新疆博格達(dá)推覆構(gòu)造及其與油氣的關(guān)系

孫自明，沈 杰

(1.中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083;2.中國(guó)石化西北油田分公司工程監(jiān)督中心，新疆輪臺(tái) 841600)

博格達(dá)山位于新疆北部，南北分別為吐哈盆地和準(zhǔn)噶爾盆地夾持，平面上呈東西方向延伸，長(zhǎng)約400 km;東、西兩端較寬(90～100 km)，中間較窄(30～60 km);西界在烏魯木齊一帶，東界位于巴里坤縣西側(cè)。以奇臺(tái)為界，博格達(dá)山在走向上分為東西兩段，西段位于奇臺(tái)至烏魯木齊之間，俗稱(chēng)博格達(dá)推覆構(gòu)造[1］(圖1)。由于博格達(dá)山蘊(yùn)藏著豐富的深部構(gòu)造和盆山耦合機(jī)制等信息，并與油氣等礦產(chǎn)關(guān)系密切，長(zhǎng)期以來(lái)一直引起人們的興趣和重視，并進(jìn)行了大量研究[1－8］，研究?jī)?nèi)容偏重于博格達(dá)山成因的動(dòng)力學(xué)機(jī)制探討和博格達(dá)山北緣構(gòu)造幾何學(xué)分析等方面。本文通過(guò)對(duì)博格達(dá)山西段及鄰區(qū)地表地質(zhì)、勘探地震和大地電磁測(cè)深等資料的綜合分析，探討了博格達(dá)推覆構(gòu)造的組成與結(jié)構(gòu)、形成演化及其與油氣的關(guān)系。

圖1 新疆博格達(dá)山及鄰區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)圖Fig.1 Schematic map showing geology in Bogda Mountain and its adjacent region，Xinjiang

圖2 北天山—準(zhǔn)噶爾盆地構(gòu)造剖面Fig.2 Structural section across north Tianshan and Junggar Basin

1 推覆構(gòu)造基本特征

1.1 組成與結(jié)構(gòu)

關(guān)于博格達(dá)推覆構(gòu)造的范圍，以往主要是指出露有石炭系露頭的、地理意義上的博格達(dá)山及其北緣褶皺沖斷帶地區(qū)。通過(guò)對(duì)大量勘探地震資料和地表地質(zhì)資料的綜合研究，根據(jù)構(gòu)造幾何學(xué)特征分析，認(rèn)為博格達(dá)推覆構(gòu)造是由柴窩堡盆地、博格達(dá)沖斷隆起和博格達(dá)北緣褶皺沖斷帶組成的一個(gè)自南向北逆沖的大型逆沖推覆構(gòu)造，其根部位于北天山南緣斷裂，前鋒為阜康斷裂，阜康凹陷屬于推覆構(gòu)造前緣的山前坳陷，它們之間均以斷裂分隔(圖2)。

柴窩堡盆地總體上是一個(gè)南翼陡、北翼緩的復(fù)向斜構(gòu)造，呈東西向展布。復(fù)向斜南翼發(fā)育多條南傾北沖、近東西走向的逆沖斷裂，剖面上構(gòu)成疊瓦沖斷組合，卷入地層為中—上石炭統(tǒng)至新近系。地表可見(jiàn)到石炭系由南向北依次疊瓦逆沖于二疊系、三疊系和侏羅系之上，上盤(pán)的石炭系變形強(qiáng)烈，發(fā)育緊閉、斜歪或倒轉(zhuǎn)褶皺。根據(jù)地震資料解釋?zhuān)瑥?fù)向斜南翼向北的推覆距離達(dá)到8～14 km。復(fù)向斜北翼以向南逆沖的疊瓦沖斷組合為主，可見(jiàn)到上石炭統(tǒng)奧爾吐組(C3o)及下二疊統(tǒng)向南掩覆在侏羅系—白堊系之上，斷面平緩，反映出是以?shī)W爾吐組作為滑脫層自北向南逆沖之結(jié)果。復(fù)向斜核部變形地層為二疊系至古近系，厚數(shù)千米，變形較弱，以發(fā)育斷層相關(guān)背斜褶皺為主。

博格達(dá)沖斷隆起夾持于三工河斷裂與博南斷裂之間，主體是一個(gè)核部由中石炭統(tǒng)柳樹(shù)溝組組成、兩翼發(fā)育少量二疊系的南翼緩、北翼陡的不對(duì)稱(chēng)復(fù)式背斜構(gòu)造。復(fù)背斜核部位于博格達(dá)山主峰一帶，平面上呈弧形向北凸出，組成地層主要為中石炭統(tǒng)柳樹(shù)溝組和石炭系中酸性侵入巖，產(chǎn)狀較為寬緩，近水平或有小角度傾斜。復(fù)背斜北翼位于博格達(dá)主峰北側(cè)，平面上呈北西西向展布，僅在西端轉(zhuǎn)變?yōu)楸睎|向，向北呈弧形突出，剖面上復(fù)背斜北翼地層傾角較陡，多為50°～60°。地表可見(jiàn)到沿三工河斷裂發(fā)育數(shù)百米寬的擠壓破碎帶，上盤(pán)石炭系逆沖于下盤(pán)二疊系之上，斷裂附近的下盤(pán)地層幾乎已全部倒轉(zhuǎn)。三工河斷裂向北的推覆距離可達(dá)數(shù)千米[2］。復(fù)背斜南翼位于博格達(dá)山南坡，夾持于博南斷裂與喀依納木山斷裂之間，平面上呈近東西向延伸。組成地層為石炭系和二疊系，地層傾角較緩，一般為20°～45°。

圖3 新疆博格達(dá)山北緣南北向構(gòu)造剖面Fig.3 S － N structural section in northern margin of Bogda Mountain，Xinjiang

北部褶皺沖斷帶屬于博格達(dá)沖斷隆起與準(zhǔn)噶爾盆地之間的前陸褶皺沖斷帶，夾持于三工河斷裂和阜康斷裂之間，其間由區(qū)域性展布的妖魔山斷裂分隔，劃分為南、北2個(gè)逆沖巖席(圖3)。南部逆沖巖席主要由下二疊統(tǒng)組成，巖層向北陡傾并常見(jiàn)倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為下二疊統(tǒng)向北逆沖于三疊系—侏羅系之上;北部逆沖巖席主要由二疊系至侏羅系組成，從南向北依次發(fā)育鍋底坑向斜帶、大黃山—大龍口背斜帶和黃山街向斜帶;向斜南翼地層陡傾或倒轉(zhuǎn)，北翼緩傾且變形微弱;但背斜核部變形極其復(fù)雜，褶皺變形強(qiáng)烈，常見(jiàn)地層重復(fù)和倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，如在三臺(tái)大龍口溝可見(jiàn)到淺層發(fā)育逆沖滑脫向斜，其下為雙重構(gòu)造，沿分支逆斷層發(fā)育滑脫背斜和倒轉(zhuǎn)背斜等，反映了該區(qū)背斜核部蘆草溝組和紅雁池組作為構(gòu)造滑脫層已發(fā)生了強(qiáng)烈的地層增厚，并控制了妖魔山斷裂和阜康斷裂之間淺部層位的構(gòu)造變形[9］。

1.2 邊界調(diào)節(jié)斷裂

博格達(dá)推覆構(gòu)造作為一個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的塊體，其整體向北北東方向的位移由其東、西兩側(cè)邊界調(diào)節(jié)斷裂即達(dá)坂城—老奇臺(tái)斷裂和烏魯木齊—米泉斷裂的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

烏魯木齊—米泉斷裂[10－11］是一條呈北東向展布的基底斷裂，構(gòu)成博格達(dá)推覆構(gòu)造的西部邊界，在深層基底是一條左行壓扭走滑斷裂，淺層表現(xiàn)為以左行壓扭走滑變形組合為主的大型復(fù)雜構(gòu)造變形帶，平面上切割并錯(cuò)開(kāi)北西向和近東西向斷裂。布伽重力異常圖上表現(xiàn)為明顯的重力梯度帶，重力基底深度圖上斷裂兩側(cè)重力基底深度差異大;磁力異常圖上表現(xiàn)為高、低磁異常的分界和異常軸的錯(cuò)斷及異常軸方向的改變(圖4)。在地表淺部，斷裂兩側(cè)變形構(gòu)造組合和沿?cái)嗔寻l(fā)育的區(qū)域性雁列褶皺群均指示具有左行走滑扭動(dòng)特征。受斷裂控制，斷裂兩側(cè)的中新生界厚度和現(xiàn)代地震活動(dòng)強(qiáng)度等都有明顯差異?？碧降卣鹳Y料表明，沿?cái)嗔褞Оl(fā)育一些局部深斷陷，如永豐斷陷，其面積為1 600 km2，斷陷深度大于10 000 m。

圖4 新疆博格達(dá)推覆構(gòu)造及鄰區(qū)航磁異常圖Fig.4 Aeromagnetic anomalies(ΔT)in Bogda nappe structure and its adjacent region，Xinjiang

達(dá)坂城—老奇臺(tái)斷裂構(gòu)成博格達(dá)推覆構(gòu)造的東側(cè)邊界，平面上沿喀拉烏成山呈北東東向展布，向準(zhǔn)噶爾盆地延伸，走向轉(zhuǎn)為北東向。在航磁(ΔT)異常圖上(圖4)，斷裂以西的博格達(dá)山鏈為正磁場(chǎng)背景，并與其北側(cè)盆地區(qū)的負(fù)異常成對(duì)出現(xiàn)，磁異常走向?yàn)楸蔽魑飨?斷裂以東的博格達(dá)山體為負(fù)低磁異常場(chǎng)，正磁性體明顯南移，造成斷裂兩側(cè)的正磁異常與負(fù)磁異常相對(duì)置，且磁異常場(chǎng)的總體線性特征已不明顯。磁異常反映了淺部和深部(20～30 km)磁性地質(zhì)體的分布、變化和空間形態(tài)，這種磁異常結(jié)構(gòu)及正負(fù)異常分布關(guān)系的明顯改變可能是斷裂存在的反映。類(lèi)似的地球物理場(chǎng)變化在布伽重力異常圖上也有清楚顯示。此外，主體構(gòu)造線呈北東東向展布的喀拉烏成山可能是該斷裂走滑擠壓在地表淺層的表現(xiàn)，盡管該區(qū)在東西向剖面上顯現(xiàn)出褶皺沖斷帶特點(diǎn)，地表可見(jiàn)泥盆—石炭系向南東逆沖于中新生界之上，但其組合具有典型的壓扭構(gòu)造特征。該斷裂主要形成于印支—燕山期。

2 推覆構(gòu)造成因與演化

2.1 成因機(jī)制探討

關(guān)于博格達(dá)山的成因，長(zhǎng)期以來(lái)存在爭(zhēng)議。博格達(dá)山在布格重力異常圖上表現(xiàn)為重力高，低值區(qū)位于其南側(cè)的柴窩堡盆地。針對(duì)這一地質(zhì)事實(shí)，不同學(xué)者在解釋博格達(dá)山成因機(jī)制方面出現(xiàn)了較大分歧，爭(zhēng)論的焦點(diǎn)主要集中于博格達(dá)山存不存在山根，即博格達(dá)山是原地隆起成山還是推覆成山?一種觀點(diǎn)認(rèn)為，布格重力正異常反映了博格達(dá)自石炭紀(jì)地殼拉張到一定程度后，成為夭亡的裂谷，由于沒(méi)有經(jīng)過(guò)強(qiáng)烈的推擠和增厚，至今仍大致保持當(dāng)初拉張階段的地殼結(jié)構(gòu)形態(tài)[12］;重力高無(wú)明顯山根是裂谷型地槽褶皺山的特點(diǎn)，山間盆地表現(xiàn)為重力低值屬于正常現(xiàn)象[2］。另一種觀點(diǎn)認(rèn)為，根據(jù)重力均衡學(xué)說(shuō)，山根應(yīng)表現(xiàn)為重力低，重力高說(shuō)明博格達(dá)山體可能不存在山根，柴窩堡盆地重力低值區(qū)是真正的博格達(dá)山根之所在，現(xiàn)在的博格達(dá)山的位置正好向北移動(dòng)了30 km，爬在地幔的斜坡上，因此，博格達(dá)山是從柴窩堡盆地往北推覆到現(xiàn)今的位置[13］。

近年來(lái)的地震層析成像研究揭示，博格達(dá)山體在硅鋁殼與硅鎂殼之間存在低速層，其波速僅為5.07 ～5.86 km/s，低于正常沉積巖層的速度[14］;博格達(dá)山及鄰區(qū)上地殼構(gòu)造走向與天山和準(zhǔn)噶爾盆地構(gòu)成的盆山格局同為東西向展布，中地殼及其以下圈層則轉(zhuǎn)變?yōu)槟媳毕騕15－16］，類(lèi)似于秦嶺造山帶的“立交橋”結(jié)構(gòu)[17］，因此，中地殼應(yīng)是發(fā)生深淺構(gòu)造變形幾何學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵圈層。

根據(jù)前面對(duì)博格達(dá)推覆構(gòu)造的論述并結(jié)合最新資料綜合分析，筆者認(rèn)為博格達(dá)山應(yīng)屬于推覆構(gòu)造成因，但其范圍不僅包括現(xiàn)今地貌意義上的博格達(dá)山，而且應(yīng)包括其南側(cè)的柴窩堡盆地，二者共同構(gòu)成了自南向北逆沖的推覆構(gòu)造，其底部主滑脫面位于中地殼，根部可能位于中天山北緣斷裂，東、西兩側(cè)則分別由達(dá)坂城—老奇臺(tái)和烏魯木齊—米泉2條調(diào)節(jié)斷裂圍限，其形成是由于準(zhǔn)噶爾地塊向南俯沖作用的結(jié)果(圖5)。

圖5 新疆博格達(dá)推覆構(gòu)造成因機(jī)制立體示意Fig.5 Perspective diagram showing formation mechanism of Bogda nappe structure，Xinjiang

2.2 演化階段

盡管博格達(dá)山地區(qū)在晚海西期和印支期經(jīng)歷了多次強(qiáng)度不等的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，如晚石炭世末期、中二疊世末期和三疊紀(jì)末期等的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，但始終未能改變博格達(dá)山地區(qū)是沉積坳陷區(qū)或其一部分的基本面貌，也沒(méi)有造成博格達(dá)山地區(qū)較強(qiáng)烈的構(gòu)造隆升和構(gòu)造變形。對(duì)博格達(dá)山及鄰區(qū)中新生界大量古流向的測(cè)量表明[18－20］，博格達(dá)山第一次大規(guī)模強(qiáng)烈構(gòu)造隆升發(fā)生于侏羅紀(jì)晚期至白堊紀(jì)早期，之后才成為隆起區(qū)并為其周?chē)练e坳陷提供物源。概括博格達(dá)推覆構(gòu)造的演化特征，主要經(jīng)歷了3個(gè)時(shí)期。

2.2.1 雛形期

侏羅紀(jì)末期的燕山運(yùn)動(dòng)使新疆北部出現(xiàn)了明顯的山隆、盆降構(gòu)造格局，受控于準(zhǔn)噶爾盆地向南的俯沖。在烏魯木齊—米泉和達(dá)坂城—老奇臺(tái)2條斷裂的調(diào)節(jié)下，柴窩堡盆地連同博格達(dá)山發(fā)生了自南向北較大規(guī)模的逆沖推覆，形成大量斷裂和褶皺，地層遭受強(qiáng)烈變形和剝蝕，博格達(dá)推覆構(gòu)造出現(xiàn)雛形?？碧降卣鹳Y料揭示(圖6)，阜康凹陷此時(shí)亦已形成，阜康斷裂下盤(pán)的侏羅系向北急劇翹起并遭受剝蝕，西泉鼻隆(北三臺(tái)凸起)構(gòu)成前緣隆起。

2.2.2 發(fā)展期

在柴窩堡盆地和阜康凹陷，均可見(jiàn)到白堊系向博格達(dá)山方向超覆沉積于下伏不同時(shí)代地層之上，白堊系之上又為古近系不整合超覆，反映博格達(dá)山在白堊紀(jì)至古近紀(jì)一直處于造山隆升狀態(tài)，說(shuō)明在白堊紀(jì)末期和古近紀(jì)末期至少發(fā)生過(guò)2次較強(qiáng)烈的逆沖推覆構(gòu)造變形。尤其在三臺(tái)大龍口溝可見(jiàn)到產(chǎn)狀近于水平的古近系紫泥泉子組和安集海河組角度不整合于地層陡立、傾角為50°～70°的中二疊統(tǒng)井井子溝組之上，表明博格達(dá)推覆構(gòu)造在白堊紀(jì)末期至古近紀(jì)之前曾發(fā)生過(guò)向北的強(qiáng)烈逆沖推覆構(gòu)造變形，古近紀(jì)末期又發(fā)生了一次推覆構(gòu)造活動(dòng)。

圖6 新疆準(zhǔn)噶爾盆地東部南北向地震解釋剖面Fig.6 S － N seismic interpretation section in eastern Junggar Basin，Xinjiang

2.2.3 定型期

新近紀(jì)以來(lái)，受印度板塊向北俯沖的遠(yuǎn)程效應(yīng)影響，博格達(dá)推覆構(gòu)造再次大幅度向北逆沖，博格達(dá)山強(qiáng)烈隆升，其前鋒的阜康凹陷再次發(fā)生撓曲沉降，接受厚度較大的沉積地層，而柴窩堡盆地此時(shí)仍然以構(gòu)造隆升為特征。該期構(gòu)造變形主要局限于阜康斷裂以南地區(qū)，表現(xiàn)為大規(guī)模的地殼縮短和博格達(dá)推覆構(gòu)造的最終定型，而阜康凹陷地區(qū)的地層則變形微弱。

3 推覆構(gòu)造與油氣的關(guān)系

博格達(dá)推覆構(gòu)造以發(fā)育一系列逆沖斷裂和山體強(qiáng)烈隆升為特點(diǎn)，山體內(nèi)為厚皮逆沖推覆構(gòu)造，前陸區(qū)為薄皮逆沖推覆構(gòu)造。這種逆沖造山作用，對(duì)柴窩堡盆地和準(zhǔn)噶爾盆地阜康凹陷的沉積層序及構(gòu)造變形有重大影響，并對(duì)其含油氣性具有明顯的控制作用。

柴窩堡盆地在侏羅紀(jì)前屬于準(zhǔn)噶爾盆地的一部分，但侏羅紀(jì)之后，由于博格達(dá)推覆構(gòu)造多次向北強(qiáng)烈推覆，二疊紀(jì)至侏羅紀(jì)的準(zhǔn)噶爾大型原型盆地遭到強(qiáng)烈改造并分異出柴窩堡盆地，表現(xiàn)出殘留盆地的構(gòu)造特征;白堊紀(jì)以來(lái)，柴窩堡盆地一直處于構(gòu)造隆升狀態(tài)，并具有“背馱型”盆地的性質(zhì)。因此，柴窩堡盆地實(shí)際上是由二疊紀(jì)—侏羅紀(jì)的殘留盆地與白堊紀(jì)—第四紀(jì)背馱盆地復(fù)合疊合而成，具有構(gòu)造活動(dòng)性強(qiáng)、后期改造強(qiáng)烈、地層剝蝕嚴(yán)重和油氣保存條件較差等特點(diǎn)。盆地內(nèi)局部構(gòu)造圈閉雖較發(fā)育但規(guī)模均較小，缺乏大型完整的背斜構(gòu)造圈閉;烴源巖為中二疊統(tǒng)蘆草溝組和紅雁池組頁(yè)巖，油氣成藏期主要在侏羅紀(jì)，雖然與圈閉形成期基本同步，但伴隨著侏羅紀(jì)以來(lái)的長(zhǎng)期構(gòu)造隆升，對(duì)已形成的油氣藏具有明顯的調(diào)整、改造或破壞作用，不利于原生油氣藏的保存。因此，柴窩堡盆地可能已不具備形成大型油氣藏的地質(zhì)條件。

博格達(dá)推覆構(gòu)造北部滑脫褶皺沖斷帶阜康斷裂上盤(pán)地層變形強(qiáng)烈，斷裂發(fā)育，區(qū)域蓋層遭剝蝕強(qiáng)烈，油氣保存條件差，因此，盡管該區(qū)地表存在大量油氣顯示，但已不具備油氣勘探潛力。而阜康斷裂下盤(pán)及前緣凹陷地區(qū)則地層保存相對(duì)較全，地層變形微弱，發(fā)育上二疊統(tǒng)—三疊系的隱伏背斜構(gòu)造，油源豐富，保存條件好，是尋找大中型油氣藏的有利地區(qū)。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)新疆博格達(dá)山演化歷史復(fù)雜，并與油氣關(guān)系密切，具有豐富的研究?jī)?nèi)容。對(duì)博格達(dá)推覆構(gòu)造邊界及其基本組成單元的重新厘定，較好地解釋了博格達(dá)推覆構(gòu)造的成因，這一認(rèn)識(shí)對(duì)研究該區(qū)乃至整個(gè)新疆地區(qū)中新生代區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造演化具有重要的啟示作用。

(2)提出的柴窩堡盆地與博格達(dá)山同屬于博格達(dá)推覆構(gòu)造的認(rèn)識(shí)，密切了柴窩堡盆地與博格達(dá)山的成因聯(lián)系，有助于對(duì)博格達(dá)山南北兩側(cè)盆地的油氣遠(yuǎn)景進(jìn)行全面深入評(píng)價(jià)。

(3)受推覆構(gòu)造控制，博格達(dá)北緣阜康斷裂下盤(pán)及前緣地區(qū)的油氣成藏條件優(yōu)于柴窩堡盆地，是尋找大中型油氣藏的有利地區(qū)。

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