阿爾金山前帶東坪—牛中地區(qū)新生代構(gòu)造解析及其油氣意義

杜威，陳琰，王振東，卞青，郭召杰

（1.造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100871；2.北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院，北京 100871；3.中國(guó)石油青海油田公司，甘肅敦煌 736202）

0 引言

阿爾金斷裂為大型走滑斷裂、青藏高原的北邊界，前人針對(duì)阿爾金斷裂開展了大量研究并取得了一些共識(shí)：阿爾金斷裂新生代左行走滑運(yùn)動(dòng)始于距今 50 Ma左右，左行走滑位移量為200～400 km[1-5]。柴達(dá)木盆地是阿爾金斷裂南側(cè)的大型含油氣盆地，盆地油氣勘探始于1954年，至2016年已發(fā)現(xiàn)油氣田29個(gè)，探明油氣地質(zhì)當(dāng)量10.2×108t[6]。前人針對(duì)柴達(dá)木盆地新生代構(gòu)造及油氣成藏等方面開展了大量工作[6-22]，在盆地東坪、牛中地區(qū)發(fā)現(xiàn)基巖油氣藏，開拓了盆地油氣勘探新領(lǐng)域，至2015年已探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量519×108m3。由于位于阿爾金山前帶中段的東坪、牛中地區(qū)新生代構(gòu)造演化及油氣成藏過程與盆地西南部有明顯區(qū)別，而且該區(qū)構(gòu)造變形復(fù)雜、油氣圈閉類型以斷層相關(guān)的構(gòu)造圈閉為主，有關(guān)該區(qū)新生代構(gòu)造演化過程及油氣意義的深入研究對(duì)認(rèn)識(shí)阿爾金斷裂新生代活動(dòng)方式、盆地油氣成藏和勘探具有重要意義。本文利用高分辨率地震數(shù)據(jù)，對(duì)制約牛中、東坪地區(qū)侏羅系烴源巖成藏的新生代構(gòu)造進(jìn)行研究，并結(jié)合鉆井、測(cè)井等資料對(duì)區(qū)域新生代構(gòu)造演化的油氣意義進(jìn)行探討。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

柴達(dá)木盆地位于青藏高原東北緣，盆地呈三角形，被南部的東昆侖斷裂、西北部的阿爾金斷裂和北部的祁連斷裂帶所圍限。作為高原內(nèi)部獨(dú)特的以兩條大型走滑斷裂帶（阿爾金走滑斷裂帶和東昆侖走滑斷裂帶）為邊界夾持的盆地，柴達(dá)木盆地新生代構(gòu)造演化在時(shí)間、空間上受兩條大型走滑邊界斷層疊合控制：古近紀(jì)盆地主要受控于阿爾金斷裂左行走滑，盆地西南部處于伸展環(huán)境、北緣祁連山前帶處于壓扭環(huán)境；新近紀(jì)以來，受東昆侖斷裂左行走滑活動(dòng)及向北遷移的影響，盆地西南部開始出現(xiàn)一系列壓扭性構(gòu)造。柴達(dá)木盆地受阿爾金與東昆侖左行走滑斷裂聯(lián)合控制，兩條大型左行走滑斷裂及北緣—祁連山逆沖褶皺帶在時(shí)間與空間上疊合，構(gòu)成了柴達(dá)木盆地新生代以來獨(dú)特的走滑疊合盆地構(gòu)造特征[16,22-24]。柴達(dá)木盆地西南部廣泛發(fā)育一組北西—南東向構(gòu)造，在現(xiàn)今地表形成英雄嶺、南翼山等一系列線性分布的褶皺群。關(guān)于盆地西南部這類北西—南東向構(gòu)造的形成原因，部分學(xué)者認(rèn)為與沖斷構(gòu)造有關(guān)[10-12,25-27]。近年來新的研究表明，盆地西南部的北西—南東向構(gòu)造是一系列走滑斷裂相關(guān)構(gòu)造，這類褶皺受東昆侖斷裂、阿爾金斷裂疊合控制，在剖面上表現(xiàn)為花狀構(gòu)造特征，大多于中新世以后開始形成[24,27-31]。盆地內(nèi)部沿阿爾金山前帶的牛中、東坪地區(qū)還分布有一系列近東西向斷裂，如牛北斷裂等。Wu等[14]和Zhao等[19]認(rèn)為該組斷裂成因與阿爾金斷裂新生代左行走滑運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)。柴達(dá)木盆地內(nèi)發(fā)育柴北緣及阿爾金山前帶中段侏羅系淡水湖沼相、柴西地區(qū)古近系—新近系咸化湖相烴源巖及柴東地區(qū)第四系生物氣源，形成了各具特色的3套含油氣系統(tǒng)[6]。目前阿爾金山前帶中段油氣勘探取得突破的東坪 1井、牛新 1井等井位均位于近東西向和北西—南東向構(gòu)造結(jié)合部位，兩組構(gòu)造的新生代演化共同制約了山前帶東坪、牛中地區(qū)侏羅系烴源巖成藏。

東坪—牛中地區(qū)位于阿爾金山前帶中段、柴達(dá)木盆地西北部，距阿爾金主斷裂約45 km（見圖1）。遙感圖像顯示（見圖1b），東坪、牛中地區(qū)北部發(fā)育一組以牛北斷裂為代表的近東西向斷裂，該組斷裂穿過牛中與阿爾金主斷裂之間的基巖隆起。區(qū)域地貌現(xiàn)今地表起伏較小，與盆地西南部地表廣泛發(fā)育北西向背斜形成顯著差異。

2 東坪—牛中地區(qū)新生代構(gòu)造特征

為精細(xì)研究牛中地區(qū)新生代構(gòu)造活動(dòng)方式，厘定區(qū)域新生代構(gòu)造演化過程，本文在研究區(qū)選取了 3條地震剖面（剖面位置見圖1c）進(jìn)行解釋，并利用三維數(shù)據(jù)體制作了相干屬性切片（見圖2）和頂面構(gòu)造分布圖。本文所使用的三維地震數(shù)據(jù)均在中國(guó)石油青海油田公司勘探開發(fā)研究院物探中心使用KINGDOM軟件處理、解釋。本文地震剖面中地層識(shí)別基于青海油田物探中心鉆井、測(cè)井等資料，地層劃分方案由老到新可分為7組：古近系路樂河組（E1+2）、古近系下干柴溝組（E3，下干柴溝組下段底界的地震界面為 T5，下干柴溝組上段底界的地震界面為T4）、新近系上干柴溝組（N1，底界的地震界面為 T3）、新近系下油砂山組（N21，底界 T2）、新近系上油砂山組（N22，底界 T2′）、新近系獅子溝組（N23）及第四系七個(gè)泉組（Q1）[16,32]。

圖2三維地震數(shù)據(jù)相干地震屬性切片可清晰顯示牛中地區(qū)新生代構(gòu)造幾何學(xué)特征。牛中地區(qū)主要發(fā)育兩組斷裂：牛北斷裂和牛東Ⅰ、牛東Ⅱ斷裂。其中近東西向牛北斷裂在牛中地區(qū)深、淺相干地震屬性切片中均有顯示；北西—南東向牛東Ⅰ、牛東Ⅱ斷裂僅在牛中地區(qū)深部相干地震屬性切片中顯示（見圖2b、圖2c）。

2.1 牛北斷裂新生代構(gòu)造特征

牛北斷裂是東坪、牛中地區(qū)最具代表性的近東西向斷裂。地震相干屬性切片顯示（見圖2b），牛北斷裂在深部表現(xiàn)為一條簡(jiǎn)單的近東西向斷裂（見圖2c）；在淺層中段分叉為南北兩條斷裂，于東段再次合為一條斷裂（見圖2b）。遙感圖像顯示（見圖2a），牛北斷裂錯(cuò)斷現(xiàn)今水系，表現(xiàn)出左行走滑特征。

剖面A—A′中（見圖3），牛中地區(qū)新生界總體呈北高南低形態(tài)。牛北斷裂淺部近直立，深部向北傾斜，切穿剖面新生界。受斷裂逆沖分量影響，斷裂上盤油砂山組及以上地層向地表抬升，油砂山組以下新生界缺失。斷裂下盤油砂山組地震同向軸有顯著向高點(diǎn)減少現(xiàn)象，與其下伏地層相對(duì)穩(wěn)定的層厚分布形成明顯對(duì)比。

剖面 B—B′中（見圖4），牛中地區(qū)新生界同樣呈北高南低形態(tài)，牛北斷裂在剖面中分叉為兩條稍向北傾的分支斷裂，錯(cuò)斷所有新生界，斷裂上盤缺失油砂山組以下新生界。下油砂山組同向軸向高點(diǎn)顯著減少，其下伏地層主體厚度幾乎沒有變化。

2.2 牛東Ⅰ、牛東Ⅱ斷裂新生代構(gòu)造特征

牛中地區(qū)現(xiàn)今地表高差較小，雖然遙感圖像中未發(fā)現(xiàn)北西—南東向斷裂的地表行跡，但通過地震數(shù)據(jù)可明顯觀察到牛中地區(qū)地下發(fā)育一組以牛東Ⅰ、牛東Ⅱ斷裂為代表的斷裂（見圖2c）。路樂河組頂面構(gòu)造圖（見圖5a）和侏羅系殘余厚度圖（見圖5b）共同顯示，牛東Ⅰ、牛東Ⅱ斷裂具有左行走滑屬性。

剖面 C—C′中（見圖6），牛東Ⅰ、牛東Ⅱ斷裂整體傾角近直立，深部向西南傾斜，斷裂切穿新生界下干柴溝組及以下的新生界。受斷裂影響，油砂山組及以下新生界顯著彎曲變形，形成褶皺。牛東Ⅰ、牛東Ⅱ斷裂對(duì)下油砂山組及以上地層的影響由深到淺逐漸減弱，近地表淺層地層幾乎未受斷裂影響。牛東Ⅰ斷裂兩側(cè)下干柴溝組厚度差異明顯，斷裂上盤地層明顯減薄。

圖2 牛中地區(qū)斷裂平面特征（剖面位置見圖1c）

圖3 牛北斷裂西段剖面特征（剖面位置見圖1c）

圖4 牛北斷裂中段剖面特征（剖面位置見圖1c）

圖5 牛東斷裂平面特征

2.3 兩組斷裂性質(zhì)及活動(dòng)時(shí)間討論

以牛北斷裂為代表的近東西向斷裂和北西—南東向斷裂剖面上均顯示出逆沖性質(zhì)（見圖3—圖6），平面上也有明顯的水平位移顯示（見圖2、圖5）。因此，可判定兩組斷裂均為壓扭性左行走滑斷裂。

牛東Ⅰ、牛東Ⅱ斷裂上下盤之間下干柴溝組厚度差異顯著，上盤地層明顯減薄，可判定牛東Ⅰ、牛東Ⅱ斷裂于下干柴溝組沉積時(shí)即漸新世開始活動(dòng)。北西—南東向斷裂對(duì)下油砂山組及以上地層的影響由深至淺逐漸減弱，近地表的淺層地層幾乎未受斷裂影響（見圖6），結(jié)合牛中地區(qū)北西—南東向斷裂僅在深層相干屬性（見圖2c）中顯示的特征，可判斷牛東Ⅰ、牛東Ⅱ斷裂在油砂山組沉積后（中新世后）活動(dòng)顯著減弱。

牛北斷裂南盤油砂山組地震同向軸向高點(diǎn)顯著減少（見圖3、圖4），可判定油砂山組沉積是與牛北斷裂活動(dòng)同時(shí)期的。牛北斷裂北盤油砂山組以下地層缺失，上、下油砂山組之間呈角度不整合接觸，部分學(xué)者將此現(xiàn)象解釋為以牛北斷裂為代表的山前帶近東西向斷裂于上油砂山組沉積前停止活動(dòng)[10-12]。但現(xiàn)今牛北斷裂錯(cuò)斷現(xiàn)今水系并截切牛東Ⅰ、牛東Ⅱ斷裂的事實(shí)證明，牛北斷裂起始活動(dòng)時(shí)間晚于牛東Ⅰ、牛東Ⅱ斷裂且現(xiàn)今仍有活動(dòng)；結(jié)合牛北斷裂南盤生長(zhǎng)地層證據(jù)，本文認(rèn)為，牛北斷裂于中新世開始活動(dòng)。斷裂活動(dòng)初期劇烈的垂向抬升導(dǎo)致斷裂北盤油砂山組以下新生界抬升至地表遭受剝蝕，造成了北盤下油砂山組以下新生界缺失；之后牛北斷裂垂向抬升速率減緩，油砂山組開始在牛中地區(qū)沉積，造成上、下油砂山組之間不整合。

圖6 牛東斷裂剖面特征（剖面位置見圖5）

3 東坪—牛東地區(qū)新生代構(gòu)造演化及油氣意義

本文綜合考慮盆地新生代演化過程，結(jié)合前文證據(jù)，厘定東坪—牛中地區(qū)新生代構(gòu)造演化過程；利用東坪、牛中地區(qū)油氣鉆井等資料，對(duì)比前人有關(guān)柴達(dá)木盆地西南部的研究，討論了東坪、牛中地區(qū)新生代構(gòu)造演化的油氣意義。

東坪、牛中地區(qū)氣藏為侏羅系煤型氣藏。儲(chǔ)集層為基巖風(fēng)化殼及路樂河組、干柴溝組礫巖、砂巖。儲(chǔ)集層內(nèi)發(fā)育的受剪切應(yīng)力控制的高角度裂縫對(duì)改善其儲(chǔ)集性能具有重要意義；油氣充注開始于漸新世中后期[33-37]，東坪1井、牛新1井等油氣勘探突破井位均位于繼承性侏羅系凹陷附近北西—南東向構(gòu)造與阿爾金山前近東西向構(gòu)造結(jié)合部位（見圖7），緊鄰烴源巖和斷裂部位天然氣富集程度更高。

柴達(dá)木盆地構(gòu)造主要為新生代構(gòu)造[6-22]。前人針對(duì)阿爾金斷裂的起始活動(dòng)時(shí)間開展了大量工作，Yin A等[1]和Cheng F等[3]等大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為阿爾金新生代左行走滑起始于距今50 Ma左右。古近紀(jì)時(shí)受阿爾金斷裂左行走滑運(yùn)動(dòng)影響，相對(duì)剛性基底的柴達(dá)木盆地沿阿爾金斷裂帶逐漸向北東方向遷移，導(dǎo)致柴北緣—祁連山地區(qū)發(fā)生北東—南西向地殼縮短，柴北緣地區(qū)表現(xiàn)為類似前陸盆地環(huán)境；柴達(dá)木盆地西南部此時(shí)處于相對(duì)伸展應(yīng)力背景，盆地西南部發(fā)育一系列張性構(gòu)造，形成烴源巖富集的茫崖凹陷[16,24]；與盆地西南部張性環(huán)境不同，東坪、牛中地區(qū)漸新世處于壓扭背景。晚漸新世開始，牛東Ⅰ、牛東Ⅱ等斷裂開始活動(dòng)，在東坪、牛中地區(qū)開始形成一系列北西—南東向壓扭性斷裂。漸新世至中新世，牛中、東坪地區(qū)北西—南東向斷裂持續(xù)活動(dòng)，形成一系列褶皺，兩者一起承擔(dān)了東坪、牛中地區(qū)漸新世至中新世的壓扭性分量。處于壓扭走滑褶皺區(qū)的東坪、牛中地區(qū)漸新世—中新世主要沉積了一套粗碎屑地層，缺乏優(yōu)質(zhì)的新生界烴源巖。盡管如此，附近繼承性侏羅系凹陷保存了優(yōu)質(zhì)的烴源巖，可保障山前帶中段油氣成藏的烴源巖供給。此外，形成時(shí)間與生烴期相匹配的早期北西—南東向斷裂相關(guān)背斜是油氣運(yùn)移的指向區(qū)；廣泛發(fā)育的牛東Ⅰ、牛東Ⅱ等北西—南東向斷裂溝通了下部侏羅系烴源巖與上部?jī)?chǔ)集層，為漸新世—中新世的油氣充注提供了理想的通道（見圖8），沿?cái)嗔寻l(fā)育的裂縫系統(tǒng)是改善儲(chǔ)集層物性的重要控藏因素。

中新世起，盆地西南部由古近紀(jì)相對(duì)伸展背景轉(zhuǎn)變?yōu)槭鼙睎|—南西向應(yīng)力擠壓背景，英雄嶺地區(qū)及附近的北西—南東向壓扭性構(gòu)造開始逐漸形成，成為盆地西南部以古近系烴源巖為主的油氣聚集和新生代晚期成藏的重要場(chǎng)所[16,25]。中新世后阿爾金斷裂左行走滑速率顯著加快[2-3]，阿爾金花狀構(gòu)造向盆內(nèi)擴(kuò)展。以牛北斷裂為代表的一系列與阿爾金斷裂夾角約 20°的近東西向斷裂開始在阿爾金山前帶逐漸形成，是阿爾金走滑斷裂帶的里德爾剪切模型中的P破裂。中新世后近東西向牛北斷裂活動(dòng)使其與與阿爾金主斷裂之間區(qū)域大規(guī)模抬升，形成基巖隆起區(qū)。牛中北部不斷活動(dòng)的近東西向斷裂和基巖的大規(guī)模隆升共同承受了東坪、牛中地區(qū)的大量壓扭性分量，導(dǎo)致北西—南東向壓扭性構(gòu)造活動(dòng)開始逐漸減弱，使得東坪、牛中地區(qū)成為中新世后阿爾金山前帶受新生代構(gòu)造影響最小的地區(qū)，有利于氣藏的保存。

綜上，阿爾金山前帶中段東坪—牛中地區(qū)侏羅系煤型氣成藏的有利地質(zhì)因素是繼承性侏羅系生烴凹陷、與生排烴期相匹配的北西—南東向構(gòu)造和中新世以后相對(duì)穩(wěn)定構(gòu)造保存條件。侏羅系烴源巖凹陷及其附近，除了已取得突破的牛中、東坪等地區(qū)，如鄂 2構(gòu)造等早期形成的北西—南東向構(gòu)造圈閉區(qū)也是有利勘探目標(biāo)。

圖7 牛中、東坪地區(qū)油藏剖面圖（剖面位置見圖1c）

圖8 柴達(dá)木盆地阿爾金山前帶新生代演化模式圖

4 結(jié)論

東坪、牛中地區(qū)北西—南東向壓扭性構(gòu)造于漸新世開始活動(dòng)，中新世后活動(dòng)減弱；阿爾金山前近東西向壓扭性斷裂于中新世開始形成并持續(xù)活動(dòng)至今。區(qū)域北西—南東向斷裂和近東西向斷裂分別是阿爾金走滑斷裂帶的主壓面和 P破裂，是柴達(dá)木盆地對(duì)阿爾金斷裂新生代左行走滑的構(gòu)造響應(yīng)，兩組構(gòu)造的先后活動(dòng)共同控制了東坪、牛中地區(qū)新生代構(gòu)造演化。

繼承性侏羅系凹陷中發(fā)育了良好的烴源巖，前人研究揭示區(qū)域油氣充注時(shí)間開始于漸新世中后期，與北西—南東向斷裂形成時(shí)期相匹配，斷裂成為東坪、牛中地區(qū)油氣運(yùn)移的有效通道，斷裂相關(guān)背斜是油氣聚集的有利目標(biāo)，其中牛中地區(qū)中新世以來受新生代構(gòu)造影響較小，有利于氣藏保存。阿爾金山前帶侏羅系凹陷及其鄰區(qū)，新生代早期形成的北西—南東向背斜圈閉，如鄂2構(gòu)造等，也是值得關(guān)注的有利勘探目標(biāo)。

致謝：本文研究工作得到了青海油田張道偉、張永庶教授大力支持和張啟全、張長(zhǎng)好、王鵬、王波等工程師的大力幫助，在此表示感謝。