塔里木盆地博孜——大北地区被动走滑构造特征及其对裂缝发育的控制作用.pdf

第 44 卷 第 4 期2023 年 8 月OIL&GAS GEOLOGY塔里木盆地博孜大北地区被动走滑构造特征及其对裂缝发育的控制作用郭宏辉1，冯建伟1，赵力彬2，31.中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，山东 青岛266580；2.中国石油 塔里木油田公司，新疆 库尔勒84100；3.中国石油大学（北京）地球科学学院，北京102249摘要：库车坳陷位于南天山山前，受多期造山作用、基底先存构造与盐构造等因素的影响，构造格局复杂。明确此类复杂构造系统对裂缝发育的控制作用，对天然气勘探开发具有重要意义。基于前人的研究成果，结合最新地震、露头调查、成像与岩心资料等，系统性总结分析了博孜大北地区构造模式及裂缝分布特征。研究结果表明，新生代以来研究区在天山造山运动与塔里木板块旋转联合控制作用下，构造系统在冲断的基础上发生被动走滑；在多条NEE向逆冲断层控制下，研究区构造体系南北方向上具有显著差异，呈现明显的分带特征；在走滑调节构造控制下，东西方向上走滑与逆冲相互转化，呈现明显的构造分段特征；断层被动走滑是有效缝发育的主控因素，断层走滑扰动应力场控制下的裂缝发育呈现分带特征；断层走滑作用下形成的断-缝系统是提高井产能的关键。此外，探讨了博孜大北地区被动走滑构造控制下的裂缝发育规律及井产能特征，为裂缝发育机理的进一步研究提供了基础，同时也为此类油气田勘探开发提供一定的参考。关键词：被动走滑；有效缝；断层扰动应力场；裂缝分布；构造模式；库车坳陷；塔里木盆地中图分类号：TE122.3 文献标识码：ACharacteristics of passive strike-slip structure and its control effect on fracture development in Bozi-Dabei area，Tarim BasinGUO Honghui1，FENG Jianwei1，ZHAO Libin2，31.School of Geoscience，China University of Petroleum（East China），Qingdao，Shandong 266580，China；2.Tarim Oilfield，PetroChina，Korla，Xinjiang 841000，China；3.Collgeg of Geoscience，China University of Petroleum（Beijing），Beijing 102249，ChinaAbstract：The Kuqa Depression is of complex structural pattern under multi-stage orogeny，basal pre-existing structure and salt structure in the Meso-Cenozoic South Tianshan Mountains.It is of great significance to clarifying the control effect of such complex structural systems on fracture development.Based on the research results of predecessors，combined with the latest seismic data，outcrop survey，imaging data and core data，we systematically summarize and analyze the structural pattern and fracture distribution characteristics of the Bozi-Dabei area.The results show that since the Cenozoic，under the joint control of the orogeny of the Tianshan Mountains and the rotation of the Tarim plate，the structural system has passively slipped after thrusting.Under the control of multiple NEE-trending thrust faults，the structural system in the study area shows significant differences from south to north，showing obvious zonation；and under the control of the strike-slip adjustment structure，the strike-slip and thrust structures occur alternatively from east to west，showing obvious structural segmentation.Passive fault strike-slipping serves as the main factor controlling effective fracture development，resulting in zonation of fracture development under the control of strike-slip fault disturbance stress field.The fault-fracture system formed by the action of fault strike-slipping is key to increasing well productivity.This study discusses the fracture development pattern and well productivity characteristics under the control of passive strike-slip structure in the Bozi-Dabei area，which is of a basis to further research on the fracture 文章编号：0253-9985（2023）04-0962-14doi：10.11743/ogg20230413收稿日期：2023-01-16；修回日期：2023-06-23。第一作者简介：郭宏辉（1995），男，硕士研究生，构造地质、工程地质。E-mail：guohonghui_。通信作者简介：冯建伟（1979），男，博士、副教授，构造地质学。E-mail：linqu_。基金项目：国家自然科学基金面上项目（ZX20200204）；中国石油重大科技项目（ZD2019-183-006）。development mechanism and of certain referential significance to the exploration and development of similar oil and gas fields.Key words：passive strike-slipping，effective fracture，fault disturbance stress field，fracture distribution，structural model，Kuqa Depression，Tarim Basin引用格式：郭宏辉，冯建伟，赵力彬.塔里木盆地博孜大北地区被动走滑构造特征及其对裂缝发育的控制作用 J.石油与天然气地质，2023，44（4）：962-975.DOI：10.11743/ogg20230413.GUO Honghui，FENG Jianwei，ZHAO Libin.Characteristics of passive strike-slip structure and its control effect on fracture development in Bozi-Dabei area，Tarim Basin J.Oil&Gas Geology，2023，44（4）：962-975.DOI：10.11743/ogg20230413.随着全球油气勘探从常规走向非常规、从浅层走向深层乃至超深层，深层-超深层油气资源受到普遍关注并不断取得突破，其中致密砂岩储层己成为目前研究的热点之一1-4。近年来，在塔里木盆地库车坳陷克拉苏构造带西部博孜大北地区连续取得天然气勘探的突破，成为继克拉-克深气田后的又一个万亿方大气区。中国深层致密砂岩储层以陆相沉积为主，有着埋藏深、成岩作用强、低孔低渗、高温高压和构造复杂等独特的地质特征。研究区断层被动走滑及裂缝系统不仅是改善储层物性、提高气藏产能的关键，也是重要的渗流通道和储集空间。目前，断层走滑发育的典型力学机制为纯剪切与简单剪切5-8。然而并不是所有断层均符合此类应力机制，肖坤泽与童亨茂9-10根据断层走滑的动力学机制提出了主动走滑断层和被动走滑断层，主动走滑断层应力机制为纯剪切或简单剪切，被动走滑断层是指在伸展应力或挤压应力机制下形成的走滑断层。伸展或挤压作用下地层几何变形受限时，与断层相关的伸展或挤压活动将会减弱，断层两盘将会发生走滑错动，以平衡变形空间与应力、应变之间的关系11。与童亨茂先生文中所讨论的被动走滑构造不同的是，博孜大北地区被动走滑构造不单是在挤压应力背景下发育的，亦受塔里木板块旋转的影响，但塔里木板块的旋转亦是在新生代印藏板块碰撞的远程挤压效应下产生的12-14。在构造挤压与板块旋转的共同作用下，天山造山带发育东端收敛、西端撒开的大型帚状构造体系。李四光先生在 地质力学概论 一书中，将帚状构造划分为旋扭构造的一种15。博孜大北地区显然属于天山造山带旋扭构造体系，结合塔里木盆地的旋转特征，也证明了博孜大北地区断裂体系在周缘构造系统的控制作用下发生了被动走滑。在这样的构造系统下，博孜大北地区首先发生一系列前陆冲断构造，后因挤压变形受限及塔里木板块旋转的影响，近东西向逆冲断层发生左旋走滑改造，同时新生了一系列近南北向走滑构造。这种走滑活动导致断层周缘应力条件发生变化，裂缝发育参数也随之改变，对研究区裂缝系统的发育具有重要的影响16-19。目前，针对这种挤压与被动走滑联合应力作用下的构造模式研究相对较少，此类构造对裂缝发育的控制作用认识仍然薄弱，阻碍着研究区气藏的勘探开发进展。因此，明确博孜大北构造系统下的裂缝分布规律，完善裂缝研究理论与方法体系，有利于为此类油气田的高效勘探开发提供重要科学依据。1地质概况库车坳陷位于塔里木盆地北部、天山南缘，东西长550 km，南北宽30 80 km，总面积约3.7104 km2，博孜大北地区位于库车坳陷克拉苏构造带西部，整体呈NEE向展布，是南天山造山运动控制下的前陆冲断带（图1b）20-21。晚二叠世早三叠世，库车坳陷属于前陆盆地发育期，天山造山带初步形成，整体变形程度较低，仅中天山有一定程度的隆升22。侏罗纪，盆地属于陆内断-拗期，盆地表现为弱伸展环境下形成的断陷盆地，天山造山带遭受一定程度的剥蚀，此时期构造相对稳定，仅克拉苏构造带发育少量伸展断层。白垩纪古近纪的陆内拗陷时期，盆地变为弱挤压状态下的拗陷盆地，晚白垩世发生局部区域隆升事件，导致白垩系遭受不同程度剥蚀，构造变形自南向北减弱，库车坳陷与南部隆升构造变形的基本格局在此时期形成20-22。新近纪第四纪，南天山造山带构造运动活跃，早期造山活动整体较弱，受北部造山带影响，库车坳陷发生挠曲变形，博孜大北地区整体表现为弱挤压环境下的地层挠曲变形，盐下构造层开始形成小断距逆冲断层及较宽缓褶皱。造山运动晚期，博孜大北地区遭受强烈挤压，形成了多个线性褶皱带，同时盐下断裂系统进一步发育，北部发育高角度基底卷入逆冲断裂，南部发育多条南向逆冲断层，形成了成排展布的叠瓦冲断构造，盐上层褶皱变形受断层切穿破坏，形成现今的构造形态23-24。研究第 4 期郭宏辉，等.塔里木盆地博孜大北地区被动走滑构造特征及其对裂缝发育的控制作用development mechanism and of certain referential significance to the exploration and development of similar oil and gas fields.Key words：passive strike-slipping，effective fracture，fault disturbance stress field，fracture distribution，structural model，Kuqa Depression，Tarim Basin引用格式：郭宏辉，冯建伟，赵力彬.塔里木盆地博孜大北地区被动走滑构造特征及其对裂缝发育的控制作用 J.石油与天然气地质，2023，44（4）：962-975.DOI：10.11743/ogg20230413.GUO Honghui，FENG Jianwei，ZHAO Libin.Characteristics of passive strike-slip structure and its control effect on fracture development in Bozi-Dabei area，Tarim Basin J.Oil&Gas Geology，2023，44（4）：962-975.DOI：10.11743/ogg20230413.随着全球油气勘探从常规走向非常规、从浅层走向深层乃至超深层，深层-超深层油气资源受到普遍关注并不断取得突破，其中致密砂岩储层己成为目前研究的热点之一1-4。近年来，在塔里木盆地库车坳陷克拉苏构造带西部博孜大北地区连续取得天然气勘探的突破，成为继克拉-克深气田后的又一个万亿方大气区。中国深层致密砂岩储层以陆相沉积为主，有着埋藏深、成岩作用强、低孔低渗、高温高压和构造复杂等独特的地质特征。研究区断层被动走滑及裂缝系统不仅是改善储层物性、提高气藏产能的关键，也是重要的渗流通道和储集空间。目前，断层走滑发育的典型力学机制为纯剪切与简单剪切5-8。然而并不是所有断层均符合此类应力机制，肖坤泽与童亨茂9-10根据断层走滑的动力学机制提出了主动走滑断层和被动走滑断层，主动走滑断层应力机制为纯剪切或简单剪切，被动走滑断层是指在伸展应力或挤压应力机制下形成的走滑断层。伸展或挤压作用下地层几何变形受限时，与断层相关的伸展或挤压活动将会减弱，断层两盘将会发生走滑错动，以平衡变形空间与应力、应变之间的关系11。与童亨茂先生文中所讨论的被动走滑构造不同的是，博孜大北地区被动走滑构造不单是在挤压应力背景下发育的，亦受塔里木板块旋转的影响，但塔里木板块的旋转亦是在新生代印藏板块碰撞的远程挤压效应下产生的12-14。在构造挤压与板块旋转的共同作用下，天山造山带发育东端收敛、西端撒开的大型帚状构造体系。李四光先生在 地质力学概论 一书中，将帚状构造划分为旋扭构造的一种15。博孜大北地区显然属于天山造山带旋扭构造体系，结合塔里木盆地的旋转特征，也证明了博孜大北地区断裂体系在周缘构造系统的控制作用下发生了被动走滑。在这样的构造系统下，博孜大北地区首先发生一系列前陆冲断构造，后因挤压变形受限及塔里木板块旋转的影响，近东西向逆冲断层发生左旋走滑改造，同时新生了一系列近南北向走滑构造。这种走滑活动导致断层周缘应力条件发生变化，裂缝发育参数也随之改变，对研究区裂缝系统的发育具有重要的影响16-19。目前，针对这种挤压与被动走滑联合应力作用下的构造模式研究相对较少，此类构造对裂缝发育的控制作用认识仍然薄弱，阻碍着研究区气藏的勘探开发进展。因此，明确博孜大北构造系统下的裂缝分布规律，完善裂缝研究理论与方法体系，有利于为此类油气田的高效勘探开发提供重要科学依据。1地质概况库车坳陷位于塔里木盆地北部、天山南缘，东西长550 km，南北宽30 80 km，总面积约3.7104 km2，博孜大北地区位于库车坳陷克拉苏构造带西部，整体呈NEE向展布，是南天山造山运动控制下的前陆冲断带（图1b）20-21。晚二叠世早三叠世，库车坳陷属于前陆盆地发育期，天山造山带初步形成，整体变形程度较低，仅中天山有一定程度的隆升22。侏罗纪，盆地属于陆内断-拗期，盆地表现为弱伸展环境下形成的断陷盆地，天山造山带遭受一定程度的剥蚀，此时期构造相对稳定，仅克拉苏构造带发育少量伸展断层。白垩纪古近纪的陆内拗陷时期，盆地变为弱挤压状态下的拗陷盆地，晚白垩世发生局部区域隆升事件，导致白垩系遭受不同程度剥蚀，构造变形自南向北减弱，库车坳陷与南部隆升构造变形的基本格局在此时期形成20-22。新近纪第四纪，南天山造山带构造运动活跃，早期造山活动整体较弱，受北部造山带影响，库车坳陷发生挠曲变形，博孜大北地区整体表现为弱挤压环境下的地层挠曲变形，盐下构造层开始形成小断距逆冲断层及较宽缓褶皱。造山运动晚期，博孜大北地区遭受强烈挤压，形成了多个线性褶皱带，同时盐下断裂系统进一步发育，北部发育高角度基底卷入逆冲断裂，南部发育多条南向逆冲断层，形成了成排展布的叠瓦冲断构造，盐上层褶皱变形受断层切穿破坏，形成现今的构造形态23-24。研究963第 44 卷石 油 与 天 然 气 地 质区主要含气层系为下白垩统巴什基奇克组（K1bs）和巴西改组（K1bx）砂岩储层，埋深为5 300 7 800 m，实测基质有效孔隙度平均为4.8%，岩心、成像测井及钻井资料表明储层中构造缝普遍发育，为典型的深层-超深层裂缝性致密砂岩储层。下伏地层为下白垩统舒善河组（K1sh）和亚格列木组（K1y），与目的层呈整合接触，上覆地层为古近系库姆格列木群（E1-2km）膏盐层，与目的层呈角度不整合接触。古近系膏盐岩在高温高压条件下发生强烈的塑性流动，形成了盐上和盐下两套构造层25。2博孜大北地区构造发育特征经过前期地震资料解释和地质背景调研，初步明确了博孜大北地区盐上层以滑脱形成的相关褶皱为主，盐下层以一系列切穿基底的高角度逆冲断层、滑脱于中生界层内的逆冲叠瓦构造为主，整体组成了5 7排呈阶梯状向北部逐级抬升的冲断体系26-27。平面上，受左旋压扭应力场控制，由西向东可分为阿瓦特段、博孜段和大北段，构造变形具有“南北分带、东西分段”的特征28。2.1垂向构造特征大北段地震剖面AA显示出了前陆冲断带独特的“垂向分层”特征，可划分为两套构造层（图2a）。盐上层构造变形相对简单，主要在山前发育一些冲断构造及与盐层上拱发育的大型背斜。盐下层呈现多重推覆特征，发育大量断层相关褶皱，断-褶系统在垂向上AA0o30o60o90o120150180210270o300o330o240-5 500A5库车克拉苏构造带B103JSB10B101B105B2D1D1702XD17D1701XB9B18帕米尔伊宁乌鲁木齐北天山断裂吐鲁番盆地敦煌祁连山构造带柴达木盆地喀什柯坪阿克苏天山构造带库尔勒东昆仑断裂青藏高原康西瓦断裂民丰叶城西昆仑构造带和田铁克里克断裂东昆仑构造带若羌阿尔金山00005000-500-3 500-4 000-4 500-5 000-5 500-4 500-5 500-5000-5 500-3 500-3 000-2500-2000-2 500-3 000-3 500-3 500-7 000-6 500-6 500-6 000-6 000-6 500-6 000-5500-5500-5 500-5 000-5 500-4 500-5 000-5 500-5 000-4 500-5 000-4500-5 500-4 500-4 000-4 500-5000-5 000-5 000-4 000-4 500-3 500-4 000-4 000-3 500-4 000-3500-4 000-4 500-4 000-4 500-4 500-5 000-5 000-5500-6 000-6 500-7000-6500-6 000-5500-6 500-6 000-6 500-7 000-4 500-5500-7 000-6 000-7 000-7500-7 000-6 500-7 000-7 000-6 500-5 500-6 000-5500-5 500-5 500-4 500-5 000-4 500-4 500-4 000-4 000-3 500-4 000AABBCCDEEFFF1F6F3F2F4F5纪 世QNEKJTPN2N1E3E2E1K2K1J3J2J1T3T2T1D17井D902井D9井B1202井B12井dcb库车塔吾背斜200 kma20 km阿瓦特背斜却勒盐丘博孜敦背斜(盐丘)D17井B3井图1c吐孜玛扎盐丘拜城大宛齐背斜北秋里塔格背斜南秋里塔格背斜库姆格列木背斜咯桑托开背斜(盐丘)巴什基奇克背斜库车地质时代时间/Ma沉积地层盆地演化阶段划分构造运动背景天山隆升时间应力方向与优势裂缝走向1.645.2023.336.653.065.097.5144163187208230240245Q1xN2kN1kN1 jE2-3sE1-2kmK2-3K1bsK1bK1shK1 yJ3kJ3qJ2qJ2kJ1yJ1aT3tT2-3hT1-2klT1eh前陆冲断带陆内拗陷陆内断拗前陆盆地晚期中期早期燕山期印支海西期喜马拉雅期25 Ma75 50 Ma142 120 Ma280 230 Ma10 km-5 500-5 000-6 500-4 500-5 000-4 500-4 000500-1 000-1 500-2 000500500-1 000-500-2 000A3-2 000-1 5001 000500-1 000-1 500B1202-3 000-3 500-5 000-5 000B12-5 500-4 000B3-1X-3 000B3B1203B1201B301-4 000B3-3X-4 000-3 500-3 000-3 500-4 000-3 500-4 500-5 500B302B104B102-3 000-3 500D2F1:博孜-克拉断裂F2:克深1号断裂F3:克深2号断裂F4:克深断裂F5:克深4号断裂F6:拜城断裂20条0条B3井0330300270240210306090120150180033030027024021030609012015018003303002702402103060901201501800330300270240210306090120150180033030027024021030609012015018003303002702402103060901201501800330300270240210306090120150180B3-3X井B301井D1701井033030027024021030609012015018003303002702402103060901201501800330300270306090B101-2井B104井B2井B24井0330300270240210306090120150180033030027024021030609012015018003303002702402103060901201501800330300270240210306090120150180A5B1JSB101-2D901 D902D9D903D201准噶尔盆地塔里木盆地井位地名基底走滑断层裂缝走向玫瑰花图一级断层二级断层三级断层膏岩层基底古隆起圈闭等高线研究区背斜河流走滑调节断层地震测线砾岩含砾砂岩粗砂岩中砂岩细砂岩粉砂岩泥质砂岩 含泥砂岩泥岩石膏岩盐岩含泥膏岩 泥质膏岩 膏质泥岩 含膏泥岩煤层地层缺失板块旋转方向-DB1201井240210120150180图1 博孜大北地区构造及地层发育特征Fig.1 Tectonic and stratigraphic characteristics of the Bozi-Dabei area within Kuqa Depressiona.塔里木盆地周缘构造发育特征；b.博孜大北地区构造位置；c.研究区白垩系顶面构造图；d.博孜大北地区地层综合柱状图964第 4 期郭宏辉，等.塔里木盆地博孜大北地区被动走滑构造特征及其对裂缝发育的控制作用扭动走滑构造带多重推覆褶皱带横向挤压强制走滑冲断带扭动走滑构造带多重推覆褶皱带横向挤压强制走滑冲断带扭动走滑构造带多重推覆褶皱带多重推覆褶皱带扭动走滑构造带ABBD17井B103井 B1302井CCDDNNWB1201井B1301井 B12井NNWB18井NEEFFEENNWB1202井横向挤压强制走滑冲断带横向挤压强制走滑冲断带A挤压走滑冲断构造段走滑调节构造段垂向剪切挤压走滑构造段QKN2kN1QKQbacef海拔/m0海拔/m海拔/m-10 000-8 000-6 000-4 000-2 0002 0000-10 000-8 000-6 000-4 000-2 0002 0000-10 000-8 000-6 000-4 000-2 0002 000NNWD9井Nk1-21E1-2km5E1-2kmQN2kN1Nk1-21E1-2km5E1-2kmQKN2kN1Nk1-21E1-2km5E1-2kmNNW海拔/m1 500-500-2 500-4 500-6 500-8 500-10 500海拔/m1 000-1 000-3 000-5 000-7 000-9 000KQN2kN1Nk1-21E1-2km5E1-2kmKN2kN1Nk1-21E1-2km5E1-2km海拔/mD901井1 750-250-2 250-4 250-6 250-8 250-10 250KQN2kN1Nk1-21E1-2km5E1-2km地层界线断层d图2 博孜大北地区典型地震剖面构造解释（剖面位置见图1c）Fig.2 Seismic interpretation of typical structural section in Bozi-Dabei area（see Fig.1b for the section location）a.剖面AA；b.剖面BB；c.剖面CC；d.剖面DD；e.剖面EE；f.剖面FF965第 44 卷石 油 与 天 然 气 地 质具有空间叠置特征。由山前向盆内，构造样式由似花状构造变为高角度逆冲构造再变为低角度逆冲叠瓦构造，这反映了挤压作用逐渐减弱，空间应力状态随之变化。山前的花状或似花状构造样式代表了压扭或被动走滑环境的存在，这种盆内水平收缩和山前走滑抬升的构造特征说明了库车前陆冲断带的特殊性，基于这种构造特征，本文提出了走滑-冲断构造。剖面BB与剖面AA相比，关键差异在于盐上褶皱的规模和间距、盐下叠瓦冲断构造数量、断层冲断程度变化及垂向上构造叠加形式。剖面BB中盐上层整体变形较弱，背斜规模明显减小，盐下层推覆强度也相对减弱。其中，盐下逆冲叠瓦构造的数量明显增多，但规模小于东部，且反冲构造基本不发育（图2b）。剖面CC位于博孜段中部，北部发育高角度逆冲构造，基底逆冲强烈，向盆内逆冲叠瓦构造变形程度明显减弱。剖面EE位于阿瓦特-博孜过渡段，发育典型楔形冲断叠瓦构造，构造垂向抬升显著。剖面FF位于博孜-大北段，发育一定的走滑特征构造，如“Y”字形构造与似花状构造等，但走滑引起的地层变形规模较小，走滑作用相对较弱，东部整体在逆冲的基础上发育较大规模的似花状构造或多级“Y”字形构造，断层的一支向盆内延伸。2.2平面构造特征根据三维地震资料解释及前人研究成果认为，研究区近SN向基底走滑断层与走滑调节构造发育29-30，断层走滑量呈现由西向东衰减的趋势，同排构造走滑量与逆冲推覆量具有相互转化的特点，断层或褶皱水平位移的减小伴随着垂向位移的增加（图3c，d）。阿瓦特段及博孜段西缘因基底古隆起遮挡作用构造变形空间有限，在近SN向构造挤压作用下发育阶梯状向北抬升的断褶系统。古隆起边缘发育的基底走滑断层导致大北段与博孜段的构造样式发生了较大转变31，大北段构造走向向北偏转，主断层间雁裂式断层组合减少，这反映了以挤压为主的应力环境。在南北方向上，研究区构造系统被多条NEE向断裂带划分为多个条形狭窄构造单元，由北向南逆冲幅度减弱。在构造挤压变形后期，褶皱前端逐渐稳定，构造变形转变为盖层逆冲滑脱，表现为断-褶系统前端断距小、后端断距大的特征。博孜大北地区从北向南依次发育山前高角度逆冲推覆构造、似花状构造或多级“Y”字形构造、断展褶皱和叠瓦构造等，同时伴有被动走滑改造特征，如花状abcd05001000150020002500102030405060708090100110B1202B3B3-2XB3-K2B1203B1301B13B103B10B2100 80604020100 80604020垂直断距/m由西向东距测线EE距离/km博孜-克拉断裂克深1号断裂克深2号断裂克深断裂克深4号断裂拜城断裂井号波幅/m1 000600200由西向东距测线EE距离/km水平滑距/m3 5002 5001 500500水平滑距/m3 5002 5001 500500博孜-克拉断裂由西向东距测线EE距离/km克深断裂图3 博孜大北地区断褶系统空间变化特征Fig.3 Spatial variation characteristics of fault-fold system in Bozi-Dabei areaa.博孜大北地区断裂垂直断距空间变化特征；b.博孜大北地区各井位褶皱波幅特征；c.博孜-克拉断裂水平滑距变化特征；d.克深断裂水平滑距特征966第 4 期郭宏辉，等.塔里木盆地博孜大北地区被动走滑构造特征及其对裂缝发育的控制作用或似花状构造、雁列褶皱等。库车坳陷及整个塔北地区平面断裂体系平面上整体呈现西端撒开、东端收敛的帚状特征（图1a），博孜大北地区的地震水平切片也可识别出明显的帚状破碎区域，深部破碎带较窄，浅部破碎带相对较宽（图4a）。根据旋扭构造动力学理论，帚状断层是旋扭构造的基本样式，旋扭构造由两部分组成：一是旋扭的核心；二是围绕着核心的各种弧形褶皱和断层，称旋扭面（图4c）32。旋扭面在旋扭核心的动力机制带动下发生走滑，内旋面运动方向指示收敛方向，沿内旋面运动方向走滑作用减弱，旋扭面撒开度，（）差异与旋扭面力学性质有关，旋扭构造类型也有所不同。撒开度小（30），旋扭面多为单剪性质，易构成环状旋扭构造；撒开度大（90），旋扭面多为张剪性，常构成辐射状旋扭构造；撒开度中等时（4580），旋扭面多为一般剪切或压剪性质。天山南缘断裂展布特征明显属于压性旋扭帚状构造样式，研究区地震切片帚状构造撒开度在30左右，表现为典型的单剪（扭）旋扭构造体系。这种旋钮构造的发育，证明了挤压条件下研究区断层被动走滑，最大主应力方向与帚状构造体系近于垂直，越靠近帚状构造收敛区域最大主应力方向与走滑断层走向越近于平行（图4d），这种断层系统局部应力状态的变化，同时影响着裂缝系统的发育。3走滑-冲断构造模式新生代南北向构造挤压与造山运动过程中，博孜大北地区受北部造山带阻挡的影响，构造变形空间受限，强烈的挤压作用导致产生了沿造山带走向近于平行的斜向挤压分量，这种斜向挤压与塔里木板块顺时针旋转导致NEE向断层被动走滑，地震剖面可见正花状构造，断层走滑机制与库车坳陷依南气田左行走滑断层发育的动力学机制相似33。在持续的构造挤压与被动走滑过程中，研究区北缘断层持续向前陆逆冲推覆，形成了一系列的断弯褶皱、断展褶皱及相关的逆冲叠瓦构造等，组成库车坳陷的褶皱-冲断带。与此同时，逆冲断层在冲断推覆过程中受到斜向挤压作用，断层将沿着斜向挤压方向被动走滑，随之发育花状分支断层，形成类似“躺倒状”式花状构造，例如博孜段部分被改造的低角度逆冲断层。根据构造样式的差异，由北向南博孜大北地区可划分为山前横向挤压强制走滑冲断带、挤压推覆褶皱带及扭动走滑构造带（图2a）。左旋走滑构造带南北界限分别为拜城断裂与克深4号断裂，该带逆冲变形较弱，NNab帚状构造边界26帚状构造边界10 km10 km帚状构造边界23帚状构造边界断层帚状构造边界帚状构造行迹旋转方向撒开度旋面旋回层砥柱旋面旋向水平最大主应力方向水平最小主应力方向外旋内旋d收敛方向撒开方向旋面旋面旋回层旋回层砥柱撒开度chminhmax23图4 博孜大北地区深部帚状构造特征与压性旋扭构造模式Fig.4 Characteristics of deep broom-like structures and compressive rotational shear structure in Bozi-Dabei areaa.海拔6 500 m地震资料水平切片构造发育特征；b.海拔7 500 m地震资料水平切片构造发育特征；c.压性旋扭构造特征（据李东旭2003，有修改）；d.旋扭构造应力迹线（据李东旭2003，有修改）（hmin为水平最小主应力；hmax为水平最大主应力。）967第 44 卷石 油 与 天 然 气 地 质断层规模小，剖面可见走滑特征。挤压推覆褶皱带南北界限为克深4号断裂与克深断裂，构造变形表现为多重推覆，逆冲叠瓦构造具有垂向叠置的特征。克深断裂以北为山前横向挤压强制走滑冲断带，博孜-克深断裂为该带走滑-冲断的主控断裂，断裂持续被动走滑上切新近系，发育挤压环境下的大规模似花状构造。在持续冲断推覆的同时，研究区发育一系列与造山带近似垂直的走滑构造来调节不同部位的构造变形，多条近南北向河流发育、地层与地形的错断特征及地震剖面上正花状构造均指示了近SN向走滑断层的发育（图1a，图2b）34。另外，规模较大的走滑断层必然导致断层两侧构造发育突变式的差异，产生走滑与逆冲作用的转换，构造样式与断层断距的变化指示了这种转换规律（图3a）。例如，博孜段向大北段的过渡地区断层发育以小规模逆冲兼具走滑为特征，断层断距普遍较小（800 m），由此可将研究区划分为西部垂向剪切挤压走滑构造段、中部走滑调节构造段、东部挤压走滑冲断构造段（图2e，f）。垂向剪切挤压走滑构造段具体区域为阿瓦特段与博孜段西缘，主要发育呈阶梯状抬升的高角度逆冲断层，古隆起边缘发育大规模基底走滑断层。中部挤压走滑构造段为博孜段向大北段过渡的大部分区域，多见走滑特征构造，如“Y”字形构造与似花状构造等，但整体规模较小。大北段为挤压走滑冲断构造段，冲断构造在南北方向上走滑特征显著，走滑断层的一支向盆内延伸，整体呈现规模较大的似花状构造或多级“Y”字形构造。4裂缝发育特征根据钻井岩心裂缝识别和成像测井资料，白垩系储层以高角度剪切缝为主，裂面平坦，延伸距离长，开度较小（0.1 0.3 mm），少量小尺度缝被方解石或石膏充填。张性缝所占比例很小，通常缝面粗糙，延伸距离短，开度大（2 mm），多数被方解石或石膏充填。在成像测井资料中，可见 B301 井 5 939 5 941 m 与5 955 5 958 m深度处发育两组几乎平行的裂缝，而在5 857 5 858 mm与5 927 5 929 m深度处发育网状裂缝（图5b）。在B1203井6 560 6 590 m深度处，可以看到一系列具有不同倾角的裂缝，且发育大量高角度缝，在6 566 6 572 m深度处，可以观察到由高角557715010090150040140FMIdbcefg地层a6 5606 5706 5806 5906 6006 6106 6206 6306 6406 6506 6606 670E1-2kmK1bs3E1-2kmK1bs3K1bx1K1bx1K1bx2深度/mDT/(s/ft)岩性剖面GR/APIdega090FMI地层深度/mDT/(s/ft)岩性剖面GR/APIdega03303002702402103060901201501800330300270240