准噶尔盆地南部红雁池断层结构特征与垂向输导油气模式

赵乐强, 林会喜, 高剑雄, 郭瑞超, 贾凡建

(中国石化胜利油田分公司 勘探开发研究院，山东 东营 257000)

准噶尔盆地南部红雁池断层结构特征与垂向输导油气模式

赵乐强, 林会喜, 高剑雄, 郭瑞超, 贾凡建

(中国石化胜利油田分公司 勘探开发研究院，山东 东营 257000)

研究准噶尔盆地南部地区断层的结构特征及对油气垂向输导的影响。基于野外调查、地质与地化资料，精细刻画了断层结构；结合油源对比和油源期次分析，确定了红雁池断层结构与油气垂向输导模式。红雁池断层具有滑动破碎带、主动盘诱导裂缝带、被动盘诱导裂缝带等3个结构单元。其中滑动破碎带由各种断层岩组成，裂缝发育但基本全充填；主动盘诱导裂缝带、被动盘诱导裂缝带内裂缝发育，部分充填，原岩结构保留。断层内曾发生4次较大规模的流体活动，油气主要来自断层下伏的中二叠统源岩，大规模油气运移主要发生在第三次流体活动时期。油气运移前，断层滑动破碎带大部分已封闭，主动盘诱导裂缝带是断层垂向输导油气的优势通道，靠近滑动破碎带处是优势部位，被动盘诱导裂缝带是次要通道。

压扭性断层；断层结构；垂向输导油气模式；准噶尔盆地；红雁池断层

断层结构与垂向输导油气模式是长期以来被关注的热点和难点。近些年的大量研究表明，断层不是一个“面”，而是一个具有结构的“体”，一个完整的断层结构包括滑动破碎带和诱导裂缝带[1-5]。断层结构对油气的输导至关重要，国内外许多学者对此进行了大量研究，在断层结构划分及主控因素、断层输导油气机制及方式等方面取得了一些较深入的认识，有效指导了勘探实践[6-11]。但以往这些研究以正断层居多，而对压扭性的逆断层和走滑断层认识程度还不够。准噶尔盆地南部地区(简称“准南地区”)压扭性断层大量发育，已证实部分断层与油气垂向输导密切相关，但如何输导油气并不太明确。红雁池断层是准南地区具有代表性的一条中等规模的压扭性断层，近几年在红雁池断层内发现大量来自下部源岩的油气显示，表明该断层起着垂向输导油气作用。本文试图在红雁池断层结构特征研究基础上，剖析断层垂向输导油气过程，总结输导模式，以期不断深化认识压扭性断层输导油气机制，同时也为准南地区油气运聚方向的确定提供指导。

1 区域地质概况

准南地区处于天山造山带与准噶尔盆地的结合部位，构造位置属山前褶皱冲断带，南与伊林黑比尔根山-博格达山相邻[12-14]，北到盆地腹部昌吉凹陷，南北宽40～90 km；西起精河，东到木垒哈萨克自治县，长约650 km，总面积约3.0×104km2。本次研究区红雁池断层位于准南地区中段乌鲁木齐市南郊5 km处，断层西起红雁池水库南侧，东至白杨沟，长约35 km，走向NW，倾向SW，倾角60°～80°，为左旋压扭性质(图1)。断层主要切割下二叠统、中二叠统、三叠系。其中:下二叠统主要为灰色、灰黑色薄层粉砂岩与灰黄色中-厚层长石质硬砂岩互层；中二叠统主要为灰黄色、灰绿色砂砾岩、石英砂岩和岩屑砂岩；三叠系主要为淡红色、灰绿色砂岩、泥岩夹灰绿色细砾岩及少量硬砂岩、灰岩。

图1 红雁池断层区域位置图Fig.1 Regional geological map showing the location of Hongyanchi faultP2h.红雁池组; P2l.芦草沟组; P2jj.井井子沟组; P2wl.乌拉泊组; P1t.塔什库拉组

2 断层地质特征

断层结构是岩石地层在受力错断过程中会因滑动、变形、破碎而形成的内部具有一定地质特征差别的地质体组合。根据相对空间位置、构造变形程度、岩石破碎程度及岩石类型等，红雁池断层结构可划分为滑动破碎带、主动盘诱导裂缝带、被动盘诱导裂缝带等3个结构单元(图2)，每个结构单元各具特征。

2.1 滑动破碎带

滑动破碎带位于断层结构内靠中间部位，是由复杂的、成组交叉排列的断层滑动面和相应岩体组合而成的产物[15-16]。红雁池断层滑动破碎带一般为8～10 m。由于长期受到上冲挤压，变形强烈，普遍发育揉皱变形构造，裂缝发育且基本全充填，成岩胶结作用强。断层内有多期脉体产出，脉体以石英为主，方解石为次，脉体之间相互穿插。该带发育碎裂岩、断层角砾岩、糜棱岩、断层泥及砂砾岩构造透镜体等各种断层岩。其中碎裂岩由压碎岩块和同成分基质构成；碎块呈角砾状，一般粒径gt;2 mm，最大为4.50 mm，次圆状-次棱角状，较大圆化角砾，周边有较小的锥形角砾围绕，显示压扭力学性状，具压扭性角砾结构；基质为同成分泥质岩，为更碎的物质构成，略显定向。断层角砾岩由角砾和同成分基质组成；角砾主要为同成分压碎岩块，多为次棱角状，一般粒径gt;2 mm，最大为2.50 mm，排列略具定向性；基质为同成分细碎物，有氧化铁质沿裂隙呈流状分布。糜棱岩由碎斑和基质组成，具糜棱结构，残留原岩结构；斑晶主要为英安质碎粒，粒径一般lt;2 mm，均为次圆状，定向孤立分布于条带状基质中。断层泥是断层两盘相对运动时，岩石破碎、研磨所形成；该区断层泥厚度为1～3 m，呈带状沿断层断续分布，其中常发育有砂砾岩构造透镜体。

2.2 主动盘诱导裂缝带

主动盘诱导裂缝带是位于滑动破碎带外侧断层主动盘、构造裂缝发育但仍保持原岩结构的地质体，向外逐渐过渡到正常围岩。该带宽度一般为50～70 m。原岩类型主要为中二叠统的石英砂岩和岩屑砂岩。由于所受应力较滑动破碎带小很多，岩石局部破裂，保留原岩的基本特征。其中石英砂岩主要由石英颗粒、少量岩屑和长石颗粒以及填隙物组成。石英碎屑为次棱角状，分选差，磨圆差，长轴方向定向排列；长石碎屑含量低，斜长石为棱角状；岩屑有硅质岩、中基性火山岩和石灰岩等。硅质、钙质胶结。石英砂岩孔隙以溶洞为主，其次为粒间溶孔，孔径为0.08～2.4 mm，面孔率为10%～15%。岩屑砂岩以基性、中酸性火山岩碎屑为主，石英颗粒、长石颗粒都较少，定向排列。岩石内见孤立的填隙物内溶孔，孔径0.02 mm左右，面孔率为8%～10%。

图2 红雁池断层内部结构划分Fig.2 Division of internal structures of the Hongyanchi fault(A)红雁池断层野外剖面图; (B)被动盘诱导裂缝带，主要发育三叠系，岩性以淡红色、灰绿色砂岩、泥岩夹灰绿色细砾岩为主，发育2类裂缝，大部分被充填; (C)滑动破碎带，主要发育碎裂岩、断层角砾岩、糜棱岩、断层泥及砂砾岩构造透镜体等各种断层岩，裂缝发育，全充填，致密; (D)主动盘诱导裂缝带， 主要发育中二叠统， 岩性以灰黄色、灰绿色砂砾岩、石英砂岩和岩屑砂岩为主， 发育3类裂缝， 大部分被充填

该带发育大量大小不一、相互交错切割的构造裂缝。根据裂缝产状，可大致分为近平行断层面裂缝、近垂直断层面裂缝、近平行观察剖面裂缝等3类裂缝。裂缝长度一般为1～10 m，最长为13 m，宽度一般为0.1～3 cm，最宽为3 cm左右。裂缝密度一般为8～35 m-2，随着与断层滑动破碎带距离的增加，裂缝的密度逐渐降低，发育的规模逐渐减小(图3)。裂缝多被石英脉、方解石脉填充，少部分被石膏脉填充，充填程度为50%～80%。部分方解石脉有溶蚀现象，溶蚀程度为20%～50%。随着与断层滑动破碎带距离的增加，裂缝中方解石脉的溶蚀程度逐渐降低。

2.3 被动盘诱导裂缝带

被动盘诱导裂缝带是位于滑动破碎带外侧的断层被动盘、构造裂缝发育但仍保持原岩结构的地质体。该带宽度一般为30～40 m。原岩类型主要为下二叠统灰色、灰黑色粉砂岩与灰黄色长石质硬砂岩，中二叠统灰黄色、灰绿色砂砾岩、石英砂岩和岩屑砂岩，三叠系淡红色、灰绿色砂岩、泥岩夹灰绿色细砾岩。岩石中发育一些大小不一、相互交错切割的构造裂缝，但裂缝密度与规模较主动盘诱导裂缝带要小得多。主要发育有2类裂缝，相互交错，呈近“X”形。裂缝总体长度约为1～4 m，宽度为0.05～1 cm。随着与断层滑动破碎带距离的增加，裂缝的密度逐渐降低，发育的规模逐渐减小。裂缝内大部分被方解石脉、石膏脉填充，充填程度为40%～60%。其中部分脉体有溶蚀现象，溶蚀程度为20%～30%；随着与断层滑动破碎带距离的增加，裂缝中脉体的溶蚀程度逐渐降低。

3 断层垂向输导油气过程及模式

3.1 油气来源

野外地质调查发现，断层主动盘诱导裂缝带见到大量油气显示，油气显示带最大宽度约为30 m。这些油气赋存于裂缝中，呈黏稠状原油或沥青状态(图4)。从饱和烃色质谱分析结果来看，原油三环萜含量相对较低，三环二萜烷C20-C21-C23均呈上升型；Ts丰度较低，远小于Tm，γ蜡烷丰度较低；孕甾烷与升孕甾烷含量较低，规则甾烷C27-C28-C29表现为上升构型为主的特征，与断层下伏被动盘P2h烃源岩色质谱特征基本一致(图5)。从碳同位素分析结果来看，样品全油碳同位素为-30.72‰，饱和烃、芳烃、非烃和沥青质组分的碳同位素依次为-34.2‰、-30.4‰、-28.77‰和-29.47‰，也与该区下伏被动盘P2h烃源岩具有较密切的亲缘关系。综上推知，红雁池断层主动盘诱导裂缝带中见到的油气来自于该区下伏的P2h烃源岩，断层起了垂向输导油气作用。

3.2 充注期次

各类裂缝脉体穿插关系与大量流体包裹体分析表明，红雁池断层内部有4次较大规模的流体活动(表1)。第一期为硅酸质流体活动，基本为盐水包裹体，均一温度为200～260 ℃，为断层活动早期且埋深较大时就已经发生的深部热液流体活动，主要在滑动破碎带及其靠近的诱导裂缝带中形成石英脉。第二期为碳酸质流体活动，主要在滑动破碎带以及诱导裂缝带中形成方解石脉，该期部分方解石脉穿插早期石英脉，盐水包裹体均一温度为150～190 ℃。第三期为碳酸质流体活动，是油气的主要充注期，在诱导裂缝带中形成含烃的方解石脉，这些方解石脉穿插第一期石英脉和第二期方解石脉。脉体中烃类包裹体大量发育，包裹体很小，荧光下呈现淡黄色或淡黄白色，均一温度为90～130 ℃。第四期为大气降水，均一温度低于50 ℃，在各断层结构带形成石膏脉、方解石脉。

3.3 运移通道

根据断层结构带裂缝充填特点可知，当该区发生油气大规模充注时，滑动破碎带大部分已经发生胶结而封闭，垂向连通性差，难以形成油气垂向运移通道。主动盘、被动盘诱导裂缝带尚未完全封闭，对油气运移有利。而主动盘诱导裂缝带物性相对于被动盘要好得多，前者容易成为油气运移优势通道。主动盘诱导裂缝带见到大量油气，也很好说明这一点。从已发现的油气来看，裂缝含油率一般为20%～85%，越靠近滑动破碎带，含油率越高(图6)，而岩石孔隙中油气很少见。表明断层结构带中裂缝是油气运移的主要介质，岩石孔隙所起的作用非常有限；靠近破碎带处裂缝更为发育且充填程度低，是优势运移通道中的优势部位。

表1红雁池断层结构带流体包裹体均一温度测试数据
Table1The homogeneous temperature of the fluid inclusions in the Hongyanchi fault

图6 主动盘诱导裂缝带中裂缝含油率变化情况Fig.6 Oil variation in oil-bearing fractures in the active wall

3.4 垂向输导油气模式

根据断层结构、油气来源、充注期次及运移通道的分析，建立了红雁池断层垂向输导油气模式(图7)。受强烈压扭与早期流体活动的双重影响，滑动破碎带具有早胶结早封闭的特点。而主动盘、被动盘诱导裂缝带尚未完全封闭，且前者物性相对于后者要好得多，断层主要通过主动盘诱导裂缝带来输导油气，其次为被动盘诱导裂缝带。诱导裂缝带靠近滑动破裂带处，更有利于油气输导。由于已出露地表，早期充注的油气发生稠化，形成黏稠状原油或沥青。

图7 红雁池断层垂向输导油气模式Fig.7 Model of vertical migration of oil and gas of the Hongyanchi fault

4 结 论

红雁池断层由滑动破碎带、主动盘诱导裂缝带、被动盘诱导裂缝带等3个结构单元组成。油气大规模运移前，滑动破碎带裂缝已基本全充填，难以输导油气；而主动盘诱导裂缝带、被动盘诱导裂缝带裂缝部分充填，是断层垂向输导油气的重要通道。

在准南地区，存在大量类似于红雁池断层的大中型压扭性断层，这对来自下伏中二叠统源岩的油气垂向输导起到了很好的作用。仅从输导角度分析来看，由于断层主动盘诱导裂缝带是优势通道，油气将优先进入主动盘进行运移，遇到合适的圈闭则会聚集成藏。被动盘诱导裂缝带是次要通道，也具有一定的油气输导能力，但相对上盘要弱得多。因此在压扭性断层附近的勘探重点首先是寻找主动盘(上盘)的目标，其次是被动盘(下盘)的目标。

需要指出的是，由于压扭性主动盘的强烈活动，裂缝大量发育，输导条件与储集条件有利，但往往会导致保存条件一般较差。因此在确定主动盘具体目标时，必须要落实盖层保存条件，这在断层活动强烈的盆缘地区尤为重要。而对于断层下盘，由于断层滑动破碎带遮挡性能好，被动盘诱导裂缝带也具有一定的油气输导性能，但埋深大，其勘探的关键则是落实好的储集条件。

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Thestructuralcharacteristicsandoil-gasverticalmigrationmodeofHongyanchifaultinJunggarBasin,Xinjiang,China

ZHAO Leqiang, LIN Huixi, GAO Jianxiong, GUO Ruichao, JIA Fanjian

ResearchInstituteofExplorationandDevelopment,ShengliOilfieldCompany,SINOPEC,Dongying257000,China

The characteristics of Hongyanchi fault and its effect on the vertical migration of oil and gas are studied on the basis of field investigation, analyses of geological and geochemical data. It shows that the Hongyanchi fault consists of three structural units, including the sliding fracture zone, the active hanging wall induced fracture zone and the passive footwall induced fracture zone. The sliding fracture zone is composed of all kinds of fault rocks and full of cracks. Fractures are well developed and partially filled in the active and passive wall induced fracture zones, and the original rock structure is unchanged. It shows that four large scale fluid activities occurred in the fault, and oil and gas were mainly originated from the source rocks of the Middle Permian under the fault plane. Large scale oil and gas migration mainly occurred in the third stage of fluid activity. Before oil and gas migration, most of the fault sliding fracture zone has been closed. The active fault wall induced fracture zone and the position near the sliding fracture zone are the favorable channel for vertical migration of oil and gas and the passive fault wall induced fracture zone is only the secondary channel for the vertical migration of oil and gas.

compresso-shear fault; fault structure; vertical migration mode of oil and gas; Junggar Basin; Hongyanchi fault

TE122.12; P542.3

A

10.3969/j.issn.1671-9727.2017.06.04

1671-9727(2017)06-0668-08

2017-05-17。

国家科技重大专项(2016ZX05002-002);中国石化重点攻关项目(P17001-7)。

赵乐强(1972-)，男，副研究员，研究方向：石油地质, E-mail:zlq0322@163.com。