塔里木盆地顺西地区断裂特征及对奥陶系碳酸盐岩储层的影响

沙旭光 黄泓森 屈海洲 王振宇 李彦锋 魏华动 张云峰

(1. 中国石化 西北油田分公司 勘探开发研究院， 乌鲁木齐 830011；2. 西南石油大学地球科学与技术学院， 成都 610500；3. 西南石油大学 油气藏地质及开发工程国家重点实验室， 成都 610500)

断层控制下的碳酸盐岩具备形成规模性储层的条件，是近年来碳酸盐岩储层及油气勘探研究的热点之一[1-3]。中国含油气盆地的中-古生代海相碳酸盐岩大都经历了多期构造演化和复杂的成岩作用，原生孔隙几乎消失殆尽，有效的储集空间主要为次生孔洞、断裂及其共生裂缝[4-5]。断层往往与构造活动相关，不仅自身可以作为良好的储渗体，而且对表生岩溶、埋藏岩溶等的发育具有决定性作用[6-8]。如塔里木盆地轮南地区走滑断裂作为风化壳岩溶的通道，显著提升了岩溶作用的深度[9-10]；在埋藏成岩环境下，断裂及其共生裂缝为流体移动的主要通道，为形成规模性储渗体提供了可能[11-14]，高产井多分布于大型断裂带附近[15-17]。塔中顺西地区奥陶系地层经历了加里东-海西期的多期构造作用改造，形成了多期次断裂，这其中又以发育于早奥陶世末期呈北西向展布的塔中Ⅰ号断裂、塔中Ⅱ号断裂等逆冲断裂和发育于加里东晚期至早海西期呈北东向展布的走滑断裂系统为主[18]。此次研究，综合应用地震、地质资料，结合力学特征，划分断裂期次，分析各期次断裂几何学特征及展布，探讨断裂对储层发育的影响，以期为研究区及类似地质条件的碳酸盐岩储层预测和油气勘探提供支撑。

1 区域地质背景

塔中低凸起位于塔中地区中部的中央隆起中部(图1a)，为继承性古隆起[19]。顺西地区位于塔中低凸起西北段、北部和东部与顺托果勒低隆相接，西接阿瓦堤坳陷，南部与塔中45井区相接(图1b)，顺西地区发育多期次、多级别断裂(图1c)。其形成与演化经历了新元古代强伸展-弱挤压的断裂发育阶段、寒武纪-奥陶纪局部弱伸展-强挤压的断裂发育阶段、志留纪-泥盆纪走滑断裂发育阶段、石炭纪-早三叠世局部断裂继承性发育阶段等[20]。奥陶系碳酸盐岩自下而上分为蓬莱坝组、鹰山组、一间房组、良里里塔格组，研究区一般未钻揭蓬莱坝组，其他地层厚度一般为400～600 m，为海相碳酸盐台地沉积。结合地震资料解释及前人研究成果[18]，按照断层的应力机制、样式、形态，将研究区断裂划分为逆冲断裂和走滑断裂2类。

图1 研究区工区位置及地质概况[21]

2 逆冲断裂特征

逆冲断裂主要受挤压应力作用，包括基底卷入型和盖层滑脱型两大类。研究区逆冲断裂主要为塔中Ⅰ号断裂，塔中隆起的北部边界，平面上呈北西-南东向展布，延伸约150 km，倾向南西，断裂向上断至奥陶系顶界面，形成于加里东中期Ⅰ幕。

2.1 分段性

塔中I号断裂以滑脱-逆冲断层为界分为下部的断层转折褶皱和上部的断层传播褶皱2部分，两者具有共同的应力机制，纵向上相叠置，显示自东北向西南的强烈挤压特征。断层转折褶皱为基底卷入式逆冲断层向上冲断，使上盘的岩层受断层面形态制约而发生褶皱变形；断层传播褶皱为上盘的岩层沿中寒武统膏盐岩向上滑脱冲断，随着冲断位移量减小，断层上盘及上覆地层发生褶皱变形。受构造变形强度自东向西逐渐减弱的影响，塔中Ⅰ号逆冲断裂东段断距较大，主断裂穿至前寒武系基底，为基底卷入型逆冲断裂；中西段断距较小，主断裂未断穿至前寒武系基底，为盖层滑脱型逆冲断裂。并据此将塔中Ⅰ号断裂分为5段，其中Ⅰ — Ⅲ段均为盖层滑脱型，Ⅰ段断裂活动强度一般，但褶皱变形幅度较大，主要分布于顺西地区(图2a)；Ⅱ段断距达1 000 m，主要分布于TZ45井区(图2b)；Ⅲ段断裂活动强度和褶皱变形较弱，基底未断开或断距较小，主要分布于ZG20 — TZ82井区(图2c)；Ⅳ段为多支基底卷入型，断裂活动强烈，部分断距达1 000～1 500 m(图2d)，主要分布在TZ62 — TZ26井区；Ⅴ段为逆冲推覆形成的断层传播褶皱，断裂活动较弱，断距为50～100 m(图2e)，主要分布在中41井区。

图2 塔中Ⅰ号逆冲断裂分段特征

2.2 活动强度

断裂两侧振幅相干属性值可用以反映应力及断裂活动强弱，振幅数值大的部位代表此处受应力作用强，断裂的活动强度大，反之亦然。对沿塔中I号逆冲断裂走向自西向东的振幅属性进行统计，过程如下：选取顺西地区良里塔格组顶面作为标准层，并明确塔中Ⅰ号逆冲断裂的断穿层位、断距大小、发育特征等；沿塔中Ⅰ号断裂自西向东读取地震测线属性值，选择属性值范围较小的参数，上拉取横切塔中Ⅰ号断裂的Trace测线，并依次记录各测线与断裂相交处的振幅属性值。振幅属性变化曲线反映顺西地区逆冲断裂活动强度自西向东逐渐增强(图3)。

图3 塔中Ⅰ号断裂相干属性值统计

2.3 形成时期及演化

寒武纪-早奥陶世为逆冲断裂雏形期，此时期塔中Ⅰ号断裂尚未发育(图4a)；早奥陶世末期，塔中地区由被动大陆边缘转换为活动大陆边缘，塔中Ⅰ号断裂受强烈的挤压作用，发生剧烈抬升(图4b)；中奥陶世，塔中Ⅰ号断裂继续活动，研究区抬升，中奥陶统吐木休克组被完全剥蚀，一间房组部分被剥蚀(图4c)；晚奥陶世良里塔格期-晚奥陶世末期，塔中Ⅰ号断裂活动趋于稳定，塔中Ⅰ号逆冲断裂基本定型(图4d)。

图4 塔中Ⅰ号断裂形成演化模式

3 走滑断裂特征

走滑断裂受张扭和压扭应力作用，在平面上表现为线性、辫状、羽状、马尾状等构造样式，在垂向地震剖面上表现为正花状、负花状、拉分地堑、直立等构造样式。顺西地区主要走滑断裂为北东向顺西1号走滑断裂，该断裂贯穿塔北隆起、顺托果勒低隆以及塔中隆起的断裂带。

3.1 几何学特征

根据韩建发等人[22]提出的塔里木盆地走滑断裂典型构造样式划分方案，顺西地区共识别出花状构造、直立线性构造、羽状构造、拉分地堑构造、马尾构造等5种构造样式。花状构造是指走滑断裂在地震剖面中见“正花状”或“负花状”的构造，分支断裂在纵、横向变化大，走滑断裂在基底错断，受到斜向挤压或者拉张，向上呈现发散分支，向下收敛成一条主断裂，断穿基底。其中，“正花状”和“负花状”构造分别对应压扭和张扭应力，且均分布在走滑主位移带上(图5a)。直立线性构造通常出现在走滑断裂活动较弱的部位，断裂面线性延伸，断裂两侧的地层起伏较低，地震剖面中常见断裂面直立高陡、向下断至基底(图5b)、在平面上表现为线性延伸、横向上无次级断裂的错断。羽状构造通常处于拉张应力区域，分支断裂沿走滑断裂主位移带呈羽状排列展布(图5c)；由于羽状构造的分支断裂伸展较远，因此在此部位构造裂缝派生范围最大。拉分地堑构造内部断裂活动强度分段差异性大，拉伸轴基本平行于走滑断裂主位移带，而拉伸轴通常位于走滑断裂羽状构造附近的拉张区(图5d)。马尾构造常见于走滑断裂的末端，由于在尾端走滑断裂活动强度减弱，形成了一系列次级断裂，呈斜列展布，平面上呈马尾状(图5e)。

注：a 花状构造，基底走滑错断，上部发散分支，向下收敛合并，断裂活动强度较强；b 直立线性构造，地震剖面见断面直立高陡，断裂活动强度较弱；c 羽状构造，一系列斜列的次级断裂与主断裂低角度斜交，呈羽状排列；d 拉分地堑，受拉张应力作用，形成张扭性断陷，形成顺4地堑；e 马尾构造，沿主断裂带两边发育撒开的分支断裂，形成弧形断垒带，断裂规模较小。

3.2 运动学特征

应用与逆冲断裂相似的振幅属性方法对顺西1号走滑断裂进行断裂振幅值变化统计：选取顺西地区一间房组顶面作为标准层，沿走滑断裂走向方向读取地震切片属性，选择属性值范围较小的参数；拉取横切顺西1号走滑断裂的Trace测线，并依次记录各测线与走滑断裂相交处的振幅属性值。整体上，显示出羽状构造段较直立线性段振幅属性差值高、活动强度大(图6a)，走滑断裂拉分地堑中部较北部和南部断裂活动强度高(图6b)；平面上，顺西1号走滑断裂在良里塔格组顶界面表现为数个活动强段和变形弱段交替出现的分布特征，强段振幅平均值约为70，弱段振幅平均值约为20(图6c)。

图6 顺西地区走滑断裂相干属性及活动强度分布

3.3 形成时期及演化

志留纪末，塔中低凸起受北部南天山和南部西昆仑山的双向挤压应力作用及西南方向强烈的斜向挤压，发育一系列向下断穿寒武系基底、向上断至志留系地层顶界面的北东走向走滑断裂；在上奥陶统良里塔格组至石炭系地层表现为直立高陡断裂、负花状构造样式，基底至上奥陶统良里塔格组的分支断裂向四周撒开，分支断裂在志留系和泥盆系内形成反向下掉的小型地堑和受张扭应力作用的负花状构造。泥盆纪为走滑断裂继承发育期，研究区受到来自北西向挤压应力作用，塔中北东向走滑断裂开始继承性活动，向上断穿至中下泥盆统顶界面；该时期走滑断裂活动强度较之前更大，断裂裂缝更宽，发育有一系列雁列构造、羽状构造等构造样式。石炭纪-二叠纪，塔中低凸起由于受古特提斯洋、南天山洋关闭的影响，研究区受弱的东西向挤压应力影响，在局部的走滑断裂上发育小型逆断层(图7)。

图7 顺西及临区走滑断裂演化模式图

4 断裂平面展布

研究区的逆冲断裂为塔中Ⅰ号断裂，呈北西-南东向展布、南倾。走滑断裂为顺西1号走滑断裂，在走滑断裂张扭应力作用区，岩体受拉伸变薄，形成负花状构造、拉分地堑、羽状构造及马尾构造等构造样式。在受压扭应力的区域，岩体受挤压应力作用，形成正花状构造、辫状构造等构造样式(图8)。

图8 顺西地区断裂平面分布图

5 断裂与储层相关性

通过统计对比不同断裂类型附近储集空间类型、储层类型、储层规模等参数，分析断裂与储层之间的相关性。发现距离走滑断裂羽状构造、拉分地堑构造部位近的部位张性裂缝裂发育，裂缝线密度高，地震反射特征表现为串珠状反射，为储层发育最有利区域，如顺西3、顺3、顺7及顺6井等。而距离走滑断裂及次级断裂较远的区域裂缝张开度较小，裂缝线密度较低，如顺5、顺西1井等(表1)。

表1 顺西地区断裂带奥陶系碳酸盐岩储层发育特征

6 结 语

(1) 顺西地区逆冲断裂主要为形成于加里东中期I幕的塔中I号断裂，可分为下部的断层转折褶皱和上部的断层传播褶皱2部分，自西向东可分为5段，其活动性自西向东逐渐增强。

(2) 顺西地区走滑断裂主要为顺西1号断裂，共识别出花状构造、直立线性构造、羽状构造、拉分地堑构造、马尾构造等5种构造样式，顺西1号走滑断裂在良里塔格组顶界面表现为数个活动强段和变形弱段交替出现的分布特征，强段振幅平均值约为70，弱段振幅平均值约为20。走滑断裂形成于志留纪末期，继续发育于泥盆纪，结束于石炭纪-二叠纪。

(3) 断裂与储层相关性上，距离走滑断裂羽状构造、拉分地堑构造部位近的部位张性裂缝裂发育，裂缝线密度高，地震反射特征表现为“串珠”反射，为储层最有利发育区。