敦煌盆地東部侏羅紀(jì)原型盆地探討

侯旭波，王金鐸，劉國宏，劉衛(wèi)彬中石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院，山東 東營中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心，北京

敦煌盆地東部侏羅紀(jì)原型盆地探討

侯旭波1，王金鐸1，劉國宏1，劉衛(wèi)彬21中石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院，山東 東營2中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心，北京

以敦煌盆地東部各凹陷為研究對象，系統(tǒng)分析了侏羅紀(jì)盆地構(gòu)造格架及沉積充填特征，恢復(fù)了其原型盆地。研究結(jié)果表明：侏羅紀(jì)之前，敦煌盆地與周邊盆地具有相似的演化背景，至三疊紀(jì)末期，盆地“三山夾兩坳”的構(gòu)造背景初步形成；早侏羅世，敦煌盆地發(fā)生斷陷，形成一系列彼此分割的小型凹陷，發(fā)育沖積扇–辮狀河–湖沼相粗碎屑沉積；中侏羅世，湖盆范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，五墩凹陷發(fā)育半深湖–深湖相沉積，中–下侏羅統(tǒng)最大沉積厚度為1100 m，其他凹陷中–下侏羅統(tǒng)最大沉積厚度為600 m，以濱淺湖沉積為主；晚侏羅世時期，盆地發(fā)生整體拗陷，普遍接受上侏羅統(tǒng)沉積，充填了棕紅色河流相砂礫巖沉積物。

敦煌盆地，侏羅紀(jì)，原型盆地，五墩凹陷，沉積充填

1.引言

原型盆地是針對現(xiàn)今的殘留盆地而言，特指在一定地質(zhì)歷史時期內(nèi)形成、后期未經(jīng)改造或改造甚微、基本保持了原有盆地性質(zhì)和分布范圍的原始沉積盆地[1][2][3][4]。在油氣勘探中，原型盆地的恢復(fù)關(guān)系到生油坳陷的分布、有利區(qū)帶的預(yù)測以及油氣資源的評價，在油氣勘探中起著重要作用。

敦煌盆地的勘探始于20世紀(jì)50年代，大致經(jīng)歷了石油普查(1953～1986年)、盆地早期評價(1994～2000年)和中石化勘探(2000年～現(xiàn)今)3個階段。2014年，中石化勝利油田優(yōu)選五墩凹陷部署了西參1井，在中–下侏羅統(tǒng)見多層油氣顯示，測試獲得油流，成為敦煌盆地第一口獲得油氣流的鉆井，揭示了敦煌盆地具有一定勘探潛力，開啟了勘探研究的新篇章。受資料所限，敦煌盆地基礎(chǔ)研究相對薄弱，僅少數(shù)學(xué)者對地層序列[5]、油氣地質(zhì)條件[6][7]、火山巖[8][9]以及阿爾金盆地群演化[10][11][12][13]等方面進(jìn)行了初步分析，而侏羅紀(jì)時期原型盆地缺少相關(guān)研究。筆者綜合利用近幾年獲取的鉆井、地震及野外露頭等第一手資料，從古構(gòu)造格局與沉積充填兩方面對研究區(qū)內(nèi)侏羅紀(jì)原型盆地進(jìn)行了探討，為敦煌盆地下步油氣勘探提供指導(dǎo)。

2.區(qū)域地質(zhì)概況

敦煌盆地位于河西走廊地區(qū)西端，大地構(gòu)造上歸屬于塔里木板塊阿爾金–敦煌地塊，是一個在元古界結(jié)晶基底之上發(fā)育起來的中–新生代殘留盆地。盆地南部以阿爾金走滑大斷裂與柴達(dá)木盆地相隔，北部以北山南緣斷裂為界，與北山構(gòu)造帶相接。敦煌盆地現(xiàn)今呈現(xiàn)南北分帶、東西分塊的構(gòu)造格局，可劃分為“兩坳一隆一斜坡”4個一級構(gòu)造單元，自北而南分別為玉門關(guān)斜坡、安墩坳陷、三危山隆起以及阿克塞坳陷。根據(jù)一級構(gòu)造單元基底起伏及蓋層發(fā)育特征，進(jìn)一步將安墩坳陷及阿克塞坳陷劃分為7凹6凸共13個二級構(gòu)造單元(圖1)。研究區(qū)位于敦煌盆地東部，包括灣窯凹陷、五墩凹陷、大壩凹陷以及紅柳溝凹陷。

敦煌盆地基底為元古界變質(zhì)巖，盆地內(nèi)部沉積蓋層為第四系、新近系、侏羅系，白堊系與石炭系在盆地周邊發(fā)育，盆地內(nèi)部缺失。其中，侏羅系在盆地內(nèi)廣泛發(fā)育，頂部與新生界呈不整合接觸，內(nèi)部各統(tǒng)為連續(xù)沉積，是敦煌盆地主要勘探層系。

Figure 1.The division of geodetic position and tectonic units in Dunhuang Basin圖1.敦煌盆地大地位置及構(gòu)造單元劃分圖

2.1.大地構(gòu)造屬性

敦煌盆地整體疊置于塔里木板塊東部的敦煌地塊上，位于古亞洲構(gòu)造域的中軸上，周邊與華北板塊、準(zhǔn)噶爾板塊以及青藏板塊相鄰，處于古特斯構(gòu)造域的北部，位于古亞洲構(gòu)造域的中軸上。敦煌盆地是中國西部呈北東東走向、具有連接不同板塊而且分隔和改造古構(gòu)造系的特殊構(gòu)造盆地[8]。

中國西部大地構(gòu)造研究成果表明[13]，敦煌盆地及鄰區(qū)的基底演化經(jīng)歷了太古宙末的古陸核形成、早元古代的原始古陸形成、中元古代至晚元古代的早期古板塊形成、震旦紀(jì)至三疊紀(jì)的克拉通演化4個階段。其中，二疊世時期，區(qū)域上古地理格局和沉積環(huán)境都發(fā)生了重大變革，是海相沉積環(huán)境向陸相沉積環(huán)境轉(zhuǎn)變的主要時期。在該種構(gòu)造背景下，敦煌地塊大部分地區(qū)遭受剝蝕，該格局一直持續(xù)到三疊紀(jì)。三疊紀(jì)末期，受印支運(yùn)動影響，敦煌地塊進(jìn)一步抬升，阿爾金山、三危山及北山再一次隆升，形成了早期“三山夾兩坳”的盆地構(gòu)造格局，并與祁連山的隆升構(gòu)成了中國西部一條近東西向的構(gòu)造帶，敦煌盆地中新生代的演化就是在該種“三山夾兩坳”的古構(gòu)造背景下逐步發(fā)展的。

侏羅紀(jì)早期，在中特提斯洋迅速擴(kuò)張等構(gòu)造因素的影響下，周邊塔里木板塊、西伯利亞板塊以及華北板塊之間發(fā)生不同規(guī)模的旋轉(zhuǎn)，造成了中國西部南北向伸展的構(gòu)造環(huán)境[8]。在該種區(qū)域地質(zhì)背景下，阿爾金山、三危山以及北山之間兩大坳陷開始接受沉積，敦煌盆地侏羅紀(jì)時期構(gòu)造格局初步形成。自此，敦煌盆地開始了自己獨(dú)特的演化歷程，“三山夾兩坳”的構(gòu)造格局保持至今。

2.2.原型盆地形態(tài)

敦煌盆地中–下侏羅統(tǒng)與基底呈超覆接觸關(guān)系，盆地南、北2坳陷中–下侏羅統(tǒng)均自南而北超覆于基底之上。該底部超覆特征在五墩凹陷較為明顯(圖2(a))，而在其他幾個凹陷則不明顯，中–下侏羅統(tǒng)底部同相軸近似與基底不整合面平行(圖2(b))。上侏羅統(tǒng)與中–下侏羅統(tǒng)呈整合接觸關(guān)系，其沉積范圍比中–下侏羅統(tǒng)大，敦煌盆地各二級構(gòu)造單元的凸起與凹陷內(nèi)均發(fā)育上侏羅統(tǒng)；上侏羅統(tǒng)與新生界整體呈平行不整合接觸關(guān)系，局部遭受削截(圖2(c))。

Figure 2.The relationship of contact of Jurrasic with the base of basin in seismic profile of different sags through Dunhuang Basin圖2.過敦煌盆地不同凹陷地震剖面的侏羅系與盆地基底接觸關(guān)系

上述分析表明，早–中侏羅世，受“三山夾兩凹”構(gòu)造格局影響，敦煌盆地內(nèi)安墩坳陷與阿克塞坳陷展布形態(tài)與三危山近于一致，呈北東東走向。在山前斷裂伸展作用控制下，安墩坳陷與阿克塞坳陷以箕狀斷陷為主，表現(xiàn)為南斷北超，五墩凹陷邊界斷層活動強(qiáng)度大，箕狀斷陷充填特征明顯；而其他凹陷邊界斷層活動強(qiáng)度弱，箕狀斷陷充填特征不明顯，表現(xiàn)為較小規(guī)模斷陷。由于中–下侏羅統(tǒng)與上侏羅統(tǒng)呈平行整合接觸關(guān)系，為連續(xù)沉積，并且盆地內(nèi)大部分地區(qū)殘留上侏羅統(tǒng)，因此中–下侏羅統(tǒng)未遭受剝蝕，保存相對較為完整，其展布特征可以反映早–中侏羅世原型盆地形態(tài)。從現(xiàn)今中–下侏羅統(tǒng)展布特征來看(圖3)來看，早–中侏羅世，敦煌盆地東部原型盆地與現(xiàn)今差異較大，原始沉積范圍比現(xiàn)今凹陷小得多，僅發(fā)育4個彼此分割的小型凹陷，分別位于現(xiàn)今的灣窯凹陷、五墩凹陷、大壩凹陷和紅柳溝凹陷內(nèi)，三危山仍處于隆起區(qū)，未接受沉積。受三危山斷裂及阿爾金斷裂活動影響，早–中侏羅世各凹陷沉降中心位于三危山或阿爾金山前，并且沉降幅度不一：灣窯凹陷、大壩凹陷及紅柳溝凹陷中–下侏羅統(tǒng)最大厚度為600 m，五墩凹陷內(nèi)中–下侏羅統(tǒng)最大厚度為1100 m。

Figure 3.The plain distribution characters of prototype of Dunhuang Basin in Early-Mid Jurrasic圖3.早–中侏羅世敦煌盆地原型盆地平面展布特征

晚侏羅世時期，盆地發(fā)生整體坳陷，普遍接受上侏羅統(tǒng)沉積，東部各凹陷與凸起已經(jīng)連通，具有“大盆地”式沉積特征。利用聲波時差法計(jì)算上侏羅統(tǒng)被剝蝕掉地層約為1000 m左右(圖4)，因此五墩凹陷內(nèi)部上侏羅統(tǒng)原始沉積最大厚度約2000 m，凹陷周邊凸起原始沉積厚度約為1200 m。

Figure 4.The denuded rate of acoustic slowness-time computation for mudstone in Well Xican 1圖4.西參1井泥巖聲波時差計(jì)算剝蝕量

白堊紀(jì)至古近紀(jì)，敦煌盆地整體抬升，上侏羅統(tǒng)遭受剝蝕，以整體抬升剝蝕為主，局部由于翹傾作用發(fā)生削截。新近紀(jì)至第四紀(jì)，阿爾金與三危山發(fā)生走滑擠壓，敦煌盆地形成現(xiàn)今構(gòu)造形態(tài)。

3.原型盆地沉積充填特征

敦煌盆地五墩凹陷內(nèi)西參1井揭示了完整的中–下侏羅統(tǒng)地層序列，其他凹陷內(nèi)雖然沒有鉆井，但周邊露頭豐富，對盆內(nèi)地層具有一定代表作用。筆者依據(jù)野外露頭實(shí)測及鉆井資料(圖5)，結(jié)合古構(gòu)造格架，對侏羅紀(jì)時期盆地東部沉積充填特征進(jìn)行了分析。

Figure 5.The contrast of strata in the east of Dunhuang Basin圖5.敦煌盆地東部地層對比圖

早侏羅世初期，敦煌盆地發(fā)生初始斷陷，規(guī)模較小，多壩溝、黑大坂、蘆草溝及北大窯等露頭揭示侏羅系底部均沉積了一套灰色、灰綠色以礫巖、粗砂巖等為主的粗碎屑沉積物，不整合于基底之上。礫石成分因地而異，多壩溝、蘆草溝等露頭侏羅系底部為紅色花崗質(zhì)礫巖，黑大坂及北大窯露頭底部則以石英質(zhì)礫巖為主，成分和結(jié)構(gòu)成熟度低，分選差，屬快速堆積產(chǎn)物，沖積扇沉積，反映了三危山及阿爾金山已經(jīng)隆起，并且向盆內(nèi)提供物源。

早侏羅世中后期，隨著斷陷作用進(jìn)一步加劇，垂直升降上的差異增大。由于各露頭所處凹陷相對構(gòu)造位置不同，其沉積充填特征存在一定差異，但整體具有向上逐漸變細(xì)的充填特征，泥質(zhì)含量增高。黑大坂、蘆草溝、多壩溝及西參1井揭示下侏羅統(tǒng)中–上部表現(xiàn)為薄層砂巖和薄層泥巖頻繁交互的“湖相復(fù)理石”巖相，整體表現(xiàn)為濱淺湖沉積。北大窯及大紅山露頭下侏羅統(tǒng)中–上部為細(xì)礫巖、砂巖、頁巖夾碳質(zhì)泥頁巖等，發(fā)育波狀層理、槽狀交錯層理、沖刷面等，常見大型流水波痕，為辮狀河沉積。

整體而言，早侏羅世，研究區(qū)在印支運(yùn)動后形成的古地形基礎(chǔ)之上發(fā)生不均一沉降，形成一系列彼此分割的小型斷陷凹陷。各沉降帶的周緣山地剝蝕作用強(qiáng)烈，物源供應(yīng)充足，各個凹陷沿山麓發(fā)育一系列沖積扇，向凹陷內(nèi)部過渡為辮狀河和小型湖泊沼澤，構(gòu)成了沖積扇–辮狀河–湖沼相沉積體系。

中侏羅世，伴隨著局部地區(qū)拉分作用，斷陷規(guī)模達(dá)到最大，各凹陷湖盆范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。五墩凹陷西參1井揭示，中侏羅統(tǒng)中–下部具有自下而上由粗變細(xì)充填特征，底部為灰色礫巖、砂巖，向上逐漸過渡為厚層泥巖。該段是烴源巖主要發(fā)育層段，屬半深湖–深湖相沉積。根據(jù)古生物資料分析，中–下段裸子植物花粉(體積分?jǐn)?shù)為30.6%～79.4%，平均49%)和蕨類孢子(體積分?jǐn)?shù)為20.6%～69.4%，平均51%)互占優(yōu)勢，其中蕨類孢子中主要以桫欏科份子為主，裸子植物花粉主要以克拉梭粉屬(體積分?jǐn)?shù)為6.4%～15.8%，平均10.83%)、蘇特粉屬(體積分?jǐn)?shù)為1.7%～9.9%，平均 6.3%)為主，表明中侏羅世早期以潮濕環(huán)境為主。中侏羅統(tǒng)上段發(fā)育紫紅泥厚層泥巖，表明當(dāng)時仍以湖相為主，但氣候由濕潤轉(zhuǎn)變?yōu)楦珊怠Ｒ虼?，該時期，敦煌盆地東部各凹陷仍相互獨(dú)立，互不連通，五墩凹陷沉降幅度較大，內(nèi)部填充了以半深湖–深湖相為主的地層序列；其他凹陷由于沉降幅度相對較小，并且缺少相關(guān)露頭資料，根據(jù)其沉降幅度及原型盆地規(guī)模，推測凹陷內(nèi)僅發(fā)育濱淺湖相。

晚侏羅世，盆地發(fā)生整體拗陷，以河流相為主，充填了棕紅色、紫色砂礫巖體和含礫粗砂巖。

4.結(jié)論

1) 侏羅紀(jì)之前，敦煌盆地與周邊具有相似的演化背景，經(jīng)歷了太古宙末的古陸核形成、早元古代的原始古陸形成、中元古代至晚元古代的早期古板塊形成、震旦紀(jì)至三疊紀(jì)的克拉通演化4個階段。其中，三疊紀(jì)末期，受印運(yùn)動影響，盆地“三山夾兩坳”的構(gòu)造背景初步形成。

2) 早侏羅世，敦煌盆地發(fā)生初始斷陷，形成一系列彼此分割的小型斷陷凹陷。各沉降帶的周緣山地剝蝕作用強(qiáng)烈，物源供應(yīng)充足。各個凹陷沿山麓發(fā)育一系列沖積扇，向凹陷內(nèi)部過渡為辮狀河和小型湖泊沼澤，構(gòu)成了沖積扇–辮狀河–湖沼相沉積體系。

3) 中侏羅世，各凹陷湖盆范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，五墩凹陷填充了以半深湖–深湖相為主的地層序列，中–下侏羅統(tǒng)最大厚度為1100 m；其他凹陷則以濱淺湖沉積為主，中–下侏羅統(tǒng)最大厚度約為500～600 m。

4) 晚侏羅世時期，盆地發(fā)生整體拗陷，普遍接受上侏羅統(tǒng)沉積，東部各凹陷與凸起已經(jīng)連通，以河流相為主，具有“大盆地”式沉積特征。

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Study on Jurassic Prototype of the Eastern Dunhuang Basin

Xubo Hou1, Jinduo Wang1, Guohong Liu1, Weibin Liu21Research Institute of Exploration and Development, Shengli Oilfield Company, SINOPEC, Dongying Shandong2Center of Oil & Gas Survey, China Geological Survey, Beijing

May 24th, 2017; accepted: Aug.24th, 2017; published: Dec.15th, 2017

The Jurassic prototype of the Eastern Dunhuang Basin was studied from tectonic framework and sedimentary filling characteristics, and the prototype of the basin was restored.The results showed that evolution characteristics of Dunhuang Basin were similar to adjacent basins before Jurassic.The tectonic framework of “two depressions between three hills” was formed in the end of the Triassic.Dunhuang Basin was down faulted and formed a series of small sags in early Jurassic, which were separated from each other and filled with coarse clastic sediments of alluvial fan-braided river-limnetic facies.In the middle Jurassic, the lake basin spread more widely.In Wudun Sag, half-deep lake and deep lake facies were developed and maximum thickness of the Middle-Lower Jurassic strata was 1100 m.In contrast, in other sags shore shallow lake sedimentation system was mainly developed and maximum thickness of the Middle-Lower Jurassic strata was about 600 m.In late Jurassic, the Dunhuang Basin integrally sagged and was universally filled with brown-red sandy conglomerate of fluvial facies.

Dunhuang Basin, Jurassic, Prototype Basin, Wudun Sag, Sedimentary Filling

文章引用:侯旭波, 王金鐸, 劉國宏, 劉衛(wèi)彬.敦煌盆地東部侏羅紀(jì)原型盆地探討[J].石油天然氣學(xué)報(bào), 2017, 39(6):1-7.

10.12677/jogt.2017.396092

Copyright ? 2017 by authors, Yangtze University and Hans Publishers Inc.

This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY).http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

侯旭波(1980-)，男，博士，高級工程師，現(xiàn)主要從事工作盆地分析研究。

2017年5月24日；錄用日期：2017年8月24日；發(fā)布日期：2017年12月15日

中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目(12120115002901-01)。

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