盆腹区张扭断裂带与盆缘造山带成因关系及油气成藏控制——以准噶尔盆地盆1井西凹陷东环带侏罗系为例

梁舒艺，洪扬，崔立杰

（1.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300452；2.中国石油渤海钻探工程有限公司第三钻井工程分公司，天津 300280；3.中国石油大学（华东）地球科学学院，山东 青岛 266580）

走滑断层由断面两侧岩块作平行于断层走向的水平运动而形成，常形成复杂的断裂构造体系[1-2]。研究表明[3-6]，各大含油气盆地中，走滑断裂与油气富集的关系密切。准噶尔盆地作为多期构造运动叠加的复合盆地[7]，已证实盆缘区的走滑断层是沟通深层油源的有效运移通道，主走滑带及其分支断层的封闭性直接控制断背斜、断块等构造圈闭的成藏[8-11]。而在远离盆缘造山带的盆腹区——盆1井西凹陷东环带，已发现多个侏罗系断块油气田，但存在上、下盘油气富集的差异，且成藏与正断层旋转方向有关。断层两盘在地震剖面上同时表现出正、逆2种断层，以及相邻地震剖面上的断层倾向相反等现象，均暗示着盆腹区有张扭机制的应力发育。本文在盆山一体化研究思路的指导下，针对盆1井西凹陷东环带中生代张扭断裂体系，首次将盆腹区的走滑应力机制与盆缘造山带置于同一构造背景中进行研究，探讨压扭走滑成因机理、断层封闭性及其对油气成藏的控制作用，以期对盆缘造山带和盆腹区的构造演化过程、应力机制及其对油气控藏作用的研究有借鉴意义。

1 区域地质概况

准噶尔盆地周缘为褶皱山系所环绕，形似三角形，东北缘为青格里底山和克拉美丽山，南缘为天山山脉。盆1井西凹陷为盆腹区的一个二级构造单元，其东环带，即夏盐凸起、石西凸起、滴南凸起、莫北凸起等环形区域（见图1），已相继发现了莫北油气田等5个油气田，均以侏罗系为主要出油层系，并发育与断层有关的断层型、断层-岩性复合型等圈闭及油气藏。

图1 研究区位置

盆腹区经历了二叠纪—三叠纪断陷挤压、侏罗纪拗陷拉张，以及白垩纪—第四纪拗陷萎缩等三大构造演化阶段[12]，形成了深层古生界—三叠系逆断层和中浅层侏罗系正断层两大断裂系统，深层断裂为油源断裂，中浅层断裂为油气运移和遮挡断裂。其中，侏罗系拉张型正断层在地震剖面及平面组合特征上均具备走滑断裂体系的发育特征，其空间发育及断层封闭性均对盆1井西凹陷东环带的油气成藏有重要影响。

2 走滑断裂地震剖面特征

根据三维地震资料断点的组合与闭合校正，在研究区发现了多种走滑断层分布样式，较典型的有花状、半花状走滑断层、反花状走滑断层、无分支单根状走滑断层。

花状构造是地震剖面上识别和判断走滑断层的关键依据[13]。本次依托盆1井西凹陷东环带的三维连片重新处理资料，在盆1井西凹陷与莫北凸起过渡的斜坡区（莫北13、莫北18井区）及夏盐凸起（石南13井区）上发现了许多明显的侏罗系断层痕迹，根据断点的组合分析和闭合校正，在剖面上解释出明显的花状构造，平面组合样式为帚状、马尾状。剖面上的花状构造表现为“花枝”不对称、产状陡、同相轴错动规模小。主断层地震反射同相轴错动明显，产状近于直立，向下可切穿二叠系，向上至白垩系，其两侧分支断层倾向相反，整体显示正花状构造特征（见图2）。

图2 莫北5井区三维走滑断裂解释剖面

沿盆1井西凹陷东环带由北向南，正花状构造渐变为不对称花状、半花状构造，呈NNE走向的左旋错动，其两侧的分支断层呈不对称分布或不发育分支断层，向南渐变为无分支的单根状（见图3、图4）。

图3 研究区断裂分布

图4 盆1井西凹陷东环带三维连片走滑断裂地震解释剖面

盆1井西凹陷东环带走滑断裂平面组合关系典型样式有平行式、帚状、雁列式、斜交式、马尾状等。其中，凹陷东环带区的NE向、NEE向走滑主断裂面主要呈平行式排列，与分支断裂间常有斜交式排列。莫北凸起南段典型的马尾状断裂组合样式、北段的帚状-雁列式断裂组合样式也是走滑构造常见的特征。

3 伸展-走滑断裂形成机制

以莫北凸起为代表的近NE向的张扭断裂带成因机制与盆地东北缘的克拉美丽造山带的构造演化及克拉美丽断裂带走滑机制密切相关。

3.1 克拉美丽造山带的构造特征

盆地东北缘的克拉美丽造山带，经历了早古生代拉张收缩和晚古生代闭合、焊接、碰撞造山过程[7]，以及海西末期—印支早期逆冲推覆等动力学背景。逆冲构造主轴线与山体走向一致，形成近NWW走向的克拉美丽断裂带，出露地表（长300 km，宽10～30 km）（见图5）。地面露头以泥盆系、石炭系和侵入岩体（基性和超基性）为主。克拉美丽断裂带内的断裂分为2类：一类沿蛇绿岩缝合线呈NW向展布，是逆冲推覆构造主轴线的中央主断裂；另一类是分支断裂，与主断裂低角度相交，波状分布。克拉美丽断裂带西北段分支断裂帚状发散，切开花岗岩体，右旋水平位移错动明显。另外，克拉美丽山前的石炭系褶皱轴向呈NEE向，与主断裂呈角度相交，也指示了造山带主断裂走滑作用[14]。

图5 克拉美丽造山带地质图及断裂带分布

卫星照片上的克拉美丽断裂及其分支断裂也清晰可见（见图6a），主断裂以北的分支断裂多与主断裂低角度相交，且切开花岗岩体，右旋水平位移错动明显，花岗岩被错断的水平位移最大在15 km，推算主断裂的水平位移距离应大于15 km。在主断裂的西端，即国道G216以西，主断裂北侧的块体表现出ES方向的位移，也指示了克拉美丽断裂右旋走滑的性质。在主断裂东段与省道S228相交处（即拍摄处），公路旁出露的断裂带宽约30 m，岩石破碎强烈，断层角砾岩发育，可见挤压错动造成的构造透镜体 （见图6b）。在断裂带中心，可观察到后期的构造侵入体和剪切作用导致岩体混杂错动的断层面上的水平擦痕（见图6c）。

图6 克拉美丽断裂带卫星照片解译及野外地质构造现象

综上所述，克拉美丽断裂带在海西末期形成，受SN向持续挤压应力作用，海西末期—印支早期在逆冲推覆的构造背景下发生右旋走滑位移，同时伴生低角度相交的分支断裂。

3.2 受力分析

依据地质图的断裂平面分布、卫星照片解译及野外露头擦痕、断层角砾岩、岩体错动、走滑派生的褶皱轴向等走滑构造指征，依据Sylvester简单剪切模式，对克拉美丽主断裂和盆1井西凹陷东环带发育的分支断裂的力学成因机制进行了解译[1]（见图7）。

图7 盆腹区NE向张扭断裂带力学成因模式

克拉美丽走滑断裂为主位移带（PDZ），在主位移带活动早期，位于克拉美丽断裂两侧的次级断裂（包括三个泉北断裂等），均与主断裂呈近30°相交，相当于P和R剪切面，共同构成大型的走滑断裂带，同时出现雁列式派生构造。研究区内石东鼻凸、莫北凸起的NE向断裂，以及邻区东道海子凹陷和白家海凸起的边界断裂与克拉美丽断裂近于垂直相交，相当于R′剪切面，且克拉美丽断裂旋向（右旋）与研究区的NE向断裂旋向（左旋）相反，符合Sylvester简单剪切模式。靠近主动力源——克拉美丽走滑主断裂较近的白家海断裂和沙西断裂，走滑位移规模较大；莫北凸起等远离主动力源的区带，走滑规模相对较小。

燕山期白垩系沉积前，莫北凸起、滴南凸起、石东鼻凸和白家海凸起的翼部深层断裂发生剪切作用，深层断裂活动对侏罗系盖层产生轻微走滑撕裂作用，形成一系列张性雁列式构造[14]。另外，燕山期构造活动对早期印支期发育的走滑断裂还具有一定的叠加改造。部分印支期初始发育的走滑断裂在燕山期持续活动，2种走滑应力机制相得益彰，加上燕山期伸展拉张的构造演化背景，构成了盆1井西凹陷东环带侏罗系NE走向的张扭性走滑断裂体系。因其处在盆腹区，受喜马拉雅运动期活动的改造较弱，白垩纪基本处于稳定期，未再持续活动。

4 控藏作用

盆1井西凹陷东环带油气勘探实践表明，燕山期的伸展-走滑断裂与油气成藏及富集的关系密切，断块圈闭的有效性取决于断层活动静止后的封闭性。

断裂在静止期，侧向上依靠泥岩涂抹、砂泥对接等形成封闭，后期成岩作用及原油氧化或生物降解作用导致原油密度增加而稠化，从而造成沥青封堵，断裂最终形成封闭[15-16]。本次封闭性评价基于断层岩的泥质含量法[17-18]，以位于盆1井西凹陷东北环带夏盐凸起上的断鼻型构造油藏——石南13井区的走滑断裂为例，对泥岩涂抹封闭性、高泥质含量的断层侧向封闭性和垂向封闭性的评价方法进行定量研究和探讨。

由地震资料精细解释确定垂向断距，通过野外观察并测量走滑擦痕方向，确定了张应力与剪应力（走滑）之间的夹角以及断裂侧向滑动的方位，依据Yielding等[18]的计算方法，可计算出走滑断层泥比率（SSGR）。在石南13井钻井、录井、测井资料，以及岩心分析落实地层、岩性的基础上，建立了目的层——侏罗系三工河组二段的岩性配置关系（见图8，剖面位置见图1）。

图8 石南13井区断层体系封闭性评价

采用断面应力（p）、泥质充填指数（Rm）、SSGR、断层紧闭指数（IFT）[19]等参数，综合定量评价断层封闭性。IFT是断面应力与岩石抗压强度的比值，用来衡量断面的紧闭程度，从而确定断层的垂向封闭性。当SSGR≥0.25时，在断裂带内可形成比较连续的泥岩涂抹封闭[18]；当 IFT 为 0.75～1.00 时，断层垂向封闭性较好；当IFT＞1.00时，断层垂向封闭性好，封堵油气能力强[15，19]。通过单因素计算和多因素综合评价可知，侏罗系三工河组二段的砂体封闭性差，其中只有B，b砂体封闭性好（见表1）。石南13井区构造位置偏低，试油结果为油水同层，断裂对B，b砂体形成封闭，自石南13井点向上倾方向至走滑断裂封闭处，近7 km2的面积已报石油控制储量。

表1 石南13井区北断裂断层封闭性综合评价

依此方法，对盆1井西凹陷东环带的石东鼻凸、莫北凸起等与NE向走滑断裂相关的断块圈闭均进行了断裂封闭性评价，评价结果与实际试油结果吻合较好。另外，因剪切应力作用，应力大量集中，在产生多组次级断裂的同时，也能使储层产生更多的微裂缝，间接促进了次生溶蚀，显著改善了储层的储集性能[20]。

5 结论

1）依照盆山一体化研究指导思路，首次将盆腹区的张扭断裂带应力机制与盆缘造山带置于同一构造背景中研究，在克拉美丽主断裂右旋走滑应力机制作用下，盆腹区发育沿Sylvester简单剪切模式中的R′方向的左旋走滑断裂。燕山期在盆地伸展构造背景下持续活动，形成侏罗系NE向的张扭断裂带。

2）张扭断裂带在剖面上主要发育不对称花状、无分支单根状、反花状等多种走滑断层剖面组合样式，其中主断面倾角大于70°；在平面组合上呈现以帚状-雁列式、平行式、斜交式和马尾式等为主要组合样式的走滑断层分布特征。

3）张扭断裂带对研究区的油气成藏控制作用明显，形成断裂-砂体复合输导体系；主走滑带及分支断裂在成藏期的封闭性强，形成多个有效断块圈闭；断层静止后的封闭性可作为断块圈闭有效性评价的依据。