吐哈盆地重力場(chǎng)與斷裂構(gòu)造特征

申晨，袁炳強(qiáng)，李玉宏，張春灌，魯海鷗

（1.西安石油大學(xué)油氣資源學(xué)院，陜西 西安 710065；2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安 710054）

吐哈盆地重力場(chǎng)與斷裂構(gòu)造特征

申晨1，袁炳強(qiáng)1，李玉宏2，張春灌1，魯海鷗1

（1.西安石油大學(xué)油氣資源學(xué)院，陜西 西安 710065；2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安 710054）

為了研究吐哈盆地的構(gòu)造特征，通過(guò)系統(tǒng)收集處理研究區(qū)已有的重力資料，討論分析了研究區(qū)重力場(chǎng)的特征及成因，推測(cè)出了研究區(qū)的斷裂構(gòu)造體系。研究區(qū)南部布格重力異常近東西向的重力高值帶，主要反映了晚古生界的發(fā)育特征，中部及北部重力低值帶主要由基底凹陷引起。局部重力高、重力低反映局部凸（?。┢鹋c凹陷構(gòu)造。研究區(qū)發(fā)育的主要斷裂走向?yàn)楸睎|向及東西向，它們控制盆地邊界及盆地內(nèi)部發(fā)育的主要地層展布。研究區(qū)了墩隆起區(qū)黃田凸起可進(jìn)一步劃分為2個(gè)構(gòu)造單元，即北西地區(qū)凹陷和黃田凸起。吐哈盆地蓋層為中、新生界，其中侏羅系厚度最大約為2 000 m。

重力場(chǎng)特征；斷裂構(gòu)造；構(gòu)造單元；吐哈盆地

吐哈盆地是中國(guó)重要含油氣盆地之一，它形成于晚二疊世，具有前寒武系結(jié)晶和上古生界褶皺雙層基底［1-3］，可分為西部吐魯番坳陷、東部哈密坳陷和中部了墩隆起［4］。前人在吐哈盆地進(jìn)行了大量的地質(zhì)地球物理工作，如趙文智［5］等對(duì)吐魯番-哈密盆地的構(gòu)造特征進(jìn)行研究，陶明信［6-7］對(duì)吐哈盆地的2種構(gòu)造單元體系進(jìn)行闡述，認(rèn)為吐哈盆地的構(gòu)造單元可歸為坳陷/隆起-凹陷/凸起和構(gòu)造帶2種不同類型的體系。前人對(duì)研究區(qū)部分區(qū)塊重力資料也做了一定的工作，但對(duì)整個(gè)盆地的重力場(chǎng)資料沒有做過(guò)全面、系統(tǒng)的整理、分析。文中系統(tǒng)收集了研究區(qū)已有的重力資料，并結(jié)合鉆井及地震資料進(jìn)行了處理解釋，推測(cè)出了斷裂體系。研究成果為研究區(qū)進(jìn)一步勘探提供了地球物理基礎(chǔ)。

1 地質(zhì)地球物理背景

1.1 地質(zhì)背景

吐哈盆地地處塔里木板塊、哈薩克斯坦板塊及西伯利亞板塊3個(gè)板塊交會(huì)處，北靠博格達(dá)山，南臨覺羅塔格山，西端與東端分別為喀拉烏成山和喀爾力克山（哈密凹陷以東）。盆地東西長(zhǎng)為660 km，南北寬為60～ 130 km，面積達(dá)5.28×104km2［4，8-12］。

吐哈盆地發(fā)育的地層主要有古生界泥盆系、石炭系、二疊系；中生界三疊系、侏羅系、白堊系；新生界古近系、新近系、第四系［10］。古生界分布于盆地周邊外圍地區(qū)，石炭系分布最廣；中生界地層零星分布于盆地中，侏羅系是主要含煤地層［11］；新生界分布廣泛。

1.2 巖石物性特征

為了充分了解該區(qū)的巖石及地層密度特征，為重力資料的定性、定量解釋提供依據(jù)，收集并整理了前人關(guān)于吐哈盆地密度資料的研究成果，結(jié)合本項(xiàng)目在吐哈盆地及鄰區(qū)新采集物性標(biāo)本測(cè)定結(jié)果，綜合分析總結(jié)了研究區(qū)巖石及地層密度變化規(guī)律。按沉積巖、火山碎屑巖、侵入巖、變質(zhì)巖及礦石，共分30種巖性，分類總結(jié)分析得出，研究區(qū)沉積巖中的粉砂巖密度最小，為2.07×103kg/m3，正常沉積的砂巖、硅質(zhì)巖、凝灰質(zhì)砂巖密度一般為（2.63～2.67）×103kg/m3，灰?guī)r密度為2.51× 103kg/m3，碧玉巖密度最大，為2.75×103kg/m3；火山碎屑巖中斑巖密度最小，為2.65×103kg/m3，安山巖密度最大，為2.78×103kg/m3；侵入巖中超基性巖密度最大，為2.93×103kg/m3左右，花崗巖密度最小，為2.62×103kg/m3左右；變質(zhì)巖中鈣質(zhì)板巖密度最小，為2.64×103kg/m3，矽卡巖密度最大，為3.04×103kg/m3。變質(zhì)巖的密度變化范圍大，一般為（2.65～2.84）×103kg/m3。

新生界古—新近系巖石平均密度為2.37×103kg/ m3，中生界白堊系平均密度為2.45×103kg/m3，侏羅系平均密度為2.49×103kg/m3，三疊系平均密度為2.54× 103kg/m3，古生界二疊系平均密度為2.70×103kg/m3，石炭系平均密度為2.71×103kg/m3，泥盆系平均密度為2.74×10kg/m，前寒武系平均密度為2.70×10kg/m。

2 重力場(chǎng)特征及地質(zhì)意義

2.1 布格重力異常特征

系統(tǒng)收集整理了研究區(qū)有關(guān)部門完成的1∶20萬(wàn)及1∶100萬(wàn)重力資料，編制了研究區(qū)布格重力異常分布圖（見圖1）。可以看出研究區(qū)的重力場(chǎng)有如下特征：1）等值線宏觀走向呈近東西向及北西向展布，其中，在北天山、覺羅塔格山南部及盆地中部從吐魯番到哈密一帶呈近東西向，盆地西部邊界阿拉溝湖到托克遜一帶等值線呈北西向。2）布格異常值由南向北呈高低分帶相間分布，并且重力場(chǎng)值大體東高西低，南高北低，研究區(qū)南部為一近東西向的重力高值帶。該重力高值帶主要出露古生界及其泥盆紀(jì)、二疊紀(jì)巖體，中新生界較少，該重力高值帶主要由晚古生界基底隆起引起。研究區(qū)中部為一近東西向的重力低值帶，基本對(duì)應(yīng)吐魯番坳陷、哈密坳陷。該重力低值帶地表為第四系覆蓋，盆地內(nèi)中新生界發(fā)育，由上述密度資料推測(cè)該重力低主要是盆地內(nèi)中新生界增厚引起。3）重力高—低之間密集梯級(jí)帶發(fā)育，盆地由南向北重力高與重力低過(guò)渡帶之間發(fā)育密集重力梯級(jí)帶。重力梯級(jí)帶反映斷裂構(gòu)造，大的梯級(jí)帶主要有研究區(qū)南部的覺羅塔格山北重力梯級(jí)帶與北部北天山和吐魯番-哈密重力低值帶間的近東西向重力梯級(jí)帶。上述2個(gè)梯級(jí)帶反映盆地南北兩側(cè)均發(fā)育近東西向大斷裂，此斷裂控制研究區(qū)地層發(fā)育及基底隆凹格局。

圖1 吐哈盆地布格重力異常

2.2 剩余重力異常特征

盆地的剩余重力異常圖如圖2所示。顯然和布格重力異常類似，剩余重力異常由南向北重力高—低成帶相間分布，如吐魯番—哈密一線為一局部重力低值帶。局部重力異常宏觀呈北西向展布。研究區(qū)發(fā)育的這些局部重力高、重力低值帶呈串珠狀，由多個(gè)重力高、重力低圈閉組成。

局部重力異常等值線圈閉的重力高、重力低反映局部凸（?。┢鹋c凹陷構(gòu)造，由研究區(qū)發(fā)育的眾多重力高、重力低帶推測(cè)，研究區(qū)局部隆起與凹陷由南向北成帶分布，且隆起帶上有多個(gè)高點(diǎn)，凹陷帶上有多個(gè)沉積沉降中心。

3 斷裂構(gòu)造特征

3.1 處理方法

確定重力異常場(chǎng)源體邊界的常規(guī)方法主要利用方向?qū)?shù)、各階垂向?qū)?shù)或水平方向梯度的極值點(diǎn)、零值點(diǎn)等特征點(diǎn)來(lái)識(shí)別邊界。為了提取重力場(chǎng)反映的斷裂構(gòu)造信息，對(duì)重力異常分別進(jìn)行了0，45，90，135°方向?qū)?shù)、垂向二次導(dǎo)數(shù)及重力水平總梯度計(jì)算，并對(duì)布格重力異常平面圖、剩余重力異常平面圖、重力方向梯度及水平總梯度圖等圖件上反映斷裂構(gòu)造信息特征進(jìn)行研究，綜合區(qū)域地質(zhì)、地震等研究成果，推斷出了盆地的斷裂構(gòu)造［13-14］（見圖3）。

圖2 吐哈盆地?cái)嗔逊植寂c剩余重力異常分布

圖3 吐哈盆地?cái)嗔雅c重力水平總梯度疊合

3.2 斷裂構(gòu)造特征

由圖3可以看出，研究區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，斷裂發(fā)育。區(qū)內(nèi)發(fā)育規(guī)模較大的斷裂走向主要為近東西向及北東向，此外，還發(fā)育NE，NW向次級(jí)小斷裂，這些次級(jí)小斷裂一般切斷近東西向及北東向的大斷裂。

研究區(qū)主要斷裂特征如下：1）中央F1大斷裂。該斷裂位于吐哈盆地中央地區(qū)，向北到達(dá)梯子泉，向南至雅勒帕克，在研究區(qū)內(nèi)延伸長(zhǎng)度大約200 km，構(gòu)成了墩隆起的西北邊界。該斷裂在塔克泉凸起以東為北東向，了墩隆起以北為北東東到近東西向，斷面傾向北西。2）北部F2大斷裂。該斷裂為吐哈盆地北部邊界斷裂，向西延伸至五十城，向東到達(dá)哈爾里克山，經(jīng)過(guò)博格達(dá)山、巴里坤山、哈爾里克山，在研究區(qū)內(nèi)延伸約500 km，控制了盆地的北界。該斷裂走向近東西。3）東南部F3斷裂。該斷裂位于吐哈盆地東南部，西至了墩隆起中部，向東延伸至托熱喀拉，延伸距離約300 km。該斷裂控制著盆地的東南界，并被后期北東走向小斷裂切割，走向近東西。

以上規(guī)模較大的3條斷裂走向與區(qū)域構(gòu)造走向一致，其延伸距離長(zhǎng)，控制著吐哈盆地的范圍、邊界及盆地內(nèi)地層的發(fā)育，為構(gòu)成盆內(nèi)構(gòu)造單元邊界的基底斷裂。次級(jí)斷裂規(guī)模相對(duì)較小，它們一般切斷主要斷裂，為盆地內(nèi)沉積蓋層內(nèi)部的斷裂，可能構(gòu)成盆地內(nèi)局部凹陷與凸起的邊界。目前，對(duì)吐哈盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐钟胁煌恼J(rèn)識(shí)，主要有2種方案：根據(jù)地震資料，楊克繩［9］將吐哈盆地劃分為吐魯番坳陷、了墩隆起、哈密坳陷3個(gè)構(gòu)造單元，并進(jìn)一步將吐魯番坳陷和哈密坳陷劃分為10個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元；曹代勇等［15］根據(jù)盆地南北分帶、東西分塊的特征又將盆地自北向南劃分為北部坳陷帶、中部斜坡帶、南部隆起帶3個(gè)構(gòu)造單元，自西向東劃分為西部坳陷區(qū)（又稱吐魯番坳陷）、中部隆起區(qū)、東部坳陷區(qū)（又稱哈密坳陷）3個(gè)構(gòu)造單元，并進(jìn)一步將吐魯番坳陷劃分為臺(tái)北凹陷、托克遜凹陷2個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元。

本次確定的斷裂構(gòu)造大部分與以往成果［9，15-16］一致，但也有不同，如圖4所示。不同之處主要有：1）在了墩隆起區(qū)的南部和北部有明顯的重力線性構(gòu)造信息，南部重力高值區(qū)地層主要由石炭系、三疊系、侏羅系等地層構(gòu)成，密度相對(duì)較大；北部重力低值區(qū)則大部分為新生界地層，密度相對(duì)較小，故推測(cè)該過(guò)渡帶可能存在F4斷裂（見圖4b）。2）三堡凹陷和火石鎮(zhèn)凹陷之間的斷裂在重力異常圖上不明顯，剩余重力異常圖上顯示三堡凹陷和火石鎮(zhèn)凹陷地區(qū)屬于同一重力低值帶，沒有明顯的重力線性構(gòu)造信息反映，參考地質(zhì)圖，此處可能不發(fā)育斷裂，故將三堡凹陷和火石鎮(zhèn)凹陷統(tǒng)劃為一個(gè)凹陷。3）文獻(xiàn)［8］將黃田凸起區(qū)統(tǒng)劃為一個(gè)構(gòu)造單元，但在剩余重力異常圖上發(fā)現(xiàn)，在黃田凸起區(qū)偏北西地帶有一明顯的重力低值區(qū)，周邊為重力高值區(qū)，推斷可能由斷隆構(gòu)造引起，重力低值區(qū)與南部高值區(qū)之間可能存在F5斷裂（見圖4b），由于斷層作用，使得下降盤中新生界局部增厚引起重力低，因此，可將黃田凸起劃為2個(gè)構(gòu)造單元，即北西地區(qū)凹陷及黃田凸起。

圖4 吐哈構(gòu)造單元?jiǎng)澐?/p>

4 剖面擬合解釋

為了確定盆地內(nèi)中、新生界的分布及各構(gòu)造單元的接觸關(guān)系，根據(jù)盆地內(nèi)已鉆井及地震布置，選擇了既能利用鉆井、地震結(jié)果對(duì)重力定量計(jì)算進(jìn)行約束，剖面位置又能控制盆地的主要構(gòu)造格局進(jìn)行地質(zhì)解釋［17-19］。本文選擇了一條通過(guò)吐哈盆地西部北東向剖面進(jìn)行剖面擬合解釋（見圖5）。由定量解釋結(jié)果可知：剖面南西段為覺羅塔格復(fù)背斜，地表露頭多為前侏羅系，其密度值相對(duì)較大，反映為布格重力異常高值；剖面中段、東深1井南西側(cè)約15 km處出露有三疊系，厚度約500 m，此處即為逆沖推覆構(gòu)造發(fā)育部位；剖面中南段為一斜坡，中、新生界北厚南薄，前侏羅系基底最深約3 200 m，且侏羅系較薄，厚度約300 m；剖面中北段中、新生界受擠壓變形，斷裂發(fā)育，兩側(cè)較薄，中間較厚，前侏羅系基底最深約4 000 m，侏羅系最厚約2 000 m。吐哈地塊與其南側(cè)覺羅塔格復(fù)背斜及北側(cè)北天山褶皺系呈斷層接觸關(guān)系，且吐哈地塊向兩側(cè)俯沖。

5 結(jié)論

1）吐哈盆地具有前寒武系結(jié)晶基底和上古生界褶皺基底雙層基底，與準(zhǔn)噶爾盆地具有相似基底，是準(zhǔn)噶爾-吐魯番板塊的一部分。在地質(zhì)構(gòu)造上分為西部吐魯番坳陷、東部哈密坳陷和中部了墩隆起。

2）吐哈盆地重力異常等值線，宏觀上呈近東西向及北西向展布，反映了研究區(qū)區(qū)域構(gòu)造的分布特征。盆地內(nèi)發(fā)育的主要斷裂走向?yàn)榻鼥|西向以及北東向，此外，盆地內(nèi)還發(fā)育切斷主斷裂的NE，NW向的次級(jí)小斷裂。

3）了墩隆起區(qū)的南部與北部可能存在斷裂，三堡凹陷和火石鎮(zhèn)凹陷之間沒有明顯的斷裂信息，黃田凸起北西重力低值區(qū)與南部重力高值區(qū)的線性過(guò)渡帶可能存在斷裂。

4）吐哈地塊與其南側(cè)覺羅塔格復(fù)背斜及北側(cè)北天山褶皺系呈斷層接觸關(guān)系，且吐哈地塊向兩側(cè)俯沖。吐哈盆地蓋層為中、新生界，其中侏羅系厚度最大，約為2 000 m。

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（編輯 趙旭亞）

Characteristics of gravity field and faulted structure in Tuha Basin

Shen Chen1,Yuan Bingqiang1,Li Yuhong2,Zhang Chunguan1,Lu Haiou1
(1.College of Oil and Gas Resources,Xi′an Shiyou University,Xi′an 710065,China;2.Xi′an Geological Survey Center, China Geological Survey,Xi′an 710054,China)

In order to study the structural characteristics of Tuha Basin,characteristics and causes of gravity field of the study area have been discussed and analyzed,and the faulted structure system has been inferred through collecting and processing the existing gravity survey data of the area.The gravity high belt near west-east trending reflects the development features of Late Paleozoic in the southern part of study area.The gravity low belt is caused by basal depression in middle part and the northern part.Regional gravity high and gravity low reflect the regional uplift and depression structures.Developed faults are mainly north-east trending and west-east trending,which control the basin boundary and the distribution of developed formation within basin.Huangtian bulge of Liaodun uplift region can be further divided into two structural units,namely North-West depression and Huangtian bulge.Cap rock of Tuha Basin is Mesozoic and Cenozoic,in which maximum thickness is about2,000 m in Jurassic.

characteristics of gravity field;faulted structure;structure unit;Tuha Basin

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目“新疆東部主要含煤區(qū)煤炭資源綜合評(píng)價(jià)”（1212011085499）

TE121.2

A

10.6056/dkyqt201204010

2011-12-25；改回日期：2012-05-15。

申晨，女，1986年生，在讀碩士研究生，主要從事應(yīng)用地球物理研究工作。E-mail：shenxinxin426@yahoo.cn。

申晨，袁炳強(qiáng)，李玉宏，等.吐哈盆地重力場(chǎng)與斷裂構(gòu)造特征［J］.斷塊油氣田，2012，19（4）：445-449.

Shen Chen，Yuan Binqiang，Li Yuhong，et al.Characteristics of gravity field and faulted structure in Tuha Basin［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2012，19（4）：445-449.