柴達木盆地諾木洪凹陷構(gòu)造演化及有利區(qū)預(yù)測

王 福

（1.西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710065；2.陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點實驗室，陜西 西安 710065）

盆地構(gòu)造特征及演化的研究一直是油氣田構(gòu)造研究中最重要的內(nèi)容。通過解析盆地形成和改造過程中不同階段的結(jié)構(gòu)特征以及每個時期的構(gòu)造演化過程，不僅可對盆地的形成演化過程及其動力學(xué)機制研究提供重要約束和參考意義，還可為油氣勘探提供科學(xué)依據(jù)和基礎(chǔ)素材。自古生代以來，柴達木盆地經(jīng)歷了海西、印支、燕山、喜山等多期旋回成盆作用［1］，致使其及內(nèi)部諾木洪凹陷構(gòu)造特征和構(gòu)造演化的歷史過程較為復(fù)雜。前人對諾木洪凹陷的研究較少，對其構(gòu)造特征、構(gòu)造演化認識不清，制約了該區(qū)的油氣勘探進展。本文通過對諾木洪凹陷石炭系構(gòu)造演化、地層沉積等方面進行研究，以期為諾木洪凹陷形成演化的過程及其油氣勘探提供依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

柴達木盆地地處青藏高原北部，被祁連山、昆侖山和阿爾金山所環(huán)繞，是青藏高原北部大型新生代山間盆地［2-4］（圖1）。柴達木盆地經(jīng)歷了海西、印支、燕山、喜山等多期旋回成盆作用，發(fā)育石炭-二疊系、侏羅-白堊系、古新統(tǒng)-上新統(tǒng)上油砂山組和新近系上油砂山組-第四系四個構(gòu)造層［1］，其間被印支、燕山、喜山三大構(gòu)造運動所形成的不整合面所分隔。柴東（柴達木盆地東部）地區(qū)主要發(fā)育兩個大的角度不整合面，第一個是印支運動所形成的古生界和中生界間的不整合面，第二個是晚燕山運動所形成的中生界和新生界間的不整合面。四期構(gòu)造運動對柴達木盆地每個時期原盆沉積面貌和古構(gòu)造的形成演化過程均有著重要影響，最終喜山晚期的構(gòu)造運動形成了現(xiàn)今的構(gòu)造格局。

圖1 柴達木盆地構(gòu)造單元劃分

在盆緣祁連山及北昆侖強烈對沖作用下，整個柴東地區(qū)呈現(xiàn)三凹兩凸、凹凸相間的構(gòu)造格局。埃南、埃北及歐北斷裂分別分割了諾木洪、埃姆尼克山、歐南-歐龍布魯克山及德令哈凹陷［5］。受北西向斷裂差異性壓縮作用影響，柴東地區(qū)構(gòu)造單元呈現(xiàn)東西分塊、凹凸相間的特征。諾木洪凹陷位于柴東地區(qū)的東南部，北界為馬海-大紅溝隆起南翼的陵間斷裂以及埃南斷裂，南界為宗加斷裂，是一個以古生界-中生界殘留地層為主的凹陷。諾木洪地區(qū)廣泛分布石炭系（圖2），石炭系主要分布在埃南斷裂的下盤；石炭系頂部被剝蝕，與其上覆地層呈角度不整合接觸；石炭系殘留厚度在諾木洪凹陷內(nèi)部差異較大，總體呈現(xiàn)自西向東逐漸減薄的趨勢［6］。

圖2 諾木洪凹陷石炭系地層巖性綜合柱狀圖

2 構(gòu)造格架與地層接觸關(guān)系

2.1 構(gòu)造格架

柴東地區(qū)在多期構(gòu)造運動的疊加影響下，形成了南北分帶、東西分塊的現(xiàn)今構(gòu)造格局，其中，北西西-北西向構(gòu)造是本區(qū)的主控構(gòu)造。

在根據(jù)鉆井、鉆孔落實各構(gòu)造單元地層序列的基礎(chǔ)上，結(jié)合地震、電法等資料［7］，編制諾木洪凹陷及其周緣地質(zhì)結(jié)構(gòu)剖面（圖3）。該剖面從阿爾金東部延伸至鄂拉山西部，包括伊北凹陷、諾木洪凹陷兩個構(gòu)造單元，以此建立該區(qū)構(gòu)造地層格架。

圖3 伊北凹陷-諾木洪凹陷北西向地質(zhì)結(jié)構(gòu)剖面

不同構(gòu)造單元地層發(fā)育及殘留分布差異較大［8］。諾木洪是以中生界-古生界殘留地層為主的凹陷。從地層厚度變化上可以看出，諾木洪凹陷存在多期構(gòu)造反轉(zhuǎn)。在燕山晚期強烈擠壓作用下，發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)，諾木洪凹陷西部全吉一帶抬升作用明顯，上侏羅統(tǒng)-白堊系遭受強烈剝蝕；這一反轉(zhuǎn)過程一直持續(xù)到喜山早期，使整個諾木洪凹陷缺失古近系。喜山中期，再一次反轉(zhuǎn)，諾木洪凹陷新近系地層沉積厚度較大，到第四紀達到最大規(guī)模。

由北西向剖面A-A1（圖1）可以看出，印支期區(qū)域性剝蝕作用使大部分地區(qū)石炭系幾乎被剝蝕殆盡，僅部分凹陷局部殘留；早侏羅世，抬升作用擴展到諾木洪地區(qū)，但伊北地區(qū)開始沉降，接受沉積；中侏羅世構(gòu)造環(huán)境相對穩(wěn)定，諾木洪地區(qū)開始接受沉積，而伊北凹陷開始抬升剝蝕；燕山晚期，諾木洪地區(qū)擠壓抬升幅度最大，一直持續(xù)到喜山早期，致使區(qū)內(nèi)缺失白堊系和古近系，至喜山中期才重新開始接受沉積，直到喜山晚期仍為持續(xù)性沉降區(qū)，諾木洪地區(qū)發(fā)育較厚的第四系。

2.2 地層接觸關(guān)系

由地震剖面可以看出，石炭系內(nèi)部各組段均表現(xiàn)為整合或假整合接觸，為典型的穩(wěn)定克拉通臺地［9］。后期受晚海西、印支、燕山、喜山多期構(gòu)造運動影響，石炭系構(gòu)造變形強烈，遭受較強的剝蝕改造作用，表現(xiàn)為石炭系與其上覆地層間呈角度不整合接觸。

諾木洪凹陷北部沖斷于埃姆尼克山之上，下石炭統(tǒng)地層與中新統(tǒng)上干柴溝組呈角度不整合接觸。埃姆尼克山前過HB14-1鉆孔的地震剖面揭示，下石炭統(tǒng)呈現(xiàn)弱-中等振幅、蠕蟲狀、連續(xù)性較差的特征；鉆探揭示新近系與石炭系直接接觸，二者呈不整合接觸（圖4）。另外，過霍參1井的近南北向地震剖面揭示，下石炭統(tǒng)地層與上覆中生界地層（侏羅系、白堊系）呈明顯角度不整合接觸，頂部表現(xiàn)為強波組特征，呈層狀反射；下部為雜亂反射，且連續(xù)性較差；內(nèi)部反射具有一定的差異性，橫向不穩(wěn)定，夾有波狀、鏈狀、蠕蟲狀反射［10］。

圖4 過HB14-1鉆孔地震地質(zhì)綜合解釋剖面

3 ?斷裂展布及演化

3.1 斷裂展布特征

諾木洪凹陷自下而上發(fā)育古生界、中生界和新生界三套地層。由橫切凹陷的南東向地震剖面（1212測線）可以看出，每個時期所對應(yīng)的地層殘留厚度各不相同（圖5），表明該凹陷發(fā)生了多期構(gòu)造反轉(zhuǎn)。印支末期構(gòu)造活動強，整體呈西薄東厚特征，斷裂非常發(fā)育；早中侏羅世，在埃姆尼克山一帶沉積厚度較大，凹陷北部和東部均表現(xiàn)為低凸起，未沉積中-下侏羅統(tǒng)地層。燕山晚期地層反轉(zhuǎn)作用較強，西部抬升導(dǎo)致其上部地層遭受剝蝕；喜山早-中期經(jīng)歷了又一次反轉(zhuǎn)，東南側(cè)抬升，古近系-新近系地層由西北向東南逐層向上超覆［11-12］。

圖5 諾木洪凹陷北西-南東向1212測線地震解釋剖面

3.2 構(gòu)造演化分析

以北西向地震剖面（1188-1212E測線）為例進行構(gòu)造演化史分析。該剖面橫切諾木洪凹陷，凹陷內(nèi)部發(fā)育鹽深1背斜和全吉背斜，整體具有東西向擠壓條件控制下的向背斜相間的構(gòu)造特征（圖6）。

圖6 諾木洪凹陷構(gòu)造演化剖面

印支運動晚期（侏羅系沉積前），受區(qū)域擠壓作用影響，諾木洪凹陷整體抬升，形成殘留凹陷。因凹陷內(nèi)部差異隆升，原廣泛分布的石炭系地層在凹陷西部剝蝕殆盡，自西向東僅在抬升運動較弱的地區(qū)西向擠壓且西部擠壓強度大于東部，形成中生界殘留凹陷。殘留上石炭統(tǒng)地層。

燕山運動晚期（古近系沉積前），東、西部具有不同的構(gòu)造制約因素，演化差異較大。諾木洪凹陷主要受昆侖山、祁連山強烈擠壓作用的影響，上白堊統(tǒng)地層缺失，對侏羅系地層分布也產(chǎn)生了重要影響，直到中侏羅世諾木洪凹陷才開始接受沉積，并持續(xù)到燕山中期。地震剖面上超覆特征表明，侏羅紀沉積范圍逐漸增加并向東西擴展。在燕山末期，再次受東喜山運動早期，諾木洪凹陷處于擠壓環(huán)境。喜山運動晚期（第四系沉積前），持續(xù)擠壓，且發(fā)生了構(gòu)造反轉(zhuǎn)，沉積自西向東逐漸擴展，范圍逐漸增大。古近紀-新近紀地層沉積范圍進一步擴大［13］。在諾木洪凹陷西部古近系逐漸向東超覆，在東部也可見新近系逐漸依次向東超覆的特征。

總體來看，喜山晚期構(gòu)造活動最強，是構(gòu)造定型期。盆地東西向急劇收縮，鹽深1背斜、全吉背斜形成。這期強烈的構(gòu)造活動也使古構(gòu)造發(fā)生了變化，全吉背斜就是早期向斜反轉(zhuǎn)形成的背斜構(gòu)造。

4 烴源巖評價及有利區(qū)預(yù)測

4.1 烴源巖評價

通過構(gòu)造演化、地層沉積等綜合分析，認為柴東地區(qū)發(fā)育石炭系烴源巖。目前，柴東地區(qū)勘探程度較低，探區(qū)及周緣鉆遇石炭系烴源巖探井較少，但野外露頭分布廣泛，烴源巖評價主要以野外露頭樣品為主。

柴東地區(qū)露頭烴源巖評價主要存在兩個問題：一是烴源巖露頭樣品風(fēng)化嚴重，影響了烴源巖評價的準確性；二是石炭系發(fā)育烴源巖類型較多，由于缺少針對性的烴源巖評價，不同類型烴源巖生烴潛力不清。因此，有必要對柴東地區(qū)石炭系烴源巖開展系統(tǒng)評價研究，落實其生烴潛力及分布，指出有利的油氣勘探方向。

柴東地區(qū)淺層發(fā)育石炭系、侏羅系、第四系三套主力烴源巖，深層則主要發(fā)育石炭系烴源巖［14］。上石炭統(tǒng)克魯克組和扎布薩尕秀組烴源巖類型以潮坪、瀉湖相泥巖和炭質(zhì)泥巖為主，下石炭統(tǒng)懷頭他拉組烴源巖類型以臺地相灰?guī)r、灰質(zhì)泥巖為主。

4.1.1 成熟度

有機質(zhì)成熟度是評價烴源巖生烴潛力的重要指標之一，烴源巖只有達到適當(dāng)成熟度時才會生烴，鏡質(zhì)體反射率（Ro）為有機質(zhì)成熟度評價的常用參數(shù)。R o＜0.50%時，烴源巖處于未成熟階段；R o=0.50%時，烴源巖達到生烴門限；0.50% ＜R o＜1.30%時，烴源巖處于成熟階段；R o≥1.30%時處于高成熟階段［15-16］。區(qū)內(nèi)R o值為0.87% ～3.52%，平均值為1.37%，主體為1.00%～1.50%，處于有利生烴演化階段。但不同地區(qū)具有較大的差異，石灰溝、旺尕秀等地區(qū)處于成熟-高成熟演化階段，而穿山溝、都蘭等地區(qū)受斷層等構(gòu)造因素影響，成熟度較高，達到高成熟-過成熟演化階段［17］。

4.1.2 生烴演化史

選取過諾木洪凹陷的典型剖面，按照地層的地質(zhì)年齡和埋藏深度，利用PetroMod軟件繪制埋藏史圖。通過調(diào)研文獻，并參考鄰區(qū)資料，最終確定諾木洪凹陷地溫梯度為2.8℃／100 m，以此為基礎(chǔ)，編制地溫網(wǎng)，并將其與埋藏史圖進行疊合，然后開展TTI值計算，從而進行烴源巖的生烴演化過程研究。

結(jié)合前人研究成果［18-19］，石炭系烴源巖在晚石炭世進入生烴階段，在白堊紀晚期熱演化停止，在古始新世開始生烴，生烴門限為3 520 m；現(xiàn)今石炭系烴源巖埋藏較深，總體上都達到了成熟演化階段；第四紀進入干氣階段。總體來看，石炭系烴源巖在3 200～3 500 m進入生烴門限，3 500～4 300m進入生油高峰期（圖7）。

圖7 諾木洪凹陷石炭系生烴演化史

綜合評價認為，柴東地區(qū)石炭系海陸過渡相煤系烴源巖總體為中等-好烴源巖，綠梁山、石灰溝、旺尕秀地區(qū)石炭系油苗初步展示了石炭系的生烴有效性，其他探區(qū)及周緣石炭系的油氣顯示及發(fā)現(xiàn)也進一步證實了生烴的有效性及其較大的生烴潛力，展現(xiàn)了研究區(qū)石炭系具有較好的油氣勘探前景［20］。

4.2 有利區(qū)預(yù)測

研究區(qū)及周緣已有多口鉆井鉆遇石炭系，石灰溝、穿山溝等露頭區(qū)也揭示發(fā)育厚層石炭系［21］，且穿山溝、石灰溝、旺尕秀等多處發(fā)現(xiàn)來源于石炭系的油苗，證實研究區(qū)石炭系烴源巖已發(fā)生過生排烴過程，展示了較好的勘探前景。

由于不同構(gòu)造部位受各時期構(gòu)造運動改造、破壞程度不同，致使油氣運聚成藏與保存條件存在差異。改造強度及破壞程度較弱的構(gòu)造部位，具有較好的油氣保存及成藏條件，是油氣聚集保存的有利場所；反之，則對油氣聚集保存不利。諾木洪凹陷成藏、成烴的過程主要受印支末期、燕山晚期和喜山晚期等構(gòu)造運動的影響，但相比柴東其他凹陷，諾木洪凹陷變形強度較弱；受北西向控山埃南斷裂及反沖全吉斷裂的影響，發(fā)育北西向的（斷）背斜、斷鼻圈閉［22-23］；凹陷內(nèi)主要發(fā)育全吉背斜圈閉，山前沖斷帶則主要發(fā)育斷鼻圈閉，在諾木洪地區(qū)共發(fā)現(xiàn)層圈閉面積達570.1 km2（表1）。其中，全吉構(gòu)造帶、沖斷帶為研究區(qū)的有利勘探區(qū)帶。

表1 諾木洪地區(qū)石炭系圈閉要素統(tǒng)計

5 結(jié)論

（1）利用平衡剖面技術(shù)開展構(gòu)造演化研究，理清了諾木洪凹陷在印支期、燕山期和喜山期的構(gòu)造演化過程，明確了諾木洪凹陷存在多期構(gòu)造反轉(zhuǎn)。印支晚期，諾木洪凹陷內(nèi)部差異隆升，僅在抬升運動較弱的地區(qū)殘留上石炭統(tǒng)地層；燕山晚期，諾木洪凹陷持續(xù)抬升，直至中侏羅世才開始接受沉積；燕山末期，受東西向擠壓作用，形成中生界殘留凹陷；喜山晚期，持續(xù)擠壓，并發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)，沉積自西向東逐漸擴展，范圍逐漸增大。

（2）通過構(gòu)造演化、地層沉積、成熟度和生烴演化史等綜合研究，明確了諾木洪凹陷發(fā)育石炭系烴源巖，且油氣勘探前景較好，并落實了圈閉發(fā)育和展布特征，指出諾木洪地區(qū)全吉構(gòu)造帶、沖斷帶為下步有利勘探區(qū)帶。