吕海涛，韩 俊，张继标，刘永立，李映涛

(1.中国石化 西北油田分公司，乌鲁木齐 830011; 2.中国石化 石油勘探开发研究院，北京 100083)

一直以来，学者们普遍将盆地内断裂带作为重要的油气输导体系，在油气成藏研究中具有重要意义。鲜有学者将断裂带作为具有储集性能的地质体，研究其在物理—化学机制改造下的储集能力。近年来，塔里木盆地顺北油气田超深碳酸盐岩断溶体油气藏的发现，引起了学者们的广泛关注，逐渐认识到走滑断裂带在受到多期构造改造及埋藏或地表下渗流体的溶蚀—胶结作用改造后，可形成具备商业价值的碳酸盐岩缝洞系统[1]。不同于礁滩型、层状白云岩型、岩溶缝洞型和裂缝型等现有储层类型，顺北断溶体与断裂带活动关系密切[2]，是断裂带内部构造破裂、岩体错动、破碎及力学—化学作用下发生物质体积调整的产物，是一种复合的兼具缝洞且与构造呈良好匹配关系的储集体。因此，顺北储集体特征和成储机制的研究将有助于学者们深化理解断溶体概念的理论内涵和外延，具有重要的勘探实践意义，对丰富碳酸盐岩储层形成理论也具有重要意义。

断裂带是具有宽度、长度、厚度及几何形态的地层破碎带，是具有时空概念的构造地质体。БЕЛKИН等[3]首次提出“脉型油气圈闭”的概念，强调脉型圈闭形成于地震应力带上，通过膨胀与破裂和热液改造，极大提高了原先基本不渗透岩石的渗透性能。脉型圈闭的形成与地震断裂带关系密切，指出断层带自身可以形成具备油气储集能力的圈闭，提出了地震断裂带是空间构造地质体的假设。CHESTER等[4]在研究野外走滑断层内部结构的基础上，提出断裂带“两端元”结构，由低渗透性的断层核和高渗透率的破碎带构成。断裂“核—带”结构和“断裂相”系统研究逐渐走入大众视野，证实断裂是具有空间体积和内部结构的三维地质体。罗群等[5]从圈闭捕获、聚集油气的基本地质条件出发，通过对柴达木盆地北缘冷湖构造带稠油封堵型油藏分析，发现油藏大致沿呼通诺尔断层带展布，大胆提出“断层体”圈闭的假设，并对断层体圈闭的储集条件、封闭条件和保存条件做出了理论上的预测。鲁新便等[6]依据断裂带钻井、地震资料及生产动态数据，提出了断溶体圈闭的概念并依据其空间展布形态和控制因素，将其划分为条带状、夹心饼状和平板状等，且分析了不同类型油藏开发效果差异，并进一步对比了塔里木盆地北部古岩溶“层控”油气藏与“断控”型油气藏的特征差异[6-7]。

本文以顺北地区走滑断裂带为研究对象，综合近年来走滑断裂带解析及勘探实践认识，分析走滑断裂带内部结构，探讨断溶体发育特征及成因，为从机理上认识断溶体形成机制提供依据。

1 概况

顺北地区位于塔里木盆地顺托果勒地区北部，处于塔中、塔北2大古隆起的构造鞍部，长期稳定沉降[1-2]。加里东早期，顺北地区处于弱伸展的碳酸盐岩克拉通内，发育近3 000 m的巨厚碳酸盐岩。加里东中期—海西早期，塔里木板块拗陷成盆，形成东西横亘、南北相间的隆坳格局(图1)。相比南部与北部2大隆起区，顺北地区奥陶系碳酸盐岩构造位置相对南北隆起低近2 000 m，自加里东运动中期以来构造相对稳定，目的层系内未见明显的角度不整合发育，实钻也证实该区不具备发育类似塔河大规模表生岩溶缝洞型储层的地质条件[2]。加里东中期Ⅲ幕、加里东晚期—海西早期，受南缘北昆仑洋关闭造山及北缘南天山洋俯冲、消减影响，发生一定程度的抬升剥蚀，形成区域范围的角度不整合界面，但地层序列和构造格局基本未受到影响。

顺北地区寒武系—中下奥陶统以巨厚碳酸盐岩为主，随后碳酸盐岩克拉通消亡，发育上覆巨厚陆棚—滨岸相碎屑岩。海西晚期，北天山洋和南特提斯洋关闭造山，塔里木陆块成为欧亚大陆的南缘，结束海相沉积，以陆相滨浅湖及河流相沉积为主，在塔中—塔北2大古隆起多期活动产生的斜向和旋转应力场控制下，形成了一系列与区域构造事件呈良好匹配关系的板内小尺度走滑断裂带(图1)。走滑断裂带高陡直立，贯穿古生界地层序列，在斜压和斜拉背景下，分别呈现正花状、负花状构造，沿断裂走向呈现明显的横向分段性[1-2]。

图1 塔里木盆地北部构造单元划分及断裂分布

近年来，中国石化西北油田分公司对顺北地区走滑构造开展了含油气性评价，利用超深层水平侧钻工艺，证实了走滑断裂带内部发育规模缝洞系统，走滑断裂带成为具有勘探开发经济价值的储集体，“断溶体”概念逐渐走进学者视野[1-2,8]。

2 断溶体定义及其特征

2.1 断溶体定义

顺北地区钻井揭示奥陶系碳酸盐岩主要储层发育段为一间房组—鹰山组，储层基质物性较差，孔隙欠发育。储层原生储集空间多已破坏殆尽，现今主要储集空间是发育在走滑断裂带内部断层附近的洞穴、裂缝[9-10]，主要表现在钻井过程中发生不同程度的放空、泥浆失返或规模漏失(侧钻水平井放空宽度一般小于5 m，漏速一般大于10 m3/h)现象，代表钻遇了大型裂缝—洞穴型储集体。

断溶体是指发育在巨厚致密碳酸盐岩地层内部，依靠走滑断裂带的构造破裂、岩体错动、破碎形成的增容作用为主，同时叠加多类型流体改造形成的受断裂带控制的、具有勘探开发经济价值的裂缝—洞穴型储集体。碳酸盐岩致密，基岩基本不具备有效储集空间。断溶体的分布范围明显受走滑断裂带控制，埋藏成岩流体的溶蚀、胶结作用，使储集体内部结构更加复杂化。断溶体的主要储集空间类型为垂向分布的近似板状“空腔”型洞穴及伴生缝网系统，主要表现为侧钻过程中常会发生不同程度的放空、漏失现象；其次为沿着裂缝及洞穴发育的少量溶蚀孔洞及孔隙，其中洞穴和缝网系统为主要的储集空间。

与塔河地区喀斯特成因的岩溶缝洞型储层不同，顺北地区洞穴横向宽度都不大，从目前所有钻遇放空的斜井估算其洞穴宽度一般小于5 m，多数在数十厘米到3 m之间，但纵向发育厚度较大(目前钻井揭示最大厚度约580 m)，此类储集体洞穴宽度可能较小[11]，直井一般难以直接钻遇。塔河地区岩心沿裂缝溶蚀特征明显，常见砂泥岩充填、岩溶角砾等现象。而顺北地区岩心与成像测井识别的裂缝多呈高角度—近垂直状，走向多与断裂带走向相似或呈小角度斜交，延伸远，缝壁较平直，溶蚀现象不明显[12]。

2.2 断溶体特征

2.2.1 断层内部结构类型

理论上，走滑断层在内部结构上可表现为“一元裂缝系统”与“二元核带系统”两种结构类型。一元结构断层表现为单一滑动面或雁行式破碎带形成的裂缝系统(图2A，a)；二元核带系统结构断层通常被分成两部分：中低渗透性的断层核和高渗透率的破碎带[4]，内部可能发育“空腔型”洞穴，与断层核相比，破碎带位于断层核两侧且形变程度较低，向外逐渐过渡为致密围岩(图2B，b)。顺北地区钻井证实走滑断裂带存在规模缝洞系统，水平井轨迹或侧斜井轨迹横穿断层的过程中，普遍会发生不同程度的放空、漏失现象，远离断层破碎带和裂缝带的围岩则相对致密[11]，鲜有放空、漏失现象，地层结构较稳定，与走滑断裂内部结构的理论模型较吻合。

图2 走滑断层内部结构的两种结构类型

2.2.2 一元裂缝系统

“一元裂缝系统”是断溶体储层的重要补充，起到连通“核—带”系统中各种孔隙空间的作用，其自身也具备一定的储集性能(图2A)。岩心观察和成像测井是描述井下裂缝发育情况最直接的方法。通过统计裂缝的发育方位及产状，计算裂缝发育密度，发现顺北地区主要发育2种类型裂缝：构造缝和成岩缝。构造裂缝以剪切裂缝为主，裂缝面平直，横向延伸较长，主要介于0～0.5 m之间，裂缝开度主要介于0～0.2 mm之间，是有效裂缝[7]。通过统计走滑断裂不同变形强度的钻井裂缝发育密度，发现断裂变形强度与裂缝发育密度呈正相关。成岩缝形成于成岩压实作用阶段，基本全被方解石、沥青质等充填，规模较小，无油气输导集聚意义，属于无效裂缝。

2.2.3 二元核带系统

“二元核带系统”的缝洞系统和储集结构主要由断层核和破碎带构成。断层核内集中了断层大部分应变和位移量，碎粒岩/碎粉岩的形成可能破坏了构造破裂形成的高孔渗缝洞结构，断层核演化为流体屏障。破碎带则在旋转、位移过程中，形成“点—面”支撑结构的洞穴和缝洞系统(图2B)。两者相伴而生，无法从断层结构中完全剥离研究。

基于钻井常规与成像测井资料，证实井下断层内部存在“核—带”系统。以顺北A井为例(图3)，A井侧钻穿过了一条北北东向的断裂带，平面上井区为“左行右阶”的叠接隆起段，钻井从西往东侧钻穿过了断裂带，钻遇2个断层(图3a,b)。其中，西侧断层成像测井资料揭示核—带结构清楚，断层内部发育破碎裂缝带、破碎角砾带、洞穴等结构(图3c)。测井呈低阻特征，井径测井井眼破碎轻微—强烈，破碎带可见明显地层垮塌现象；成像测井显示正弦曲线状高角度裂缝和洞穴发育，裂缝宽度在1～8 mm，多为开放性裂缝，裂缝走向与断裂带走向呈小角度相交。断层内部不同结构测井孔隙度变化快，介于3%～50%之间。其中破碎带成像测井上呈现“砾状亮斑”特征，测井孔隙度较稳定，介于20%～40%之间；洞穴层测井解释孔隙度变化大，介于6%～50%之间；裂缝带电阻率略低于围岩，基质孔隙不发育，测井孔隙度介于3%～8%之间(图3d)。

图3 塔里木盆地顺北A井区走滑断层内部结构模式

3 断溶体成储机制

顺北油气田勘探实践证实，走滑断裂带可以通过构造破裂作用，在岩体错动、破碎基础上，叠加流体改造形成具有勘探开发经济价值的储集体[1-2]。走滑断裂带不仅是油气输导体系，更成为了“成储、输导、控富”于一体的复合系统，成储、成藏过程均与断裂活动关系密切，这明显不同于礁滩型、层状白云岩型、岩溶缝洞型和裂缝型等传统的储集体成因及油气成藏类型，本质上是一种新的成储机制和特殊油气藏类型。研究认为，断溶体的形成主要有两方面的成因机制：一是走滑断裂带构造破裂增容机制，这也是最主要和重要的成因机制；二是在埋藏流体对其溶蚀、胶结作用带来的储集空间调整改造机制。

3.1 走滑断裂构造破裂增容机制

走滑断裂带断裂构造增容作用是指在致密地层内部，由于断裂构造活动致使内部岩体错动、破碎及在力学—化学作用下发生物质空间的调整，而形成储集空间。

顺北地区走滑断层受控于剪切与挤压两种应力作用，断层附近岩石会产生膨胀—剪切作用，断层两盘岩体在曲面化断层面上发生剪切—滑动，在特定的弯曲部位发生旋转—撕裂，诱发局部引张，产生破裂空腔，破裂空腔两侧发育的诱导裂缝带，发育断层核、断层破碎带及诱导裂缝带。断层核与破碎带往往相伴而生，无法从断层结构中完全剥离。

断层结构中不同部位孔渗条件有差异。断层核内集中了断层大部分应变和位移量，初期构造破裂形成的高孔渗缝洞结构可能遭受破坏，形成低孔渗系统，往往不是最有效储集空间；断层破碎带在旋转、位移过程中形成“点—面”支撑结构的洞穴和缝洞系统，储集空间往往最为有效；断层破碎带两侧发育诱导裂缝带，裂缝系统以压剪缝为主，裂缝开度一般，储集性能较好。顺北地区钻井放空漏失位置地震剖面标定与成像测井资料分析表明，井下断层内部存在“核—带”系统(图3b)。

基于顺北地区走滑断裂带不同构造样式的应力—应变模拟，可将其构造破裂增容机制细分为“核—带”与“脱空”两种模式。正花状构造以“核—带”模式为主，负花状构造以“脱空”模式为主，平移—压脊构造可能同时存在小规模的“核—带”模式和“脱空”模式。

3.1.1 “核—带”模式

“核—带”模式指走滑断层受控于剪切+挤压两种应力作用，发育断层核、断层破碎带及诱导裂缝带。断层核经历了粉碎、溶解、沉淀、矿物间的反应以及破坏原岩结构的力学—化学过程，形成低孔—低渗孔隙系统，不是最有效储集空间。断层破碎带缝网系统发育，破碎角砾在旋转、位移过程中形成“点—面”支撑结构洞穴和缝洞系统，是最有效的储集空间。断层破碎带两侧发育诱导裂缝带，裂缝系统以压剪缝为主，裂缝开度一般，储集性能较好(图4)。

图4 走滑断层内部“核—带”成储机制模式

正花状构造以局部压扭应力场为主，内部结构复杂；构造变形越强，裂缝发育强度越大，断层核也越发育，储层非均质性增强。一般情况下，正花状构造两侧的边界断层集中了断层大部分应变和位移量，“核—带”结构较发育。断裂带内部派生同旋向次级压扭断层和裂缝系统，由于远离边界断层活动区，应力释放程度较低，因此“核—带”结构发育程度较低，形成的储集规模有限。

3.1.2 “脱空”模式

“脱空”模式指走滑断层受控于剪切+拉张两种应力作用，在拉张应力作用下，断层附近岩石会产生膨胀—剪切作用，断层两盘岩体在曲面化断层面上发生剪切—滑动时，会在特定的弯曲部位发生旋转—撕裂，诱发局部引张，产生破裂空腔，形成良好的储集空间(图5a)。破裂空腔两侧发育的诱导裂缝带，以张性裂缝为主，裂缝开度大，具有良好的储集性能。相对于“核—带”模式，“脱空”模式的储层发育规模更大。

负花状构造在走滑运动过程中，会派生局部张扭应力场。一般情况下，负花状构造两侧的边界断层在张扭应力作用下，在断层附近会产生规模较大的破裂空腔，并派生张性缝网系统，形成良好的储集空间。断裂带内部派生高角度张性缝网系统，裂缝型储层较发育(图5b)。

图5 走滑断层内部“脱空”成储机制模式

3.2 流体改造机制

塔里木盆地北部奥陶系碳酸盐岩储层成岩流体从北往南有显著的差异(图6)。塔北主体区发育典型的古喀斯特，成岩流体为大气淡水，储集体为典型的“层控”岩溶缝洞体[6]。塔河南部至托普台—跃进地区，发育受溶蚀走滑断裂带控制的“断控”型油藏[6]。塔河南部位于塔北古隆起斜坡过渡部位，古地形有利于大气淡水在地下水头压力驱动下沿走滑断裂系统，向覆盖区下渗、向深部发生缓慢移动，断层破碎带由于水流汇集，增大了水—岩接触面积。在温度、压力驱动下沿断裂带发生溶蚀改造，不断补充的CO2和淡水使得岩溶作用持续进行，下降流体不饱和溶蚀带不断沿断裂带向深部侵蚀，扩溶构造增储空间，形成具有一定规模并呈线形分布的溶蚀缝洞型储集体(图6)。奥陶系成岩流体是北部古喀斯特系统沿深大断裂带下渗的大气淡水，本质上仍是古岩溶的理论补充和实践延伸。

图6 塔北—塔中地区成岩流体类型与溶蚀模式

承压流体在向深部缓慢流动过程中，会逐渐演化成深循环的地层卤水，溶蚀速率随温度、压力循环变化，逐渐由不饱和溶蚀向过饱和沉淀转变，溶蚀—沉淀过程既可顺序进行，也可交替发生，构造增储空间遭受破坏性改造。此外，断裂的强度和深度也影响着淡水溶蚀的作用范围，因此，开放性的断裂活动是淡水溶蚀的控制性因素。由此可见，贯穿喀斯特生态系统的走滑断裂即使延伸至覆盖区，仍可以遭受沿断裂带下渗大气水的溶蚀改造。重力是该类型流体的主要驱动力，地形是控制水头梯度的重要因素，走滑断裂则是影响承压水体流动路径变化和溶蚀—沉淀过程的主导因素。

顺北地区奥陶系不具备直接暴露的地质条件，上覆古生界碎屑岩厚度大于3 000 m，且地层相对北部平缓，构造坡度小；北部大气淡水沿断裂带深循环难以作用到顺北地区，地层卤水及深部热液流体可沿断裂带向上运移(图6)，对走滑断裂带进行溶蚀扩大、交代增容、结晶增孔等改造，形成一定规模的溶蚀缝洞型储集体。

顺北地区岩心裂缝缝壁常被沥青直接充填，并伴随泥质条带或硅质、黄铁矿、角闪石、长石、方解石等次生矿物[1，12-13]；储层最主要的改造流体以通源走滑断裂导致的上行深埋成岩—成烃流体为主，局部存在热液流体成岩改造特征[14-15]，表明断溶体的洞穴、裂缝发育主要与走滑断裂带的多期活动有关，且埋藏热液流体对裂缝的溶蚀作用可能较弱[1-2]。走滑断裂带的构造破裂作用是储层形成的主要机制，走滑断裂多期活动为后期埋藏流体沿断裂改造提供通道，烃类及时侵位有效抑制方解石的胶结，为储层保存起到了重要的作用[2]。前期报道的顺南4井硅化岩储层[15-17]，其岩相与地球化学特征显示成岩流体受到了高温和深部碎屑岩的影响，其来源于前寒武系碎屑岩低温地层热卤水。

走滑断裂在活动过程中，由于应力释放而构成半开放的成岩体系，热液流体在浮力(热密度)驱动下，沿断裂、裂缝上侵，并对原岩交代、溶蚀改造。由于热液流体性质频繁变化，多具有混合流体特征，通常会发生pH值叠加效应、离子强度(盐度差异)叠加效应和钙离子浓度叠加效应，从而导致混合流体对碳酸盐岩不饱和。一方面，大量不饱和流体沿断层和缝网系统对构造增储空间发生溶蚀改造；另一方面，在热液流体交代原岩过程中，自形度较高的热液矿物晶体在新生变形过程中，以搭建结构堆积成晶间孔隙，可形成沿断裂展布的、规模有限的基质孔隙型储层。此外，随着温度、pH值等在流体上侵过程中交替变化与围岩达到平衡，将陆续有序析出热液矿物组合，导致储层非均质性增强。由此可见，热液流体的主要驱动力为浮力，其溶蚀—沉淀、交代原岩的范围明显受限于走滑断裂带。热液流体只能沿断控缝网系统扩溶和交代，形成溶蚀缝洞型储层和局部的基质孔隙型储层。

4 断溶体的“三端元”成因模型

在对顺北地区断溶体特征及成因机制分析基础上，结合前期塔河南部、顺南等地区研究成果，为更好区分断控背景下储集体成因的差异性，深化了“断溶缝洞体”概念的内涵和外延，提出了断溶型、岩溶型、热溶型“三端元”解释模型(图7)。

图7 塔里木盆地北部奥陶系断溶体“三端元”解释模型

(1)断容型成因端元：是指发育在巨厚致密碳酸盐岩内部，由于盆地内部走滑断裂带幕式活动[18-19]，单纯由走滑断裂的构造增容作用所形成的裂缝和断裂“空腔”型洞穴储集体。由此可外延出一切发育于断裂带内部，由裂缝和断裂“空腔”型洞穴所构成的储集体，岩性可以为碳酸盐岩、碎屑岩、火成岩或变质岩；其形成的机理是因块体的错动而发生的物质空间的调整。包括核带结构(压应力区)与脱空结构(张应力区)两种成因模式，前者受控于剪切+挤压两种应力作用，在主干断裂带附近发育断层核、断层角砾带及诱导裂缝发育带；后者受控于剪切+拉张两种应力作用，特别是在拉张应力作用下，断裂附近会产生破裂空腔，形成良好的储集空间。

(2)岩溶型成因端元：是指主要在水头压力驱动下的大气水，对区域潜水面下的碳酸盐岩，沿断裂带溶蚀扩大后形成的具有一定规模并呈线性分布的溶蚀缝洞型储集体。包括饱和二氧化碳的地层水在温度、压力驱动下，对可溶岩体进行溶蚀扩大，并形成一定规模的缝洞型储集体。

(3)热溶型成因端元：是指地层深部高温热液流体沿断裂带向上运移过程中，对碳酸盐岩溶蚀扩大，并形成一定规模的溶蚀缝洞型储集体。包括一切高于地层温度(大于5 ℃)的地层流体，沿断裂带对基岩进行溶蚀扩大、交代增容、结晶增孔等形成一定规模的储集体。

不同成因端元储层发育主控因素有差异，某个研究区储层发育具有三种端元类型，可以是其中的一种，也可以是其中的两种或三种类型的组合。

5 结论

(1)走滑断裂作为一个空间地质体，具备物理—化学机制下的增容作用，可以在断裂带内部形成伴生的孔隙空间和缝洞系统，形成具有油气勘探开发经济价值的断溶体。流体活动参与到断裂形成演化过程中，对构造增储空间进行二次改造，造成断溶体成储机制复杂化，是断溶体成因机制的理论外延。

(2)塔里木盆地顺北地区走滑断层在内部结构上可表现为“一元裂缝系统”与“二元核带系统”两种结构类型。将断溶体的成因机制划分为“三端元”类型，即断容型、岩溶型和热溶型。断容型可外延至一切发育于断裂带内部，由裂缝、孔洞和“空腔”型洞穴所构成的储集体，不受地层岩性约束。岩溶型和热溶型可外延至喀斯特系统和深循环地层流体系统中所有的不饱和性流体，流体以重力或浮力为主要驱动力，沿断裂系统提供的流动路径网络发生溶蚀—沉淀改造，形成溶蚀缝洞型储集体。