[5]。

針對每個漏失、放空點測量其與雁列正斷層斷面的水平距離，并測量其在斷面投影點的垂向斷距，與此同時，測量未發(fā)生漏失和放空井組與雁列正斷層的最小水平距離以及斷面最大斷距，進行交錯分析表明(圖7a)，雁列正斷層上盤對漏失、放空點的控制范圍可超過200 m，而下盤則小于200 m，說明雁列正斷層破碎帶在斷層上、下盤發(fā)育具有不對稱性(圖7b)，且上盤破碎帶發(fā)育規(guī)模更大，該特征與前人提出的正斷層破碎帶發(fā)育具有不對稱特征的研究認識[18-21]一致。

3 討論

3.1 順北5斷裂奧陶系碳酸鹽巖儲層與志留系碎屑巖洞穴型儲集空間成因機制

順北5斷裂北段(圖1)部署的順北5井在奧陶系中統(tǒng)一間房組(O2yj)與中-下統(tǒng)鷹山組(O1-2y)分別鉆遇0.77 m與2.92 m放空[3]，揭示順北5斷裂控制了中-下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖縫洞型儲層的發(fā)育。在順北地區(qū)走滑斷裂多期活動的背景下，構(gòu)造破裂作用、斷控大氣水巖溶作用與埋藏溶蝕作用是碳酸鹽巖地層洞穴-裂縫系統(tǒng)形成的主要控制因素[1,3,22]。

碳酸鹽巖因其巖性的特殊性，在表生巖溶與埋藏溶蝕的作用下，大氣淡水和酸性流體對碳酸鹽礦物的溶解作用本身可形成巖溶孔洞和大型洞穴[23-24]。與碳酸鹽巖不同的是，碎屑巖(砂巖、泥巖)在儲層成巖過程中，烴源巖有機質(zhì)熱演化釋放的有機酸雖然可對鋁硅酸鹽進行溶蝕而形成規(guī)模性次生空隙[25-26]，但對于是否可形成溶蝕洞穴目前尚未見報道。由此推測，志留系砂巖、泥巖段多致密，物性差，斷裂活動形成的空腔及伴生裂縫體系是放空、漏失的主要原因。

圖5 塔里木盆地順北5號斷裂帶北段-中段2號三維典型過井剖面A—A′，B—B′與C—C′(剖面位置見圖4)Fig.5 Representative seismic sections of the No.2 seismic survey covering the northern and central segments of Shunbei 5 fault zone in the Tarim Basin (see Fig.4 for the locations of sections A—A′,B—B′ and C—C′)

圖6 塔里木盆地順北5號斷裂帶2號三維X7井志留系裂縫性儲層成像測井響應(yīng)Fig.6 Image logging responses of the fractured Silurian reservoir rocks in Well X7 in the No.2 seismic survey covering the Shunbei 5 fault zone in the Tarim Basina.裂縫性儲層成像測井響應(yīng)；b.裂縫走向玫瑰花圖

圖7 塔里木盆地順北5號斷裂帶2號三維志留系放空、漏失部位與雁列斷層活動關(guān)系(三維資料研究范圍見圖1)Fig.7 Locations of thief zones and their relationship with the en-echelon normal faults in the No.2 seismic survey of the Shunbei 5 fault in the Tarim Basin (See Fig.1 for the location of No.2 seismic acreage)a.志留系放空、漏失部位與距雁列斷層斷距與落差交繪圖；b.雁列正斷層上、下盤破碎帶發(fā)育模式

正斷層與走滑斷層在幾何學、運動學以及力學機制方面雖存在明顯差異[27]，但其都具有分段性[16-17],在分段疊接部位都可形成疊接拉伸或疊接擠壓變形段。在疊接拉伸段的發(fā)育過程中，受局部張應(yīng)力的控制作用[28]，巖石趨于形成張性破裂，在烴類流體充注的情況下破裂空間可進一步保留，成為現(xiàn)今鉆遇的洞穴或空腔(圖5，圖7)。前人研究表明，渤海灣裂谷盆地斷塊(碎屑巖)油氣富集區(qū)主干斷裂帶附近發(fā)育一系列斷裂空腔瀝青帶，其厚度可達3 m[29]，井-震標定揭示斷裂空腔多發(fā)育于正斷層斷面疊接部位，由此也進一步說明，正斷層分段疊接部位對碎屑巖洞穴型儲集空間的發(fā)育具有重要的控制作用。

3.2 順北5斷裂發(fā)育機制

現(xiàn)有二維和三維地震資料揭示順北5斷裂貫穿順北及鄰區(qū)南北，是該地區(qū)及鄰區(qū)目前已知最長的走滑斷裂帶(長度≥270 km)，對于該斷裂帶水平滑移距分布特征以及發(fā)育機制尚未見系統(tǒng)性研究。

4 結(jié)論

1) 順北5斷裂是一條貫穿塔北隆起、順托果勒低隆以及塔中隆起的主干斷裂帶，其可識別長度長達270 km，斷裂走向自北向南整體發(fā)生了約40°的偏轉(zhuǎn)，是目前順北及鄰區(qū)已知最長的克拉通內(nèi)走滑斷裂帶。基于順北5斷裂走向總體變化特征，可將其分為三段:北段(走向約NW20°)、中段(走向為近南北向-NE10°)和南段(走向約NE20°)。

圖8 塔里木盆地順北5號斷裂帶北段-中段滑移距分布特征(滑移距測量點A-D位置見圖1)Fig.8 Distribution characteristics of the displacement in the northern-central segments of Shunbei 5 fault zone in the Tarim Basin (see Fig.1 for the location of displacement measurement of A-D)a.順北5號斷裂3號三維界面相干；b.順北5號斷裂1號三維界面相干與4 568 ms時深切片；c.順北5號斷裂A-D點滑移距分布

3) 順北5斷裂中段雁列正斷層控制了志留系碎屑巖(砂巖段、泥巖段)中裂縫-洞穴型儲集空間的發(fā)育，雁列正斷層破碎帶在斷層上、下盤發(fā)育具有不對稱性，上盤破碎帶發(fā)育規(guī)模更大。順北5斷裂北段與中段滑移距分布具有“兩頭大，中間小”的特征，北-中段也具有顯著不同的幾何學與運動學特征。構(gòu)造演化初期形成于南、北以及南北之間不同體系的斷層在后期逐段拼接，形成了順北5斷裂現(xiàn)今貫穿塔北隆起、順托果勒低隆以及塔中隆起的展布格局。