準(zhǔn)噶爾西北緣風(fēng)城期構(gòu)造沉積格局及源巖分布

沈 揚，李曉劍，賈凡建，高劍雄，丁咸寶

(1.中國石油大學(xué)，北京 102249； 2.中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257015)

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準(zhǔn)噶爾西北緣風(fēng)城期構(gòu)造沉積格局及源巖分布

沈 揚1，李曉劍2，賈凡建2，高劍雄2，丁咸寶2

(1.中國石油大學(xué)，北京 102249； 2.中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257015)

準(zhǔn)噶爾盆地西北緣早二疊世風(fēng)城期的構(gòu)造背景和沉積環(huán)境存在爭議，制約了源巖分布預(yù)測及勘探潛力評價。重新厘定了風(fēng)城期構(gòu)造沉積背景，明確了地質(zhì)結(jié)構(gòu)及連通性演化，預(yù)測了源巖分布。研究表明，早二疊世處于區(qū)域碰撞造山后的拉張背景，發(fā)育伸展斷陷盆地。風(fēng)城期西北緣與南緣的水體總體保持連通，屬于海相沉積環(huán)境。風(fēng)城期有利于源巖發(fā)育，源巖邊界向西北推移10～20 km。克拉瑪依以北地區(qū)深部可能掩覆有部分風(fēng)城組優(yōu)質(zhì)源巖，具有一定勘探潛力。

構(gòu)造沉積格局；烴源巖分布；早二疊世；風(fēng)城組；準(zhǔn)噶爾盆地西北緣

0 引 言

準(zhǔn)噶爾盆地西北緣(以下簡稱準(zhǔn)西北緣)是中國油氣資源最為豐富的地區(qū)之一，先后發(fā)現(xiàn)克拉瑪依等9個油氣田，近期中國石化在不被看好的哈拉阿拉特山(以下簡稱哈山)新發(fā)現(xiàn)春暉和阿拉德2個油田[1]，充分表明該區(qū)具有豐富的油氣資源和巨大的勘探潛力。該區(qū)晚古生代以來經(jīng)歷了多期構(gòu)造活動疊加改造，形成了復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。下二疊統(tǒng)風(fēng)城組是一套重要層系，為哈山、克拉瑪依地區(qū)提供了最重要的油源貢獻(xiàn)，同時部分層段成為油氣儲層[2]。目前制約該區(qū)油氣勘探的主要問題有：①關(guān)于準(zhǔn)噶爾盆地早二疊世的成盆背景和盆地性質(zhì)一直以來都存在激烈爭議[3-4]，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為準(zhǔn)西北緣早二疊世為前陸盆地，但哈山地區(qū)鉆井揭示的地層特征與前陸盆地盆緣粗碎屑大片分布的地層充填模式矛盾，需要重新明確構(gòu)造背景，確定地層巖相分布；②關(guān)于風(fēng)城組的沉積環(huán)境長期存在“海相說”與“陸相說”之爭[5-8]，而不同沉積環(huán)境下烴源巖的發(fā)育品質(zhì)、數(shù)量分布乃至評價方法都有較大差異，這一問題亟待解決；③中國石化近期鉆井揭示哈山山下掩覆有風(fēng)城組大套暗色泥巖地層，地球化學(xué)測試為優(yōu)質(zhì)烴源巖，提升了該區(qū)地質(zhì)評價，拓展了勘探領(lǐng)域。在區(qū)域上克拉瑪依以北地區(qū)與哈山緊密相鄰，是否也具有類似的地質(zhì)條件，勘探潛力如何尚不明確。

1 早二疊世盆地發(fā)育的構(gòu)造背景

準(zhǔn)噶爾盆地早二疊世的盆地性質(zhì)以“擠壓背景-前陸盆地論”占據(jù)主導(dǎo)地位，認(rèn)為西北緣發(fā)育粗碎屑沉積。這一認(rèn)識長期指導(dǎo)油氣勘探，但近年來的區(qū)域地質(zhì)研究成果并不支持該觀點。準(zhǔn)西北緣及周邊古生代火成巖非常發(fā)育，隨中亞造山帶研究的逐步深入，相關(guān)文章陸續(xù)發(fā)布了一批新的測試分析數(shù)據(jù)[9-11]，對這些散布的數(shù)據(jù)進(jìn)行了系統(tǒng)整理，結(jié)合盆地內(nèi)鉆井巖心測試數(shù)據(jù)對火成巖發(fā)育的構(gòu)造環(huán)境進(jìn)行了分析。

從火成巖時代上看，早二疊世是準(zhǔn)噶爾西部巖漿活動的主要時期，中、晚二疊世火山活動明顯減弱，僅有少量火成巖發(fā)育。結(jié)合古地溫梯度變化和區(qū)域性不整合分析，認(rèn)為準(zhǔn)噶爾西部地區(qū)早二疊世與中、晚二疊世屬于不同的構(gòu)造體制。早二疊世火山巖具有明顯的雙峰式特征，侵入巖則以高鉀鈣堿性系列、鈣堿系列花崗巖占絕對優(yōu)勢。區(qū)域地質(zhì)研究表明，早二疊世火山巖具有釷元素多于鉭元素、鑭元素多于鉭元素，鈮元素、鉭元素虧損特征，從基性到中酸性稀土元素明顯增加，從無銪元素異常轉(zhuǎn)變?yōu)槊黠@銪元素異常；花崗巖大離子親石元素相對高場強(qiáng)元素富集，但鍶元素明顯虧損，輕稀土元素富集，總體呈右傾“海鷗型”，為A型花崗巖的圖譜特征。主量元素和微量元素構(gòu)造環(huán)境判識顯示該期火成巖既攜帶“滯后型”弧火山巖特征[12]，又兼有陸內(nèi)裂谷信息。結(jié)合近年來國內(nèi)外學(xué)者在西準(zhǔn)噶爾造山帶研究中取得的最新成果[13-16]，綜合判斷該區(qū)早二疊世處于碰撞造山后的拉張環(huán)境，應(yīng)該發(fā)育與伸展作用相關(guān)的盆地類型，而非前陸盆地。

2 風(fēng)城期構(gòu)造沉積格局

從大地構(gòu)造角度看，早二疊世是準(zhǔn)噶爾地區(qū)海水由北向南逐漸退出的過程，風(fēng)城期準(zhǔn)南緣博格達(dá)地區(qū)為海相沉積環(huán)境，準(zhǔn)西北緣是海相還是陸相環(huán)境在地質(zhì)上取決于當(dāng)時二者水體的連通性。因此，拼接了多條跨越盆地南北的區(qū)域大剖面并進(jìn)行了重新解釋，建立了盆地西北緣與南緣之間的地質(zhì)格架，以明確盆地結(jié)構(gòu)及演化特征。

從區(qū)域大剖面解釋成果來看，現(xiàn)今盆內(nèi)下二疊統(tǒng)主要由正斷層控制的殘余地塹、半地塹構(gòu)成，斷層對二疊系底部的佳木河組沉積具有強(qiáng)烈的控制作用，下降盤地層明顯較上升盤厚，體現(xiàn)了斷層具有同沉積活動特點；其上的風(fēng)城組同樣受正斷層活動的影響，但斷距在整體上都明顯減小，說明構(gòu)造活動有所減弱。準(zhǔn)噶爾盆地早二疊世這種構(gòu)造特征和盆地結(jié)構(gòu)的變化與中國東部中新生代典型裂陷盆地的斷-拗轉(zhuǎn)換過程十分類似。早二疊世與中、晚二疊世之間的不整合廣泛分布于盆內(nèi)各個地區(qū)，中上二疊統(tǒng)及以上地層均以逆沖斷層為主，說明準(zhǔn)噶爾盆地早二疊世沉積后構(gòu)造體制發(fā)生了重大轉(zhuǎn)變，下二疊統(tǒng)與中上二疊統(tǒng)之間的區(qū)域不整合即是該期構(gòu)造反轉(zhuǎn)的產(chǎn)物。

從穿越不同構(gòu)造單元的區(qū)域大剖面分析，準(zhǔn)噶爾盆地從西北緣到南緣主要發(fā)育瑪湖、盆1井西和昌吉3個沉積凹陷，凹陷間隔達(dá)巴松、中拐、莫索灣等多個隆起帶，不同地區(qū)風(fēng)城組的分布具有明顯差別。根據(jù)各個剖面凸起上地層發(fā)育狀況、厚度及變化，對3個凹陷風(fēng)城期的連通性進(jìn)行初步評價(圖1)，可以看出昌吉凹陷與盆1井西凹陷間連通性較好，盆1井西凹陷與瑪湖凹陷則連通較差，即從宏觀上盆地南緣的海水至少可以抵達(dá)盆1井西凹陷，而后2個凹陷在風(fēng)城組沉積時的連通關(guān)系成為研究的關(guān)鍵。

圖1 昌吉凹陷、盆1井西凹陷和瑪湖凹陷的宏觀連通性評價

對達(dá)巴松凸起及周邊地區(qū)的風(fēng)城組進(jìn)行了精細(xì)解釋，自下而上，分別為風(fēng)一、風(fēng)二段和風(fēng)三段。從不同層段地層的展布特征看，風(fēng)一段和風(fēng)二段的地層分布十分相似，僅在地層厚度上有差別，此時盆地表現(xiàn)出明顯的分割性，地層主要在兩側(cè)的凹陷中沉積，瑪湖凹陷—哈山、盆1井西凹陷南部—昌吉凹陷分為2個沉積中心，在達(dá)巴松凸起上地層局限在一個較為狹窄的通道內(nèi)。從南向北，地層分布呈“沙漏狀”，反映當(dāng)時達(dá)巴松凸起南北兩側(cè)的水體連通性較差。風(fēng)三段地層的展布發(fā)生了較大變化，地層分布廣，且厚度十分穩(wěn)定，特別是達(dá)巴松凸起上的地層分布區(qū)顯著擴(kuò)大，說明此時2個凹陷的水體連通順暢，為廣盆沉積。

從典型剖面的構(gòu)造演化分析看，下二疊統(tǒng)佳木河組沉積時期，準(zhǔn)噶爾盆地處于強(qiáng)烈伸展階段，此時形成了達(dá)巴松水下斷隆，風(fēng)一段至風(fēng)二段沉積時期繼承了這種伸展應(yīng)力，進(jìn)一步的拉張使達(dá)巴松斷隆大部分露出水面，風(fēng)三段沉積時伸展作用減弱，海水大面積越過達(dá)巴松凸起，風(fēng)三段沉積后區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力反轉(zhuǎn)，在二疊紀(jì)末期經(jīng)歷了強(qiáng)烈的改造。而前人的地球化學(xué)、巖礦分析表明，準(zhǔn)西北緣風(fēng)城組沉積時的水體鹽度在咸水—半咸水之間，且處于還原環(huán)境[17]，說明當(dāng)時該區(qū)處于海的邊緣，不斷有淡水的注入，并且水體具有較深、較安靜的特征，綜合地質(zhì)分析，判斷該區(qū)為較深水的局限海灣環(huán)境。在上述研究的基礎(chǔ)上，初步建立了風(fēng)城期瑪湖凹陷、盆1井西凹陷和昌吉凹陷的連通關(guān)系與演化模式(圖2)：風(fēng)一段至風(fēng)二段為斷陷階段，由于達(dá)巴松斷隆的分隔，準(zhǔn)西北緣與南緣水體連通不暢，西北緣在局限海灣背景下沉積了云質(zhì)巖；風(fēng)三段為拗陷階段，盆地結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，南、北為一體化沉積，云質(zhì)巖不發(fā)育。

圖2 瑪湖凹陷、盆1井西凹陷和昌吉凹陷的連通關(guān)系與演化模式

3 風(fēng)城組烴源巖分布預(yù)測

構(gòu)造沉積格局對烴源巖分布具有重要控制作用。確定風(fēng)城期構(gòu)造沉積格局后，在局限海灣沉積模式指導(dǎo)下，對研究區(qū)的沉積相特征進(jìn)行了重新厘定。通過對區(qū)內(nèi)鉆井揭示風(fēng)城組的測井和巖心資料分析，認(rèn)為該區(qū)主要發(fā)育4種沉積類型：扇三角洲相、濱淺海相、半深海相和火山巖相。扇三角洲相主要分布在克拉瑪依以北區(qū)塊的南側(cè)，并以扇三角洲前緣為主；火山巖相主要分布在夏鹽凸起的西側(cè)，屬凝灰?guī)r為主的火山碎屑巖；半深海相主要分布在哈山地區(qū)，發(fā)育深灰色泥巖夾薄層灰色白云質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖或泥質(zhì)粉砂巖；濱淺海相在區(qū)內(nèi)廣泛分布，以灰色凝灰質(zhì)砂礫巖、灰色凝灰?guī)r夾薄層灰色凝灰質(zhì)泥巖為主。

通過對多口鉆井的統(tǒng)計，初步建立了暗色泥巖與沉積相的相關(guān)關(guān)系，暗色泥巖主要發(fā)育在半深海相，其次為濱淺海相，區(qū)內(nèi)暗色泥巖有機(jī)碳含量均在0.5%以上，達(dá)到了烴源巖標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)構(gòu)造演化與沉積模式的綜合分析，初步恢復(fù)了風(fēng)城期的古沉積邊界，哈山和克拉瑪依地區(qū)的原始沉積邊界分別向西北推移20 km和10 km左右。過克拉瑪依的大地電磁測深剖面顯示該區(qū)與哈山類似，都發(fā)育逆沖推覆構(gòu)造，石炭系之下掩覆的低阻地層最有可能為風(fēng)城組泥巖(該套泥巖的存在是推覆構(gòu)造形成的必要條件)，該套地層向西一直可以延伸到現(xiàn)今的達(dá)爾布特斷裂一帶，據(jù)此預(yù)測克拉瑪依地區(qū)山體下部也可能掩覆有一定規(guī)模的風(fēng)城組烴源巖，具有一定勘探潛力。

4 結(jié) 論

(1) 準(zhǔn)西北緣早二疊世為碰撞造山后的拉張環(huán)境，發(fā)育伸展斷陷盆地而非前陸盆地，盆地呈凸凹相間的構(gòu)造格局，風(fēng)一段為伸展作用較強(qiáng)的斷陷階段，風(fēng)二、風(fēng)三段為伸展作用較弱的拗陷階段。

(2) 風(fēng)城組沉積時期，準(zhǔn)西北緣與準(zhǔn)南緣水體總體上是連通的，均為海水介質(zhì)，風(fēng)城組為海相沉積，其中準(zhǔn)西北緣風(fēng)一段至風(fēng)二段因受達(dá)巴松斷隆的部分分隔而處于局限海灣環(huán)境，為云質(zhì)泥巖發(fā)育的有利環(huán)境。

(3) 準(zhǔn)西北緣風(fēng)城組有4種沉積類型，其中烴源巖主要發(fā)育在半深海、濱淺海相。源巖邊界向西北推移10～20km?？死斠酪员钡貐^(qū)與哈山類似，下部可能掩覆有部分風(fēng)城組烴源巖，具有一定勘探潛力。

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編輯 張 雁

20150128 改回日期：20150609

國家油氣重大專項“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”(2011ZX05002-002)

沈揚(1972-)，男，高級工程師，1993年畢業(yè)于江漢石油學(xué)院地質(zhì)專業(yè)，2010年畢業(yè)于南京大學(xué)構(gòu)造地質(zhì)專業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)從事油氣成藏綜合研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.04.005

TE122.3

A

1006-6535(2015)04-0016-04