塔里木盆地克拉蘇構(gòu)造帶西部構(gòu)造變形規(guī)律與油氣勘探方向

楊海軍 孫雄偉 潘楊勇 唐永亮 李向云 屈元基 金江寧 吳俊霖

1.中國石油塔里木油田公司勘探開發(fā)研究院 2.中國石油塔里木油田公司英買油氣開發(fā)部

0 引言

庫車坳陷是疊加在塔里木古生界海相克拉通盆地之上的中—新生界陸相前陸盆地，是一個(gè)典型的含鹽前陸盆地，位于塔里木盆地北緣，南天山造山帶以南；坳陷在平面上表現(xiàn)為“四帶三凹”的構(gòu)造格局，“四帶”從北向南分別為北部構(gòu)造帶、克拉蘇構(gòu)造帶、秋里塔格構(gòu)造帶和南部斜坡帶，“三凹”由西向東分別為烏什凹陷、拜城凹陷和陽霞凹陷[1-2]。克拉蘇構(gòu)造帶“生儲蓋運(yùn)圈?！毕到y(tǒng)完善[3]，油氣資源豐富，具有巨大勘探潛力。但西部勘探程度遠(yuǎn)不及東段高，主要是構(gòu)造帶西部變形相對東部更為復(fù)雜，且深層地震資料成像不理想，圈閉發(fā)現(xiàn)與落實(shí)難度更大，勘探開發(fā)程度相對滯后。

庫車坳陷克拉蘇構(gòu)造帶東西分段、南北分帶特征明顯，前人研究成果表明庫車坳陷分段特征受南天山差異推覆作用、鹽巖層分布、基底構(gòu)造影響[4]，但是針對各因素在不同區(qū)段之間對構(gòu)造變形的影響、分段主控因素及耦合作用特征研究仍然薄弱，對于潛力巨大、構(gòu)造卻十分復(fù)雜的克拉蘇構(gòu)造帶西部開展相關(guān)研究需求非常迫切。

近年來，眾多學(xué)者對克拉蘇構(gòu)造帶做了大量的研究工作，基本建立了“分層滑脫，垂向重疊”的收縮構(gòu)造模式[5-8]，同時(shí)不同構(gòu)造段內(nèi)的構(gòu)造變形樣式比較成熟，但仍需要深入、細(xì)化研究，自西往東，阿瓦特區(qū)段整體表現(xiàn)為強(qiáng)擠壓背景下“雙層樓”逆沖推覆構(gòu)造變形；博孜區(qū)段與克深區(qū)段為復(fù)合楔形疊瓦狀構(gòu)造，在構(gòu)造變形后緣發(fā)育由高角度逆沖斷層控制的基底卷入變形[9]，南部為蓋層滑脫變形；大北區(qū)段主要發(fā)育基底卷入的逆沖疊瓦構(gòu)造。另外，關(guān)于構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的研究也逐漸升溫，基本形成了不同構(gòu)造段間發(fā)生構(gòu)造轉(zhuǎn)換的共識[2-3,10-11]。然而，克拉蘇構(gòu)造帶西部斷裂十分發(fā)育，構(gòu)造破碎，已公開發(fā)表的相關(guān)研究成果僅對大構(gòu)造區(qū)段變化規(guī)律進(jìn)行了預(yù)測，而該構(gòu)造帶的勘探需要開展更精細(xì)的構(gòu)造變形分析及建模，明確各區(qū)段及區(qū)段間的構(gòu)造變形主控因素規(guī)律。筆者結(jié)合前人研究成果，利用最新的鉆井信息、高品質(zhì)三維地震資料，在分析克拉蘇構(gòu)造帶不同區(qū)段構(gòu)造變形特征的基礎(chǔ)上，提出了塑性膏鹽巖、區(qū)域擠壓應(yīng)力、基底先存構(gòu)造等3因素分段主控的構(gòu)造差異變形規(guī)律，重點(diǎn)闡明了西部不同帶間、段間構(gòu)造變形特點(diǎn)及相應(yīng)的構(gòu)造樣式，剖析了克深斷裂構(gòu)造帶、拜城斷裂構(gòu)造帶圈閉集中發(fā)育的成因，認(rèn)為突發(fā)構(gòu)造群、雁列式圈閉群具有巨大勘探潛力，是該區(qū)的重要勘探方向。

1 克拉蘇構(gòu)造帶鹽下構(gòu)造差異變形的主控因素

在中生代和新生代早期，庫車坳陷南天山構(gòu)造活動強(qiáng)度不大；至晚新生代時(shí)期，受歐亞板塊和印度板塊的碰撞影響，南天山板內(nèi)發(fā)生造山作用，庫車坳陷充填的中、新生代地層受北部擠壓和隆升的影響發(fā)生強(qiáng)烈的收縮變形[12]（圖1）。從西往東看，克拉蘇構(gòu)造帶古近系膏鹽巖層不等厚發(fā)育、區(qū)域應(yīng)力橫向不均勻擠壓、先存古隆構(gòu)造局部區(qū)域存在等因素造成了橫縱向立體構(gòu)造差異變形。區(qū)域發(fā)育的大型逆沖斷層及基底隆起能有效釋放和分解來自造山帶的擠壓應(yīng)力，古近系膏鹽巖等軟弱層的存在為區(qū)域結(jié)構(gòu)分層滑脫變形提供了重要條件[13]；構(gòu)造帶區(qū)段內(nèi)、區(qū)段間變形特征明顯、變換構(gòu)造類型多樣。

1.1 區(qū)域擠壓應(yīng)力控制差異構(gòu)造變形

圖1 庫車坳陷區(qū)域構(gòu)造動力學(xué)剖面模式圖（據(jù)本文參考文獻(xiàn)[5]修改）

庫車坳陷的收縮構(gòu)造變形主要受塔里木克拉通與南天山水平擠壓作用的影響。晚新生代，南天山印度板塊與歐亞板塊碰撞的影響發(fā)生板內(nèi)造山作用而強(qiáng)烈隆升收縮變形。南天山發(fā)生迅速隆升作用的同時(shí)，庫車坳陷不僅受到自北向南強(qiáng)烈水平擠壓作用，還疊加了垂直剪切作用。因此，在靠近山前以垂向剪切作用為主導(dǎo)，向盆地延伸過程中逐漸轉(zhuǎn)化為水平擠壓，隨著向南垂向剪切應(yīng)力逐漸減小，斷裂規(guī)模逐漸變小，能干地層以發(fā)育規(guī)模較大的褶皺變形構(gòu)造為主?？死K構(gòu)造帶自北向南分為3個(gè)差異應(yīng)力構(gòu)造變形帶，分別是博孜—克拉斷裂構(gòu)造帶、克深斷裂構(gòu)造帶和拜城斷裂構(gòu)造帶。而在克拉蘇構(gòu)造帶西部因受先存構(gòu)造對應(yīng)力阻擋的影響，鹽下構(gòu)造變形更加復(fù)雜，表現(xiàn)為逆掩疊置程度高、斷裂更發(fā)育（圖2-a～c）與東部地區(qū)的構(gòu)造相對完整的變形特征（圖2-d）存在較大差異，在南北分帶的基礎(chǔ)上，表現(xiàn)為更復(fù)雜的構(gòu)造樣式。

克拉蘇構(gòu)造帶西部，南天山隆升變形誘導(dǎo)盆山過渡帶發(fā)育一系列近直立的高角度斷穿基地的逆沖斷層[5]，控制克拉蘇構(gòu)造帶最北部構(gòu)造格局之外，由于受疊加雙鹽湖、南部溫宿古隆起和西秋古隆起影響，表現(xiàn)為南天山邊界對坳陷內(nèi)構(gòu)造變形有明顯的控制作用[3]，在平面上能夠清晰看到古生界地層差異推覆作用引起的東西向差異展布（圖3），即擠壓應(yīng)力不僅存在類似東部的南北向分量、且存在東西向分量，因而造成了不同區(qū)段內(nèi)及區(qū)段間東西向的構(gòu)造樣式差異，強(qiáng)烈的斜向擠壓為構(gòu)造的形成奠定了應(yīng)力基礎(chǔ)。

在斜向擠壓應(yīng)力近端由于受到垂直隆升變形區(qū)直立大斷裂抬升影響，構(gòu)造表現(xiàn)為撓曲變形，在變形空間大的區(qū)域，鹽下構(gòu)造易于發(fā)生垂向向上運(yùn)動，發(fā)育反向斷裂，而產(chǎn)生沖起構(gòu)造（即突發(fā)構(gòu)造）。而在受古隆或鹽湖差異引起的不同構(gòu)造區(qū)段間，在斜向應(yīng)力遠(yuǎn)端，斜向應(yīng)力東西向分量逐漸增大，易發(fā)生側(cè)向走滑、調(diào)節(jié)，不同區(qū)段的斷裂易產(chǎn)生明顯的傾向和走向差異，從而形成具有過渡性的構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶，在研究區(qū)鹽下構(gòu)造易于形成雁列式圈閉群（圖3）。

1.2 鹽巖層不均勻分布控制構(gòu)造差異變形

庫車坳陷自下而上發(fā)育基底界面滑脫層、三疊系—侏羅系煤層、古近系鹽巖層等3套軟弱層，對構(gòu)造變形影響大。古近系鹽巖層分隔了鹽上、鹽下兩套能干地層，對應(yīng)力具有傳遞、調(diào)節(jié)、釋放等作用，鹽上層、鹽巖層、鹽下層表現(xiàn)出分層收縮變形特征，鹽上層表現(xiàn)出以褶皺構(gòu)造為主、鹽下層表現(xiàn)出以沖斷褶皺構(gòu)造為主、盆地基底則以沖斷斷塊構(gòu)造為主。

圖2 克拉蘇構(gòu)造帶西部差異擠壓構(gòu)造模式圖

圖3 克拉蘇構(gòu)造帶西部差異擠壓平面展布圖

近年來，前人針對鹽巖作用下的構(gòu)造擠壓變形開展了大量的物理模擬實(shí)驗(yàn)，研究結(jié)果表明：構(gòu)造擠壓變形過程中，鹽巖層上覆剛性地層的變形主要發(fā)生在擠壓作用力的前端和后端，在同沉積作用所引起的差異重力負(fù)載的驅(qū)動下，位于沉積楔下方的鹽巖不斷向擠壓變形的兩側(cè)流動[13]，在近擠壓變形端和擠壓變形前沿背斜端匯聚堆積（圖4），形成庫車坳陷常見的鹽湖，這些鹽湖的形成位置、厚度也直接影響了構(gòu)造帶鹽下地層的變形特征。

圖4 鹽相關(guān)構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖

克拉蘇構(gòu)造帶西部鹽湖的分布較東部復(fù)雜，其鹽湖位置同樣存在明顯的東西差異（圖5），構(gòu)造帶西部的東段受近擠壓端和擠壓變形前沿的雙鹽湖控制，在強(qiáng)擠壓應(yīng)力作用下，擠壓變形前沿巨厚的鹽巖地層為構(gòu)造的橫向遷移提供了充足的縱、橫向變形空間，各構(gòu)造完整性相對較好，構(gòu)造呈疊瓦沖斷樣式，縱向變形范圍較大，局部還存在鹽焊接現(xiàn)象，而北部鹽湖區(qū)構(gòu)造變形疊加了基底先存構(gòu)造影響發(fā)育突發(fā)構(gòu)造樣式（圖6-a）；中段受近擠壓端的單鹽湖控制，其南部鹽層厚度較薄，無法充分緩沖鹽下地層的擠壓變形，加之上覆厚達(dá)5 000 m的鹽上地層重力負(fù)載以及克拉蘇構(gòu)造帶南部基底先存構(gòu)造阻擋的雙重作用下，構(gòu)造的縱、橫向變形空間受限制，使得剛性地層受力內(nèi)部破碎，斷塊結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜，該段鹽焊接現(xiàn)象明顯，突發(fā)構(gòu)造極其發(fā)育，這些突發(fā)構(gòu)造群是油氣勘探開發(fā)的主力區(qū)（圖6-b）；西段為單鹽湖中心，其南部古構(gòu)造發(fā)育，鹽下中生界地層橫向變形范圍受限，但得益于該段巨厚鹽層的包裹，構(gòu)造縱向變形空間充足，因此，該段主要發(fā)育楔狀疊瓦沖斷構(gòu)造，斷塊數(shù)量較少，各個(gè)斷塊縱向疊置嚴(yán)重（圖6-c）。

1.3 基底先存構(gòu)造控制構(gòu)造差異變形

根據(jù)古構(gòu)造分布，克拉蘇構(gòu)造帶西部也存在明顯的分段特征，西段和中段南部發(fā)育的溫宿古隆起、西秋古隆起為邊緣地層型古構(gòu)造，位于博孜區(qū)段鹽湖區(qū)最南部；東段發(fā)育吐孜瑪扎古構(gòu)造，位于博孜—大北區(qū)段雙鹽湖中間部位（圖5）。鹽下層基底斷層、先存構(gòu)造的有無對區(qū)域擠壓作用的響應(yīng)，表現(xiàn)在構(gòu)造樣式的差異（圖6）。結(jié)合區(qū)域重力異常平面分布（圖7）、東西向地震剖面（圖8）反射特征分析，老地層及古構(gòu)造的存在起到阻擋作用，導(dǎo)致古隆起發(fā)育區(qū)沿地層變化邊界發(fā)生強(qiáng)烈構(gòu)造變形。在古隆起北側(cè)形成近東西向展布的鹽體，逆沖斷層也受變換帶的影響呈向北甩開的弧形斷層樣式。

2 克拉蘇構(gòu)造帶西部有利勘探目標(biāo)

圖5 庫車坳陷古近系膏鹽巖厚度分布圖

圖6 克拉蘇構(gòu)造帶西部東、中、西段南北向剖面圖

圖7 克拉蘇構(gòu)造帶重力異常平面分布圖

圖8 克拉蘇構(gòu)造帶東西向地震剖面圖

根據(jù)克拉蘇構(gòu)造帶斜向擠壓應(yīng)力、鹽湖、先存古構(gòu)造分布的差異、區(qū)域上3因素的耦合作用，對克拉蘇構(gòu)造帶西部進(jìn)行精細(xì)建模，劃分出5種構(gòu)造類型（表1），對其構(gòu)造變形樣式及規(guī)律進(jìn)行分析，認(rèn)為：雁列型及突發(fā)構(gòu)造型由于古隆起和應(yīng)力分量差異帶來的擠壓差異以及遠(yuǎn)離鹽湖區(qū)帶來的剛性破碎化變形，具備圈閉集中發(fā)育的有利條件，是勘探的有利目標(biāo)。

隨著克深區(qū)段的探明程度逐漸升高，而克拉蘇構(gòu)造帶西部成藏及保存條件有利、構(gòu)造背景好、斷裂極其發(fā)育，向克拉蘇構(gòu)造帶西部進(jìn)軍成為重要勘探戰(zhàn)略方向。從上述對克拉蘇構(gòu)造帶西部構(gòu)造變形主控因素的分析來看，克深斷裂構(gòu)造帶與拜城斷裂構(gòu)造帶發(fā)育的突發(fā)型構(gòu)造和雁列式圈閉群為主攻類型目標(biāo)。

2.1 突發(fā)構(gòu)造類型

突發(fā)構(gòu)造發(fā)育的關(guān)鍵是反沖作用，從研究區(qū)目前的構(gòu)造變形主控因素分析，分兩種情況。第一種是在拜城斷裂構(gòu)造帶中段區(qū)域受溫宿古隆起、西秋古隆起的阻擋，同時(shí)該區(qū)域同沉積作用所引起的差異重力負(fù)載驅(qū)動鹽巖向擠壓變形的兩側(cè)流動，應(yīng)力釋放于鹽下斷塊體內(nèi)部，因此，形成了博孜區(qū)段破碎型大突發(fā)構(gòu)造（破碎是指斷裂發(fā)育，較密集斷開鹽下塊體；大突發(fā)是指多個(gè)斷塊組成一個(gè)大塊體，四面均被鹽巖包裹，封堵條件好，成藏有利）。目前在大突發(fā)構(gòu)造區(qū)域內(nèi)已發(fā)現(xiàn)多個(gè)氣藏，如博孜1氣藏、博孜9氣藏等，該類構(gòu)造具備大氣藏滾動勘探的潛力。第二種是在克深斷裂構(gòu)造帶東段雙鹽湖之間發(fā)育的完整型突發(fā)構(gòu)造，南北向看往往發(fā)育在鹽湖邊界、且位于鹽上地層拐點(diǎn)附近，因應(yīng)力集中，斷塊內(nèi)形成向上突破的塊體[14-15]，由于上覆鹽巖層較厚，構(gòu)造縱橫向變形空間大，構(gòu)造形態(tài)較完整，整體含氣可能性大。目前，該區(qū)域在大北12、大北9等突發(fā)構(gòu)造高部位完鉆的大北12井、大北9井測試獲高產(chǎn)工業(yè)氣流，證實(shí)了該區(qū)域突發(fā)構(gòu)造集中發(fā)育，由于具備整體含氣可能，是增儲上產(chǎn)的有利區(qū)塊。

表1 克拉蘇構(gòu)造帶西部不同斷裂帶各段構(gòu)造類型表

2.2 雁列式圈閉群

位于克深斷裂構(gòu)造帶中部和拜城斷裂構(gòu)造帶中部，由于受南天山擠壓的東西向差異，克拉蘇構(gòu)造帶西部地區(qū)受到斜向擠壓應(yīng)力影響，在構(gòu)造區(qū)段間發(fā)育一系列北西軸向的雁列式圈閉，即克深斷裂構(gòu)造帶中段雁列式圈閉（博孜3圈閉群）、拜城斷裂構(gòu)造帶中段雁列式圈閉群（博孜1圈閉群）。目前，這兩個(gè)主要的雁列式圈閉群預(yù)探均獲得了重大發(fā)現(xiàn)，博孜3圈閉群博孜3區(qū)塊高點(diǎn)已完鉆博孜3井，博孜1圈閉群博孜1區(qū)塊高點(diǎn)已完鉆博孜1井，兩口井測試均獲高產(chǎn)工業(yè)氣流，為類似雁列式圈閉群鉆探提供了依據(jù)。

3 結(jié)論

1）塑性膏鹽巖、區(qū)域擠壓應(yīng)力、基底先存構(gòu)造等3因素分段主控構(gòu)造差異變形規(guī)律：大北區(qū)段主要受雙鹽湖影響，主要發(fā)育楔形沖斷疊瓦構(gòu)造；博孜—大北區(qū)段受斜向擠壓，雙鹽湖及古隆起的3因素共同影響，發(fā)育完整突發(fā)構(gòu)造樣式、大規(guī)模推覆構(gòu)造樣式及楔形沖斷疊瓦構(gòu)造樣式；博孜區(qū)段主要受古隆起阻擋，發(fā)育破碎型突發(fā)構(gòu)造樣式；阿瓦特—博孜區(qū)段構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶主要受應(yīng)力斜向擠壓及單鹽湖影響，構(gòu)造樣式為楔形沖斷疊瓦，發(fā)育雁列式圈閉群。

2）在藻鹽層區(qū)域，由于發(fā)育古構(gòu)造對應(yīng)力阻擋而易于產(chǎn)生的破碎型突發(fā)構(gòu)造、發(fā)育于雙鹽湖之間的完整型突發(fā)構(gòu)造是首選勘探目標(biāo)。

3）博孜—大北區(qū)段構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶雁列式圈閉群、阿瓦特—博孜區(qū)段構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶雁列式圈閉群具有巨大勘探潛力，是該區(qū)的重點(diǎn)勘探領(lǐng)域。