塔北草湖凹陷形成演化新認(rèn)識(shí)及油氣地質(zhì)意義

姚澤偉，何光玉，鄭曉麗，漆立新，張洪安，云 露，林 璐，王文俠

(1.浙江大學(xué)地球科學(xué)系，浙江杭州，310027; 2.中國(guó)石化西北油田分公司，新疆烏魯木齊，830011)

草湖凹陷位于塔里木盆地北部沙雅(塔北)隆起的東段，西接阿克庫(kù)勒凸起，南鄰滿加爾坳陷，東北以巴里英斷裂為界與庫(kù)爾勒鼻凸相鄰，是盆地內(nèi)部的一個(gè)三級(jí)構(gòu)造單元(圖1)。

圖1 塔北草湖凹陷構(gòu)造位置簡(jiǎn)圖Fig.1 Structural location of Caohu Sag in the northern Tarim Basin

前人研究表明，古生代時(shí)期草湖地區(qū)在前震旦系淺變質(zhì)的結(jié)晶基底上自下而上沉積了寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系和二疊系等巨厚的海、陸相地層［1-2］。期間，先后經(jīng)歷了中-晚奧陶世至志留紀(jì)末的加里東中、晚期運(yùn)動(dòng)，早-中泥盆世末的海西早期運(yùn)動(dòng)和二疊紀(jì)的海西晚期運(yùn)動(dòng)等多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)［3-5］。受其影響，凹陷西側(cè)在寒武-奧陶紀(jì)存在明顯的斜坡相帶［6］，而在凹陷東側(cè)先前沉積的寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系和二疊系等地層發(fā)生大幅抬升并遭受不同程度的剝蝕［7］(圖2)。

近年來(lái)，隨著塔河油田勘探工作的不斷深入以及勘探范圍的不斷擴(kuò)大［8-11］，草湖凹陷的油氣地質(zhì)特征及勘探潛力越來(lái)越受到更多的關(guān)注。然而，前人對(duì)草湖凹陷的地質(zhì)研究主要集中于凹陷的構(gòu)造特征、烴源巖與油氣系統(tǒng)等方面［9，12］，而對(duì)其形成演化及與周緣凸起(隆起)關(guān)系的系統(tǒng)研究相對(duì)較少。因此，本文對(duì)草湖凹陷形成演化過(guò)程研究的開(kāi)展，對(duì)于促進(jìn)草湖地區(qū)的油氣勘探，深化塔北地區(qū)的地質(zhì)認(rèn)識(shí)等均具有十分重要的意義。

1 草湖構(gòu)造-沉積型凹陷的特征

草湖凹陷是一個(gè)發(fā)育于三疊系底面以下呈近南北走向的古生代凹陷，北窄南寬、西緩東陡(圖2)。其東、西兩側(cè)斜坡的形成時(shí)間、控制因素及演化特征具有明顯的不同。西側(cè)斜坡表現(xiàn)出明顯的沉積型凹陷斜坡的特征，主要形成于加里東中期的持續(xù)擠壓作用;東側(cè)斜坡則表現(xiàn)出明顯的構(gòu)造型凹陷斜坡的特征，主要形成于加里東晚期及海西早、晚期多期強(qiáng)烈的擠壓沖斷作用。

1.1 西側(cè)沉積型凹陷斜坡

草湖凹陷西側(cè)斜坡為一沉積型凹陷斜坡，其證據(jù)有:凹陷內(nèi)沉積了巨厚的中-上奧陶統(tǒng)，表明當(dāng)時(shí)該區(qū)處于坳陷環(huán)境，且沉降與沉積速率相對(duì)較大;凹陷的西側(cè)可見(jiàn)中-上奧陶統(tǒng)超覆于下奧陶統(tǒng)之上，且反射軸由東向西逐漸收斂，表現(xiàn)出明顯的生長(zhǎng)地層的特征，表明在中-上奧陶統(tǒng)沉積期，該區(qū)為一東傾形態(tài)持續(xù)增強(qiáng)的斜坡(圖2)。

可見(jiàn)，中-晚奧陶世是草湖凹陷形成的重要時(shí)期，且在凹陷西側(cè)表現(xiàn)出沉積型凹陷斜坡的特征。從凹陷及西側(cè)的阿克庫(kù)勒凸起均呈近南北走向來(lái)看，該時(shí)期應(yīng)該是在近東西向擠壓應(yīng)力的作用下，草湖地區(qū)相對(duì)沉降，阿克庫(kù)勒地區(qū)相對(duì)隆升，造成中-上奧陶統(tǒng)由東向西超覆沉積，從而形成凹陷東側(cè)沉積型斜坡。

1.2 東側(cè)構(gòu)造型凹陷斜坡

相比之下，草湖凹陷東側(cè)斜坡為一構(gòu)造型凹陷斜坡，其證據(jù)有:中-上奧陶統(tǒng)的厚度向東逐漸加大，并漸趨穩(wěn)定展布，表明中-晚奧陶世凹陷東側(cè)為構(gòu)造低點(diǎn)，且地勢(shì)漸趨平坦;凹陷內(nèi)缺失中-下泥盆統(tǒng)，殘余的較薄下志留統(tǒng)與上覆上泥盆統(tǒng)-石炭系之間存在明顯的低角度不整合，表明加里東晚期及海西早期運(yùn)動(dòng)的影響;前人研究表明，塔北地區(qū)海西晚期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈［3，13-14］，應(yīng)該是草湖凹陷東側(cè)三疊系與下伏上泥盆統(tǒng)-石炭系之間地層缺失、高角度不整合面形成，及中-上奧陶統(tǒng)等被強(qiáng)烈抬升并被大幅度剝蝕的重要原因(圖2)。

圖2 塔北草湖凹陷地震剖面(剖面位置見(jiàn)圖1)Fig.2 Seismic profiles across Caohu sag in the northern Tarim Basin(see Fig.1 for location)

2 草湖凹陷的形成與演化

2.1 加里東中期

加里東中期是草湖凹陷西側(cè)斜坡形成的主要時(shí)期。中-晚奧陶世，主要受西昆侖洋俯沖的影響［6，15］，草湖地區(qū)開(kāi)始由早期的伸展環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)閿D壓環(huán)境。在近東西向擠壓應(yīng)力的持續(xù)作用下，草湖凹陷西側(cè)的阿克庫(kù)勒地區(qū)持續(xù)隆升，而草湖地區(qū)則相對(duì)沉降(圖3)，致使凹陷西側(cè)的中-上奧陶統(tǒng)向西超覆沉積于東傾斜坡之上。加里東中期凹陷東側(cè)受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響較小，隆起(凸起)尚未形成，因而未見(jiàn)中-上奧陶統(tǒng)向東超覆沉積的現(xiàn)象。

2.2 加里東晚期

加里東晚期是草湖凹陷東側(cè)斜坡形成的主要時(shí)期之一。志留系沉積期，草湖及鄰區(qū)沉積了一套較薄的碎屑巖，同時(shí)可能受擠壓作用的影響，志留系內(nèi)部形成了明顯的自西向東的低角度上超［16］(圖2)。志留系沉積期末，加里東晚期運(yùn)動(dòng)發(fā)生，該運(yùn)動(dòng)對(duì)草湖凹陷的形成有深刻的影響:一方面，草湖凹陷中部發(fā)生抬升，志留系及上奧陶統(tǒng)遭受剝蝕;另一方面，凹陷東側(cè)東傾斷裂強(qiáng)烈逆沖，庫(kù)爾勒鼻凸開(kāi)始形成。至此，草湖凹陷東側(cè)構(gòu)造型斜坡初見(jiàn)雛形(圖3)。

2.3 海西早期

海西早期，塔里木盆地北部處于擠壓環(huán)境［17］，草湖凹陷及鄰區(qū)處于隆起狀態(tài)，缺失早-中泥盆世沉積。早-中泥盆世末，海西早期運(yùn)動(dòng)發(fā)生［18］，草湖凹陷及鄰區(qū)整體隆升，地層遭受較大幅度的剝蝕。凹陷東側(cè)庫(kù)爾勒鼻凸地區(qū)由于基底斷裂進(jìn)一步活動(dòng)而隆升更加強(qiáng)烈，從而使草湖凹陷東側(cè)斜坡的形態(tài)進(jìn)一步加強(qiáng)。

圖3 塔北草湖凹陷A—A＇剖面構(gòu)造演化(剖面位置見(jiàn)圖1)Fig.3 Tectonic evolution of the Caohu sag on seismic profile A-A＇ in the northern Tarim Basin(see Fig.1 for location)

2.4 海西晚期

上泥盆統(tǒng)-石炭系沉積期，由于研究區(qū)東側(cè)的抬升，形成了上述沉積層由西向東的超覆。至二疊紀(jì)時(shí)期，南天山洋逐步閉合、消亡，開(kāi)始碰撞造山［19］，并最終導(dǎo)致海西晚期運(yùn)動(dòng)發(fā)生［17-18，20］。在該運(yùn)動(dòng)的作用下，草湖凹陷整體抬升，區(qū)域內(nèi)二疊系被剝蝕殆盡。同時(shí)，凹陷東側(cè)的基底斷裂劇烈的逆沖走滑使庫(kù)爾勒鼻凸大規(guī)模抬升，并使該處中-上奧陶統(tǒng)等地層受到大幅度削蝕，而與后期沉積的三疊系之間，形成了研究區(qū)最大角度不整合面。因此，海西晚期運(yùn)動(dòng)使草湖凹陷基本定型，而形成了其與現(xiàn)今接近的構(gòu)造形態(tài)。

2.5 印支—燕山期

印支-燕山期，由于凹陷東側(cè)斷裂繼續(xù)活動(dòng)，凹陷東側(cè)庫(kù)爾勒鼻凸持續(xù)隆升，三疊系等中生代地層由西向東超覆沉積。期間，三疊紀(jì)末印支運(yùn)動(dòng)發(fā)生，凹陷東側(cè)庫(kù)爾勒鼻凸再次明顯抬升，三疊系頂部發(fā)生明顯的地層削蝕。侏羅系沉積期，燕山運(yùn)動(dòng)影響明顯，侏羅系等地層抬升并受到明顯剝蝕。

2.6 喜馬拉雅期

喜馬拉雅期，印度板塊向歐亞板塊的快速楔入［21］，天山等盆地周緣山脈大規(guī)模隆起，草湖凹陷及鄰近的阿克庫(kù)勒凸起、庫(kù)爾勒鼻凸整體沉降，并整體上呈現(xiàn)出東高西低的構(gòu)造-古地理格局。

3 油氣地質(zhì)意義

3.1 草湖凹陷西側(cè)

油氣勘探表明，草湖凹陷西側(cè)的阿克庫(kù)勒凸起發(fā)育下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖巖溶型地層圈閉，并且圈閉條件好，油氣十分豐富［22-28］。這些地層圈閉的發(fā)育不是受局部構(gòu)造和古殘丘幅度以及埋藏深度的控制，而是受大型巖溶縫洞型圈閉和儲(chǔ)集體發(fā)育程度的控制［29-32］。

前述中-上奧陶統(tǒng)向西明顯的超覆沉積現(xiàn)象表明，草湖凹陷西側(cè)在中-上奧陶統(tǒng)沉積期處于更高的構(gòu)造-古地理狀態(tài)，處于構(gòu)造高部位的下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖頂部極有可能發(fā)育巖溶孔洞型地層圈閉，這些圈閉可能與阿克庫(kù)勒凸起上的下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖巖溶型地層圈閉一樣，具有重要的勘探潛力。

3.2 草湖凹陷東側(cè)

前述分析表明，由于加里東晚期和海西早、晚期等多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，草湖凹陷東側(cè)的地層被強(qiáng)烈抬升并遭受剝蝕?？梢酝茢?，在靠近凹陷中心的構(gòu)造稍低部位，中-上奧陶統(tǒng)砂泥巖地層頂部容易發(fā)育角度不整合型地層圈閉，志留系、石炭系和三疊系底部容易發(fā)育超覆型巖性圈閉;而在遠(yuǎn)離凹陷中心的構(gòu)造稍高部位，則下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖地層頂部容易發(fā)育巖溶型地層圈閉。這些圈閉可能都是下一步勘探的重要方向。

4 結(jié)論

1)草湖凹陷西側(cè)斜坡及隆起(凸起)主要形成于加里東中期。其形成機(jī)理是在持續(xù)的近東西向區(qū)域擠壓應(yīng)力作用下，草湖地區(qū)相對(duì)沉降，阿克庫(kù)勒地區(qū)相對(duì)隆升，表現(xiàn)出沉積型凹陷斜坡的特征。

2)草湖凹陷東側(cè)斜坡及隆起(凸起)主要形成于加里東晚期和海西早、晚期，以海西晚期為主。其形成機(jī)理為志留紀(jì)末、早-中泥盆世末和晚二疊世的強(qiáng)烈擠壓構(gòu)造變形，表現(xiàn)出構(gòu)造型凹陷斜坡的特征。

3)草湖凹陷西側(cè)有利于發(fā)育下奧陶統(tǒng)巖溶型地層圈閉，凹陷東側(cè)有利于發(fā)育志留系、石炭系和三疊系超覆型巖性圈閉，中-上奧陶統(tǒng)不整合型地層圈閉與下奧陶統(tǒng)巖溶型地層圈閉，這些圈閉可能是下一步勘探的重要方向。

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