塔里木盆地西南坳陷東部構(gòu)造特征及對(duì)油氣成藏的控制

何　娟，王　毅，劉士林，何登發(fā)

(1.中國(guó)石化 石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京　100083； 2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 能源學(xué)院，北京　100083)

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塔里木盆地西南坳陷東部構(gòu)造特征及對(duì)油氣成藏的控制

何娟1，王毅1，劉士林1，何登發(fā)2

(1.中國(guó)石化 石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京100083； 2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 能源學(xué)院，北京100083)

摘要：運(yùn)用斷層相關(guān)褶皺理論對(duì)位于塔西南坳陷東部的瑪扎塔格、玉北1及和田南構(gòu)造帶進(jìn)行了幾何學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)特征分析。研究表明，瑪扎塔格斷裂帶主要發(fā)育深淺2套斷裂系統(tǒng)，深部斷裂系統(tǒng)形成斷層傳播褶皺，淺層為沖斷構(gòu)造；玉北1構(gòu)造帶構(gòu)造變形主要集中在古生界，發(fā)育復(fù)合疊加型斷層傳播褶皺；位于西昆侖山前的和田南斷裂帶為逆沖前緣帶，由多個(gè)滑脫層共同作用形成構(gòu)造楔。加里東晚期—海西早期、海西晚期及喜馬拉雅期是影響該地區(qū)構(gòu)造形成和演化的主要時(shí)期。該地區(qū)油氣成藏受斷裂控制影響明顯，喜馬拉雅期該地區(qū)的地層發(fā)生大規(guī)模掀斜改造，使得麥蓋提斜坡樞紐部位與巴楚隆起南緣構(gòu)造帶成為油氣富集的有利區(qū)帶。

關(guān)鍵詞：斷層相關(guān)褶皺；斷裂帶；構(gòu)造特征；油氣成藏；西南坳陷；塔里木盆地

塔里木盆地是中國(guó)陸上最大的含油氣盆地，經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，該盆地內(nèi)發(fā)育的斷裂多為疊加復(fù)合型斷裂[1]。塔西南地區(qū)雖然已發(fā)現(xiàn)了鳥(niǎo)山、柯克亞、玉北1井等油氣田，但總體勘探程度低。已發(fā)現(xiàn)油氣田的成藏過(guò)程分析表明，其成藏均與西昆侖地區(qū)喜馬拉雅期逆沖推覆構(gòu)造活動(dòng)密切相關(guān)[2-5]，局部構(gòu)造的最終定型受同一個(gè)構(gòu)造動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)控制。目前，對(duì)于塔西南地區(qū)瑪扎塔格、玉北1及和田南構(gòu)造帶的構(gòu)造幾何特征及運(yùn)動(dòng)期次還存在不同觀點(diǎn)[6-9]。本文在精細(xì)地震剖面解釋基礎(chǔ)上，運(yùn)用斷層相關(guān)褶皺理論對(duì)這3個(gè)構(gòu)造帶開(kāi)展幾何學(xué)分析和動(dòng)力學(xué)過(guò)程研究，以期對(duì)塔西南坳陷其他油氣有利成藏區(qū)帶分析提供參考。

1區(qū)域地質(zhì)概況

塔西南坳陷位于塔里木盆地西南部，北與中央隆起區(qū)相連，東部緊鄰東南斷隆帶，西南部止于西昆侖造山帶與鐵克里克隆起[4]。研究區(qū)位于塔西南坳陷東部的麥蓋提斜坡和葉城—和田凹陷(圖1)。塔西南地區(qū)古生界與中生界地層普遍發(fā)育不全。依據(jù)前人研究成果可知，研究區(qū)下古生界地層發(fā)育較全，構(gòu)造高壘帶缺失中上奧陶統(tǒng)—志留系，泥盆系—中生界主要分布在山前帶，其余地區(qū)整體上不發(fā)育。在古近系底部與中寒武統(tǒng)地層中發(fā)育2套膏鹽層[4]，既是區(qū)域性地層標(biāo)志，也是塔西南地區(qū)構(gòu)造變形的主要滑脫層。

塔西南坳陷構(gòu)造演化大體可分為5個(gè)階段：(1)早中寒武世塔里木盆地處于區(qū)域性伸展背景，主要發(fā)育碳酸鹽巖局限臺(tái)地與蒸發(fā)臺(tái)地，后期發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)；(2)晚寒武世—早中奧陶世伴隨著昆侖洋的演化，在玉北1井以東發(fā)育了近東西向的水下低隆，和田古隆起雛形形成，在隆起區(qū)發(fā)育一些高能環(huán)境沉積；(3)晚奧陶世—中泥盆世隨著昆侖洋的俯沖、消減，古隆起范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，泥盆紀(jì)早—中期古隆起上的下古生界地層遭受進(jìn)一步剝蝕，局部高點(diǎn)上已剝蝕至中奧陶統(tǒng)，和田古隆起基本定型；(4)石炭紀(jì)—二疊紀(jì)塔西南地區(qū)發(fā)育被動(dòng)大陸邊緣，石炭紀(jì)發(fā)育了一套以碳酸鹽巖為主，夾有細(xì)粒碎屑巖的沉積建造，二疊紀(jì)中晚期以碎屑巖沉積為主，海相沉積退出該地區(qū)；(5)新生代受特提斯構(gòu)造域演化控制，新生代早期發(fā)生的又一次海侵，沉積了一套較厚的碳酸鹽巖和膏巖地層，中晚期受喜馬拉雅造山運(yùn)動(dòng)的影響，麥蓋提地區(qū)由原來(lái)的向北傾斜變?yōu)楝F(xiàn)今的向西南傾的斜坡形態(tài)[5]。

2主要斷裂構(gòu)造變形特征分析

2.1瑪扎塔格斷裂帶構(gòu)造變形特征

瑪扎塔格斷裂帶位于塔里木盆地中西部，它是巴楚隆起與麥蓋提斜坡的分界斷裂。該斷裂帶總體呈北西西向，西起古董山斷裂帶，東至瑪東斷裂帶，南北寬約10 km，東西長(zhǎng)約100 km[6]。

圖1　塔里木盆地過(guò)西南坳陷東部主要斷裂帶的剖面圖及構(gòu)造位置

圖2　塔里木盆地過(guò)瑪扎塔格斷裂帶AA′地震剖面

2.2玉北1構(gòu)造帶構(gòu)造變形特征

對(duì)位于麥蓋提斜坡之上的玉北1構(gòu)造帶，本文從三維工區(qū)中截取了過(guò)玉北1井的南北向BB′地震剖面(1753測(cè)線)(圖3)展開(kāi)精細(xì)解析。

BB′地震剖面位于玉北1構(gòu)造帶的中部，斷裂及其構(gòu)造變形發(fā)育于古生界之中，而明顯區(qū)別于瑪扎塔格斷裂帶。沿寒武系底部的膏鹽層發(fā)育一條低角度逆沖斷層，由西北向東南方向逆沖，向上止于石炭系地層底部；在斷層端點(diǎn)上方的三角形區(qū)域，地層發(fā)生了卷入式變形，且在背斜前后兩翼之上的石炭系地層中發(fā)育同沉積地層(圖3)。

2.3和田南斷裂帶構(gòu)造變形特征

和田南斷裂帶位于和田凹陷南部，是西昆侖逆沖推覆構(gòu)造前陸沖斷帶的組成部分，縱向上由推覆體和多個(gè)逆沖斷片疊加而成，受和田滑脫斷層控制[10]。該斷裂帶位于造山帶的前緣帶位置，構(gòu)造變形較造山帶內(nèi)部要簡(jiǎn)單，為油氣成藏的有利區(qū)域。

從過(guò)和田南斷裂帶東段西側(cè)的CC′地震剖面(圖4)中可看出，該斷裂帶主要是由沿和田滑脫斷層自南向北朝麥蓋提斜坡逆沖的大型逆沖推覆體構(gòu)成，在逆沖推覆體內(nèi)部發(fā)育多個(gè)次級(jí)逆斷層，推覆體前端還可見(jiàn)反向逆沖斷層。此外，和田滑脫斷層上下兩盤(pán)古生界地層出現(xiàn)大面積重復(fù)，表明上盤(pán)沿?cái)鄬用姘l(fā)生了較大規(guī)模的位移。

圖3　塔里木盆地過(guò)玉北1構(gòu)造帶

3斷層相關(guān)褶皺特征與識(shí)別

3.1瑪扎塔格斷裂帶構(gòu)造幾何學(xué)特征

從AA′剖面(圖2)斷層相關(guān)褶皺軸面特征不難看出，兩斷層之間夾持的逆沖斷塊具有背斜兩翼不對(duì)稱的特征。先期形成的北斷層其上發(fā)育斷層相關(guān)褶皺，該褶皺前翼地層傾斜較窄、陡，而后翼較為寬、緩[6]，表明該斷層相關(guān)褶皺在未被南斷層改造之前，其前端向斜位置基本“固定”在北斷層端點(diǎn)之上[11]，北斷層向上斷層滑移量減少，為褶皺作用所吸收，在背斜中存在軸面分叉點(diǎn)(圖5a)，現(xiàn)今的形態(tài)應(yīng)是斷層后期發(fā)生突破改造而成。軸面特征與斷層成因表明，該構(gòu)造類型屬于斷層傳播褶皺。

圖4　塔里木盆地過(guò)和田南斷裂帶CC′地震剖面

淺部斷裂系統(tǒng)中，沿古近系膏鹽層發(fā)育的逆沖斷層之上地層被擠壓推出地表，從而無(wú)法觀察褶皺全貌，但結(jié)合出露地表形態(tài)和地下斷層根部特征可得出，在淺部斷層之上僅發(fā)育斷層轉(zhuǎn)折褶皺[12]。

3.2玉北1構(gòu)造帶構(gòu)造幾何學(xué)特征

BB′地震剖面(圖3)中的逆斷層之上古生界地層發(fā)生褶皺變形，形成的背斜存在前后兩翼不對(duì)稱特征，前陡而后緩；此外前翼地層有加厚現(xiàn)象，在褶皺形成過(guò)程中褶皺前翼軸面基本固定[2]，因此認(rèn)為該斷裂帶發(fā)育的是軸面固定的斷層傳播褶皺。但其又同時(shí)具有其他類型斷層傳播褶皺的特點(diǎn)，如在背斜前后兩翼的上部地層中發(fā)育同沉積構(gòu)造，揭示了該構(gòu)造還具有生長(zhǎng)斷層傳播褶皺特點(diǎn)[13]。此外，在斷層端點(diǎn)前方的三角區(qū)域，地層發(fā)生了卷入變形，且褶皺后翼軸面交于一點(diǎn)，這是三角剪切變形的特征。因此該斷裂帶總體上為復(fù)合型斷層傳播褶皺。

圖5　塔里木盆地瑪扎塔格斷裂帶運(yùn)動(dòng)學(xué)特征

3.3和田南斷裂帶構(gòu)造幾何學(xué)特征

根據(jù)CC′剖面(圖4)中和田滑脫斷層上下兩盤(pán)地層出現(xiàn)重復(fù)，且斷層一直延伸至和田凹陷當(dāng)中，分析認(rèn)為在斷層相關(guān)褶皺形成之初，斷層上覆褶皺吸收了斷層滑移量發(fā)生巨大構(gòu)造變形，但由于劇烈的擠壓作用使得斷層突破褶皺前翼，形成現(xiàn)今這種形態(tài)的破裂——沖斷褶皺。此外，持續(xù)的擠壓作用還造成新生界地層沿古近系膏鹽層被動(dòng)反沖至褶皺之上[14]，在褶皺前端形成反沖斷層。這樣由下伏和田滑脫斷層和褶皺前端反沖斷層共同圍限的三角區(qū)域構(gòu)成了構(gòu)造楔[6]，由古生界地層組成的構(gòu)造楔沿滑脫層向盆地方向楔入。

從斷層及其相關(guān)褶皺的軸面進(jìn)行識(shí)別與劃分來(lái)看，褶皺前翼的逆沖斷層以高角度沿二疊系地層頂部上傾，斷距向上逐漸變小，在斷層之上形成前后兩翼不對(duì)稱背斜，且背斜軸面在前翼發(fā)生分叉，斷層斷點(diǎn)又一直位于向斜之下，為典型的斷層傳播褶皺特征。根據(jù)軸面分析，逆沖推覆體內(nèi)部的次級(jí)斷裂之上同樣發(fā)育斷層傳播褶皺。

4斷層相關(guān)褶皺運(yùn)動(dòng)學(xué)特征

4.1瑪扎塔格斷裂帶運(yùn)動(dòng)學(xué)特征

從地震剖面解釋結(jié)果并結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景，認(rèn)為該斷裂帶的形成主要經(jīng)歷了3期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)(圖5)。

(1)加里東中晚期(圖5a)。地層厚度變化表明加里東早期該地區(qū)處于拉張環(huán)境，瑪扎塔格斷裂帶北斷層為正斷層，至加里東中晚期受區(qū)域擠壓應(yīng)力作用斷層發(fā)生反轉(zhuǎn)，形成沿基底內(nèi)部滑脫面由麥蓋提斜坡向巴楚隆起方向逆沖的逆斷層，并在該斷層之上發(fā)育斷層傳播褶皺，由于持續(xù)的擠壓作用斷層后期突破褶皺前翼。

(2)海西晚期(圖5b)。斷層活動(dòng)加劇，此時(shí)主要形成了切割深部北斷層的南斷層。該逆沖斷層深達(dá)基底，并具有一定的走滑性質(zhì)，傾向與北斷層相反，兩斷層共同夾持形成逆沖斷塊。

(3)喜馬拉雅晚期(圖5c)。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)最為強(qiáng)烈[15]，中新世末至上新世強(qiáng)烈的逆沖走滑運(yùn)動(dòng)對(duì)深部斷裂系統(tǒng)形態(tài)進(jìn)行了疊加改造。另外在早更新世，沿古近系底部膏鹽層形成滑脫斷層，強(qiáng)烈地自南西向北東方向的逆沖，導(dǎo)致淺部逆斷層之上地層抬升至地表并遭受剝蝕，形成瑪扎塔格山。

4.2玉北1構(gòu)造帶運(yùn)動(dòng)學(xué)特征

該構(gòu)造帶的形成演化主要受3期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響(圖6)。

圖6　塔里木盆地玉北1斷裂帶運(yùn)動(dòng)學(xué)特征

(1)加里東中晚期(圖6a)。受區(qū)域性擠壓作用影響，沿寒武系底部膏鹽層發(fā)育向南東方向逆沖的逆斷層，斷層上覆下古生界地層發(fā)生褶皺作用，局部構(gòu)造高部位古生界遭受強(qiáng)烈剝蝕，此時(shí)形成軸面固定斷層傳播褶皺，當(dāng)褶皺作用無(wú)法調(diào)節(jié)斷層的滑移后便發(fā)生突破。

(2)海西早期(圖6b)。受古特提斯洋關(guān)閉、古西昆侖造山作用的持續(xù)影響[16]，在褶皺兩翼處形成了同沉積地層。該生長(zhǎng)地層以早期奧陶系殘余地層為底，超覆于褶皺隆起兩側(cè)，形成生長(zhǎng)斷層傳播褶皺。

(3)海西晚期(圖6c)。斷層的活動(dòng)性逐漸減弱，先期形成的背斜隆起之上接受穩(wěn)定沉積，受斷層活動(dòng)影響石炭系—二疊系地層均有變形，此時(shí)形成了三角剪切斷層傳播褶皺。喜馬拉雅期處于構(gòu)造的轉(zhuǎn)換部位，受前陸沉降負(fù)載機(jī)制以及巴楚隆起的基底隆起影響，新生代沉積自身形成一套向盆地方向減薄的楔狀體，楔形體具有自我變形調(diào)節(jié)，所以麥蓋提斜坡新生界內(nèi)沒(méi)有明顯構(gòu)造變形發(fā)生[4,6]。

4.3和田南斷裂帶運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

和田南斷裂帶形成于喜馬拉雅期(圖7)，漸新世形成了和田南斷裂帶的雛形(圖7a)。該時(shí)期受西昆侖造山帶強(qiáng)烈活動(dòng)的影響，先期沉積的地層沿古近系底部膏鹽層滑脫，向北東方向大規(guī)模逆沖推覆[17]，和田滑脫斷層之上發(fā)育大型斷層轉(zhuǎn)折褶皺。

圖7　塔里木盆地和田南斷裂帶形成與演化特征

至中新世(圖7b)，持續(xù)的擠壓作用使和田滑脫斷層不斷向麥蓋提方向推進(jìn)，最終突破斷層轉(zhuǎn)折褶皺前翼形成斷層沖破褶皺。同時(shí)，褶皺的前端發(fā)育反向逆沖斷層，它與和田滑脫斷層共同圍限出一個(gè)三角帶，形成構(gòu)造楔(圖7c)。此外，在逆沖推覆體的后端還發(fā)育前展式的逆沖斷層。

5構(gòu)造演化及對(duì)油氣圈閉的影響

通過(guò)以上分析認(rèn)為，影響該地區(qū)構(gòu)造形成和演化的時(shí)期主要有3個(gè)。

(1)加里東晚期—海西早期。在加里東早期拉張環(huán)境背景下形成的斷裂后期遭受應(yīng)力反轉(zhuǎn)，因此在地震剖面的中下寒武統(tǒng)地層中多見(jiàn)反轉(zhuǎn)構(gòu)造，而此時(shí)的和田古隆起的形成并持續(xù)隆升造成構(gòu)造高部位遭受剝蝕，因此在該地區(qū)缺失部分古生界地層。該階段主要發(fā)育了瑪扎塔格斷裂帶深部斷裂系統(tǒng)與玉北1構(gòu)造帶的雛形，也為巖溶縫洞碳酸鹽巖儲(chǔ)層的形成奠定了基礎(chǔ)。

(2)海西期晚期。受中特提斯洋關(guān)閉的影響，塔西南地區(qū)處于區(qū)域擠壓環(huán)境，為瑪扎塔格斷裂帶深部斷裂系統(tǒng)形成與改造的主要時(shí)期，玉北1構(gòu)造帶斷層相關(guān)褶皺也主要形成于該時(shí)期。

(3)喜馬拉雅期。受西昆侖山從中新世開(kāi)始強(qiáng)烈逆沖作用的影響，麥蓋提斜坡發(fā)生大規(guī)模的地層掀斜反轉(zhuǎn)，并在昆侖山前形成了和田南斷裂帶，在構(gòu)造應(yīng)力作用下還對(duì)玉北1構(gòu)造帶和瑪扎塔格深部斷裂系統(tǒng)進(jìn)行了改造，同時(shí)發(fā)育了瑪扎塔格淺部逆沖斷裂。

塔西南東部地區(qū)構(gòu)造形成與演化過(guò)程的研究對(duì)該地區(qū)油氣勘探具有重要的指導(dǎo)意義。麥蓋提斜坡玉北1構(gòu)造帶主要形成于加里東到海西期，構(gòu)造作用形成的褶皺為巖溶古地貌的形成提供了條件，形成了奧陶系巖溶—縫洞型儲(chǔ)集體[18-21]。另外斷層未突破二疊系地層，構(gòu)成了良好的儲(chǔ)蓋組合，為早期圈閉中油氣藏的保存起到了關(guān)鍵作用。如前所述，玉北地區(qū)在喜馬拉雅期處于構(gòu)造樞紐部位，變形弱，保存條件好，因而是油氣勘探的有利區(qū)帶。此外，斷裂的形成可使寒武系烴源巖生成的油氣沿?cái)嗔堰\(yùn)移至多套儲(chǔ)集層中，如發(fā)現(xiàn)于瑪扎塔格構(gòu)造帶的和田河氣田便是以寒武系烴源巖作為油氣源，并以石炭系巴楚組生物碎屑灰?guī)r作為主要儲(chǔ)集層、奧陶系碳酸鹽巖為次要儲(chǔ)集層形成的背斜型油氣圈閉。

6結(jié)論

(1)運(yùn)用斷層相關(guān)褶皺理論，對(duì)瑪扎塔格、玉北1及和田南構(gòu)造帶進(jìn)行幾何學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)特征的分析，該地區(qū)在斜坡帶位置主要發(fā)育斷層傳播褶皺，但受多期區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，形成的斷層相關(guān)褶皺多為復(fù)合疊加型；而在造山帶附近，主要發(fā)育大型逆沖推覆體，形成構(gòu)造楔。

(2)影響塔西南坳陷東部地區(qū)斷裂帶構(gòu)造形成和演化的時(shí)期主要有3個(gè)：加里東晚期—海西早期、海西晚期及喜馬拉雅期；而中寒武統(tǒng)與古近系底部發(fā)育的膏鹽層為逆沖斷層的發(fā)育提供了有利條件。

(3)塔西南坳陷東部地區(qū)主要發(fā)育石炭系與奧陶系儲(chǔ)集層，而喜馬拉雅期發(fā)生在該地區(qū)的地層大規(guī)模掀斜改造，對(duì)油氣成藏與調(diào)整產(chǎn)生了重大影響，使得麥蓋提斜坡構(gòu)造轉(zhuǎn)換樞紐部位與巴楚隆起南緣構(gòu)造帶成為油氣富集的有利區(qū)帶。

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(編輯徐文明)

Characteristics of fault structure and its control on hydrocarbon accumulation in the eastern part of southwestern Tarim Basin

He Juan1, Wang Yi1, Liu Shilin1, He Dengfa2

(1.SINOPECPetroleumExploration&ProductionResearchInstitute,Beijing100083,China;2.SchoolofEnergyResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China)

Abstract:High resolution interpretations of seismic profiles in the eastern part of southwestern Tarim Basin have been accomplished with the application of fault-related folding geometry principles. The Mazhatage fault zone developed both shallow and deep fault systems, and formed fault propagation folds in the deep fault system and thrust structures in the shallow fault system. The Yubei1 tectonic zone was deformed in the Paleozoic strata, and developed mixed fault propagation folds. The Southern Hetian thrust and nappe fault zone is located in front of the western Kunlun orogeny, and developed structural wedges. The Late Caledonian-Early Hercynian, Late Hercynian and Himalayan periods are important for structural formation and evolution in this area. Faults controlled hydrocarbon accumulation in the study area. A large-scale tilting movement took place in the study area during the Himalayan period. Therefore, the pivot part of Maigaiti slope and the southern margin of Bachu uplift are hydrocarbon enrichment zones.

Keywords:fault-related folds; fault zone; tectonic feature; hydrocarbon accumulation; Southwestern Depression; Tarim Basin; Tarim Basin

文章編號(hào)：1001-6112(2016)03-0326-07

doi：10.11781/sysydz201603326

收稿日期：2015-09-29；

修訂日期：2016-04-13。

作者簡(jiǎn)介：何娟(1987—)，女，碩士，從事石油地質(zhì)綜合研究。E-mail：hejuan.syky@sinopec.com。

基金項(xiàng)目：中國(guó)石化科技部項(xiàng)目“塔里木盆地中央隆起構(gòu)造解析與物理、數(shù)值模擬研究”(P15089)資助。

中圖分類號(hào)：TE121.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A