準噶爾盆地陸東地區(qū)石炭系地震波組及構(gòu)造-地層層序特征

張 磊，何登發(fā),李 滌,鄭孟林，吳松濤，梁宇生，楊思迪

[1. 中國地質(zhì)大學(北京) 能源學院，北京 100083； 2. 中國石油 新疆油田分公司 勘探開發(fā)研究院，新疆 克拉瑪依 834000]

準噶爾盆地石炭系火山機構(gòu)發(fā)育，火山巖相變化劇烈，導致深部地震資料品質(zhì)普遍較差，地震波組特征普遍很不清楚，很難識別地震反射波的振幅、頻率、連續(xù)性與內(nèi)部結(jié)構(gòu)等信息，因此一直以來石炭系地震波組特征研究較為欠缺。地震反射波組特征是地層內(nèi)部結(jié)構(gòu)的客觀反映，與巖層的成分、粒度、密度、巖層面結(jié)構(gòu)與產(chǎn)狀等因素密切相關(guān)，通過對地震波組特征的研究，能夠從地球物理的角度反映出石炭系地質(zhì)結(jié)構(gòu)的信息[1]。目前準噶爾盆地石炭系地層劃分方案存在諸多爭議[2-3]，如何利用波組特征來開展構(gòu)造-地層層序的劃分，也是準噶爾盆地石炭系研究的重點和難點之一?？碧窖芯勘砻?，石炭系自身發(fā)育大量烴源巖[4-6]，石炭系氣藏可能為自生自儲型，加強對石炭系地質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究，特別是烴源巖展布的刻畫，對于石炭系油氣勘探具有重要意義。石炭紀是準噶爾盆地海陸過渡的關(guān)鍵構(gòu)造變革期，而陸梁隆起發(fā)育和保存了盆地內(nèi)相對完整的石炭紀地層[7-9]，是揭示石炭紀地質(zhì)結(jié)構(gòu)的窗口。加強對研究區(qū)構(gòu)造-地層層序特征的研究不僅對準噶爾盆地石炭紀原型盆地的恢復意義重大，而且對于探索中亞造山帶[10-12]俯沖-增生-造山過程也具有重要啟示意義[13-14]。

隨著近年來對深部勘探的投入逐步增大，準噶爾盆地石炭系的研究迎來了新機遇：①新部署了多批高精度2D地震測線，能較清晰地顯示石炭系波組特征及其內(nèi)幕結(jié)構(gòu)；②大量鉆遇石炭系的新鉆井和大量取心，為搭建石炭系地層格架和年代學約束打下了基礎。本文利用最新地震與鉆井等資料，從關(guān)鍵井的合成地震記錄制作入手，標定過關(guān)鍵井的高精度2D地震測線，精細追蹤石炭系內(nèi)部主要不整合面，總結(jié)、對比石炭系的地震波組特征。在此基礎上，結(jié)合年代學數(shù)據(jù)、古生物資料和野外露頭等，綜合劃分了陸東地區(qū)構(gòu)造-地層層序，并分析了影響其發(fā)育的主要因素。

1 地質(zhì)概況

1.1 區(qū)域構(gòu)造特征

準噶爾盆地處于西伯利亞板塊、哈薩克斯坦板塊和塔里木板塊的交匯部位，是中亞造山帶(CAOB)的重要組成部分。在地理位置上，盆地處于亞洲大陸的中心地帶，四周被褶皺山系環(huán)繞，西側(cè)為北東-北北東走向的扎伊爾山、謝米斯臺山，東北側(cè)為北西走向的阿爾泰山和克拉美麗山，南側(cè)為近東西走向的天山和博格達山，整體呈周緣高中心低、北高南低的近似三角形態(tài)展布[15-17](圖1)。

準噶爾盆地為晚古生代以來的大型疊合前陸盆地[18-22]，自形成以來主要經(jīng)歷了海西、印支、燕山及喜馬拉雅期構(gòu)造運動[23-25]。

圖1 準噶爾盆地腹部地區(qū)構(gòu)造綱要圖[16](修改)Fig.1 Tectonic outline of the central Junggar Basin[16](modified)

多期構(gòu)造運動的疊加導致研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造特征復雜，特別是海西期與燕山期的構(gòu)造運動對陸梁隆起的構(gòu)造變形起到了決定性作用[26-28]。前人研究表明，石炭紀不同方向板塊的俯沖導致準噶爾地區(qū)的洋盆收縮，形成了多個與俯沖背景相關(guān)的島弧地體[16,29]。準噶爾盆地在早、晚石炭世都經(jīng)歷了拉張-擠壓的演化階段[2]，形成了多個石炭紀斷陷。晚二疊世的海西構(gòu)造運動使盆地發(fā)育的石炭紀斷陷發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)，海西期是形成盆地現(xiàn)今隆-坳格局的關(guān)鍵時期[2]。盆地在三疊紀進入統(tǒng)一的坳陷發(fā)育階段，陸梁隆起由南向北發(fā)育一系列超覆。侏羅紀末期，受盆地邊界斷層壓扭作用的影響，陸梁隆起再次隆升，造成東段在滴南凸起、滴北凸起和石東凸起缺失上侏羅統(tǒng)[23]。喜馬拉雅期受北天山隆升與向北逆掩沖斷的影響，深部斷裂再次活動，但陸梁隆起形態(tài)仍得到保持。

1.2 地層系統(tǒng)

石炭系廣泛分布在準噶爾地區(qū)，約占整個上古生界出露總面積的50%以上，主要發(fā)育一套火山-沉積巖建造，具有巖相復雜、厚度變化大的特點[30]。不同地區(qū)石炭系巖相差異很大，且后期遭受了強烈的改造和破壞，使準噶爾地區(qū)石炭系的劃分與對比較為困難，存在較大的爭議。

自20世紀50年代以來，已有多個研究機構(gòu)在準噶爾盆地周緣露頭開展了區(qū)域地質(zhì)調(diào)查，為盆緣露頭區(qū)地層的研究提供了重要依據(jù)。在全國地層劃分對比研究《新疆維吾爾自治區(qū)巖石地層》劃分方案中，準噶爾地區(qū)屬于北疆地層區(qū)，與研究區(qū)相鄰的是卡拉麥里地層小區(qū)。新疆地礦局在該區(qū)露頭的1 ∶200 000地質(zhì)填圖中，將石炭系由下至上分為下石炭統(tǒng)松喀爾蘇組下亞組(C1sa)、松喀爾蘇組上亞組(C1sb)、上石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組(C2b)(以下簡稱巴山組)和石錢灘組(C2s)(圖2)。松喀爾蘇組下亞組不整合覆蓋于中泥盆統(tǒng)卡拉麥里組之上，為一套火山碎屑巖建造，厚達2 345 m，巖性以中酸性熔巖火山角礫巖、流紋巖、流紋質(zhì)英安斑巖為主；松喀爾蘇組上亞組巖性主要為凝灰質(zhì)礫巖和凝灰質(zhì)砂巖，厚743 m，其中化石植物較多，屬蕨類、種子蕨類植物葉子，如SpiriferattenuatesSowerby.等，大多為石炭紀產(chǎn)物。巴山組主要為中-酸性熔巖夾碳質(zhì)頁巖、煤線和凝灰質(zhì)砂巖，自西向東，總體趨勢由中酸性過渡為中-基性，炭質(zhì)頁巖尖滅極快；石錢灘組主要為砂礫巖、炭質(zhì)頁巖及泥灰?guī)r，厚度為69 m，上覆與三疊系上倉房溝組不整合接觸。

對于盆地內(nèi)石炭系的層位劃分，前人提出來多種方案。Yang[3](2012)將準東地區(qū)石炭系劃分為4套構(gòu)造層，分別是VSS Ca(杜內(nèi)階)、VSS Cb(維憲階)、VSS Cc(巴什基爾階)和VSS Cd(莫斯科階-格舍爾階)；Li[2](2015)將準東地區(qū)石炭系劃分為下火山巖段(下石炭統(tǒng))、沉積巖段(上石炭統(tǒng))和上火山巖段(上石炭統(tǒng))3套構(gòu)造層；新疆油田分公司的劃分方案為C1d(滴水泉組)、C1sa(松喀爾蘇組下亞組)、C1sb(松喀爾蘇組上亞組)和C2b(巴塔瑪依內(nèi)山組)4套構(gòu)造層(圖2)。由于地震品質(zhì)不高，在地震剖面上較難清晰識別出各構(gòu)造層之間的不整合面，且深部構(gòu)造層缺乏年代學約束，因此在諸多構(gòu)造地層劃分方案中均存在證據(jù)不夠充分的問題。從目前的鉆探成果來看，盆地內(nèi)石炭系的巖性與露頭區(qū)有一定的相似性，主要以一套火山-沉積建造為主。下石炭統(tǒng)主要發(fā)育中酸性火山巖、火山角礫巖和凝灰?guī)r；上石炭統(tǒng)下部發(fā)育一套火山巖、火山碎屑巖和碎屑沉積巖，上部主要發(fā)育中基性火山巖。

由于火山巖相橫向變化迅速，如何合理地開展盆地內(nèi)石炭系與相鄰露頭對比，是北疆地區(qū)石炭系研究的重點，而充分利用地震波組特征和現(xiàn)有可靠的年代學資料是建立研究區(qū)石炭系等時年代-地層格架的關(guān)鍵。

2 合成地震記錄與波組特征

2.1 合成地震記錄

應用合成地震記錄標定地層是連接地質(zhì)、測井和地震資料的有效方法[1]，合成記錄的質(zhì)量直接影響到后續(xù)地震層序的建立。為了精細刻畫石炭系的波組特征，本次研究共選取了30口井進行標定，其中約有20口井的井震匹配度較高(表1)，本文選取了其中兩口典型井進行展示(圖3，圖4)。

滴中1井為滴水泉凹陷代表井，完鉆深度為4 800 m，彩58井為五彩灣凹陷的代表井，完鉆深度為4 000 m，兩口井均完整鉆遇了沉積巖段。滴中1井石炭系頂部為一套灰色玄武巖，夾紅褐色安山巖，波速Vp≈4 141～4 495 m/s，其上覆地層為三疊系克拉瑪依組，巖性為褐色泥巖夾灰色細砂巖，波速Vp≈3 351～3 631 m/s，二者界面(T0)上、下存在明顯的波阻抗差異(圖3)；彩58井石炭系頂部為厚套火山角礫巖夾安山巖，上覆二疊系將軍廟組底部為灰白色鈣質(zhì)細砂巖與褐色泥巖，二者界面(T0)上下的巖性差異明顯(圖4)。整體上，石炭系與上覆二疊系之間的界面(T0)反射特征清晰，反射波組振幅強、連續(xù)性好，波形穩(wěn)定，并且此界面也為本區(qū)主要的區(qū)域性不整合界面，可作為標志層。

圖2 準噶爾盆地陸東地區(qū)地層系統(tǒng)與盆地演化階段Fig.2 Stratigraphic system and basin evolutionary stages of the eastern Luliang uplift,Junggar Basin.

圖3 準噶爾盆地滴水泉凹陷滴中1井石炭系合成記錄(井位見圖1)Fig.3 Synthetic seismograms of the Carboniferous sequences in Well Dizhong-1,Dishuiquan Sag,Junggar Basin.(see Fig.1 for well location)

從這兩口井的測井曲線特征分析，石炭系內(nèi)部存在多個巖性突變界面，其中最顯著的是T1和T2反射界面，此外，在彩深1井和彩55井上還能識別出T3反射界面。T1反射界面之上為深灰色玄武巖(滴中1井)、火山角礫巖(彩58井)，之下為黑色碳質(zhì)泥巖，波阻抗差異明顯。T2反射界面之上為黑色沉凝灰?guī)r(滴中1井)、灰黑色碳質(zhì)泥巖(彩58井)，之下為深灰色凝灰?guī)r(滴中1井)、灰色火山角礫巖(彩58井)，可形成較強的反射波。T3反射界面(表1)上、下對應安山巖與灰色泥巖，波阻抗差異顯著。石炭系內(nèi)部的這3個反射界面T1，T2，T3都是碎屑巖與火山巖的巖性界面，沉積巖往往對應低速層，火山巖對應高速層，二者存在較大的波阻抗差，能夠產(chǎn)生明顯的地震反射。

2.2 地震波組特征對比

在研究區(qū)30口井地震合成記錄對比分析的基礎上，本文總結(jié)了T0，T1，T2，T3反射界面之間的地震波組特征，并對其進行綜合對比(表1)。

T0/T1之間波組特征：整體上反射波振幅強，中低頻、高能、連續(xù)性好，波形穩(wěn)定，內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)呈平行-亞平行結(jié)構(gòu)。在陸東地區(qū)(主要為滴南凸起、地水泉凹陷)該構(gòu)造層反射波由3～4個波峰谷組成，振幅強，頻率較低，連續(xù)性好，并能在地震剖面上識別出斜交前積結(jié)構(gòu)(圖5)。主要是因為本區(qū)巖性為玄武巖等基性熔巖，其粘度小、易于流動，從火山口向四周流動，形成這種席狀外形。在五彩灣地區(qū)該構(gòu)造層上部分波組表現(xiàn)為中-弱振幅、中-低頻、中-差連續(xù)特征，斷續(xù)-雜亂反射特征。這是因為在此處發(fā)育大套火山角礫巖所致，反應此處可能靠近火山機構(gòu)，火山爆發(fā)時粒級較大的火山碎屑物質(zhì)快速堆積。下部分為強振幅、中等頻率、中-高連續(xù)，其巖性主要為安山巖。該套地震波組頂部遭受了強烈剝蝕，在石西凸起、滴北凸起和滴南凸起高部位均能觀察到明顯的削蝕特征。

T1/T2之間波組特征：巖性為火山巖與碎屑巖互層，為火山噴發(fā)間歇期的沉積產(chǎn)物，反射波整體上振幅弱，中-低頻和中-差連續(xù)，反射外形呈楔狀。該層在滴水泉凹陷保存相對較為完整，其上、下界面T1和T2均為強反射波組，連續(xù)性非常好，而構(gòu)造層內(nèi)部的反射波組多為弱振幅、低頻、中-差連續(xù)。這是由于越靠近凹陷中心，沉積厚度越大，在滴水泉凹陷中心，可達900 ms，而厚套的沉凝灰?guī)r、泥巖等(火山)碎屑巖使得其內(nèi)部的波阻抗差異減小，難以產(chǎn)生較好的地震反射波，這種特征在B—B′剖面上最為顯著(圖6)，可作為本區(qū)的對比標志層。

表1準噶爾盆地腹部石炭系地震波組特征對比
Table1ComparisonofseismicwavegroupsoftheCarboniferousinthecentralJunggarBasin

在凸起高部位，同相軸逐漸減薄至尖滅，滴南凸起上沉積層厚度變小，火山巖比例增加，反射波組呈中-強振幅、低頻、中等連續(xù)。五彩灣凹陷的波組特征為中-強振幅、中等頻率、中等連續(xù)，雖然此處層厚度大(彩深1井)，但火山巖(主要為安山巖與凝灰?guī)r)的比例高，所以也能產(chǎn)生較好的地震反射波。

T2/T3之間波組特征：整體上反射波振幅強、中等頻率、中等連續(xù)。在滴水泉凹陷內(nèi)，波組為中等振幅、中-低頻和中等連續(xù)，而在兩側(cè)的滴南凸起、滴北凸起及斜坡帶上，波組特征為中-弱振幅、中-低頻、中-差連續(xù)。這是因為該構(gòu)造層發(fā)育時期，滴南凸起和滴北凸起上發(fā)育火山機構(gòu)，火山爆發(fā)時火山碎屑物質(zhì)快速堆積，形成厚套的火山角礫巖和凝灰?guī)r，反射特征不清楚；凹陷內(nèi)遠離物源，火山溢流相與碎屑巖沉積增多，反射特征增強。五彩灣地區(qū)該層上段主要發(fā)育大套安山巖，波組表現(xiàn)為中等振幅、中等頻率和中等連續(xù)；下段主要發(fā)育火山角礫巖，波組表現(xiàn)為弱振幅、中-低頻率和差連續(xù)。

T3之下波組特征：只在五彩灣凹陷有鉆遇，波組特征為強振幅、中等頻率、中-高連續(xù)。該套波組頂部T3界面由泥巖與上覆安山巖產(chǎn)生，波阻抗差異大，反射特征清晰，其底界暫未鉆穿。

通過對T0，T1，T2，T3反射界面的波組特征分析，及對這4個界面之間的地震波組特征進行總結(jié)與對比，可以將研究區(qū)石炭系初步劃分為4套地震地層，即：T0/T1之間地震地層、T1/T2之間地震地層、T2/T3之間地震地層和T3之下地震地層。

3 構(gòu)造-地層特征

3.1 構(gòu)造-地層劃分的方法

本文構(gòu)造層劃分以關(guān)鍵井的井震標定為基礎，在地震剖面上識別出主要不整合面，結(jié)合地震波組特征劃分出地震地層。通過時-深關(guān)系將地震剖面上的不整合面標定在井上，并依據(jù)不整合面的追蹤結(jié)果，開展相應的連井對比。對于不同構(gòu)造帶上的不整合面，用古生物和年代學數(shù)據(jù)進行約束，限定其時限，開展對比，最后用相同的方法開展盆內(nèi)與相鄰露頭之間的對比，最終確定出研究區(qū)石炭系的劃分方案。

3.2 不整合特征

在地震地層研究中，不整合面上、下地層的接觸關(guān)系通?？梢苑譃?種類型：削蝕-超覆型、削蝕-整一型、整一-超覆型和整一-整一型[31]。盆地內(nèi)，不整合類型通常由凹陷內(nèi)的整一-整一型向隆起斜坡的削蝕-超覆型向隆起頂部的削蝕-整一型逐漸變化[32]。

準噶爾盆地石炭紀經(jīng)歷了多期構(gòu)造運動，形成了與之相應的多個不整合。在30口鉆井標定的基礎上，研究區(qū)石炭系可識別出4套區(qū)域性不整合面。

圖5 準噶爾盆地滴水泉凹陷A—A′地震剖面及解釋方案(剖面位置見圖1b)Fig.5 Seismic profile A-A′ of Dishuiquan Sag in Junggar Basin,and its geological interpretation(see Fig.1b for profile location)a.地震剖面；b.地質(zhì)結(jié)構(gòu)剖面

T3不整合：界面之上構(gòu)造層與下伏構(gòu)造層呈高角度不整合接觸，如圖8、圖9中T3之下構(gòu)造層頂部遭受一定削蝕。

T2不整合：為上、下石炭統(tǒng)之間的區(qū)域不整合界面，這也是石炭系內(nèi)部最主要的不整合面；界面之上構(gòu)造層超覆于下伏構(gòu)造層之上，超覆特征明顯，不整合面之下構(gòu)造層被削蝕(圖5、圖7a、7b)。

T1不整合：界面之上構(gòu)造層與下伏構(gòu)造層之間呈削蝕不整合接觸，削蝕特征明顯；不整合面之下波組特征為弱振幅、低頻、差連續(xù)，之上為中-強振幅、中高頻、中-高連續(xù)，波組特征差異顯著(圖7c)。

石炭系頂部不整合(T0)：上石炭統(tǒng)、中-下二疊統(tǒng)遭受剝蝕，石炭系與上覆上二疊統(tǒng)梧桐溝組甚至三疊系呈不整合接觸，該不整合面可全區(qū)對比(圖5，圖6)。

需要說明的是，石炭系與下伏泥盆系在野外露頭上呈明顯角度不整合接觸關(guān)系，但由于研究區(qū)內(nèi)泥盆系地震反射雜亂、品質(zhì)較差，石炭系底界不整合面的識別追蹤尚存在一定困難。

3.3 構(gòu)造層特征

本文以不整合面追蹤為基礎，總結(jié)了不同構(gòu)造帶上石炭系的波組特征，結(jié)合露頭、古生物資料與年代學資料等，綜合分析后將研究區(qū)石炭系劃分為4套構(gòu)造層。分別是：下沉積巖段C1-s(滴水泉組)、下火山巖段C1-v(松喀爾蘇組下亞組)和上沉積巖段C2-s(松喀爾蘇組上亞組)和上火山巖段C2-v(巴塔瑪依內(nèi)山組)。

1) C1-s構(gòu)造層(杜內(nèi)階)：由于C1-s構(gòu)造層目前尚未被鉆穿，其底界尚不確定，本次研究暫選定了一套不整合面作為其底界。從地震剖面上可看出，基底多為雜亂反射特征，C1-s構(gòu)造層的厚度變化相對較小，表明構(gòu)造環(huán)境整體較穩(wěn)定(圖5，圖6)。研究區(qū)內(nèi)鉆遇該構(gòu)造層的井較少，主要分布在五彩灣凹陷內(nèi)。彩深1井鉆遇了471 m，巖性主要為深灰色泥巖、灰色凝灰?guī)r、火山角礫巖等；彩55井揭示140 m，巖性主要為黑灰色炭質(zhì)泥巖，夾薄層灰色火山角礫巖、凝灰質(zhì)細砂巖等。從巖石組合特征來看，C1-s構(gòu)造層為一套火山活動相關(guān)的海相沉積巖序列。彩深1井,4 700～4 850 m井段中多產(chǎn)蕨類植物孢子，其中Cristatisporitessaarensi見于準東露頭區(qū)的滴水泉組，表明此段屬于早石炭世。

2) C1-v構(gòu)造層(維憲階-謝爾普霍夫階)：該構(gòu)造層在剖面上表現(xiàn)出明顯的斷陷特征，在滴水泉凹陷靠近斷層的一側(cè)厚度大，在滴南凸起、滴北凸起等遠離斷層處的厚度迅速減小，并且在南北向剖面中呈現(xiàn)明顯的反轉(zhuǎn)特征(圖8)。研究區(qū)完整鉆遇C1-v構(gòu)造層的井有彩深1井(774 m),彩55井(373 m)，部分鉆遇的井有滴中1井(772 m),滴西17井(75 m),滴西14井(240 m)美8井(346 m)與莫深1井(694 m)等(圖6-7)。C1-v構(gòu)造層的巖石組合主要包括灰色火山角礫巖、凝灰質(zhì)角礫巖、凝灰?guī)r、灰色玄武巖、安山巖和凝灰質(zhì)砂巖等，巖石組合表現(xiàn)出海相火山巖夾少量火山碎屑巖建造的特征。莫深1井,7 114～7 500 m所見孢粉化石全為黑色，化石結(jié)構(gòu)已被破壞，但在所鉆石炭系頂部6 903～7 106 m井段中發(fā)現(xiàn)Schopfites,Crassispora,Cristatisporites,Cymbosporites,Spelaeotriletes,Spinozonotriletes和Vallatisporites等蕨類植物孢子，其時代為石炭紀。莫深1井，6 997.7 m的凝灰?guī)r樣品206Pb/238U年齡加權(quán)平均值為(331.7±3.8) Ma[33]，對應早石炭世維憲期；滴西14井，3 839.5 m處采集的石炭系凝灰?guī)r206Pb/238U年齡加權(quán)平均值為(337.2±4.1) Ma[2]，屬于早石炭世維憲期；彩58井，3 803.8 m采集的凝灰?guī)r樣品年齡為(325±4.7) Ma，屬于謝爾普霍夫期；在白堿溝露頭區(qū)，C1-v火山巖的年齡為(336.6±3.7～338.3±5.2) Ma[34]，表明上述盆內(nèi)火山巖的年代學結(jié)果與白堿溝露頭的測試結(jié)果一致，均屬于維憲期-謝爾普霍夫期。

3) C2-s構(gòu)造層(巴什基爾階)：從連井對比剖面上看，C2-s構(gòu)造層主要發(fā)育在滴中凹陷和五彩灣凹陷內(nèi)(圖8,圖9)，由凹陷中心向兩側(cè)凸起帶迅速減薄至尖滅，在五彩灣凹陷與滴南凸起之間呈斷層接觸關(guān)系(圖5,圖6)。相比于C1-v構(gòu)造層，C2-s構(gòu)造層分布范圍更大，在一定區(qū)域內(nèi)可進行橫向?qū)Ρ取?/p>

圖7 準噶爾盆地上、下石炭統(tǒng)之間的不整合特征(剖面位置見圖1b)Fig.7 Unconformity features between the Upper and Lower Carboniferous of Junggar Basin(see Fig.1b for profile location)a-c.原始地震剖面；a′-c′.地震解釋剖面

圖8 準噶爾盆地夏鹽1—石南3—石南1—滴泉1井—滴中1井—滴西17井—彩55井—白堿溝露頭連井地層對比剖面(剖面位置見圖1b)Fig.8 Well-tie profile crossing Well Xiayan-1,Shinan-3,Shinan-1,Diquan-1,Well Dizhong-1,Well Dixi-17,Well Cai-55,and Baijiangou outcrop in Junggar Basin(see Fig.1b for profile location)

圖9 準噶爾盆地莫深1井—美8井—滴西14井—滴西17井—滴中1井—三參1井—倫參1井連井地層對比剖面(剖面位置見圖1b)Fig.9 Well-tie profile crossing Well Moshen-1,Mei-8,Dixi-14,Dixi-17,Dizhong-1,Sancan-1,and Luncan-1(see Fig.1b for profile location)

研究區(qū)內(nèi)滴中1井、滴西17井和彩深1井完整鉆遇該構(gòu)造層，厚度分別為387,345和830 m，巖性主要為碎屑巖沉積段(黑色碳質(zhì)泥巖、凝灰質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)粉砂巖)與火山巖段(深灰色凝灰?guī)r、灰色玄武巖、安山巖)互層，巖性組合整體上為一套火山巖、火山碎屑巖建造。滴西17井沉積段在3 870～4 000 m產(chǎn)大量單囊花粉Remysporites，表明其可能為晚石炭世。在白堿溝露頭的巴山組碳質(zhì)頁巖中發(fā)育大量石炭紀植物化石，主要為Cyclopterissp.,Angaropteridiumcf.cardiopteroids等，其時代一部分為晚石炭世；滴中1井，3 998.2 m處采集的凝灰質(zhì)砂巖樣品，測定其同位素206Pb/238U年齡為(314.6±1.2) Ma，表明這套火山碎屑巖的沉積時代為晚石炭世[2]。

4) C2-v構(gòu)造層(莫斯科階)：該構(gòu)造層在研究區(qū)都有發(fā)育，整體呈現(xiàn)出斷陷特征，在滴中凹陷的厚度最大，并在石南1井附近可識別出火山機構(gòu)特征。C2-v構(gòu)造層在滴南凸起和滴北凸起的厚度明顯減薄，并且存在明顯的削蝕特征。研究區(qū)內(nèi)大部分井均有鉆遇C2-v構(gòu)造層，如滴中1井(317.4 m)、美8井(191 m)和滴泉1井(1 546 m)等，巖性主要為褐色火山角礫巖、灰色凝灰?guī)r、綠灰色、深灰色玄武巖和安山巖等中基性火山巖。C2-v構(gòu)造層的火山巖多呈墨綠色或褐色，表明晚石炭世的火山噴發(fā)可能包括水下和水上兩種環(huán)境，但整體表現(xiàn)出偏氧化環(huán)境噴發(fā)的特征。已有年代學數(shù)據(jù)顯示，石南1井3 502.5 m玄武巖樣品同位素206Pb/238U年齡加權(quán)平均年齡值為(308.6±4.7) Ma[35]；石西4井4 592.8 m和4 608.0 m處的英安巖和流紋巖樣品同位素206Pb/238U年齡加權(quán)平均年齡值為(297.3±4.4) Ma和(307.2±7.9) Ma[3]；三參1井2 406.5 m處的玄武巖樣品同位素年齡為(300.4±1.3) Ma[36]，以上數(shù)據(jù)表明C2-v構(gòu)造層屬于晚石炭世莫斯科期。白堿溝露頭上部的火山巖年齡為(306.5±1.5) Ma和(314.3±1.9) Ma[37]，可以與盆內(nèi)進行對比，同屬于C2-v構(gòu)造層(圖8，圖9)。

4 石炭系構(gòu)造-地層層序發(fā)育的影響因素

4.1 基底

盆地基底的特征對石炭系構(gòu)造層的分布具有重要控制作用，特別是對于C1-s構(gòu)造層。準噶爾盆地是否存在前寒武基底一直存在爭議，近年來越來越多證據(jù)顯示準噶爾盆地基底屬于新生地殼[2,37]。Long[38]根據(jù)石炭系火山巖同位素地球化學研究，認為石炭系火山巖可能形成于洋內(nèi)島弧相關(guān)環(huán)境；Xu[39]認為盆地周緣造山帶中的大量蛇綠巖可作為洋殼基底的證據(jù)；李滌等[2-3，8]將巴山組下火山巖厘定為早石炭世島弧巖漿產(chǎn)物，并且未發(fā)現(xiàn)大量古老的繼承性鋯石，表明可能不存在前寒武基底。前人最新的研究成果和關(guān)鍵證據(jù)，均表明準噶爾盆地在早石炭世可能為多島弧格局，島弧的相互拼貼增生構(gòu)成盆地基底主體。由于早石炭世早期的構(gòu)造活動相對較弱[2]，C1-s構(gòu)造層發(fā)育時，在島弧的部位厚度會相對較薄，在島弧之間的位置發(fā)育厚度會較大。

4.2 構(gòu)造環(huán)境

C1-v構(gòu)造層、C2-s構(gòu)造層和C2-v構(gòu)造層發(fā)育的厚度，與所在的構(gòu)造演化背景和構(gòu)造位置關(guān)系密切。石炭紀準噶爾洋向北部的陸梁島弧俯沖，在俯沖帶前緣部位可能形成弧前盆地；早石炭世中-晚期(維憲期)俯沖板片后撤，導致陸梁島弧開始伸展，并在島弧軸部形成弧內(nèi)斷陷盆地[2]。C1-v構(gòu)造層主要對應弧內(nèi)斷陷發(fā)育期(圖5)，因此在滴水泉凹陷內(nèi)靠近斷層的位置發(fā)育的厚度最大。由于這一期發(fā)育的斷層角度陡傾，斷陷發(fā)育的范圍相對較小，C1-v構(gòu)造層的范圍也相對較小(圖10)。在滴南凸起南側(cè)可能發(fā)育弧前盆地(圖5)，C1-v構(gòu)造層在此處的厚度也較大。而對于島弧高部位如滴南凸起和滴北凸起，C1-v構(gòu)造層基本不發(fā)育或厚度非常薄。C2-s構(gòu)造發(fā)育時期盆地進入坳陷沉積階段，因此C2-s構(gòu)造層發(fā)育的范圍要遠大于C1-v斷陷，但分布的范圍主要還是在弧內(nèi)斷陷和弧前盆地的位置。晚石炭世中期，俯沖板片又一次后撤，斷層再次活動，在弧內(nèi)斷陷發(fā)育厚套C2-v構(gòu)造層，在島弧凸起部位厚度較小(圖5)。

4.3 后期改造作用

上、下石炭統(tǒng)之間和石炭系頂部均發(fā)育大規(guī)模區(qū)域性不整合(圖7,圖10)，分別代表了兩期構(gòu)造擠壓運動。C2-s構(gòu)造層底部普遍發(fā)育“下削上超”特征，與下伏C1-v構(gòu)造層呈高角度不整合接觸，表明C2-s構(gòu)造層發(fā)育前存在一次構(gòu)造擠壓活動，地層被抬升，并導致部分C1-v頂部被削蝕。在盆山連井大剖面上可看出，白堿溝露頭松喀爾蘇組上亞組頂部發(fā)育一套碎屑巖沉積，與上石炭統(tǒng)底部的火山角礫巖不整合接觸(圖8)，但在研究區(qū)內(nèi)并未觀察到這部分碎屑巖，盆內(nèi)的C1-v構(gòu)造層直接與上覆C2-s構(gòu)造層削蝕不整合接觸，且二者之間的不整合規(guī)模較大，因此推測在C1-v與C2-s構(gòu)造層之間可能還存在一期剝蝕作用。準噶爾洋盆在晚石炭世末閉合，盆地進入前陸盆地演化階段[18]，先期斷陷邊界斷層在晚石炭世末—早中二疊世期間發(fā)生反轉(zhuǎn)，靠近斷的位置上拱特征明顯(圖5,圖6,圖10)。這兩期構(gòu)造擠壓活動造成隆起區(qū)的構(gòu)造層遭受剝蝕、改造，特別是陸梁隆起東段，隆起區(qū)普遍缺失中下二疊統(tǒng)，甚至部分上石炭統(tǒng)遭受剝蝕，隆起高部位還缺失中、下三疊統(tǒng)[40]。

5 結(jié)論

1) 在30口井合成地震記錄的基礎上，在石炭系頂部及內(nèi)部識別出4個主要反射界面，T0，T1，T2和T3，分別對應4套不整合，其中T0和T2界面反射波振幅強、連續(xù)性好，波形穩(wěn)定，為本區(qū)主要的區(qū)域性不整合界面，也是關(guān)鍵的可對比標志層。該4套不整合，將石炭系劃分為T0/T1,T1/T2,T2/T3之間和T3之下4套地震地層。

2) 總結(jié)了本區(qū)石炭系4套地震地層的波組特征：T0/T1之間整體反射波振幅強，中低頻、高能、連續(xù)性好，波形穩(wěn)定，內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)呈平行-亞平行結(jié)構(gòu)；T1/T2之間整體反射波振幅弱，中-低頻和中-差連續(xù)，反射外形呈楔狀；T2/T3之間整體上反射波振幅強、中等頻率、中等連續(xù)；T3之下地層只在五彩灣凹陷有鉆遇，波組特征為強振幅、中等頻率、中-高連續(xù)。

3) 以不整合面追蹤為基礎，結(jié)合露頭、古生物資料與年代學資料等，綜合將研究區(qū)石炭系劃分為4套構(gòu)造層，分別是：下沉積巖段C1-s(滴水泉組)、下火山巖段C1-v(松喀爾蘇組下亞組)、上沉積巖段C2-s(松喀爾蘇組上亞組)和上火山巖段C2-v(巴山組)。

4) 石炭系構(gòu)造層的分布受多種因素控制：①盆地基底對C1-s構(gòu)造層的影響最顯著，在島弧基底部位的厚度會相對較小，島弧之間厚度較大；②構(gòu)造背景和位置對C1-v、C2-s和C2-v構(gòu)造層的發(fā)育關(guān)系密切，在弧內(nèi)斷陷、弧前盆地的厚度相對較大，島弧凸起部位厚度較??；③早、晚石炭世末發(fā)育了兩期構(gòu)造擠壓運動，分別導致C1-v與C2-s之間的構(gòu)造層和C2-v構(gòu)造層頂部遭受剝蝕，并使石炭紀斷陷發(fā)生反轉(zhuǎn)。

致謝：本文地震、鉆井與測井等資料均由新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院提供，在此表示感謝！