準噶爾盆地西部坳陷帶二疊系構(gòu)造－地層層序與盆地演化*

殷樹錚 郭文建 李新寧 周志超 劉文輝 焦立新 何登發(fā)

1 中國地質(zhì)大學(xué) （北京）能源學(xué)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

3 中國石油吐哈油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆哈密 839009

準噶爾盆地位于古亞洲洋構(gòu)造域，是中國重要的大型含油氣復(fù)合—疊合盆地 （何登發(fā)等，2004a，2004b；況軍和齊雪峰，2006）。二疊系是準噶爾盆地重要的含油層系，盆地腹部二疊系從西至東地層厚度差異明顯，具西厚東薄特征，其中盆地西部的凹陷 （瑪湖凹陷、沙灣凹陷和盆1井西凹陷）埋深較大，二疊系地層發(fā)育齊全，油氣資源豐富（支東明等，2018；唐勇等，2019；胡瀟等，2020），探明儲量約為27.02×108t，而盆地東部的凹陷 （阜康凹陷和東道海子凹陷）以中、上二疊統(tǒng)地層為主，探明油氣儲量約為2.13×108t，遠小于西部。準噶爾盆地東、西部油氣儲量差異如此顯著，而構(gòu)造和沉積體系通?？刂浦懴嗯璧貎?nèi)的油氣成藏，因此可以嘗試從這2個方面來探究盆地東、西部凹陷內(nèi)油氣差異的原因。

二疊紀是準噶爾盆地關(guān)鍵的構(gòu)造變革期。北疆地區(qū)洋盆的俯沖消減及島弧和地體的拼合于晚石炭世結(jié)束，至二疊紀整個準噶爾地區(qū)進入后碰撞伸展階段，盆地周緣廣泛發(fā)生后碰撞巖漿活動 （韓寶福等，1999，2006；舒良樹等，2005），并伴生大規(guī)模的區(qū)域成礦作用及區(qū)域性的伸展疊加走滑作用（肖文交等，2006），造成準噶爾盆地二疊紀構(gòu)造環(huán)境復(fù)雜。對二疊紀準噶爾盆地的屬性也一直存在2種不同的認識：（1）裂陷或裂陷—裂后伸展坳陷盆地 （吳慶福，1986；趙白，1992；蔡忠賢等，2000；陳發(fā)景等，2005；吳孔友等，2005；方世虎等，2006；Tangetal.，2021）；（2）前陸盆地 （賴世新等，1999；陳書平等，2001；陳新等，2002；陳業(yè)全和王偉鋒，2004a）。此外，準噶爾盆地二疊紀沉積環(huán)境由海轉(zhuǎn)陸，進入一個全新的陸內(nèi)演化階段，但前人對該盆地構(gòu)造和沉積環(huán)境的研究主要集中在三疊紀以來，對于深部特別是中下二疊統(tǒng)的研究也僅集中在瑪湖凹陷，而盆1井西凹陷和沙灣凹陷研究相對較少?；诖耍闹辛⒆阌跍矢翣柵璧匚鞑扛鱾€凹陷的構(gòu)造特征，分別解析這些凹陷的結(jié)構(gòu)，并將它們作為整體進行研究，這對于揭示二疊紀準噶爾盆地的性質(zhì)及二疊紀以來該盆地的陸內(nèi)演化過程具有重要的意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 大地構(gòu)造演化背景

準噶爾盆地位于西伯利亞板塊、哈薩克斯坦板塊和塔里木板塊的交匯部位（圖1－a），周緣被3條古縫合帶和相應(yīng)地體所圍限，它們分別是西北緣達爾布特縫合帶及西準噶爾地體、南緣的北天山縫合帶及北天山古生代增生褶皺帶、東北緣的卡拉麥里縫合帶及東準噶爾地體 （張磊，2019）。準噶爾地區(qū)可分為西準噶爾、準噶爾盆地和東準噶爾3個構(gòu)造單元，其中西準噶爾現(xiàn)今為哈薩克斯坦山彎構(gòu)造北翼1個二級山彎構(gòu)造 （?eng?retal.，1993），而準噶爾盆地西北緣為1條北東向弧形展布的晚古生代—中生代早期的大型沖斷帶，屬于扎伊爾推覆體的前緣，呈自西向東的前展式逆沖推覆構(gòu)造 （何登發(fā)等，2018；梁宇生，2019）。

圖1 準噶爾盆地西部坳陷帶構(gòu)造位置 （a）及地質(zhì)簡圖 （b）（據(jù)路玉，2018）Fig.1 Tectonic location and geological sketch map of West Depression in Junggar Basin（after Lu，2018）

西準噶爾地區(qū)的古準噶爾洋位于山彎構(gòu)造的東部。自晚古生代以來，板塊的俯沖碰撞和島弧增生拼貼圍繞在準噶爾盆地周緣，造成了該地區(qū)具有復(fù)雜的大地構(gòu)造環(huán)境，并先后經(jīng)歷了海西、印支、燕山和喜馬拉雅4期構(gòu)造運動，形成了現(xiàn)今構(gòu)造格局復(fù)雜的大型復(fù)合—疊合盆地 （吳慶福，1986；陳業(yè)全和王偉鋒，2004b；曲國勝等，2008，2009）。由于前寒武系基底被廣泛覆蓋，造成對該地區(qū)基底性質(zhì)的認識素來存在爭議，目前主要有3種觀點：（1）前寒武結(jié)晶基底（張耀榮，1982；韓寶福等，1999；張季生等，2004）；（2）古生代洋殼或島弧拼合體（王方正等，2002；曾廣策等，2002；胡靄琴和韋剛健，2003）；（3）雙重基底，即前寒武紀結(jié)晶基底和古生代褶皺基底或島弧拼貼基底（左龍憑等，1999；李錦軼等，2000；邵學(xué)鐘等，2008；趙俊猛等，2008；Zhouetal.，2018；Zhaoetal.，2019）。西準噶爾殘余洋盆在石炭紀關(guān)閉 （Han and Zhao，2018），使得準噶爾盆地西部在二疊紀進入陸相沉積環(huán)境，主要發(fā)育河流—湖泊—三角洲相的碎屑沉積。準噶爾盆地周緣及西部火山巖地球化學(xué)特征表明，晚石炭世晚期—早二疊世，準噶爾盆地進入后造山伸展階段（馬飛宙等，2020），盆地西部廣泛發(fā)育裂谷巖漿事件，如盆地西北緣下二疊統(tǒng)佳木河組（P1j）發(fā)育雙峰式火山巖、瑪湖凹陷風城組（P1f）發(fā)育與火山活動有關(guān)的堿湖沉積（汪夢詩等，2018；張元元等，2018）。

瑪湖凹陷、沙灣凹陷及盆1井西凹陷為準噶爾盆地西部三大凹陷，在構(gòu)造上屬準噶爾盆地中央凹陷西部，西與西部隆起相接，南鄰南緣沖斷帶，北與陸梁隆起相連，東部以莫北、莫南和莫索灣凸起與腹部的東道海子凹陷和阜康凹陷相分隔，達巴松凸起將瑪湖凹陷東南部與盆1井西凹陷西北部分開（圖1－b）。準噶爾盆地西部緊鄰西部造山帶的沖斷前鋒，其構(gòu)造－沉積演化受相鄰造山帶的控制（邢強等，2008；許建東等，2008）。

1.2 地層特征

受基底非均一性和西部造山帶擠壓隆升影響，從準噶爾盆地西部隆起至凹陷區(qū)，石炭系—第四系地層整體呈向東傾 （盆地內(nèi)部）的單斜形態(tài)，凹陷內(nèi)發(fā)育巨厚的石炭系—第四系。深部層系主要由石炭系 （上、下石炭統(tǒng)）、二疊系 （由下至上為佳木河組、風城組、夏子街組、下烏爾禾組和上烏爾禾組）及三疊系組成（圖2），侏羅系、白堊系、古近系、新近系和第四系組成上覆地層。下石炭統(tǒng)—下二疊統(tǒng)發(fā)育多套火山巖及火山碎屑巖的組合，石炭系為海相火山巖—碎屑巖沉積建造，下二疊統(tǒng)佳木河組 （P1j）以 “下碎屑巖上火山巖”的巖性組合為特征 （王韜等，2021），風城組 （P1f）以湖相碎屑沉積為主，其中瑪湖凹陷內(nèi)發(fā)育厚層的云質(zhì)泥巖，見火山巖及火山碎屑巖。中二疊統(tǒng)夏子街組 （P2x）和下烏爾禾組 （P2w）發(fā)育大型湖泊相碎屑沉積，上二疊統(tǒng)上烏爾禾組 （P3w）—三疊系發(fā)育湖泊—三角洲相粗碎屑沉積（圖2），為盆地內(nèi)儲層發(fā)育層段。

圖2 準噶爾盆地西部石炭系—三疊系地層綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive stratigraphic column of the Carboniferous-Triassic in western Junggar Basin

2 西部坳陷帶的厘定

準噶爾盆地構(gòu)造單元劃分方案以晚海西期構(gòu)造運動形成的盆地格局為基礎(chǔ)（吳慶福，1986；楊海波等，2004）?；谧钚裸@井資料的獲取、深反射地震資料品質(zhì)的提升和其他地球物理資料的采集，目前對于盆地深部結(jié)構(gòu)和二疊紀盆地性質(zhì)的認識發(fā)生了較大的變化，因此在利用新的地球物理資料對盆地西部進行研究時，需要結(jié)合對盆地基底、盆內(nèi)地層、盆地性質(zhì)等方面的不同認識，以便能夠更為準確地揭示準噶爾盆地二疊系的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及演化過程。

盆地是地球表面長期沉降并接受沉積的地區(qū)，在地貌上通常表現(xiàn)為負地形單元 （A llen and Allen，2013），而坳陷作為斷陷／坳陷盆地內(nèi)的一級構(gòu)造單元，為地殼內(nèi)碟狀沉降區(qū)，其邊緣沉積斷層不發(fā)育，可劃分凸起和凹陷等更次一級的構(gòu)造單元（張吉光和王英武，2010）。覆蓋準噶爾盆地西部三大凹陷的地震剖面追蹤結(jié)果顯示：早二疊世三大凹陷為統(tǒng)一的負地形單元，共同接受下二疊統(tǒng)沉積，并與盆地北部的陸梁隆起和東部的東道海子凹陷及阜康凹陷有明顯的分隔；下二疊統(tǒng)佳木河組（P1j）受石炭系斷陷控制，沉積物具有繼承性發(fā)育的特征（圖3），上覆風城組 （P1f）逐層向西超覆；下二疊統(tǒng)風城組在陸梁隆起—莫北凸起—莫索灣凸起—莫南凸起一線具有超覆的特征（圖1），說明早二疊世晚期該沉積盆地的范圍在超覆線以西。位于盆地西部哈拉阿拉特山的哈山1井和哈淺6井分別鉆遇厚度440m 和1494m 的風城組暗色泥頁巖，且其具有自瑪湖凹陷向西顏色加深的趨勢 （張善文，2013），進一步表明沉積中心可能位于準噶爾盆地西部哈山地區(qū)。剝層剩余重力異常圖（圖4－a）和剝層剩余磁力異常圖（圖4－b）顯示瑪湖凹陷、盆1井西凹陷和沙灣凹陷具有相似的負重力異常（－30～0mGal）和負磁力異常（－5～0 nt），表明這3個凹陷可能具有相似的深部結(jié)構(gòu)和統(tǒng)一的基底特征。綜合地層分布特征和地球物理場信息，推測早二疊世準噶爾盆地西部三大凹陷是作為統(tǒng)一的坳陷接受沉積，其東部邊界為超覆線，西部大致邊界在哈山或者以西地區(qū)。結(jié)合現(xiàn)今對于準噶爾盆地內(nèi)一級構(gòu)造單元的劃分，筆者將準噶爾盆地西部三大凹陷定義為形成于早二疊世的統(tǒng)一坳陷，可稱為 “西部坳陷帶”，其經(jīng)過后期改造后形成了現(xiàn)今的構(gòu)造格局。

圖3 準噶爾盆地西部不整合面特征 （a和b位置見圖8和圖10，c和d位置見圖1）Fig.3 Unconformity characteristics of western Junggar Basin（see Fig.8 and Fig.10 for b and a，see Fig.1 for c and d）

圖4 準噶爾盆地西部及鄰區(qū)剝層剩余重力異常 （a）和剝層剩余磁力異常圖 （b）（修改自Li et al.，2016））Fig.4 Residual gravity anomaly（a）and residualmagnetic anomaly of stripped layers（b）in western Junggar Basin and its adjacent areas（modified from Li et al.，2016）

西部坳陷帶內(nèi)部的沙灣凹陷和盆1井西凹陷之間的過渡帶為1個形成于晚石炭世到早二疊世的長條狀古隆起 （吳松濤等，2018），該古隆起為沙灣—盆1井西統(tǒng)一凹陷內(nèi)的低幅度古隆起，二疊系連續(xù)沉積，早二疊世地層厚度（圖5）就可以揭示這一古隆起的存在。盆1井西凹陷和瑪湖凹陷之間為達巴松凸起，早二疊世早期表現(xiàn)為兩側(cè)的石炭紀正斷層形成的水下斷隆 （沈揚等，2015），佳木河組（P1j）沉積在石炭系先存斷陷內(nèi)，斷隆兩側(cè)沉積厚度較隆起部位大（圖6）。

圖5 準噶爾盆地西部下二疊統(tǒng)佳木河組 （a）和風城組 （b）地層厚度等值線圖 （據(jù)新疆油田修改）Fig.5 Isopach map of the Jiamuhe Formation（a）and Fengcheng Formation（b）of Lower Permian in western Junggar Basin（modified from Xinjiang Oilfield）

圖6 準噶爾盆地西部達巴松凸起DD′及EE′地震剖面及解釋方案 （剖面位置見圖1）Fig.6 Comprehensive geological interpretation for seismic DD′and EE′in Dabasong uplift of western Junggar Basin（profile location shown in Fig.1）

現(xiàn)有的鉆井資料表明，風城組在瑪湖凹陷表現(xiàn)為以云質(zhì)巖和鹽巖為主的堿湖 （或咸化湖盆）沉積，另一側(cè)的盆1井西凹陷和沙灣凹陷則以陸源碎屑沉積為主（圖2），表明瑪湖凹陷、盆1井西凹陷與沙灣凹陷在斷隆的阻隔下水體環(huán)境可能存在差異。晚二疊世，在西準噶爾逆沖推覆體的沖斷作用下，達巴松凸起開始由低幅度的水下斷隆而變高、變窄 （曲國勝等，2009），成為西部坳陷帶內(nèi)的二級構(gòu)造單元——凸起。

莫索灣凸起為石炭紀的古隆起，二疊紀該隆起持續(xù)發(fā)育 （何登發(fā)等，2005）?；诘卣鹌拭娴木毥忉?，筆者認為莫北凸起—莫索灣凸起—莫南凸起東部一線可能為早二疊世準噶爾盆地的一級構(gòu)造單元——隆起，此隆起為西部坳陷帶原始的東邊界。由于構(gòu)造復(fù)雜和地質(zhì)資料的限制，準噶爾盆地南部下二疊統(tǒng)的范圍難以確定，西部坳陷帶的南部邊界仍以現(xiàn)今劃分的南緣沖斷帶為邊界。推測西部原始邊界在現(xiàn)今達爾伯特斷層以西，經(jīng)后期構(gòu)造運動的改造，盆地邊界位置發(fā)生變化，現(xiàn)今則以西部隆起帶作為邊界。

3 不整合與構(gòu)造地層層序

3.1 不整合特征

利用研究區(qū)深鉆井的井震標定結(jié)果，在剖面上清晰地識別出6個區(qū)域性的不整合面，分別是石炭系與二疊系之間、中二疊統(tǒng)底部、上二疊統(tǒng)底部、侏羅系底部、白堊系底部和新近系底部的區(qū)域性不整合面。區(qū)域不整合面之間發(fā)育次一級的不整合面，如二疊系與三疊系之間以低角度的削截不整合或者假整合接觸，但在盆地中心和南緣是整合的，風城組與佳木河以及下烏爾禾組與夏子街組之間在凸起部位表現(xiàn)為角度不整合接觸（圖3）。

巖心和露頭是識別不整合最為直觀資料，但對于無露頭或鉆井以及未鉆遇的深部地層，則需要依據(jù)地震剖面來進行不整合的識別。區(qū)域性的不整合在地震剖面上的識別標準有3條：（1）界面上、下地震相存在明顯的不同；（2）界面附近可見廣泛的削截、上超、下超等反射終止關(guān)系；（3）界面附近曾發(fā)生大規(guī)模的構(gòu)造運動 （李德江等，2005）。在此識別標準下，結(jié)合西部坳陷帶內(nèi)連井地層對比剖面，共同識別研究區(qū)的不整合面（圖7）。地震剖面顯示，二疊系底部與石炭系之間存在廣泛的削截，界面上、下的地震相存在明顯差別：上石炭統(tǒng)呈雜亂反射的特征，橫向連續(xù)性差，具有相對低的頻率、強振幅的特征，而上覆下二疊統(tǒng)地震反射具相對較高頻率、較弱的反射波振幅，連續(xù)性好（圖3；圖8；圖9；圖10）。連井剖面顯示，石炭系火山巖與二疊系碎屑巖直接接觸，二者之間普遍存在地層缺失，在達探1井上可以觀察到石炭系與二疊系呈不整合接觸，缺失下二疊統(tǒng)佳木河組（圖7）。中二疊統(tǒng)夏子街組與下二疊統(tǒng)頂部的風城組界面附近存在區(qū)域性的構(gòu)造運動，且其上、下地層間的反射波特征明顯不同，界面之下的下二疊統(tǒng)以強振幅、連續(xù)性好為特征，界面之上的中—上二疊統(tǒng)振幅和連續(xù)性明顯變?nèi)?，且界面附近在斜坡處存在明顯不整合（圖9）；坳陷帶內(nèi)鉆井也顯示該不整合廣泛發(fā)育，連井對比剖面上同樣可以看到二者界面上、下巖性突變并具有不整合接觸的特征（圖3），因此夏子街組與風城組之間的界面為區(qū)域性的不整合。中二疊世為盆地內(nèi)斷—拗轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵時期，中二疊統(tǒng)夏子街組和下烏爾禾組在地震相上表現(xiàn)為由風城組的低頻、強振幅、高連續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)橄聻鯛柡探M相對高頻、弱振幅、中連續(xù)，巖性組合上表現(xiàn)為以細粒沉積為主演變?yōu)橐源至５纳暗[沉積為主，不整合特征明顯（圖7）。

圖7 準噶爾盆地西部坳陷帶沙探2－拐3－達探1－瑪湖1－瑪東1連井地層對比剖面Fig.7 Well－tie profile crossing Wells Shatan 2－Guai 3－Datan 1－Mahu 1－Madong 1 in West Depression of Junggar Basin

圖9 準噶爾盆地西部坳陷帶BB′地震剖面及解釋方案 （剖面位置見圖1）Fig.9 Comprehensive geological interpretation for seismic BB′in West Depression of Junggar Basin（profile location shown in Fig.1）

圖10 準噶爾盆地西部坳陷帶CC′地震剖面及解釋方案 （剖面位置見圖1）Fig.10 Comprehensive geological interpretation for seismic CC′in West Depression of Junggar Basin（profile location shown in Fig.1）

此外，還存在侏羅系底部、白堊系底部和新近系底部3個區(qū)域性的不整合面。侏羅系底部不整合在三大凹陷內(nèi)為低角度不整合（圖9），在斜坡處具明顯的下削上超結(jié)構(gòu) （梁宇生等，2018）。白堊系底部不整合在全盆地范圍內(nèi)均可見到，表現(xiàn)為上侏羅統(tǒng)喀拉扎組在盆地西部普遍缺失，下白堊統(tǒng)與侏羅系呈假整合接觸，局部可見超覆不整合接觸。新近系底部在斜坡處可見超覆不整合接觸，局部可見到古近系頂部被削蝕。

3.2 構(gòu)造—地層層序

區(qū)域性的不整合面代表了一次大規(guī)模的構(gòu)造運動，構(gòu)造—地層層序是由區(qū)域性不整合面所限定的地層格架的充填實體 （何登發(fā)等，2018）。根據(jù)前文區(qū)域性不整合的識別結(jié)果，結(jié)合鉆、測井資料，在西部坳陷帶共劃分7套構(gòu)造—地層層序（圖11），其中深部構(gòu)造層為石炭系構(gòu)造層、下二疊統(tǒng)構(gòu)造層、中二疊統(tǒng)構(gòu)造層、上二疊統(tǒng)—三疊系構(gòu)造層，淺部構(gòu)造層為侏羅系構(gòu)造層、白堊系—古近系構(gòu)造層、新近系—第四系構(gòu)造層。關(guān)于淺部構(gòu)造層前人已有十分詳盡的論述，而文中深部構(gòu)造層的劃分與前人稍有不同，故以深部構(gòu)造層為重點進行構(gòu)造—地層層序和盆地演化的討論。

圖11 準噶爾盆地西部坳陷帶地層系統(tǒng)與深化階段（據(jù)剖面AA`）Fig.11 Stratigraphic system and basin evolution of West Depression in Junggar Basin（based on profile AA`）

1）石炭系構(gòu)造層。西部坳陷帶內(nèi)鉆揭石炭系的鉆井較少，但根據(jù)其鄰區(qū)的深鉆井 （夏鹽1井、夏鹽2井、瑪東4井、瑪東3井等）揭示，石炭系構(gòu)造層主要由玄武巖、安山巖、流紋巖、英安巖以及砂泥巖構(gòu)成，在地震剖面上以強振幅、低頻和連續(xù)性差的雜亂反射為主。

2）下二疊統(tǒng)構(gòu)造層。包含2個次級構(gòu)造—地層層序，分別是佳木河組構(gòu)造—地層層序和風城組構(gòu)造—地層層序（圖11）。佳木河組為基性玄武巖、安山巖、火山角礫巖、凝灰?guī)r以及泥巖、砂巖等碎屑巖，在瑪湖凹陷內(nèi)“下超”于石炭系（圖9；圖10），底部發(fā)育一套粗粒的扇三角洲沉積，之上為火山巖和火山碎屑巖沉積。風城組在瑪湖凹陷內(nèi)為一套云質(zhì)巖類，包括云質(zhì)砂巖、云質(zhì)泥巖、泥質(zhì)／凝灰質(zhì)白云巖等淺湖沉積 （張元元等，2018），在沙灣凹陷內(nèi)為以砂礫巖為主的扇三角洲沉積，夾薄層的砂質(zhì)泥巖。盆地內(nèi)瑪湖5井、瑪湖16井和烏夏斷裂帶夏37井都在風城組內(nèi)鉆遇深灰色安山巖及玄武巖，這些火山巖Ba、U、Sr富集，Nb、Ta相對虧損，輕、重稀土元素富集程度相當，具有洋脊及陸殼的混合特征，因此推斷風城組沉積時期仍為伸展環(huán)境 （路玉，2018），但火山活動的強度較佳木河組沉積時期明顯減弱。在凹陷邊緣的斜坡處佳木河組與風城組呈 “下削上超”的接觸關(guān)系（圖3－b，3－c），風城組頂部與中二疊統(tǒng)底部呈低角度削截接觸（圖3－b，3－d）。

3）中二疊統(tǒng)構(gòu)造層。包含2個次級構(gòu)造—地層層序，分別是夏子街組構(gòu)造—地層層序和下烏爾禾組構(gòu)造—地層層序。夏子街組以砂質(zhì)泥巖和泥巖為主，夾泥質(zhì)砂巖，在瑪湖南斜坡超覆于風城組之上（圖3－b）。下烏爾禾組則以泥巖為主，夾砂質(zhì)泥巖和薄層砂礫巖。整體上中二疊統(tǒng)沉積以濱、淺湖—半深湖相細粒沉積為主，西部坳陷帶內(nèi)未見中二疊統(tǒng)火山巖，反映了此時期構(gòu)造活動并不強烈。

4）上二疊統(tǒng)—三疊系構(gòu)造層。上二疊統(tǒng)中下部以砂礫巖為主，夾砂質(zhì)泥巖和泥巖，頂部泥質(zhì)增多。下三疊統(tǒng)以砂礫巖為主，中上三疊統(tǒng)則以泥巖為主，夾薄層砂礫巖和泥質(zhì)砂巖及砂質(zhì)泥巖，砂礫巖等粗粒沉積（圖2）反映了早期近源堆積的特征，可能與西準噶爾發(fā)生強烈的逆沖推覆使盆地西部處于擠壓應(yīng)力環(huán)境有關(guān) （蔚遠江等，2004）。

4 二疊紀盆地演化階段

西準噶爾洋在石炭紀向西俯沖消減，于晚石炭世完成拼合，二疊紀準噶爾盆地進入陸相沉積盆地演化階段 （徐新等，2010；Chenetal.，2014；Han and Zhao，2018；Xiaoetal.，2018）。對于準噶爾盆地二疊紀以來的盆地演化階段，筆者依據(jù)不整合面識別及地震剖面的精細解析和沉積充填特征分析，結(jié)合周緣構(gòu)造背景和平衡剖面恢復(fù)，將西部坳陷帶二疊紀—三疊紀的演化劃分為3個階段，侏羅紀—第四紀的演化劃分為3個階段。晚石炭世—第四紀，西部坳陷帶南北向整體發(fā)生擠壓縮短，縮短率約為11.02%。

4.1 早二疊世伸展斷陷階段

鉆井揭示，西部坳陷帶內(nèi)發(fā)育上石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組和下二疊統(tǒng)佳木河組火山巖，下二疊統(tǒng)上部的風城組則發(fā)育砂礫巖。西準噶爾廣泛發(fā)育鈣堿性和堿性系列的火山巖，具雙峰式特征 （舒良樹等，2005；韓寶福等，2006；徐新等，2010），表明晚石炭世—早二疊世準噶爾盆地處于伸展環(huán)境。經(jīng)深反射地震剖面構(gòu)造解析，發(fā)現(xiàn)晚石炭世—早二疊世佳木河組沉積時期西部坳陷帶發(fā)育多個箕狀斷陷（圖8；圖9；圖10），且瑪湖凹陷內(nèi)下二疊統(tǒng)呈“下超”方式沉積于上石炭統(tǒng)之上，地層整體為楔形體，向盆地東部厚度減小。通過平衡剖面恢復(fù)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)今所謂的 “下超”在沉積時表現(xiàn)為超覆（圖12－b），且西部坳陷帶南北向持續(xù)伸展（圖12－c）。結(jié)合晚石炭世—早二疊世75～85mW／m2的高古熱流值 （潘長春等，1997；邱楠生等，2002）遠高于現(xiàn)今陸內(nèi)前陸盆地，認為晚石炭世—早二疊世西部坳陷帶處于伸展斷陷階段。進入風城組沉積時期，烏夏斷裂帶及中拐地區(qū)仍有火山巖發(fā)育，但與早二疊世早期的佳木河組沉積時期相比，火山活動明顯減弱，瑪湖凹陷巨厚的云質(zhì)巖類沉積也表明早二疊世的伸展斷陷已進入活動末期，強度明顯減弱，逐漸向坳陷湖盆演化。

圖12 準噶爾盆地西部坳陷帶南北向二疊紀構(gòu)造復(fù)原剖面Fig.12 Restored structural profile of the Permian for SN-trending profile in West Depression of Junggar Basin

4.2 中二疊世弱伸展拗陷階段

早二疊世晚期斷陷作用減弱，但依據(jù)中二疊世夏子街組與風城組的超覆不整合特征（圖3－a，3－b），結(jié)合構(gòu)造演化剖面，推測早二疊世末期西部坳陷北部可能存在一次擠壓過程，局部可見風城組被上覆中二疊統(tǒng)削蝕（圖8）。進入中二疊世，擠壓活動減弱，斷層幾乎不發(fā)育，坳陷帶內(nèi)部中二疊統(tǒng)夏子街組和下烏爾禾組沉積穩(wěn)定，以整合接觸為主，向高部位則表現(xiàn)為超覆沉積的特征（圖3；圖8；圖9；圖10），內(nèi)部整體表現(xiàn)為坳陷的沉積環(huán)境（圖12－d）。在沉積上則表現(xiàn)為中二疊世西部坳陷帶乃至整個準噶爾盆地進入以砂泥沉積為主的大型湖盆環(huán)境（圖2），坳陷帶邊緣發(fā)育淺水三角洲沉積體系，內(nèi)部以細粒的半深湖—深湖相厚層泥質(zhì)沉積為主（圖2；圖11）。盆地內(nèi)的古地溫梯度和古大地熱流值較早二疊世大幅下降 （邱楠生等，2002；饒松等，2018），在瑪湖凹陷和沙灣凹陷內(nèi)均可觀察到中二疊統(tǒng)向盆地內(nèi)加厚的特征（圖8；圖9；圖10），表明沉積中心逐漸向盆地內(nèi)部遷移，發(fā)育早二疊世裂陷后的熱坳陷沉積。至中二疊世末期，西部坳陷帶處于強烈的擠壓應(yīng)力環(huán)境下，中拐凸起北側(cè)地層發(fā)生掀斜，下二疊統(tǒng)地層遭到剝蝕（圖12－e）。

4.3 晚二疊世—晚三疊世擠壓隆升階段

根據(jù)西部坳陷帶內(nèi)大量的深鉆井資料揭示，上二疊統(tǒng)底部普遍發(fā)育底礫巖（圖7），與下伏中二疊統(tǒng)呈區(qū)域性的不整合接觸，表明中二疊世末期存在構(gòu)造應(yīng)力體制的轉(zhuǎn)變?，敽枷荼辈可隙B統(tǒng)沉積缺失，坳陷帶內(nèi)上二疊統(tǒng)—上三疊統(tǒng)整體呈現(xiàn)正粒序的沉積特征。中二疊世末期到晚三疊世，石炭系—下二疊統(tǒng)正斷層產(chǎn)生反轉(zhuǎn)（圖12－e，12－f），盆地西部推覆帶發(fā)生強烈的逆沖推覆（圖12－g），西部坳陷帶演化由中二疊世的裂后熱坳陷階段轉(zhuǎn)變?yōu)閿D壓隆升階段。此外，經(jīng)過中二疊世的 “填平補齊”過程，西部坳陷帶乃至整個盆地開始進入統(tǒng)一的湖盆沉積階段，湖盆邊緣廣泛發(fā)育河流和扇三角洲等粗碎屑沉積體系，湖盆內(nèi)部為主要為濱淺湖相沉積，同時該時期也是盆地內(nèi)重要的儲集體發(fā)育階段。

5 討論

古地磁研究表明，哈薩克斯坦山彎構(gòu)造在早古生代為NW－SE向的近線性構(gòu)造 （Abrajevitchetal.，2008；Levashovaetal.，2012；Yietal.，2015；Lietal.，2018），其形成機制主要是線性構(gòu)造的北支發(fā)生順時針旋轉(zhuǎn)。在山彎構(gòu)造形成過程中，西準噶爾地區(qū)和準噶爾地塊相對于哈薩克斯坦山彎構(gòu)造北支進行了大規(guī)模逆時針旋轉(zhuǎn) （李永安等，1992；Wangetal.，2007；Yietal.，2015），形成了西準噶爾二級山彎構(gòu)造。在逆時針旋轉(zhuǎn)過程中，西準噶爾推覆體向盆地內(nèi)推覆，平面上顯示為自北向南呈“剪刀式”向盆地內(nèi)部擠壓 （梁宇生，2019），沖斷前鋒形成了準噶爾西部逆沖斷裂帶。前人對二疊紀基性巖墻、節(jié)理、褶皺等進行的構(gòu)造應(yīng)力分析認為，二疊紀最大主壓應(yīng)力方向為近北西—南東向（290°～330°）（肖芳鋒等，2010）。從地震剖面解析的結(jié)構(gòu)來看，瑪湖凹陷和沙灣凹陷西斜坡底部構(gòu)造的發(fā)育時間存在差異（圖3），根據(jù)瑪湖西斜坡地層厚度及削截關(guān)系判斷，瑪湖凹陷西斜坡隆起的時間可能在夏子街組沉積末期，而沙灣凹陷西斜坡隆起時間則在晚二疊世之后，二者存在明顯的先后順序，這與西準噶爾自北向南 “剪刀式”閉合的構(gòu)造背景及最大主壓應(yīng)力方向相一致。

從準噶爾盆地內(nèi)二疊系結(jié)構(gòu)和沉積特征推斷，中二疊世為構(gòu)造相對穩(wěn)定期。前人通過對盆地西部斷裂的解析，認為早二疊世西部坳陷處于南北向擠壓、東西向伸展的應(yīng)力狀態(tài)，中二疊世轉(zhuǎn)變?yōu)楸蔽鳌蠔|向擠壓 （吳松濤等，2018），該結(jié)論與文中揭示的盆地演化階段相耦合。同時本次研究也顯示，早二疊世風城組沉積末期發(fā)生了一次擠壓過程，導(dǎo)致坳陷帶內(nèi)中拐凸起的隆升，該擠壓隆升可能是對于西準噶爾逆沖推覆體沖斷活動的一次響應(yīng)（蔚遠江等，2004），造成了夏子街組和下伏風城組的不整合接觸。從地質(zhì)結(jié)構(gòu)剖面和平衡剖面分析來看，該響應(yīng)過程持續(xù)時間較短，對盆地內(nèi)部的影響較小。進入中二疊世，盆地內(nèi)擠壓減弱，夏子街組沉積時期盆緣發(fā)育粗粒沉積，至下烏爾禾組沉積期，擠壓基本停止，表現(xiàn)為細粒的泥質(zhì)沉積占據(jù)主導(dǎo)，沉積充填及層序地層特征反映了中二疊世盆地裂后熱沉降的過程 （張元元等，2021）。下烏爾禾組沉積末期受擠壓應(yīng)力影響，盆地西緣開始發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)，至晚二疊世，擠壓活動再次增強，導(dǎo)致哈山及克拉瑪依地區(qū)石炭系逆沖于二疊系之上 （隋風貴，2015），而西準噶爾和準噶爾地塊在晚二疊世—三疊紀發(fā)生的逆時針旋轉(zhuǎn)可能是該時期構(gòu)造反轉(zhuǎn)的直接動力。

6 結(jié)論

1）利用地震剖面解譯及構(gòu)造反演等手段，厘定了準噶爾盆地西部三大凹陷（瑪湖凹陷、沙灣凹陷及盆1井西凹陷）在早二疊世為統(tǒng)一坳陷。根據(jù)坳陷的劃分原則，提出“西部坳陷帶”的概念，三大凹陷在早二疊世沉積時由低幅度凸起相分隔。

2）利用深鉆井、測井、深反射地震剖面等資料，在西部坳陷帶內(nèi)識別出6套區(qū)域性不整合面，結(jié)合構(gòu)造應(yīng)力背景和盆地演化過程，將石炭系—第四系劃分為7套構(gòu)造層，其中二疊系—三疊系劃分為3套構(gòu)造層，即下二疊統(tǒng)構(gòu)造層、中二疊統(tǒng)構(gòu)造層、上二疊統(tǒng)—上三疊統(tǒng)構(gòu)造層。

3）受晚海西和印支構(gòu)造運動的影響，西部坳陷帶在二疊紀—三疊紀以來經(jīng)歷了早二疊世伸展斷陷 （早二疊世末期擠壓反轉(zhuǎn)）、中二疊世弱伸展坳陷、中二疊世末期開始進入擠壓環(huán)境、晚二疊世為擠壓高峰及三疊紀擠壓活動逐漸減弱的演化過程。此時期西部坳陷帶西緣及北部發(fā)生擠壓隆升，盆緣響應(yīng)強烈，發(fā)育粗碎屑沉積，這與西準噶爾和準噶爾地塊的逆時針旋轉(zhuǎn)造成的西準噶爾自北向南“剪刀式”閉合的構(gòu)造背景及最大主壓應(yīng)力方向相一致。中晚三疊世，進入克拉通內(nèi)坳陷沉積為主階段，發(fā)育大型湖盆。

致謝兩位審稿專家為文章修改提出的寶貴意見和建議使我深受啟發(fā)，在論文撰寫和修改過程中與張偉康的討論獲益匪淺，謹此致謝。