塔里木盆地北部前中生界潛山斷裂特征
——以三道橋東地區為例

曹遠志，徐 浩，韓 博，韓 強

（中國石化西北油田分公司勘探開發研究院，新疆烏魯木齊 830011）

塔里木盆地是中國油氣資源豐富的大型疊合盆地之一，盆地經歷多期構造運動形成了不同性質、不同規模、不同級次的斷裂，這些斷裂是塔里木盆地醒目的構造行跡[1-2]，也是石油地質的重點研究對象。沙雅隆起北部雅克拉斷凸潛山是塔里木盆地最早實現油氣發現的地區，1984年沙參2井在奧陶系古潛山獲得重大油氣突破，發現了雅克拉潛山凝析氣藏，揭開了塔里木盆地海相油氣大發現的序幕[3-4]。前人對雅克拉斷凸斷裂構造的形成進行了研究，總結了斷裂多期活動和反轉斷裂形成演化過程[5-7]，認為沙雅隆起北部潛山主要表現為區域擠壓應力下的逆沖推覆構造作用，現今的潛山格局是多期構造變形疊加的產物[8]，斷裂的多期疊加、復合特征明顯，同時不同性質的斷裂均具有控藏、控儲的特征[9-15]。受前期二維地震資料的制約，對本區斷裂特征及潛山的形成演化過程認識不夠深入，三道橋東地區位于沙雅隆起北部雅克拉斷凸西部，南鄰哈拉哈塘凹陷，是臺盆區與隆起區的結合部，殘留地層相對較多，也是北東向斷裂向近東西向斷裂轉換地區，發育東河塘斷裂和輪臺斷裂。三道橋東地區斷裂的解析能夠全面認識塔北北部的斷裂活動期次及潛山演化過程。本文通過對三道橋東三維地震資料精細解釋，刻畫和分析斷裂的展布與構造的演化，進一步探討斷裂活動對潛山圈閉的地質作用。

1 地質特征

三道橋東地區位于沙雅隆起北部雅克拉斷凸的西部，南鄰哈拉哈塘凹陷，周緣已發現雅克拉、東河塘、三道橋及牙哈等油氣田藏（圖1a）。雅克拉斷凸是塔里木盆地北部沙雅隆起的一個次級構造單元，南鄰阿克庫勒凸起，北接庫車坳陷，是一個長期發育的古隆起，南北受斷裂夾持，呈近東西向展布，北邊界大致為亞南-三道橋斷裂帶，東南邊界為輪臺斷裂。該區受加里東晚期、海西早期與海西晚期等多期構造運動疊加改造，古生界地層被大幅度剝蝕，缺失中-上奧陶統、志留系-泥盆系、中石炭統-二疊系。三疊系-侏羅系分布于東南及輪臺斷裂以南局部地區，大部分地區白堊系直接覆蓋于下奧陶統-前震旦系之上，至古近紀沉積時轉為北側庫車坳陷的斜坡[14-15]。

從三道橋東地區前中生界俯視圖可以看出，該區元古界-古生界地層呈北東-東西向展布，為一北東向背斜的南翼，震旦系-二疊系依次從東南向西北方向尖滅（圖1b），西北部為前震旦系變質巖分布區。該區東河2 井、東河24 井、東河25 井、東河22 井、東河21 井等井均不同程度地揭示前中生界潛山。據鉆井及地震資料表明，該區前中生界沉積地層發育在前震旦系變質巖之上，發育震旦系、寒武系、奧陶系、泥盆系、石炭系、二疊系等地層，其中震旦系-奧陶系為臺地相碳酸鹽巖沉積，泥盆系-二疊系以碎屑巖沉積為主，局部夾碳酸鹽巖，此外寒武系頂部、二疊系發育火山巖。

2 構造特征

三道橋東地區位構造演化受雅克拉斷凸影響，雅克拉斷凸是受亞南、輪臺兩大逆沖斷裂控制的一個典型的背沖斷塊構造。斷凸內部斷裂十分發育，具有長期、多次、不均一等活動特點。東部斷距大、剝蝕強，前中生界地層被剝蝕殆盡，白堊系直接覆蓋在基底變質巖系之上。西部斷距小、剝蝕弱，尚保存有較大部分震旦系-古生界地層，整體呈南傾單斜。褶皺變形相對簡單，中生界地層覆蓋以后，才形成潛山構造和披覆背斜。喜山運動早中期，區域“南升北降”構造大翻轉，導致斷凸之上出現拉張效應，促使早期逆沖斷層發育負反轉活動，形成一系列由逆轉正的生長正斷層。研究區前中生界沉積地層記錄了加里東晚期-海西早期、海西末期及印支期等構造運動和二疊系火山活動事件。

2.1 加里東期-早海西期構造活動

三道橋東地區在震旦紀-早奧陶世位于塔里木克拉通盆地的北部，沉積了巨厚的碳酸鹽巖，地層厚度橫向變化不大，地層產狀平緩。自晚奧陶世末，古昆侖洋和古天山洋俯沖消減作用加強，塔里木盆地發生加里東運動，整個塔北新和三道橋地區開始抬升，三道橋東地區位于這一古隆起的南部斜坡部位，到海西運動早期與相鄰地塊發生碰撞閉合，這一階段塔里木整體處于強烈的擠壓環境中[16]。三道橋東地區奧陶系從東南向西北方向被剝蝕減薄，區域內中下奧陶統、志留系全部缺失，泥盆系直接覆蓋于奧陶系鷹山組下段或蓬萊壩組之上[17]（圖2a）。該不整合面之上的砂礫巖在平面上呈自東北向東南尖滅的朵狀扇體，這說明在泥盆系東河砂巖沉積之前該區東北部已經隆升（圖2b）。

2.2 海西運動晚期二疊系火山活動

圖1 塔里木盆地三道橋東地區構造位置

中二疊世三道橋東地區火山活動強烈，火山巖在地震上呈中強振幅不規則層狀異常，振幅屬性平面上呈不規則狀中強振幅異常分布（圖2c～d）。前人研究表明，塔北地區火山巖以玄武巖和英安巖為主，具有雙峰式火山巖的特點，為明顯的陸內裂谷成因，代表強烈的伸展作用[18]。

2.3 海西末期-印支期構造活動

晚海西-印支期構造運動是三道橋東地區最為強烈的一次構造運動，奠定了該區的構造格局。輪臺斷裂、亞南斷裂、雅1 號斷裂、雅2 號斷裂等近東西向展布的背沖斷裂構造帶主要形成于該時期[19]。這一時期雅2 號斷裂活動非常強烈，構造抬升使得該斷裂北側地區剝蝕出露前震旦系基巖，雅克拉斷凸主要在該時期形成。而這一時期構造格局也決定了三疊系-白堊系的沉積背景，三疊系-白堊系向構造高部位超覆沉積（圖2e）。

3 斷裂特征

3.1 斷裂展布特征

本次研究利用地震三維數據計算該區的高精度相干屬性體，分別沿震旦系-石炭系不同反射界面提取沿層相干屬性進行分析。結果表明，斷裂在相干屬性平面上呈線性展布，斷裂展布特征清晰。根據各層斷裂展布特征，研究區斷裂按走向可劃分為北北東向、北東向和北西向3 組斷裂。其中，北北東向斷裂以東河塘斷裂、輪臺斷裂以南的走滑斷裂為代表，北東向斷裂以輪臺斷裂為代表，北西向斷裂主要出現于奧陶系頂面及其以上層系。不同方向的斷裂通常首尾相接、互相切割。其中輪臺斷裂自西向東依次按北東、北東東向變化，延伸呈明顯的分段性。斷裂的這種平面展布特征是研究區不同期次、不同走向斷裂在活動過程中相互遷就調整并復合發育的結果[20]。

3.2 斷裂性質

圖2 三道橋東地區古生界主要地質事件的地球物理響應

研究區在加里東運動期-海西運動早期、早二疊紀、海西運動晚期-印支運動期分別受到北西向擠壓、北東向拉張和南北向擠壓等不同構造應力場的作用，發育了擠壓斷裂、走滑斷裂和張性斷裂（圖3）。輪臺斷裂及其以北前中生界地層發育一系列與擠壓應力相關的斷裂，有基底卷入型和蓋層滑脫型樣式[21]。其中，基底卷入型斷裂較為普遍，蓋層滑脫型斷裂相對較少，蓋層滑脫型斷裂的根部向下深入至下寒武統玉爾吐斯組泥巖當中[22]。按照變形的幾何學特征，可識別出疊瓦逆沖構造、背沖構造、對沖構造和鏟式逆沖構造等樣式[23]（圖3a）。擠壓斷裂一般向上斷至中生界底。輪臺斷裂以南發育北東向走滑斷裂系統，走滑斷裂斷面陡立，向下斷穿至基底，向上多斷至奧陶系頂面（圖3b），剖面上呈“1”字型或 “Y”字型。北西向正斷層在剖面上呈小地塹樣式（圖3c），斷層從中下寒武統一直斷至三疊系底，斷距小于50 m。

上述資料表明，該區走滑斷裂主要分布于輪臺斷裂以南，斷凸上逆斷層和正斷層共存，且這些斷層均是從基底斷至中生界底。

3.3 斷裂形成期次及機制

結合區域構造運動背景，根據斷裂性質、斷裂相互切割關系，將區內斷裂劃分為3 期。

加里東運動中晚期-早海西運動期:研究區處于近北西-南東向擠壓作用下，區內地層褶皺變形，產生北北東、北東向逆斷層和北北東向走滑斷層，斷層從基底斷穿至奧陶系頂面（T74-T60疊合）。

圖3 三道橋東地區典型斷裂解釋剖面

二疊紀:火山活動與斷層之間有著密切的聯系，二疊系火山活動代表了海西晚期一次的伸展作用，與此伴生形成了北西向正斷層，斷層從寒武系內部向上斷至火山巖頂面，斷距一般小于30 m。平面上，北西向斷裂明確切割北北東向斷裂。

海西運動末期-印支運動期:海西運動晚期在南北向構造擠壓作用下，形成一系列明顯的近東西向褶皺和斷裂構造帶，本次活動雅2號斷裂、輪臺斷裂活動劇烈，雅2號斷裂北側震旦紀-二疊紀被剝蝕殆盡，元古宇變質巖出露。輪臺斷裂自西向東依次按北東、北東東向變化，延伸呈明顯的分段性，是兩期斷裂復合的結果。

此外，走滑斷層的分布以輪臺斷裂為界，輪臺斷裂以北古生界未識別出明顯走滑斷層。這可能是因為早期走滑斷層在海西期構造運動時，伴隨地層一同發生旋轉而使得在地震剖面上斷裂的產狀發生變化，具有“視逆實正”的特點（圖4）。也說明逆斷層的形成晚于走滑斷層。

圖4 走滑斷層受后期逆沖改造后的產狀變化示意圖

綜合上述資料分析，加里東運動中晚期受塔里 木盆地南部昆侖洋閉合活動的影響， 南天山洋向北俯沖，塔里木陸殼的東端與中天山島弧碰撞，繼而形成向北的A 型俯沖。塔里木盆地北部輪臺斷裂以南的碳酸鹽巖形成北東向走滑斷裂系統，并在輪臺斷裂以北形成北東向逆斷層[24]。二疊紀塔北地區火山活動強烈，為明顯的陸內裂谷成因，代表了強烈的伸展作用[25]，在塔北地區形成了與火山巖相關的張性斷層，斷層規模均較小。海西運動晚期-印支運動期，南天山剪刀式閉合造成應力場偏轉，導致壓扭構造作用（主壓應力由南北向向西逐漸轉變為北西-北東向），形成了北東向及近東西向斷裂構造帶。這期構造活動使得早期北東向逆斷層再次復活，輪臺斷裂以北走滑斷層發生旋轉，從而產狀發生變化。

4 斷裂對油氣藏的控制作用

三道橋東地區存在泥盆系東河塘組構造圈閉和前中生界潛山圈閉勘探目標，東河11 井、東河13井及東河3 井已在泥盆系東河砂巖獲得工業油氣流，東河25 井、東河24 井在寒武系白云巖潛山見到良好的油氣顯示，東河2 井在奧陶系見到好的油氣顯示。不同性質斷裂對前中生界構造圈閉的形成、儲層發育起著重要的控制作用。

4.1 控制構造圈閉的分布

三道橋東地區的前中生界逆斷層不僅與構造圈閉的形成有關，還控制了圈閉的分布。從該區前中生界潛山頂面時間構造圖可以看出，區內共發育北北東向東河塘斷裂構造帶、北東東向東河25 井斷裂構造帶和近東西向的雅克拉斷裂構造帶（圖5）。這些構造帶的形成均與逆斷層活動有關，形成了背斜、斷背斜、斷塊。斷裂的斷距大小直接控制了構造圈閉的幅度和油氣層厚度[26]。以東河塘斷裂構造帶為例，東河塘斷裂斷層斷距從南向北逐漸變小，構造幅度也明顯減小，至東河3 井區構造幅度僅50 m 左右。此外，不同期次斷裂形成的構造層系上有差別，東河斷裂帶構造圈閉層系主要為泥盆系-石炭系、三疊系-白堊系的披覆構造。東河25 井構造帶構造層系為下寒武統，雅克拉構造圈閉主要為寒武系斷背斜及其上覆中新生界披覆構造。

圖5 三道橋東地區前中生界侵蝕頂面時間構造特征

4.2 控制碳酸鹽巖潛山巖溶儲層的發育

三道橋東地區歷經多期構造活動為潛山儲層改造提供了地質基礎。從加里東運動中晚期-燕山運動早期的多期抬升暴露，長期的風化淋濾改善了巖石的儲集性能。圖6 是三道橋東潛山白堊系巴西蓋組沉積前的古地貌圖，整體上呈北高南低。北部變質巖區處于巖溶隆起區，東南部碳酸鹽巖處于巖溶斜坡區，長期的溶蝕改造使得碳酸鹽巖巖溶儲層發育。多期的斷裂活動，特別是張扭性斷裂、走滑斷裂為地表水提供了向下溶蝕的通道，沿斷裂或裂隙產生次生溶蝕孔[27-28]。

圖6 三道橋東地區潛山燕山期古地貌

據東河24 井、東河25 井鉆遇的寒武系潛山儲層，巖性以灰巖、云質灰巖、粉晶白云巖為主。白云巖基質孔隙度為0.29%～11.36%，平均為2.51%，滲透率為0.009×10-3～57.600×10-3μm2，平均為4.040×10-3μm2，屬于低孔、低滲儲層。東河24 井巖心裂縫溶孔發育，縫寬0.01～1.00 mm，具高角度縫、X 形狀的斜交剪切縫、水平縫和網狀縫多種產狀，縫洞連通好，是很好的儲滲空間，巖石薄片中見溶孔、溶蝕裂縫。該井在寒武系累計油氣顯示厚度達60 m，蓋層為上覆寒武系致密橄欖質玄武巖。

5 結論

（1）三道橋東地區前中生界潛山發育逆斷層、正斷層和走滑斷層。其中，逆斷層發育基底卷入型、蓋層滑脫型斷裂控制的“Y”字型、反“Y”字型的逆沖斷裂。走滑斷裂陡直、向下直插基底，向上分直散開形成花狀樣式或“1”字型。

（2）三道橋東地區斷裂平面上存在北北東向、北西向及近東西向三組走向。北北東向走滑斷層、逆斷層形成于加里東運動中晚期-早海西運動期，逆斷層的形成晚于走滑斷層，走滑斷層明顯受到過北西向擠壓改造；北西向正斷層與海西運動晚期二疊系火山活動有關的斷裂，斷裂切割早期逆斷層；近東西向斷裂逆沖斷層形成于海西運動末期-印支運動期。

（3）走滑斷層形成于加里東運動中晚期，后期受到海西運動期構造運動的疊加改造，導致目前只在輪臺斷裂南盤被識別出來。輪臺斷裂附近走滑斷裂走向從北北東向轉為北東向或東西向，輪臺斷裂以北伴隨地層一同發生旋轉而導致早期走滑斷層呈“視逆實正”的特點。

（4）三道橋東地區不同性質斷裂具有重要的油氣地質意義，逆斷層控制了斷裂構造帶的形成，形成了背斜、斷背斜、斷塊。走滑斷裂、與火山巖有關的張性斷層能有效地改善碳酸鹽巖的儲集條件。