塔里木盆地塘古巴斯坳陷北东向断裂带特征、成因及石油地质意义

刘士林,张仲培,云金表,李慧莉,高山林,2,李建交

(1.中国石化 石油勘探开发研究院，北京 100083; 2. 中国石化 油田勘探开发事业部，北京 100728)

近年来，塔里木台盆区碳酸盐岩油气勘探主要与NE向断裂构造带有关，并以奥陶系为主要目的层。以塔中-巴楚隆起带为界，盆地北部的顺托果勒-塔河南地区发现了顺北、顺南和哈拉哈塘等油气田，证实中-下奥陶统断溶体储层规模及有效性与NE向走滑断裂带密切相关[1-2]；盆地南部的麦盖提-塘古巴斯地区主要寻找奥陶系岩溶缝洞型油气藏，与NE向断裂带相关部署的近20口探井，仅发现了YB1和LS2两个中小型油气藏，YB3,YD4和TZ3等井见到油迹显示，而Z3，TB2，TN1，TC1，YB2和YB7等井仅见到荧光或气测异常等弱显示，表明盆地南部NE向断裂带上油气成藏条件差异较大[3-4]。因此，盆地南部NE向断裂带的特征研究对于该区的油气勘探有重要意义。

盆地南部NE向断裂主要分布在塘古巴斯坳陷及其周缘地区，该坳陷北接巴楚-塔中隆起，西邻麦盖提斜坡，东南部以车尔臣断裂为界与塔东南隆起接壤，呈NEE走向，东端收敛变窄(图1)。坳陷内主要发育有玛东、塘北、中3-塔中3和塘南等一系列NE向断裂。很多学者从断裂特征、发育史和成因等不同角度做过相关研究[5-14]，尤其对玛东断裂带的研究越来越深入，均认识到玛东断裂带是加里东中期盆地东南部阿尔金-车尔臣走滑-逆冲断裂体系的产物。但由于勘探程度低，受资料所限，对塘古巴斯坳陷区NE向断裂带还缺乏整体性的研究。本文利用地震和钻井资料，较系统地描述了NE向断裂带的构造特征，分析了主活动时期和成因机制，探讨了油气地质意义，以期对下一步勘探有所裨益。

1 区域地质特征

从区域地震及钻井资料看，塘古巴斯坳陷发育近万米厚的沉积层(图2，图3)。寒武系-中奥陶统以厚层碳酸盐岩台地相沉积为主，寒武系还沉积有两套厚层膏盐岩层；上奥陶统下部良里塔格组/却尔巴克组为碳酸盐岩沉积，上部桑塔木组/却尔却克组为混积陆棚碎屑岩沉积；志留系-中泥盆统海相碎屑岩仅在坳陷西北部残存(图1)。上泥盆统-二叠系为一大套海陆交互相碳酸盐岩和碎屑岩沉积，连续分布，具有东薄西厚、南薄北厚的特点。中新生界为陆相碎屑岩稳定沉积，侏罗系-白垩系多缺失。

图1 塘古巴斯坳陷及周缘构造区划和断裂带分布Fig.1 Tectonic division and fault zone distribution of the Tanggubasi Depression and its peripheral areas,Tarim BasinF1.车尔臣断裂带;F2.塘南1号断裂带;F3.塘南2号断裂带;F4.塘南3号断裂带;F5.玛扎塔格断裂带;F6.巴东断裂带;F7.塔中南缘断裂带;F8.塔中2号断裂带;F9.塔中1号断裂带;F10.塔中5号断裂带;F11. YB7井断裂带;F12.玉北-玛东1号断裂带;F13.玉北-玛东2号断裂带;F14.玉北-玛东3号断裂带;F15.玉北-玛东4号断裂带;F16.玉北-玛东5号断裂带;F17.塘北1号断裂带;F18.塘北2号断裂 带;F19.塔中8-1断裂带;F20.中3断裂带;F21.塔中3断裂带;F22.塔中60井断裂带

图2 塘古巴斯坳陷构造-地层柱状图Fig.2 Simplified tectono-stratigraphic column of the Tanggubasi Depression,Tarim Basin

区域地震-地质大剖面解释表明塘古巴斯坳陷主要发育西北部盖层滑脱逆冲断裂体系和东南部基底卷入逆冲断裂体系两大类型的NE向断裂带。两套断裂体系在坳陷的西北部和东南部相互对应，构造变形强，两个体系之间的构造凹陷部位变形较弱，将坳陷三分(图1，图3)。

图3 塘古巴斯坳陷区域地震-地质剖面特征(剖面位置见图1)Fig.3 Characteristics of regional seismic-geological sections crossing the Tanggubasi Depression,Tarim Basin(see Fig.1 for the section location)a.MF03-148+OGSL200剖面;b.OGSZ50剖面;c.OGSZ60剖面

1.1 西北部盖层滑脱逆冲断裂体系

主要分布在坳陷西北部，自西向东包括玉北-玛东1号—5号、塘北、塔中8-1、中3和塔中3等断裂带，走向由玉北地区的NE 45°～60°逐渐过渡为TC1井附近的NEE 60°～75°，向东至塔中3断裂带又呈NE 30°～50°走向，整体上呈现为一个巨型的向NW凸出的弧形断裂构造系。剖面上具有沿寒武系膏盐岩滑脱逆冲特征，呈现断层转折-传播复合褶皱样式，多数主断层由NW向SE逆冲，少数由SE向NW逆冲。上寒武统-奥陶系是主要变形层，褶皱顶部奥陶系不同程度剥蚀。膏盐岩之下的中-下寒武统发育基底卷入断层，与上覆滑脱逆冲断层具有较好的垂向对应关系，但变形微弱(图3a)。

1.2 东南部基底卷入逆冲断裂体系

分布在坳陷东南部，以基底卷入式逆冲为特征，主断层NW或NNW向逆冲。以车尔臣断裂为代表，主断面上陡下缓，上切至地表，下切入基底并归于基底滑脱层，平面上自西向东沿走向大致分为NE,NEE和NE 3段，断距达2 000 m以上(图3b，c)。同时，反冲断层发育，与主断层相交组成“y”字形，表明车尔臣断裂以逆冲为主，兼有一定的走滑分量。车尔臣断裂以北还发育2～3排与其走向大致相似的基底卷入逆冲断裂(塘南1号—3号断裂)，不同之处是断裂均上切止于石炭系，变形集中在寒武系-奥陶系。除此之外，坳陷中南部还发育一些特征类似的小型NE向基底卷入式逆冲断裂，如塘南1井断裂带，李浩武等对其构造特征有详细研究，并认为其活动时期是奥陶纪末—志留纪初期[8]。

2 主要断裂特征与主活动期

2.1 主要断裂特征

1) 玉北-玛东1号—5号断裂带

地震资料联合解释表明，坳陷西部的玛东与玉北东部两个局部地区的5排NE向断裂带，地质结构一致，空间上连接，应属于一套断裂系统在NE-SW方向上的延伸表现(图1)。 总体上看，玉北-玛东1号—5号断裂带具有构造变形的垂向分层和构造样式沿走向的平面分段两个显著特征。

剖面特征显示，玉北-玛东1号—5号NE向断裂带至少有两套构造变形垂向叠加(图4a,b)。第一套以中-下寒武统及基底的微弱变形为主，发育中高角度走滑-逆冲断层，断面多SE倾向，以基底深部软弱面为滑脱层;第二套为5～6排叠瓦式的断层转折-传播复合褶皱，主断层沿中寒武统膏盐岩滑脱逆冲，多数由NW向SE逆冲，少数由SE向NW逆冲，整体活动强度自NW向SE增强，断距东部大、西部小。与主断层对应，还发育1～2排次级反冲断层，与主断层共同控制褶皱的发育，褶皱多呈不对称箱形，上寒武统-奥陶系卷入构造变形。

要强调的是，沿玉北-玛东1号—4号NE向断裂带走向，构造样式也具有明显的分段性，差异主要体现在主断层的性质、冲断方向及其控制的褶皱形态上(图4a)。如1号断裂带的YB1,YB1-1和YB1-2井段，断裂构造样式不同，走滑特征明显[7]。3号断裂带的YB3井段及其南北，构造样式变化与1号断裂带相似。YB3井段南部，主断层沿中寒武统膏盐岩自NW向SE逆冲推覆，具有断层转折-传播复合褶皱特点，褶皱不对称箱型，南东翼陡，北西翼缓(图4b)；YB3井段构造样式表现为对称的钟形断层相关褶皱特征，系盖层滑脱逆冲断层双向逆冲所致，主冲断层现今倾向SE，在中-下奥陶统内部可见地震反射轴的低角度相交，是层间滑动所致(图4c)；YB3井段以北，构造样式与YB3井南段相似，只是主断层逆冲方向相反，向NW主冲，褶皱北西翼陡，南东翼缓，与1号断裂带YB1-2井段特征一致(图4d)。构造样式变化的段与段之间发育NW向的调节断层，较难识别。同一断裂带上不同分段的主断层逆冲方向及褶皱样式有如此明显的变化，表明断裂带受到了局部的走滑应力场影响，推测与弧形断裂带的逆冲差异位移有关。

在局部断裂带上，如玉北-玛东1号和3号断裂带的南部，石炭系-二叠系有低幅褶皱变形，褶皱变形强度自NW向SE减弱，断层不明显。中新生界地层平缓，构造稳定。同时，在MD1井和MD2井附近，NW向高角度基底走滑断裂还对NE向断裂有切割改造作用，使得NE向断裂分段性更加明显(图4a)。

2) 塘北断裂带

塘北断裂带特征与玉北-玛东断裂带基本一致，为盖层滑脱逆冲断裂，NEE走向，主断层沿中寒武统膏盐岩向SSE滑脱逆冲推覆，断裂带底部发育膏盐岩蠕动堆积变形、加厚。该断裂带构造样式沿走向没有明显的分段特征(图5)。

3) 塔中8-1—中3—塔中3断裂带

图4 玉北-玛东断裂带典型地震-地质剖面特征(剖面位置见图1)Fig.4 Typical features of seismic-geological sections crossing the Yubei-Madong fault zone(see Fig.1 for the section location)a.过玉北-玛东NE向断裂带典型剖面;b.YB3井南段剖面;c.YB3井段剖面;d.YB3井北段剖面

图5 塘北断裂带典型地震-地质剖面特征(剖面位置见图1)Fig.5 Typical features of seismic-geological sections crossing the Tangbei fault zone(see Fig.1 for the section location)a.过塘北1号断裂带典型剖面;b.过塘北2号断裂带典型剖面

图6 过TZ8-1井—Z3井—TZ3井断裂带典型地震-地质剖面特征(剖面位置见图1)Fig.6 Typical features of seismic-geological sections crossing the fault zone where Well TZ8-1-Z3-TZ3 are located(see Fig.1 for the section location)a.过TZ8-1井断裂带典型剖面;b.过TZ3井断裂带典型剖面;c.过Z3井断裂带北段典型剖面;d.过Z3井断裂带南段典型剖面

2.2 主活动期

NE向断裂带构造特征研究表明，上寒武统-奥陶系是断层的主切割层位和主要变形层，其变形时期代表了断裂带的主活动期。

从断裂带上不整合特征看。NE向断裂带顶部主要以C/O1-2y角度不整合为主，为多期叠加不整合，表明断裂于石炭纪之前停止活动，YB1,YB3,TB2和Z3等井已有揭示，缺失上奥陶统-泥盆系，缺失地层多，不利于判断关键活动时期。但在志留系沉积覆盖区，有MD1和TC1两口关键井提供了有利的证据。玉北-玛东1号断裂带上的MD1井钻揭有80 m厚的中志留统依木干他乌组不整合于上奥陶统泥岩之上，表明形成于奥陶纪末—早志留世[11]。塘北1号断裂带上TC1井也揭示了下志留统上部地层整体覆盖并角度不整合于上奥陶统之上(图5a)，断裂两侧上奥陶统消截反射特征明显，也表明奥陶纪末—早志留世是NE向断裂的主要活动时期，对应于加里东中期Ⅲ幕构造运动。

另外，塘南4号断裂带上TN1井揭示良里塔格组底部发育高能滩沉积，处于塘南台地的台缘相带部位[15]，从这一点推断，该断裂带在中奥陶世末期即有雏形发育，才能以正向地貌控制良里塔格组高能相带的发育。因此，推断东南部基底卷入断裂体系雏形发育在中奥陶世末，与塔中隆起1号断裂带同期形成，西北部盖层滑脱逆冲断裂雏形发育在良里塔格组沉积之后，时间上略晚于前者，代表了走滑-挤压应力自SE向NW的传递过程。

3 成因机制

弧形构造多指沿造山带构造走向地貌形态的弧形弯转，规模多几十至数百公里不等，主控因素包括盆地原型、基底砥柱、大陆边界、走滑断层和区域滑脱层等[16-17]。塘古巴斯坳陷弧形断裂带的构造变形主要受区域应力场、基底结构、软弱层和边界断层4个因素控制(图7)。

3.1 区域应力场

塘古巴斯坳陷早古生代NE向断裂特征表明挤压应力来自盆地东南方向。诸多研究表明，中-晚奥陶世是塔里木盆地构造格局的重要变革期[6，18-23]，构造环境由伸展转为挤压，构造体制的变化主要受中晚奥陶世盆地南部北昆仑-阿尔金-祁连洋关闭导致的北昆仑-阿尔金地块与塔里木地块的碰撞影响，属于古阿尔金断裂向北挤压左旋扭动形成的挤压收缩构造体系[24-25]。塘古巴斯坳陷东南部基底卷入逆冲断裂体系与西北部盖层滑脱逆冲断裂体系既具有在断裂走向、主活动时期等方面的高度相似性，也具有断层主冲方向、构造样式及褶皱形态等方面的差异，但总体上表明均是受加里东中晚期北昆仑-阿尔金地块与塔里木板块碰撞造山影响的结果，与中-晚奥陶世阿尔金断裂的强烈走滑-挤压断裂构造变形体系属同一应力体制。两地块的碰撞导致了塔里木台盆区的构造分异，由寒武纪—早奥陶世的“西台东盆”伸展格局转为中-晚奥陶世孤立台盆的南北挤压格局，并且在满加尔-塘古巴斯一带形成周缘前陆盆地系统。东南部基底卷入逆冲断裂体系是阿尔金-车尔臣褶皱前陆冲断体系主体在塔里木盆地内的残余，西北部的弧形盖层滑脱逆冲断裂体系是该前陆褶皱冲断体系在盆地内的反冲构造，二者之间形成构造凹陷。不同于典型前陆盆地系统，锋缘断裂仅在塔中隆起东部的TZ5-Z4井断裂带上较明显，表现为主断层东西走向，由南向北逆冲[6]，也表明塔中-1—中3—塔中3断裂带处于应力转换区，变形复杂。

3.2 软弱层

寒武系膏盐岩软弱层的发育是坳陷东北部盖层滑脱逆冲断裂体系发育的物质基础。寒武系台地相区发育阿瓦塔格组和吾松格尔组两套膏盐岩层，厚度在百米左右，虽然在坳陷内未有井钻遇，但在西北缘断裂带上可见到中寒武统具有明显的堆积加厚等塑性流动特征，是盖层滑脱逆冲推覆断层的主滑脱面(图4b,图5)。坳陷东南部断裂少见滑脱构造，一方面与前陆褶皱冲断带挤压应力强有关，另一方面也与东南缘沉积环境不同、膏盐岩不发育有关，区域剖面上可见中-下寒武统自西向东、自北向南的减薄特征(图3b,图4a)，表明沉积环境可能变为斜坡-盆地相区。除此之外，基底深部14～20 km深度，岩石高温高压发生脆-韧性转换，也可以形成基底软弱层，控制上覆地层构造变形，造成塘古巴斯地区NE向断裂带具有多套构造变形垂向叠置特点。

图7 塘古巴斯坳陷早古生代NE向断裂成因模式(据文献[6，8，12-13，25]等综合修编)Fig.7 Genetic model of the Early Paleozoic NE-trending fault zones in the Tanggubasi Depression,Tarim Basin(modified after References[6,8,12-13,25])

3.3 基底结构

基底结构(地貌起伏、薄弱带、先存基底断裂等)是控制上覆沉积层构造变形的主要因素之一，受研究手段及资料所限，对塔里木盆地基底结构的研究多是以航磁ΔTa特征为依据。诸多研究也表明，盆地南部发育的NE向磁异常条带与沉积盖层发育的主要变形带空间对应良好[7-8,26]。高异常区与加里东中晚期塔中古隆起、和田古隆起及塔东南隆起区对应，反映了火成岩结晶基底发育，并且埋深相对较浅。玉北-玛东-塘北断裂构造带处于低磁异常区，被周缘高异常区所围限，基底结构差异大，相对埋深也大。块体之间的薄弱带为后期NE向断裂带的形成奠定了基础。

3.4 边界断层

碰撞造山过程中，当边界断裂发生弧形弯曲时，内部的构造线相应地会发生同步弯曲变形[16]。平面上，塘古巴斯坳陷两套断裂体系与车尔臣断裂走向基本一致，表明坳陷内断裂的形成受车尔臣断裂的影响。

综上，塘古巴斯坳陷NE向断裂体系的成因模式可以概括为：中奥陶世末，盆地南部受北昆仑-阿尔金-祁连洋盆向塔里木地块俯冲消减影响，在玉北-巴楚-塔中地区形成低幅宽广的大型古隆起，隆起的主体部位在塔中，古隆起区基底相比周缘要高，基底差异大；同时塘南1号—4号断裂雏形发育。晚奥陶世中晚期，盆地东南部持续碰撞造山，来自SE方向的走滑-挤压应力自SE向NW方向传递，在坳陷北缘受到刚性的和田古隆起和塔中古隆起互为犄角的砥柱阻挡，在玉北东部—玛东—塘北地区形成反冲应力，沿寒武系膏盐岩软弱层滑脱逆冲发育了多排断裂-褶皱构造带，由于不均衡逆冲位移作用，在构造的南西和北东两端，具有明显的走滑特征。志留纪—泥盆纪，在东南缘持续碰撞的作用下，NE向断裂继承性活动，断裂带顶部奥陶系剥蚀较大。二叠纪局部地区断裂微弱再活动。中新生界稳定，局部被NW向喜马拉雅期断裂切割进一步复杂化。

4 油气地质意义

NE向断裂带上，奥陶系油气显示差异较大，除了对盆地南部寒武系-奥陶系烃源岩潜力认识不清之外，还与断裂带上的储盖组合差异有关。受加里东期区域构造演化的控制[18]，研究区奥陶系碳酸盐岩主要发育3种储-盖组合关系(图8，图9)。

1) 中-下奥陶统鹰山组溶蚀缝洞型储层和石炭系泥岩盖层

该类组合受NE向断裂较强的逆冲作用控制，主要分布在褶皱带的高部位，多期不整合叠加发育，地层缺失多，YB1，YB2，YB3，TB2，Z3和TZ3等井均有揭示。断裂带附近应力集中，易于形成各种裂缝，改造储层，促使中-下奥陶统碳酸盐岩的风化淋滤，形成溶蚀缝洞型储层。不利因素是较长时间的风化淋滤不易于风化壳顶部优质储层的保存，这也是玉北-玛东断裂带顶部钻井揭示的储层多以溶蚀-裂缝为主少见洞的原因[27]。由于储层形成早，若没有早期油气充注，其充填程度普遍较强。如Z3井3 937.62～3 946.21 m井段蓬莱坝组岩心破碎，收获率仅为58.2%，裂缝较发育，并见中小型溶蚀孔洞340个，部分被方解石及泥质充填[3]。褶皱带的翼部，因剥蚀较弱，则有利于优质储层保存。石炭系巴楚组和卡拉沙依组共发育三套区域性的厚层泥岩，可作为优质盖层(图9a)。此外，在断裂带的相对低洼部位，会有东河塘组或者巴楚组底部砂岩充填，直接覆盖在中-下奥陶统鹰山组溶蚀缝洞型储层之上，砂岩不能作为盖层封盖下覆油气(图9b)。如YD4井揭示鹰山组发育5.62 m/6层油迹显示，但风化壳顶部发育的17 m厚石英砂岩不利于油气保存。

图9 塘古巴斯坳陷NE向断裂带奥陶系碳酸盐岩储-盖组合模式Fig.9 Assemblage model of the Ordovician carbonate reservoir and seal in the NE-trending fault zones of the Tanggubasi Depressiona.中-下奥陶统鹰山组溶蚀缝洞型储层和石炭系泥岩盖层;b.中-下奥陶统鹰山组溶蚀缝洞型储层和东河塘组或者巴楚组底部砂岩;c.中-下奥陶统鹰山组-上奥陶统良里塔格组裂缝型储层和上奥陶统桑塔木组泥岩盖层;d.中奥陶统一间房组-上奥陶统良里塔格组礁滩储层和上奥陶统桑塔 木组泥岩盖层

2) 中-下奥陶统鹰山组-上奥陶统良里塔格组裂缝型储层和上奥陶统桑塔木组泥岩盖层

以TC1和MD1为代表，油气显示较差。该类断裂带上主要的不整合面是上奥陶统/志留-泥盆系，中-上奥陶统多为连续沉积，缺乏充足的暴露时间，不利于风化溶蚀，储层发育相对较差，多以裂缝为主。桑塔木组发育局部性的厚层泥岩，可作为优质盖层(图9c)。

3) 中奥陶统一间房组-上奥陶统良里塔格组礁滩储层和上奥陶统桑塔木组泥岩盖层

以TN1为代表，处于塘南台地的台缘部位，局部受NE向断裂走向控制，发育良好礁滩储层。同时，沿坳陷西部MD1井西—YB7井一线也发育缓坡型的良里塔格组台缘相带[18]，局部受NE向断裂走向控制，但地层缺失多，还未有井证实(图9d)。

因此，在烃源条件落实的前提下，针对3种组合类型，可优选有利区带进行探索，如构造带翼部的溶蚀缝洞型储层和石炭系泥岩直接覆盖区、近源的台缘礁滩储层和桑塔木组泥岩发育区等。

5 结论

1) 塘古巴斯坳陷发育多排NE向断裂带，在平面上组成巨型的向NW凸的弧形构造，单条断裂带多具有垂向上多套构造变形叠加的分层特点和横向上沿构造走向的样式分段特点，在弧形构造的南端(玉北东部地区)尤为明显，显示了局部走滑应力特征。

2) 塘古巴斯坳陷的NE向断裂带分属于东南部基底卷入逆冲和西北部盖层滑脱逆冲两种类型断裂体系，主要活动时期是晚奥陶世晚期—志留纪初期。构造成因上均属于加里东中晚期北昆仑-阿尔金地块与塔里木地块碰撞引起的SE向挤压应力兼有左旋走滑体制，构造样式受基底结构、寒武系膏盐岩软弱层、阿尔金-车尔臣边界走滑-逆冲大断裂应力场及边界断裂走向4个因素控制。

3) NE向断裂带控制了奥陶系碳酸盐岩3种储盖组合发育。在烃源落实的前提下，坳陷西北部构造带翼部溶蚀缝洞储层和台缘礁滩储层领域，仍值得探索。

致谢：感谢中石化西北油田分公司曹自成、岳勇、马海陇、范伟峰和张长健等高级工程师在研究过程给予的资料支持，感谢匿名审稿人对本文提出的建设性修改意见。