顺北5号走滑断裂带纵向分层结构及其油气地质意义

韩俊，况安鹏，能源，黄诚，李琦琦，陈平，申卓仪

（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.中国石油大学（北京）克拉玛依校区石油学院，新疆克拉玛依 834000；3.河北地质大学地球科学学院，石家庄 050031）

顺托果勒低隆起位于塔里木盆地中部，是继沙雅隆起和卡塔克隆起之后，台盆区碳酸盐地层内发现的第三个油气富集区[1]。顺托果勒低隆起内烃源岩主要为寒武系玉尔吐斯组泥岩，储集层主要分布于中奥陶统碳酸盐岩内，储集空间以裂缝-洞穴型为主，储集体平面上沿走滑断裂分布[2]。顺托果勒低隆起内发育大量的走滑断裂，走滑断裂大多切穿寒武系膏盐岩层，在奥陶系内形成花状构造，控制了中奥陶统断溶体油气藏的分布[1，3-5]。顺北5号走滑断裂带是顺托果勒低隆起内活动规模最大的走滑断裂带，南北贯穿了沙雅隆起、顺托果勒低隆起和卡塔克隆起，控制了走滑断裂带的分区特征[1，3-5]。

顺北5 号走滑断裂带平面延伸长度近200 km，断裂带以东为北东—南西向走滑断裂系统，以西为北北西—南南东向走滑断裂系统[6]。前人研究提出，顺北5 号走滑断裂带具有较强的分层和分段变形特征，剖面上花状构造交替发育，其中奥陶系碳酸盐岩层内走滑断裂发育线性、马尾、斜列、羽状等分支断裂，而上奥陶统及志留系内则发育雁列式走滑断裂[7-10]。已有的分层结构模型主要针对中奥陶统碳酸盐岩顶面及其上覆上奥陶统和志留系间的构造变形差异，分段构造样式研究也大多集中于奥陶系碳酸盐岩顶面，对于非勘探目的层内，特别是寒武系—下奥陶统内走滑断裂的样式及差异性研究较少。随着勘探不断深入，走滑断裂深部结构对于油气藏的影响因素被不断揭示[7]，亟需对走滑断裂的深部结构进行研究。本文在前人研究成果的基础上，利用三维地震资料，对顺北5 号走滑断裂带进行系统解剖，结合石油地质条件，分析断裂带纵向分层结构及其对油气成藏的控制作用。

1 区域地质概况

顺托果勒低隆起沉积了南华系—新生界，受多期构造活动的影响，低隆起内部主要发育震旦系—南华系裂谷期的碎屑岩和碳酸盐岩，寒武系—奥陶系碳酸盐岩台地—陆棚相白云岩和灰岩，上奥陶统—石炭系海相碎屑岩，二叠系火山岩及中—新生界碎屑岩。目前已钻揭的寒武系—志留系包括：下寒武统玉尔吐斯组暗色泥岩、肖尔布拉克组白云岩，中寒武统阿瓦塔格组膏盐岩、沙依里克组灰岩，上寒武统下秋里塔格组灰岩；下奥陶统蓬莱坝组，中—下奥陶统鹰山组和中奥陶统一间房组灰岩，上奥陶统恰尔巴克组灰岩、良里塔格组灰岩和却尔却克组泥岩；下志留统柯坪塔格组、塔塔埃尔塔格组和依木干他乌组碎屑岩。

顺托果勒低隆起在塔里木盆地台盆区具有特殊的构造地位，一是具有明显的构造枢纽特征，南北分隔了卡塔克隆起与沙雅隆起，东西连接满加尔坳陷与阿瓦提坳陷（图1）；二是具有长期活动的特征，在古生代—新生代，经历了陆棚斜坡、碳酸盐岩台地、台内隆起、构造斜坡等多期构造活动，构造高部位不断迁移[1]；三是走滑断裂的分布具有明显的分区变形特征，根据走滑断裂的走向，可以分为顺北5 号走滑断裂带及其以西的北北西—南南东向走滑断裂系统（13 号、11 号、9 号、7 号走滑断裂带）和其以东的北东—南西向走滑断裂系统（1 号、4 号、6 号、8 号、12 号走滑断裂带）（图1）。

顺北5 号走滑断裂带作为顺托果勒低隆起带内规模最大的走滑断裂带，自沙雅隆起一直延伸至卡塔克隆起。该断裂带具有明显的分段特征，其中在沙雅隆起段走向171°，顺托果勒低隆起北段LC1 井—SHB51X 井区走向165°，SHB51X—SHB5-6H 井区走向184°，SHB53X 井—SHB57X 井区及南段走向193°，而顺北1号走滑断裂带走向43°。

2 顺北5号走滑断裂带结构特征

2.1 分层结构特征

受多期构造—沉积演化的影响，顺托果勒低隆起内形成多套能干性不同的地层，在走滑断裂活动过程中形成了构造分层变形。前人研究认为，走滑断裂主要形成于加里东运动中期Ⅲ幕—海西运动晚期。依据地震资料，顺北地区走滑断裂在剖面上具向下切入、向上散开的花状构造变形特征，在寒武系—下奥陶统构造层内，走滑断裂不同于中—上奥陶统的变形特征。具体表现为以下几个方面：①走滑断裂在上寒武统底面与上奥陶统底面间存在着明显的构造反转现象，上寒武统底面为正花状构造，而上奥陶统顶面为负花状构造，这种不同应力机制叠加的现象表明，走滑断裂经历了多期构造演化（图1）；②部分断层终止于中寒武统膏盐岩层内，没有向上继续活动，这些断层与顺北5 号走滑断裂带产状相似，可能与其同时产生，后期活动性减弱而逐渐停止活动；③寒武系底界面是一个重要的地层界面，寒武系之下存在隆起、坳陷等构造，这些构造多与顺北5 号走滑断裂带相伴生，表明顺北5 号走滑断裂带的形成演化过程受到南华纪—震旦纪先存构造的影响（图2）。总之，顺北5号走滑断裂带存在着分层变形差异，多层结构差异对于断溶体油气系统的形成具有重要影响。根据断裂活动强度和变形样式，可以从下到上分为下寒武统、中寒武统、上寒武统—中奥陶统和上奥陶统—志留系共4个构造层。

（1）下寒武统构造层，以中寒武统底面为界线，在该界面以下主要发育南华系—震旦系裂谷—拗陷体系及下寒武统碳酸盐岩台地，构造主要为受正断层控制形成的半地堑及柯坪运动引起的构造反转形成的古隆起。受区域伸展作用的影响，沉积了下寒武统玉尔吐斯组烃源岩，上覆中寒武统膏盐岩。

（2）中寒武统构造层，主要包含中寒武统膏盐岩层及其相关构造。中寒武统膏盐岩层相对碳酸盐岩地层为非能干地层，具有塑性流动特征，易形成滑脱断层。该构造层具2 种构造变形特征，一是膏盐岩流动形成的构造变形，表现为盐撤凹陷和盐拱背斜；二是走滑断裂活动形成的花状构造和局部膏盐岩滑脱断层。

图1 顺托果勒低隆起构造位置（a）及区域构造剖面（b）Fig.1.(a)Tectonic position and(b)regional tectonic profile of Shuntuoguole low uplift

（3）上寒武统—中奥陶统构造层，地层主要包含上寒武统下秋里塔格组、下奥陶统蓬莱坝组、中—下奥陶统鹰山组和中奥陶统一间房组。在该构造层内，主要有直立主断裂与分支断裂形成的花状构造，断裂周围地层受走滑断裂和溶蚀作用改造，形成具“串珠”状地震反射特征的岩溶体[11]。该构造层中走滑断裂分支断裂最为发育，可形成正花状、负花状等组合样式。同时，其上覆上奥陶统—志留系构造层内的走滑断裂均向下切割至该构造层内，使得断裂系统更加复杂。

（4）上奥陶统—志留系构造层，主要包含上奥陶统却尔却克组泥岩和志留系碎屑岩。由于泥岩为非能干岩石，而碎屑岩能干性多较强，因此，厚层泥岩与碎屑岩间也会形成走滑断裂。该构造层走滑断裂的形成与加里东运动晚期—海西运动期区域应力场相关，构造层内多发育雁列式张扭式走滑断裂[5-6，12-13]。

图2 顺托果勒低隆起走滑断裂分层结构特征Fig.2.Layered structure of the strike⁃slip fault zone in Shuntuoguole low uplift

2.2 分段结构变形特征

2.2.1 顺北5号走滑断裂带北段

寒武系之下发育南华系—震旦系裂陷—拗陷体系。裂陷盆地内波组较复杂，表现出楔形、削蚀特征，表明裂陷期盆地构造活动较强烈，走滑断裂大多切入盆地内部，部分断裂沿用了早期边界正断层（图3），其他断裂则切入裂陷的斜坡部位。平面上，走滑断裂在北部SHB5-1X 井区，寒武系底界面表现为平行式走滑断裂的展布特征，走滑断裂呈现为多组线性延伸特征，南部则发育北东—南西向与近南北向2 组走滑断裂，走滑断裂呈现出多种展布样式，主要有平行式（SHB5-8 井区）、雁列式（SHB5-14 井区）及辫状走滑特征（SHB5-6H井区）（图3h）。

中寒武统膏盐岩层变形主要集中于走滑断裂附近，表现为张扭式或压扭式（图3）。张扭式走滑断裂穿层性较好，大多切穿膏盐岩层，压扭式走滑断裂分层变形样式较强，部分小断层在膏盐岩层内滑脱（图3c）。平面上，走滑断裂在北部（SHB5-1X 井区）表现为线性特征，断裂带变形范围较宽，南部走滑断裂呈雁列式展布（SHB5-8 井区、SHB501 井区和SHB5-14井区）。

上寒武统—中奥陶统构造层内走滑断裂活动较强，分支断裂与主断裂相交，剖面上主要表现为花状构造样式，正花状构造地层上拱，形成断背斜；负花状构造地层下掉，形成小型地堑，平移走滑断裂断距不明显（图3b）。平面上，顺北5号走滑断裂带形成了多种构造样式，主要表现为北部“Y”形叠接特征（SHB5-1X 井区），中部辫状叠接特征（SHB5-8 井以北），南部雁列展布特征（SHB5-6H 井区）。该构造层构造样式的多样性与下伏走滑断裂结构相关，在下伏走滑断裂分段的部位，中奥陶统碳酸盐岩层内形成的分支断层与顺北5号走滑断裂带相交。

图3 顺北5号走滑断裂带北段分层结构特征Fig.3.Layered structure of the north section of Shunbei No.5 strike⁃slip fault zone

上奥陶统—志留系构造层内，走滑断裂以左阶雁列式排列为主，剖面上，断裂向下切入奥陶系碳酸盐岩层内，形成地堑构造或复式地堑构造（断裂间地层先上拱，后下掉）（图3d）。

2.2.2 顺北5号走滑断裂带南段

顺北5 号走滑断裂带南段分层变形特征明显，下寒武统构造层发育南华系—震旦系裂陷—拗陷盆地，地层下凹特征明显，构造类型较丰富，包括从南华纪或震旦纪延续下来的正断裂，柯坪运动形成的坳陷、隆起及反转断裂（图4）。平面上，走滑断裂在北部主要表现为双断平行式特征（SHB53X 井区），中段则表现为雁列式断裂特征（SHB55X 井区），南段断裂活动较弱，为若干小断裂构成。

中寒武统构造层变形主要集中于走滑断裂附近，受深部隆起的影响表现为压扭式及平移式。平面上，走滑断裂在北部（SHB55X 井区）具辫状特征，断裂相互连接，断裂带变形范围较窄；中段则具双断式断裂特征（SHB56X 井区），向南断裂活动增强，切割塔中Ⅰ号断裂带，表现为右行运动特征（SHB57X井区）。

图4 顺北5号走滑断裂带南段分层结构特征Fig.4.Layered structure of the south section of Shunbei No.5 strike⁃slip fault zone

上寒武统—中奥陶统构造层内走滑断裂活动较强，与北段断裂样式差异较大，走滑断裂表现为双断式张扭断裂特征，断裂带间地层下掉幅度较大，形成地堑或复式地堑。平面上，北部主要为辫状构造样式，2 条边界走滑断裂相互交织（SHB53X 井区），中部为平行式断裂样式（SHB56X 井区），南部为雁列式断裂样式（SHB57X井区）。

上奥陶统—志留系构造层内，走滑断裂以左阶雁列式排列为主要特征，剖面上，断裂活动强，向下切入奥陶系碳酸盐岩层内，形成变形带较宽的地堑或复式地堑。

3 顺北5号走滑断裂带分层活动特征

走滑断裂活动会引起断裂带内部地层发生张扭、压扭或平移作用，通过三维地震剖面解释，可以刻画各地震反射界面的地貌变化，从而可以反映出走滑断裂的活动性差异。顺北5 号走滑断裂带垂向差异性变形特征明显，在寒武系底面可见古隆起，古隆起的形成可能与柯坪运动造成的区域构造反转有关，在SHB51X 井区、SHB53X 井区、SHB55X 井区和SHB57X井区古隆起分布面积较大，平面上呈椭圆形分布，SHB51X 井区以北则呈线性压扭特征（图5a）。在古隆起的转换部位，地层则具拉张下凹的特征。中寒武统膏盐岩层内仍以压扭为主，南部为椭圆形背斜，中部为张扭特征，北部为线性压扭，张扭规模有所扩大。膏盐岩层走滑断裂的活动呈现出南部张扭，北部压扭的特征，其中北部压扭段的规模明显扩大，形成LC1井区、SHB5-4井区、SHB51X井区和SHB5-6H 井区多个压扭段，SHB53X 井以南表现为复式张扭特征，即在隆起背景下形成张扭下掉的走滑断裂特征，在走滑断裂内形成“隆中凹”的变形特征（图5b）。SHB56X井以南则表现出张扭下掉特征。上奥陶统—志留系走滑断裂整体以张扭变形特征为主，仅在北部SHB5-1X井和SHB51X井处发育压扭构造，表明该段压扭作用较强，持续活动（图5c、图5d）。

图5 顺北5号走滑断裂带活动性质分段分层变化特征Fig.5.Segmented and layered characteristics of fault activities in Shunbei No.5 fault zone

结合相干体、地震剖面变形特征及走滑断裂的活动性变化，可以推测顺北5 号走滑断裂带经历了多期活动特征，震旦纪—早寒武世受柯坪运动的影响，在顺北5 号走滑断裂带中—南部形成多个古隆起构造。早—中寒武世受古隆起的影响，走滑断裂表现为分段发育特征。晚寒武世—中奥陶世，走滑断裂活动加强，线性特征更加明显，顺北5 号走滑断裂带连接成一条完整的走滑断裂带。晚奥陶世—中志留世，走滑断裂发育多个压扭段，在走滑断裂分段转换区形成张扭构造。顺北5 号走滑断裂带中—北部压扭活动较强，仅在SHB56X 井以南形成张扭构造。晚志留世—石炭纪，走滑断裂以张扭活动为主，雁列式走滑断裂向下切割中奥陶统顶面，早期形成的压扭构造被张扭雁列式断裂改造，使得走滑断裂更加复杂。

4 顺北5号走滑断裂带分层对油气的控制作用

塔里木盆地台盆区主力烃源岩层为寒武系玉尔吐斯组泥岩，而中寒武统膏盐岩层作为下寒武统油气系统的盖层，阻挡了油气进一步向上运移至奥陶系碳酸盐岩储集层内。碳酸盐岩顶面受断裂和溶蚀作用形成大面积的断溶体，志留纪—石炭纪走滑断裂再次活动，油气沿走滑断裂向上进入奥陶系储集体内，在上奥陶统泥岩盖层下聚集成藏。顺北5 号走滑断裂带的4 层结构控制了油气的生成及运聚成藏（图6）。寒武系膏盐岩层之下先存正断层控制了南华系—震旦系裂谷的分布，早寒武世，在区域弱伸展环境下，受先存裂谷的影响，碳酸盐岩台地局部沉降，可能造成玉尔吐斯组烃源岩的加厚[14-15]。柯坪运动所引起的构造抬升使得寒武系盐下发育古隆起，古隆起的存在影响了早—中寒武世走滑断裂的发育[16]。中寒武世—中奥陶世，走滑断裂继续活动，该时期走滑断裂控制了寒武系盐构造变形，部分断层切穿膏盐岩层，成为碳酸盐岩储集层与盐下烃源岩层的通道，使得油气可以进入储集层内部。中奥陶世末，随着塔北、塔中古隆起活动的加剧，顺北5 号走滑断裂带活动性明显加强，形成多个压扭构造，在走滑断裂的北部发育北东—南西向分支断裂，平面上组成“V”形结构，碳酸盐岩储集层的发育范围也明显增大，在中奥陶统一间房组内部形成大面积的串珠。加里东运动晚期—海西运动期，走滑断裂的再次活动也伴随着油气的成藏过程[17-18]，晚期的走滑断裂活动改造了早期走滑断裂，特别是晚期张扭性质使得寒武纪—奥陶纪形成的走滑断裂再次活动，更加有利于油气的运移和聚集。

根据走滑断裂多层叠加差异，本文建立了走滑断裂对油气藏的控制模型。根据不同构造层对石油地质条件的控制作用，可以将走滑断裂分为3种类型。

强活动优势叠加型（图6a），走滑断裂向下活动切入前寒武纪裂谷，具有优越的油源条件。寒武系膏盐岩构造层多被走滑断裂切穿，表明油气向上运移通道畅通，更多油气运移到奥陶系断溶体中。奥陶系碳酸盐岩层内形成的花状构造控制了大规模断溶体的分布，为晚期油气充注提供了有利的场所。SHB51X井、SHB5-1X 井、SHB5-7 井等均属于该类型，平均单位压降产油量为2 500 t/MPa。

图6 顺北5号走滑断裂带4层结构及立体成藏模式Fig.6.Four⁃layered structures and 3D hydrocarbon accumulation models of Shunbei No.5 strike⁃slip fault zone

强活动差异叠加型（图6b），走滑断裂在南华系—震旦系斜坡部位活动，烃源岩条件中等。走滑断裂为张扭构造，活动较强，油气运移通道通畅。虽然走滑断裂活动弱于强活动优势叠加型，但走滑断裂在奥陶系内仍形成一定规模的缝洞体，可以形成较大规模的油藏。志留系内部走滑断裂活动较强，在晚期充注过程中对油气成藏有利。SHB5-12 井、SHB5-11H 井、SHB5-10井等均属于该类型，平均单位压降产油量为1 200 t/MPa。

弱活动弱叠加型（图6c），走滑断裂活动较弱，南华系—震旦系变形较弱，烃源岩发育规模偏小，奥陶系碳酸盐岩层内部断溶体规模较小，志留系内走滑断裂活动微弱。这种组合不利于油气藏的形成，因此钻井产量较低，部分钻井出水失利。SHB5-9 井、SHB5-13H 井为该类型的代表，平均单位压降产油量为150 t/MPa。

5 结论

（1）顺北5号走滑断裂带垂向可划分为4层结构：寒武系膏盐岩层下伸展—反转断裂系统、中寒武统膏盐岩层相关走滑断裂系统、上寒武统—中奥陶统碳酸盐岩走滑断裂系统和上奥陶统—石炭系走滑断裂系统。

（2）顺北5号走滑断裂带4层结构及活动特征也具有明显的差异。寒武系膏盐岩层之下古隆起发育，走滑断裂分段特征较明显；膏盐岩层走滑断裂的连续性增强，线性特征更明显，发育与主断裂面呈小角度的分支断裂；奥陶系碳酸盐岩断裂系统则表现出明显的南北分段差异，在北部形成大规模的北东—南西向分支断裂，南部则形成2条平行的分支断裂；上奥陶统—石炭系碎屑岩层内则形成了大量的雁列式走滑断裂，走滑断裂的分段性与寒武系盐下构造层先存构造相关。

（3）在顺北5号走滑断裂带的4层结构控制下，寒武系油气沿走滑断裂穿过膏盐岩层，向奥陶系碳酸盐岩断溶体内运聚，志留系雁列式断裂形成于加里东运动晚期—海西运动早期，是油气成藏的主要时期，该时期活动断裂决定了油气充注强度。顺北地区主要发育强活动优势叠加型、强活动差异叠加型及弱活动弱叠加型3种油气成藏模式。