哈山山前帶構(gòu)造特征及對下步勘探的啟示

李學良，林會喜，張奎華，張關(guān)龍，侯讀杰

(1.海相儲層演化與油氣富集機理教育部重點實驗室，北京 100083；2.中國地質(zhì)大學(北京)，北京 100083；3.中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257000)

0 引 言

哈山山前帶位于準噶爾盆地與和什托洛蓋盆地之間，構(gòu)造單元上屬于準噶爾盆地西北緣前陸褶皺-沖斷帶的一部分。準噶爾盆地西北緣蘊藏著豐富的油氣資源，在石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系及白堊系等都發(fā)現(xiàn)了油氣藏，先后發(fā)現(xiàn)并投入開發(fā)10個油氣田[1-6]。哈山山前帶在侏羅系發(fā)現(xiàn)了春暉油田和阿拉德油田，展示了該區(qū)巨大的勘探潛力[7]。但該區(qū)構(gòu)造變形復(fù)雜，制約了勘探進展。因此，擬通過構(gòu)造樣式和演化特征分析，明確哈山山前帶構(gòu)造變形特征，恢復(fù)該區(qū)構(gòu)造演化歷史，為下步重新評價該區(qū)勘探潛力及優(yōu)化勘探部署方向提供指導(dǎo)。

1 地層發(fā)育特征

哈山山前帶主要發(fā)育石炭系、二疊系、三疊系、白堊系。地表大面積出露石炭系，受達爾布特斷裂控制，呈北東向帶狀分布，巖性主要為島弧相關(guān)的火山巖(玄武巖、安山巖、火山碎屑巖)、近物源沉積物(礫巖、長石砂巖)、淺海與半深海沉積物(細砂巖、泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、灰?guī)r)，橫向變化快。哈山南、北兩側(cè)被白堊系或古近系所超覆(圖1)。

圖1準噶爾盆地西北緣地質(zhì)圖

受多期構(gòu)造運動影響，哈山山前帶地層剝蝕作用強烈，根據(jù)野外地層展布和地震剖面解釋成果可以識別出多期不整合構(gòu)造。主要的不整合面有石炭系與二疊系之間、二疊系與三疊系之間、三疊系與侏羅系之間、侏羅系與白堊系之間。根據(jù)不整合上下地層展布特征可將其劃分為5種類型：褶皺不整合、斷褶不整合、削截不整合、超覆不整合、平行不整合(表1)。

表1哈山山前帶地層及不整合發(fā)育概況

2 構(gòu)造特征

2.1 構(gòu)造樣式

構(gòu)造樣式指同一期構(gòu)造變形或同一應(yīng)力作用下所產(chǎn)生的構(gòu)造的總和[8-9]。受區(qū)域壓扭性構(gòu)造應(yīng)力作用，哈山山前帶主要發(fā)育走滑和收縮構(gòu)造樣式，同時局部地區(qū)受張力作用發(fā)育伸展構(gòu)造[1-2]。根據(jù)斷層及地層變形特征，哈山山前帶構(gòu)造樣式可劃分為21種。根據(jù)構(gòu)造樣式展布特征可歸納為淺層和深層2套系統(tǒng)，其中，淺層包括三疊系、侏羅系和白堊系，主要發(fā)育疊瓦沖斷構(gòu)造、反沖構(gòu)造、生長褶皺、斷展褶皺、伸展構(gòu)造等。深層主要指二疊系和石炭系，主要發(fā)育生長斷裂、疊瓦沖斷構(gòu)造、雙重構(gòu)造、三角帶、構(gòu)造楔、斷彎褶皺等。

2.2 構(gòu)造演化特征

哈山?jīng)_斷褶皺帶在形成過程中經(jīng)歷了復(fù)雜的演化過程,形成了復(fù)雜的構(gòu)造形態(tài)[10-14]。根據(jù)地層不整合、生長構(gòu)造以及構(gòu)造變形分析，將哈山山前帶構(gòu)造演化劃分為4個主要階段：早二疊世弱擠壓階段、晚二疊世—三疊紀強烈擠壓階段、侏羅紀—白堊紀擠壓拗陷階段和新生代走滑沖斷階段(圖2)。

(1) 早二疊世弱擠壓階段。伴隨著石炭紀晚期的弧陸碰撞、板塊碰撞活動，準噶爾盆地周緣受到碰撞、隆升、壓陷作用。受逆沖推覆構(gòu)造的影響和控制，在克―烏逆沖推覆構(gòu)造帶前緣產(chǎn)生前陸斷陷帶，即瑪湖凹陷區(qū)，接受了巨厚的二疊系沉積，凹陷邊緣為洪積―沖積相沉積。早二疊世為弱擠壓兼具拉張構(gòu)造環(huán)境，沉積了一套火山巖、沉積巖、白云巖混合地層，構(gòu)造推覆運動相對較弱，風城期末發(fā)生了一次相對較強的擠壓推覆運動，造成了哈山的隆升。從剖面來看，上二疊統(tǒng)有超覆在下二疊統(tǒng)之上的特征。

圖2哈山山前帶構(gòu)造演化平衡剖面

(2) 晚二疊世—三疊紀強烈擠壓階段。海西運動末期，區(qū)域擠壓構(gòu)造作用加強，發(fā)育了一系列雙重構(gòu)造和疊瓦式?jīng)_斷構(gòu)造，并具有繼承性和生長特征。其中，二疊紀末是推覆構(gòu)造形成的重要時期。在剖面上可以看到石炭系超覆二疊系之上，上二疊統(tǒng)在構(gòu)造高處遭受剝蝕，同時在二疊系內(nèi)部發(fā)育雙重構(gòu)造和疊瓦式?jīng)_斷構(gòu)造。受風城組塑性地層的影響，局部有加厚的特征。三疊紀時，受擠壓應(yīng)力的作用，石炭系推覆構(gòu)造進一步發(fā)育，二疊系受斷層控制發(fā)生更強烈的變形，三疊系受構(gòu)造隆升作用剝蝕強烈。此時，哈山山前帶深層構(gòu)造基本形成。

(3) 侏羅紀—白堊紀擠壓拗陷階段。侏羅紀之后，受區(qū)域應(yīng)力場轉(zhuǎn)換影響，哈山山前帶進入了擠壓拗陷階段，同時受應(yīng)力松弛作用影響，局部發(fā)育正斷層。受區(qū)域構(gòu)造環(huán)境的控制，侏羅系、白堊系在整個沖斷褶皺帶上都有沉積，同時受哈山隆升的控制，沉積了現(xiàn)今的和什托洛蓋盆地，與哈山山前帶分隔開。在地震剖面上可以看出，白堊系發(fā)育生長地層，指示了一期由北向南的擠壓構(gòu)造活動，致使侏羅系發(fā)生掀斜翹傾，與上覆白堊系形成明顯的角度不整合。

(4) 新生代走滑沖斷階段。這一期的構(gòu)造變形屬于哈山?jīng)_斷褶皺體形成之后的一次構(gòu)造活動，對哈山山前帶的構(gòu)造形態(tài)并未發(fā)生強烈改造。從野外地質(zhì)調(diào)查和地震剖面解釋成果來看，發(fā)育左行剪切作用和花狀構(gòu)造，是哈山山前帶構(gòu)造定型階段。

3 勘探潛力再評價

在構(gòu)造特征研究基礎(chǔ)上，根據(jù)地層厚度、巖石類型、沉積構(gòu)造等特征，重新厘定了研究區(qū)主要目的層系——下二疊統(tǒng)風城組的原始沉積范圍，并對研究區(qū)內(nèi)風城組烴源巖有效性展開評價。在此基礎(chǔ)上，重新評價了研究區(qū)油氣成藏條件，指出了下步有利勘探方向。

3.1 風城組沉積范圍再厘定

前人對研究區(qū)風城組沉積特征已有大量研究，并分析了該層系沉積時的沉積相和沉積環(huán)境，恢復(fù)了原始沉積范圍，認為風城組沉積在哈山以南地區(qū)，哈山地區(qū)并無沉積。然而，根據(jù)中國石化股份有限公司近期勘探實踐，鉆探的哈淺6等井鉆遇了風城組，證實了前期認識的不準確性。

根據(jù)地震資料解釋和鉆井資料，風城組沉積時構(gòu)造運動較弱，靠近瑪湖凹陷處地層發(fā)育較厚，向北在哈拉拉特山處仍有發(fā)育。風城組沉積后，受多期構(gòu)造運動影響，地層變形強烈，巖性及巖相橫向上有所差異。具體來看，烏夏地區(qū)主要發(fā)育深灰色(灰黑色)凝灰質(zhì)(泥質(zhì))白云巖(白云質(zhì)泥巖)夾砂巖,并發(fā)現(xiàn)有孔蟲、棘皮動物化石和藻類等；哈山地區(qū)主要為灰質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖及少量細砂巖。

在前人對研究區(qū)沉積特征研究基礎(chǔ)上，利用平衡剖面原理，根據(jù)構(gòu)造解釋和構(gòu)造演化分析，恢復(fù)了風城組沉積時期的古邊界，其中向北最大擴大了20 km左右，整體沉積范圍較前人認識擴大了約1 000 km2。

3.2 風城組烴源巖有效性評價

研究區(qū)風城組發(fā)育大套暗色細粒地層，包括泥巖、白云質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖等，厚度較大，其中，哈淺6井鉆遇了近1 500 m暗色細粒地層[12]。從烴源巖評價指標來看，TOC含量為0.29%～5.35%，平均為1.35%；氯仿瀝青“A”含量為0.017 8%～0.752 5%，平均為0.226 0%；氯仿瀝青“A”δ13C含量為-33‰～-29‰，平均為-31‰；S1+S2含量為1.29～17.70 mg/g，平均為5.60 mg/g。顯微組分腐泥組占優(yōu)勢，殼質(zhì)組發(fā)育，惰性組含量很低，干酪根H、C比值平均為1.17，干酪根碳同位素值較輕，δ13C為-28.72‰～-31.95‰，平均為-30.0‰，以Ⅰ—Ⅱ1型為主。

根據(jù)研究區(qū)內(nèi)風城組烴源巖地球化學特征分析，飽和烴氣相色譜表現(xiàn)為植烷優(yōu)勢(Pr/Ph為0.27～1.28，平均為0.60)，β-胡蘿卜烷含量豐富；此外，三環(huán)二萜烷含量較高，C20、C21和C23呈依次上升型分布，伽馬蠟烷含量較高，伽馬蠟烷指數(shù)(伽馬蠟烷、C30藿烷比值)為0.11～0.64，平均為0.31，Ts含量甚微或檢測不出；規(guī)則甾烷分布中以C29甾烷為主，相對含量為42.7%～56.2%，其次為C28甾烷，相對含量為30.7%～43.7%；C27甾烷相對含量最低，為3.2%～20.9%；氯仿瀝青“A”碳同位素總體較輕，為-30.11‰～-28.10‰。根據(jù)區(qū)內(nèi)哈淺6等鉆井微量元素分析，B含量為68.9×10-6～202.4×10-6，Sr、Ba比值為0.93～1.45。上述指標表明風城組烴源巖為還原咸水母源特征，評價為成熟優(yōu)質(zhì)烴源巖。

3.3 油氣成藏模式

地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征決定了油氣運移的空間配置樣式。研究區(qū)主要生烴層系位于達爾布特逆沖斷裂下盤，埋藏深度較大，上部圈閉成藏的關(guān)鍵在于縱向上發(fā)育與烴源巖相連通的斷裂，生成的油氣在斷裂的溝通下向上運移至有利圈閉聚集成藏。

三疊系、侏羅系中圈閉類型以地層、巖性圈閉為主，此外部分砂體與斷層相配置形成構(gòu)造-巖性圈閉，油氣主要通過油源斷裂或再經(jīng)過次級斷裂運移至圈閉中成藏；二疊系、石炭系主要發(fā)育斷塊、背斜、斷鼻等構(gòu)造圈閉，其中風城組內(nèi)部發(fā)育自生自儲型油藏(圖3)。

圖3哈山地區(qū)油氣成藏模式

3.4 對下步勘探的啟示

通過上述對研究區(qū)構(gòu)造特征、烴源巖等基礎(chǔ)石油地質(zhì)條件分析，認為研究區(qū)有效烴源巖發(fā)育，受油源斷層及次級斷層的控制，油氣沿斷裂向上運移至有利圈閉聚集成藏，所有與油源斷裂相溝通的圈閉均是下步有利勘探目標。在上述認識基礎(chǔ)上，通過構(gòu)造精細解釋，在哈山地區(qū)發(fā)現(xiàn)了大量背斜、斷鼻等有利圈閉目標，資源量達上億噸。近期，中國石油化工股份有限公司優(yōu)選有利圈閉目標，鉆探了哈深2、哈深斜1等井，均獲得了工業(yè)油氣流，并在淺層超剝帶共上報了5 000多萬噸控制石油地質(zhì)儲量，在二疊系和石炭系上報了5 000多萬噸預(yù)測石油地質(zhì)儲量，證實了研究區(qū)具有良好的油氣成藏條件，展現(xiàn)出較大的勘探潛力。下步將根據(jù)鉆井成果進一步完善構(gòu)造地質(zhì)模型，尋找油氣富集圈閉目標，整體評價哈山地區(qū)油藏規(guī)模。

4 結(jié) 論

(1) 哈山山前帶發(fā)育淺層和深層2套構(gòu)造變形系統(tǒng)，主要發(fā)育擠壓型和扭壓型構(gòu)造樣式，發(fā)育雙重構(gòu)造等21種構(gòu)造樣式。

(2) 哈山山前帶構(gòu)造演化過程可劃分為早二疊世弱擠壓、晚二疊世—三疊紀強烈擠壓、侏羅紀—白堊紀擠壓坳陷、新生代走滑沖斷4個階段。

(3) 根據(jù)構(gòu)造演化恢復(fù)和地球化學評價，二疊系風城組沉積范圍較前人認識擴大約1 000 km2，烴源巖整體評價為優(yōu)質(zhì)成熟型。

(4) 根據(jù)烴源巖、斷層、圈閉空間配置關(guān)系分析，認為與油源斷層相溝通的各類圈閉均為有利的勘探目標，預(yù)測圈閉資源量規(guī)模達到億噸級。

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