哈薩克斯坦齋桑盆地構造特征及其對油氣成藏的影響

朱珍君，黃光明，邱 津，劉康寧，李 琦，胡俊杰

（1.恒泰艾普集團股份有限公司，北京 100094；2.中國地質大學（北京）海洋學院，北京 100083；3.中國地質科學院地質力學研究所，北京 100081）

0 引言

中亞地區是全球油氣資源重要的富集區之一，中亞盆地群中—新生代構造演化與盆地含油氣性的關系一直是相關研究的熱點問題。中—新生代以來，中亞地區受歐亞大陸南緣特提斯洋演化的影響［1-5］，發育階段、沉積演化受控于不同的構造演化并最終形成不同類型的疊合盆地，具有不同的油氣分布規律［6-8］。在中亞地區發育的具有一定規模的16 個沉積盆地中，目前已探明油氣田500 多個，其中哈薩克斯坦占據了以上盆地中的11 個，目前已探明油氣田200 多個，擁有非常豐富的油氣資源和較大的勘探潛力，然而，其油氣產區主要集中在西部，相較之下，分布于該國東北部、與我國新疆準噶爾盆地毗鄰的齋桑盆地勘探程度卻較低［9-13］。

齋桑盆地地處哈薩克斯坦東北部，盆地東緣位于我國新疆布爾津縣境內，是“一帶一路”經濟帶中重要的含油氣遠景盆地之一。該盆地于1942 年首次開展石油普查，經歷了70 多年的勘探，目前已在盆地南部山前薩爾布拉克主區塊和北東區塊發現了2 個主要油氣田。油藏分布于二疊系和侏羅系，原油為稠油，氣藏分布于下侏羅統Tologoi 組和古近系S-Zaisan組。

目前針對哈薩克斯坦齋桑盆地的相關研究主要集中于古近系天然氣成因分析［14］、古近系成藏主控因素和成藏模式研究、與鄰區的二疊系成藏條件對比研究［15-16］、二疊系沉積充填與油氣地質條件研究［17］等，但對于該盆地的構造特征、構造演化期次及其對油氣成藏的控制作用的研究較少。本文從構造地質理論出發，基于齋桑盆地東部三維地震資料解釋成果及勘探結果，厘清構造樣式、斷層展布及構造演化特征，重點剖析齋桑盆地構造活動期次與油氣成藏的關系，以期能支撐該盆地新區新層系的油氣勘探，同時為相鄰的準噶爾盆地油氣勘探提供參考。

1 區域地質背景

齋桑盆地構造上處于西伯利亞板塊和哈薩克斯坦板塊之間，是夾持于北阿爾泰山和塔爾巴哈臺山之間的山間疊合盆地，處于北西向的額爾齊斯—齋桑縫合帶上［圖1（a）］。其與準噶爾盆地同屬于多期盆地疊合形成的晚古生代—中、新生代擠壓復合疊加盆地［18-19］，自晚石炭世—早二疊世盆地形成雛形至今，經歷了海西、印支、燕山和喜山運動影響，構造格局復雜［15-16，20-22］。

從區域上看，齋桑地區是準噶爾盆地西北部二疊紀—中生代坳陷系的一部分，位于準噶爾盆地基底西北緣沖斷帶—推覆體之上，是自晚石炭世始到晚燕山期止長期發育起來的坳陷［23］，其構造發育史與準噶爾盆地具有相似性。早石炭世，齋桑洋殼向西南部的哈薩克斯坦板塊及東北部的阿爾泰古陸俯沖，形成一些火成巖侵入體；晚石炭世—早二疊世，南北板塊擠壓貼合，形成額爾齊斯縫合線，在齋桑盆地附近形成走滑拉張的陸內環境［16，24-25］。盆地構造演化可分為裂陷階段（二疊紀沉積時期）、坳陷階段（三疊紀—始新世）、收縮—整體上隆階段（中新世至今）［20，26］。受區域構造運動影響，廣泛發育3 套角度不整合：二疊系—三疊系不整合、三疊系—侏羅系不整合、侏羅系—古近系不整合。齋桑盆地基底由上石炭統下部及以下火山巖和沉積巖構成［15，22，27］，其上發育上古生界、中生界和新生界等3 套沉積層系，其中中生界缺失白堊系［圖1（b）］。

圖1 齋桑盆地構造位置綱要簡圖（a）及地層柱狀圖（b）（據文獻［13，15，17］修改）Fig.1 Sketch map of structural location（a）and stratigraphic column（b）of Zaysan Basin

2 構造特征

在多期構造運動疊加作用下，哈薩克斯坦齋桑盆地內部發育了復雜的斷裂體系。通過對該地區三維地震資料的精細構造解析，詳細厘定了齋桑盆地三維區的構造形態、斷裂發育特征及構造演化過程。

2.1 構造形態特征

從晚古生代以來，齋桑盆地至少經歷了海西運動、印支運動、燕山運動和喜山運動共4 期大的構造運動，二疊紀末晚海西運動的構造應力為北西—南東向，至中生代末燕山運動及現今的喜山期，構造應力變為北東—南西向，因而形成現今特征復雜的多側陡沖、擠壓、扭壓坳陷的盆地。

齋桑盆地總體表現為北西—南東向，盆地內最大的斷裂F1 在深部滑脫于Akkolkan 組中，使得Akkolkan 組上下地層變形不協調。滑脫面之下表現為北西—南東走向的南北隆起中間坳陷的向斜構造［圖2（a）］，而滑脫面之上表現為南西—北東向的多個逆沖斷階疊瓦構造［圖2（b）］。

齋桑盆地目的層系從二疊系向上延伸至古近系，時間跨度大，由于期間經歷了多次構造運動，造成不同地層之間構造形態具有明顯差異（圖3）。二疊系構造繼承性發育，3 套地層（Kenderlyk組、Mai‐chat 組、Akkolkan 組底）形態一致，都發育了東部的深洼陷以及西北部的抬升，不同的地方表現在剝蝕程度具有差異，越靠近頂面，北部剝蝕范圍越大。平面上東西分塊，交界處斷裂壓扭特征明顯。西部坳陷走向北西西，東部坳陷走向北北西，且東部埋深較西部大。三疊系Akzhal 組和上下地層都存在差異，剝蝕嚴重，殘存范圍最小，說明Akzhal 組沉積后遭受過嚴重剝蝕，剝蝕到二疊系。侏羅系Tologoi組在主構造高部位以及南部被剝蝕，表明侏羅系沉積后主斷裂向北逆沖已經開始。古近系S-Zaisan組發育面積最大，南邊還發育了新的高斷塊。

圖2 齋桑盆地三維區Trace 240（a）和Line7 68（b）地震解釋（剖面位置見圖3）Fig.2 Seismic interpretation sections of Trace 240（a）and Line 768（b）of 3D project in Zaysan Basin

圖3 齋桑盆地三維區構造形態對比Fig.3 Comparison of structural morphology of 3D project in Zaysan Basin

2.2 斷裂發育特征

地震地質構造解釋結果顯示，齋桑盆地總體以逆斷裂為主，南西—北東向的擠壓是區內最典型的構造特征，發育疊瓦式逆沖斷裂、反沖斷裂、對沖、沖起等多種構造樣式。二疊系以及古近系發育少數規模較小的正斷層。斷裂以北西—南東走向為主，二疊系發育部分北東—南西走向斷裂。

根據斷裂的規模以及對構造的控制程度差異，將三維區的斷裂系統劃分為3 個級別（圖4）。其中一級斷裂2 條（F1 和F2），二級斷裂8 條（F3，F4，F5，F8，F9，F10，F11，F13），其他為三級斷裂（164條）（表1）。

圖4 齋桑盆地三維區斷裂系統級別劃分Fig.4 Fault system classification of 3D project in Zaysan Basin

表1 齋桑盆地三維區主要斷裂要素統計Table 1 Statistics of main fault elements of 3D project in Zaysan Basin

一級斷裂規模最大、級別最高，具有明顯且重要的控帶意義，將三維區劃分為上下兩盤。這2 條斷裂在侏羅紀末期開始活動，古近系沉積時處于基本不活動狀態，上新世晚期重新活動。2 條斷裂都是由南向北逆沖，平面呈弧頂向北的弧形形態，縱向上淺層產狀很陡，向下變緩，滑脫于二疊系（Akkol‐kan 組或Taranchin 組）的泥巖中。平面上2 條斷裂交會，呈右階雁列式，縱向呈疊瓦式（圖5）。

二級斷裂控制局部構造。其中，F8 和F9 控制北東塊形成，近東西走向，形成沖起構造樣式。侏羅系在北東塊高部位減薄明顯，說明這2 條斷裂在侏羅紀末已經活動，控制了北東塊當時的古隆起；古近系幾乎等厚覆蓋在侏羅系之上，說明古近系沉積前，該古隆起已經被完全剝蝕夷平。現今的構造形態是上新世末2 條斷裂再次活動發生擠壓逆沖的結果。2 條斷裂向上斷穿上新統，在深部F8 滑脫于二疊系泥巖層中，F9 斷穿二疊系底Kenderlyk 組（圖5）。F10 控制了K 構造的形成，為北西—南東走向，由北東向南西逆沖，斷裂向上斷穿Turangin組，在深部斷穿二疊系底Kenderlyk 組。該斷裂主要活動于侏羅紀末的構造運動中，控制K 區古構造的形態；上新世再次微幅活動（圖5）。

圖5 齋桑盆地三維區聯合剖面（剖面位置見圖4）Fig.5 Seismic interpretation sections of 3D project in Zaysan Basin

2.3 構造演化

齋桑盆地屬哈薩克斯坦—準噶爾板塊的一部分，其區域演化跟古亞洲洋西準噶爾多陸塊洋盆演化有關［17］，先后經歷了奧陶紀—早石炭世古洋盆閉合階段、晚石炭世—早二疊世碰撞擠壓后伸展轉化階段和晚二疊世之后陸內構造演化階段［15-16］。

綜合區域構造演化和地震構造解釋剖面分析，從二疊紀至今，齋桑盆地主要經歷了4 期構造沉降—擠壓反轉過程：二疊紀末海西期構造運動、三疊紀末印支期構造運動、侏羅紀末燕山期構造運動及新近紀喜山期運動，進而形成了非常復雜的構造格局（圖6）。伴隨著這4 期明顯的構造運動，在地震剖面上共識別出發育明顯的3 期不整合：二疊系—三疊系之間不整合、三疊系—侏羅系之間不整合、侏羅系—古近系之間不整合（參見圖2）。

二疊紀末的構造運動（海西期）以由北向南推覆作用為主，形成多種推覆體［28-29］。該期運動形成了一系列向南推覆的逆斷裂，但斷裂規模小，延伸短，主要分布在中部和東部。該運動造成了二疊系及三疊系的微幅向南傾斜及北部地層的剝蝕，形成南降北抬的單斜構造，并造成了三疊系和下伏地層的大角度不整合。二疊紀末期，盆地已經處于相對較為穩定的沉積狀態，地層厚度變化不劇烈，湖盆較淺，形成了盆地內北高南低、南陡北緩、東陡西緩的古地貌格局。西北部及東北部存在古構造高點，東南部為二疊系沉降中心，發育扇三角洲、辮狀河三角洲—湖泊沉積體系，局部發育滑塌濁積體。

三疊紀末的構造運動（印支期）使盆地頻繁抬升，振蕩明顯，因此區內斷裂不是很發育，但褶皺變形非常顯著，地層翹傾明顯，形成了三疊系甚至二疊系的大范圍剝蝕，并造成侏羅系和下伏地層的區域性不整合。

侏羅紀末構造運動（燕山期）時，主應力方向發生變化，形成由南向北推覆的逆斷裂。在區內最顯著的一個特征是控制主構造、北東構造和K 構造的斷裂都已經開始活動，造成高部位的隆起和剝蝕缺失，并造成古近系和下伏地層的大角度不整合。三疊系—侏羅系沉積時期，受印支和燕山運動影響，振蕩運動頻繁，盆地多次隆升沉降，形成多期不整合，發育沖積扇、扇三角洲、河流—湖泊等沉積體系。

圖6 齋桑盆地過Inline76 測線構造演化圖（剖面位置參見圖3）Fig.6 Tectonic evolution diagram across Inline76 in Zaysan Basin

上新世后構造運動（喜山期）為新生代末期的構造擠壓，控制主構造和北東構造的燕山期斷裂再次活動，延續燕山期的由南向北推覆擠壓，形成了一系列的背斜、斷背斜和斷塊構造。古近系Zaisan組底至新生界晚期Vtorushin 組底基本為等厚關系，而Vtorushin 組底至第四系明顯呈楔狀特征（圖7），由北往南減薄，為典型同沉積構造標志，即該層沉積的同時，南部地層受擠壓發生抬升。Vtorushin 組沉積以后，整體發生了一期抬升剝蝕，Vtorushin 組和第四系之間存在小角度不整合，說明本期構造反轉主要發生在上新世。古近紀—第四紀沉積連續無間斷，地層發育完整，古近系底部表現為西南、東南、東北抬升，中部為廣泛湖盆。

圖7 齋桑盆地上新世同沉積地層地震測線構造解釋（剖面位置參見圖4）Fig.7 Seismic interpretation section of the Pliocene synsedimentary formation in Zaysan Basin

3 構造對油氣成藏的控制作用

構造運動與油氣成藏的關系密切：一方面，構造圈閉的形成以及油氣沿斷裂進行運移需要構造運動作用才能發生，而另一方面，構造運動也會造成油氣藏的破壞散失［20，30-32］。齋桑盆地復雜的構造格局，也造成了油氣藏復雜的成藏規律。

2005 年至今，在哈薩克斯坦齋桑盆地發現了一系列油氣，進入新的油氣勘探階段［9，13，15］。目前已發現2 個油氣田，分別位于主區塊和北東區塊，已發現的油氣分布顯示，盆地淺層古近系S-Zaisan 組以氣藏為主，侏羅系Tologoi 組主要是稠油油藏和天然氣藏，深層二疊系主要為稠油油藏，三疊系還存在一部分油氣藏。

劉英輝等［33］和李佳思等［34］研究表明，齋桑盆地二疊系Maichat 組烴源巖與準噶爾盆地二疊系風城組類似，有機質類型以Ⅰ和Ⅱ為主，烴源巖發育于高鹽度、強還原性水體環境，為一套好—很好的烴源巖［15-16］。根據齋桑盆地單井生烴史模擬結果，埋深3 000～3 750 m 時，鏡質體反射率Ro為0.7%～1.3%，熱演化程度較高，烴源巖成熟門限深度在3 000 m 左右，二疊系烴源巖具備形成常規油氣藏的地質條件。勘探結果表明，上二疊統的Maichat 組及Akkolkan組為主力烴源巖，其次為中二疊統Taranchin 組。有利烴源巖主要位于湖盆中部的深洼陷地區，且東部較西部厚度大。

研究區內優質儲集層發育層位較多，分布范圍廣，包括二疊系Taranchin 組下部及Maichat 組含礫砂巖及砂巖、三疊系Akzhal 組砂礫巖、侏羅系Tolo‐goi 組砂巖、古近系S-Zaisan 組砂巖等。根據巖心物性統計，二疊系儲層孔隙度>14%，油層平均孔隙度為21.4%，平均滲透率為4.17 mD，為中孔、低滲型儲層。侏羅系儲集空間以原生粒間孔為主，剩余粒間孔次之，儲層孔隙度為20.7%～27.5%，滲透率為6.5～2 850.0 mD，屬于高孔高滲儲層。古近系SZaisan 組發育原生粒間孔，平均孔隙度為9.4%～32.5%，滲透率為4.31～1 230.00 mD，為高孔高滲儲層［13-14］。目前勘探證實，主要的含油儲層集中在二疊系Maichat 組砂巖等，含氣儲層主要為古近系SZaisan 組、侏羅系Tologoi 組砂巖等。根據烴源巖及源儲配置分析結果，并結合其構造演化特征的分析，可以初步確定齋桑盆地的油氣運聚為多期的成藏過程（圖8）。

三疊紀末（印支運動）是齋桑盆地的第1 次運聚成藏期，也是油氣的嚴重破壞期。三疊紀末期，二疊系生油巖已達到成熟生烴階段，油氣在與烴源巖互層的儲層內優先成藏，并受Akkolkan 組區域蓋層及同一旋回泥巖段的直接封蓋及側向泥巖、封擋性斷層的側向遮擋形成自生自儲、源儲一體型二疊系地層油氣藏、巖性油藏［35］。侏羅系Tologoi 組和下伏地層為大角度不整合接觸關系，構造運動強烈，二疊系發生傾斜且揚起端直接出露地表，油藏遭受破壞，發生生物降解、氧化和輕組分散失。

侏羅紀末（燕山運動）為油氣成藏的第2 期。該時期斷裂非常發育，控制主構造、北東構造和K構造的斷裂已經出現，導致部分二疊系稠油油藏破壞，烴類經二次運移到侏羅系成藏，部分稠油生物降解氣也直接聚集在侏羅系儲集層中，與稠油呈互層出現，具有下生上儲的成藏組合特征。

上新世（喜山運動）斷裂最發育，控制主構造和北東構造的燕山期斷裂重新活動，并產生許多新的小斷裂。推覆擠壓使侏羅系—古近系形成逆沖背斜、斷背斜等構造，是油氣聚集的良好場所。同時期侏羅系、二疊系油藏生物降解程度高，生成大量的原油生物降解氣，并通過斷裂垂向運移和區域不整合面—滲透性砂巖的側向運移聚集在背斜圈閉中成藏［36］，其上被新近系穩定區域湖相泥巖蓋層有效地封蓋了下伏氣藏，為油氣成藏的第3 期。淺層氣藏亦具有下生上儲的特征。

圖8 齋桑盆地過Inline76 測線成藏演化模式Fig.8 Evolution pattern of the reservoir formation across Inline76 in Zaysan Basin

根據目前的勘探現狀，齋桑盆地三維西區的主構造表現為二疊系油藏和三疊系—侏羅系—古近系S-Zaysan 組氣藏組合，二疊系以上圈閉未形成油藏，而主構造下盤北東區侏羅系成藏，推測與構造運動對油氣藏的破壞有關。

在4 期構造運動中，每一期的運動在不同區域，其活動強度會存在差異。本次研究根據每一期構造運動造成的地層剝蝕厚度大小以及斷裂活動斷距的大小，劃分了強烈和較弱等2 個級別：①強烈：指該期運動造成下伏最近地層的殘留厚度小于100 m，或逆沖斷距大于200 m；②較弱：指該期運動造成下伏最近地層的殘留厚度大于100 m，并且逆沖斷距小于200 m。

地層厚度變化對構造的指示意義主要有2 種，一種是地層超覆于古隆起之上，指示底界面不平；另一種是地層沉積時總體等厚，后期差異抬升剝蝕，指示抬升幅度不同。齋桑盆地屬于第2 種類型，表現為每一個構造層內地層與其下不整合面為平行關系，而與其上不整合面為削頂關系。所以地層減薄的區域，大體代表抬升幅度高、構造活動強烈區域。

根據以上原則，本文在研究區自西向東選取了5 個區域，分別命名為S 井區、主構造、北東構造、K構造和二維東部的M 井區，依據上述標準對每期構造運動在每個區域的活動強弱做了分析（圖9、表2）。

圖9 各區域構造運動強弱對比圖（以第2 期三疊紀末構造運動為例，剖面位置參加圖1）Fig.9 Comparison of tectonic activity intensity in different areas

表2 構造活動強度與目前主要區域的油氣成藏關系Table 2 Relationship between tectonic activity intensity and hydrocarbon accumulation in the main areas

綜合5 個區域內各期構造運動強度與油氣分布的匹配關系（表2）認為：三疊紀末的印支運動（第2 期）與現今的油氣成藏關系最為密切。構造運動較弱的主構造和北東構造有油氣賦存，而該期活動強烈的區域均鉆遇了水層。

根據油氣成藏要素分析，S 井區烴源巖發育條件與主構造相似，處于有利儲集相帶且發育二疊系油源斷裂，其上的新近系穩定區域湖相泥巖蓋層厚度亦較厚，生儲蓋配置關系良好，因此該區勘探效果不佳是印支期強烈構造活動將三疊系甚至二疊系破壞，造成油氣藏散失的結果。K 構造和M井區失利亦與此期構造活動密切相關。另外，主構造二疊系以上圈閉沒有形成油藏，而主構造下盤北東構造侏羅系成藏的問題，也與構造活動強弱有關。第3 期構造運動前，區內主構造及北東構造斷裂活動、地層發育基本一致，均有油氣賦存。到第4 期，主構造逆沖最強烈，錯斷幅度達750 m（圖9）。因地層剝蝕嚴重，蓋層條件不好，侏羅系油氣逸散，只在與古近系S-Zaisan 組同一氣水界面之上（海拔-278 m）有氣存留，而北東構造和K 構造的逆沖錯斷不足100 m，活動微弱，說明北東塊斷裂發育規模小，地層發育平穩，蓋層發育，侏羅系發育油藏。

根據本次構造解釋結果，在三維區東部北緣三疊系Akzhal 組和二疊系Akkolkan 組尖滅線以內，仍具有一系列斷塊群，而且東部二疊系埋深比西部大，具備更成熟的烴源巖條件，據此推測，北東構造的二疊系仍有數量巨大的油氣有待發現。另外，由二維地震測線的構造分析可知，在三維區東部南緣，同樣存在圈閉，而且南緣距離油源更近，三疊系Akzhal 組和二疊系Akkolkan 組保存完整，儲層靠近擠壓斷裂，其裂縫也會更加發育，因而東部南緣也是另一個潛在的有利區域。

4 結論

（1）哈薩克斯坦齋桑盆地幾何結構總體呈北西—南東走向，總體以擠壓構造為主要特征，發育疊瓦構造、對沖構造、沖起構造等多種構造樣式。深層二疊系和淺層古近系結構存在差異，深層呈簡單向斜，淺層為多個逆沖斷階疊瓦構造。從二疊紀以來經歷了4 期沉降和4 期擠壓反轉；其中第2 期（三疊紀末）反轉造成了二疊系及三疊系的向南傾斜及北部地層的剝蝕；主斷裂在第3 期（侏羅紀末）已經開始活動；上新世擠壓使盆地構造最終定型，主斷裂進一步活動，古近系S-Zaysan 組構造圈閉此時形成。

（2）構造活動的多期性及復雜性導致了多期油氣成藏演化，哈薩克斯坦齋桑盆地可大致分為3 次大的成藏期。深層油藏分布取決于三疊紀末印支期活動，受該期活動影響較弱，三疊系殘留較厚區域對成藏有利，而該期活動強烈、剝蝕嚴重區域其油氣則遭受嚴重破壞。淺層氣藏分布主要受控于深層油藏的分布規模及喜山活動期形成的淺層逆沖背斜、斷背斜等有利圈閉。

（3）哈薩克斯坦齋桑盆地具有良好的油氣地質條件和資源前景，構造運動對油氣成藏具有明顯的控制作用。預測三維區東部北緣深部構造圈閉落實和蓋層發育完整的區域應是下一步尋找油氣藏的重要勘探目標及有利區。另外，東部南緣是一個潛在的次級有利區域。