柴達木盆地英中地區下干柴溝組鹽間復雜斷裂識別

摘要： 柴達木盆地英中地區地表及地下地質條件復雜，基于常規疊前深度偏移資料難以準確刻畫下干柴溝組鹽間斷裂系統。基于多方位網格層析速度優化后的疊前深度偏移資料能夠對下干柴溝組鹽間復雜斷裂進行準確識別，結合分方位傾角掃描屬性分析，厘清斷裂體系的平面展布特征，為英中地區有利區帶劃分和優選提供了依據。結果表明：①基于多方位網格層析速度優化后的疊前深度偏移資料較好地解決了英中地區下干柴溝組地層產狀成像不準、斷裂成像不清的問題，通過對新處理地震資料重新解釋，發現在XI 號斷裂和IV 號斷裂相交形成的“夾角區”內，下干柴溝組鹽間地層存在多個小型滑脫斷層，與鹽下地層發育的疊瓦沖斷斷裂分屬不同斷裂體系；②基于新的疊前深度偏移資料提取分方位傾角掃描屬性，揭示鹽間小型滑脫斷層在平面上呈反“S”形展布，與北北東向的區域擠壓構造應力背景吻合，發育時期為上新世晚期—第四紀強烈擠壓定型階段；③下干柴溝組鹽間斷裂對局部構造控制作用明顯，目前在“夾角區”內識別了六個有利圈閉，部分井已獲得高產，是下一步勘探的重點有利區帶。

關鍵詞： 復雜鹽間斷裂系統，滑脫構造，多方位網格層析成像技術，分方位傾角掃描，柴達木盆地，英中地區

中圖分類號：P631 文獻標識碼：A DOI：10. 13810/j. cnki. issn. 1000-7210. 2024. 05. 019

0 引言

英雄嶺構造帶位于柴達木盆地西南部富油凹陷，自西向東依次劃分為英西、英中、英東三個構造段，其中英中地區主要產油層系為新生界下干柴溝組上段（E32 段）。2010 年以來，通過在英雄嶺構造帶分批實施三維地震勘探，發現了一批有利目標，為E32 油藏規模突破奠定了基礎。同時，明確“突出斷裂精細解釋，厘清斷控油藏主控因素”的研究思路，強調斷裂是英中地區油氣藏形成與分布的重要控制因素，表現在其控制了盆地構造與沉積演化，烴源巖、儲層與蓋層的分布，以及圈閉形成、油氣生成、油氣運聚與油氣藏改造過程等。柴達木盆地地表及地下地質條件復雜，受新生代構造運動影響，盆地內斷裂發育，加之主要含油氣層段位于大型鹽滑脫構造之下，致使研究區目的層段的斷裂識別難度大，斷裂平面展布規律不清。對研究區資料開展攻關試驗表明，為了在該區斷裂體系研究中獲得突破，進一步提高地震資料品質是基礎，優選敏感地震屬性是關鍵。

多方位網格層析成像技術能夠更好地刻畫速度異常體，準確反映地層傾角變化特征，為復雜斷裂解釋提供了可能。本文在新處理地震資料基礎上，針對下干柴溝組鹽間地層（K17 油組）提出新的斷裂體系樣式，并結合分方位傾角屬性開展斷裂平面展布特征分析，取得了較好效果。

1 區域構造背景

柴達木盆地位于青藏高原北部，受印度洋板塊和亞歐板塊南北向擠壓以及阿爾金斷裂左旋走滑影響，北東向差異擠出而成，發育阿爾金斜坡等五個一級構造單元。英雄嶺構造帶位于阿爾金斜坡南側，整體呈北西— 南東向展布（圖1 左）。以往研究證實，構造帶烴源巖條件優越、油氣資源基礎好，儲層類型多樣、儲集性能優越，晚期構造活動與油氣生、排烴期匹配性好，油氣持續充注條件優越［1］。主要烴源巖分布在古近系下干柴溝組上段（E32）及上干柴溝組（N1）。發育湖相碳酸鹽巖和混積巖等多種類型油氣儲集體。其中，英中地區位于英雄嶺構造帶地形條件最復雜的區域，區內地形起伏劇烈，山體陡峭、深溝密布，出露地層產狀變化大，地面海拔為2850～3640 m，最大落差達800 m。盆地構造演化經歷了3 個階段［2］：①古新世—始新世裂陷階段，古近紀早期由于印度洋板塊的持續北移和陸內俯沖，在青藏高原整體處于近南北向擠壓應力的背景下，柴達木盆地西部受北東東向阿爾金斷裂的左旋走滑斷裂控制，盆地整體向東遷移、伸展，柴西坳陷進入走滑—拉分的弱裂陷階段，這一時期的拉張正斷層控制了柴達木盆地雛形湖盆的范圍及含鹽地層的發育。②漸新世—中新世弱擠壓階段，此時下干柴溝組上段沉積期是柴達木盆地湖盆發育的鼎盛時期，沉積了大套鹽巖層（圖1 右）。③上新世至今的強烈擠壓階段，表現為上油砂山組底界發育角度不整合界面，同時形成生長背斜和滑脫褶皺等構造［3］。

通過對地表及地下構造條件分析可以看出，研究區屬于典型的“雙復雜”構造單元，地表條件復雜，地下構造及斷裂復雜，加上大套巖性異常體（下干柴溝組鹽巖層）的出現，給該區斷裂體系識別及展布特征研究帶來挑戰。

2 關鍵地震技術

地震資料具有連續采樣和壓縮視野范圍的優勢，通過開展地震剖面斷裂精細解釋，結合地震屬性對斷裂進行分析、識別，能把宏觀范圍內大套地層的斷裂系統以多種方式整體呈現在“一眼之內”。基于多方位網格層析的疊前深度偏移技術和分方位傾角掃描技術在本次復雜斷裂體系識別及其展布特征研究中發揮了關鍵作用。

2. 1 多方位網格層析的疊前深度偏移成像技術

英中地區早期地震資料以Krichhof 疊前深度偏移處理為主，速度建模過程基于共炮檢距道集，受觀測系統的局限，地震道集包含的淺層信息較少，無法獲得精確的淺層速度，難以適應英中地區“雙復雜”構造特點。此外，共炮檢距道集缺少角度信息，模糊了不同方位傳播路徑對速度的影響，無法精確刻畫研究區下干柴溝組廣泛發育的鹽巖地質異常體。解決英中地區“雙復雜”構造和地質異常體刻畫難題，合理的速度求解流程是關鍵。經過多次攻關試驗，形成了基于多方位網格層析的疊前深度偏移成像技術流程，為解決上述地質難題提供了很好的思路。

基于多方位網格層析的疊前深度偏移成像具體實施過程包括：①采用地表高程小圓滑面作為偏移基準面，充分利用英中地區表層調查資料（地質露頭、測井信息等），約束層析反演建立近地表速度模型。②結合研究區VSP 測井、聲波速度、重磁電、構造解釋方案等資料，綜合約束并構建中、深層速度模型，并將近地表速度模型嵌入作為初始速度模型。③針對中、深層復雜構造難點，在沿層優化大套層速度的基礎上，充分利用反射角道集淺層信息豐富以及共炮檢距道集深層信息豐富的特點，進行分層系、多方位網格層析建模處理，保證了速度建模的準確性。同時，該建模技術充分利用全方位反射角道集以及多方位共炮檢距道集資料保留的反射角和方位角信息，準確求取不同方位RMO（剩余深度差），并通過對反演矩陣中不同方位RMO 與不同方位射線建立對應關系，有效解決了地層非均質性引起的速度差異問題，對鹽巖地質異常體刻畫更準確。總體來看，基于“真”地表TTI 各向異性疊前深度偏移思路的多方位網格層析技術速度求解能力更強，速度更新量求解更準確，為疊前深度偏移成像奠定了可靠的速度基礎。

圖2 為采用不同速度優化方法處理的過S65 井任意線疊前深度偏移剖面（測線位置見圖4a）。對比波組特征可見，兩條剖面上E32 鹽間油層段（K17油組附近）均為一套強振幅反射特征的同相軸（圖2中藍色框位置），上覆及下伏鹽巖層段則表現為弱振幅反射特征；對比、分析構造成像效果，基于多方位網格層析的疊前深度偏移剖面上能夠看到這套油組被多條東傾、低角度斷層分割，地層視傾角范圍為20°～40°，斷層縱向延伸至上覆和下伏的鹽巖層段內，表現出明顯的鹽間滑脫特征，并形成一系列微幅褶皺構造（圖2b），而這些構造特征在基于常規速度優化的疊前深度偏移剖面上并不明顯（圖2a）。

地層傾角測井資料能夠直觀反映多方位網格層析成像技術對陡傾地層的刻畫精度。從S65‐1 井傾角測井結果可知，該井在4806 m 深度的地層產狀為北傾，地層傾角約為60°（圖3a 中紅色框位置），常規疊前深度偏移資料受含鹽層段的影響，速度歸位不準確，在4806 m 深度附近的地層傾角約為20°，與實測地層產狀相差較大（圖3b 中紅色框位置），而應用多方位網格層析速度優化處理的疊前深度偏移資料則能很好地還原地層真實產狀（ 圖3c 中紅色框位置）。

2. 2 分方位傾角掃描技術

用于識別斷裂的地震屬性以高精度相干技術為代表，能夠有效提高斷層解釋效率及精度［4-5］，但筆者通過在英中地區資料實際應用發現，該技術有明顯局限性。受上新世強烈擠壓應力影響，英中地區下干柴溝組鹽間地層斷裂極其發育，特別是在XI 號斷裂和IV 號斷裂形成的“夾角區”內（圖4a）。由于常規相干屬性對微小斷裂過于敏感，導致在相干屬性平面圖（沿下干柴溝組K17 油組）中代表主干斷裂的相干異常響應特征被細小斷層淹沒，斷裂主、次關系模糊不清。

地層傾角和傾向方位角可以突出展示地震資料特定方向反射特征的不連續性。從地震剖面（圖2b、圖3c）上不難看出，英中地區下干柴溝組鹽間地層產狀變化大，地層傾角變化劇烈，采用本文方法的疊前深度偏移資料能夠對地層傾角進行準確刻畫，為傾角掃描屬性提取提供了很好的資料基礎。

在地震資料解釋過程中，傾角數據體及方位角數據體通常做為求取構造導向濾波體的參考數據，而其本身所具備的指示地層產狀、反映反射層不連續性的作用卻被忽略，目前，基于地層傾角屬性進行區域范圍內斷裂識別及組合的相關文獻很少。針對英中地區下干柴溝組地層產狀特點，通過地層傾角變化指示地層產狀變化，間接反映斷裂平面展布特征，為英中地區斷裂體系研究提供了新思路。

目前業界主要采用基于相似性的離散傾角掃描方法，通過地震數據體求取地層傾角，即以一定間隔的視傾角增量對地震波形進行相似性掃描，進而計算得到視傾角［6-7］。之后Marfurt 等［8-9］對掃描方式進行改進，將原來單一的矩形或橢圓形掃描窗口改為多窗口，通過擴大掃描覆蓋范圍進一步提高斷層兩側的傾角計算精度。本文求取的分方位傾角體采用了基于相似性的多窗口離散傾角掃描方法。

以60°方位角的傾角掃描屬性求取過程為例。首先基于相似性多窗口離散傾角掃描方法求取60°方位角的傾角屬性體，然后沿目的層下干柴溝組K17 油組對該屬性體進行瞬時振幅屬性提取，得到目的層分方位傾角掃描屬性（圖4b）。與常規相干屬性（圖4a）相比，圖4b 中斷裂的主、次關系更清楚、展布方向更清晰，在XI 號斷裂和IV 號斷裂形成的“夾角區”內，通過地層傾角變化異常識別出7條斷層（斷層編號①～⑦）。進一步通過“夾角區”內的一條任意線地震剖面進行平、剖對比驗證（圖5），通過精細解釋認為，在下干柴溝組K17 油組層段內發育7 條小型滑脫斷層，與傾角屬性平面圖上識別的7 條斷層平、剖對應關系一致。

通過分方位傾角掃描技術進行斷裂識別的步驟如下：①開展研究區應力分析，判斷主干斷裂展布方向，根據區域主應力方向選取觀測方位角范圍，為傾角體求取提供參數依據；②基于疊前深度偏移資料提取不同觀測角度（方位角）的地層傾角屬性體及平面屬性圖，結合地震剖面上的斷裂解釋進行斷裂識別；③完成斷裂平面組合，達到全面、準確厘清研究區復雜斷裂系統展布規律的目的。

從提取地震數據中的地層傾角信息入手，是研究英中地區下干柴溝組復雜斷裂展布特征的有效途徑。但值得注意的是，地下構造條件復雜，隨著地層走向的改變，地層方位角和真傾角都會相應發生變化，需要根據地層走向選取不同觀測方向，求取不同方位下的地層傾角體，盡可能使方位視傾角值逼近真傾角值。

3 應用效果分析

3. 1 下干柴溝組鹽間復雜斷裂體系剖面識別

多方位網格層析成像技術在陡傾地層及復雜斷裂成像方面優勢明顯，本文以新處理的疊前深度偏移資料為數據基礎，重點針對英中地區XI 號斷裂與IV 號斷裂相交形成的“ 夾角區”開展下干柴溝組鹽間復雜斷裂體系剖面識別。

圖6 為過S65 井任意線新、老資料剖面復雜斷裂體系解釋方案對比（ 測線位置見圖4b）。整體來看，古近系被下干柴溝組鹽巖分隔為鹽下地層（K17 以下地層）、鹽間地層（N1 至K17 之間地層）、鹽上地層（N1 以上地層），其中鹽上地層構造以獅子溝和油砂山兩個大型逆掩滑脫斷層為典型構造樣式，新、老解釋方案差別不大，差異主要體現在對鹽間及鹽下地層的斷裂解釋方案。受地震資料成像品質限制，老資料解釋方案中（圖6 下）XI 號斷裂及IV 號斷裂間的三條逆沖斷層疊置，向上延伸至鹽巖層，形成鹽下疊瓦沖斷構造組合樣式；而新資料解釋方案中可以明顯看到鹽間地層受擠壓變形，出現了多個小型逆沖疊瓦斷裂，斷裂長度較短，向上延伸至鹽巖層內，向下滑脫消失在K17 油組之下的泥巖層內，并伴生多個鹽間滑脫褶皺構造，這一組小型滑脫斷裂與XI 號、IV 號斷裂間的三條逆沖斷層分屬于兩套斷裂系統。整體構造樣式表現為：鹽上地層發育大型逆掩滑脫斷層，鹽間地層發育小型滑脫斷層，鹽下地層發育疊瓦沖斷斷層，同時XI 號、IV 號兩條延伸至基底的早期大型走滑斷層，受上新世—第四紀強烈擠壓作用的影響，斷層傾向已經發生反轉。

新資料為研究區下干柴溝組鹽間復雜斷裂解釋帶來全新思路，而如何精確刻畫鹽間小型滑脫斷裂平面展布特征，進而尋找構造有利區帶，則需要借助地震敏感屬性開展進一步研究。

3. 2 鹽間復雜斷裂體系平面展布特征分析

前人研究表明，影響英中地區構造變形的區域應力方向主要為北東東、北東以及北北東向，區內主干斷層走向也大致呈北西—南東向展布［10-12］，這為求取研究區傾角體的觀測角度（方位角）提供了依據。基于新處理疊前深度偏移資料，分別計算0°、30°、60°、90°方位角的地層傾角屬性體，沿目的層提取4 個不同方位角的傾角屬性（圖7）。只有當觀測方向與地層走向垂直時，地層視傾角才更接近地層真傾角。由圖可見，通過改變觀測方向，求取不同方位角的視傾角，可以清楚看到不同走向地層傾角發生突變的位置，直觀反映不同走向地層斷層的展布特征。將不同觀測方位傾角屬性圖中識別的斷層進行平面組合，可得到英中地區下干柴溝組K17 油組鹽間斷裂展布平面圖。

圖8 為英中地區斷裂平面展布新、老方案對比，可以看出，斷裂剖面解釋方案的改變以及斷裂敏感屬性的優選對確定最終斷裂平面展布方案影響巨大。

總體而言，英中地區下干柴溝組鹽間復雜斷裂展布是圍繞XI 號和IV 號兩條主干斷裂展開。XI號斷裂整體走向為近北西—南東向，IV 號斷裂走向為近南北向，且向南延伸與XI 號斷裂相交合并成為一條主斷裂（圖8），兩條主干斷層的平面展布特征通過相干屬性、分方位傾角掃描屬性均已得到驗證（圖 4），可以看出，新、老方案差異主要出現在 XI 號斷裂與IV 號斷裂形成的“夾角區”內。受老地震資料品質限制，老解釋方案未能識別出下干柴溝組鹽間地層中的小型滑脫斷層，盡管在相干屬性平面圖中能夠明顯看到“ 夾角區”內發育大量伴生斷裂（圖4a），但展布特征不清晰，無法指導斷裂平面組合，因此在老斷裂展布圖中，“夾角區”內斷裂平面組合被簡化成若干個斷塊（圖8 右）。而基于新資料解釋的斷裂平面展布圖中（圖8 左），“夾角區”內北西—南東向斷層與近南北向斷層均有發育，兩組斷裂相交組成反“S”型，基于前人研究成果及地震剖面解釋結果，認為這種展布特征反映了英中地區區域構造應力特點。

Yin 等［11］對青藏高原中部地區晚新生代廣泛分布的兩組具有相反剪切性質的共軛走滑斷裂進行了深入研究，提出“V”形復合共軛斷裂產生的陸內斷裂呈反“S”形特征，認為兩組共軛左旋走滑斷裂構成的組合最終產生了一系列壓扭擠壓構造（ 圖9a、圖9b）。阿爾金斷裂與昆侖斷裂的組合系統在幾何形態上與這種“V”形共軛走滑模型類似，盡管這兩條斷裂的走滑“年齡”仍存在爭議，但其共軛左旋走滑的特征已經被很多學者研究證實。從本質上來說，柴達木盆地是在這兩條大型左旋走滑斷裂耦合作用下形成的走滑疊合盆地，內陸斷裂及構造的形變是大規模走滑邊界斷裂調節下的側向擠出以及持續向北的應力傳遞和積累的共同結果，XI 號、IV 號斷裂以及獅子溝、油砂山斷裂都是很好的例證。

在大規模走滑邊界斷裂的調節作用下，英西—英中地區乃至柴西地區普遍產生北東向的拉張逃逸作用［12-13］，使得原本北西西向一系列先存基底斷裂發生右行走滑，并在深層形成對古近紀沉積具有控制作用的近北西西向主控正斷層及其伴生的正斷層組合（XI 號斷裂、IV 號斷裂），這兩條斷裂不僅控制著下干柴溝鹽巖層段的發育范圍，同時也對鹽間滑脫斷層展布方向起到控制作用。上新世末期，受喜馬拉雅晚期運動影響，昆侖山隆升，柴達木盆地內主應力場轉變為北北東向的擠壓［13-15］作用，阿爾金斷裂的剪切應力不再集中于斷裂本身，而是開始遍布于阿爾金斷裂附近乃至高原東北部地區，這一時期斷裂的左旋滑移量被柴達木盆地和祁連山內部變形所吸收，靠近阿爾金斷裂的南側地區由于斷裂另一側塊體的左旋走滑拖曳而形成顯著逆時針旋轉的構造帶［16-19］，最終形成包括XI 號、IV 號在內的一系列反“S”形斷裂。在幾乎同一時期（下油砂山組沉積時期），隨著青藏高原整體快速隆升，英雄嶺構造帶開始崛起，位于構造帶南部的獅子溝—油砂山構造帶地層率先開始變形，獅子溝、油砂山斷裂開始發育。圖9c 為上干柴溝組斷裂與下干柴溝組斷裂平面疊合圖（三維框外借用部分英西三維地震資料），可見獅子溝、油砂山斷裂的平面展布形態與XI 號、IV 號基本一致，均顯示出“V”形復合共軛斷裂產生的陸內斷裂反“S”形特征，但傾向卻相反。從過“夾角區”的典型地震剖面可以看出（圖5），XI 號、IV 號屬于鹽下斷裂，而獅子溝、油砂山斷裂屬于鹽上斷裂；XI號、IV 號斷裂發育時期長，經歷由正轉逆的過程，而獅子溝、油砂山斷裂未經歷反轉；在XI 號、IV 號斷裂形成的夾角區內，越靠近擠壓端（北東向），鹽下地層的抬升幅度越大，斷層（①～⑦號斷裂）及地層的傾角均增大，具有典型的逆沖疊瓦特征，說明作為控制下干柴溝組鹽巖沉積的主干斷裂，XI 號、IV 號斷裂控制著鹽間滑脫斷裂的平面展布范圍。但是這組鹽間滑脫斷裂傾向均以北北東—北東東向為主，與XI 號、IV 號兩條主干斷裂傾向相反（圖6 上、圖9a），與獅子溝斷裂、油砂山斷裂傾向一致，表明夾角區鹽間滑脫斷裂的產生時期為上新世晚期—第四紀強烈擠壓定型階段，正是由于受到北北東向擠壓應力作用影響，“夾角區”內的下干柴組鹽間滑脫斷裂平面展布也呈反“S”形，符合柴達木盆地“V”型共軛走滑斷裂組合特征（圖9b）。

基于新的解釋方案，在“ 夾角區”下干柴溝組鹽巖層間新發現6 個滑脫構造及相關圈閉（圖9a），圈閉類型為斷背斜，具有“一斷、一塊、一藏”的平面展布特征，有效圈閉總面積超過10 km2，滑脫斷層在成藏組合中起到形成有利圈閉、溝通深層源巖的重要作用。目前已在部分圈閉內提出建議井位并獲得油氣發現，其中6 號圈閉內的SX58 井在下干柴溝組地層日產油135 m3，且持續穩產；4 號圈閉內的S65井在下干柴溝組地層試油最高日產油95 m3，同時測井見到較好的油氣顯示。充分證明XI 號斷裂和IV號斷裂相交形成的“夾角區”是英中地區斷裂最為復雜的區域，但很可能成為下一步最有勘探價值的成藏區帶。

4 結論

（1）基于新的疊前深度偏移資料，優選傾角掃描屬性，在區域構造應力分析結果的指導下，分區、分方位對下干柴溝組復雜斷裂進行解釋、識別，能夠大幅提高識別精度，彌補相干等常規屬性的不足。

（2）下干柴溝組鹽間地層中識別出多個小型滑脫斷層，與鹽下地層發育的疊瓦沖斷斷裂分屬于不同斷裂體系。

（3）通過進一步提取分方位傾角掃描屬性，證實這些鹽間小型滑脫斷層在平面上呈反“S”形展布，與北北東向的區域擠壓應力背景吻合，特別是XI 號斷裂和IV 號斷裂相交形成的“夾角區”內，反“S”形滑脫斷裂對局部構造控制作用明顯，形成的相關圈閉是下一步重點勘探的有利區帶。

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（本文編輯：李慶華）

作 者 簡 介

丁博釗 工程師，1985 年生；2009年、2012 年分別獲西南石油大學資源勘查專業學士學位、礦產普查與勘探專業碩士學位；現就職于東方地球物理公司研究院，主要從事地震資料解釋及地質綜合研究。