準噶爾西北緣風城期構造沉積格局及源巖分布

沈 揚，李曉劍，賈凡建，高劍雄，丁咸寶

(1.中國石油大學，北京 102249； 2.中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257015)

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準噶爾西北緣風城期構造沉積格局及源巖分布

沈 揚1，李曉劍2，賈凡建2，高劍雄2，丁咸寶2

(1.中國石油大學，北京 102249； 2.中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257015)

準噶爾盆地西北緣早二疊世風城期的構造背景和沉積環境存在爭議，制約了源巖分布預測及勘探潛力評價。重新厘定了風城期構造沉積背景，明確了地質結構及連通性演化，預測了源巖分布。研究表明，早二疊世處于區域碰撞造山后的拉張背景，發育伸展斷陷盆地。風城期西北緣與南緣的水體總體保持連通，屬于海相沉積環境。風城期有利于源巖發育，源巖邊界向西北推移10～20 km。克拉瑪依以北地區深部可能掩覆有部分風城組優質源巖，具有一定勘探潛力。

構造沉積格局；烴源巖分布；早二疊世；風城組；準噶爾盆地西北緣

0 引 言

準噶爾盆地西北緣(以下簡稱準西北緣)是中國油氣資源最為豐富的地區之一，先后發現克拉瑪依等9個油氣田，近期中國石化在不被看好的哈拉阿拉特山(以下簡稱哈山)新發現春暉和阿拉德2個油田[1]，充分表明該區具有豐富的油氣資源和巨大的勘探潛力。該區晚古生代以來經歷了多期構造活動疊加改造，形成了復雜的地質結構。下二疊統風城組是一套重要層系，為哈山、克拉瑪依地區提供了最重要的油源貢獻，同時部分層段成為油氣儲層[2]。目前制約該區油氣勘探的主要問題有：①關于準噶爾盆地早二疊世的成盆背景和盆地性質一直以來都存在激烈爭議[3-4]，多數學者認為準西北緣早二疊世為前陸盆地，但哈山地區鉆井揭示的地層特征與前陸盆地盆緣粗碎屑大片分布的地層充填模式矛盾，需要重新明確構造背景，確定地層巖相分布；②關于風城組的沉積環境長期存在“海相說”與“陸相說”之爭[5-8]，而不同沉積環境下烴源巖的發育品質、數量分布乃至評價方法都有較大差異，這一問題亟待解決；③中國石化近期鉆井揭示哈山山下掩覆有風城組大套暗色泥巖地層，地球化學測試為優質烴源巖，提升了該區地質評價，拓展了勘探領域。在區域上克拉瑪依以北地區與哈山緊密相鄰，是否也具有類似的地質條件，勘探潛力如何尚不明確。

1 早二疊世盆地發育的構造背景

準噶爾盆地早二疊世的盆地性質以“擠壓背景-前陸盆地論”占據主導地位，認為西北緣發育粗碎屑沉積。這一認識長期指導油氣勘探，但近年來的區域地質研究成果并不支持該觀點。準西北緣及周邊古生代火成巖非常發育，隨中亞造山帶研究的逐步深入，相關文章陸續發布了一批新的測試分析數據[9-11]，對這些散布的數據進行了系統整理，結合盆地內鉆井巖心測試數據對火成巖發育的構造環境進行了分析。

從火成巖時代上看，早二疊世是準噶爾西部巖漿活動的主要時期，中、晚二疊世火山活動明顯減弱，僅有少量火成巖發育。結合古地溫梯度變化和區域性不整合分析，認為準噶爾西部地區早二疊世與中、晚二疊世屬于不同的構造體制。早二疊世火山巖具有明顯的雙峰式特征，侵入巖則以高鉀鈣堿性系列、鈣堿系列花崗巖占絕對優勢。區域地質研究表明，早二疊世火山巖具有釷元素多于鉭元素、鑭元素多于鉭元素，鈮元素、鉭元素虧損特征，從基性到中酸性稀土元素明顯增加，從無銪元素異常轉變為明顯銪元素異常；花崗巖大離子親石元素相對高場強元素富集，但鍶元素明顯虧損，輕稀土元素富集，總體呈右傾“海鷗型”，為A型花崗巖的圖譜特征。主量元素和微量元素構造環境判識顯示該期火成巖既攜帶“滯后型”弧火山巖特征[12]，又兼有陸內裂谷信息。結合近年來國內外學者在西準噶爾造山帶研究中取得的最新成果[13-16]，綜合判斷該區早二疊世處于碰撞造山后的拉張環境，應該發育與伸展作用相關的盆地類型，而非前陸盆地。

2 風城期構造沉積格局

從大地構造角度看，早二疊世是準噶爾地區海水由北向南逐漸退出的過程，風城期準南緣博格達地區為海相沉積環境，準西北緣是海相還是陸相環境在地質上取決于當時二者水體的連通性。因此，拼接了多條跨越盆地南北的區域大剖面并進行了重新解釋，建立了盆地西北緣與南緣之間的地質格架，以明確盆地結構及演化特征。

從區域大剖面解釋成果來看，現今盆內下二疊統主要由正斷層控制的殘余地塹、半地塹構成，斷層對二疊系底部的佳木河組沉積具有強烈的控制作用，下降盤地層明顯較上升盤厚，體現了斷層具有同沉積活動特點；其上的風城組同樣受正斷層活動的影響，但斷距在整體上都明顯減小，說明構造活動有所減弱。準噶爾盆地早二疊世這種構造特征和盆地結構的變化與中國東部中新生代典型裂陷盆地的斷-拗轉換過程十分類似。早二疊世與中、晚二疊世之間的不整合廣泛分布于盆內各個地區，中上二疊統及以上地層均以逆沖斷層為主，說明準噶爾盆地早二疊世沉積后構造體制發生了重大轉變，下二疊統與中上二疊統之間的區域不整合即是該期構造反轉的產物。

從穿越不同構造單元的區域大剖面分析，準噶爾盆地從西北緣到南緣主要發育瑪湖、盆1井西和昌吉3個沉積凹陷，凹陷間隔達巴松、中拐、莫索灣等多個隆起帶，不同地區風城組的分布具有明顯差別。根據各個剖面凸起上地層發育狀況、厚度及變化，對3個凹陷風城期的連通性進行初步評價(圖1)，可以看出昌吉凹陷與盆1井西凹陷間連通性較好，盆1井西凹陷與瑪湖凹陷則連通較差，即從宏觀上盆地南緣的海水至少可以抵達盆1井西凹陷，而后2個凹陷在風城組沉積時的連通關系成為研究的關鍵。

圖1 昌吉凹陷、盆1井西凹陷和瑪湖凹陷的宏觀連通性評價

對達巴松凸起及周邊地區的風城組進行了精細解釋，自下而上，分別為風一、風二段和風三段。從不同層段地層的展布特征看，風一段和風二段的地層分布十分相似，僅在地層厚度上有差別，此時盆地表現出明顯的分割性，地層主要在兩側的凹陷中沉積，瑪湖凹陷—哈山、盆1井西凹陷南部—昌吉凹陷分為2個沉積中心，在達巴松凸起上地層局限在一個較為狹窄的通道內。從南向北，地層分布呈“沙漏狀”，反映當時達巴松凸起南北兩側的水體連通性較差。風三段地層的展布發生了較大變化，地層分布廣，且厚度十分穩定，特別是達巴松凸起上的地層分布區顯著擴大，說明此時2個凹陷的水體連通順暢，為廣盆沉積。

從典型剖面的構造演化分析看，下二疊統佳木河組沉積時期，準噶爾盆地處于強烈伸展階段，此時形成了達巴松水下斷隆，風一段至風二段沉積時期繼承了這種伸展應力，進一步的拉張使達巴松斷隆大部分露出水面，風三段沉積時伸展作用減弱，海水大面積越過達巴松凸起，風三段沉積后區域構造應力反轉，在二疊紀末期經歷了強烈的改造。而前人的地球化學、巖礦分析表明，準西北緣風城組沉積時的水體鹽度在咸水—半咸水之間，且處于還原環境[17]，說明當時該區處于海的邊緣，不斷有淡水的注入，并且水體具有較深、較安靜的特征，綜合地質分析，判斷該區為較深水的局限海灣環境。在上述研究的基礎上，初步建立了風城期瑪湖凹陷、盆1井西凹陷和昌吉凹陷的連通關系與演化模式(圖2)：風一段至風二段為斷陷階段，由于達巴松斷隆的分隔，準西北緣與南緣水體連通不暢，西北緣在局限海灣背景下沉積了云質巖；風三段為拗陷階段，盆地結構穩定，南、北為一體化沉積，云質巖不發育。

圖2 瑪湖凹陷、盆1井西凹陷和昌吉凹陷的連通關系與演化模式

3 風城組烴源巖分布預測

構造沉積格局對烴源巖分布具有重要控制作用。確定風城期構造沉積格局后，在局限海灣沉積模式指導下，對研究區的沉積相特征進行了重新厘定。通過對區內鉆井揭示風城組的測井和巖心資料分析，認為該區主要發育4種沉積類型：扇三角洲相、濱淺海相、半深海相和火山巖相。扇三角洲相主要分布在克拉瑪依以北區塊的南側，并以扇三角洲前緣為主；火山巖相主要分布在夏鹽凸起的西側，屬凝灰巖為主的火山碎屑巖；半深海相主要分布在哈山地區，發育深灰色泥巖夾薄層灰色白云質泥巖、粉砂質泥巖或泥質粉砂巖；濱淺海相在區內廣泛分布，以灰色凝灰質砂礫巖、灰色凝灰巖夾薄層灰色凝灰質泥巖為主。

通過對多口鉆井的統計，初步建立了暗色泥巖與沉積相的相關關系，暗色泥巖主要發育在半深海相，其次為濱淺海相，區內暗色泥巖有機碳含量均在0.5%以上，達到了烴源巖標準。根據構造演化與沉積模式的綜合分析，初步恢復了風城期的古沉積邊界，哈山和克拉瑪依地區的原始沉積邊界分別向西北推移20 km和10 km左右。過克拉瑪依的大地電磁測深剖面顯示該區與哈山類似，都發育逆沖推覆構造，石炭系之下掩覆的低阻地層最有可能為風城組泥巖(該套泥巖的存在是推覆構造形成的必要條件)，該套地層向西一直可以延伸到現今的達爾布特斷裂一帶，據此預測克拉瑪依地區山體下部也可能掩覆有一定規模的風城組烴源巖，具有一定勘探潛力。

4 結 論

(1) 準西北緣早二疊世為碰撞造山后的拉張環境，發育伸展斷陷盆地而非前陸盆地，盆地呈凸凹相間的構造格局，風一段為伸展作用較強的斷陷階段，風二、風三段為伸展作用較弱的拗陷階段。

(2) 風城組沉積時期，準西北緣與準南緣水體總體上是連通的，均為海水介質，風城組為海相沉積，其中準西北緣風一段至風二段因受達巴松斷隆的部分分隔而處于局限海灣環境，為云質泥巖發育的有利環境。

(3) 準西北緣風城組有4種沉積類型，其中烴源巖主要發育在半深海、濱淺海相。源巖邊界向西北推移10～20km。克拉瑪依以北地區與哈山類似，下部可能掩覆有部分風城組烴源巖，具有一定勘探潛力。

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編輯 張 雁

20150128 改回日期：20150609

國家油氣重大專項“大型油氣田及煤層氣開發”(2011ZX05002-002)

沈揚(1972-)，男，高級工程師，1993年畢業于江漢石油學院地質專業，2010年畢業于南京大學構造地質專業，獲博士學位，現從事油氣成藏綜合研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.04.005

TE122.3

A

1006-6535(2015)04-0016-04