塔城盆地构造演化及对油气成藏的影响

2015-02-17吕铁良曲彦胜王圣柱庄新明赵玉峰

特种油气藏 2015年1期

关键词：盆系塔城石炭系

吕铁良，曲彦胜，王圣柱，庄新明，赵玉峰

(1.中国地质大学，北京 100083；2.中石化胜利油田分公司，山东东营 257000)

塔城盆地构造演化及对油气成藏的影响

吕铁良1，2，曲彦胜2，王圣柱2，庄新明2，赵玉峰2

(1.中国地质大学，北京 100083；2.中石化胜利油田分公司，山东东营 257000)

针对塔城盆地勘探程度低、构造及演化认识不清等关键问题，运用构造解析理论，搞清了研究区“两坳夹一隆”的构造格局；利用平衡剖面技术恢复了构造演化历程并明确了对烃源岩发育与热演化的控制作用。研究区发育泥盆系和石炭系2套主力烃源岩层系、砂砾岩与火山岩2种类型储层、纵向深大断裂与横向不整合面复合输导体系，建立了古生古储型和古生新储型2类油气成藏模式，指出了下步有利勘探方向。

油气成藏模式；成藏条件；构造演化；塔城盆地

引言

塔城盆地位于新疆维吾尔自治区西北部，是由塔尔巴哈台山、巴尔鲁克山、谢米斯台山环抱的山间盆地，面积8 300 km2，是在古生代基底上形成的多旋回的叠加复合型盆地[1-3]。盆地整体勘探程度较低，前期只对古生代石炭系烃源岩开展了部分研究[4-5]，对油气成藏条件的分析方面尚未开展研究工作。为了进一步评价该盆地的油气勘探潜力，充分利用野外露头、重磁、电震等资料，系统研究盆地结构、形成演化、油气成藏条件等关键因素，找出下步有利勘探方向。

1 构造与地层发育特征

1.1 构造格局

塔城盆地呈不规则方形，主体走向为NE至SW向。据横跨盆地的2条重磁电震综合剖面(NE01和SN02)显示(图1、2)，盆地整体受控于北部的塔尔巴哈台山南、南部的霍吉尔特、新地等主断裂，内部发育阿布都拉断裂和额敏北断裂。在构造上具有“两坳夹一隆”的特点，即北部的库吉坳陷、中部的哈巴克隆起、南部的额敏坳陷。其中额敏坳陷、库吉坳陷是分属谢米斯台山、塔尔巴哈台山的山前坳陷；中部哈巴克隆起是南北构造对冲形成的冲起构造，受额敏北断裂和阿布都拉断裂的双重控制。

1.2 地层发育

塔城盆地以泥盆系为基底[6]，自下而上发育石炭系、二叠系、中生界、第三系以及第四系，各层系间均为不整合接触。其中下二叠统—石炭系发育火成岩和碎屑岩沉积，火成岩包括安山岩、凝灰岩、玄武岩、流纹岩和火山角砾岩，碎屑岩主要为泥岩、凝灰质泥岩、砂岩、细砂岩。新生界以碎屑岩沉积为主。位于额敏坳陷中部的塔参1井仅揭示新生界、二叠系和石炭系地层，缺失中生界，新生界直接不整合于二叠系和石炭系之上。在钻井标定的基础上，通过重磁、MT联合反演，认为盆地内中生界地层整体剥蚀较强烈，仅在局部地区残留。

研究区不同构造单元残留地层厚度及埋深差异较大，基底埋深为1 500～6 000 m，南北坳陷区埋深较大、中间隆起区较浅。其中额敏地区下石炭统厚度为1 500～3 500 m，下二叠统—上石炭统残留厚度为1 000～2 500 m，新生界厚度为500～1 100 m；库吉地区下石炭统厚度为1 500～3 500 m，下二叠统—上石炭统残留厚度为1 500～2 500 m，新生界厚度为500～800 m。

图1 过塔城盆地SN02线南北向地震及电阻率剖面

图2 过塔城盆地NE01线东西向地震及电阻率剖面

2 构造演化历程

综合前人研究结果[7-8]，塔城盆地的形成经历了复杂的地质构造历史，晚石炭世之后，塔城盆地经历了4期演化过程。

2.1 石炭纪末—二叠纪洋陆转化阶段

晚古生代期间，塔城盆地处于塔尔巴哈台岛弧与玛依力—扎伊尔残余洋盆之间，是在早古生代岛弧基底上发育起来的晚古生代陆缘火山岩带，具有弧后盆地性质。石炭纪早期盆地处于伸展裂解构造环境并伴有大规模岩浆喷发，石炭纪晚期盆地所处的弧后盆地及前端的岛弧带与哈萨克斯坦板块拼贴在一起。早二叠世整个盆地进入陆内盆山地演化阶段，发育下二叠统陆相火山岩地层；晚二叠世受到持续挤压应力作用，盆地继续褶皱抬升和剥蚀，上二叠统缺失。该阶段控制现今盆地的边界断裂及控制盆地内隆起和坳陷的二级断裂形成，奠定了盆地的主要构造格局。

2.2 三叠纪—白垩纪强烈隆升阶段

整个中生界时期，受到区域挤压作用，盆地长期处于隆升剥蚀状态，未接受中生界沉积，推测只在低洼区局部分布。

钻井和野外调查均未发现中生界，进一步说明此阶段盆地处于继承性隆起区，地层遭受剥蚀，为周缘盆地提供物源。

2.3 古近纪—新近纪快速沉降阶段

古近纪进入陆内盆地发育阶段，北部的塔尔巴哈台山和南部的谢米斯台山向盆内强烈冲断，盆地剧烈沉降，接受了巨厚的古近系沉积。新近纪时期，南部和北部的褶皱冲断再次大规模强烈活动，形成南北2个山前褶皱冲断带，盆内的额敏坳陷、哈巴克隆起和库吉坳陷等次级构造最终定型。

南部的谢米斯台山构造活动强于北部的塔尔巴台山，南部断裂断距大，地层剥蚀量也较大，残留地层薄；盆内的哈巴克隆起受额敏北断裂和阿布都拉断裂的控制，古近系和新近系残留厚度较薄，南北2个坳陷残留地层厚度较大(图3)。

图3 塔城盆地南北向构造演化模式

2.4 第四纪—现今稳定沉降阶段

第四纪之后，构造活动相对较弱，早期控盆、控凹断裂基本停止活动，盆地处于相对稳定的沉降期，第四系沉积覆盖整个盆地。

3 构造演化对烃源岩发育的控制和影响

烃源岩的发育直接受大地构造背景的控制[9]，盆地演化过程中沉积、沉降中心的迁移变化决定了烃源岩发育的有利相带与位置，也进一步影响油气藏平面分布。塔城盆地发育泥盆系、石炭系和二叠系3套烃源岩，受构造演化和沉积埋藏史的影响，不同层系烃源岩的有机质丰度、类型和成熟度差异较大。

3.1 泥盆系烃源岩

野外地质调查认为，塔城盆地发育中泥盆统和上泥盆统海相与海陆交互相的烃源岩。中泥盆统为一水进水体加深的过程，发育滨海—滨浅海相沉积环境，灰黑色泥岩广泛发育，厚度为180～320 m，厚度最大可达490 m，是主力烃源岩发育段。有机地化分析，TOC值为0.77%～1.18%，平均值1.22%，Ro值为0.57%～1.5%，平均值1.08%，以Ⅱ1型为主。

上泥盆统烃源岩在塔尔巴哈台山前出露，北部克孜别提剖面，以熔结凝灰质、细砂岩组合为主，暗色泥岩欠发育，TOC值为0.17%～0.5%，平均值为0.31%，Ro值为1.08%～1.7%，平均值为1.38%，有机质类型以Ⅲ型为主。中部别其尔苏河剖面，暗色泥岩较发育，以灰黑色粉砂质泥岩、灰黑色泥岩为主，累计厚度达225 m；TOC值为0.57%～3.67%，平均值为1.32%，Ro值为2.97%～3.51%，平均值为3.2%，有机质类型以Ⅱ1—Ⅲ型为主。总体来看，上泥盆统烃源岩主要在南部发育，反映了当时的沉积中心位于盆地的中南部。

3.2 石炭系烃源岩

盆内钻井和野外地质调查表明，石炭系烃源岩主要发育在下石炭统[10]。塔参1井石炭系下部岩性组合为沉积岩夹火山岩，上石炭统为巨厚火山岩夹碎屑岩沉积，下石炭统南明水组(C1n)暗色泥质岩类厚度较大，厚度为126～279 m。分布范围广，且较为稳定，为主要烃源岩发育段，TOC值为0.23%～1.87%，平均值为1.22%。

3.3 二叠系烃源岩

构造演化史分析表明，晚二叠世，整个盆地处于褶皱隆升和剥蚀阶段，上二叠统不发育。野外露头和钻井均揭示到下二叠统烃源岩。别其尔苏河剖面下二叠统岩性为黑色泥岩夹薄层粉砂岩组合。有机地化分析，TOC值为0.31%～0.91%，平均值为0.68%，Ro值为1.65%～1.68%，平均值为1.67%，有机质类型以Ⅲ型为主。从钻井和野外露头来看，下二叠统烃源岩的厚度相对较薄，为次要烃源岩发育段。

3.4 构造演化对烃源岩发育的控制和影响

塔城盆地三叠纪—白垩纪的强烈隆升对烃源岩的发育与热演化的影响最大。该阶段的强烈隆升导致了二叠系上部地层的剥蚀，仅残留下二叠统烃源岩，也导致泥盆系和石炭系2套烃源岩的一次生烃停止。古近纪之后的沉降作用补偿了T-K隆升作用造成的温度损失，泥盆系和石炭系烃源岩再次进入成熟门限，开始二次生烃。

通过以上分析认为，受构造演化的影响，塔城地区上古生界发育中泥盆统和下石炭统2套烃源岩，有机质丰度高、类型好、厚度大、分布较广，具有良好的生烃潜力。

4 油气成藏模式

根据研究区油气成藏条件分析，推测塔城盆地发育2种油气运聚成藏模式：近源垂向断层—不整合运聚古生古储型成藏模式；近源混向阶梯状运聚晚期古生新储型成藏模式(图4)。

图4 塔城盆地油气运聚成藏模式预测

4.1 近源垂向断层—不整合运聚古生古储型成藏

该模式主要形成于古生代地层系统，属自生自储型成藏组合。根据埋藏史分析，泥盆系和石炭系2套主力烃源岩在中二叠纪达到生排烃高峰，现今已进入成熟-高成熟演化阶段。在生排烃时期，区域构造活动频繁，发育近东西、北东向的规模较大的控盆、控凹断裂，这些深大断裂为油气的垂向输导提供了良好通道；泥盆系—石炭系、石炭系—二叠系以及上、下石炭统之间的区域性不整合面为油气横向运移提供通道[11]。晚石炭—二叠纪发育多套火山岩和(砂)砾岩沉积，同时受构造和风化淋滤的双重改造，可以形成良好的储集层。因此，泥盆系和石炭系生成的油气在中二叠纪时期，沿断裂和不整合面形成的输导体系运聚至古生代火山岩和碎屑岩储集层中，在地层-岩性或潜山圈闭中聚集成藏，形成古生古储型油气藏。

4.2 近源混向阶梯状运聚晚期古生新储型成藏

油源主要来自于泥盆系和石炭系烃源岩排烃或者早期油气藏的破坏调整，具有次生油气藏的特征。中生代是一个强烈隆升剥蚀的阶段，地层整体缺失，这个时期泥盆系和石炭系的烃源岩受到抬升，生烃停止，从新生代开始，由于盆地的快速沉降，沉积地层补偿了先期抬升剥蚀造成的地温损失，烃源岩再次达到生烃门限，进入二次生烃阶段，此时油气沿深大断裂和不整合面形成的输导网向上覆新生代地层运移，在碎屑岩储集层中聚集成藏；另一方面，早期古生界地层系统中形成的油气藏在后期运动中遭受破坏，油气藏遭受调整改造，在披覆于古潜山之上的构造、地层超覆圈闭中聚集成藏，形成古生新储型油气藏。

综上分析，认为盆地深部早期形成的古生古储型地层—岩性、潜山油气藏及现今构造中的凸起区所形成的古生新储型构造、地层超覆油气藏是油气勘探的有利方向。