走滑断裂是世界上普遍发育而又极其复杂的断层系统.前人对走滑断裂的研究主要通过地表的特征，如山体、水系和冲积扇的位移或天然地震的同震位移等[1-4]，而对于深埋在地下的古走滑断裂，因其构造变形特征被后期沉积地层覆盖，识别相对困难.近年来，得益于高精度的三维地震资料，可以对古走滑断层进行剖面与平面的解释，并进一步分析其变形期次、形成机制、平面展布规律以及其与油气成藏的关系[5-10].
随着塔里木盆地地震工程技术的进步，塔中、塔北地区深层奥陶系海相碳酸盐岩走滑断裂系统逐渐呈现.众多学者从构造样式、演化规律以及对碳酸盐岩储层的物性改造、控制油气圈闭等方面对走滑断裂进行了探讨[8, 11-15].然而，塔北碳酸盐岩断裂研究依然面临诸多难点，例如受多期构造活动的影响，断裂继承性发育，但由于断距较小，剖面识别困难；同时，平面上受多期暴露剥蚀的影响，岩溶作用对碳酸盐岩地表改造强烈，相干属性规律变差，难以作为断裂平面识别的参考.这些都增加了断裂精细解释的难度.另一方面，同一条走滑断裂带上出现高低效井同时存在、油气分段富集的现象，因此对断裂分段性与油气成藏规律的认识有待进一步提高.
本文基于最新的高精度三维地震资料，借助最大波谷振幅属性提取的物探手段，结合走滑断裂的理论模型，从剖面样式和平面展布规律等方面探讨了哈拉哈塘地区走滑断裂的分段特征及其与油气成藏的关系，拟为哈拉哈塘地区油气勘探和开发提供新思路.
1 地质概况哈拉哈塘油田位于塔北隆起轮南低凸起的西部斜坡带(见图 1)，被满加尔、阿瓦提等生烃凹陷所环绕，是油气运移与聚集的有利地区.奥陶系各组地层平缓，整体表现为向东南方向倾斜的单斜构造，处于大的构造斜坡背景下.
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图 1 研究区构造位置图 Fig. 1 Location of the study area |
中奥陶世受塔里木南缘古昆仑洋的俯冲闭合影响，塔里木盆地内部从伸展向挤压应力背景转变[16].在基底古隆起的基础上，塔北碳酸盐岩古隆起开始发育，哈拉哈塘地区位于古隆起的南侧斜坡区.加里东晚期-海西早期，由于隆起持续抬升，在奥陶系中统一间房组(O2y)、上统良里塔格组(O3l)和桑塔木组(O3s)沉积末期均发生暴露，岩溶改造作用强烈[17].桑塔木组(O3s)、良里塔格组(O3l)、一间房组(O2y)在研究区整体由南向北依次剥蚀尖灭，最北部为志留系柯坪塔格组覆盖于奥陶系下统潜山之上，塔北在南倾的大斜坡背景上形成了北东-南西走向的轮南大型背斜；晚海西-印支期为挤压抬升期，塔北隆起断裂活动强烈，哈拉哈塘地区依然处于北高南低的斜坡背景下；燕山-喜山期为调整定型期，由于山前岩石圈挠曲沉降，研究区由早期的北高南低调整为南高北低，形成塔北地区现今的构造格局[18].
2 走滑断裂的形成机制走滑断裂的力学机制可分为2种：一种为纯剪模型(见图 2(a))，又称库伦-安德森模型；另一种为单剪模型(见图 2(b))，又称里德尔剪切模型.
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图 2 (a) 纯剪模型(b)单剪模型(c)单剪走滑演化过程(据文献[19-20]改) Fig. 2 (a) The model of pure shear (b) The model of simple shear (c) The evolution of simple shear(modified according to [19-20]) |
纯剪走滑断层也称共轭走滑断层，完全符合安德森模型和库伦破裂准则.在这种变形机制中，一组旋向相反的走滑断层发育于主压应力轴两侧(见图 2(a))，其与主压应力轴的夹角为45°-φ /2(φ为地层的内摩擦角)[19].
里德尔剪切模型(见图 2(b))由里德尔于20世纪初提出，他通过物理模拟发现，走滑断裂在演化过程中，盖层中并不只是发育了一条线性走滑断裂，而是先后发育了大量次级派生断裂[20].按照派生断裂的发育顺序其过程为(见图 2(c))：(1)一系列的雁列R剪切发育，与主位移带成φ/2的夹角；(2) R剪切末端发育分支断层，可能为R′剪切或拉张的T剪切，但因其不利于主断层带的滑动，仅为短暂活动；(3)由于R剪切的产生造成局部应力场的重新分配，在R剪切断裂的重叠处，由于断盘的相向或反向运动产生了限制区(restraining bend)或释放区(releasing bend)[21-22]，并派生出一系列的P剪切；(4)随着走滑位移的继续，P剪切与R剪切相会连接，最终构成一辫状的走滑断裂破碎带.
3 哈拉哈塘走滑断裂的特征与识别 3.1 走滑断裂的有效识别加里东中期，塔里木盆地内部从伸展向挤压应力背景转变，形成塔北古隆起.由于近南北向的挤压应力，哈拉哈塘北部地区在纯剪走滑机制的控制下开始发育NE、NW向共轭走滑断层(见图 3)，NE向断裂为左旋走滑，NW向为右旋走滑.
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图 3 (a) 中寒武统顶相干平面图(b)局部放大图 Fig. 3 (a) Coherent map of Middle Cambrian (b) Partial enlargement of (a) |
单条走滑断裂受控于单剪走滑机制，导致走滑断裂带盖层中的分支断层在平面上具有明显的分段性. 图 3(a)为深层中寒武统顶面断裂相干平面图，反映了寒武系走滑断裂平面的展布特征，从局部放大图(图 3(b))中可以发现，每条走滑断裂并非连续不断，而表现为明显的分段特征，NW向断裂为左阶展布，NE向断裂为右阶展布(见图 3(b)).
但是，因哈拉哈塘地区碳酸盐岩勘探的主要目的层中奥陶统上段一间房组(O2y)的多期岩溶改造，相干平面图规律变差，断层难以识别.例如热普6井区的一间房组顶相干属性平面图(见图 4(a))，由于岩溶作用改造，断裂特征已经很难识别，只能隐约显示主干断裂的影子，相干属性图难以作为断裂平面展布的参考.
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图 4 热普井区一间房组(a)顶相干属性图(b)最大波谷振幅属性图(c)热普井区断裂平面展布图 Fig. 4 (a) Coherent map and(b) max trough amplitude map of the Yijianfang Formation in the Repu area (c) Plane map of the faults in the Repu area |
多年的勘探实践表明，碳酸盐岩地层中，断裂及伴生裂缝不仅具有一定的空间储集作用，而且可为岩溶水提供渗流通道，导致碳酸盐岩岩溶储集体(洞穴、孔洞、裂缝等)沿断裂方向进一步发育，因此碳酸盐岩储集体具有明显沿断裂分布的特征[23].储集体的发育位置便可认为是断裂的发育位置.碳酸盐岩储集体在地震剖面中呈强串珠反射特征，采用最大波谷振幅的提取方法来预测碳酸盐岩储集体的发育位置，可进一步反映断裂的发育情况. 图 4(b)为最大波谷振幅属性提取图(由蓝到红的颜色变化代表异常串珠反射振幅强度由弱到强)，可知最大波谷振幅异常在平面上具有明显的线性特征，可很好地反映辨状主干断裂和马尾分支断裂的发育情况(见图 4(c)).此方法用于碳酸盐岩岩溶改造区的断裂平面识别时有很好的效果.
3.2 走滑断裂的分段特征利用“深层相干定主干、浅层最大波谷定分支、平剖结合”的方法，厘清了主要目的层一间房组(O2y)断裂体系平面展布特征(见图 5).与深层寒武系断层(见图 3)相比，浅层断层的分段性更加明显，分支断层进一步发育.
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图 5 哈拉哈塘一间房组(O2y)顶断裂平面图 Fig. 5 Plane map of the faults in the Halahatang area |
平面上(见图 5)，主干断裂带由一系列雁列排布的R剪切组成，断阶带由P剪切连接，整体呈一辫状的构造样式；同时，在单条的R剪切末端派生出R′剪切、T剪切等次一级分支断裂，构成马尾构造或羽状构造.剖面上(见图 6)，上下大致可分为2个构造层，寒武系-奥陶系发育正花状构造样式，志留系-石炭系发育负花状构造样式，表明该走滑断裂至少发生了2期走滑活动，第1期为加里东中期的压扭活动，第2期为加里东晚期-海西早期的张扭活动.断阶带，由于两侧断盘的相向运动，发育局部隆起(见图 6剖面②④)，断阶带以外地势则较平坦(见图 6剖面①③⑤)，导致沿着断层构造高低交替出现.
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图 6 断阶带及羽状构造带叠前深度域剖面图(横纵比1：1，断裂位置见图 4) Fig. 6 Cross sections of the oversteps and wing cracks (fault location see fig. 4) |
如前所述，哈拉哈塘北部地区走滑断裂具有明显的分段性，结合研究区储集体发育和成藏特征，认识到不同区段、不同级别的断裂对储集体及油气成藏均有不同的控制作用.
断阶带(overlap)：由于地势较高，水系不发育，地表岩溶作用较弱，褶皱高部位串珠储集体欠发育(见图 7(b))；而在褶皱翼部断层发育位置，地层破碎，裂缝发育，并进一步控制河流等地表水的聚集，为其提供渗流通道，因此，串珠储集体主要沿褶皱翼部断裂部位发育(见图 7(b)AA′剖面)，为油气运移提供了有效的聚集空间.同时，分支断裂活动强度弱、时间短，后期破坏的可能性低，保存条件更好.因此，目前在断阶带钻探的高效井主要集中在局部隆起的翼部或分支断裂控制的构造高点处(见图 7(a)).
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图 7 走滑断裂与串珠储集体关系图(断裂位置见图 4) Fig. 7 Relation between the strike-slip fault and reservoirs (fault location see fig. 4) a—走滑断裂平面简图，b—断阶带构造及储集体分布图，c—马尾构造区储集体分布图(颜色变化代表振幅强度的变化，蓝色为正常地震波振幅，黄到红代表异常串珠反射强度由弱到强)，AA′、BB′为过断裂叠前深度域剖面(横纵比1：1). |
马尾构造区：在走滑的尾部，受走滑断裂派生的拉张应力作用发育的T剪切(见图 7(a))，即伸展性质断层，导致该区域地势较低并且地层非常破碎，岩溶作用强，整体发育规模储集体(见图 7(c)BB′剖面).也由于地势低，油气易沿断裂向高处运移，因此该区钻井多为水井和低效井.
5 结论理论模型以及实际研究均表明，走滑断裂平面的延伸并不是连续不断的，而呈明显的分段性，并且次级断裂派生多，横向变化大.
塔里木盆地哈拉哈塘北部地区因加里东期近南北向的挤压应力而发育为共轭走滑断层，单条走滑断裂带因受单剪走滑机制的控制，呈明显的分段性.其主干断裂带由一系列雁列式的R剪切组成，并由P剪切连接构成辫状构造，同时在主干断裂末端派生出马尾或羽状构造.
在R剪切交汇的断阶带，因断裂两盘的相向运动而发育为局部隆起，串珠储层主要沿着褶皱翼部的断裂发育，是油气运聚的有利区域，而分支断裂活动强度弱、时间短，对油气保存更为有利；断裂末端的马尾构造区，断裂数量多、地势低，发育规模储集体，但油气易沿断裂方向向高处运移，油气保存条件差.
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