吐哈盆地重力場與斷裂構造特征

申晨，袁炳強，李玉宏，張春灌，魯海鷗

（1.西安石油大學油氣資源學院，陜西 西安 710065；2.中國地質調查局西安地質調查中心，陜西 西安 710054）

吐哈盆地重力場與斷裂構造特征

申晨1，袁炳強1，李玉宏2，張春灌1，魯海鷗1

（1.西安石油大學油氣資源學院，陜西 西安 710065；2.中國地質調查局西安地質調查中心，陜西 西安 710054）

為了研究吐哈盆地的構造特征，通過系統收集處理研究區已有的重力資料，討論分析了研究區重力場的特征及成因，推測出了研究區的斷裂構造體系。研究區南部布格重力異常近東西向的重力高值帶，主要反映了晚古生界的發育特征，中部及北部重力低值帶主要由基底凹陷引起。局部重力高、重力低反映局部凸（隆）起與凹陷構造。研究區發育的主要斷裂走向為北東向及東西向，它們控制盆地邊界及盆地內部發育的主要地層展布。研究區了墩隆起區黃田凸起可進一步劃分為2個構造單元，即北西地區凹陷和黃田凸起。吐哈盆地蓋層為中、新生界，其中侏羅系厚度最大約為2 000 m。

重力場特征；斷裂構造；構造單元；吐哈盆地

吐哈盆地是中國重要含油氣盆地之一，它形成于晚二疊世，具有前寒武系結晶和上古生界褶皺雙層基底［1-3］，可分為西部吐魯番坳陷、東部哈密坳陷和中部了墩隆起［4］。前人在吐哈盆地進行了大量的地質地球物理工作，如趙文智［5］等對吐魯番-哈密盆地的構造特征進行研究，陶明信［6-7］對吐哈盆地的2種構造單元體系進行闡述，認為吐哈盆地的構造單元可歸為坳陷/隆起-凹陷/凸起和構造帶2種不同類型的體系。前人對研究區部分區塊重力資料也做了一定的工作，但對整個盆地的重力場資料沒有做過全面、系統的整理、分析。文中系統收集了研究區已有的重力資料，并結合鉆井及地震資料進行了處理解釋，推測出了斷裂體系。研究成果為研究區進一步勘探提供了地球物理基礎。

1 地質地球物理背景

1.1 地質背景

吐哈盆地地處塔里木板塊、哈薩克斯坦板塊及西伯利亞板塊3個板塊交會處，北靠博格達山，南臨覺羅塔格山，西端與東端分別為喀拉烏成山和喀爾力克山（哈密凹陷以東）。盆地東西長為660 km，南北寬為60～ 130 km，面積達5.28×104km2［4，8-12］。

吐哈盆地發育的地層主要有古生界泥盆系、石炭系、二疊系；中生界三疊系、侏羅系、白堊系；新生界古近系、新近系、第四系［10］。古生界分布于盆地周邊外圍地區，石炭系分布最廣；中生界地層零星分布于盆地中，侏羅系是主要含煤地層［11］；新生界分布廣泛。

1.2 巖石物性特征

為了充分了解該區的巖石及地層密度特征，為重力資料的定性、定量解釋提供依據，收集并整理了前人關于吐哈盆地密度資料的研究成果，結合本項目在吐哈盆地及鄰區新采集物性標本測定結果，綜合分析總結了研究區巖石及地層密度變化規律。按沉積巖、火山碎屑巖、侵入巖、變質巖及礦石，共分30種巖性，分類總結分析得出，研究區沉積巖中的粉砂巖密度最小，為2.07×103kg/m3，正常沉積的砂巖、硅質巖、凝灰質砂巖密度一般為（2.63～2.67）×103kg/m3，灰巖密度為2.51× 103kg/m3，碧玉巖密度最大，為2.75×103kg/m3；火山碎屑巖中斑巖密度最小，為2.65×103kg/m3，安山巖密度最大，為2.78×103kg/m3；侵入巖中超基性巖密度最大，為2.93×103kg/m3左右，花崗巖密度最小，為2.62×103kg/m3左右；變質巖中鈣質板巖密度最小，為2.64×103kg/m3，矽卡巖密度最大，為3.04×103kg/m3。變質巖的密度變化范圍大，一般為（2.65～2.84）×103kg/m3。

新生界古—新近系巖石平均密度為2.37×103kg/ m3，中生界白堊系平均密度為2.45×103kg/m3，侏羅系平均密度為2.49×103kg/m3，三疊系平均密度為2.54× 103kg/m3，古生界二疊系平均密度為2.70×103kg/m3，石炭系平均密度為2.71×103kg/m3，泥盆系平均密度為2.74×10kg/m，前寒武系平均密度為2.70×10kg/m。

2 重力場特征及地質意義

2.1 布格重力異常特征

系統收集整理了研究區有關部門完成的1∶20萬及1∶100萬重力資料，編制了研究區布格重力異常分布圖（見圖1）。可以看出研究區的重力場有如下特征：1）等值線宏觀走向呈近東西向及北西向展布，其中，在北天山、覺羅塔格山南部及盆地中部從吐魯番到哈密一帶呈近東西向，盆地西部邊界阿拉溝湖到托克遜一帶等值線呈北西向。2）布格異常值由南向北呈高低分帶相間分布，并且重力場值大體東高西低，南高北低，研究區南部為一近東西向的重力高值帶。該重力高值帶主要出露古生界及其泥盆紀、二疊紀巖體，中新生界較少，該重力高值帶主要由晚古生界基底隆起引起。研究區中部為一近東西向的重力低值帶，基本對應吐魯番坳陷、哈密坳陷。該重力低值帶地表為第四系覆蓋，盆地內中新生界發育，由上述密度資料推測該重力低主要是盆地內中新生界增厚引起。3）重力高—低之間密集梯級帶發育，盆地由南向北重力高與重力低過渡帶之間發育密集重力梯級帶。重力梯級帶反映斷裂構造，大的梯級帶主要有研究區南部的覺羅塔格山北重力梯級帶與北部北天山和吐魯番-哈密重力低值帶間的近東西向重力梯級帶。上述2個梯級帶反映盆地南北兩側均發育近東西向大斷裂，此斷裂控制研究區地層發育及基底隆凹格局。

圖1 吐哈盆地布格重力異常

2.2 剩余重力異常特征

盆地的剩余重力異常圖如圖2所示。顯然和布格重力異常類似，剩余重力異常由南向北重力高—低成帶相間分布，如吐魯番—哈密一線為一局部重力低值帶。局部重力異常宏觀呈北西向展布。研究區發育的這些局部重力高、重力低值帶呈串珠狀，由多個重力高、重力低圈閉組成。

局部重力異常等值線圈閉的重力高、重力低反映局部凸（隆）起與凹陷構造，由研究區發育的眾多重力高、重力低帶推測，研究區局部隆起與凹陷由南向北成帶分布，且隆起帶上有多個高點，凹陷帶上有多個沉積沉降中心。

3 斷裂構造特征

3.1 處理方法

確定重力異常場源體邊界的常規方法主要利用方向導數、各階垂向導數或水平方向梯度的極值點、零值點等特征點來識別邊界。為了提取重力場反映的斷裂構造信息，對重力異常分別進行了0，45，90，135°方向導數、垂向二次導數及重力水平總梯度計算，并對布格重力異常平面圖、剩余重力異常平面圖、重力方向梯度及水平總梯度圖等圖件上反映斷裂構造信息特征進行研究，綜合區域地質、地震等研究成果，推斷出了盆地的斷裂構造［13-14］（見圖3）。

圖2 吐哈盆地斷裂分布與剩余重力異常分布

圖3 吐哈盆地斷裂與重力水平總梯度疊合

3.2 斷裂構造特征

由圖3可以看出，研究區構造復雜，斷裂發育。區內發育規模較大的斷裂走向主要為近東西向及北東向，此外，還發育NE，NW向次級小斷裂，這些次級小斷裂一般切斷近東西向及北東向的大斷裂。

研究區主要斷裂特征如下：1）中央F1大斷裂。該斷裂位于吐哈盆地中央地區，向北到達梯子泉，向南至雅勒帕克，在研究區內延伸長度大約200 km，構成了墩隆起的西北邊界。該斷裂在塔克泉凸起以東為北東向，了墩隆起以北為北東東到近東西向，斷面傾向北西。2）北部F2大斷裂。該斷裂為吐哈盆地北部邊界斷裂，向西延伸至五十城，向東到達哈爾里克山，經過博格達山、巴里坤山、哈爾里克山，在研究區內延伸約500 km，控制了盆地的北界。該斷裂走向近東西。3）東南部F3斷裂。該斷裂位于吐哈盆地東南部，西至了墩隆起中部，向東延伸至托熱喀拉，延伸距離約300 km。該斷裂控制著盆地的東南界，并被后期北東走向小斷裂切割，走向近東西。

以上規模較大的3條斷裂走向與區域構造走向一致，其延伸距離長，控制著吐哈盆地的范圍、邊界及盆地內地層的發育，為構成盆內構造單元邊界的基底斷裂。次級斷裂規模相對較小，它們一般切斷主要斷裂，為盆地內沉積蓋層內部的斷裂，可能構成盆地內局部凹陷與凸起的邊界。目前，對吐哈盆地構造單元劃分有不同的認識，主要有2種方案：根據地震資料，楊克繩［9］將吐哈盆地劃分為吐魯番坳陷、了墩隆起、哈密坳陷3個構造單元，并進一步將吐魯番坳陷和哈密坳陷劃分為10個次級構造單元；曹代勇等［15］根據盆地南北分帶、東西分塊的特征又將盆地自北向南劃分為北部坳陷帶、中部斜坡帶、南部隆起帶3個構造單元，自西向東劃分為西部坳陷區（又稱吐魯番坳陷）、中部隆起區、東部坳陷區（又稱哈密坳陷）3個構造單元，并進一步將吐魯番坳陷劃分為臺北凹陷、托克遜凹陷2個次級構造單元。

本次確定的斷裂構造大部分與以往成果［9，15-16］一致，但也有不同，如圖4所示。不同之處主要有：1）在了墩隆起區的南部和北部有明顯的重力線性構造信息，南部重力高值區地層主要由石炭系、三疊系、侏羅系等地層構成，密度相對較大；北部重力低值區則大部分為新生界地層，密度相對較小，故推測該過渡帶可能存在F4斷裂（見圖4b）。2）三堡凹陷和火石鎮凹陷之間的斷裂在重力異常圖上不明顯，剩余重力異常圖上顯示三堡凹陷和火石鎮凹陷地區屬于同一重力低值帶，沒有明顯的重力線性構造信息反映，參考地質圖，此處可能不發育斷裂，故將三堡凹陷和火石鎮凹陷統劃為一個凹陷。3）文獻［8］將黃田凸起區統劃為一個構造單元，但在剩余重力異常圖上發現，在黃田凸起區偏北西地帶有一明顯的重力低值區，周邊為重力高值區，推斷可能由斷隆構造引起，重力低值區與南部高值區之間可能存在F5斷裂（見圖4b），由于斷層作用，使得下降盤中新生界局部增厚引起重力低，因此，可將黃田凸起劃為2個構造單元，即北西地區凹陷及黃田凸起。

圖4 吐哈構造單元劃分

4 剖面擬合解釋

為了確定盆地內中、新生界的分布及各構造單元的接觸關系，根據盆地內已鉆井及地震布置，選擇了既能利用鉆井、地震結果對重力定量計算進行約束，剖面位置又能控制盆地的主要構造格局進行地質解釋［17-19］。本文選擇了一條通過吐哈盆地西部北東向剖面進行剖面擬合解釋（見圖5）。由定量解釋結果可知：剖面南西段為覺羅塔格復背斜，地表露頭多為前侏羅系，其密度值相對較大，反映為布格重力異常高值；剖面中段、東深1井南西側約15 km處出露有三疊系，厚度約500 m，此處即為逆沖推覆構造發育部位；剖面中南段為一斜坡，中、新生界北厚南薄，前侏羅系基底最深約3 200 m，且侏羅系較薄，厚度約300 m；剖面中北段中、新生界受擠壓變形，斷裂發育，兩側較薄，中間較厚，前侏羅系基底最深約4 000 m，侏羅系最厚約2 000 m。吐哈地塊與其南側覺羅塔格復背斜及北側北天山褶皺系呈斷層接觸關系，且吐哈地塊向兩側俯沖。

5 結論

1）吐哈盆地具有前寒武系結晶基底和上古生界褶皺基底雙層基底，與準噶爾盆地具有相似基底，是準噶爾-吐魯番板塊的一部分。在地質構造上分為西部吐魯番坳陷、東部哈密坳陷和中部了墩隆起。

2）吐哈盆地重力異常等值線，宏觀上呈近東西向及北西向展布，反映了研究區區域構造的分布特征。盆地內發育的主要斷裂走向為近東西向以及北東向，此外，盆地內還發育切斷主斷裂的NE，NW向的次級小斷裂。

3）了墩隆起區的南部與北部可能存在斷裂，三堡凹陷和火石鎮凹陷之間沒有明顯的斷裂信息，黃田凸起北西重力低值區與南部重力高值區的線性過渡帶可能存在斷裂。

4）吐哈地塊與其南側覺羅塔格復背斜及北側北天山褶皺系呈斷層接觸關系，且吐哈地塊向兩側俯沖。吐哈盆地蓋層為中、新生界，其中侏羅系厚度最大，約為2 000 m。

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（編輯 趙旭亞）

Characteristics of gravity field and faulted structure in Tuha Basin

Shen Chen1,Yuan Bingqiang1,Li Yuhong2,Zhang Chunguan1,Lu Haiou1
(1.College of Oil and Gas Resources,Xi′an Shiyou University,Xi′an 710065,China;2.Xi′an Geological Survey Center, China Geological Survey,Xi′an 710054,China)

In order to study the structural characteristics of Tuha Basin,characteristics and causes of gravity field of the study area have been discussed and analyzed,and the faulted structure system has been inferred through collecting and processing the existing gravity survey data of the area.The gravity high belt near west-east trending reflects the development features of Late Paleozoic in the southern part of study area.The gravity low belt is caused by basal depression in middle part and the northern part.Regional gravity high and gravity low reflect the regional uplift and depression structures.Developed faults are mainly north-east trending and west-east trending,which control the basin boundary and the distribution of developed formation within basin.Huangtian bulge of Liaodun uplift region can be further divided into two structural units,namely North-West depression and Huangtian bulge.Cap rock of Tuha Basin is Mesozoic and Cenozoic,in which maximum thickness is about2,000 m in Jurassic.

characteristics of gravity field;faulted structure;structure unit;Tuha Basin

中國地質調查局項目“新疆東部主要含煤區煤炭資源綜合評價”（1212011085499）

TE121.2

A

10.6056/dkyqt201204010

2011-12-25；改回日期：2012-05-15。

申晨，女，1986年生，在讀碩士研究生，主要從事應用地球物理研究工作。E-mail：shenxinxin426@yahoo.cn。

申晨，袁炳強，李玉宏，等.吐哈盆地重力場與斷裂構造特征［J］.斷塊油氣田，2012，19（4）：445-449.

Shen Chen，Yuan Binqiang，Li Yuhong，et al.Characteristics of gravity field and faulted structure in Tuha Basin［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2012，19（4）：445-449.