克拉美麗山與大井坳陷的構(gòu)造關(guān)系
——兼論石炭紀(jì)構(gòu)造-沉積格局

張磊，何登發(fā)，易澤軍，李滌

（中國地質(zhì)大學(xué)海相儲集層演化與油氣富集機(jī)理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083）

0 引言

克拉美麗山（也稱卡拉麥里山[1]）位于準(zhǔn)噶爾盆地東北緣，夾持于阿爾泰造山帶和天山造山帶的交接轉(zhuǎn)換部位，是研究準(zhǔn)噶爾盆地形成與演化的天然實(shí)驗(yàn)場所[2-7]。對于準(zhǔn)噶爾東部（簡稱準(zhǔn)東）地區(qū)的構(gòu)造-沉積環(huán)境，前人開展了一系列研究，但仍存在諸多爭議。如卡拉麥里洋閉合后是否繼續(xù)造山存在兩種觀點(diǎn)：①認(rèn)為卡拉麥里有限洋盆在早石炭世初關(guān)閉后[3]，并沒有立即褶皺造山，而是在兩側(cè)陸塊之間形成了陸間殘余海盆，并發(fā)育了早石炭世晚期的南明水組，不整合覆蓋在蛇綠巖之上[8-9]；②認(rèn)為洋盆閉合后發(fā)生擠壓碰撞，使克拉美麗地區(qū)隆升造山，并形成山前前陸盆地[10-13]。由于克拉美麗地區(qū)后期經(jīng)歷了多次構(gòu)造疊加改造[14-16]，構(gòu)造特征十分復(fù)雜，且石炭系火山機(jī)構(gòu)發(fā)育，深部地震資料品質(zhì)普遍較差，導(dǎo)致對克拉美麗山與大井坳陷的地質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識也存在較大的爭議。

前人通過對克拉美麗露頭的系統(tǒng)踏勘，認(rèn)為克拉美麗斷裂帶南側(cè)發(fā)育大量向北傾的逆沖斷層，并在晚石炭世中期和中二疊世分別發(fā)生了兩期走滑-逆沖活動[17-18]。通過對克拉美麗山前地震剖面的解釋，有學(xué)者認(rèn)為克拉美麗斷裂帶及其南側(cè)發(fā)育大型山前逆沖-推覆構(gòu)造，受克拉美麗深大斷裂帶控制，晚石炭世在大井地區(qū)形成前陸盆地[10,12,19-20]。也有學(xué)者認(rèn)為現(xiàn)今的盆山構(gòu)造樣式主要受構(gòu)造楔向南楔入的控制，構(gòu)造楔的楔入形成了山前前陸盆地[21]。對于“盆”-“山”關(guān)系，前人提出海西運(yùn)動期主要為強(qiáng)耦合階段，中生代至新生代早期為弱耦合和調(diào)整階段的觀點(diǎn)[6]。但對于“盆”-“山”演化具體過程及對應(yīng)研究區(qū)石炭紀(jì)盆地的屬性與特征，還需要進(jìn)一步厘定。

研究區(qū)整體上研究程度較低。近年來中國石油新疆油田在準(zhǔn)東地區(qū)新鉆了多口深探井，部署了多條高分辨率二維地震寬線，能清晰地顯示出石炭系內(nèi)幕結(jié)構(gòu)和變形特征。新補(bǔ)充的資料與以前的石炭系年代地層格架產(chǎn)生了一定的矛盾，因此利用新的石炭系劃分方案對新采集的地震剖面進(jìn)行解析，對于研究區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)和盆山關(guān)系能得到新的認(rèn)識和啟發(fā)。石炭系是準(zhǔn)噶爾盆地東北緣重要的勘探層系，近年來亦顯示出巨大的油氣勘探潛力，因此開展對大井坳陷石炭系深層地質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究，對本區(qū)的油氣勘探領(lǐng)域也具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

本文通過精細(xì)解釋研究區(qū)內(nèi) 4條最新采集的二維地震寬線，利用斷層相關(guān)褶皺理論進(jìn)行構(gòu)造幾何學(xué)和運(yùn)動學(xué)分析；依據(jù)軸面分析并結(jié)合前人的研究成果，剖析克拉美麗山不同主斷裂及構(gòu)造楔的活動時間和期次；利用平衡地質(zhì)剖面，分析克拉美麗山與大井坳陷的形成-演化過程。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合最新的鉆井、錄井等資料，探討準(zhǔn)噶爾盆地東部地區(qū)石炭紀(jì)不同時期的構(gòu)造-沉積格局。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

準(zhǔn)噶爾盆地位于中亞造山帶的南部，在大地構(gòu)造位置上處于西伯利亞板塊、哈薩克斯坦板塊和塔里木板塊的交匯部位，是中亞造山帶的重要組成部分（見圖1a）?？死利惿轿挥跍?zhǔn)噶爾盆地東北緣（見圖1b），是一條北西走向的線性造山帶[3]，長約220 km，寬為20～50 km（見圖1c）。克拉美麗斷裂帶是該造山帶內(nèi)部發(fā)育的最為重要的一條大型斷裂帶[3]。有學(xué)者將該斷裂帶作為哈薩克斯坦古板塊和西伯利亞古板塊的縫合帶[1,22]，也有學(xué)者認(rèn)為該斷裂帶是西伯利亞古陸邊緣向北的一條古俯沖帶，而非兩個古板塊的縫合帶[3]?；趯υ摂嗔褞?gòu)造涵義的理解，前人對準(zhǔn)東地區(qū)甚至整個中亞地區(qū)的古生代構(gòu)造環(huán)境與演化進(jìn)行了重建，中泥盆世—早石炭世早期，由卡拉麥里洋向北部的野馬泉島弧俯沖消減初步形成克拉美麗造山帶[3]，雙井子地區(qū)下石炭統(tǒng)松喀爾蘇組的磨拉石建造[11]。上覆上石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組（簡稱巴山組）經(jīng)鋯石測年顯示為早石炭世的火山巖[23]，限定了克拉美麗山造山的時限。早石炭世中期—晚期，準(zhǔn)東地區(qū)處于后碰撞期伸展環(huán)境，火山活動強(qiáng)烈，并在石炭紀(jì)末期再次碰撞造山[24-26]。石炭紀(jì)以后，準(zhǔn)噶爾盆地主要經(jīng)歷了晚海西期、印支期、燕山期及喜馬拉雅期構(gòu)造運(yùn)動[7,15,27-28]，多期構(gòu)造運(yùn)動的疊加形成克拉美麗地區(qū)現(xiàn)今復(fù)雜的構(gòu)造特征。

本文研究區(qū)包含克拉美麗山和山前的大井坳陷，大井坳陷包括石樹溝凹陷、黃草湖凸起、石錢灘凹陷、黑山凸起和梧桐窩子凹陷（見圖1c）?？死利惿角佰晗輲У貙影l(fā)育相對較全，由下至上發(fā)育前石炭系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系下白堊統(tǒng)、新近系上新統(tǒng)和第四系，缺失古近系和新近系中新統(tǒng)（見圖1c、圖2），而在克拉美麗山內(nèi)僅殘留泥盆系和石炭系，上覆地層均遭到剝蝕[3]。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地大地構(gòu)造位置圖（a）、準(zhǔn)噶爾盆地東部地區(qū)構(gòu)造地質(zhì)單元劃分（b）及地質(zhì)構(gòu)造綱要圖（c）

2 準(zhǔn)東地區(qū)石炭系的劃分與分布特征

2.1 準(zhǔn)東地區(qū)石炭系劃分方案

準(zhǔn)噶爾盆地石炭系的地層劃分比較混亂（見圖3），給石炭系的研究帶來了諸多不便，因此厘定各組之間的關(guān)系十分必要。在全國地層多重劃分對比研究《新疆維吾爾自治區(qū)巖石地層》劃分方案中，準(zhǔn)噶爾地區(qū)屬于北疆地層區(qū)，與研究區(qū)相對應(yīng)的是卡拉麥里地層小區(qū)和將軍廟地層小區(qū)。新疆地礦局在雙井子地區(qū)的1∶200 000地質(zhì)填圖中（庫普幅），將克拉美麗深斷裂以南的石炭系由下至上分為：下石炭統(tǒng)松喀爾蘇組、中石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組（簡稱巴山組）和中石炭統(tǒng)雙井子組（見圖4）。松喀爾蘇組（地質(zhì)圖命名）不整合覆蓋于上泥盆統(tǒng)之上，厚度約887 m，巖性以礫巖、砂巖為主，夾粉砂巖及炭質(zhì)頁巖，為一套海陸交互的粗碎屑巖建造，其中產(chǎn)出大量的植物化石，時代為晚泥盆世或早石炭世（1∶200 000地質(zhì)圖的庫普幅）。雙井子地區(qū)的露頭同時也是巴塔瑪依內(nèi)山組（地質(zhì)圖命名）的建組剖面（見圖1c、圖5a），巴山組與下伏松喀爾蘇組呈高角度不整合接觸，甚至超覆在上泥盆統(tǒng)之上，為一套火山巖與火山碎屑巖建造，巖性主要為橄欖玄武玢巖、玄武玢巖、安山玢巖、霏細(xì)巖、流紋巖和凝灰?guī)r等，并夾雜少量碎屑巖沉積。地質(zhì)圖上將巴山組歸為中石炭統(tǒng)。譚佳奕等[23]對該地區(qū)一條實(shí)測剖面巴山組（地質(zhì)圖命名）頂部的火山巖進(jìn)行了鋯石測年，結(jié)果顯示為（350±6.3）Ma，將巴山組厘定為下石炭統(tǒng)。李滌[29]對該地區(qū)巴山組（地質(zhì)圖命名）火山巖進(jìn)行了一系列鋯石測年，年齡值分布在351～335 Ma（見圖4），進(jìn)一步將該套巴山組火山巖限定為下石炭統(tǒng)。而近年來前人在準(zhǔn)噶爾盆地內(nèi)部對巴山組的定年測試均顯示為晚石炭世，如陸東 1井為（313.3±4.7）Ma[30]、三參 1井為（300.4±1.3）Ma[31]、石南 1井為（306.8±4.7）Ma[29]，表明露頭區(qū)和盆地內(nèi)的巴山組所指的不是同一套地層，二者內(nèi)涵存在差異。這也是造成石炭系層位混亂的主要原因之一。

在準(zhǔn)噶爾盆地五彩灣地區(qū)，彩深 1井鉆遇大套暗色泥巖和炭質(zhì)泥巖，新疆油田命名為滴水泉組。王淑芳等[11]認(rèn)為新疆油田命名的滴水泉組的細(xì)粒沉積與雙井子剖面松喀爾蘇組（地質(zhì)圖命名）的粗碎屑沉積的關(guān)系為同時異相，二者是早石炭世克拉美麗山前陸體系不同位置的不同巖相組合，靠近造山帶為粗碎屑，向盆地內(nèi)逐漸變細(xì)，對此本文表示認(rèn)同。而對于這種同時異相的沉積單元命了兩套名稱，也極易造成混亂。

圖2 準(zhǔn)噶爾地區(qū)克拉美麗山—大井坳陷構(gòu)造-地層層序與盆地演化（剖面位置見圖1）

為統(tǒng)一地層名稱及其含義，本文依據(jù)準(zhǔn)噶爾盆地最新鉆井和地震剖面，結(jié)合露頭、古生物資料和最新年代學(xué)資料等，采用李滌[29]對石炭系最新的地層劃分方案，將研究區(qū)石炭系重新劃分為下石炭統(tǒng)滴水泉組、松喀爾蘇組、雙井子組及上石炭統(tǒng)巴山組、石錢灘組這5套構(gòu)造層（見圖2）。

2.2 連井對比特征

通過南北向連井剖面對比及過盆山方向的年代地層格架剖面（見圖2、圖4），可以清楚地顯示克拉美麗山與大井坳陷石炭系的構(gòu)造-地層層序特征。

滴水泉組是準(zhǔn)噶爾盆地第一套沉積層，與下伏泥盆系呈角度不整合。研究區(qū)該層分布范圍比較廣，沉積中心位于雙井子地區(qū)，向南部大井坳陷方向減薄，向西北部五彩灣凹陷方向變厚?？拷死利惿揭粋?cè)主要發(fā)育一套以多層砂礫巖為主的粗碎屑沉積組合，向盆地方向的大1井地區(qū)逐漸變?yōu)槟噘|(zhì)粉砂巖、泥巖、頁巖等細(xì)粒碎屑沉積（見圖2、圖4）。

松喀爾蘇組呈斷陷特征分布，具有多個沉積中心。大井坳陷的大1、大井1地區(qū)為斷陷中心，向北部美探1井方向減薄。雙井子地區(qū)亦可能為斷陷中心，發(fā)育巨厚的松喀爾蘇組（地質(zhì)圖上命名為巴山組），厚度達(dá)4 123 m。從巖性上看，該組主要由多期噴發(fā)的中基性、酸性火山巖與火山碎屑巖組成，并夾雜少量碎屑巖沉積（見圖4）。根據(jù)期間發(fā)育的2套規(guī)模較大的砂礫巖沉積，可以將松喀爾蘇組大致劃分為 3個大的火山噴發(fā)旋回[23,29]。

圖3 準(zhǔn)噶爾地區(qū)石炭系地層劃分方案對比

雙井子組為斷陷后的拗陷沉積，原始沉積范圍廣泛，由于后期構(gòu)造活動而遭受大規(guī)模剝蝕（見圖4）。但在準(zhǔn)噶爾盆地腹部，如陸梁隆起、五彩灣凹陷等地區(qū)雙井子組保留較多[32]。雙井子組主要發(fā)育砂巖、炭質(zhì)頁巖及部分淺海相生物灰?guī)r等，為一套濱淺海相沉積建造，其中產(chǎn)出的古生物化石多見于中—晚石炭世。由于石炭紀(jì)末強(qiáng)烈的構(gòu)造活動，研究區(qū)內(nèi)的巴山組和石錢灘組大部分被剝蝕，上石炭統(tǒng)僅局部有殘留。

3 克拉美麗山與大井坳陷地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征

3.1 不整合特征

不整合是構(gòu)造活動的直接證據(jù)，每一期不整合都可以看作是區(qū)域性或局部構(gòu)造作用的結(jié)果[33]。通過對克拉美麗山露頭和大井坳陷地震剖面的分析，研究區(qū)自下而上發(fā)育滴水泉組、松喀爾蘇組、雙井子組、金溝組、平地泉組、下三疊統(tǒng)、西山窯組、下白堊統(tǒng)、上新統(tǒng)和更新統(tǒng)共10套明顯的底部不整合（見圖2）。

圖4 準(zhǔn)噶爾地區(qū)克拉美麗山—大井坳陷南北向連井剖面（年齡數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[29]）

圖5 準(zhǔn)噶爾地區(qū)克拉美麗山—大井坳陷不整合特征（研究區(qū)及剖面位置見圖1c）

本文研究重點(diǎn)關(guān)注石炭系和二疊系的不整合面。滴水泉組整體呈近東西向的褶皺，地層扭曲劇烈，形成多個方向不定的尖棱褶曲，并被上覆松喀爾蘇組削蝕，形成曲折的削蝕面（見圖5a）。松喀爾蘇組與上覆雙井子組不整合的角度相對較小，不整合面與地層的展布基本一致，這也與二者的斷-坳接觸關(guān)系相符合（見圖5a）。雙井子組被上覆下二疊統(tǒng)高角度削蝕，表明在早二疊世之前發(fā)育過一期大規(guī)模的構(gòu)造運(yùn)動（見圖5b）。在地震剖面上可以觀察到金溝組和將軍廟組被平地泉組底高角度削蝕，削截點(diǎn)清楚（見圖5c、圖5d）。下三疊統(tǒng)底和中侏羅統(tǒng)底也能識別出削蝕特征。由于晚期構(gòu)造活動強(qiáng)烈，新生界地層被剝蝕，下白堊統(tǒng)底、上新統(tǒng)底和更新統(tǒng)底部的不整合特征均由地質(zhì)圖上分析得到（見圖1c）。

3.2 構(gòu)造剖面解析

根據(jù)研究區(qū)10余口關(guān)鍵井的測井資料制作合成記錄，對地震剖面進(jìn)行地質(zhì)層位標(biāo)定。通過層位追蹤、閉合并結(jié)合淺表地質(zhì)的約束，解釋了 3條南北向和 1條東西向地震剖面（見圖1c）。對地震剖面進(jìn)行軸面分析，可以在靠近克拉美麗山一側(cè)的石炭系之下反射中識別出多個等傾角區(qū)（見圖6），表明下伏存在多個逆沖斷片，這也與前人解釋的沖斷層模型不相符合。上覆地層在靠近山的一側(cè)發(fā)生明顯翹傾，其轉(zhuǎn)折部位與下伏地層軸面相對應(yīng)（見圖7—圖9），因此在幾何學(xué)上均比較符合構(gòu)造楔模型的特征。此外，研究區(qū)前石炭系發(fā)育時期處于海相沉積環(huán)境，發(fā)育大套海相碎屑巖沉積，具備發(fā)育沖斷楔的物質(zhì)基礎(chǔ)。因此本文在解釋過程中選取構(gòu)造楔模型，并參考前人在克拉美麗山南麓西段的解釋方案[21]。

AA′（寬線）剖面（見圖7）經(jīng)過克拉美麗斷裂帶南麓和石錢灘凹陷。剖面可見侏羅系底界、三疊系底界、平地泉組底界、二疊系底界等角度不整合。石炭系及以上地層在石錢灘凹陷北部較厚，向南均減薄。在石錢灘凹陷北部，石炭系松喀爾蘇組內(nèi)可識別出早石炭世斷陷，邊界斷層的切層點(diǎn)十分清楚。通過詳細(xì)追蹤斷陷內(nèi)的反射波組，可識別出兩期斷陷，第Ⅰ幕斷陷范圍較小，第Ⅱ幕斷陷范圍擴(kuò)大（見圖8）。邊界斷層F1向北傾，與多條次級調(diào)節(jié)斷層構(gòu)成半地塹構(gòu)造，一直延伸到克拉美麗沖斷帶南端。早石炭世斷陷邊界斷層向上終止于雙井子組底界。上覆雙井子組不整合覆蓋在松喀爾蘇組斷陷之上，發(fā)育范圍更廣，顯示出拗陷沉積特征（見圖8）。通過軸面分析，在斷陷之下的深部區(qū)域至少可劃分出 8個等傾角區(qū)，幾何學(xué)分析表明至少發(fā)育兩期構(gòu)造楔（見圖6、圖7）。構(gòu)造楔向南楔入過程中導(dǎo)致上覆地層南傾，越靠近山一側(cè)翹傾幅度越大。上覆地層轉(zhuǎn)折部位限定了構(gòu)造楔在盆地內(nèi)的伸展范圍和楔端點(diǎn)的位置（見圖7）。根據(jù)兩期構(gòu)造楔與斷陷的交切關(guān)系及地層傾角變化可以看出，構(gòu)造楔發(fā)育在斷陷之后，早石炭世的斷陷也被一定程度的翹傾，且第2個構(gòu)造楔晚于第1個構(gòu)造楔，表現(xiàn)出后展式構(gòu)造變形特征。由于地震剖面沒有覆蓋到北部的克拉美麗山，本文主要通過淺表地質(zhì)進(jìn)行約束。圖7顯示北部主要出露泥盆系和石炭系，地層產(chǎn)狀陡傾形成緊閉高陡褶皺，部分甚至發(fā)生了倒轉(zhuǎn)，發(fā)育多條突破的沖斷層。前人研究也表明克拉美麗斷裂（Fk）具有左行走滑-逆沖特征[34]，在其兩側(cè)發(fā)育多條逆沖斷層，構(gòu)成向南逆沖的疊瓦狀構(gòu)造。在石錢灘凹陷南部，石炭系及其上覆地層形成斷層傳播褶皺背斜帶，F(xiàn)2斷層向下收斂到前石炭系的基底滑脫層。

圖6 克拉美麗山前帶深部地層等傾角區(qū)地震原始剖面（a）、地震解釋剖面（b）、地質(zhì)結(jié)構(gòu)剖面（c）（剖面位置見圖1c）

圖7 準(zhǔn)噶爾地區(qū)克拉美麗山—大井坳陷AA′地震解釋剖面（a）及地質(zhì)結(jié)構(gòu)剖面（b）（剖面位置見圖1c）

BB′（寬線）剖面（見圖9a）平行于AA′剖面，顯示出相似的構(gòu)造變形特征。松喀爾蘇組內(nèi)發(fā)育早石炭世斷陷，但F1斷層傾角相對AA′剖面更陡，斷陷規(guī)模更大。F1斷層切穿了上覆雙井子組，斷層上盤地層微微隆起，呈“蛇頭狀”背斜特征，表明斷層后期發(fā)生了反轉(zhuǎn)。根據(jù)軸面分析，在盆山過渡帶也發(fā)育了兩個構(gòu)造楔，但由于第 2個構(gòu)造楔楔入的較少，導(dǎo)致大部分山前單斜帶的傾斜角度相對于 AA′剖面更緩，只從第 2個構(gòu)造楔的楔端點(diǎn)處才開始急劇變陡。由于晚期克拉美麗斷裂帶（Fk）活動強(qiáng)烈，構(gòu)造楔后翼也被一系列逆沖斷層突破。在石錢灘凹陷南部，F(xiàn)2斷層形成的斷層傳播褶皺幅度要比AA′剖面更大。F2斷層與次級F3、F4斷層組成斷層傳播褶皺背斜帶。整體上看，BB′剖面上的構(gòu)造擠壓活動強(qiáng)于AA′剖面。

CC′剖面（見圖9c）經(jīng)過克拉美麗斷裂帶南麓和石樹溝凹陷，顯示了克拉美麗山西段的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。克拉美麗造山帶活動在該剖面上明顯更加強(qiáng)烈，在二疊系之下發(fā)育了 3個構(gòu)造楔。構(gòu)造楔①和②的楔入使下二疊統(tǒng)和上石炭統(tǒng)被剝蝕，二疊系將軍廟組直接與下伏下石炭統(tǒng)不整合接觸。在盆山過渡帶，中二疊統(tǒng)至上三疊統(tǒng)被逆向錯斷，分析認(rèn)為該古構(gòu)造可能為晚三疊世—早侏羅世發(fā)育的一期斷層傳播褶皺前翼殘余。晚期構(gòu)造楔③的活動使中—上二疊統(tǒng)及中生界急劇南傾，晚三疊世的古構(gòu)造也被改造。構(gòu)造楔的后翼被克拉美麗斷裂帶突破，泥盆系、石炭系被沖斷至地表，形成一系列緊閉、高陡的斷層傳播褶皺。

DD′（寬線）剖面（見圖9b）為一條東西向聯(lián)絡(luò)測線，經(jīng)過黑山凸起、石錢灘凹陷、黃草湖凸起、石樹溝凹陷和沙帳斷褶帶。剖面顯示石炭系及前石炭系可能受基底斷層的影響，由西向東被抬高，背斜前、后翼分別位于石樹溝凹陷東斜坡和石錢灘凹陷西斜坡，背斜拓寬部位在黃草湖凸起。由于 DD′剖面切過南北向剖面的位置不同，在與BB′剖面相交處能觀察到第 1期構(gòu)造楔的頂、底板斷層，而在與 AA′剖面相交處僅能觀察到第 1期構(gòu)造楔的底板斷層。在東部的黑山凸起和西部的沙帳斷褶帶東側(cè)，受三疊紀(jì)以來東西向擠壓沖斷活動影響[15]，發(fā)育一系列斷層傳播褶皺背斜帶，部分沖斷層出露地表。

綜上所述，上述 4條地震剖面揭示了克拉美麗山與大井坳陷復(fù)雜的多期疊加變形特征。早石炭世，大井坳陷內(nèi)發(fā)育北傾的石炭系斷陷，并呈現(xiàn)出多幕特征，斷陷規(guī)模西大東小。其上發(fā)育大范圍分布的雙井子組拗陷沉積，不整合覆蓋在斷陷之上。早期的石炭系斷-坳結(jié)構(gòu)被多個后期發(fā)育在前石炭系向南楔入的構(gòu)造楔改造，構(gòu)造變形程度也呈現(xiàn)出西強(qiáng)東弱的特點(diǎn)。但對于這種構(gòu)造楔對早期斷陷的改造過程和“盆”-“山”耦合關(guān)系還需要通過構(gòu)造演化剖面進(jìn)行詳細(xì)分析。

4 構(gòu)造演化特征

對南北向結(jié)構(gòu)剖面（AA′）進(jìn)行平衡剖面恢復(fù)（見圖10），將研究區(qū)劃分為早石炭世早期、早石炭世中—晚期、早—晚石炭世之交、石炭紀(jì)末期、早二疊世、中—晚二疊世、三疊紀(jì)、侏羅紀(jì)、晚白堊世、古近紀(jì)以來共10個變形階段（見圖2）。

圖9 準(zhǔn)噶爾地區(qū)克拉美麗山—大井坳陷BB′（a）、DD′（b）、CC′（c）地震解釋剖面（剖面位置見圖1c）

早石炭世早期，研究區(qū)處于擠壓前陸盆地階段，在白家海凸起的地震剖面上能觀察到這套構(gòu)造層被明顯褶皺，局部被上覆地層高角度削蝕[35]。在雙井子露頭可觀察到此處的滴水泉組為一套砂礫巖為主的粗碎屑沉積組合，向山前坳陷方向逐漸相變?yōu)榧?xì)粒碎屑沉積（見圖2、圖4）。滴水泉組具有分布范圍廣、規(guī)模大的特點(diǎn)。

早石炭世中—晚期，盆地處于區(qū)域伸展環(huán)境，前人已在該地區(qū)厘定出多個島弧帶[29]，該時期發(fā)育弧相關(guān)的斷陷盆地。這一時期伸展量較大，約為13.1 km，在大井坳陷形成一系列半地塹，在半地塹內(nèi)發(fā)育大量火山巖與火山碎屑巖。

早—晚石炭世之交，盆地進(jìn)入拗陷發(fā)育階段，在這一時期也發(fā)生了構(gòu)造擠壓運(yùn)動，使雙井子組在石錢灘凹陷北部被部分剝蝕、南部被全部剝蝕。通過對比準(zhǔn)噶爾盆地腹部的研究可知，晚石炭世也發(fā)育了一期斷陷[32]，但石炭紀(jì)末期的構(gòu)造擠壓運(yùn)動，使石炭系斷陷普遍發(fā)生“正反轉(zhuǎn)”[15]。由于研究區(qū)上石炭統(tǒng)基本被剝蝕，這一期斷陷在本文中未作重點(diǎn)討論。

早二疊世，盆地又處于伸展環(huán)境，在瑪湖坳陷西斜坡、中拐凸起一帶發(fā)育大量火山巖[15]。早二疊世末，盆地受區(qū)域擠壓作用，石炭系的雙井子組、巴山組和下二疊統(tǒng)被抬升剝蝕。盡管整體縮短量較小，僅約0.9 km，但這一次構(gòu)造擠壓運(yùn)動使得克拉美麗山與大井坳陷表現(xiàn)出強(qiáng)耦合關(guān)系（見圖10）。

中—晚二疊世，將軍廟組發(fā)育范圍擴(kuò)大，向南部隆起高部位逐漸超覆。將軍廟組沉積末期，受區(qū)域擠壓作用，克拉美麗山第 1期構(gòu)造楔向南楔入，山前帶石炭系斷陷被掀斜改造，靠近山一側(cè)的中、下二疊統(tǒng)被整體掀斜剝蝕。構(gòu)造楔上覆地層的縮短量為0.6 km。由于西部的構(gòu)造楔活動更加強(qiáng)烈，導(dǎo)致西部石炭系斷陷被改造的程度更高，斷陷反轉(zhuǎn)特征也更加顯著。之后盆地進(jìn)入前陸拗陷沉積階段，發(fā)育二疊系平地泉組、梧桐溝組。

三疊紀(jì)盆地仍整體處于擠壓環(huán)境，下三疊統(tǒng)底部在基底凸起部位可見小規(guī)模的不整合（見圖2、圖5d），在三疊系底部發(fā)育一套沖積扇沉積體系，中—上三疊統(tǒng)發(fā)育時湖盆范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，形成統(tǒng)一的大型坳陷湖盆[15]。

侏羅紀(jì)基本繼承了三疊紀(jì)的格局，但沉積范圍更加廣泛，整體屬于大型淺水泛盆沉積[34]。西山窯組沉積末期，受盆緣壓扭作用的影響，在石錢灘凹陷內(nèi)形成一系列次級凸起帶。沙帳斷褶帶、黑山凸起的斷裂構(gòu)造再次活化，形成由西向東的逆沖斷層，在研究區(qū)東部形成沙丘河、火燒山和帳篷溝等一系列北東向展布的背斜構(gòu)造[34]。

晚白堊世，第 2期構(gòu)造楔開始活動，致使山前帶古生界—中生界再次被抬升剝蝕，這一時期縮短量約為1.9 km。

古近紀(jì)，克拉美麗山再次強(qiáng)烈活動，在前期構(gòu)造楔的后翼發(fā)生突破，形成一系列北西走向的沖斷層[21]。根據(jù)露頭泥盆系—石炭系褶皺矢量估算，構(gòu)造縮短量約為18.1 km。

由以上分析可知，AA′剖面現(xiàn)今長度為115.2 km，原始長度為124.9 km，總縮短量為9.7 km，表明研究區(qū)整體發(fā)生了縮短，縮短率為7.8%。其中，擠壓期主要發(fā)生在早石炭世早期、石炭紀(jì)末期、中—晚二疊世、晚白堊世和古近紀(jì)，伸展期主要發(fā)生在早石炭世中—晚期、晚石炭世中—晚期、早二疊世。從演化剖面上看，中二疊世的構(gòu)造運(yùn)動使克拉美麗山與大井坳陷表現(xiàn)出強(qiáng)耦合關(guān)系，但對于二者“盆”-“山”關(guān)系的建立及其演化過程還需進(jìn)行更全面的探討。

5 討論

5.1 克拉美麗山與大井坳陷的耦合關(guān)系

盆地的形成及其內(nèi)部沉積物質(zhì)的厚度、組成與變形等，都與周緣的造山作用密切相關(guān)，而盆-山體系遷移過程中形成的地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象在盆地沉積建造中也均有一定記錄，盆與山之間緊密關(guān)聯(lián)[36-37]。對于“盆”“山”耦合的研究，不僅需要討論盆地與相關(guān)造山帶在時間和空間上的變形及其相互作用[38-40]，也需要結(jié)合與之相關(guān)的區(qū)域動力學(xué)背景和運(yùn)動過程分析[41-44]。

李錦軼[3]等通過對克拉美麗斷裂帶南側(cè)露頭的研究認(rèn)為，出露的泥盆系卡拉麥里組和下石炭統(tǒng)塔木崗組（對應(yīng)本文的滴水泉組）主要為一套淺海相陸源碎屑沉積，其中砂巖的碎屑以巖屑為主，磨圓和分選差，顯示出近源沉積特征。王淑芳等[11]認(rèn)為雙井子地區(qū)下石炭統(tǒng)松喀爾蘇組發(fā)育的一套粗碎屑沉積組合為前陸褶皺沖斷帶的產(chǎn)物，并向盆地方向相變?yōu)榧?xì)粒碎屑沉積。在1∶200 000地質(zhì)圖上可觀察到滴水泉組發(fā)生了劇烈的扭曲，形成多個方向不定的尖棱褶曲，同時在白家海地區(qū)的地震剖面上能觀察到下石炭統(tǒng)被褶皺，因此多方面證據(jù)均表明，晚泥盆世—早石炭世早期，研究區(qū)可能處于擠壓前陸盆地階段，在將軍廟地區(qū)形成擠壓撓曲盆地?？ɡ溊镅髲耐砟嗯枋篱_始向北俯沖消減，至早石炭世閉合，導(dǎo)致準(zhǔn)噶爾板塊與西伯利亞板塊碰撞焊接[3,45]。因此，綜合諸多地質(zhì)事實(shí)和區(qū)域動力學(xué)背景分析，可以推斷出研究區(qū)的“盆”-“山”構(gòu)造關(guān)系最早構(gòu)建于晚泥盆世—早石炭世早期。

早石炭世中—晚期由于區(qū)域性伸展作用，在大井坳陷發(fā)育一系列斷陷，克拉美麗縫合帶負(fù)反轉(zhuǎn)，發(fā)育連片的早石炭世斷陷，晚石炭世和早二疊世也處于斷陷階段，這一時期“盆”-“山”關(guān)系經(jīng)歷了一定程度的弱化。

中二疊世，克拉美麗山南麓發(fā)育構(gòu)造楔，構(gòu)造楔向南推進(jìn)使克拉美麗山與大井坳陷表現(xiàn)出強(qiáng)耦合關(guān)系，將軍廟前陸盆地系統(tǒng)也朝著盆地方向發(fā)生遷移。三疊紀(jì)盆地具有繼承性發(fā)育的特征。在 AA′剖面上能觀察到三疊系與侏羅系之間的不整合，并能在CC′剖面上觀察到中二疊統(tǒng)至上三疊統(tǒng)被逆向錯斷的古構(gòu)造（見圖9c），與印支運(yùn)動對應(yīng)。雖然整體上構(gòu)造擠壓作用相對減弱，但依舊保持了中二疊世的“盆”-“山”關(guān)系。

由于地震剖面上侏羅系以上的地層大部分被剝蝕（見圖7—圖9），因此侏羅紀(jì)之后的構(gòu)造活動時限需要結(jié)合其他分析測試方法來確定。李麗等[46]對克拉美麗山及準(zhǔn)噶爾盆地周緣其他出露的花崗巖體進(jìn)行了磷灰石裂變徑跡分析對比，認(rèn)為克拉美麗山經(jīng)歷了晚三疊世—早侏羅世（距今180～210 Ma）、中—晚白堊世（距今 95～115 Ma）、晚三疊世—早侏羅世（距今 180～210 Ma）和古新世晚期—始新世早期（距今50～60 Ma）共4期抬升剝蝕作用。中—晚白堊世這期構(gòu)造運(yùn)動可與前人的研究結(jié)果[47-49]較好的對比，對應(yīng)燕山運(yùn)動晚期。這一時期對應(yīng)研究區(qū)第 2期構(gòu)造楔發(fā)育，“盆”-“山”構(gòu)造關(guān)系增強(qiáng)。古新世晚期—始新世早期的構(gòu)造活動與古近紀(jì)準(zhǔn)噶爾盆地北緣的逆沖推覆事件相對應(yīng)[50]。這一時期對應(yīng)研究區(qū)構(gòu)造楔被大量沖斷層突破階段，形成大量緊閉褶皺，“盆”-“山”關(guān)系為強(qiáng)耦合關(guān)系。

綜上所述，自早石炭世早期卡拉麥里洋閉合，初次建立克拉美麗山與大井坳陷的“盆”-“山”構(gòu)造關(guān)系，之后經(jīng)歷了早石炭世中晚期—早二疊世的一定程度弱化，中二疊世的重新強(qiáng)耦合。后續(xù)的印支、燕山和喜馬拉雅運(yùn)動都繼承了這一“盆”-“山”關(guān)系。

5.2 準(zhǔn)東地區(qū)石炭紀(jì)不同時期構(gòu)造-沉積格局

研究區(qū)石炭系主要的勘探對象為自生自儲型成藏組合，油氣分布受烴源巖控制，而石炭紀(jì)構(gòu)造-沉積格局則控制了有效烴源巖的展布。因此對石炭紀(jì)構(gòu)造-沉積格局的研究具有重要的勘探意義。在前人對露頭區(qū)石炭系沉積環(huán)境研究的基礎(chǔ)上，本文通過大量追蹤地震測線，刻畫出研究區(qū)石炭紀(jì)斷陷和坳陷的殘余分布，最后探討準(zhǔn)東地區(qū)石炭紀(jì)不同時期的構(gòu)造-沉積格局。

晚古生代早期，克拉美麗地區(qū)由早期的大陸邊緣海盆地逐漸裂解為島弧帶，其弧后盆地發(fā)展為卡拉麥里有限洋盆，普遍出露下泥盆統(tǒng)蛇綠巖[3,51]?？ɡ溊镅髲哪嗯杓o(jì)開始向北部的野馬泉島弧地體之下俯沖，形成大量島弧火山巖[52-53]，最終導(dǎo)致該區(qū)卡拉麥里洋在早石炭世早期關(guān)閉[45]，使卡拉麥里火山弧拼貼增生于西伯利亞大陸板塊的南部邊緣[3]。在區(qū)域擠壓背景下，研究區(qū)在野馬泉島弧地體南側(cè)將軍廟一帶形成前陸盆地[54]。早石炭世早期，來自北側(cè)克拉美麗山的物源，在山前帶發(fā)育厚層的粗碎屑磨拉石建造，向南進(jìn)入前淵帶，水體變深，碎屑物質(zhì)變細(xì)（見圖11a）。此時期發(fā)育的滴水泉組為石炭系第1套烴源巖，其在大井坳陷南側(cè)要好于北側(cè)。前人通過分析滴水泉露頭認(rèn)為該套烴源巖干酪根類型為Ⅱ2型—Ⅲ型，成熟度較高[55]，可作為一套有效氣源巖。由于該套烴源巖在盆地內(nèi)埋深較大，目前僅在五彩灣和白家海地區(qū)部分鉆遇。

圖11 克拉美麗地區(qū)石炭紀(jì)不同時期構(gòu)造-沉積格局（據(jù)文獻(xiàn)[56]修改）

早石炭世中—晚期，研究區(qū)發(fā)生由擠壓到伸展的構(gòu)造應(yīng)力轉(zhuǎn)換，進(jìn)入斷陷盆地階段。早期的逆沖斷層發(fā)生“負(fù)反轉(zhuǎn)”，沿縫合帶形成一系列北西向的斷陷帶（見圖11b）。在雙井子地區(qū)發(fā)育4 123 m厚的松喀爾蘇組，平面上呈現(xiàn)出裂隙噴發(fā)的特征（1∶200 000地質(zhì)圖庫普幅）。這一時期伴隨大量火山活動，在半地塹內(nèi)充填多期噴發(fā)的火山巖與火山碎屑巖，與地震剖面上識別出的兩幕斷陷相對應(yīng)（見圖8）。通過大量地震剖面追蹤，在盆地內(nèi)至少可追蹤出 3個北西向和北西西向的斷陷，沉積中心分別位于大井1井、大1井南部和桐 3井地區(qū)。爆發(fā)相、溢流相火山巖受多期不整合面溶蝕改造，可形成具有良好儲滲性能的優(yōu)質(zhì)儲集層，與下伏滴水泉組烴源巖構(gòu)成下石炭統(tǒng)成藏組合。

早—晚石炭世之交，伸展作用減弱，進(jìn)入坳陷盆地發(fā)育階段?？死利惿角暗貐^(qū)發(fā)育大范圍分布的陸相坳陷碎屑沉積體系，即雙井子組。雙井子組在白堿溝地區(qū)出露，發(fā)育約400 m厚的炭質(zhì)頁巖夾煤層，產(chǎn)出大量晚石炭世植物化石。大井坳陷大井 1井和大 5井也鉆遇該套地層，巖性主要為砂巖、炭質(zhì)泥巖等碎屑巖。該套地層為石炭系最主要的有效烴源巖層系，豐度較高，低成熟—成熟[55]，是目前盆地內(nèi)鉆遇的主要烴源巖。結(jié)合地震地層追蹤，可識別出多個沉積中心，即生烴中心，分布在彩深1井、大井1井、將軍廟南部和桐1井地區(qū)（見圖11c），物源區(qū)可能來自南北兩側(cè)的島弧地體。

晚石炭世中—晚期，盆地內(nèi)又經(jīng)歷一期伸展斷-拗旋回，在陸梁隆起完整保存了這一套火山巖-火山碎屑巖和碎屑沉積巖組合[56-57]。晚石炭世晚期，準(zhǔn)噶爾盆地大部分地區(qū)的島弧已拼合成統(tǒng)一陸地[56]，克拉美麗山在這一拼合擠壓背景下再次隆升造山，造成上石炭統(tǒng)大面積被剝蝕，僅在大井坳陷北部有殘余，研究區(qū)東部及中央部位基本被剝蝕（見圖11d）。殘余的巴山組與下伏雙井子組構(gòu)成上石炭統(tǒng)成藏組合。

6 結(jié)論

依據(jù)最新鉆井、地震資料，結(jié)合露頭、古生物和年代學(xué)分析結(jié)果，將克拉美麗山—大井坳陷地區(qū)的石炭系劃分為滴水泉組、松喀爾蘇組、雙井子組、巴塔瑪依內(nèi)山組和石錢灘組。其中，雙井子露頭剖面的松喀爾蘇組（地質(zhì)圖命名）與準(zhǔn)噶爾盆地內(nèi)的滴水泉組（新疆油田命名），均為滴水泉組，為早石炭世早期前陸盆地不同位置的同時異相沉積。

研究區(qū)從下至上發(fā)育石炭系滴水泉組底、松喀爾蘇組底、雙井子組底、二疊系金溝組底、平地泉組底、下三疊統(tǒng)底、侏羅系西山窯組底、下白堊統(tǒng)底、上新統(tǒng)底和更新統(tǒng)底共10套明顯的不整合。通過精細(xì)地震剖面解析，揭示出盆地內(nèi)石炭系發(fā)育斷-坳結(jié)構(gòu)，松喀爾蘇組為多幕斷陷特征，雙井子組為拗陷特征；山前帶在前石炭系發(fā)育多個由北向南楔入的復(fù)合構(gòu)造楔，楔入的時間主要在中二疊世和晚白堊世末。構(gòu)造楔楔入使石炭系斷陷和盆山過渡帶發(fā)生掀斜、改造。古新世晚期—始新世早期，構(gòu)造楔后翼被一系列沖斷層突破，形成復(fù)雜的斷層傳播褶皺背斜帶。

克拉美麗山與大井坳陷“盆”-“山”關(guān)系初次建立在早石炭世早期，由于區(qū)域伸展作用，在早石炭世中晚期—早二疊世經(jīng)歷了一定程度的弱化，又在中二疊世的擠壓作用下重新強(qiáng)耦合。后續(xù)的印支、燕山和喜馬拉雅運(yùn)動繼承了這一構(gòu)造關(guān)系。

早石炭世早期卡拉麥里洋在研究區(qū)閉合，形成前陸盆地，滴水泉組為石炭系第 1套烴源巖。早石炭世中—晚期發(fā)育弧相關(guān)斷陷盆地，松喀爾蘇組的火山巖受多期不整合面溶蝕改造，可形成具有良好儲滲性能的優(yōu)質(zhì)儲集層，與下伏滴水泉組烴源巖構(gòu)成下石炭統(tǒng)成藏組合。早—晚石炭世之交，伸展作用減弱，發(fā)育坳陷盆地，大范圍發(fā)育的雙井子組為石炭系最主要的烴源巖。石炭紀(jì)末發(fā)育大規(guī)模隆升剝蝕，上石炭統(tǒng)僅在山前坳陷帶有部分殘余，與下伏的雙井子組構(gòu)成上石炭統(tǒng)成藏組合。

致謝：本文地震、鉆井、測井等資料均由中國石油新疆油田公司勘探開發(fā)研究院提供，本文在研究過程中得到張偉康、陳槚俊、鄧銘哲、梁宇生、殷樹錚和甄宇等同志給予的無私幫助與支持，在此一并表示感謝！