0 引言
塔里木盆地奥陶系灰岩基质储层孔隙度（小于2%）和渗透率（小于0.5×10−3 μm2）极低，沿走滑断裂带发育次生缝洞储集体，并控制油气的富集与高产[7-9]。前期研究认为，隆起区缝洞储集体受控于岩溶作用[10-12]，但存在加里东期不同幕次及海西期的岩溶作用控储的争议，也有准同生期、表生期与埋藏期成储机理的认识分歧。近期钻探揭示坳陷区缺乏大规模风化壳岩溶作用，走滑断裂具有重要的成储作用，研究提出了走滑断控型储层的地质概念模型[12-13]。但是，走滑断裂的控储作用认识分歧大，优质储集体的形成时间与机理认识不清。另外，由于走滑断裂带储集体规模小、埋深大、结构与分布复杂，现有地震技术难以精确刻画[14]，即使在富油气走滑断裂带，也有较多的失利井和低产井。勘探开发实践表明，塔里木盆地走滑断裂带油气藏中60%以上的钻井缺乏经济效益，大约20%钻遇缝洞储集体的钻井支撑了80%以上的油气产量。因此，深入研究这类复杂储集体的关键形成期及其形成机理具有重要的理论与实践意义。
本文基于储层岩心与三维地震储层反演资料，综合缝洞储层方解石胶结物原位U-Pb测年、流体包裹体及地球化学资料分析，探讨塔里木盆地北部坳陷区超深层走滑断裂带的储层形成主控因素，建立储层发育模式，以期为超深层走滑断裂带复杂储集体的勘探开发提供理论依据。
1 地质背景
塔里木盆地位于中国西北部，是经历多期构造-沉积演变的叠合盆地[15]。塔里木盆地可划分为9个一级构造单元，分别为库车坳陷、塔北隆起、北部坳陷、巴楚隆起、塔中隆起、塔东隆起、塘古坳陷、西南坳陷和东南坳陷（见图1a）。研究区位于北部坳陷阿满过渡带，夹持于塔中隆起与塔北隆起之间，东接满加尔凹陷，西邻阿瓦提凹陷，形态整体呈现马鞍状。盆地内寒武系—上奥陶统台地相碳酸盐岩发育，分布面积达30×104 km2，厚度逾2 000 m，发育下寒武统与中—上奥陶统烃源岩及多套优质储-盖组合，形成多期成藏与多含油气层段的复式成藏系统[10,16]，油气资源丰富。以“古隆起控油、斜坡富集”理论指导，在塔北隆起与塔中隆起中—上奥陶统灰岩已发现了一系列潜山岩溶型、台缘礁滩型与层间岩溶型储层控制的油气田[9,12]。近年来，在阿满过渡带超深层发现了富满油田和顺北油田，形成塔北—阿满—塔中地区连片含油气的环阿满油气区[7]（见图1b）。
环阿满油气区已发现的油气主要位于中奥陶统一间房组，少量分布于中—下奥陶统鹰山组上部[9]。奥陶系储层埋深多为6 000~8 500 m，岩性以灰岩为主（见图1c），原生孔隙几乎消失殆尽，基质储层趋向致密。阿满过渡带奥陶系碳酸盐岩上覆厚度逾1 000 m的上奥陶统桑塔木组泥岩，缺乏风化壳岩溶储层发育的地质条件，推断为断控缝洞储层发育区[7-9]。环阿满油气区走滑断裂发育[17]，并能沟通寒武系底部烃源岩与上部奥陶系碳酸盐岩储层，沿走滑断裂带富集成藏。通过重新认识与钻探，发现古隆起区哈拉哈塘油田、塔河油田奥陶系风化壳型油藏及塔中Ⅰ号气田奥陶系礁滩型和风化壳型油气藏也沿走滑断裂带富集，走滑断裂具有重要的控储控藏作用[7-9]。其中阿满地区中北部—塔北地区以油藏为主，阿满南部—塔中地区以凝析气藏为主，均具有“西油东气”的油气分布。连通的缝洞储集体及其周缘致密碳酸盐岩组成一系列沿走滑断裂带分布的复杂圈闭，其外部边界不规则、内部结构与连通关系复杂[9]，油/气/水分布复杂，大多钻井油气产量变化大、递减快，仅少量大型缝洞储集体高产稳产。
2 走滑断裂带及其相关储层特征
2.1 走滑断裂特征
通过地震解释，阿满过渡带寒武系—奥陶系碳酸盐岩走滑断裂发育[17]（见图1b），FⅠ5走滑断裂带以东呈北东向展布，主干走滑断裂带长度一般在30~80 km，FⅠ5、FⅠ17等大型走滑断裂带长度超过200 km，延伸至塔中隆起与塔北隆起。剖面上以直立单断型、正花状与半花状的压扭断裂为主（见图2a），平面上多为斜列/雁列组合，断裂带贯穿程度低、分段特征显著。少数断裂继承发育至志留系—泥盆系，个别断裂上延至石炭系—二叠系，以张扭断裂为主。奥陶系碳酸盐岩走滑断裂位移量小，垂向位移多小于80 m，地震剖面上大多走滑断裂没有显著的同相轴错断（见图2a）。通过局部构造、岩相与地层的水平错动估算，大多数走滑断裂带的水平位移小于300 m，具有小位移、长走滑断裂带特征。
由于走滑断裂近直立、位移小，大沙漠地区超深层走滑断裂的地震识别精度低，前期主要识别出少量主干走滑断裂带（见图2a）。通过结构张量方法[18]对走滑断层破碎带地震刻画（见图2b、图2c），发现走滑断裂带由一系列微小断裂组成，位移小，但破碎带的宽度大。在横穿走滑断裂带的水平井标定基础上，地震储层预测的破碎带分布、强度与实钻吻合较好，揭示存在宽阔的断缝体发育带，形成小位移、长且宽阔的走滑断层破碎带。主干走滑断裂带宽度大多高达400~1 500 m（见图2c），在走滑断裂叠覆区宽达1 500~4 000 m，是很多相同位移地区[19]的数倍。通常而言，走滑断裂规模越大、叠覆区相互作用越强，断层破碎带越发育、宽度越大。结合地震储层预测与实钻结果分析，小位移走滑断裂带可能形成较为宽阔的裂缝发育带，为大规模裂缝及其相关溶蚀孔隙的发育创造了条件。
2.2 走滑断裂带储层特征
富满油田主要油气层一间房组厚度为100~150 m，发育台内滩相砂屑、生屑、砂砾屑与鲕粒灰岩，缺乏原生孔隙（见图3a），基质储层致密。通过钻井资料分析，走滑断裂带以裂缝-孔洞型与裂缝型储层为主[9,20]（见图3b—图3f），缺乏大规模岩溶洞穴型储层。走滑断裂带通常发育1~3组方位裂缝，裂缝频率具有从围岩向断层核快速增长的趋势，至断层核裂缝频率增长5倍以上。裂缝通常张开度较小（0.01~0.10 mm），裂缝孔隙度较低（通常小于0.1%）。但沿裂缝发生多期溶蚀作用，并可能形成宽度达数毫米的扩溶缝（见图3b、图3c）。同时，沿裂缝面及其周缘孔隙可能发生强烈的溶蚀，形成较大的孔洞（见图3b、图3d），造成孔隙度的数倍增长。尽管有些溶蚀孔洞发育的岩心未见裂缝，但这些溶蚀孔洞与孔隙发育部位大多位于走滑断裂带，与走滑断裂引发的溶蚀作用密切相关。
塔北与塔中隆起区“串珠”状地震反射通常对应大型岩溶洞穴储层[9-10]，但坳陷区钻井揭示很多“串珠”状地震响应未钻遇大型洞穴储层，而是一系列裂缝-孔洞型、裂缝型、孔洞型储层组成的裂缝性储集体。坳陷区20余口横穿走滑断裂带的水平井钻探成果分析，沿不同类型、组合与规模的走滑断裂带均钻遇一系列裂缝带，缺乏大型洞穴储层，溶蚀作用相对较弱，以断缝体为主要储集空间。如M5C井横穿“串珠”地震反射中部（见图4），但钻井没有发生大规模的放空与漏失，测井解释也没有洞穴，而是钻遇3条次级断裂组成的宽达800 m的宽阔破碎带，以裂缝发育为特征，仅有少量溶蚀孔洞，为裂缝及其相关溶蚀孔洞组成的裂缝性储层。这些钻井新资料表明，走滑断裂作用可能产生宽阔的破碎带，沿破碎带形成多条带状展布的断缝体，进而发育裂缝-孔洞型储层，形成断缝体-断溶体复合的裂缝性储层，不同于隆起区的大型缝洞储层。同时，这些断层破碎带裂缝性储集体的钻井也获得高产稳产油气流，生产过程中油气产量比较稳定。
实钻与地震储层预测表明，坳陷区走滑断裂带一间房组断缝体-断溶体发育（见图2b、图2c）。断缝体-断溶体沿断层核最发育，远离断层核储层变差。断层核部的裂缝性储层产油量与产气量均较高，断层破碎带外带的裂缝性储层规模较小、产量较低。统计分析表明，富满油田储集体与高产井分别位于距断层核500 m、300 m范围内。垂向上集中分布在一间房组顶面以下150 m范围内，但很多主干断层核、断裂相互作用部位的储层发育深度超过500 m，形成垂向上叠置分布的巨厚储集体。总体而言，走滑断裂规模越大，断缝体-断溶体越发育。走滑断裂叠覆区、交汇部位与尾段裂缝发育，也有利于溶蚀孔洞发育，形成单体规模小、复合连片分布的断缝体-断溶体储集带。
3 走滑断裂带储层年代学与成储环境分析
3.1 走滑断裂带与成储年代学分析
中奥陶世，塔里木盆地从东西向伸展转向南北向挤压，塔中—塔北地区开始发生隆升[16]。阿满过渡带—塔北隆起广泛发育一间房组浅水台内滩[10,21]。一间房组与上奥陶统吐木休克组岩性岩相差异大，其间存在平行不整合[10,16]。岩心薄片分析，一间房组岩心见渗流粉砂充填孔洞，以及方解石胶结充填的平底晶洞（见图5a—图5c），为准同生期大气淡水溶蚀孔洞特征。此外，生物钻孔和扰动构造内的溶蚀孔隙发育（见图5d），并为早期泥质充填。同时，薄片见准同生期的生物体腔孔、滩体暴露期产生的粒内溶孔和铸模孔，其中阴极发光薄片的昏暗方解石胶结现象指示与大气淡水相关的低温胶结作用（见图5e）。这些特征与准同生期的溶蚀作用一致，揭示存在形成于准同生期的溶蚀孔洞。
通过走滑断裂带裂缝方解石胶结物样品U-Pb测年，结合缝洞胶结物U-Pb测年数据分析[23-25]，研究区走滑断裂带奥陶系缝洞胶结物存在3组年龄数据，主要分布在440~468，360~390，260~320 Ma（见图6）。走滑断裂带缝洞方解石胶结物获得多期原位U-Pb年龄数据，分别对应中晚奥陶世、泥盆纪与晚石炭世—二叠纪的胶结作用，揭示走滑断裂带存在3期流体活动，对应3期走滑断裂活动[17]。阿满过渡带中晚奥陶世年龄值较多，而古隆起区检测到更多的海西期的缝洞胶结物年龄[23-25]，揭示坳陷区后期的断裂活动相对古隆起区较弱。由于缝洞形成时间早于最初胶结物年龄，中奥陶世的U-Pb年龄可以将走滑断裂及其相关缝洞储层的形成期限定在中奥陶世末期。鉴于缝洞胶结物检测到较多的晚奥陶世年龄数值，缝洞形成期可能持续发育至晚奥陶世。
3.2 成储环境分析
缝洞储层胶结物中的流体包裹体循环测温数据分析结果表明，研究区裂缝方解石胶结物的流体包裹体均一温度出现多期峰值[26]。但是，坳陷区的包裹体组合普遍检测到小于50 ℃的低温包裹体（见图7），代表了晚奥陶世的油气充注，对应于上奥陶统桑塔木组达1 000 m厚的泥岩快速沉积期。由于样品多检测到该期流体包裹体，而且很多缝洞为油质沥青充填，揭示缝洞储层在油气充注前已经形成，关键成储期早于晚奥陶世末。流体包裹体测算盐度为1.22%~24.96%，大多数分布于3%~15%。盐度总体相对较低，指示大气淡水成岩流体环境，少数相对较高的盐度可能是遭受后期埋藏热改造再平衡所致。综合分析，走滑断裂带缝洞储层的流体包裹体侵位发生在低温环境，揭示走滑断裂带储层形成于准同生期—浅埋藏期。
在缝洞方解石U-Pb测年的基础上，对北部坳陷典型井裂缝方解石胶结物进行了原位稀土元素分析（见图8），结果表明稀土元素分布特征相似，总体呈现右倾较高的轻稀土元素分布模式与低平的重稀土元素分布模式。值得注意的是，其中数据总体表现为Y元素正异常，Y/Ho值大于27，指示浅埋藏低温环境[27]。结合缝洞充填方解石的碳、氧、锶同位素组成数据分析[9]，碳氧同位素组成分布相对集中，δ18O值主体为−16.40‰~−4.43‰，与受到大气淡水影响偏轻的δ18O值接近，对应准同生期或表生期成岩环境。缝洞方解石胶结物的δ13C值主体为−3.31‰~2.16‰，变化范围相对较小，接近于碳酸盐岩原岩的δ13C值。缝洞充填方解石的87Sr/86Sr值主体为0.708 2~0.710 2，大多略高于中奥陶世同期海水的87Sr/86Sr值，与受大气淡水影响的方解石胶结特征一致。
由此可见，走滑断裂带奥陶系碳酸盐岩储层形成于准同生期—浅埋藏期的成岩环境，与大气淡水溶蚀作用密切相关。
4 走滑断裂带储层形成主控因素与发育模式
4.1 “高能滩-断缝体-岩溶”三元复合控储
一间房组沉积期，阿满过渡带高能台内滩广泛分布[10,21]。台内滩颗粒灰岩的原生孔隙发育，尽管受强烈胶结作用大多消亡，但滩相残余孔隙有利于次生溶蚀孔隙发育，溶蚀孔洞大多分布在滩相生屑灰岩与砂屑灰岩。首先，高能相带高部位有利于准同生期岩溶作用，发育大气淡水溶蚀孔洞（见图5）。再者，滩体残余孔隙有利于一间房组顶面的层间岩溶作用[10-12]，以及埋藏期热液流体的溶蚀。同时，走滑断裂带颗粒灰岩有利于微小裂缝与沿裂缝发生溶蚀作用。岩心样品统计分析表明，储层段高能相带灰岩基质孔隙相对发育，基质孔隙度多大于1.5%，局部溶蚀孔洞发育段孔隙度为3%~5%。而滩间海泥灰岩大多缺乏孔隙，基质孔隙度小于1.2%。地震储层预测与钻井资料分析表明，80%以上溶蚀孔洞分布在高能相带灰岩。因此，一间房组高能相带对走滑断裂带次生储集体的发育具有重要建设性作用。
尽管研究区走滑断裂位移小，但具有宽阔的断层破碎带（见图2、图4），从而形成宽度超过1 000 m的断缝体发育带，控制了裂缝性储层的分布。同时，走滑断裂垂向向上运动的空间扩张，以及局部斜向张扭断裂作用的外向空间扩张，造成局部断缝体渗透率增加1个数量级以上、体积增加3%以上，形成大规模裂缝型储层。而且裂缝网络有利于溶蚀孔洞发育（见图3），一系列断缝体组成裂缝-孔洞型储层，孔隙度可达5%以上，形成高孔-高渗的裂缝性储集体。由于裂缝网络有利于提高储集体的连通性，这类储集体的孔隙度通常为有效孔隙度，对油气高产具有重要作用。由此可见，走滑断裂作用不仅形成了宽阔的裂缝发育带，而且有利于发育多期溶蚀作用，控制了走滑断裂带缝洞储集体的形成与分布。
综合分析，塔里木盆地阿满过渡带在中奥陶世浅水高能滩体广泛分布的基础上，走滑断裂与准同生期岩溶作用共同控制了走滑断裂带储集体的形成与分布。
4.2 走滑断裂带储层发育模式
塔里木克拉通盆地内部坳陷区走滑断裂带具有复杂的成储机理与形成过程，准同生期“相+断+溶”的三元复合作用控制了走滑断裂带优质裂缝性储层的形成与分布。
中奥陶世，塔里木盆地逐渐发生自南向北的构造挤压运动[16]，并造成频繁的海平面升降。在起伏古地貌与海平面下降情况下，一间房组广泛发育台内滩。走滑断裂也开始发育，在高能相带与压扭断裂叠合部位有利于形成古地貌高，是准同生期岩溶作用的有利部位（见图9a）。沿压扭构造高部位发育大气淡水作用的溶蚀孔洞，形成相控基质储层。一间房组沉积末期，发生区域构造隆升与走滑断裂大规模活动，碳酸盐岩顶面整体暴露，形成广泛的层间岩溶作用[10-12]（见图9a），古水流流向受走滑断裂影响，沿走滑断裂带溶蚀缝洞发育。浅埋藏成岩环境下，有利于沿走滑断裂发生强烈的溶蚀作用，在断缝体基础上发育一系列溶蚀孔洞发育的断溶体。综合分析，建立了准同生期—浅埋藏期一间房组台内滩基础上走滑断裂与溶蚀作用控制的断控储层发育模式（见图9a），准同生期—浅埋藏期断缝体-断溶体控制走滑断裂带储层的形成与分布，形成沿走滑断裂带纵向复式叠置、横向复合连片的断控裂缝性储集体。
5 结论
塔里木盆地北部坳陷超深层奥陶系碳酸盐岩基质储层致密，走滑断裂位移小，但具有以断缝体发育为主、宽阔的断层破碎带，并发育溶蚀孔洞型的断溶体，一系列断缝体、断溶体沿走滑断裂带复合连片分布，形成大规模的走滑断控储集体。
中奥陶统一间房组走滑断裂发育，存在渗流粉砂、平底晶洞等准同生期大气淡水溶蚀证据，缝洞胶结物的U-Pb年龄检测结果为中晚奥陶世，储层流体包裹体、微量元素与同位素组成资料揭示缝洞形成于大气淡水影响的准同生—浅埋藏环境，揭示走滑断裂带储层的关键成储期是中晚奥陶世。
在中奥陶统一间房组台内滩基础上，走滑断裂带附近宽阔的断缝体发育带叠加准同生期—浅埋藏期溶蚀作用，形成“相+断+溶”三元复合控储作用，控制了走滑断裂带储层的形成与分布。