瑪湖西環帶高角度斷裂成因與控藏作用

郭文建，吳孔友，任本兵，裴仰文，黃立良

（1.中國石油新疆油田分公司勘探開發研究院，新疆 克拉瑪依 834000；2.中國石油大學地球科學與技術學院，山東 青島 266580）

瑪湖西環帶高角度斷裂成因與控藏作用

郭文建1，吳孔友2，任本兵1，裴仰文2，黃立良1

（1.中國石油新疆油田分公司勘探開發研究院，新疆 克拉瑪依 834000；2.中國石油大學地球科學與技術學院，山東 青島 266580）

通過高密度三維地震資料精細解釋，在準噶爾盆地瑪湖凹陷西環帶發現眾多高角度斷層，斷層剖面組合為復合型與單一型，平面組合為斜交式與平行式。規模大、壓扭強的斷層，分支多，剖面組合呈“花狀”構造；規模小、壓扭性弱的斷層，常單獨發育。成因機理分析表明，高角度斷層是達爾布特斷裂的派生構造，屬Sylvester簡單剪切模式中R’剪裂面，并得到物理模擬實驗證實。高角度斷層與油氣運聚關系極密切，形成期與油氣生成期匹配合理，構成油氣垂向運移的良好通道。靜止期形成有效的油氣圈閉，高角度斷層圍限的斷塊、斷鼻是下一步油氣勘探的重點目標。

瑪湖凹陷西環帶；高角度斷層；形成機理；控藏作用斷層對油氣運聚、成藏的控制作用，歷來受到關注[1]，其既為油氣運移通道，又能封堵油氣成藏[2-3]。長期以來，對準噶爾盆地斷層的研究主要集中于低角度逆斷層，包括斷層特征、斷層控砂作用、斷層封閉性等[4-10]。20世紀80年代，朱志澄等以斷面傾角為界[11]，將大于45°斷層稱為高角度逆斷層，小于45°的稱為低角度逆斷層。2005年，康永尚等研究準噶爾盆地臺盆區高角度斷層特征與成藏作用[12]，首次探討與造山帶不平行的高角度斷層成因。近年來，隨著油氣勘探的深入，準噶爾盆地西北緣瑪湖凹陷西環帶發現一系列高角度斷層，這些斷層斷面陡傾，走向與造山帶近于垂直，切穿深度大。對高角度斷層控制目標進行識別與評價，相繼實施幾口鉆井，均獲得高產工業油流，反映高角度斷層在該區油氣運聚過程中，起重要控制作用。目前關于瑪湖西環帶高角度斷裂的性質、成因及控藏機理尚不清楚。本次研究對地震資料精細解釋，明確斷裂性質，通過應力分析和物理模擬揭示成因機理，建立控藏模式，對深化準噶爾盆地西北緣油氣勘探具重要意義。

圖1 研究區構造背景圖Fig.1 Structural setting of research area1.西北緣；2.瑪湖凹陷；3.斷裂；4.分區線

1 地質背景

準噶爾盆地是我國西部重要含油氣盆地，勘探面積近13×104km2，內部分多個構造單元[13]。西北緣為準噶爾盆地油氣最富集構造帶，處于西準噶爾造山帶與準噶爾地塊間[14]，分為超剝帶、斷褶帶和單斜帶[12]。瑪湖西環帶主要指西北緣單斜帶（圖1），該帶地層變形簡單，整體呈單斜狀態，構造部位低，地層從二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系及新近—古近系均發育，且厚度較大。超剝帶和斷褶帶距造山帶近，構造復雜，斷裂發育，油氣富集，勘探程度與研究程度較高。環瑪湖凹陷斜坡帶構造簡單、埋藏深，勘探程度較低。進入21世紀，新疆油田逐漸將勘探重點移至瑪湖凹陷西環帶（單斜帶），部署實施的MH1、MA18等井相繼獲高產工業油流，表明該區具較大的油氣勘探開發潛力，是新疆油田增儲上產的有利區。

2 高角度斷裂幾何特征

高角度斷層指斷面傾角大于45°的斷層[15-16]。本文特指斷面陡直、傾角大于65°、走向與造山帶近于垂直、具扭動性質的斷層。

2.1 高角度斷層剖面特征

對高精度三維地震資料精細解釋，在瑪湖凹陷西環帶發現大量高角度斷層。其特征如下：①斷距小，有的甚至沒有斷距，同一剖面不同深度或同一斷層不同剖面上同相軸時斷時續（斷面兩側地震反射頻率、能量、極性有時會產生變化）；②斷面陡直，傾角大于65°，有的接近直立；③斷層切割深度大，從二疊系切至侏羅系。據高角度斷層在剖面上的相互關系，分為復合型與單一型兩種（圖2）。

圖2 瑪湖凹陷西環帶高角度斷層剖面特征Fig.2 Section properties of the high angle faults in the Western circle zone of Mahu depressiona——復合型；b——單一型

復合型 對高角度斷層解釋中，發現部分高角度斷層在剖面上密集發育于較窄區域，其中有一條切穿深、斷距大、同相軸破碎明顯、斷面傾角近于90°的主斷層，其余斷層規模小，上部斷面陡，傾角大于70°，下部產狀變緩，并相交于主斷層上，近于對稱，構成剖面上“正花狀構造”（圖2-a），表明瑪湖凹陷西環帶發育的高角度斷層具扭動性質[17]，屬走滑斷層。

單一型 地震資料解釋中，瑪湖凹陷西環帶部分高角度斷層不呈簇狀，僅見一條單一的高角度斷層。該斷層一般垂向位移量小，斷裂兩側同相軸僅發生撓曲，或地層產狀發生變化，深層可見波組錯斷，淺層波組較連續，無明顯斷點。斷面附近往往形成一條較窄的雜亂反射帶，斷面傾角大于70°（圖2-b），傾向隨位置不同，略有變化。

2.2 高角度斷層平面特征

通過對瑪湖凹陷西環帶高分辨率三維地震資料精細刻畫，識別出高角度斷層數條，特征清晰。高角度斷層平面上整體延伸較短，與造山帶呈大角度相交。斷層平面組合主要有斜交式和平行式。MH1井三維工區解釋的高角度斷層規模較大，大侏羅溝斷層為主斷層，其余斷層均與其斜交，構成“青魚骨刺狀”組合。MX1井三維工區解釋的高角度斷層在平面上以平行式組合為主，也發育斜交式，規模較小。平面上斜交式組合斷層，在剖面上多呈“花狀”，構成復合型。平面上平行式組合斷層，剖面上多為單一型樣式。

3 高角度斷裂形成機理

3.1 區域構造背景

瑪湖西環帶毗鄰西準噶爾造山帶，NW向與哈薩克斯坦板塊碰撞，NE向受西伯利亞板塊擠壓[12,14]。準噶爾盆地西北緣處于擠壓與剪切疊加應力環境，發育數條大規模壓扭性斷裂，包括巴爾雷克斷裂、托里斷裂和達爾布特斷裂[18]。達爾布特斷裂緊鄰西北緣，平面延伸大于300 km，與瑪湖西環帶近于平行。該斷裂始于二疊紀中期，以右旋平移錯動為主[19-20]。印支期受西伯利亞板塊NE向擠壓作用[21]，達爾布特斷裂發生左旋平移錯動，973花崗巖體、紅山花崗巖體被錯開5~10 km[22-23]。平面上，達爾布特斷裂尾端呈“馬尾狀”組合（圖3-a），剖面上顯示“花狀”構造（圖3-b）。

3.2 受力分析

走滑斷裂在平移錯動過程中，易形成派生斷層、褶皺、節理，甚至斷陷盆地，形成復雜的扭動構造體系[24]。Sylvester提出的簡單剪切模型，合理解釋了主走滑斷裂（PDZ）與各派生構造（R面、R’面、P面等）間的力學成因關系[25]。通過衛片解譯、野外踏勘，特別是地震資料精細解釋，瑪湖西環帶斷裂組合關系符合Sylvester的簡單剪切模型。達爾布特斷裂為主走滑帶（PDZ），平移錯動過程中派生出兩側一系列呈不同角度相交的斷層，其中烏蘭林格斷裂等呈小角度相交，相當于P和R’剪裂面。瑪湖西環帶發育大量高角度斷裂（包括大侏羅溝斷裂）相當于R’剪切面。因此，達爾布特斷裂走滑作用是形成準噶爾盆地瑪湖西環帶高角度斷層的主要控制因素[26-28]。規模較大、壓扭性強的高角度斷層，常形成分支斷層，地震剖面上為“花狀”構造；規模小、壓扭性較弱的高角度斷層，常單獨存在，構成單一型[29]。據地層切割關系，斷裂切穿二疊系、三疊系，終止于侏羅紀晚期，主斷裂兩盤三疊系沉積厚度存在差異，表明高角度斷裂發育于三疊紀至侏羅紀。

圖3 達爾布特斷裂平面和剖面特征Fig.3 Horizontal and Section properties of Daerbute fault（a）——平面特征（據GongJian Tang等，2012）；（b）——剖面特征1.新生代、中生代及二疊系；2.石炭系；3.泥盆系；4.志留系；5.奧陶系；6.侵入體；7.晚志留—早奧陶世侵入體；8.超基性巖及蛇綠混雜巖；9.斷裂；10.剖面線

3.3 物理模擬

為進一步驗證瑪湖凹陷西環帶高角度斷層成因機理，探討達爾布特斷裂帶走滑活動對西北緣構造樣式的影響，利用山東省重點實驗室壓扭性構造物理模擬系統，對準噶爾盆地西北緣斷裂體系形成機理進行模擬。模擬材料主要包括石英砂、粘土和水，按一定比例調試后，制成約5 cm厚的地質體，陰干成半塑狀態，開始施加壓扭應力。首先形成平行于造山帶的低角度斷層（逆掩斷層），相當于西北緣山前逆斷層（圖4-a），包括克拉瑪依斷裂、南白堿灘斷裂等。繼續加力，山前逆斷層規模變大，形成掩覆帶。同時近垂直造山帶和逆掩斷裂的高角度斷層開始形成，高角度斷層形成有分支斷裂（圖4-b）。模擬進一步證實，高角度斷層的形成受達爾布特斷裂帶走滑活動控制，西北緣山前逆斷層也受達爾布特斷裂帶活動影響，后期演化成達爾布特斷裂“花狀”分支。

圖4 西北緣斷裂系統形成物理模擬Fig.4 Physical simulation of fault system in the Northwest margin of Junggar basin

4 高角度斷裂控藏作用

4.1 控藏模式

通過對瑪湖西環帶高角度斷層特征及成因分析，確定該類斷層為具壓扭性質的走滑斷層 ，走滑斷層對準噶爾盆地油氣成藏具重要作用。邵雨等從區域背景上分析走滑構造對準噶爾盆地西北緣油氣運聚的控制作用[27]。張越遷等認為與走滑斷層伴生的斷塊、斷鼻是西北緣下一步油氣勘探的重點[19]。新疆油田公司在瑪湖西環帶按高角度斷層控藏思路，部署幾口探井，均獲得重大突破，反映高角度斷層對瑪湖西環帶油氣運聚具重要控制作用。

油源對比顯示[30]，準噶爾盆地西北緣聚集的油氣主要來自瑪湖凹陷下二疊統風城組和中二疊統下烏爾禾組，排烴期從二疊紀末期持續至白堊紀。瑪湖西環帶發育的高角度斷層切穿深（二疊系切至侏羅系）、斷面陡（傾角大于65°）。從縱向切割的地層看，特別是據規模大、斷面陡、走滑明顯且切斷并錯開扎伊爾山的大侏羅溝斷層對三疊系與侏羅系沉積控制作用推斷，高角度斷層應形成于三疊紀至侏羅紀，該時期正好是二疊系主力烴源巖的生烴期，因此構成油氣垂向運移的良好通道。斷層停止活動后，在斷面應力、泥質充填和涂抹作用下，斷裂逐漸封閉，形成斷塊或斷鼻圈閉。

瑪湖西環帶發育的走滑斷裂斷面陡、切穿深、延伸遠，斷裂活動期與油氣生成期匹配，構成良好的油氣運移通道。油氣進入走滑斷裂帶后，在浮力和壓差作用下，快速沿斷裂帶輸導部分向上運移，同時沿分支斷裂呈發散式運移，在剖面上多個層位、平面上多個圈閉聚集成藏。瑪湖凹陷西環帶發育的高角度斷層近垂直造山帶，由斜坡高部位延伸至生烴凹陷，構成油氣側向運移的輸導網絡，并將生烴中心派出的油氣運移至山前構造帶成藏。高角度斷層在平面和剖面上組合成兩種樣式，油氣運聚過程中在空間上構成花狀和墻角狀兩種成藏模式。花狀成藏模式指油氣沿復合型高角度斷層由下向上呈發散式運移，聚集在主斷層與分支斷層間的夾塊中（圖5-a）。墻角狀成藏模式指油氣沿單一型高角度斷層運移，在上傾方向受近平行于造山帶的逆沖斷層遮擋，聚集在呈墻角式斷夾塊中（圖5-b）。4.2勘探效果分析

圖5 瑪湖凹陷西環帶高角度（走滑）斷層成藏模式Fig.5 Hydrocarbon accumulation models of the high angle(Strike slip)faults in the Western circle Zone of Mahu depression1.走滑斷層；2.逆沖斷層；3.油氣運移方向；4.含油面積

圖6 含油面積圖Fig.6 The oil-bearing area mapa——MH1井三維區塊；b——MX1井三維區塊1.圈閉；2.斷層；3.等高線；4.油井及產能；5.顯示井；6.申報控制含油面積；7.百口泉組一段頂界構造線；8.斷裂；9.井號

花狀成藏模式下，大侏羅溝斷裂體系（MH1井三維工區）鉆探的MH1井，日產油39.4 t、日產氣2 500 m3；MH2井鉆探部位處于圈閉邊緣，僅見油氣顯示（圖6-a）。墻角狀成藏模式下，MX1井三維工區范圍內，先后鉆探MA18井、AH1井，其中MA18井穩定日產油33.23 t，氣6 900 m3，AH1井穩定日產油29.28 t，氣2 080 m，與相鄰MA6井等壓力系統存在明顯差異，進一步證實高角度斷層對該區油氣成藏的控制作用（圖6-b）。這是瑪湖凹陷西環帶繼瑪湖1井三維區塊取得突破（MH1井獲得高產工業油流）后的又一重大探索和發現，為新疆油田的增儲打開了新局面。

5 結論

（1）瑪湖凹陷西環帶高角度斷層剖面組合為復合型與單一型，平面組合為斜交式與平行式。平面上斜交式組合斷層，剖面上多呈“花狀”，構成復合型樣式；平面上平行式組合斷層，剖面上多為單一型樣式。高角度斷層屬壓扭性走滑斷層。

（2）達爾布特斷裂為一大型走滑構造，多期活動形成準噶爾盆地西北緣斷裂體。瑪湖西環帶高角度斷裂是達爾布特斷裂帶的派生構造，屬Sylvester簡單剪切模式中的R’剪裂面。模擬進一步證實，高角度斷層的形成受達爾布特斷裂帶走滑活動控制，西北緣山前逆斷層受達爾布特斷裂帶活動影響，后期演化成達爾布特斷裂“花狀”分支。

（3）瑪湖凹陷西環帶高角度斷層與油氣運聚關系極密切，形成期與油氣生成期匹配合理，構成油氣垂向運移的良好通道。靜止期形成有效的油氣圈閉，高角度斷層圍限的斷塊、斷鼻是下一步油氣勘探的重點目標。

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Deformation Mechanism and Petroleum Accumulation of the High Angle Faults in the Western Circle Zone of Mahu Depression, Junggar Basin

Guo Wenjian1,Wu Kongyou2,Ren Benbing1,Pei Yangwen2,Huang Liliang1
（1.Research Institute of Exploration and Development,Xinjiang Oilfield Company,PetroChina,Karamay,Xinjiang, 834000,China;2.School of Geosciences,China University of Petroleum,Qingdao,Shandong,266580，China）

According to the high-resolution 3D seismic interpretation,a series of high angle faults are developed in the western circle zone of Mahu depression.In section view,these high angle faults present single or combination distribution; while in plain view,they present oblique or parallel distribution.The large shearing fault branches several splays to form flower structures in section view;whereas the smaller shearing fault usually presents single fault development.It is suggested that the high angle faults are accommodation structures of the Daerbute fault,corresponding to the R’shearing in the Sylvester shearing model,which is also verified by the physical experiments.These high angle faults can be good conduits for the vertical migration of petroleum,as the deformation timing is properly matched with the hydrocarbon generation timing.During stable period,the high angle faults present good sealing properties to form effective hydrocarbon traps.Therefore,the fault blocks and fault noses constrained by these high angle faults can be emphasizes in the following petroleum exploration.

Western circle zone of Mahu depression;High angle faults;Deformation mechanism;Petroleum accumulation

1000-8845(2016)02-263-06

P618.130.1

A

項目資助：國家自然科學基金（41272142）、中石油攻關課題（2012E-34-01）聯合資助

2015-04-17;

2015-06-19;作者E-mail：guowj@petrochina.com.cn

郭文建（1982-），男，新疆克拉瑪依人，工程師，2005年畢業于中國石油大學（華東）勘查技術與工程專業，從事油氣勘探綜合研究