伊宁凹陷构造演化与变形特点分析

2015-04-27董银磊于明德曹建康

石油地质与工程 2015年2期

尤越，董银磊，于明德，曹建康

（1.西南石油大学地球科学与技术学院，四川成都610500；2.中国石化河南油田分公司石油勘探开发研究院）

1 地质背景

伊犁盆地属于伊犁－中天山微地块，南、北缘分别夹持于北天山缝合带和中天山缝合带之间，并位于塔里木与准噶尔两大盆地之间（图1）；整个伊犁盆地包括哈萨克斯坦国相邻部分区块（主要为扎尔肯特凹陷）和国内统称的伊犁盆地两部分，国内的伊犁盆地呈向东收敛的不对称三角形，西部“撒开”朝向哈萨克斯坦［1－4］；伊犁盆地呈典型“两坳一隆”的构造格局，从北到南依次为北部坳陷、中央隆起和南部坳陷［5－6］。

图1 伊犁盆地区域构造位置

伊宁凹陷位于伊犁盆地西北部的北部坳陷，是区内勘探程度相对较高的地区，到目前为止区内主要有N1井、N2井等10口探井，其中N1井、N4井和YN1井在中生界见到多套较好油气显示，N1井、N4井试获低产油流。本文依据河南油田对伊宁凹陷近两年地震地质综合研究的成果，结合区域构造背景和区内钻井、地质露头等资料，针对与区内油气运聚相关的两个主因素，利用平衡剖面综合分析法，开展了伊宁凹陷不同区带构造变形特点分析和中生代以来的构造演化特征研究。

2 构造变形特点

伊宁凹陷自海西期以来经历了印支、燕山、喜山等多期次的构造变形叠加，尤其是印支期以来不同期次的断裂－褶皱更为强烈，并且具一定特色。同时，由于受天山北东到南西方向的强烈挤压－逆冲－推覆作用，区内发育不同活动强度的断裂、断裂－褶皱组合样式以及不同变形强度的褶皱，在不同区带具有明显的分带性。因此，就整个伊宁凹陷而言，根据其断裂发育程度、纵横向的地层变形褶皱特点等，研究区自北而南可分为北缘强烈变形带、霍城－曲鲁海弱变形带、察县－Y2井中等变形带和南部中强变形带等4个不同强度的构造变形带（图2）。现将这四个变形带所具有的不同断裂褶皱特点等分述如下。

2.1 北缘强烈变形带

该变形带位于霍曲断裂与北缘科古琴山之间的褶皱变形区，主要表现为沿大致以北西走向的霍曲断裂发生了由北东向南西方向的强烈逆冲推覆作用，在该带内同时形成了由霍曲、清水河等断裂与相应褶皱，以及由此而成的叠瓦状、对冲、背冲等主要构造样式；同时，沿该带发育的霍曲断裂等大型壳幔断裂不同地段发育了一系列海西期喷发型或者侵入型等不同类型的火成岩，这些火成岩在海西期形成了沿该断裂发育的火山岛链，大多数未接受二叠系沉积。就该变形带的残存地层来看，又可分为明显的北东东和南西西两段。沿N5井及其西北段主要以发育系列海西期火山岛链为特点，仅在三叠纪晚期和侏罗纪接受了200～800 m的中生代地层，该段主要表现为北东东－南西西的强烈“对冲”断裂－褶皱；N5井东南段，则主要以由北向南的印支－燕山期－喜山期强烈逆冲推覆褶皱变形为特点，从目前的实钻与地震解释成果来看，主要残存地层为较薄的古生界和中生界为主，并向北东方向表现为明显的逐渐减薄趋势。

图2 伊宁凹陷大型断裂及构造变形强度

2.2 霍城－曲鲁海弱变形带

该变形带紧邻北缘的强烈褶皱变形带，并以霍曲断裂为界，西南沿察县以北－伊宁断裂－阿吾拉勒山西北一线为界，包括霍城次凹和曲鲁海次凹。该变形带处于自西南往东北延伸达180 km左右的霍曲断裂深盘，且沿该断裂深盘不同地段发育了轴向各异、幅度不一、面积不等的系列鼻状构造，这些不同程度的鼻状构造与发育的各种次级断裂构成了不同期次叠瓦状为主的构造样式；该变形带内除南、北发育的伊宁断裂和霍曲断裂外，区内发育的断裂走向主要以北西向为主，或斜交、或平行于南北两端的大型断裂，其平面延伸长度在10～70 km左右，且垂向断距100～500 m。该弱变形带发育地层较全，而且相对较厚，主要目的层二叠系、三叠系、侏罗系残存厚度分别在1 200～3 900 m、1 000～1 800 m、1 100～2 600 m。

2.3 察县－Y2井中等变形带

该带与东北部的霍城－曲鲁海弱变形带相邻，南界以加格斯台断裂北端为界，并与北部构造变形带边界近乎平行。该带内构造主体轴向自察县至东南依次由近东西向－北西向－近东西向等多个断裂褶皱变形区构成；该变形带以发育系列北西－近东西向背冲和花状构造样式为主，发育的断裂平面延伸仅5～20 km，而且断面较陡；该变形带主要以发育断背斜、断鼻等系列构造为主，而且区内主要目的层二叠系、三叠系、侏罗系残存相对较全，残存厚度分别为600～1 700 m、550～1 400 m、300～2 100 m。

2.4 南部中强变形带

该带位于乌孙山北坡至察县－Y2井中等变形带南界以南，整体以“北深南浅、北厚南薄”的残存中－古生代地层结构为特点，为典型的“单斜”，并倾没于东北部较深区。该带自古生代以来一直处于一角度相对较大的斜坡部位。斜坡带南部山前构造活动相对强烈，发育的一系列由南向北逆冲的阶梯状逆断层与其褶皱共同构成了不同形式的叠瓦状构造样式，在该带主要沿北东向加格斯台断裂等发育多个北东轴向的断鼻或断块；正是由于由南向北逆冲断裂的掀斜作用，导致部分边界断裂沿断裂面发育海西期喷发型或者侵入型等不同类型的火成岩。

3 中生代以来的构造演化特征

不同的区带构造变形特点常常与其构造变形机理相一致，同样，伊犁盆地伊宁凹陷不同区带的断裂褶皱构造变形强弱与该凹陷内不同时期的构造演化密不可分。通过区内典型地震地质剖面的不同时期平衡演化分析发现，伊宁凹陷在天山造山带区域构造背景下，自中生代以来的构造演化主要经历了印支期弱挤压断坳盆地形成阶段、燕山早中期的类前陆挤压盆地形成与发展阶段、燕山晚期的微不均衡整体升降改造阶段、喜山期强烈逆冲推覆不均一湖盆发展阶段等四个主要构造演化阶段（图3）［7－10］，其主要特点分析如下。

3.1 印支期弱挤压断坳盆地形成阶段（图3A、B、C）

早三叠世开始，伊犁盆地由于受南北向天山造山运动的影响，区内主要以南北向弱挤压隆升、褶皱变形为特点，且受南、北天山缝合带对古生代沉积地层的改造作用，使得伊犁盆地处于两大缝合带的“三角”地带，并几乎与塔里木和准噶尔盆地处于以“低隆起”为隔离带的弱挤压断坳盆地形成阶段。在三叠纪早期，区内一直处于整体隆升剥蚀阶段，未接受三叠系下部的沉积；直到三叠纪中期伊宁凹陷才开始接受沉积，其沉积基底为海西末期不均衡的隆升剥蚀为基础，而且又继承了海西期整体原有的沉积结构及特点，并与下伏古生代地层呈明显的区域微不整合接触关系；该阶段表现为明显的“北断南超”沉积特点，而且还发生了部分的早期继承性逆冲断裂，该阶段的褶皱变形主要发生在中北部。

图3 伊宁凹陷AA｀测线平衡剖面

正是由于中三叠世的不均一的断裂褶皱以及演化沉积环境，其沉积岩层主要为冲积扇－滨浅湖相的砂砾岩加泥岩不等厚红色－杂色沉积。直到三叠纪晚期伊宁凹陷整体开始下沉，仅在伊宁凹陷南北两侧有明显的断裂活动，并在该阶段区内接受了一套以霍城县南部和伊宁县南部两个沉积沉降中心为代表的白碱滩组湖湘砂泥岩沉积，进而形成了上三叠统白碱滩组这一主力生烃岩系。印支末期，白碱滩组由于南北两侧天山造山运动形成的北东－南西向挤压隆升，使其遭受了不均衡的隆升剥蚀，而且北部表现为相对强烈的褶皱断裂隆升剥蚀，而南部则为相对较弱的掀斜隆升剥蚀。

3.2 燕山早中期的类前陆挤压盆地形成与发展阶段（图3D、E）

燕山早期，由于南北天山进入挤压弱松弛阶段，使得伊宁凹陷在继承前期三叠纪白碱滩期沉积抬升剥蚀的构造格局基础上，发生了不均衡的整体沉降作用，使得该凹陷沿察布查尔－伊宁市一带沉降相对较深，并在南部表现为明显向北倾没的斜坡构造背景，而在N4井西北方向和N1井附近发生了明显与沉积同时伴生的继承性持续逆冲，并最终使伊宁凹陷在八道湾期－西山窑期的沉积沉降中心，基本处于横跨霍城－曲鲁海弱变形带与察县－Y2井中等变形带上，沿察县－伊宁县一带分布；同时接受了一套以煤沼相－湖湘沉积为主的暗色地层。

到侏罗纪头屯河期，伊宁凹陷开始进入明显的微隆升与盆地发展萎缩阶段，此阶段的沉积结构虽然继承了前期的基本构造断裂特点，然而沉积环境由原来的还原环境转变为明显干燥的氧化环境，在早期老断裂基础上出现了逐渐的断裂活化作用，使得区内仅接受了一套厚度不大的以河流相－浅湖相为主的杂色－红色沉积岩层，在之后的燕山中期发生的构造运动下出现了大规模的总体隆升剥蚀，伊宁凹陷南北两端剥蚀较为强烈，这种抬升剥蚀状态一直持续到早白垩末期，进而形成了侏罗系与白垩系之间明显的区域不整合面。区内大多数圈闭均在该阶段逐步由雏形进入半定型状态。

3.3 燕山晚期的微不均衡整体升降改造阶段（图3F）

区内在早白垩世处于持续挤压隆升剥蚀状态，致使伊宁凹陷在晚白垩世东沟期才出现了一定幅度的微沉降，并接受了一套200～300 m厚的灰白色石英砂岩等沉积岩层；同时，该阶段末期出现了整体的隆升剥蚀，并发生了一定的逆冲推覆，而且伊宁凹陷北部的活动强度略强于南部。

3.4 喜山期强烈逆冲推覆不均一湖盆发展阶段（图3G）

喜马拉雅期，印度板块与欧亚板块的强烈碰撞，使得西部塔里木与准噶尔盆地以及伊犁盆地在内均发生了强烈快速挤压隆升剥蚀，伴随着北天山、中天山、南天山的快速隆升剥蚀，仅在伊宁凹陷内沉积了一套厚度不一的红色岩组，YN1井－N1井一带相对较厚，厚度可达900 m左右，而N3－N4井及其以南的广大地区仅接受了200～300 m左右的沉积。喜山中期，逆冲推覆在伊宁凹陷南北两侧表现相对较为强烈，而且北部逆冲幅度和强度明显大于南部，直到新近纪在区内强烈的逆冲推覆与不均衡挤压应力环境下，使伊宁凹陷中北部，即霍曲断裂的深盘发生了强烈的不均衡坳陷，并接受了一套霍城地区厚达2 000 m左右的杂色－红色河流－浅湖相沉积岩层，而YN1井接受的该套沉积地层厚度仅1 500 m左右。

直到新生代第四纪伊宁凹陷基本处于山间泥砾岩－砂砾岩河流相－洪积相沉积阶段。

4 构造演化与油气运聚关系

由于盆地的构造演化与构造变形共生，并控制着其沉积地层的沉积、生烃岩系的油气生成及后期沿着不同的油气汇聚“通道”运聚，所以伊宁凹陷的构造演化同样也与区内的油气运聚密不可分。

（1）印支期的构造运动促使了区内二叠系塔姆其萨依组烃源岩的初步生烃与运聚。印支期，伊宁凹陷在三叠系白碱滩组沉积之后，二叠系塔姆其萨依组烃源岩逐渐进入生烃门限，并开始沿着早期发育的断裂面和砂岩输导层等向早期的圈闭中运聚；印支末期，伊宁凹陷在后期的弱挤压隆升过程中，在大部分地区出现了明显的整体隆升剥蚀。

（2）燕山期的构造运动有效促进了二叠系塔姆其萨依组烃源岩的快速成熟与生排烃。燕山期，由于伊宁凹陷2 100～2 600 m厚侏罗系沉积地层的覆盖，使伊宁凹陷二叠系烃源岩整体进入快速生排烃阶段，同时，三叠系白碱滩组烃源岩也开始进入生排烃阶段，该阶段早期形成的各种类型的圈闭开始成为油气运聚的主要指向区。