哈拉哈塘油田2015年生产原油超过1×10⁶ t,成为塔里木油田公司原油增储上产的主要阵地。哈拉哈塘油田为缝洞型碳酸盐岩油藏,分布主要受断裂控制。前人对于该区油气成藏规律(卢玉红等,2007； 朱光有等, 2011,2013； 张丽娟等,2013； 陶小晚等,2015)、 岩溶储层特征(倪新峰等, 2010,2011； 高计县等,2012； 张学丰等,2012)、 岩溶储层地震预测(彭更新等,2011； 客伟利等,2014)等方面开展了大量卓有成效的工作,推动了该区地质认识的深入和勘探的发现。但对于哈拉哈塘地区断裂系统的识别、 特征方面尚未见系统介绍。深化哈拉哈塘地区断裂系统特征的研究,不仅对深入认识该区油气藏形成过程与分布规律具有重要意义,而且对提高钻井成功率、 优选高产高效井位具有重要的生产指导意义。

哈拉哈塘地区位于塔北隆起中部,北邻东河塘构造带、 西接英买力低凸起、 南邻满加尔凹陷(崔海峰等,2009),为轮南低凸起西延的大型鼻状隆起,面积达5 000 km²,是近年来塔里木油田原油增储上产最快的地区(图 1)。

图 1(Fig.1)

图 1 塔北隆起区域构造位置图(据姜华等， 2011修改) Fig. 1 Regional structural sketch in North Tarim uplift(modified from Jiang et al., 2011)

哈拉哈塘地区地层发育齐全,自上而下为： 新生界第四系、 新近系和古近系,中生界白垩系、 侏罗系和三叠系,古生界二叠系、 石炭系、 泥盆系、 志留系、 奥陶系和寒武系。其中北部缺失上白垩统、 中-上侏罗统、 上二叠统、 中-上志留统、 上奥陶统桑塔木组等地层(表 1)。奥陶系自上而下可细分为： 上统桑塔木组(O₃s)、 良里塔格组(O₃l)及吐木休克组(O₃t),中统一间房组(O₂y),中-下统鹰山组(O_1-2y)、 下奥陶统蓬莱坝组(O₁p)(表 1)。良里塔格组、 一间房组、 鹰山组1-2 段是目前该区的主要含油层系。

表1(Table 1)

表 1 哈拉哈塘地区地层系统Table 1 The stratigraphic system in the Halahatang area

表 1 哈拉哈塘地区地层系统 Table 1 The stratigraphic system in the Halahatang area

哈拉哈塘地区作为塔北隆起的一部分,其构造演化受控于塔北古隆起的演化,主要经历5个阶段： 加里东早-中期,塔里木盆地处于稳定沉降期,形成“东盆西台”的古地理格局。塔北地区发育大套厚层碳酸盐岩台地沉积(何登发等,2007)。加里东中晚期—海西早期,为稳定抬升剥蚀期。受塔里木盆地南部昆仑洋闭合的影响,塔里木盆地北部由拉张转变为挤压环境,轮台古隆起相对抬升,统一的塔北隆起带初步形成(何登发等,2008),轮南—哈拉哈塘—英买力地区为其南斜坡。海西中期,为轮南古隆起发育期。由于北西—南东向的挤压运动,塔北在大斜坡的背景上形成了北东—南西走向的轮南大型背斜,英买力低凸起初见雏形。哈拉哈塘则处于轮台古隆起、 轮南低凸起和英买力低凸起的围限区。海西晚期—印支期,为持续挤压抬升期。受南天山洋剪刀式闭合的影响,塔北地区发育逆冲推覆构造和巨型左行走滑构造变形带。燕山—喜马拉雅期,为调整定型期(安海亭等,2009)。受库车拗陷整体沉降的影响,塔北隆起整体发生了翘倾,形成现今塔北地区南高北低的构造格局。

哈拉哈塘地区奥陶系储层类型主要为岩溶缝洞型,地震剖面上表现为“串珠状”反射,地震反射不连续,这给断裂的识别带来一定的困难。为了提高研究区断裂识别的精度,本文以哈拉哈塘地区2 000 km²高精度三维地震资料为基础,采用“多层系逐级识别”的方法进行断裂系统识别。多层系主要是指在开展奥陶系断裂系统识别时,参考中寒武顶面、 奥陶系底面、 鹰山组、 一间房组4层的精细相干图进行断裂系统的识别。逐级识别主要是指： 主干断裂主要应用精细相干体进行识别,分支断裂主要利用绕射波地震成像的方法进行识别。 图 2为研究区寒武系、 奥陶系精细相干检测的结果,可以看到主干断裂主要为北东、 北西走向,共轭分布。 图 3为奥陶系一间房组、 鹰山组绕射波地震成像的结果,可以看到小的分支断裂的展布及与主干断裂的平面组合关系。

图2(Fig. 2)

图 2 哈拉哈塘地区精细相干图 a. 中寒武系顶面精细相干图； b. 奥陶系底面精细相干图 Fig. 2 Fine coherence map of Halahatang area

图 3(Fig. 3)

图 3 哈拉哈塘地区奥陶系绕射波成像图 a. 一间房组顶面精细相干图； b. 鹰山组1～2段底面精细相干图 Fig. 3 Diffraction information map of Ordovician in Halahatang area

哈拉哈塘地区经历多期构造运动,西北部发育印支期逆冲断层,南部主要以剪切断裂为主(图 4),本文主要讨论南部剪切断裂系统。

图 4(Fig. 4)

图 4 哈拉哈塘地区奥陶系断裂系统分布图 Fig. 4 The distribution of the Ordovician faults in study area

哈拉哈塘地区剪切断裂系统发育剪切断裂的典型构造样式(王义天等,1999),主要包括9种： 花状构造、 高陡直立构造、 杂乱反射带、 棋盘格式、 直线延伸、 辫状构造、 豆荚状构造、 马尾状构造和雁列式构造(严俊君等,1999)。由于剪切性质的差异和地层破裂程度的不同,花状构造分为正花状、 负花状和半花状构造(图 5)。

图 5(Fig. 5)

图 5 哈拉哈塘地区剪切断裂带典型构造样式 Fig. 5 Typical structural types of shear fault in Halahatang aera

平面上,哈拉哈塘地区剪切断裂主干断裂为棋盘格式,为多组北东、 北西向断裂带组成的共轭剪切断裂系统。北东、 北西向剪切断裂带之间的夹角为40°～50°,两者之间锐角的平分线对应南北向。断裂带延伸达50 km,分支断裂主要分布在主干断裂周围4 km以内,与主干断裂夹角多在30°～50°。根据断裂走向、 规模、 延伸长度,将哈拉哈塘地区奥陶系走滑断裂分为两组走滑断裂带,一组为北东向走滑断裂带,主要发育4条。另外一组为北西向走滑断裂带,主要发育6条(图 4)。

受剪切应力场的控制,哈拉哈塘地区奥陶系剪切断裂带不同部位具有不同的构造样式、 平面组合,具有一定的分段性。

断裂带末端具有一定的端部效应,平面上表现为马尾状(RP12断裂带)或树枝状(HA15断裂带)。断裂带内部多表现为直线型延伸、 辫状构造(图 5),局部地区可见双重构造。本文主要以QG1-RP7、 QG4-RP9为例进行阐述。

以北东向QG1-RP7断裂为例,南部RP7以南主要为直线延伸,剖面上表现为直立高陡构造(图 6a)。往北HA13-6—HA10-1井段为豆荚状构造发育区,剖面上表现为半花状构造(图 6b)。HA10-1—HA16井之间为直线延伸,剖面上为高陡直立构造(图 6c)。HA16-QG1之间为豆荚状构造发育区,剖面上表现为半花状构造(图 6d、 图 6e)。

图 6(Fig. 6)

图 6 QG1-RP7断裂带典型剖面 Fig. 6 Typical profile of QG1-RP7 fault zone

以北西向QG4-RP9断裂带为例,RP9-RP402为直线延伸,剖面上表现为直立高陡构造(图 7a)。往北RP402—HA601-19井段发育辫状构造,剖面上表现为正花状构造(图 7b)。HA601-19—HA701-2井段之间为直线延伸,剖面上为高陡直立构造(图 7c)。HA701-2—HA803井段之间为豆荚状构造,剖面上表现为半花状(图 7d)。继续往北HA803井以北表现为树枝状构造,剖面上为正花状构造(图 7e)。

图 7(Fig. 7)

图 7 QG4-RP9断裂带典型剖面 Fig. 7 Typical profile of QG4-RP9 fault zone

受不同时期构造应力场以及岩石力学性质差异的控制,哈拉哈塘地区剪切断裂系统表现为明显的分层变形的特征。根据剪切断裂的性质差异与构造样式的不同,将哈拉哈塘地区剪切断裂系统划分为下、 中、 上3个构造层(图 8)。

图 8(Fig. 8)

图 8 剪切断裂分层发育典型剖面 Fig. 8 Typical profiles of shear fault stratified development

下构造层为寒武系—奥陶系,为纯剪作用下形成的棋盘式剪切断裂。剖面上,由寒武系到奥陶系,断裂带整体底部窄,顶部宽,呈倒锥形。下构造层地层发生明显的挠曲错断,发育正花状、 半花状构造,压剪的特征较为明显。

中构造层为志留系—二叠系,为受下构造层控制的张剪作用下形成的断裂。剖面上,断层根部搭在下构造层剪切断裂上,往上断穿志留系、 泥盆系、 石炭系地层,断至二叠系地层内部。整个中构造层发育多个半花状构造组成的小型地堑。

上构造层为三叠系及其以上地层,为受中下构造层控制的张剪作用下形成的雁列式分布的正断层带。众多的小型正断层平面上呈左阶式雁列状分布,构成北北东走向的右旋张剪性正断层带。研究区内主要发育两条正断层带,都为北东向断层带,QG1-RP7断裂带、 RP501-XK4断裂带。剖面上,上构造层正断层根部位于二叠系内部,由下而上发育多个小型堑—垒构造或阶梯状正断层束组成的负花状构造,断层顶部断穿古近系底。

哈拉哈塘地区剪切断裂系统的形成与分层变形特征主要受控于区域古构造应力场的变化以及岩石力学性质的差异(图 9)。

图 9(Fig. 9)

图 9 研究区剪切断裂分层发育机制 Fig. 9 Mechanism of shear fault stratified development in study area

加里东中-晚期,受塔里木盆地南部昆仑洋闭合的影响,塔北地区由拉张转变为挤压环境,哈拉哈塘地区受到南北向挤压。此时研究区内地层主体为碳酸盐岩灰岩沉积,整体相对比较均一,按照安德森断层模型,哈拉哈塘地区在南北向区域挤压应力作用下,最大主应力轴为南北向,最小主应力轴为东西向,两者处于同一水平面,中间主应力直立,研究区发生纯剪切变形,形成X型共轭剪切断裂带,两者夹角的锐角指向近南北向。

晚海西期是塔里木盆地区域构造环境转变的关键时期,由早二叠世的伸展作用转换为晚二叠世的挤压作用。早二叠世时,在区域伸展和弧后伸展作用下,哈拉哈塘发生大规模的火山岩喷发,部分早期先存基底剪切断裂活化,发生张剪作用,形成一系列小型地堑。此时,主要以北西向剪切断裂的活动为主,部分北东向主干剪切断裂活动(QG1-RP7)。

燕山—早喜马拉雅山期,受喜马拉雅碰撞造山作用远程效应的影响,古天山再度复活,库车地区进入再生前陆盆地演化阶段,塔北隆起成为库车再生前陆盆地北倾斜坡地带的一部分(崔泽宏等,2005)。库车前陆盆地形成使哈拉哈塘地区处于引张的应力场中,导致部分北东向深部剪切断裂的再度活化,形成浅部右旋左阶雁列式张剪正断层带(赵岩等,2012)。

哈拉哈塘地区剪切断裂系统对油气分布具有重要的控制作用,主要表现在两个方面： 一是剪切断裂系统对奥陶系岩溶储层的发育具有明显的控制作用。二是剪切断裂系统作为油气运移的通道,对油气运聚具有明显的控制作用。

哈拉哈塘地区奥陶系储层类型为岩溶缝洞型储层,储集空间主要为溶蚀孔洞/洞穴和裂缝(倪新峰等,2011； 张学丰等,2012)。以吐木休克组尖灭线为界,北部主要发育潜山岩溶,南部发育顺层岩溶及层间岩溶。奥陶系剪切断裂系统对岩溶储层的发育具有明显的控制作用,特别是对于南部层间岩溶区。 图 10为哈拉哈塘南部地区剪切断裂与岩溶储层发育叠合图,可以看出,岩溶储层主要沿主干断裂与分支断裂分布。

图 10(Fig. 10)

图 10 哈拉哈塘顺层岩溶区剪切断裂与岩溶储层发育叠合图 Fig. 10 Congruency map of bedded karstification and shear faults in Halahatang area

断裂作为油气运移的通道,控制了哈拉哈塘地区油气的分布。哈拉哈塘地区剪切断裂系统具有分层发育的特征,纵向上分为上、 中、 下3个构造层。这种分层特征决定了该区具有油气分布具有多层系含油的特征(图 11)。下构造层油藏分布主要分布在奥陶系一间房组、 鹰山组1-2段。油藏分布受奥陶系剪切断裂带的控制,主要分布在靠近断裂带的岩溶孔洞中,具有沿断裂富集的特征。特别是高产高效井受剪切断裂带的控制更为明显,主要分布在距离断裂1 km的范围内。

图 11(Fig. 11)

图 11 哈拉哈塘地区剪切断裂控油模式图 Fig. 11 Model of oil distribution controlled by shear fault in Halahatang area

中-上构造层油藏为下构造层油藏沿断裂运移调整形成的。研究区内多口井在石炭系、 三叠系、 白垩系中见到良好的油气显示,其中HA6井在石炭系角砾岩段日产油32.5 m³,QG1井在三叠系黄山街组见稠油,中途测试折日产油10.5 m³。油藏类型都是构造背景下的岩性地层油藏,都分布在主干断裂周围。

通过对哈拉哈塘地区剪切断裂系统构造特征及对油气分布控制作用的研究,本文主要得出以下结论：

(1)哈拉哈塘地区主要发育剪切断裂系统,发育9种剪切断裂的构造样式。平面上整体表现为多组北东、 北西向断裂带组成的共轭剪切断裂系统。 受剪切应力场的控制,剪切断裂带具有一定的分段性,不同部位具有不同的构造样式、 平面组合特征。纵向上,剪切断裂系统表现为分层变形的特征,可以划分为下、 中、 上3个构造层。

(2)哈拉哈塘地区剪切断裂系统的形成与分层变形特征主要受控于区域古构造应力场的变化,具有一定的继承性和改造性。

(3)哈拉哈塘地区剪切断裂系统对油气分布的控制作用主要表现在两个方面： 一是剪切断裂系统控制奥陶系岩溶储层的发育。二是剪切断裂系统作为油气运移的通道,控制油藏的分布范围。剪切断裂系统的构造特征决定了该区油气分布具有“多层系含油、 沿断裂富集”的特征。