准噶尔盆地南缘霍—玛—吐构造带构造建模与玛河气田的发现

匡立春 王绪龙 张健 夏惠平

1.中国石油新疆油田公司 2..中国石油新疆油田公司勘探开发研究院地球物理研究所

准噶尔盆地南缘霍—玛—吐构造带构造建模与玛河气田的发现

匡立春1王绪龙1张健2夏惠平2

1.中国石油新疆油田公司 2..中国石油新疆油田公司勘探开发研究院地球物理研究所

霍尔果斯—玛纳斯—吐谷鲁构造带属于准噶尔盆地南缘前陆冲断带第二排含油气构造单元，构造变形强烈，构造圈闭高点难以落实。为指导该区油气勘探工作，基于断层相关褶皱几何模型的构造解析方法，从玛纳斯背斜构造形成与演化分析入手，以地面地质和钻井构造数据为约束条件，建立了与实际构造特征吻合的几何模型，将复杂构造带构造解释的多解性限制在合理的范围内；通过正演平衡地质剖面制作，再现了霍—玛—吐构造几何变形的运动学过程，准确刻画了玛纳斯背斜构造形态，为玛河气田的发现提供了可靠的技术支持，指导了准噶尔盆地南缘冲断带霍—玛—吐构造的下一步油气勘探。

准噶尔盆地南缘 霍—玛—吐构造带 构造建模 玛河气田发现

图1 准噶尔盆地南缘冲断带中西段构造纲要图

准噶尔盆地南缘由于受燕山期和喜马拉雅期两幕构造运动的影响，特别是受到喜马拉雅期强烈构造运动的影响，北天山向北挤压推覆，从而使准南现今在平面构造带上具有南北分带、东西分段的特征，由南向北划分为3排局部构造带：山前冲断构造带、霍尔果斯—玛纳斯—吐谷鲁构造带（以下简称霍—玛—吐构造带）和安集海—呼图壁背斜带［1－6］（图1）。虽然霍尔果斯背斜、玛纳斯背斜、吐谷鲁背斜地处准南冲断带的第二排构造带上，但新近纪以来受印度板块与欧亚板块碰撞并持续挤压的远距离效应，使得霍—玛—吐构造带依然发生了强烈构造变形，其复杂的逆冲推覆及地层叠加变形导致地震反射的信噪比较低、地震反射品质较差，给构造圈闭落实带来很大的困难。

基于断层相关褶皱几何模型的构造解析方法，构造几何模型解析与数字模拟相结合，应用国际上对复杂构造带构造变形解释及构造建模方法［7］，从玛纳斯背斜构造形成与演化分析入手，以地面地质和钻井构造数据为约束条件，建立了与实际构造特征吻合的几何模型，使复杂构造带构造解释的多解性限制在合理的范围内；通过正演平衡地质剖面制作，再现了霍—玛—吐构造几何变形的运动学过程，准确刻画玛纳斯背斜构造形态，为玛河气田发现提供了可靠的技术支持，指导了南缘冲断带霍—玛—吐构造下一步油气勘探。

1 复杂构造建模技术与方法

1.1 构造变形的几何分析与构造数值模拟

构造几何分析方法是指对构造变形进行几何解析，定量或半定量地确定断层与地层变形的形态，确定构造几何变形样式。按照断层相关褶皱几何模型，地层与断层几何形态间存在对应的几何关系，解释人员可以根据地震剖面中获取的几何参数去合理推测未知的几何参数。因此，根据地震反射剖面特征选取合适的几何模型，可以帮助限定地震影像品质较差区域的构造几何形态［7］。

构造数值模拟是指基于断层相关褶皱的几何模型，利用计算机软件来模拟断层和地层变形的整个过程。此外，构造数值模拟过程中还可以加入构造活动时期因沉积速率与隆起速率比变化导致的一些特有生长沉积特征，帮助定量化划分构造体系、分解构造活动期次［7］。

1.2 正演平衡地质剖面技术

基于断层相关褶皱模型基础，近年来发展起来并被普遍采用的正演平衡地质剖面制作技术是一项构造动态运动几何变形的数字模拟与复原技术。通过构造变形的平衡恢复，可寻求地震剖面的最佳构造解释方案，并可再现构造变形的叠加过程与演化历史。因此，应用正演平衡地质剖面技术可制作地层从初始形态到最终形态的几何变形过程。

1.3 三维构造建模

当传统的二维构造几何学运动学分析已不能满足人们对地质体的直观研究需求时，三维构造建模技术就应运而生。随着近年来计算机成图技术的发展，三维构造分析与可视化成图已成为一种全新的构造分析手段，它可以揭示二维构造模型无法表述的构造地质含义，如断层体系的空间展布情况、断层位移量的横向变化与转换、断层横向变化导致的地层几何形态改变等。因此，借助于三维构造建模软件（例如GoCAD），可以多视角、直观、立体地观察地质体的空间形态。而且，在二维构造几何学运动学分析的基础之上，结合三维构造建模分析已成为构造地质学界另一个热点研究领域［8］。

2 霍—玛—吐构造带构造几何学特征分析

在地震剖面上，霍—玛—吐构造带呈现相同的地质构造特征，因此可以利用玛纳斯背斜带地震构造解释的方法与玛河气田勘探经验，利用三维构造分析技术建立霍—玛—吐构造带的三维构造模型，通过地震剖面的构造分析，进一步解剖南缘中段其他相似构造特征，分析各背斜单元的横向构造转换关系，为霍—玛—吐构造带油气勘探奠定坚实的构造基础。

2.1 霍—玛—吐构造带的三维构造模型

在霍—玛—吐构造带各背斜的构造建模的基础上，通过对构造带地震剖面的构造解释，获得霍—玛—吐构造带断裂体系与反射层形态的三维几何模型，分为上下两套构造体系。

1）上构造体系：源自安集海河组（E2－3a）泥岩滑脱层系，在滑脱—逆冲过程使霍尔果斯、玛纳斯和吐谷鲁背斜推覆至地表，形成霍—玛—吐逆冲推覆构造体系。构造走向呈东西向延伸，由3条推覆断层在地表呈“品”字形排列（图2－a）。

图2 霍—玛—吐构造带地表推覆断层展布三维构造模型图

2）下构造体系：构造过程源自侏罗系西山窑组（J2x）煤系滑脱层，在滑脱过程中分别于各地表背斜深部产生逆冲，并在逆冲时遭受构造受阻，诱发反向逆冲断层，组合为构造三角楔样式（图2－b）。

分析得出霍—玛—吐构造带霍尔果斯背斜等3个背斜不仅具有相同的构造背景，并且其构造组合样式也基本相似，为构造体系在垂向上的叠加。下部构造体系（构造三角楔）首先形成，造成白垩系及其以上地层的褶皱变形；其后沿安集海河组泥岩的滑脱断层开始出现，霍—玛—吐构造带出现滑脱—逆冲过程，断层沿早期形成的深部背斜的南翼向地表逆冲，形成霍—玛—吐逆冲推覆体系。

2.2 玛纳斯背斜构造建模

玛纳斯背斜位于准南中段冲断带的第二排构造单元——霍—玛—吐构造带中间位置（图1），三维地震剖面显示，玛纳斯背斜由深浅两个构造体系叠加而成（图3）。其中浅部体系为一个逆冲推覆构造，推覆断层源自北天山山前，沿始—渐新世安集海河组（E2－3a）底部的泥岩层顺层滑脱，在玛纳斯背斜前翼发生突破，在近地表位置分叉为2～3条逆冲断层；深部体系为一个复合型构造三角楔，该三角楔首先由底部的正向逆冲断层（Ff）沿侏罗系西山窑组煤层滑脱，随后在断坡处诱发2～3条反向逆冲断层（Fb），造成古近系反射层出现多个倾角域，形成多个后列式构造三角楔，组成一个复合型构造三角楔。此外，在深部体系对应的玛纳斯背斜核部，可以看出白垩系反射层垂向上存在倾角变化，表现出该处发育次级的南倾断层（图3中F2）。由于该次级断层与主断层Fb相交或接近相交，故该断层应归结为断层Fb诱发的反向逆冲断层，它们组成了玛纳斯背斜核部的次一级构造三角楔。同时，在该背斜核部的E1－2z反射层可看到反射波组错断，结合多条地震剖面反射特征可以把褶皱反射波组错断归结为呈“Y”形排列的小断层F3作用，这些小断层局限于E1－2z反射层内，与深部的主要断层无连接痕迹。因此，可以认为断层F3体系为受深部构造三角楔活动，对应反射层褶皱变形时诱发的次级断裂体系，应归属于褶皱调节断层［8］。

图3 玛纳斯背斜过井地震剖面的构造精细解释图

通过上述对玛纳斯背斜的构造精细解释，可以将玛纳斯背斜带的构造特征归纳总结如下：

1）玛纳斯背斜浅层为一个沿始—渐新世安集海河组（E2－3a）底部的泥岩层顺层滑脱的逆冲推覆构造，断层在玛纳斯背斜前翼发生突破出露地表。

2）玛纳斯背斜深部发育复合型构造三角楔，它由正向逆冲断层及其派生的多组反向逆冲断层组成，且正向断层向上在玛纳斯背斜前翼还发育了2～3条正向分支断层。

3）在背斜核部的白垩系（K）反射层内，由反向逆冲断层Fb诱发的多组次级反向逆冲断层F2与断层Fb组成深部复合型构造三角楔的次级复合型构造三角楔。

4）深部复合型三角楔核部发育褶皱调节断层，这些断层属褶皱过程中出现的小断层体系，断层位移量虽然较小，但对E1－2z储集层的孔隙度特别是渗透率有较大的改造。

3 玛河气田的发现

图4 玛纳斯背斜过井地震剖面的早期构造解释方案图

玛纳斯背斜通过两次构造研究与构造圈闭的成图，其构造高点位置、圈闭形态、圈闭面积均相差甚远。2号井是玛纳斯背斜油气获得突破的发现井，证明了基于断层相关褶皱几何模型的构造解析方法勾绘出新构造图的正确性。显然，基于构造几何分析上的构造精细解释方案较为准确地描述了玛纳斯背斜的深部隐伏构造变形特征。可以说，正是合理的构造几何形态建立以及构造变形分析才使得对玛纳斯背斜的构造变形有了正确深入的认识，促进了玛河气田的早日发现。虽然早期的构造解释方案已给出了玛纳斯背斜冲断构造变形体系的总体格局，却没有认识到复合构造三角楔。然而，构成深部复合三角楔体系的4条断层，即1条正向逆冲断层和3条反向发育位置及其形态（图3）均与过玛纳斯背斜的最新地震剖面构造建模方案（图4）大相径庭。主要的区别在于：

1）早期的构造解释方案未考虑深部复合三角楔的正向逆冲断层发育位置应该沿着侏罗系西山窑组煤层（J2x）区域滑脱面向北逆冲。

2）早期解释方案给出的深部反向逆冲断层发育位置带有较大的猜测性，且断层存在明显切割地震剖面同相轴的现象。

3）早期解释方案未能解释出次级构造三角楔以及褶皱调节断层等次级构造。

当然，受地震剖面采集、处理等技术手段的限制，老的地震剖面其品质不高是导致早期构造解释未能详尽玛纳斯背斜构造特征的一个重要原因，但过去未吸收采纳复杂构造建模技术手段来解析准南褶皱冲断带的复杂构造变形，应是阻碍霍—玛—吐构造带油气勘探进展最重要的原因之一。

基于早期玛纳斯背斜构造模型基础之上的玛纳斯背斜紫泥泉子底构造图，玛纳斯背斜为一狭长的线状背斜，溢出点海拔为－2 800 m，最高圈闭线为－2 600 m，高点位于N8709附近。据此部署1号井与最新的玛纳斯背斜构造图（图5）。

图5 玛纳斯背斜古近系紫泥泉子组底界构造图（1997）

根据对玛纳斯背斜构造精细解释提供的成果，玛纳斯背斜浅层逆冲断层下盘存在较为完整的背斜圈闭，背斜两翼发育倾向相对、向深部延伸的逆冲断层，沟通了深部白垩系烃源岩。利用构造圈闭成图提供的基础数据，结合油气成藏综合分析，中国石油新疆油田公司2004年新部署测线结合老资料目标处理，在构造建模基础上进行构造精细解释，准确描绘了玛纳斯背斜带的构造圈闭特征与细节，玛纳斯背斜为相对宽缓的长轴背斜，溢出点海拔为－2 700 m，最高圈闭线为－2 100 m，高点位于N8709以东3 300 m处（图6）。2 006年7月在玛纳斯背斜的构造高点部位钻探2号井，在紫泥泉子组喜获高产工业油气从而发现了玛河气田。可以发现：早期的玛纳斯背斜构造图其构造高点、圈闭面积、圈闭形态等均与钻探结果相差甚远。显然，只有基于复杂构造变形几何学运动学研究的合理构造模型，才能更加逼近复杂构造变形的本质。

图6 玛纳斯背斜古近系紫泥泉子组底界新的构造图（2006）

4 玛河气田的发现对南缘前陆冲断带的勘探意义

玛河气田的发现进一步证实了南缘油气勘探前景广阔，为南缘前陆冲断带复杂构造油气勘探提供了非常宝贵的经验，具有重要的勘探意义。

1）玛河气田的发现是南缘冲断带中组合油气勘探的又一重大发现南缘二、三排大构造是南缘油气勘探的重点领域，它的发现是继呼图壁气田发现数年之后又的一重大发现，为南缘冲断带霍尔果斯、吐谷鲁、安集海背斜等含油气构造精细勘探提供了宝贵的经验。

2）玛河气田的发现进一步展示了该领域具备良好油气成藏条件。安集海河组巨厚异常高压泥岩良好的封盖条件有利于高陡复杂构造油气的保存；深大断裂的发育沟通了深部烃源；构造变形适中的中部成藏组配备良好的规模储层。

3）形成了针对准噶尔盆地南缘冲断带复杂构造带勘探的配套分析技术与方法，为南缘下组合大构造寻找大油气田勘探坚定了信心。

4）玛河气田是准噶尔盆地第一个当年探明、当年开发的高效气田。为当年缓解乌鲁木齐冬季用气紧张作出了巨大贡献，取得了巨大的社会经济效益。

5 结论

准噶尔盆地南缘中段霍—玛—吐构造带具有相似的构造背景，形成的构造组合样式一致，因此，霍—玛—吐背斜带上的玛河气田的发现，无疑为霍尔果斯背斜、吐谷鲁背斜等构造的油气勘探注入新的活力，其研究技术与勘探经验可推广至南缘中段的广大区域。

霍—玛—吐构造带深部（霍—玛—吐推覆断裂下盘）白垩系与侏罗系内（即下部成藏组合）存在构造三角楔引起的背斜变形，也具有良好的勘探前景。

［1］李树新，何光玉，何开泉，等.准噶尔盆地南缘霍—玛—吐构造带晚新生代构造变形特征及时间［J］.浙江大学学报：理学版，2008，35（4）：460－463.

［2］刘和甫，梁慧社，蔡立国，等.天山两侧前陆冲断系构造样式与前陆盆地演化［J］.地球科学——中国地质大学学报，1994，19（6）：727－741.

［3］吴建华，向书政，吴晓智，等.准噶尔盆地南缘东部构造样式与形成机制［J］.新疆石油地质，2002，23（3）：208－210.

［4］刘和甫.前陆盆地类型及褶皱—冲断层样式［J］.地学前缘，1995，2（3）：59－68.

［5］刘保金，沈军，张先康，等.深地震反射剖面揭示的天山北缘乌鲁木齐坳陷地壳结构和构造［J］.地球物理学报，2007，50（5）：1464－1472.

［6］王兆明，罗晓容，刘楼军，等.准噶尔盆地南缘霍—玛—吐断层活动特征及成藏过程［J］.石油学报，2006，27（5）：28－34.

［7］SUPPE J.Geometry and kinematics of fault－bend folding［J］.American Journal of Science，1983，283：684－721.

［8］管树巍，ANDREAS P，李本亮，等.基于地层力学结构的三维构造恢复及其地质意义［J］.地学前缘，2010，17（4）：140－150.

Structural modeling of the Huoerguoshi－Manashi－Tugulu thrust belt at the southern margin of the Junggar Basin and the discovery of the Mahe Gas Field

Kuang Lichun1，Wang Xulong1，Zhang Jian2，Xia Huiping2
（1.Xinjiang Oilfield Company，PetroChina，Karamay，Xinjiang 834000，China；2.Geophysical Research Department of Exploration and Development Research Institute，Xinjiang Oilfield Company，PetroChina，Urumqi，Xinjiang 830013，China）

NATUR.GAS IND.VOLUME 32，ISSUE 2，pp.11－15，2／25／2012.（ISSN 1000－0976；In Chinese）

The Huoerguoshi－Manashi－Tugulu thrust belt with strong deformation belongs to the tectonic unit in the second row of the piedmont of southern margin of the Junggar Basin，which brings about great difficulty in the judgment of structural traps.Through structural analysis based on the geometry model of the fault related folding，a study was first performed on the formation and evolution of the Manashi anticline structure.Then，a geometry model was set up completely simulating the actual structure with outcrop observation and drilling data as the constraints，which helps restrict the multiple explanations on the complex structural belt to be within the reasonable range.Finally the geological profile was charted by forward balanced modeling to reconstruct the geometrical kinematics of the Huoerguoshi－Manashi－Tugulu thrust belt and accurately characterize the features of the Manashi anticline structure，which provides robust technical support for the discovery of the Mahe Gas Field and guides the further hydrocarbon exploration in this thrust belt.

Junggar Basin，southern margin，Huoerguoshi－Manashi－Tugulu thrust belt，structural modeling，Mahe Gas Field

匡立春，1962年生，教授级高级工程师；主要从事油气勘探研究工作。地址：（834000）新疆维吾尔自治区克拉玛依市迎宾路66号。电话：（0990）6883113。E－mail：klc＠petrochina.com.cn

匡立春等.准噶尔盆地南缘霍—玛—吐构造带构造建模与玛河气田的发现.天然气工业，2012，32（2）：11－16.

10.3787／j.issn.1000－0976.2012.02.003

2011－12－15 编辑 赵 勤）

DOI：10.3787／j.issn.1000－0976.2012.02.003

Kuang Lichun，professor－level senior engineer，born in 1962，is mainly engaged in research of oil and gas exploration.

Add：No.66，Yinbin Rd.，Karamay，Xinjiang 834000，P.R.China

Tel：＋86－990－6883 113 E－mail：klc＠petrochina.com.cn