阿尔金山前带东坪—牛中地区新生代构造解析及其油气意义

杜威，陈琰，王振东，卞青，郭召杰

（1.造山带与地壳演化教育部重点实验室，北京 100871；2.北京大学地球与空间科学学院，北京 100871；3.中国石油青海油田公司，甘肃敦煌 736202）

0 引言

阿尔金断裂为大型走滑断裂、青藏高原的北边界，前人针对阿尔金断裂开展了大量研究并取得了一些共识：阿尔金断裂新生代左行走滑运动始于距今 50 Ma左右，左行走滑位移量为200～400 km[1-5]。柴达木盆地是阿尔金断裂南侧的大型含油气盆地，盆地油气勘探始于1954年，至2016年已发现油气田29个，探明油气地质当量10.2×108t[6]。前人针对柴达木盆地新生代构造及油气成藏等方面开展了大量工作[6-22]，在盆地东坪、牛中地区发现基岩油气藏，开拓了盆地油气勘探新领域，至2015年已探明天然气地质储量519×108m3。由于位于阿尔金山前带中段的东坪、牛中地区新生代构造演化及油气成藏过程与盆地西南部有明显区别，而且该区构造变形复杂、油气圈闭类型以断层相关的构造圈闭为主，有关该区新生代构造演化过程及油气意义的深入研究对认识阿尔金断裂新生代活动方式、盆地油气成藏和勘探具有重要意义。本文利用高分辨率地震数据，对制约牛中、东坪地区侏罗系烃源岩成藏的新生代构造进行研究，并结合钻井、测井等资料对区域新生代构造演化的油气意义进行探讨。

1 区域地质背景

柴达木盆地位于青藏高原东北缘，盆地呈三角形，被南部的东昆仑断裂、西北部的阿尔金断裂和北部的祁连断裂带所围限。作为高原内部独特的以两条大型走滑断裂带（阿尔金走滑断裂带和东昆仑走滑断裂带）为边界夹持的盆地，柴达木盆地新生代构造演化在时间、空间上受两条大型走滑边界断层叠合控制：古近纪盆地主要受控于阿尔金断裂左行走滑，盆地西南部处于伸展环境、北缘祁连山前带处于压扭环境；新近纪以来，受东昆仑断裂左行走滑活动及向北迁移的影响，盆地西南部开始出现一系列压扭性构造。柴达木盆地受阿尔金与东昆仑左行走滑断裂联合控制，两条大型左行走滑断裂及北缘—祁连山逆冲褶皱带在时间与空间上叠合，构成了柴达木盆地新生代以来独特的走滑叠合盆地构造特征[16,22-24]。柴达木盆地西南部广泛发育一组北西—南东向构造，在现今地表形成英雄岭、南翼山等一系列线性分布的褶皱群。关于盆地西南部这类北西—南东向构造的形成原因，部分学者认为与冲断构造有关[10-12,25-27]。近年来新的研究表明，盆地西南部的北西—南东向构造是一系列走滑断裂相关构造，这类褶皱受东昆仑断裂、阿尔金断裂叠合控制，在剖面上表现为花状构造特征，大多于中新世以后开始形成[24,27-31]。盆地内部沿阿尔金山前带的牛中、东坪地区还分布有一系列近东西向断裂，如牛北断裂等。Wu等[14]和Zhao等[19]认为该组断裂成因与阿尔金断裂新生代左行走滑运动密切相关。柴达木盆地内发育柴北缘及阿尔金山前带中段侏罗系淡水湖沼相、柴西地区古近系—新近系咸化湖相烃源岩及柴东地区第四系生物气源，形成了各具特色的3套含油气系统[6]。目前阿尔金山前带中段油气勘探取得突破的东坪 1井、牛新 1井等井位均位于近东西向和北西—南东向构造结合部位，两组构造的新生代演化共同制约了山前带东坪、牛中地区侏罗系烃源岩成藏。

东坪—牛中地区位于阿尔金山前带中段、柴达木盆地西北部，距阿尔金主断裂约45 km（见图1）。遥感图像显示（见图1b），东坪、牛中地区北部发育一组以牛北断裂为代表的近东西向断裂，该组断裂穿过牛中与阿尔金主断裂之间的基岩隆起。区域地貌现今地表起伏较小，与盆地西南部地表广泛发育北西向背斜形成显著差异。

2 东坪—牛中地区新生代构造特征

为精细研究牛中地区新生代构造活动方式，厘定区域新生代构造演化过程，本文在研究区选取了 3条地震剖面（剖面位置见图1c）进行解释，并利用三维数据体制作了相干属性切片（见图2）和顶面构造分布图。本文所使用的三维地震数据均在中国石油青海油田公司勘探开发研究院物探中心使用KINGDOM软件处理、解释。本文地震剖面中地层识别基于青海油田物探中心钻井、测井等资料，地层划分方案由老到新可分为7组：古近系路乐河组（E1+2）、古近系下干柴沟组（E3，下干柴沟组下段底界的地震界面为 T5，下干柴沟组上段底界的地震界面为T4）、新近系上干柴沟组（N1，底界的地震界面为 T3）、新近系下油砂山组（N21，底界 T2）、新近系上油砂山组（N22，底界 T2′）、新近系狮子沟组（N23）及第四系七个泉组（Q1）[16,32]。

图2三维地震数据相干地震属性切片可清晰显示牛中地区新生代构造几何学特征。牛中地区主要发育两组断裂：牛北断裂和牛东Ⅰ、牛东Ⅱ断裂。其中近东西向牛北断裂在牛中地区深、浅相干地震属性切片中均有显示；北西—南东向牛东Ⅰ、牛东Ⅱ断裂仅在牛中地区深部相干地震属性切片中显示（见图2b、图2c）。

2.1 牛北断裂新生代构造特征

牛北断裂是东坪、牛中地区最具代表性的近东西向断裂。地震相干属性切片显示（见图2b），牛北断裂在深部表现为一条简单的近东西向断裂（见图2c）；在浅层中段分叉为南北两条断裂，于东段再次合为一条断裂（见图2b）。遥感图像显示（见图2a），牛北断裂错断现今水系，表现出左行走滑特征。

剖面A—A′中（见图3），牛中地区新生界总体呈北高南低形态。牛北断裂浅部近直立，深部向北倾斜，切穿剖面新生界。受断裂逆冲分量影响，断裂上盘油砂山组及以上地层向地表抬升，油砂山组以下新生界缺失。断裂下盘油砂山组地震同向轴有显著向高点减少现象，与其下伏地层相对稳定的层厚分布形成明显对比。

剖面 B—B′中（见图4），牛中地区新生界同样呈北高南低形态，牛北断裂在剖面中分叉为两条稍向北倾的分支断裂，错断所有新生界，断裂上盘缺失油砂山组以下新生界。下油砂山组同向轴向高点显著减少，其下伏地层主体厚度几乎没有变化。

2.2 牛东Ⅰ、牛东Ⅱ断裂新生代构造特征

牛中地区现今地表高差较小，虽然遥感图像中未发现北西—南东向断裂的地表行迹，但通过地震数据可明显观察到牛中地区地下发育一组以牛东Ⅰ、牛东Ⅱ断裂为代表的断裂（见图2c）。路乐河组顶面构造图（见图5a）和侏罗系残余厚度图（见图5b）共同显示，牛东Ⅰ、牛东Ⅱ断裂具有左行走滑属性。

剖面 C—C′中（见图6），牛东Ⅰ、牛东Ⅱ断裂整体倾角近直立，深部向西南倾斜，断裂切穿新生界下干柴沟组及以下的新生界。受断裂影响，油砂山组及以下新生界显著弯曲变形，形成褶皱。牛东Ⅰ、牛东Ⅱ断裂对下油砂山组及以上地层的影响由深到浅逐渐减弱，近地表浅层地层几乎未受断裂影响。牛东Ⅰ断裂两侧下干柴沟组厚度差异明显，断裂上盘地层明显减薄。

图2 牛中地区断裂平面特征（剖面位置见图1c）

图3 牛北断裂西段剖面特征（剖面位置见图1c）

图4 牛北断裂中段剖面特征（剖面位置见图1c）

图5 牛东断裂平面特征

2.3 两组断裂性质及活动时间讨论

以牛北断裂为代表的近东西向断裂和北西—南东向断裂剖面上均显示出逆冲性质（见图3—图6），平面上也有明显的水平位移显示（见图2、图5）。因此，可判定两组断裂均为压扭性左行走滑断裂。

牛东Ⅰ、牛东Ⅱ断裂上下盘之间下干柴沟组厚度差异显著，上盘地层明显减薄，可判定牛东Ⅰ、牛东Ⅱ断裂于下干柴沟组沉积时即渐新世开始活动。北西—南东向断裂对下油砂山组及以上地层的影响由深至浅逐渐减弱，近地表的浅层地层几乎未受断裂影响（见图6），结合牛中地区北西—南东向断裂仅在深层相干属性（见图2c）中显示的特征，可判断牛东Ⅰ、牛东Ⅱ断裂在油砂山组沉积后（中新世后）活动显著减弱。

牛北断裂南盘油砂山组地震同向轴向高点显著减少（见图3、图4），可判定油砂山组沉积是与牛北断裂活动同时期的。牛北断裂北盘油砂山组以下地层缺失，上、下油砂山组之间呈角度不整合接触，部分学者将此现象解释为以牛北断裂为代表的山前带近东西向断裂于上油砂山组沉积前停止活动[10-12]。但现今牛北断裂错断现今水系并截切牛东Ⅰ、牛东Ⅱ断裂的事实证明，牛北断裂起始活动时间晚于牛东Ⅰ、牛东Ⅱ断裂且现今仍有活动；结合牛北断裂南盘生长地层证据，本文认为，牛北断裂于中新世开始活动。断裂活动初期剧烈的垂向抬升导致断裂北盘油砂山组以下新生界抬升至地表遭受剥蚀，造成了北盘下油砂山组以下新生界缺失；之后牛北断裂垂向抬升速率减缓，油砂山组开始在牛中地区沉积，造成上、下油砂山组之间不整合。

图6 牛东断裂剖面特征（剖面位置见图5）

3 东坪—牛东地区新生代构造演化及油气意义

本文综合考虑盆地新生代演化过程，结合前文证据，厘定东坪—牛中地区新生代构造演化过程；利用东坪、牛中地区油气钻井等资料，对比前人有关柴达木盆地西南部的研究，讨论了东坪、牛中地区新生代构造演化的油气意义。

东坪、牛中地区气藏为侏罗系煤型气藏。储集层为基岩风化壳及路乐河组、干柴沟组砾岩、砂岩。储集层内发育的受剪切应力控制的高角度裂缝对改善其储集性能具有重要意义；油气充注开始于渐新世中后期[33-37]，东坪1井、牛新1井等油气勘探突破井位均位于继承性侏罗系凹陷附近北西—南东向构造与阿尔金山前近东西向构造结合部位（见图7），紧邻烃源岩和断裂部位天然气富集程度更高。

柴达木盆地构造主要为新生代构造[6-22]。前人针对阿尔金断裂的起始活动时间开展了大量工作，Yin A等[1]和Cheng F等[3]等大多数学者认为阿尔金新生代左行走滑起始于距今50 Ma左右。古近纪时受阿尔金断裂左行走滑运动影响，相对刚性基底的柴达木盆地沿阿尔金断裂带逐渐向北东方向迁移，导致柴北缘—祁连山地区发生北东—南西向地壳缩短，柴北缘地区表现为类似前陆盆地环境；柴达木盆地西南部此时处于相对伸展应力背景，盆地西南部发育一系列张性构造，形成烃源岩富集的茫崖凹陷[16,24]；与盆地西南部张性环境不同，东坪、牛中地区渐新世处于压扭背景。晚渐新世开始，牛东Ⅰ、牛东Ⅱ等断裂开始活动，在东坪、牛中地区开始形成一系列北西—南东向压扭性断裂。渐新世至中新世，牛中、东坪地区北西—南东向断裂持续活动，形成一系列褶皱，两者一起承担了东坪、牛中地区渐新世至中新世的压扭性分量。处于压扭走滑褶皱区的东坪、牛中地区渐新世—中新世主要沉积了一套粗碎屑地层，缺乏优质的新生界烃源岩。尽管如此，附近继承性侏罗系凹陷保存了优质的烃源岩，可保障山前带中段油气成藏的烃源岩供给。此外，形成时间与生烃期相匹配的早期北西—南东向断裂相关背斜是油气运移的指向区；广泛发育的牛东Ⅰ、牛东Ⅱ等北西—南东向断裂沟通了下部侏罗系烃源岩与上部储集层，为渐新世—中新世的油气充注提供了理想的通道（见图8），沿断裂发育的裂缝系统是改善储集层物性的重要控藏因素。

中新世起，盆地西南部由古近纪相对伸展背景转变为受北东—南西向应力挤压背景，英雄岭地区及附近的北西—南东向压扭性构造开始逐渐形成，成为盆地西南部以古近系烃源岩为主的油气聚集和新生代晚期成藏的重要场所[16,25]。中新世后阿尔金断裂左行走滑速率显著加快[2-3]，阿尔金花状构造向盆内扩展。以牛北断裂为代表的一系列与阿尔金断裂夹角约 20°的近东西向断裂开始在阿尔金山前带逐渐形成，是阿尔金走滑断裂带的里德尔剪切模型中的P破裂。中新世后近东西向牛北断裂活动使其与与阿尔金主断裂之间区域大规模抬升，形成基岩隆起区。牛中北部不断活动的近东西向断裂和基岩的大规模隆升共同承受了东坪、牛中地区的大量压扭性分量，导致北西—南东向压扭性构造活动开始逐渐减弱，使得东坪、牛中地区成为中新世后阿尔金山前带受新生代构造影响最小的地区，有利于气藏的保存。

综上，阿尔金山前带中段东坪—牛中地区侏罗系煤型气成藏的有利地质因素是继承性侏罗系生烃凹陷、与生排烃期相匹配的北西—南东向构造和中新世以后相对稳定构造保存条件。侏罗系烃源岩凹陷及其附近，除了已取得突破的牛中、东坪等地区，如鄂 2构造等早期形成的北西—南东向构造圈闭区也是有利勘探目标。

图7 牛中、东坪地区油藏剖面图（剖面位置见图1c）

图8 柴达木盆地阿尔金山前带新生代演化模式图

4 结论

东坪、牛中地区北西—南东向压扭性构造于渐新世开始活动，中新世后活动减弱；阿尔金山前近东西向压扭性断裂于中新世开始形成并持续活动至今。区域北西—南东向断裂和近东西向断裂分别是阿尔金走滑断裂带的主压面和 P破裂，是柴达木盆地对阿尔金断裂新生代左行走滑的构造响应，两组构造的先后活动共同控制了东坪、牛中地区新生代构造演化。

继承性侏罗系凹陷中发育了良好的烃源岩，前人研究揭示区域油气充注时间开始于渐新世中后期，与北西—南东向断裂形成时期相匹配，断裂成为东坪、牛中地区油气运移的有效通道，断裂相关背斜是油气聚集的有利目标，其中牛中地区中新世以来受新生代构造影响较小，有利于气藏保存。阿尔金山前带侏罗系凹陷及其邻区，新生代早期形成的北西—南东向背斜圈闭，如鄂2构造等，也是值得关注的有利勘探目标。

致谢：本文研究工作得到了青海油田张道伟、张永庶教授大力支持和张启全、张长好、王鹏、王波等工程师的大力帮助，在此表示感谢。