博乐盆地及周缘石炭纪以来构造应力场解析

2017-11-01穆玉庆韩立国

石油地质与工程 2017年5期

张美，穆玉庆，韩立国，繆灏

博乐盆地及周缘石炭纪以来构造应力场解析

张美，穆玉庆，韩立国，繆灏

（中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院西部分院，山东东营 257000）

博乐盆地具有较好的含油气远景，但地质研究程度较低，需要对其形成的构造应力场进行分析。选取构造条件复杂的博乐隆起为主要研究区，采用古构造分析方法进行构造应力场解析。通过统计分析节理、断层发育特征，确定了博乐隆起主要发育三组断裂、四期节理。利用共轭X剪节理求取最大主应力方位，结合区域构造演化认识，确定博乐盆地石炭纪以来主要经历了早二叠世NNW-SSE向挤压构造应力场、早二叠世末-中二叠世NWW-SEE向挤压构造应力场、晚二叠世末-三叠世NEE-SWW向挤压构造应力场和晚侏罗世至白垩世NNE-SSW向挤压构造应力场。

博乐盆地；石炭纪；构造应力场

博乐盆地位于新疆准噶尔盆地以西，面积约为7 500 km2，自西向东可划分为三个次级构造单元：温泉坳陷、博乐隆起、精河坳陷（图1）。该盆地为上古生界、新生界的叠合盆地，泥盆系直接覆盖在中元古界变质岩之上，根据野外露头、地震和钻井资料分析，盆地主要发育泥盆系、石炭系、二叠系、侏罗系、新第三系和第四系地层。其中古生界地层发育厚度较大，中–新生界地层相对较薄[1]。本文主要通过对博乐隆起的构造形变进行分析，研究盆地的构造演化过程，有助于研究地层沉积及烃源岩展布。

图1 博乐盆地构造单元

1 区域构造分析

博乐盆地是海西构造运动时期由于天山地槽的回返、山体隆升，在天山山系西段寒武系基底上形成的山间盆地[2-3]。海西初期，天山地槽开始回返，海退发生，阿拉套山、别珍套山和科吉尔琴山雏形形成，直到海西中期该区一直处于抬升阶段。伴随山体隆升作用的影响，两坳夹一隆的构造格局基本形成。海西晚期湖盆下降，普遍接受沉积，除博乐隆起外，形成二叠系上统深湖相和火山喷发相沉积构造。海西末期至印支期湖盆抬升，遭受风化剥蚀，使盆地普遍缺失该时期的三叠系和下侏罗统的部分沉积，同时由于该时期的山体隆升挤压作用，压扭性逆断裂发育，两坳夹一隆的构造格局更加明显。燕山中期盆地下降，局部接受沉积，形成了中、下侏罗统河流相和湖沼相交替沉积建造；燕山晚期盆地一直处于抬升阶段，原沉降中心抬起褶皱，形成侏罗系岩层山前褶皱，而普遍缺失上侏罗统和白垩系沉积。喜山期，造山运动强烈，盆地下降，沉积中心东移，温泉坳陷普遍接收大面积厚层滨浅湖和河流相泛滥平原相沉积，由于三面环山隆升的作用，褶皱构造及同生和伴生断裂十分发育，形成现今的构造格局[4–6]。

2 博乐隆起构造测量与数据处理

本次研究主要采用古构造分析方法，以构造环境较为复杂的博乐隆起为重点研究区域，选取大型断裂发育区为踏勘实测点，对石炭系地层发育的节理、断层进行观察测量。在分析节理性质、产状、期次的基础之上，确定构造应力方向，再结合区域构造背景，确定博乐盆地构造应力场的变化过程。

野外工作线路主要有6条：科克赛、乌兰达坂、南山煤矿、喀拉布拉、大河沿子河、阿沙勒阿乌河，全长约105 km，观测点60个，地层产状描述点12个，断层产状描述点6个，剪节理描述点66个，取样50块。

数据处理过程。首先，在野外通过节理、断层之间相互切割关系对剪节理进行初步的分期与配套[7]；其次，利用吴氏网对早期区域节理产状进行复平[4]（图2）；再利用赤平投影软件StereoNett对每期节理、断层进行产状统计；最后，利用吴氏网绘制各期节理的主应力图解，求取最大主应力方位[8]。

a.原始产状 b.将地层旋转到水平状态 c.恢复到原始产状

3 石炭纪以来构造应力场解析

构造应力场解析主要是探索构造形变与应力状态之间的动力学关系，进而研究区域构造演化过程。目前构造应力场研究的方法主要有古构造分析法（节理、褶皱、断层、擦痕、岩墙等）、显微与超显微组构分析法（如石英、方解石等矿物的光轴方位等）、实验方法、数值分析法以及物理模拟法等[9–11]。

通过野外踏勘及前期地质图分析，博乐地区共发育三组断层，节理描述点具体分布在三组断层附近。通过节理、断层之间相互切割关系，分析认为博乐隆起区主要发育4期剪节理。Ⅰ期早期区域剪节理发育规模一般较大，主要见于科克赛、南山煤矿地区，延伸长度为1~2 m，产状近乎直立，剪节理充填程度较高，为半充填—充填，充填物主要为泥质、方解石（图3）。Ⅱ期剪节理发育规模中等-大，主要见于科克赛、大河沿子河、阿沙勒阿乌河地区，延伸长度为0.5~3 m；剪节理充填程度为未充填—半充填，充填物主要为泥质、方解石（图3）。Ⅲ期剪节理发育规模小-中等，主要见于科克赛、乌兰达坂、大河沿子河地区，延伸长度为0.5~2.0 m；剪节理充填程度为半充填—充填，充填物主要为泥质、方解石（图3）。Ⅳ期剪节理发育规模较小，主要见于科克赛中北部，延伸长度约0.5 m；剪节理充填程度为未充填—半充填，充填物主要为方解石、泥质（图3）。科克赛、南山煤矿局部地区发育倾角较陡的区域剪节理、X型剪节理，乌兰达坂地区发育走滑性质的剪节理，断层交汇处多发育X型剪节理。

根据区域地质演化分析，博乐盆地石炭纪以来构造应力场分为四期。第一期为早二叠世，海西运动初期，在NNW-SSE向挤压构造应力场作用下，博乐盆地雏形开始形成，在盆地边缘近EW、NW-SE走向山脉隆升，盆地内部石炭系地层内伴生大规模的NNE-SSW走向的剪节理；第二期为早二叠世末-中二叠世，海西运动中期，在NWW-SEE向挤压构造应力场作用下，博乐地区仍处于抬升阶段，盆地边缘构造反差继续加强，盆地内部NE-SW走向的博乐隆起开始隆升，分割博乐盆地为两大坳陷（温泉坳陷与精河坳陷），在博乐隆起内部伴生了大量NEE-SWW走向的逆断层、NE-SW走向的剪节理；第三期为晚二叠世末-三叠世，海西运动末期至印支运动期，在NEE-SWW向挤压构造应力场作用下，盆地边界形成了由NNW-SSE向压扭性逆断裂带，盆地内部相应伴生大量NW-SE走向的剪节理；第四期为晚侏罗世至白垩世，燕山运动晚期，在NNE-SSW向挤压构造应力场作用下，盆地边界阿拉套地区侏罗系地层发生强烈逆掩推覆隆起，白垩系地层广泛缺失，盆地内部石炭系地层伴生小规模的NNW-SSE走向逆断层及同走向的剪节理（图4）。

图3 Ⅰ-Ⅳ期剪节理野外照片

4 结论

（1）通过野外踏勘，发现博乐隆起主要发育三组逆断裂：NEE-SWW向、NNW-SSE向、NNW-SSE向逆断层，表明主要受挤压构造应力场作用。

（2）在断裂发育区剪节理较发育，先后共四期，充填程度不等，第Ⅰ期早期区域剪节理发育规模最大，此后逐渐变小，表明构造运动对石炭系地层影响越来越小。

（3）结合区域地质演化分析，博乐盆地石炭纪以来构造应力场主要应为四期。第一期为早二叠世，海西运动初期，为NNW-SSE向挤压构造应力场；第二期为早二叠世末-中二叠世，海西运动中期，为NWW-SEE向挤压构造应力场；第三期为晚二叠世末-三叠世，海西运动末期至印支运动期，为NEE-SWW向挤压构造应力场；第四期为晚侏罗世至白垩世，燕山运动晚期，为NNE-SSW向挤压构造应力场。

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编辑：赵川喜