轮南古潜山走滑断裂特征及其对油气成藏的影响

吴梅莲，刘永福，彭鹏，柴雄，晏楠

（中国石油塔里木油田分公司，新疆 库尔勒 841000）

塔里木盆地是中国最大的内陆含油气盆地和非常重要的油气勘探区域［1-12］，轮南地区位于塔里木盆地塔北隆起轮南低凸起中部。该地区经过近30 a勘探开发，先后发现轮南、桑塔木、轮古等8个油气田，包含碳酸盐岩、碎屑岩多套含油层系，目前已累计生产原油近3 000×104t、 天然气约80×108m3。 轮古油气田产量在2012年达到高峰，之后进入递减期，且新井高产稳产比例逐年降低，原有的 “潜山背斜准层状缝洞型油气藏”认识已无法满足生产需求，需深化对本区油气成藏规律的认识。与此同时，随着塔北隆起南部斜坡奥陶系内幕区碳酸盐岩油气藏勘探不断向南、向深埋区扩展，学者们发现奥陶系内幕区岩溶储层与走滑断裂关系密切，因此提出了断溶体岩溶模式，并认识到走滑断裂对油气运移、富集所起的重要作用［13-18］。针对轮古油气田，尤其对轮南古潜山走滑断裂再认识，明确其与岩溶储层和油气藏之间的关系，将对指导轮南古潜山的井位部署，提高研究区的开发效果，具有重要意义。

1 地质构造概况

轮南古潜山是一个古生代残余隆起，整体表现为一大型断背斜，由西至东可划分为西部斜坡带、中部斜坡带、轮南断垒带、桑塔木断垒带及东部斜坡带（见图1）；垂向上，由上至下发育新生界第四系、新近系、古近系，中生界白垩系、侏罗系、三叠系，古生界石炭系、中下奥陶统、寒武系、震旦系地层，缺失上奥陶统、二叠系、志留系、泥盆系，上奥陶统桑塔木组、良里塔格组、吐木休克组与一间房组从南东向北西方向依次尖灭，石炭系超覆于奥陶系潜山地层之上。东部桑塔木组覆盖区域是内幕区，西部奥陶系石灰岩与石炭系不整合接触区域为潜山区。

1.2.2 外植体诱导 全部接种工作均在经严格灭菌的超净工作台上进行。消毒后的茎段在无菌条件下接种诱导，诱导试验方案见表2。接种数量为每种配方33瓶，每个处理接种10～11瓶，每瓶接4～5块外植体，重复2～3次，若由于一些外界或人为原因接种量适当增加。

塔里木盆地整体经历了多期构造运动的叠加和改造，形成了多个不整合面和复杂的断裂系统，发育多种圈闭类型，油气具有多期运移聚集、多期调整破坏和再分配的多期次成藏特征［19-21］。轮南地区是轮南低凸起上一个重要的复式油气富集区［19］，奥陶系潜山发育碳酸盐岩-构造油气藏，石炭系—三叠系碎屑岩则发育披覆背斜、断鼻、断背斜、地层-岩性等油气藏。多期构造运动使得轮南古潜山断裂十分发育，除了控制轮南古潜山构造形态的逆冲断裂外，其余绝大部分为走滑断裂。走滑断裂既控制奥陶系岩溶储层发育，也是油气运移的主要通道，对研究区奥陶系碳酸盐岩-构造油气藏起着重要作用。

2 走滑断裂特征

近年来，人们对塔里木盆地塔中地区、塔北哈拉哈塘地区走滑断裂开展了较多研究，相应的断裂识别技术也较成熟［22-25］。对轮南古潜山走滑断裂的研究主要采用“辅助层+断裂敏感地震属性”技术，分层刻画走滑断裂平面特征，结合塔里木盆地构造运动背景，并根据断裂间切割关系、活动特点确定其主要活动期次。

2.1 断裂识别技术

——北东东向走滑断裂在轮南古潜山全区均发育。地震多属性平面图上，北东东向的线性异常在寒武系、奥陶系具有相似性，三叠系—侏罗系最大似然属性刻画的多组北东东向雁列式断裂的整体展布方向亦与深层北东东向异常位置一致，表明北东东向断裂为断面陡直的走滑断裂，且持续活动时间较长。振幅变化率属性显示，岩溶扩溶作用沿北东东向走滑断裂发生，表明该组断裂在石炭系沉积前已存在，且北东东向走滑断裂将“X”走滑断裂切割，推测其活动时期应较“X”走滑断裂晚，可能形成于早海西期［30-33］。地震剖面上，北东东向走滑断裂与“X”走滑断裂在寒武系—奥陶系的响应特征相似，区别在于部分北东东向走滑断裂向上可断至三叠系—侏罗系，在三叠系—侏罗系表现出“负花状”特征（见图4），指示其在晚期仍有活动。

3）针对三叠系—侏罗系小尺度断裂，采用最大似然属性进行刻画（见图 2e，2f）。 最大似然属性是 Hale［27］于2012年在研究断面提取和断距估算时提出的，它主要用于增强断裂的地震成像效果。最大似然属性加大了断裂似然体属性低值与高值之间的反差，使断裂异常边界进一步细化，同时增加了异常部位的连续性，更有利于凸显断裂异常的成像［28-29］。

轮古地区奥陶系碳酸盐岩主要发育与岩溶作用有关的缝洞型储层，桑塔木覆盖区为受走滑断裂直接控制的层间断溶体岩溶储层，桑塔木组缺失的潜山区主要发育暗河型岩溶储层［33］。层间断溶体岩溶储层与走滑断裂相生相伴的认识已比较清楚，但目前对潜山区暗河型岩溶储层与走滑断裂关系的认识还不明晰。本次研究发现，轮南古潜山暗河系统是层间岩溶储层改造沿断裂进一步扩溶的结果。

运用相干、曲率类属性识别断裂前，为增强断裂构造异常处地震反射的信噪比与分辨率，减少噪声及非断裂构造引起的假象，提高断裂成像质量，需先对地震数据进行构造导向滤波［26］。通过对地层倾角扫描，识别断裂构造的倾角和方位角，对平行于地震反射面的数据进行平滑处理，而对断裂处停止平滑处理。处理后的地震资料对“串珠状”反射的响应减弱，同相轴的连续性增强，断点成像更为清晰。

——“X”走滑断裂由北东向和北西向2组断裂构成，主要分布在轮南古潜山中部和西部地区，东部整体不发育。奥陶系辅助层沿层Semblance属性与振幅变化率属性上均可见明显的线性异常，2组断裂夹角40°～50°；振幅变化率属性揭示，断裂具有一定分段性，寒武系底面曲率属性上可见展布特征一致的线性异常。时间域地震剖面上，下寒武统走滑断层发育部位地震反射轴呈明显挠曲或错断，中—上寒武系至奥陶系断层发育部位多表现出地震同向轴错断、杂乱空白反射和振幅能量突变。走滑断裂产状较陡，断面近乎直立，向下断至寒武系，潜山区断裂向上断至奥陶系潜山顶面（见图4），奥陶系桑塔木组覆盖区断裂向上断至桑塔木组底面。根据断裂剖面上断开的层系，结合区域构造活动特征分析发现，“X”走滑断裂是晚加里东运动南北向挤压应力作用的产物［16-17］。“X”走滑断裂在塔北隆起南部斜坡碳酸盐岩地层中广泛发育，轮南低凸起上北东向走滑断裂平面延伸距离多大于100 km，延伸距离和活动强度均大于北西向走滑断裂。

2）振幅变化率指地震波振幅的横向数值变化，与振幅绝对值无关。以断溶体岩溶模式解释，碳酸盐岩内幕区岩溶作用主要沿先存的断裂破碎带发育，而沿断裂扩溶的岩溶储层发育部位，在地震剖面上多表现为强振幅反射特征。振幅变化率大的部位不仅能直接反映扩溶的岩溶储层发育位置，也能间接反映走滑断裂的平面展布特征（见图 2c，2d）。

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图2 轮南古潜山不同地层断裂敏感属性平面图

2.2 走滑断裂特征分析

寒武系—侏罗系的地震多属性平面图显示，轮南古潜山走滑断裂极为发育，交切关系复杂，且深、浅层断裂平面展布特征具有相似性。依据断裂平面及剖面特征，可将研究区走滑断裂划分为“X”走滑断裂、北东东向走滑断裂和南北向走滑断裂3组（见图3）。

图3 轮南古潜山奥陶系断裂平面展布

1）奥陶系潜山走滑断裂主要用沿层Semblance属性进行识别。该方法是用地震数据分析时窗内的反射轴不连续性来刻画断裂。研究区走滑断裂垂向上延伸长度大，运用Landmark软件GeoProbe模块提取Semblance属性时，地震数据分析时窗可适当增大，本次研究分析时窗参数为100个采样点、9点方式。受轮南古潜山面沟壑起伏形态影响，沿潜山面提取的相干属性多为潜山面沟壑形态的反映，无法进行断裂解释；为避开潜山面形态影响，研究选择奥陶系内幕辅助层提取沿层属性。Semblance属性值越大，地震反射轴越连续；Semblance属性值越小，代表相邻地震道反射波形不相似，可能发育断裂，Semblance属性平面图（见图2a，2b）上指示断裂发育的线性异常明显。除基于相邻地震道不连续性属性外，也可采用振幅变化率属性描述奥陶系潜山走滑断裂的平面特征。

图4 “X”走滑断裂与北东东向走滑断裂剖面特征

轮南古潜山的走滑断裂水平位移较短，垂直断距较小或者没有断距；地震剖面上，走滑断裂向下断穿寒武系，向上多断至奥陶系潜山顶面，部分晚期断裂再次活化，可断至侏罗系。走滑断裂在寒武系的地震剖面上，同相轴错断、挠曲比较明显；待断至奥陶系石灰岩后，受奥陶系岩溶储层“串珠状”反射影响，地震剖面上表现为杂乱反射、同相轴错断挠曲、振幅能量突变等响应特征；三叠系—侏罗系的走滑断裂在地震剖面上多表现为“负花状”特征。针对研究区断裂在不同地层的地震响应特征，综合运用地震多属性——寒武系优选最大正曲率属性，奥陶系潜山优选相干类Semblance和振幅变化率属性，三叠系—侏罗系优选相干类最大似然属性——开展断裂分层刻画。

轮南古潜山晚加里东—早海西期形成的多组走滑断裂对研究区岩溶储层发育和油气富集成藏起着重要作用。走滑断裂形成的断裂破碎带和大量高陡构造裂缝是碳酸盐岩层间岩溶、潜山岩溶作用的有利部位，溶洞、暗河主要沿断裂、裂缝溶蚀而形成。走滑断裂向下断至下寒武统玉尔吐斯组烃源岩，其多期活动与烃源岩多期生排烃时间匹配良好，是油气垂向运移的主要通道，控制了油气的富集成藏。

图5 南北向走滑断裂剖面特征

3 走滑断裂与油气藏关系

——南北向走滑断裂主要发育在东部斜坡区，前人对其已有研究［32］。东部斜坡区为碳酸盐岩岩溶作用内幕区，奥陶系碳酸盐岩地层未曾暴露地表遭受风化剥蚀，岩溶作用整体较潜山区弱，断裂识别较潜山区容易。南北向走滑断裂活动性表现出南强北弱的特征，具有明显分段性：北部为辫状断裂带，局部发育正向构造，压扭走滑特征明显；南部以线性走滑为主，剖面上为单一陡立断面，寒武系断距比北段断距大，压扭特征不明显；中间南北段断裂叠覆部位发育岩桥，反映该走滑断裂在奥陶系具有左旋走滑特征（见图5）。整体上，奥陶系表现为逆断层为主的压扭作用，石炭系—侏罗系表现出“负花状”张扭作用，表明南北向走滑断裂具有多期活动特征。沿层Semblance属性图上，北东东向走滑断裂明显切割南北向走滑断裂，表明南北向走滑断裂发育时期与“X”走滑断裂一致，晚加里东运动时期已经发育，晚期再次活动。

3.1 走滑断裂控制岩溶储层

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相较于内幕区，潜山区地表水系发育、水流作用强、岩溶作用更为剧烈。早期构造运动形成的断裂破碎带和大量高陡构造缝，无论在地表还是深层，都是岩溶作用发育的最有利区域。潜山区奥陶系碳酸盐岩地层先经历了沿走滑断裂扩溶的层间断溶体岩溶作用阶段，后经构造运动导致地层抬升，前期发育的断溶体储层暴露地表，接受地表水系进一步改造，断溶体储层遭受一定剥蚀的同时，沿走滑断裂形成的破碎带和构造的缝扩溶现象仍在继续，岩溶作用进一步增强，最终在轮南奥陶系碳酸盐岩古潜山形成交织的地表明河和地下暗河系统（见图6）。

图6 潜山区暗河型岩溶储层发育模式

3.2 断裂是油气运移主要通道

轮南古潜山奥陶系油气藏是整个塔北隆起大型奥陶系油气藏的组成部分。整个塔北地区经历了加里东晚期、海西晚期和喜山期3次生排烃高峰期［34-36］，轮古奥陶系原油主要来自海西晚期，天然气主要为喜山期充注，油气主要来源于深层寒武系—奥陶系海相烃源岩，而走滑断裂是油气垂向运移的主要通道。

3.管理体制相对滞后，经营管理水平不高。冰雪产业涉及旅游发展委员会、体育局、文化厅等多个管理部门，部门之间的协调缺少统筹规划，同时存在管理重叠和管理缺位的问题，并且难以起到有效的监督管理作用。各部门各产业之间也存在为了追求自身利益各自为政的现象，造成部门之间合作困难。在开发管理方面，一些项目盲目上马，企业管理理念和模式落后，存在追求眼前利益、忽略生态环境的问题。在营销方面，主要依靠政府的宣传以及与旅行社合作，没能充分利用网络和手机进行营销和宣传。在信息化建设方面，在线服务市场初具规模，全覆盖式宣传营销格局已经基本形成，但仍难以有效监测各种突发事件和处理安全事故。

关于塔北隆起奥陶系油气沿深大走滑断裂充注，目前存在2种观点：一种观点是旁生侧储，塔北地区奥陶系油气来自南部满加尔生烃凹陷与东部草湖生烃凹陷，油气沿北东向大型走滑断裂垂向+侧向运移；另一种观点是下生上储，油气主要沿深大走滑断（断穿寒武系）发生垂向运移。前种观点主要是基于哈拉哈塘油田原油密度及黏度南低北高、气油比南高北低的变化趋势提出，认为气侵强弱与生烃凹陷远近有关——距离越近，气油比越高，距离越远，气油比越低；油气来自满加尔生烃凹陷，沿深大断裂垂向+侧向运移。后种观点的依据是，工区内轮探1井寒武系玉尔吐斯组底部发育18 m黑色页岩，生烃指标较高（有机碳质量分数在2.87%～13.39%，平均为9.50%），黑色页岩岩屑抽提物中有塔北原油中普遍存在的C15—C23芳基类异戊二烯化合物，指示上部奥陶系原油可能来自该类烃源岩，深大断裂只要断至该烃源岩，油气就会沿深大断裂发生垂向运移。轮古油气田高产井（累计产量大于2×104t）多位于走滑断裂附近（见图7），表明走滑断裂附近油气富集程度较高，走滑断裂是本区油气运移的主要通道。综合上述观点可以得出，无论是旁生侧储还是下生上储，断裂都在油气富集成藏过程扮演了重要角色。

轮南古潜山油气藏由西至东依次为未饱和油藏、饱和油藏和凝析气藏。前期研究认为，喜山期天然气沿奥陶系潜山面横向运移、由东至西气侵，导致轮古油气田“西油东气”。本次研究通过分析轮古油气田单井气油比平面分布特征认为：轮南古潜山中部、东部地区高气油比的井多沿北东东向、南北向走滑断裂分布（见图7），多期活动晚期为张扭性特征的北东东向、南北向走滑断裂与喜山期生排烃事件匹配性好；喜山期天然气沿北东东向和南北向走滑断裂垂向运移、局部富集，形成了轮南古潜山“西油东气”的整体油气藏特征。

图7 轮南古潜山奥陶系高产井与单井气油比平面分布

4 结论

1）根据轮南古潜山走滑断裂的地震响应特征，主要采用“辅助层+断裂敏感地震属性”技术，分层开展走滑断裂识别。研究区潜山走滑断裂可分为“X”走滑断裂、北东东向走滑断裂和南北向走滑断裂3组。“X”走滑断裂和南北向走滑断裂于晚加里东形成，北东东向走滑断裂切割早期的2组断裂，是早海西运动的产物。北东东向和南北向走滑断裂具有多期活动特征，在三叠—侏罗系表现为剖面呈“负花状”的雁列式走滑。

2）走滑断裂不仅控制着奥陶系碳酸盐岩内幕区层间断溶体岩溶储层，还控制着潜山区暗河型岩溶储层的发育与分布。无论潜山区还是内幕区，构造运动形成的断裂破碎带和大量高陡构造缝都是岩溶作用发育的最有利区域。潜山区暗河型岩溶储层是内幕区层间断溶体岩溶储层暴露地表剥蚀改造后形成的，早期岩溶储层遭受破坏和新岩溶储层沿断裂发育同步发生。

3）轮南古潜山走滑断裂控制本区的油气运移和油气富集，高产井多位于走滑断裂附近。走滑断裂作为油气运移通道，向下沟通寒武系烃源岩，向上控制并沟通岩溶储层，为油气垂向运移、聚集提供了必要条件。北东东向和南北向走滑断裂具有多期活动性，与烃源岩多期生排烃时间相匹配，最终形成了轮南古潜山“西油东气”的奥陶系碳酸盐岩油气藏。