走滑断裂特征对油气勘探方向的选择——以塔中北坡顺1井区为例

李　萌，汤良杰，李宗杰，甄素静，杨素举，田亚杰

(1.中国石油大学(北京) 油气资源与探测国家重点实验室，北京　102249； 2.中国石油大学(北京) 盆地与油藏研究中心，

北京　102249；3.中国冶金地质总局 矿产资源研究院，北京　101300； 4.中国石化 西北油田分公司，乌鲁木齐　830011)



走滑断裂特征对油气勘探方向的选择——以塔中北坡顺1井区为例

李萌1,2,3，汤良杰1,2，李宗杰4，甄素静1,2，杨素举4，田亚杰1,2

(1.中国石油大学(北京) 油气资源与探测国家重点实验室，北京102249； 2.中国石油大学(北京) 盆地与油藏研究中心，

北京102249；3.中国冶金地质总局 矿产资源研究院，北京101300； 4.中国石化 西北油田分公司，乌鲁木齐830011)

摘要：通过三维地震精细解释，运用断距分析、断层生长指数等方法，探讨了塔中北坡顺1井区走滑断裂的几何学特征、活动期次及其成因机制。该区走滑断裂及其伴生构造具有明显的分层特征，同时又具有分段差异：西段构成基底走滑卷入的“负花状”构造，东段则表现为盖层滑脱型。加里东中期(Ⅲ幕)基底走滑断裂已开始活动；海西早期，走滑断裂再次活动，上奥陶统桑塔木组厚层泥岩起到滑脱层的作用，基底走滑断裂剪切引起的盖层变形，在志留系发育伴生雁列正断层及其地堑、地垒组合；海西末期，挤压应力沿NE走向释放减弱而出现构造分异，基底走滑断裂西段再次复活，并与雁列正断裂上下贯通构成“负花状”构造；之后在印支期持续活动，发育断层相关褶皱等。海西末期―印支期，基底卷入型走滑断裂油气运移通道的开启、志留系等构造圈闭的定型与主成藏期具备良好的时空配置关系，走滑断裂附近可发育奥陶系岩溶。

关键词：石油地质；走滑断裂；断裂特征；顺1井区；塔中北坡

走滑断裂是一类重要的构造类型，以陡直断面和“花状”构造等为主要识别特征，在油气富集中发挥着重要的作用[1-3]。近年来，走滑断裂的研究在塔里木盆地油气勘探中得到越来越多的关注，许多学者从油气运移[4-5]、储层物性[6-8]、油气圈闭[9-11]等方面探讨了走滑断裂的石油地质意义。

近年来，塔中北坡顺托果勒区块相继在顺1、顺9井等发现了志留系油藏，实现了该区碎屑岩层系勘探领域的突破。顺托区块主要断裂以左行走滑为主，对志留系油气聚集成藏具有重要控制作用。前人在走滑断裂的几何学特征、形成机制、控油作用等方面做了许多工作[12-18]。目前的研究一般认为顺托地区主要发育基底卷入型走滑断裂，还未认识到上奥陶统泥岩对走滑构造相关变形的控制作用，因此该区走滑断裂的变形样式还需进一步研究，而走滑断裂体系的形成过程与志留系油气成藏的关系等有待进一步探讨。本文主要根据三维地震解释成果，探讨顺托果勒区块断裂体系尤其是走滑断裂的变形特征、形成机理及其石油地质意义，旨在为该地区的地质构造建模和油气勘探提供新的思路。

1区域地质背景

顺托果勒低隆位于卡塔克和沙雅2大古隆起之间，西临阿瓦提凹陷，东连满加尔坳陷，是整体呈北西向缓倾的斜坡构造(图1)。该低隆形成于加里东中期(奥陶纪末期)，后期改造作用不太强烈，是塔里木盆地中相对稳定的二级构造单元。其低隆形态保存至今，长期以来是顺托北部和满加尔坳陷等油气运移的有利指向区。顺1三维工区位于顺托果勒区块，顺1、顺9井等证实该区志留系具有良好的油气勘探前景，而顺托1井在奥陶系也已获得良好的油气显示。区内主要发育有一条NE向的顺托1号走滑断裂带[13]，可作为油气垂向运移的重要通道。

根据钻井及地震资料揭示，顺1三维工区除广泛缺失侏罗系外，奥陶系、志留系、泥盆系等也有不同程度的缺失[18]，其他地层发育相对完整(表1)。志留系柯坪塔格组是古生界碎屑岩主要目的层之一，自北西向南东方向超覆沉积，该组自上而下分为下段(S1k1)、中段(S1k2)和上段(S1k3)，上段自下而上可分下1亚段(S1k3-1)、上2亚段(S1k3-2)和上3亚段(S1k3-3)。此外，顺托果勒地区上奥陶统主要发育了一套巨厚的却尔却克组(O3qq)混积陆棚相碎屑岩沉积[18]，在顺1井区稳定沉积厚度超过500 m；而卡塔克隆起上奥陶统桑塔木组(O3s)为海侵的陆棚相沉积，以厚层泥岩和灰质泥岩为特征；受海西早期的抬升剥蚀作用，该套地层卡塔克隆起上厚度变化较大，局部甚至完全缺失[19]。

2断裂几何学特征

图1　塔中北坡构造位置及走滑断裂分布

总体来看，顺1井区走滑断裂的西段向志留系及以上地层扩展，与上部派生断层相连，构成基底卷入型的“负花状”构造；而东段为单条陡立的隐伏断层，构成盖层滑脱型的走滑相关构造。由于上奥陶统以泥岩为主滑脱层，塔中北坡及邻区主要发育以上2种主要的走滑断裂类型。类似的，A-A′剖面是顺南井区的一条三维地震剖面(图1，4)，同样可以看到基底卷入型和盖层滑脱型走滑断裂组合并存。与顺1井区相比较，顺南地区上奥陶统甚至

图2　塔中北坡顺托果勒区块顺1三维工区断裂分布

图3　塔中北坡顺托果勒区块顺1井区过顺托1号走滑断裂带地震剖面断裂解释

图4　塔中北坡顺托果勒区块顺1井区邻区典型走滑断裂特征

超过2 500 m，基底走滑断裂很难穿过这套以泥岩为主的塑性层，因而对上覆地层构造变形的影响较小。B-B′剖面是卡塔克隆起卡1井区的一条三维地震剖面(图1，4)，该区上奥陶统桑塔木组泥岩厚度有限，主要发育基底卷入型的走滑断裂。

3断裂活动期次

在三维地震解释基础上，通过断距、断层生长指数等方法识别出顺1井区存在5期主要的断裂活动。

3.1　晚奥陶世断裂

3.2　中志留—早石炭世断裂

利用正断层上、下盘相应地层的厚度比值，即断层生长指数(Ei)分析，可以确定正断层的活动时期[20-21]。Ei>1时，断层发生正断层活动，且Ei值越大，反映拉张作用越强烈。针对中构造层雁列正断层，在地震剖面上选取具有代表性的断裂F1、F2和F3(图3)，计算生长指数并分析其活动历史。F1断裂于中志留世开始拉张，之后持续活动到早石炭世(图5a)；F2断裂伸展作用不太强烈(图5b)；F3断裂在中志留世伸展强度达到高峰，之后逐渐减弱(图5c)。

3.3　早—中二叠世断裂

3.4　二叠纪末期断裂

图5　塔中北坡顺托果勒区块顺1井区地震剖面上正断层伸展指数

3.5　三叠纪断裂

部分逆冲断层切入三叠系，但断距很小，在地震剖面上不易识别(图3b)。断层上部的三叠系形成了宽缓的背斜形态，指示了在印支期的冲断活动并伴有断层相关褶皱的发育。断褶两翼地层在转折位置处厚度有减薄现象，显示断裂构造活动控制的生长地层特征。该期冲断变形微弱，分布范围局限。

4断裂形成机制分析

相对于邻区卡塔克隆起，顺托果勒地层厚度基本稳定，构造活动不太强烈。结合该区断裂活动期次等，我们认为其经历了加里东中期、海西早期、海西晚期、海西末期和印支期等5个断裂活动阶段(图6)。

加里东中期Ⅲ幕(晚奥陶世)，库地洋向南侧中昆仑微陆块俯冲消减[22]。在此构造背景下，塔里木盆地经受自南往北的强烈挤压作用，塔中地区形成规模巨大的NW向逆冲断裂带，在其北缘则必然产生与断裂带垂直的NE向挤压分量。航磁资料表明该区存在NE向的地壳薄弱带[23]，对后期NE向左行走滑断裂的发育起到了重要的控制作用。这与塔中地区在中、晚奥陶世的走滑活动有很好的对应关系[4,24]。

海西早期(志留—泥盆纪)，库地洋开始俯冲消减，并于泥盆纪晚期闭合，塔里木与中昆仑地块闭合；北缘的南天山洋在这一时期也自东向西向中天山地块俯冲消减[25]。受南北两侧大洋的俯冲消减作用，塔里木整体处于强烈挤压环境中。基底NE向走滑断裂复活在盖层引起左行扭动变形，首先发育的是与走滑断层走向基本一致的小型宽缓褶皱，随着走滑位移量的增大，派生褶皱被一系列小型的雁列正断层所切割(图6)。由于桑塔木组厚层泥岩的存在，基底走滑断裂与盖层之间会产生滑脱，中部雁列正断层与深部基底断裂在该时期可能并不直接相连。

海西晚期(早—中二叠世)，塔里木盆地发育大规模玄武质岩浆喷发和伸展作用[26]。中国石油满西1井也揭示了邻区二叠系近300 m厚的火成岩段。在此构造背景下，区内广泛发育一系列较小规模的张性正断层，并形成一系列小型的堑—垒构造。2组正断层走向近直交，可能与深部侵入岩体上升挤压围岩而产生的共轭剪裂面有关。

图6　塔中北坡顺托果勒区块顺1井区断裂演化和成藏模式

海西末期(晚二叠纪世)，受古特提斯洋向中昆仑地体俯冲碰撞的影响，塔里木板块内部由伸展环境转为挤压环境[27]。在剖面上发现有规模不大的逆断层，走向近NE，属于基底NE向走滑断裂再次活动引起的盖层伴生变形；且集中分布在西段，表明靠近塔中一侧挤压活动应力较强，“负花状”构造多出现在该部位，推测海西末期活动才将走滑断裂与雁列正断裂相贯通(图6)。由于板块碰撞产生的挤压应力沿NE走向逐渐衰减，派生断层和褶皱变形也不断减弱。

印支期(三叠纪)，古特提斯洋向北的俯冲作用加剧，直至甜水海—羌塘地体与塔里木板块的碰撞拼贴[28]。中生代地层随着二叠纪形成的堑—垒构造也稍有起伏，构造样式为典型的断层转折褶皱，反映了断裂的后期再活动，但断裂活动强度已不大，属于海西末期断裂的继承性活动。

5石油地质意义

该区断裂体系，特别是基底走滑断裂及其伴生雁列正断层对志留系油气的运聚成藏有明显的控制作用，主要体现以下2个方面。

5.1　对油气运移的控制作用

前人研究表明，顺托果勒志留系油源主要来自寒武系—下奥陶统和中上奥陶统[29-30]。桑塔木组厚层泥岩封闭性较好，是油气向上部运移成藏的不利因素。海西早期，基底走滑断裂活动在上部志留系派生雁列正断层，该时期正断层与基底走滑断裂初始可能并不直接相连，油气垂向运移的效果较差。至海西末期—印支期，西段走滑断裂再次活动并向上扩展发散，靠近塔中一侧派生“负花状”构造，并与浅层的各种破裂面(雁列正断层、裂隙、斜列褶皱等)连接在一起构成网状的破裂带，从而有效沟通了烃源岩与上部柯坪塔格组储层(图6)。流体包裹体证据表明，顺9井志留系油气成藏期有海西早期、海西晚期和喜马拉雅中晚期等，其中海西晚期—印支期(335.0-231.5 Ma)的油充注占有绝对优势[15]。基底卷入型走滑断裂在油气主成藏期的开启性较好，有利于油气沿断裂的垂向运移。

5.2　对构造圈闭的控制作用

该区以志留系柯坪塔格组低幅度构造圈闭为主，断裂控制了志留系构造圈闭的类型和演化。海西早期，基底NE向走滑断裂扭动引起上覆志留系的褶皱变形，褶曲轴向NE，一般都平行主干断裂或在其附近发育；之后派生褶皱被一系列NNW向雁列断层所切割，形成斜列的断背斜、断鼻和断块等构造。志留系圈闭在海西早期形成，海西末期基本定型，与主成藏期相匹配，圈闭油气成藏条件优越。在塔中已发现塔中4井和6井等石炭系油气藏，对该区勘探也有借鉴意义。顺1井区石炭系卡拉沙依组圈闭形成于海西末期，以背斜为主，若雁列正断层处于开启状态，则存在油气沿基底卷入走滑型断裂在浅部聚集成藏的可能性(图6)。海西期运动之后断裂活动较弱，构造圈闭的规模和完整性得以保存。

值得指出的是，走滑断裂周围发育多级别、多方位裂缝，利于产生岩溶缝洞，对于碳酸盐岩的储集性能具有明显改造作用。顺南区块的勘探证实，奥陶系岩溶缝洞沿走滑断裂带较发育，且在蓬莱坝组、鹰山组岩溶缝洞型储层中获得油气显示或工业气流。目前，顺托1井已证实该地区深部奥陶系具有良好的油气勘探潜力，是否具有类似岩溶缝洞的储层特征则是下一步研究的重要内容。

6结论

(1)通过精细的地震解释，认为对顺1井区具有明显的构造分层和分段变形特征。深层构造样式以线型展布的高角度走滑断裂为主。中层构造以雁列正断层为主，发育地堑、地垒等组合样式；其中西段与基底走滑断裂构成基底卷入型的“负花状”构造，东段则为盖层滑脱型构造样式。浅构造层发育规模较小的正断层和逆断层。

(2)该区断裂活动可以划分为5个阶段：加里东中期(Ⅲ幕)基底走滑断裂活动阶段；海西早期，由于桑塔木组厚层泥岩的存在，走滑断裂再次活动而在盖层伴生雁列正断层；海西晚期为岩浆与广泛伸展阶段；海西末期，靠近卡塔克隆起一侧走滑挤压应力较强，基底走滑断裂西段再次复活，并与雁列正断裂上下贯通构成“负花状”构造；印支期发育断层相关褶皱等。

(3)海西末期—印支期，基底走滑断层与其伴生的雁列正断层等连接并处于开启状态，因而成为有利的油气运移通道；走滑断裂派生褶皱被雁列正断层所切割，形成的断背斜、断鼻和断块等是有利成藏位置。走滑断裂相关运移通道的开启、志留系圈闭的定型与海西末期主成藏期具备良好的时空配置关系；走滑断裂对碳酸盐岩储集层具有明显的改造作用，奥陶系岩溶是油气富集的有利区域。

致谢：感谢审稿专家提出的宝贵修改意见，使论文得到进一步的完善，再次致以深切的谢意。

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(编辑黄娟)

Fault characteristics and their petroleum geology significance:

A case study of well Shun-1 on the northern slope of the central Tarim Basin

Li Meng1,2,3, Tang Liangjie1,2, Li Zongjie4, Zhen Sujing1,2,Yang Suju4, Tian Yajie1,2

(1.StateKeyLaboratoryofPetroleumResourceandProspecting,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China;

2.Basin&ReservoirResearchCenter,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China; 3.InstituteofMineralResourceResearch,

ChinaMetallurgicalGeologyBureau,Beijing101300; 4.SINOPECNorthwestOilfieldCompany,Urumqi,Xinjiang830011,China)

Abstract:The geometric characteristics, active stages and formation mechanism of strike-slip faults in well Shun-1 area on the northern slope of the central Tarim Basin were studied through 3D seismic interpretation and combined with fault throw and fault growth index analyses. The study area has clear layered characteristics. Deep structures are mainly of linear strike-slip faults; middle structures are primarily normal faults which group sinistralen echelon and form horst-graben structures, locally forming negative flower structures with a basement strike-slip fault. Small-scale normal faults are developed in shallow structures. Basement strike-slip faults have formed in the middle Caledonian and activated again associated with en echelon normal faults in Silurian during the early Hercynian. The thick Sangtamu Formation mudstone of the Upper Ordovician is identified as a detachment layer, which resulted the decollement between the basement strike-slip fault and its cover. This region has experienced magmatism and widespread extension in the late Hercynian. The rejuvenation of basement strike-slip faults resulted in the local strong compression in the latest Hercynian and fault-related folds in the Indosinian.In the latest Hercynian, basement strike-slip faulting was linked with en echelon normal faults, which could be favorable hydrocarbon migration paths. Strike-slip induced folds cut by en echelon normal faults, forming faulted anticlines, faulted nose and fault blocks, could be favorable traps for petroleum accumulation. The Ordovician palaeokarst that developed extensively near strike-slip fault zones, is an important future target for petroleum exploration.

Keywords:petroleum geology; strike-slip fault; fault characteristics; well Shun-1 area; northern slope of central Tarim Basin

基金项目：国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2012CB214804, 2005CB422107)，国家自然科学基金项目(41172125, 40972090)，国家科技重大专项(2011ZX05002-003-001,2011ZX05029-002,2011ZX05002-006-007HZ)，中国石油化工股份有限公司项目(P11086)和中国石化西北油田分公司项目(KY2012-S-051)联合资助。

通信作者：汤良杰(1957—)，男，教授，主要研究方向为含油气盆地构造分析。E-mail: tanglj@cup.edu.cn。

作者简介：李萌(1984—)，男，博士研究生，从事含油气盆地构造研究。E-mail: limeng.juwen@163.com。

收稿日期：2014-11-21；

修订日期：2015-12-14。

中图分类号：TE122.3

文献标识码：A

文章编号：1001-6112(2016)01-0113-09doi：10.11781/sysydz201601113