塔里木盆地麦盖提斜坡东段构造特征与油气聚集关系

塔里木盆地麦盖提斜坡东段构造特征与油气聚集关系张宇航;汤良杰【摘 要】运用断层相关褶皱理论,结合最新的三维地震资料,在精细地震构造解释的 基础上,分析了塔里木盆地麦盖提斜坡东段玉北地区断裂构造变形特征,并探讨了该 区构造与油气聚集的关系.研究表明:该区构造具有垂向分层变形特征,元古界前寒武 系基底局部发育正断层,形成基底断块;古生界发育沿中下寒武统膏岩层滑脱的逆冲 断裂,断裂具有统一滑脱面,断裂和褶皱在横向上具有分段性;逆冲断层上盘上古生界 发育有不对称(三角剪切)和对称(扇状)褶皱类型,同时伴生褶皱相关裂缝;新生界无明 显断裂和褶皱发育,仅在区域上表现为西倾斜坡.断裂、构造裂缝、不整合面构成了 上古生界裂缝型储层中油气运移的垂向和横向输导体系;上古生界褶皱膝折带进一 步扩展了储集空间,伴生的构造裂缝有效改善了储集性能.受海西晚期和喜马拉雅期 构造运动的影响,奥陶系内岩溶储层和上古生界裂缝储层是油气的有利聚集区.Based on fault-related fold theory and the latest 3D seismic data, the tectonic deformation characteristics in the Yubei area on the eastern Maigaiti slope in the Tarim Basin were analyzed through seismic interpretation, and the relationship between tectonic characteristics and hydrocarbon accumulation was discussed. The study area featured vertically layered deformations. The pre-Cambrian basement developed normal faults and formed fault blocks. The Paleozoic developed slip-thrust faults along the Middle and Lower Cambrian gypsum rocks with a uniform slip surface, and the faults and folds were segmented horizontally. There are asymmetric (trishear) and symmetric (fan) folds in the Upper Paleozoic of the hanging wall, associated with fold-related fractures. Cenozoic did not develop faults or folds, and was represented by a west-tilting slope.Faults, tectonic fractures and unconformities constituted vertical and horizontal carrier systems for hydrocarbon migration in the Upper Paleozoic. The Upper Paleozoic kink bands extended reservoir space, and the associated structural fractures effectively improved reservoir performance. Influenced by the Late Hercynian and Himalayan tectonic movements, the intra-Ordovician karst reservoirs and the Upper Paleozoic fractured reservoirs are favorable accumulations of oil and gas.期刊名称】石油实验地质年(卷),期】2017(039)002【总页数】8页(P222-229) 【关键词】 逆冲断裂;褶皱;构造特征;油气聚集;麦盖提斜坡;塔里木盆地【作 者】 张宇航;汤良杰【作者单位】 西安石油大学地球科学与工程学院,西安 710065;油气资源与探测国 家重点实验室,北京 102249;油气资源与探测国家重点实验室,北京 102249;中国石 油大学(北京) 盆地与油藏研究中心,北京 102249【正文语种】 中文【中图分类】 TE121.2勘探实践证明，断裂和褶皱对油气的运移、聚集和保存起着十分重要的控制作用 1-4。研究表明，塔里木盆地内大部分石油和天然气资源都出现在挤压褶皱带内， 西昆仑造山带内剧烈的构造挤压变形沿着塔里木盆地中、下寒武统滑脱层延伸至盆 地腹地玛扎塔格断裂带5-7，即麦盖提斜坡与巴楚隆起的边界断裂。 麦盖提斜坡东段具备形成大规模油气藏的地质条件，是塔里木盆地古生界油气勘探 的有利接替领域 2,8-11。近年来，随着麦盖提斜坡东段玉北地区奥陶系获得工业 油气突破 9,12，对该地区断裂构造进行精细解析就显得极为重要。学者们对麦盖 提斜坡东段开展了大量研究工作，认为该地区经历了多期构造改造，断层活动具有 多期性 9,11,13-15，并且分析了断裂构造变形特征及其形成机制11,16-18。尽 管前人已经对麦盖提斜坡东段的断裂构造特征研究取得了一定的认识，但是对断裂 构造类型13,18、成因机制 11,17-18、活动时限 12,14等还存在着较大争议。 本文以断层相关褶皱理论为基础，在区域地质、钻井资料的基础上，利用最新的三 维高分辨率地震资料对麦盖提斜坡东段玉北地区断裂构造进行详细解剖，明确了该 地区构造变形的几何学与运动学特征，探讨了断裂构造活动与油气聚集的关系，以 期为该区油气勘探提供新的研究思路。麦盖提斜坡位于塔里木盆地西南部，现今属于塔西南前陆盆地的前陆斜坡19，表 现为单一的区域性西南倾斜坡（图1b）。麦盖提斜坡四周被柯坪隆起、巴楚隆起、 塘古巴斯坳陷和喀什一叶城坳陷所围限，面积约5x104 km2（图1）。麦盖提斜坡 经历了早加里东期喜马拉雅期等多期构造运动，形成了中、下寒武统顶面、中、 下奥陶统顶面、奥陶系顶面、中、下泥盆统顶面、石炭系顶面、二叠系顶面、前中 生界顶面、古近系顶面和新近系顶面等多个不整合面9,20。受斜坡北部南天山造 山带、南侧西昆仑山造山带构造形成演化的影响，麦盖提斜坡东段古、今构造格局 变化较大，不同地区演化存在差异 3,8-9,12,19。研究表明麦盖提斜坡断裂构造 主要分布于东、西两侧，其中西侧主要为巴什托断裂构造带，东侧主要为玉北断裂 构造带。斜坡北侧为巴楚与麦盖提斜坡的边界断裂色力布亚玛扎塔格断裂 带，南侧与塔西南凹陷相接，无明显断裂构造发育。钻井、地震和区域地质资料揭示，麦盖提斜坡东段自下至上依次发育前寒武系基底 寒武系、奥陶系，石炭系小海子组、卡拉沙依组、巴楚组，二叠系沙井子组、开派 雷兹克组、库普库兹满组、南闸组，古近系、新近系和第四系，整体缺失中生界、 志留系和泥盆系，其中局部缺失上奥陶统（图2）。塔里木盆地发育多套滑脱层系 21，麦盖提斜坡发育寒武系吾松格尔组、沙依里克组和阿瓦塔格组、石炭系巴楚 组和卡拉沙依组，以及古近系吐依洛克组、阿尔塔什组、齐姆根组、卡拉塔尔组和 乌拉根组，3套以膏岩、岩盐、含膏质白云岩和泥岩为主的滑脱层系6,21-25， 其中古近系含膏盐岩层系能够构成麦盖提斜坡东段前中生界油气资源的优质盖层， 石炭系巴楚组泥岩段直接覆盖于奥陶系之上，也是一套良好的区域性优质盖层。这 3套滑脱层对麦盖提斜坡东段的构造变形和油气聚集起着重要的控制作用。受勘探程度的制约，目前认为麦盖提斜坡东段主要发育玉北断裂构造带。该构造带 东邻塘古巴斯坳陷，处于玛东断裂带与玛南断裂带的交会处（图1），断裂结构十分 复杂。研究区面积约为1 100 km2，在前人研究的基础上，根据最新的3D高分 辨率地震数据体，结合不同深度相干体水平切片精细解析和地震资料构造解释成果， 按照构造变形特征，将麦盖提斜坡东段整体构造自上至下划分为：新生界第构造 层、古生界第构造层和第构造层及元古界第构造层等4个构造变形层系（图 2，图 3c）。2.1 新生界构造特征本文新生界即研究区古近系膏泥岩层之上，包含古近系吐依洛克组、阿尔塔什组、 齐姆根组、卡拉塔尔组和乌拉根组、新近系阿图什组、帕卡布拉克组、安居安组、 克孜洛依组和第四系西域组3套地层层序（图3c）。根据研究区内玉北1、胜和2 钻井资料揭示，埋深小于3 700 m，岩性以膏盐岩和砂、泥岩互层为主。地震剖面揭示，该地区新生界没有发育明显的断裂和褶皱变形，古近系底部膏盐岩层直接覆盖在石炭二叠系之上，这与以断裂和褶皱为主要变形特征的前中生界 构造特征有着明显的差异性（图3c）。麦盖提斜坡形成演化过程3和区域地震剖面 共同揭示，该区新生代经历了翘倾运动，区域上仅表现为喜马拉雅期麦盖提斜坡向 西南的翘倾运动。麦盖提斜坡处在构造活动的枢纽部位，既有利于油气聚集，更有 利于油气的后期保存，是有利的油气聚集成藏区19。2.2 古生界构造特征 麦盖提斜坡东段古生界是指寒武系、奥陶系、石炭系和二叠系所组成的沉积层序。地震剖面揭示古生界构造特征主要表现为褶皱（第构造层）和逆冲断裂（第构造 层）的构造变形特征（图3）。2.2.1 断裂带特征 研究区逆冲滑脱断裂带位于中、下寒武统滑脱层之上，包含了寒武系、奥陶系 和下石炭统在内的地层层序。岩性主要有寒武系的白云岩、膏盐岩，奥陶系的灰岩 白云岩，下石炭统的泥岩、灰岩、生屑灰岩。地震资料解释成果揭示，玉北地区主要发育玉北1井西断裂（F1）、玉北1井断裂 （F2）、玉北1井东断裂（F3）和玛南断裂（F4）等4条逆冲断裂（图3b）。这4条主逆冲 断裂均表现为上陡下缓的特点，向上断穿奥陶系，并断入下石炭统；向下未断穿寒 武系，而是沿中、下寒武统内含膏岩层系滑脱。受研究区寒武系广泛发育含膏岩层 系的影响，推测麦盖提斜坡东段古生界逆冲滑脱断裂可能均以中、下寒武统膏 岩层作为同一个断层滑脱面。各主断裂延伸长度不超过17 km，分段特征明显。其中主断裂F1位于研究区NW侧，走向NNE，倾向NW，倾角约30。；主断裂 F2自SW向NE横切研究区，在不同区段内断裂的倾角和倾向各不同，具有分段 性特征。F2断裂倾向由玉北1井以西的NW转变为以东的SE，断裂倾角由SW 段的高陡（图4b）逐渐变为NE段相对较缓（图4c），断裂倾角约80。40。主断裂 F3位于研究区SE角，断裂规模较小，与F2断裂产状完全相反，断裂走向NW , 倾角约40;主断裂F4位于胜和2井以南，走向近EW，倾角约50,逆冲断裂 其上盘发育规模较小的反冲断裂，该反冲断裂控制断层上盘奥陶系内部构造变形。 根据主断裂断开地层层位分析，玉北地区主断裂的活动时期可能为加里东中期 海西早期，这与和田古隆起的形成时间一致 9，也与玛东构造带的形成时间一致 麦盖提斜坡东段断裂走向与玛东构造带断裂走向保持一致（图1），且构造变形特征 均表现为古生界的逆冲断层，推测麦盖提斜坡东段的玉北断裂带可能位于玛东构造 带的前缘位置。麦盖提斜坡东段断裂带上盘发育背斜和断背斜构造（图3c,图4d）,断层上盘背斜 顶部上奥陶统被剥蚀殆尽，形成岩溶高地；断层下盘局部残留上奥陶统，表明断裂 活动对上奥陶统沉积控制作用明显。根据地震剖面推测，下石炭统沉积前麦盖提斜 坡东段可能有一次大的构造事件，形成了中、下奥陶统顶面）不整合面。主断裂F4上盘发育反冲断层，构成冲起构造（图4b）。主断裂F3上盘形成背斜构 造，地震剖面揭示F3断裂上盘背斜构造具有差异性，不同段构造变形特征不同。 主断裂F2在不同段内上盘断背斜规模存在差异性（图4），其中南段断裂上盘无明 显背斜构造存在，中段与北段背斜形态类似。主断裂F1上盘控制的断背斜规模幅 度较小。2.2.2 褶皱带特征本文所述褶皱带包括上古生界上石炭统二叠系，其中上石炭统岩性为白云岩和 灰岩互层，上二叠统为砂泥岩互层，中二叠统为玄武岩和凝灰岩等，下二叠统为砂 岩和泥岩。反射波同相轴表现出横向连续的特征。根据褶皱带顶、底面的埋深，证 实褶皱的厚度约1 300 m。地震相干体切片显示，在3 s深度附近相干切片上无明显错断（图3a）;地震剖面也 揭示，上石炭统二叠系内同相轴连续，无明显错断（图4）。因此，在该层系内主 要为褶皱构造变形，平面上总体表现为线状褶皱形态（图5） ，且不同地区的褶皱形 态和幅度有所不同。根据研究区各主要断层所指示的褶皱形态分析，F1逆冲断层控制了断层上盘三角 剪切转折褶皱变形（图 3）。此类褶皱为不对称褶皱，翼部地层增厚不明显，褶皱南 翼相对较陡，北翼相对平缓。褶皱变形主要受下伏断层滑移量的影响，褶皱相对陡 倾翼指示了主断层的运动方向。F2 和 F4 断层上覆地层主要发育对称型扇状褶皱，表现为褶皱顶部地层有减薄趋势， 两翼地层增厚。褶皱两翼发育膝折带，膝折带相对陡倾。褶皱总体形态为下陡上缓， 古近系底为褶皱盖层（图5）。F3断层上覆地层沉积平稳，地层变化弱，无明显褶皱 变形，F2断层北段与F3断层类似。根据地震剖面内断层、褶皱变形特征、褶皱变形平面图综合分析认为，研究区褶皱 变形表现为不对称褶皱（三角剪切）、对称褶皱和无褶皱3种褶皱类型。不同类型褶 皱变形特征与断层发育有着紧密关系。2.3 元古界构造特征 麦盖提斜坡东段元古界是指中、下寒武统含膏盐岩层之下的前寒武系基底（图3c）。结合邻区柯坪、乌什等地表露头和巴楚地区方1井、和4井钻井资料揭示， 其上部为局限台地相褐、灰紫、绿灰色中层状泥质灰岩、泥质云岩和岩屑细砂岩； 下部为巨厚层状蚀变玄武岩、辉绿岩为主，夹凝灰岩、玄武岩。地震剖面上表现为 反射同相轴的不连续与杂乱反射现象共存的特征（图3c，图4），褶皱变形特征相对 不明显，局部发育小规模正断层、地垒构造和基底断块。这些都反映了前寒武系基 底复杂的构造背景。根据地震剖面构造解释成果，选取麦盖提斜坡东段典型地震剖面（图 6），进行构造 演化史分析。综合分析认为：早、中寒武世麦盖提斜坡地区整体处于伸展环境 26， 加里东早期运动使麦盖提斜坡东段抬升，形成一套局限台地相灰岩、泥岩和膏盐岩， 此时和田古隆起还未开始形成，研究区整体构造活动较弱，局部发育张性正断层， 但断层规模较小。晚寒武世开始，受中、下寒武统膏盐岩塑性流动性和基底断裂的 影响，膏盐岩在有基底断裂的局部地区聚集增厚，在膏盐岩聚集增厚部位发育沿中 下寒武统层间滑脱、上逆冲的逆冲断裂。中奥陶世末期受区域应力的影响，研究区 形成了上奥陶统底面与中、下奥陶统顶面的构造不整合面。晚奥陶世末期，构造变 形沿早期断裂带持续发生，玉北地区逆冲断裂持续发育，断裂上盘持续抬升，上盘 奥陶系遭受抬升剥蚀，容易形成风化壳岩溶储层；下盘残余上奥陶统，断裂活动控 制了上奥陶统沉积。早石炭世，断裂持续发育，导致断层上盘持续抬升引起下石炭 统的断褶变形，断层上盘岩溶作用强烈。晚石炭世沉积趋于相对稳定阶段，地层相 对平缓。二叠纪末期，受区域挤压应力作用，断裂活动停止，仅表现石炭二叠 系的褶皱变形。新生代，麦盖提斜坡沉积了稳定的古近系膏泥岩层和巨厚的新近系 第四系（图3c），在区域上发生构造翘倾运动20，形成现今西低东高的构造格局 （图 1）。塔里木盆地麦盖提地区具有多套烃源岩层、多套储盖组合、丰富的油藏类型和多期 成藏等特征2,7,9,24,27-28。麦盖提斜坡东段北部玛扎塔格构造带内鸟山、和田 河气（藏）田在石炭、奥陶系内获得工业油气流；西侧发育有巴什托亚松迪和群苦 恰克油气藏19,29，在麦盖提斜坡东段不仅发育有寒武奥陶系烃源岩，而且还 存在一套高丰度的石炭系油源岩2,10,12,19,29。4.1 圈闭和储层改造 风化淋滤作用能够优化储集层的储集性能9。研究区下古生界主要发育背斜和断 背斜圈闭，圈闭内中、下奥陶统碳酸盐岩遭受多期构造抬升剥蚀（图 6），是多期岩 溶发育的叠置区，岩溶储层发育。褶皱膝折带具有扩容空间作用30，上古生界石炭二叠系主要以背斜圈闭为主， 背斜褶皱两翼膝折作用明显(图 4)，可以进一步扩展背斜圈闭的可容空间。研究区受海西期持续挤压应力作用的影响，石炭二叠纪主要表现为褶皱变形，尽管褶 皱类型有所差异，但是随着褶皱的持续发育，在褶皱的不同部位发育大量构造裂缝 30。这些层间发育的裂缝能够有效地改善上古生界石炭二叠系储集层的储集性 能。4.2 油气输导体系(1) 断裂输导体系。受加里东中期运动的影响，麦盖提斜坡东段逆冲断裂为多期活 动的继承性断裂，这些断裂能够有效地沟通寒武系烃源岩和奥陶系储层。邻区玛扎 塔格断裂带表现为深大断裂(图 1)，断裂由基底段至新近系，断穿了多套层系，此 断裂能有效沟通寒武系、石炭系烃源岩与奥陶系、石炭系储层。(2) 不整合输导体系。麦盖提斜坡存在油气沿不整合面向构造高点运移的可能 19， 油藏物理模拟也证实麦盖提斜坡西段烃源岩沿不整合面在东河塘组顶面聚集成藏 8。在油气动态调整过程中，麦盖提斜坡东段烃源岩能够沿着中、下奥陶统顶面 角度不整合面、石炭系顶面平行不整合面水平运移。(3) 裂缝输导体系。麦盖提斜坡东段奥陶系碳酸盐岩中溶蚀孔、洞、缝极为发育 9,31。奥陶系逆冲断裂带，断背斜以及石炭二叠系褶皱带内伴生大量构造裂缝， 垂向构造裂缝是油气向上运移的有利通道。麦盖提斜坡东段，海西晚期寒武系烃源岩沿着逆冲断裂向上运移至奥陶系内部聚集 成藏，局部存在油气沿着垂向构造裂缝向上运移至石炭二叠系内聚集成藏。研 究区北部的玛扎塔克断裂沟通了寒武奥陶系烃源岩与石炭二叠系储层，油气 沿着断裂和区域或层间不整合面也可能向构造顶部垂向和横向运移。喜马拉雅晚期 构造运动造成了麦盖提斜坡西倾，上古生界背斜圈闭位于斜坡高部位，塔西南凹陷 内的油气可以沿着不整合面或断裂由南向北运移进入构造圈闭内，深部寒武奥 陶系油气仍然可沿着断裂、构造裂缝、溶蚀裂缝垂向运移，在奥陶系和石炭二 叠系储层中聚集成藏。(1) 麦盖提斜坡东段构造具有垂向分层特点，可划分为第新生界稳定沉积构造层 系、第古生界褶皱构造变形层系、第古生界逆冲一滑脱断裂构造变形层系和 第元古界基底正断层变形层系等4个构造层系。(2) 盐上和盐下层表现出不同的断裂变形特征。盐上层断裂向下在中、下寒武统内 滑脱、向上断穿至石炭系底部，形成具有统一滑脱面的逆冲断裂；盐下层断裂以高 陡正断层为主，形成大量基底断块。(3) 麦盖提斜坡东段石炭二叠系发育断层相关褶皱，主要不对称 (三角剪切)褶皱 对称(扇状)褶皱和无褶皱3种类型，同时伴生褶皱相关裂缝。(4) 以往的勘探忽视了上古生界裂缝型储层聚集成藏的可能性。受海西晚期和喜马 拉雅期构造运动的影响，烃源岩沿断裂、裂缝和不整合面发生运移，奥陶系岩溶储 层和上古生界裂缝储层是油气的有利聚集区。【相关文献】1 张达景，胡建民,蒙义峰，等塔里木盆地西南部齐姆根逆冲推覆构造的特征及其与油气的关系J.地 质通报,2007,36(3):266-274.Zhang Dajing,Hu Jianmin,Meng Yifeng,et al.Characteristics of Qimugen thrust nappestructure in the southwestern Tarim Basin,Xinjiang,China,and its relationship with hydrocarbonJ.Geological Bulletin of China,2007,26(3):266-274.2 吕修祥，杨海军,白忠凯，等塔里木盆地麦盖提斜坡东段油气勘探前景J.石油实验地质,2010,32(6):521-526.Lu Xiuxia ng,Ya ng Haij un ,Bai Zho ngkai,et al.Hydrocarb on explorati on prospects in the east section of the Maigaiti slope in the Tarim BasinJ.Petroleum Geology 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