伊寧凹陷構(gòu)造演化與變形特點(diǎn)分析

尤 越，董銀磊，于明德，曹建康

（1.西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川成都610500；2.中國石化河南油田分公司石油勘探開發(fā)研究院）

1 地質(zhì)背景

伊犁盆地屬于伊犁－中天山微地塊，南、北緣分別夾持于北天山縫合帶和中天山縫合帶之間，并位于塔里木與準(zhǔn)噶爾兩大盆地之間（圖1）；整個伊犁盆地包括哈薩克斯坦國相鄰部分區(qū)塊（主要為扎爾肯特凹陷）和國內(nèi)統(tǒng)稱的伊犁盆地兩部分，國內(nèi)的伊犁盆地呈向東收斂的不對稱三角形，西部“撒開”朝向哈薩克斯坦［1－4］；伊犁盆地呈典型“兩坳一隆”的構(gòu)造格局，從北到南依次為北部坳陷、中央隆起和南部坳陷［5－6］。

圖1 伊犁盆地區(qū)域構(gòu)造位置

伊寧凹陷位于伊犁盆地西北部的北部坳陷，是區(qū)內(nèi)勘探程度相對較高的地區(qū)，到目前為止區(qū)內(nèi)主要有N1井、N2井等10口探井，其中N1井、N4井和YN1井在中生界見到多套較好油氣顯示，N1井、N4井試獲低產(chǎn)油流。本文依據(jù)河南油田對伊寧凹陷近兩年地震地質(zhì)綜合研究的成果，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景和區(qū)內(nèi)鉆井、地質(zhì)露頭等資料，針對與區(qū)內(nèi)油氣運(yùn)聚相關(guān)的兩個主因素，利用平衡剖面綜合分析法，開展了伊寧凹陷不同區(qū)帶構(gòu)造變形特點(diǎn)分析和中生代以來的構(gòu)造演化特征研究。

2 構(gòu)造變形特點(diǎn)

伊寧凹陷自海西期以來經(jīng)歷了印支、燕山、喜山等多期次的構(gòu)造變形疊加，尤其是印支期以來不同期次的斷裂－褶皺更為強(qiáng)烈，并且具一定特色。同時，由于受天山北東到南西方向的強(qiáng)烈擠壓－逆沖－推覆作用，區(qū)內(nèi)發(fā)育不同活動強(qiáng)度的斷裂、斷裂－褶皺組合樣式以及不同變形強(qiáng)度的褶皺，在不同區(qū)帶具有明顯的分帶性。因此，就整個伊寧凹陷而言，根據(jù)其斷裂發(fā)育程度、縱橫向的地層變形褶皺特點(diǎn)等，研究區(qū)自北而南可分為北緣強(qiáng)烈變形帶、霍城－曲魯海弱變形帶、察縣－Y2井中等變形帶和南部中強(qiáng)變形帶等4個不同強(qiáng)度的構(gòu)造變形帶（圖2）?，F(xiàn)將這四個變形帶所具有的不同斷裂褶皺特點(diǎn)等分述如下。

2.1 北緣強(qiáng)烈變形帶

該變形帶位于霍曲斷裂與北緣科古琴山之間的褶皺變形區(qū)，主要表現(xiàn)為沿大致以北西走向的霍曲斷裂發(fā)生了由北東向南西方向的強(qiáng)烈逆沖推覆作用，在該帶內(nèi)同時形成了由霍曲、清水河等斷裂與相應(yīng)褶皺，以及由此而成的疊瓦狀、對沖、背沖等主要構(gòu)造樣式；同時，沿該帶發(fā)育的霍曲斷裂等大型殼幔斷裂不同地段發(fā)育了一系列海西期噴發(fā)型或者侵入型等不同類型的火成巖，這些火成巖在海西期形成了沿該斷裂發(fā)育的火山島鏈，大多數(shù)未接受二疊系沉積。就該變形帶的殘存地層來看，又可分為明顯的北東東和南西西兩段。沿N5井及其西北段主要以發(fā)育系列海西期火山島鏈為特點(diǎn)，僅在三疊紀(jì)晚期和侏羅紀(jì)接受了200～800 m的中生代地層，該段主要表現(xiàn)為北東東－南西西的強(qiáng)烈“對沖”斷裂－褶皺；N5井東南段，則主要以由北向南的印支－燕山期－喜山期強(qiáng)烈逆沖推覆褶皺變形為特點(diǎn)，從目前的實(shí)鉆與地震解釋成果來看，主要?dú)埓娴貙訛檩^薄的古生界和中生界為主，并向北東方向表現(xiàn)為明顯的逐漸減薄趨勢。

圖2 伊寧凹陷大型斷裂及構(gòu)造變形強(qiáng)度

2.2 霍城－曲魯海弱變形帶

該變形帶緊鄰北緣的強(qiáng)烈褶皺變形帶，并以霍曲斷裂為界，西南沿察縣以北－伊寧斷裂－阿吾拉勒山西北一線為界，包括霍城次凹和曲魯海次凹。該變形帶處于自西南往東北延伸達(dá)180 km左右的霍曲斷裂深盤，且沿該斷裂深盤不同地段發(fā)育了軸向各異、幅度不一、面積不等的系列鼻狀構(gòu)造，這些不同程度的鼻狀構(gòu)造與發(fā)育的各種次級斷裂構(gòu)成了不同期次疊瓦狀為主的構(gòu)造樣式；該變形帶內(nèi)除南、北發(fā)育的伊寧斷裂和霍曲斷裂外，區(qū)內(nèi)發(fā)育的斷裂走向主要以北西向?yàn)橹?，或斜交、或平行于南北兩端的大型斷裂，其平面延伸長度在10～70 km左右，且垂向斷距100～500 m。該弱變形帶發(fā)育地層較全，而且相對較厚，主要目的層二疊系、三疊系、侏羅系殘存厚度分別在1 200～3 900 m、1 000～1 800 m、1 100～2 600 m。

2.3 察縣－Y2井中等變形帶

該帶與東北部的霍城－曲魯海弱變形帶相鄰，南界以加格斯臺斷裂北端為界，并與北部構(gòu)造變形帶邊界近乎平行。該帶內(nèi)構(gòu)造主體軸向自察縣至東南依次由近東西向－北西向－近東西向等多個斷裂褶皺變形區(qū)構(gòu)成；該變形帶以發(fā)育系列北西－近東西向背沖和花狀構(gòu)造樣式為主，發(fā)育的斷裂平面延伸僅5～20 km，而且斷面較陡；該變形帶主要以發(fā)育斷背斜、斷鼻等系列構(gòu)造為主，而且區(qū)內(nèi)主要目的層二疊系、三疊系、侏羅系殘存相對較全，殘存厚度分別為600～1 700 m、550～1 400 m、300～2 100 m。

2.4 南部中強(qiáng)變形帶

該帶位于烏孫山北坡至察縣－Y2井中等變形帶南界以南，整體以“北深南淺、北厚南薄”的殘存中－古生代地層結(jié)構(gòu)為特點(diǎn)，為典型的“單斜”，并傾沒于東北部較深區(qū)。該帶自古生代以來一直處于一角度相對較大的斜坡部位。斜坡帶南部山前構(gòu)造活動相對強(qiáng)烈，發(fā)育的一系列由南向北逆沖的階梯狀逆斷層與其褶皺共同構(gòu)成了不同形式的疊瓦狀構(gòu)造樣式，在該帶主要沿北東向加格斯臺斷裂等發(fā)育多個北東軸向的斷鼻或斷塊；正是由于由南向北逆沖斷裂的掀斜作用，導(dǎo)致部分邊界斷裂沿?cái)嗔衙姘l(fā)育海西期噴發(fā)型或者侵入型等不同類型的火成巖。

3 中生代以來的構(gòu)造演化特征

不同的區(qū)帶構(gòu)造變形特點(diǎn)常常與其構(gòu)造變形機(jī)理相一致，同樣，伊犁盆地伊寧凹陷不同區(qū)帶的斷裂褶皺構(gòu)造變形強(qiáng)弱與該凹陷內(nèi)不同時期的構(gòu)造演化密不可分。通過區(qū)內(nèi)典型地震地質(zhì)剖面的不同時期平衡演化分析發(fā)現(xiàn)，伊寧凹陷在天山造山帶區(qū)域構(gòu)造背景下，自中生代以來的構(gòu)造演化主要經(jīng)歷了印支期弱擠壓斷坳盆地形成階段、燕山早中期的類前陸擠壓盆地形成與發(fā)展階段、燕山晚期的微不均衡整體升降改造階段、喜山期強(qiáng)烈逆沖推覆不均一湖盆發(fā)展階段等四個主要構(gòu)造演化階段（圖3）［7－10］，其主要特點(diǎn)分析如下。

3.1 印支期弱擠壓斷坳盆地形成階段（圖3A、B、C）

早三疊世開始，伊犁盆地由于受南北向天山造山運(yùn)動的影響，區(qū)內(nèi)主要以南北向弱擠壓隆升、褶皺變形為特點(diǎn)，且受南、北天山縫合帶對古生代沉積地層的改造作用，使得伊犁盆地處于兩大縫合帶的“三角”地帶，并幾乎與塔里木和準(zhǔn)噶爾盆地處于以“低隆起”為隔離帶的弱擠壓斷坳盆地形成階段。在三疊紀(jì)早期，區(qū)內(nèi)一直處于整體隆升剝蝕階段，未接受三疊系下部的沉積；直到三疊紀(jì)中期伊寧凹陷才開始接受沉積，其沉積基底為海西末期不均衡的隆升剝蝕為基礎(chǔ)，而且又繼承了海西期整體原有的沉積結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)，并與下伏古生代地層呈明顯的區(qū)域微不整合接觸關(guān)系；該階段表現(xiàn)為明顯的“北斷南超”沉積特點(diǎn)，而且還發(fā)生了部分的早期繼承性逆沖斷裂，該階段的褶皺變形主要發(fā)生在中北部。

圖3 伊寧凹陷AA｀測線平衡剖面

正是由于中三疊世的不均一的斷裂褶皺以及演化沉積環(huán)境，其沉積巖層主要為沖積扇－濱淺湖相的砂礫巖加泥巖不等厚紅色－雜色沉積。直到三疊紀(jì)晚期伊寧凹陷整體開始下沉，僅在伊寧凹陷南北兩側(cè)有明顯的斷裂活動，并在該階段區(qū)內(nèi)接受了一套以霍城縣南部和伊寧縣南部兩個沉積沉降中心為代表的白堿灘組湖湘砂泥巖沉積，進(jìn)而形成了上三疊統(tǒng)白堿灘組這一主力生烴巖系。印支末期，白堿灘組由于南北兩側(cè)天山造山運(yùn)動形成的北東－南西向擠壓隆升，使其遭受了不均衡的隆升剝蝕，而且北部表現(xiàn)為相對強(qiáng)烈的褶皺斷裂隆升剝蝕，而南部則為相對較弱的掀斜隆升剝蝕。

3.2 燕山早中期的類前陸擠壓盆地形成與發(fā)展階段（圖3D、E）

燕山早期，由于南北天山進(jìn)入擠壓弱松弛階段，使得伊寧凹陷在繼承前期三疊紀(jì)白堿灘期沉積抬升剝蝕的構(gòu)造格局基礎(chǔ)上，發(fā)生了不均衡的整體沉降作用，使得該凹陷沿察布查爾－伊寧市一帶沉降相對較深，并在南部表現(xiàn)為明顯向北傾沒的斜坡構(gòu)造背景，而在N4井西北方向和N1井附近發(fā)生了明顯與沉積同時伴生的繼承性持續(xù)逆沖，并最終使伊寧凹陷在八道灣期－西山窯期的沉積沉降中心，基本處于橫跨霍城－曲魯海弱變形帶與察縣－Y2井中等變形帶上，沿察縣－伊寧縣一帶分布；同時接受了一套以煤沼相－湖湘沉積為主的暗色地層。

到侏羅紀(jì)頭屯河期，伊寧凹陷開始進(jìn)入明顯的微隆升與盆地發(fā)展萎縮階段，此階段的沉積結(jié)構(gòu)雖然繼承了前期的基本構(gòu)造斷裂特點(diǎn)，然而沉積環(huán)境由原來的還原環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)槊黠@干燥的氧化環(huán)境，在早期老斷裂基礎(chǔ)上出現(xiàn)了逐漸的斷裂活化作用，使得區(qū)內(nèi)僅接受了一套厚度不大的以河流相－淺湖相為主的雜色－紅色沉積巖層，在之后的燕山中期發(fā)生的構(gòu)造運(yùn)動下出現(xiàn)了大規(guī)模的總體隆升剝蝕，伊寧凹陷南北兩端剝蝕較為強(qiáng)烈，這種抬升剝蝕狀態(tài)一直持續(xù)到早白堊末期，進(jìn)而形成了侏羅系與白堊系之間明顯的區(qū)域不整合面。區(qū)內(nèi)大多數(shù)圈閉均在該階段逐步由雛形進(jìn)入半定型狀態(tài)。

3.3 燕山晚期的微不均衡整體升降改造階段（圖3F）

區(qū)內(nèi)在早白堊世處于持續(xù)擠壓隆升剝蝕狀態(tài)，致使伊寧凹陷在晚白堊世東溝期才出現(xiàn)了一定幅度的微沉降，并接受了一套200～300 m厚的灰白色石英砂巖等沉積巖層；同時，該階段末期出現(xiàn)了整體的隆升剝蝕，并發(fā)生了一定的逆沖推覆，而且伊寧凹陷北部的活動強(qiáng)度略強(qiáng)于南部。

3.4 喜山期強(qiáng)烈逆沖推覆不均一湖盆發(fā)展階段（圖3G）

喜馬拉雅期，印度板塊與歐亞板塊的強(qiáng)烈碰撞，使得西部塔里木與準(zhǔn)噶爾盆地以及伊犁盆地在內(nèi)均發(fā)生了強(qiáng)烈快速擠壓隆升剝蝕，伴隨著北天山、中天山、南天山的快速隆升剝蝕，僅在伊寧凹陷內(nèi)沉積了一套厚度不一的紅色巖組，YN1井－N1井一帶相對較厚，厚度可達(dá)900 m左右，而N3－N4井及其以南的廣大地區(qū)僅接受了200～300 m左右的沉積。喜山中期，逆沖推覆在伊寧凹陷南北兩側(cè)表現(xiàn)相對較為強(qiáng)烈，而且北部逆沖幅度和強(qiáng)度明顯大于南部，直到新近紀(jì)在區(qū)內(nèi)強(qiáng)烈的逆沖推覆與不均衡擠壓應(yīng)力環(huán)境下，使伊寧凹陷中北部，即霍曲斷裂的深盤發(fā)生了強(qiáng)烈的不均衡坳陷，并接受了一套霍城地區(qū)厚達(dá)2 000 m左右的雜色－紅色河流－淺湖相沉積巖層，而YN1井接受的該套沉積地層厚度僅1 500 m左右。

直到新生代第四紀(jì)伊寧凹陷基本處于山間泥礫巖－砂礫巖河流相－洪積相沉積階段。

4 構(gòu)造演化與油氣運(yùn)聚關(guān)系

由于盆地的構(gòu)造演化與構(gòu)造變形共生，并控制著其沉積地層的沉積、生烴巖系的油氣生成及后期沿著不同的油氣匯聚“通道”運(yùn)聚，所以伊寧凹陷的構(gòu)造演化同樣也與區(qū)內(nèi)的油氣運(yùn)聚密不可分。

（1）印支期的構(gòu)造運(yùn)動促使了區(qū)內(nèi)二疊系塔姆其薩依組烴源巖的初步生烴與運(yùn)聚。印支期，伊寧凹陷在三疊系白堿灘組沉積之后，二疊系塔姆其薩依組烴源巖逐漸進(jìn)入生烴門限，并開始沿著早期發(fā)育的斷裂面和砂巖輸導(dǎo)層等向早期的圈閉中運(yùn)聚；印支末期，伊寧凹陷在后期的弱擠壓隆升過程中，在大部分地區(qū)出現(xiàn)了明顯的整體隆升剝蝕。

（2）燕山期的構(gòu)造運(yùn)動有效促進(jìn)了二疊系塔姆其薩依組烴源巖的快速成熟與生排烴。燕山期，由于伊寧凹陷2 100～2 600 m厚侏羅系沉積地層的覆蓋，使伊寧凹陷二疊系烴源巖整體進(jìn)入快速生排烴階段，同時，三疊系白堿灘組烴源巖也開始進(jìn)入生排烴階段，該階段早期形成的各種類型的圈閉開始成為油氣運(yùn)聚的主要指向區(qū)。

5 結(jié)論

（1）伊犁盆地伊寧凹陷中生代以來四個階段的構(gòu)造演化中，印支－燕山期的構(gòu)造運(yùn)動對區(qū)內(nèi)油氣的生成與運(yùn)聚起著十分關(guān)鍵的作用，無論對二疊系塔姆其薩依組和三疊系白堿灘組烴源巖而言，對烴源巖生烴門限的促成與生排烴的促進(jìn)均起著決定性作用，而喜山期的構(gòu)造運(yùn)動，則主要對油氣起著重要的改造作用。

（2）伊寧凹陷不同構(gòu)造演化階段所形成的四個變形帶中，霍城－曲魯海弱變形帶和察縣－Y2井中等變形帶是區(qū)內(nèi)圈閉相對較為發(fā)育、殘存地層相對較全、油氣運(yùn)聚條件最為有利的兩個變形帶，這兩個變形帶內(nèi)發(fā)育的不同類型的油氣運(yùn)聚單元是下步油氣勘探應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注的地區(qū)。

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