准噶尔西北缘风城期构造沉积格局及源岩分布

沈 扬，李晓剑，贾凡建，高剑雄，丁咸宝

(1.中国石油大学，北京 102249； 2.中国石化胜利油田分公司，山东 东营 257015)



准噶尔西北缘风城期构造沉积格局及源岩分布

沈 扬1，李晓剑2，贾凡建2，高剑雄2，丁咸宝2

(1.中国石油大学，北京 102249； 2.中国石化胜利油田分公司，山东 东营 257015)

准噶尔盆地西北缘早二叠世风城期的构造背景和沉积环境存在争议，制约了源岩分布预测及勘探潜力评价。重新厘定了风城期构造沉积背景，明确了地质结构及连通性演化，预测了源岩分布。研究表明，早二叠世处于区域碰撞造山后的拉张背景，发育伸展断陷盆地。风城期西北缘与南缘的水体总体保持连通，属于海相沉积环境。风城期有利于源岩发育，源岩边界向西北推移10～20 km。克拉玛依以北地区深部可能掩覆有部分风城组优质源岩，具有一定勘探潜力。

构造沉积格局；烃源岩分布；早二叠世；风城组；准噶尔盆地西北缘

0 引 言

准噶尔盆地西北缘(以下简称准西北缘)是中国油气资源最为丰富的地区之一，先后发现克拉玛依等9个油气田，近期中国石化在不被看好的哈拉阿拉特山(以下简称哈山)新发现春晖和阿拉德2个油田[1]，充分表明该区具有丰富的油气资源和巨大的勘探潜力。该区晚古生代以来经历了多期构造活动叠加改造，形成了复杂的地质结构。下二叠统风城组是一套重要层系，为哈山、克拉玛依地区提供了最重要的油源贡献，同时部分层段成为油气储层[2]。目前制约该区油气勘探的主要问题有：①关于准噶尔盆地早二叠世的成盆背景和盆地性质一直以来都存在激烈争议[3-4]，多数学者认为准西北缘早二叠世为前陆盆地，但哈山地区钻井揭示的地层特征与前陆盆地盆缘粗碎屑大片分布的地层充填模式矛盾，需要重新明确构造背景，确定地层岩相分布；②关于风城组的沉积环境长期存在“海相说”与“陆相说”之争[5-8]，而不同沉积环境下烃源岩的发育品质、数量分布乃至评价方法都有较大差异，这一问题亟待解决；③中国石化近期钻井揭示哈山山下掩覆有风城组大套暗色泥岩地层，地球化学测试为优质烃源岩，提升了该区地质评价，拓展了勘探领域。在区域上克拉玛依以北地区与哈山紧密相邻，是否也具有类似的地质条件，勘探潜力如何尚不明确。

1 早二叠世盆地发育的构造背景

准噶尔盆地早二叠世的盆地性质以“挤压背景-前陆盆地论”占据主导地位，认为西北缘发育粗碎屑沉积。这一认识长期指导油气勘探，但近年来的区域地质研究成果并不支持该观点。准西北缘及周边古生代火成岩非常发育，随中亚造山带研究的逐步深入，相关文章陆续发布了一批新的测试分析数据[9-11]，对这些散布的数据进行了系统整理，结合盆地内钻井岩心测试数据对火成岩发育的构造环境进行了分析。

从火成岩时代上看，早二叠世是准噶尔西部岩浆活动的主要时期，中、晚二叠世火山活动明显减弱，仅有少量火成岩发育。结合古地温梯度变化和区域性不整合分析，认为准噶尔西部地区早二叠世与中、晚二叠世属于不同的构造体制。早二叠世火山岩具有明显的双峰式特征，侵入岩则以高钾钙碱性系列、钙碱系列花岗岩占绝对优势。区域地质研究表明，早二叠世火山岩具有钍元素多于钽元素、镧元素多于钽元素，铌元素、钽元素亏损特征，从基性到中酸性稀土元素明显增加，从无铕元素异常转变为明显铕元素异常；花岗岩大离子亲石元素相对高场强元素富集，但锶元素明显亏损，轻稀土元素富集，总体呈右倾“海鸥型”，为A型花岗岩的图谱特征。主量元素和微量元素构造环境判识显示该期火成岩既携带“滞后型”弧火山岩特征[12]，又兼有陆内裂谷信息。结合近年来国内外学者在西准噶尔造山带研究中取得的最新成果[13-16]，综合判断该区早二叠世处于碰撞造山后的拉张环境，应该发育与伸展作用相关的盆地类型，而非前陆盆地。

2 风城期构造沉积格局

从大地构造角度看，早二叠世是准噶尔地区海水由北向南逐渐退出的过程，风城期准南缘博格达地区为海相沉积环境，准西北缘是海相还是陆相环境在地质上取决于当时二者水体的连通性。因此，拼接了多条跨越盆地南北的区域大剖面并进行了重新解释，建立了盆地西北缘与南缘之间的地质格架，以明确盆地结构及演化特征。

从区域大剖面解释成果来看，现今盆内下二叠统主要由正断层控制的残余地堑、半地堑构成，断层对二叠系底部的佳木河组沉积具有强烈的控制作用，下降盘地层明显较上升盘厚，体现了断层具有同沉积活动特点；其上的风城组同样受正断层活动的影响，但断距在整体上都明显减小，说明构造活动有所减弱。准噶尔盆地早二叠世这种构造特征和盆地结构的变化与中国东部中新生代典型裂陷盆地的断-拗转换过程十分类似。早二叠世与中、晚二叠世之间的不整合广泛分布于盆内各个地区，中上二叠统及以上地层均以逆冲断层为主，说明准噶尔盆地早二叠世沉积后构造体制发生了重大转变，下二叠统与中上二叠统之间的区域不整合即是该期构造反转的产物。

从穿越不同构造单元的区域大剖面分析，准噶尔盆地从西北缘到南缘主要发育玛湖、盆1井西和昌吉3个沉积凹陷，凹陷间隔达巴松、中拐、莫索湾等多个隆起带，不同地区风城组的分布具有明显差别。根据各个剖面凸起上地层发育状况、厚度及变化，对3个凹陷风城期的连通性进行初步评价(图1)，可以看出昌吉凹陷与盆1井西凹陷间连通性较好，盆1井西凹陷与玛湖凹陷则连通较差，即从宏观上盆地南缘的海水至少可以抵达盆1井西凹陷，而后2个凹陷在风城组沉积时的连通关系成为研究的关键。

图1 昌吉凹陷、盆1井西凹陷和玛湖凹陷的宏观连通性评价

对达巴松凸起及周边地区的风城组进行了精细解释，自下而上，分别为风一、风二段和风三段。从不同层段地层的展布特征看，风一段和风二段的地层分布十分相似，仅在地层厚度上有差别，此时盆地表现出明显的分割性，地层主要在两侧的凹陷中沉积，玛湖凹陷—哈山、盆1井西凹陷南部—昌吉凹陷分为2个沉积中心，在达巴松凸起上地层局限在一个较为狭窄的通道内。从南向北，地层分布呈“沙漏状”，反映当时达巴松凸起南北两侧的水体连通性较差。风三段地层的展布发生了较大变化，地层分布广，且厚度十分稳定，特别是达巴松凸起上的地层分布区显著扩大，说明此时2个凹陷的水体连通顺畅，为广盆沉积。

从典型剖面的构造演化分析看，下二叠统佳木河组沉积时期，准噶尔盆地处于强烈伸展阶段，此时形成了达巴松水下断隆，风一段至风二段沉积时期继承了这种伸展应力，进一步的拉张使达巴松断隆大部分露出水面，风三段沉积时伸展作用减弱，海水大面积越过达巴松凸起，风三段沉积后区域构造应力反转，在二叠纪末期经历了强烈的改造。而前人的地球化学、岩矿分析表明，准西北缘风城组沉积时的水体盐度在咸水—半咸水之间，且处于还原环境[17]，说明当时该区处于海的边缘，不断有淡水的注入，并且水体具有较深、较安静的特征，综合地质分析，判断该区为较深水的局限海湾环境。在上述研究的基础上，初步建立了风城期玛湖凹陷、盆1井西凹陷和昌吉凹陷的连通关系与演化模式(图2)：风一段至风二段为断陷阶段，由于达巴松断隆的分隔，准西北缘与南缘水体连通不畅，西北缘在局限海湾背景下沉积了云质岩；风三段为拗陷阶段，盆地结构稳定，南、北为一体化沉积，云质岩不发育。

图2 玛湖凹陷、盆1井西凹陷和昌吉凹陷的连通关系与演化模式

3 风城组烃源岩分布预测

构造沉积格局对烃源岩分布具有重要控制作用。确定风城期构造沉积格局后，在局限海湾沉积模式指导下，对研究区的沉积相特征进行了重新厘定。通过对区内钻井揭示风城组的测井和岩心资料分析，认为该区主要发育4种沉积类型：扇三角洲相、滨浅海相、半深海相和火山岩相。扇三角洲相主要分布在克拉玛依以北区块的南侧，并以扇三角洲前缘为主；火山岩相主要分布在夏盐凸起的西侧，属凝灰岩为主的火山碎屑岩；半深海相主要分布在哈山地区，发育深灰色泥岩夹薄层灰色白云质泥岩、粉砂质泥岩或泥质粉砂岩；滨浅海相在区内广泛分布，以灰色凝灰质砂砾岩、灰色凝灰岩夹薄层灰色凝灰质泥岩为主。

通过对多口钻井的统计，初步建立了暗色泥岩与沉积相的相关关系，暗色泥岩主要发育在半深海相，其次为滨浅海相，区内暗色泥岩有机碳含量均在0.5%以上，达到了烃源岩标准。根据构造演化与沉积模式的综合分析，初步恢复了风城期的古沉积边界，哈山和克拉玛依地区的原始沉积边界分别向西北推移20 km和10 km左右。过克拉玛依的大地电磁测深剖面显示该区与哈山类似，都发育逆冲推覆构造，石炭系之下掩覆的低阻地层最有可能为风城组泥岩(该套泥岩的存在是推覆构造形成的必要条件)，该套地层向西一直可以延伸到现今的达尔布特断裂一带，据此预测克拉玛依地区山体下部也可能掩覆有一定规模的风城组烃源岩，具有一定勘探潜力。

4 结 论

(1) 准西北缘早二叠世为碰撞造山后的拉张环境，发育伸展断陷盆地而非前陆盆地，盆地呈凸凹相间的构造格局，风一段为伸展作用较强的断陷阶段，风二、风三段为伸展作用较弱的拗陷阶段。

(2) 风城组沉积时期，准西北缘与准南缘水体总体上是连通的，均为海水介质，风城组为海相沉积，其中准西北缘风一段至风二段因受达巴松断隆的部分分隔而处于局限海湾环境，为云质泥岩发育的有利环境。

(3) 准西北缘风城组有4种沉积类型，其中烃源岩主要发育在半深海、滨浅海相。源岩边界向西北推移10～20km。克拉玛依以北地区与哈山类似，下部可能掩覆有部分风城组烃源岩，具有一定勘探潜力。

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编辑 张 雁

20150128 改回日期：20150609

国家油气重大专项“大型油气田及煤层气开发”(2011ZX05002-002)

沈扬(1972-)，男，高级工程师，1993年毕业于江汉石油学院地质专业，2010年毕业于南京大学构造地质专业，获博士学位，现从事油气成藏综合研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.04.005

TE122.3

A

1006-6535(2015)04-0016-04