准噶尔盆地为中国西北部地区比较典型的叠合性含油气盆地，20世纪50年代，在盆地的西北缘发现克拉玛依油田第一个“断裂带百里油区”^[1]。伴随勘探程度的不断加深，断裂带勘探难度越来越大，急需探索新的勘探接替领域，为后续油田发展指明方向。随着“跳出断裂带，走向斜坡区”的勘探新思路新理念的提出，玛湖凹陷的油气勘探迎来了新的勘探局面。现今斜坡区已发现的8个油藏均为三角洲前缘相带背景下的断层岩性油气藏，断裂对油气藏的控制作用显著^[2]。吴庆福^[3]、陈发景等^[4-5]均认为玛湖凹陷周缘的斜坡区，断裂活动适中，受到逆冲推覆作用，容易形成大型逆断裂，形成的低位能区为油气运移聚集的良好场所，常发育断层岩性油气藏；张越迁等^[6-7]认为古生代晚期—中生代准噶尔盆地西北缘发生右行剪切为主兼有逆冲的走滑运动，形成走滑断层和剪切断层转折褶皱，并非过去普遍认为的准噶尔盆地西北缘发育逆冲推覆构造，准噶尔盆地西北缘的勘探思路依然是寻找断块构造和鼻状构造油气藏，通过三维地震资料精细解释，确定断块和鼻状构造形态和分布规律，以发现更多的油气藏。周卿等^[8]认为走滑断裂的识别对玛南地区的油气高产目标识别具有重要意义。杨庚等^[9]、雷海艳等^[10]均认为准噶尔盆地西北缘斜向挤压构造是由该区发育的达拉布特左行走滑断裂、西北缘逆冲推覆构造以及北西向右行横向走滑断裂组成，交合部位是准噶尔盆地西北缘地区油气的主要聚集区域，油气沿断裂的垂向运移与异常高压流体系统的幕式突破，导致了以垂向运移为主的运聚模式，多源、多期油气混合成藏。张璐等^[11]认为，西北缘位于玛湖—盆1井西复合含油气系统主体部位，油源十分充足，为油气大规模聚集成藏奠定了基础。西北缘油气分布受油气系统、断裂、区域盖层及不整合等因素控制。

上述众多学者均认为断裂对玛南斜坡油气成藏具有至关重要的作用，但具体断裂与油气藏如何搭配、调整及耦合的关系，缺乏深入研究与进一步的阐述。国内外断层识别早期主要为地震相干体属性技术，从基于三道相关的C1算法，到基于多道相关的C2算法，一直到21世纪初较流行的基于本征值结构的C3算法；后来断层识别技术从沿层属性技术、蚂蚁追踪技术发展到小波多尺度边缘检测技术。上述的多种技术都是建立在前一种算法的缺点和应用的局限性上的，但地下地层信息与地震属性之间有着复杂关系，不少地震属性包含的地震信息极为相似或相近，单一地震相干属性应用分析来进行断层预测与分析时，往往难以克服其多解性，因而宜采用多种属性结合分析来提高解释的准确度。现阶段比较流行的断裂识别方法为最大似然体技术和分频技术，均可降低断层识别的多解性，同时最大似然体技术对于微小断裂优势明显，可识别5 m以上的断裂，分频技术应用于逆冲推覆形成的断裂效果显著。近几年，研究部署工作按照单一的岩性模式部署的AH15，MA39以及MH17等井油气显示虽活跃，但试油均未获得较大的发现，钻探显示，玛南地区断层对油气成藏的影响作用大，同时该区油藏成藏关系复杂、油藏与断裂的相互依存关系也有待进一步落实。笔者通过对玛南地区地震资料预处理以及断裂识别可行性分析，利用分频技术、最大似然体技术对该地区断裂进行精细刻画，分析断裂与优质储层的空间搭配关系，探讨制约玛南斜坡勘探的成藏关键因素，以期弄清断裂对油气运聚及成藏的控制机理。

玛南斜坡构造上位于准噶尔盆地玛湖凹陷南斜坡，主体位于克拉玛依扇三角洲前缘相带。构造格局表现为向东南倾的平缓单斜，局部发育平台或低幅度鼻状构造，断裂较发育，地层倾角为3°~5° [图 1(a)]。

图 1

Fig. 1

下载原图 图 1 玛南斜坡构造位置(a)和地层综合柱状图(b) Fig. 1 Structural location(a)and stratigraphic column(b)of the south slope of Mahu Sag

根据钻井及地震资料，玛南斜坡区地层发育较全，在石炭系基底之上自下而上发育的地层为：二叠系、三叠系、侏罗系和白垩系[图 1(b)]。其中二叠系与三叠系、三叠系与侏罗系、侏罗系与白垩系之间均为角度不整合接触。现阶段该区油气主要集中在二叠系风城组、下乌尔禾组、上乌尔禾组，三叠系百口泉组以及浅层侏罗系八道湾组等地层中。

玛南斜坡二叠纪以来先后经历了早二叠世后造山运动、中—晚二叠世剧烈推覆运动、三叠纪继承性推覆叠加、侏罗纪—白垩纪整体抬升运动等4个构造阶段，研究区断裂较发育，起始于晚海西期，于燕山期再次活动^[12]。玛南地区自二叠纪至侏罗纪早期，玛湖凹陷一直是盆地的沉降中心之一，长期接受大量的陆源碎屑沉积，发育巨厚的烃源岩，为中央坳陷内的富烃凹陷，二叠系内部发育佳木河组、风城组及下乌尔禾组等3套烃源层^[13]。二叠纪时期准噶尔盆地主要为湿润气候，岩性主要为砂砾岩、含砾中—细砂岩、泥质细砂岩、粉砂质泥岩等，颜色以灰色等还原色为主，沉积体系为扇三角洲—湖泊沉积。二叠系现阶段为玛南勘探的重点层系，也是未来玛湖地区勘探的重要接替领域。

玛南斜坡区不同性质的断裂，在地震剖面上表现各异，特征复杂，断裂识别具有一定的复杂性。采用与其特征相对应的断裂刻画技术。斜坡区断裂识别多解性强，二叠系内部多次波异常发育、高部位剥蚀特征明显等因素，导致各类断裂识别困难，再者斜坡区应力作用相对较弱，局部同相轴仅发生挠曲或变形，断距较小、识别难度大^[14]。为了研究玛南斜坡地震剖面上能够识别出15 m以上断距的断裂，本次采用正演模型技术(图 2)，以厚度为15 m的砂体为例，断距由大变小，分别为30 m，25 m，20 m，15 m，10 m，5 m，随着响应频率的增大(分别为25 Hz，30 Hz，35 Hz，40 Hz)，分析该区地震资料的同相轴变化特征。通过分析可知，在主频为30 Hz以上、断距为15 m以上的断裂特征明显，因此研究区地震资料断裂识别可行性临界点为：主频30 Hz及以上的频率可识别15 m以上断距的断裂。

图 2

Fig. 2

下载原图 图 2 正演模型断裂识别 Fig. 2 Fault identification by forward modeling

现阶段地震数据预处理比较成熟的技术是构造导向滤波，可提高地震数据的信噪比，使其地震同相轴的连续性或间断性特性更突出^[15]。其基本原理是针对地层倾角和方位角参数，采取定向滤波，尝试不同组合的参数，得到断裂方向的地层倾角和方位角的准确信息，从而达到突出有效信息、减弱干扰信息的目的。应用构造导向滤波技术后，可以提高层位追踪、断裂识别的可信度，使地震同相轴的连续或间断特征更明显。从图 3可以看出，地震剖面进行构造导向滤波后，地震数据信噪比有较大提升，局部断点更清晰，断点更干脆，剖面断裂识别效果更好^[16]。

图 3

Fig. 3

下载原图 图 3 构造导向滤波前(a)后(b)数据体对比 Fig. 3 Comparison of data cubes before(a)and after(b) constructing guided filtering

最大似然属性主要用于增强断裂的地震成像效果，可以理解成样点处断裂发育的可能性大小^[17]。地震同相轴越连续，相似性越大，最大似然体属性越小，即断裂发育的存在性越低；断点位置处，地震同相轴连续性变差，似然属性变大，即存在断裂的可能性增大。采用最大似然属性，对玛南斜坡区大型走滑断裂进行识别，发现多组以大侏罗沟断裂为代表的走滑断裂体系^[18]。

运用最大似然属性对玛湖斜坡区走滑断裂进行识别，识别出多组走滑断裂体系^[19]。印支期至燕山中期，北部扎伊尔山向准噶尔盆地产生斜向挤压作用，玛湖斜坡区早期的逆冲断裂发生压扭，形成以大侏罗沟断裂为代表的大型走滑断裂体系，切割二叠系—侏罗系，从玛南斜坡区玛湖1井区向东经过玛中平台区一直到玛东斜坡区均有分布(图 4)^[20]。玛南斜坡走滑断裂体系具有以下特征：①走向多为东西方向，平面上延伸平直，剖面上断面较陡峭，一般大于80°，为大角度断裂；②平面上主断裂多呈雁列状，派生出多支羽状次级断裂；③走滑断裂在空间上可见“丝带效应”，如大侏罗沟断裂和盐探1井走滑断裂沿走向均出现倾向及倾角变化，均有视“正”断裂和视“逆”断裂的表现；④走滑断裂局部弯曲部位常发育挤压隆升(鼻凸构造)，是浅层油藏成藏的控制要素之一(图 5)^[21]。

图 4

Fig. 4

下载原图 图 4 玛南地区走滑断裂最大似然属性 Fig. 4 Maximum likelihood attributes of strike-slip fault in the south slope of Mahu Sag

图 5

Fig. 5

下载原图 图 5 玛南地区走滑断裂平面分布 Fig. 5 Plane distribution of strike-slip faults in the south slope of Mahu Sag

在优势频率段内，地震反射特征会被显著放大，这是能量在传播过程中的调谐效应。基于此原理，对地震数据进行谱分解，得到多个频率段分频体，对比找出玛南斜坡的地震优势频率段为25-35- 40-50 Hz[图 6(c)]。在优势频率段分频体上进行相干计算，其结果受到的干扰更小，更准确^[22]。

图 6

Fig. 6

下载原图 图 6 玛南斜坡区地震资料分频带剖面 Fig. 6 Seismic data frequency zoning section in the south slope of Mahu Sag

通过优势频带分析研究，在分频体基础上采用三代相干算法，能较好地识别这一类逆冲推覆断裂，通过参数调试及小范围测试，最终研究表明，玛南斜坡逆冲断裂主要分为2组，发育时期集中于石炭系至三叠系，一组为控制鼻凸和坡折的大型逆冲推覆断裂，此类断裂斜坡区西北段受推覆作用的影响，形成3组平行于断裂带、走向NW—SE的逆断裂，东南段为控制夏盐—达巴松鼻凸的大型逆断裂，走向为近东西向。另一组为受构造挤压及剪切力作用形成的伴生挤压型逆断裂，此类断裂全区广泛分布，走向主要为北西向和南东向，根据倾向的不同可划分为2组：一组倾向NW，与一类断裂近平行或小角度相交，另一组倾向SE，这2组断裂在主断裂下盘尤其发育，剖面上呈后缘叠瓦状冲断体系^[23]，它们共同组成玛湖斜坡区逆冲断裂系统(图 7)。

图 7

Fig. 7

下载原图 图 7 玛湖凹陷逆冲推覆断裂体系平面分布 Fig. 7 Distribution of thrust nappe fault system in Mahu Sag

准噶尔盆地玛南斜坡区在多期构造运动叠加改造下，断裂十分发育。通过近年来对5块高密度三维地震的研究，认为玛南斜坡区主要发育晚海西期—印支期逆断裂、印支期—燕山期走滑断裂。断裂对油气成藏控制作用主要有2个方面：形成多种类型的构造圈闭。区域上克百断裂带之下的斜坡区发育的多条大型逆冲断裂与大侏罗沟、克81井等走滑活动断裂及其伴生的羽状断裂形成了大量的构造圈闭，包括断鼻构造、低凸背斜构造、断块等与断裂活动相关的构造圈闭，以及早期断裂受后期走滑活动改造形成的正、负花状构造等有利目标。玛南斜坡大侏罗沟断裂附近发育大量断鼻、小断块构造，这些构造均是油气聚集的有利场所，如玛湖1井区上乌尔禾组、风城组油藏，均是构造背景下的岩性油气藏。控制油气运聚成藏。区域上靠近断裂带的3条大型南北向逆断裂沟通烃源岩，是玛南地区油气纵向运移的重要通道，靠近主干断裂的圈闭钻探成功率高。玛南地区已发现的油藏中约90%靠近大侏罗沟断裂以及南北向逆断裂。尤其是侏罗系油气成藏与大侏罗沟断裂关系更为紧密，继承性活动的走滑断裂和燕山晚期形成的浅层正断裂体系构成了侏罗系油气成藏的主要输导系统，油气充注条件优越，具有中晚期二次成藏的特征(图 8)。

图 8

Fig. 8

下载原图 图 8 玛南斜坡油气成藏模式 Fig. 8 Hydrocarbon accumulation model in the south slope of Mahu Sag

玛南斜坡发育坡折、陡坡、缓坡及鼻凸构造，研究表明该区构造演化经历了以下几个阶段：海西构造运动晚期，处于佳木河组沉积期前陆盆地及后期前陆盆地向凹陷盆地转化阶段，在早二叠世发生由北西向南东的逆冲推覆，发育近平行于边界断裂的一组逆断裂，该组断裂分割了前渊坳陷和前陆斜坡^[24]。印支构造运动早中期，处于乌尔禾组沉积期坳陷盆地发育阶段，在中晚二叠世，整体呈现北西高南东低的构造格局，百口泉组沉积前，下乌尔禾组四段在工区范围内整体遭受剥蚀，三叠系百口泉组一段主要起到填平补齐的作用，沉积在下乌尔禾组剥蚀地区。印支构造运动晚期，处于三叠系坳陷盆地发育期，构造活动减弱，以平稳沉积为主，构造上继承了二叠纪晚期的构造格局，呈现西高东低的形态，海西期发育的断裂在早印支期逐渐消亡，受压扭作用的影响，发育了一批与早期逆断裂近似垂直的走滑断裂。在早侏罗世，构造活动微弱，继承了三叠纪的构造形态，局部断裂继承性活动，该时期一直持续到古近纪、新近纪，地层整体发生由北向南的掀斜，形成现今的单斜构造格局。

通过对已知油藏解剖的分析，发现在多期构造演化作用下，形成2类油气输导模式，一为控坡折断裂和挤压型逆断裂控制的“直通型”输导模式，二为海西—印支、印支—燕山共2期断裂组合控制的“接力型”输导模式^[25]。

油气从深层直接沿断裂运移到各类储集层中的油气输导模式，此类模式中的断裂在油气运移过程中早期起到有效的油气输导通道的作用，晚期起到控制圈闭的作用，既是油源断裂，又是封堵断裂。在斜坡区这类断裂主要有2类，一类以挤压构造应力形成的大型控制坡折断裂为主，从石炭系一直断到三叠系，断距从下往上，逐渐变小，主要起到沟通二叠系烃源岩以及控圈的作用，主要分布在玛湖斜坡边缘，走向一般垂直于主应力方向，艾湖9和艾湖2油气藏为逆冲控坡折断裂直通型输导模式的典型；另一类为走滑断裂体系，倾向右旋，断距一般为5~40 m，一直断至白垩系，油气可以一直沿此类断裂向上运移，遇到优质砂体，就有成藏的可能性，其中最主要的代表为大侏罗沟断裂，现阶段已发现的油藏都与其有密切关联，围绕走滑断裂体系发现的油藏主要分布在玛南地区，主要代表为玛湖1井区百口泉组和上下乌尔禾组油藏[图 9(a)]^[26]。该模式与准噶尔盆地腹部地区油气输导模式相近，均有效地沟通了下部烃源岩。

图 9

Fig. 9

下载原图 图 9 玛南地区油气输导模式 Fig. 9 Hydrocarbon migration model in the south slope of Mahu Sag

接力型油气输导模式主要由2期或多期不同类型断裂空间接力组合构成，在斜坡区，海西—印支期形成的逆断裂主要断至三叠系，油气通过此类断裂完成初次垂向运移，从烃源岩运移到上覆的储集层，而印支—燕山期形成的正断裂在空间上与早期形成的逆断裂或深层储集体相接，控制油气从深层的储集层运移到浅层的优质储层中成藏，此类模式的典型代表为玛湖015井侏罗系八道湾组油藏，这类模式在玛湖斜坡区的玛南、玛西和玛东等地区发育^[27]。在此模式指导下，目前在斜坡区侏罗系与中上三叠统4个层系已经获得29口井32层高产工业油流[图 9(b)]。

分析得到，晚期断层是玛南地区中浅层油气成藏的重要条件，该地区断裂系统具有2期叠加的特征，上、下断裂系统接力，有效沟通了底部风城组烃源岩和中浅层砂岩储层。断层和砂体的不同空间配置形成了多种类型的有利目标，断层岩性型圈闭对玛南地区油气成藏最为有利，是该区下一步勘探部署的首要目标。

近几年针对玛南斜坡侏罗系、三叠系、二叠系上、下乌尔禾组和风城组开展整体研究，重点从构造、岩性、油气运移等方面进行分析与评价，取得了一系列新成果。研究认为玛南斜坡二叠系构造平缓，发育多条大型走滑断裂及逆断裂，能够有效沟通二叠系风城组烃源层；二叠系物源供给充足，发育扇三角洲前缘有利相带，优质储层广泛发育，中浅层发育河流三角洲前缘优质相带，均是形成大型油气藏的有利区^[28]。按照直通型油气输导模式、接力型油气输导模式等部署的多口井均获突破，特别是玛湖28井在二叠系风城组、夏子街组、下乌尔禾组、侏罗系八道湾组均见良好油气显示，其中风城组和夏子街组试油均获高产工业油流，有效验证2种模式的合理性，更进一步证实了玛南斜坡区具备较大的立体勘探潜力^[29]。2020年，按照直通型油气输导模式部署的多口风城组深层探井油气显示活跃，均获突破，部分探井获高产，进一步拓展了玛南斜坡区风城组勘探成果，提交亿吨级控制储量，证实了断裂输导模式的科学性与实用性。

玛南斜坡断层以及活动期次决定了该区构造形态，进而控制圈闭的形成、演变及展布，同时也控制油气的多次运移，使得该区的油气藏类型均与断层相关^[30]。该区主要为断层岩性油气藏，通过典型油气藏解剖分析认为，玛南斜坡区风城组烃源岩生成的油气在浮力的作用下，先沿海西—印支期逆冲断裂、风城组不整合面垂向及侧向运移，后期通过印支—燕山期走滑断裂与深层逆冲断裂构成的“Y”型接力输导体系调整到浅部地层，在有利圈闭聚集成藏，从而形成纵向上具有多层系含油的成藏模式。

玛南斜坡区紧邻玛湖凹陷风城组生烃凹陷中心，多条早期发育的深层逆冲断裂与晚期生成的中浅层走滑断裂形成高效输导体系，为风城组油气从深层运移到中浅层提供了优质的纵向运移通道。整个玛南地区中浅层断距普遍为5~15 m，与侏罗系薄砂体在空间上有效配置控制油气成藏及富集，为浅层高效勘探有利区，现今已有多口井证实。玛南斜坡风城组发育的多期优质砂体与风城组优质烃源岩呈指状相接，形成自生自储型成藏体系，为现今致密油及页岩油勘探新领域，多口井获高产。

(1) 玛南斜坡区在多期构造运动叠加改造下，发育晚海西期—印支期逆断裂、印支期—燕山期的走滑断裂等2类断裂体系。通过多种物探技术，可有效识别不同类型断裂。

(2) 玛南斜坡区深层逆断裂与浅层走滑断裂空间上有效配置形成直通型和接力型等2类输导模式，多发育断层—岩性油藏，是高效油气藏勘探的重要领域。

(3) 准噶尔盆地西北缘具有多源供烃、多期成藏及立体多层系含油的优势。玛南地区中浅层油气富集在湖泛面以下的优质砂岩储层内，中深层油气主要富集在偏细粒的湖相粉砂质泥岩及云质细砂岩中，均为玛南地区下一步重要勘探领域。