哈萨克斯坦斋桑盆地构造特征及其对油气成藏的影响

朱珍君，黄光明，邱 津，刘康宁，李 琦，胡俊杰

（1.恒泰艾普集团股份有限公司，北京 100094；2.中国地质大学（北京）海洋学院，北京 100083；3.中国地质科学院地质力学研究所，北京 100081）

0 引言

中亚地区是全球油气资源重要的富集区之一，中亚盆地群中—新生代构造演化与盆地含油气性的关系一直是相关研究的热点问题。中—新生代以来，中亚地区受欧亚大陆南缘特提斯洋演化的影响［1-5］，发育阶段、沉积演化受控于不同的构造演化并最终形成不同类型的叠合盆地，具有不同的油气分布规律［6-8］。在中亚地区发育的具有一定规模的16 个沉积盆地中，目前已探明油气田500 多个，其中哈萨克斯坦占据了以上盆地中的11 个，目前已探明油气田200 多个，拥有非常丰富的油气资源和较大的勘探潜力，然而，其油气产区主要集中在西部，相较之下，分布于该国东北部、与我国新疆准噶尔盆地毗邻的斋桑盆地勘探程度却较低［9-13］。

斋桑盆地地处哈萨克斯坦东北部，盆地东缘位于我国新疆布尔津县境内，是“一带一路”经济带中重要的含油气远景盆地之一。该盆地于1942 年首次开展石油普查，经历了70 多年的勘探，目前已在盆地南部山前萨尔布拉克主区块和北东区块发现了2 个主要油气田。油藏分布于二叠系和侏罗系，原油为稠油，气藏分布于下侏罗统Tologoi 组和古近系S-Zaisan组。

目前针对哈萨克斯坦斋桑盆地的相关研究主要集中于古近系天然气成因分析［14］、古近系成藏主控因素和成藏模式研究、与邻区的二叠系成藏条件对比研究［15-16］、二叠系沉积充填与油气地质条件研究［17］等，但对于该盆地的构造特征、构造演化期次及其对油气成藏的控制作用的研究较少。本文从构造地质理论出发，基于斋桑盆地东部三维地震资料解释成果及勘探结果，厘清构造样式、断层展布及构造演化特征，重点剖析斋桑盆地构造活动期次与油气成藏的关系，以期能支撑该盆地新区新层系的油气勘探，同时为相邻的准噶尔盆地油气勘探提供参考。

1 区域地质背景

斋桑盆地构造上处于西伯利亚板块和哈萨克斯坦板块之间，是夹持于北阿尔泰山和塔尔巴哈台山之间的山间叠合盆地，处于北西向的额尔齐斯—斋桑缝合带上［图1（a）］。其与准噶尔盆地同属于多期盆地叠合形成的晚古生代—中、新生代挤压复合叠加盆地［18-19］，自晚石炭世—早二叠世盆地形成雏形至今，经历了海西、印支、燕山和喜山运动影响，构造格局复杂［15-16，20-22］。

从区域上看，斋桑地区是准噶尔盆地西北部二叠纪—中生代坳陷系的一部分，位于准噶尔盆地基底西北缘冲断带—推覆体之上，是自晚石炭世始到晚燕山期止长期发育起来的坳陷［23］，其构造发育史与准噶尔盆地具有相似性。早石炭世，斋桑洋壳向西南部的哈萨克斯坦板块及东北部的阿尔泰古陆俯冲，形成一些火成岩侵入体；晚石炭世—早二叠世，南北板块挤压贴合，形成额尔齐斯缝合线，在斋桑盆地附近形成走滑拉张的陆内环境［16，24-25］。盆地构造演化可分为裂陷阶段（二叠纪沉积时期）、坳陷阶段（三叠纪—始新世）、收缩—整体上隆阶段（中新世至今）［20，26］。受区域构造运动影响，广泛发育3 套角度不整合：二叠系—三叠系不整合、三叠系—侏罗系不整合、侏罗系—古近系不整合。斋桑盆地基底由上石炭统下部及以下火山岩和沉积岩构成［15，22，27］，其上发育上古生界、中生界和新生界等3 套沉积层系，其中中生界缺失白垩系［图1（b）］。

图1 斋桑盆地构造位置纲要简图（a）及地层柱状图（b）（据文献［13，15，17］修改）Fig.1 Sketch map of structural location（a）and stratigraphic column（b）of Zaysan Basin

2 构造特征

在多期构造运动叠加作用下，哈萨克斯坦斋桑盆地内部发育了复杂的断裂体系。通过对该地区三维地震资料的精细构造解析，详细厘定了斋桑盆地三维区的构造形态、断裂发育特征及构造演化过程。

2.1 构造形态特征

从晚古生代以来，斋桑盆地至少经历了海西运动、印支运动、燕山运动和喜山运动共4 期大的构造运动，二叠纪末晚海西运动的构造应力为北西—南东向，至中生代末燕山运动及现今的喜山期，构造应力变为北东—南西向，因而形成现今特征复杂的多侧陡冲、挤压、扭压坳陷的盆地。

斋桑盆地总体表现为北西—南东向，盆地内最大的断裂F1 在深部滑脱于Akkolkan 组中，使得Akkolkan 组上下地层变形不协调。滑脱面之下表现为北西—南东走向的南北隆起中间坳陷的向斜构造［图2（a）］，而滑脱面之上表现为南西—北东向的多个逆冲断阶叠瓦构造［图2（b）］。

斋桑盆地目的层系从二叠系向上延伸至古近系，时间跨度大，由于期间经历了多次构造运动，造成不同地层之间构造形态具有明显差异（图3）。二叠系构造继承性发育，3 套地层（Kenderlyk组、Mai‐chat 组、Akkolkan 组底）形态一致，都发育了东部的深洼陷以及西北部的抬升，不同的地方表现在剥蚀程度具有差异，越靠近顶面，北部剥蚀范围越大。平面上东西分块，交界处断裂压扭特征明显。西部坳陷走向北西西，东部坳陷走向北北西，且东部埋深较西部大。三叠系Akzhal 组和上下地层都存在差异，剥蚀严重，残存范围最小，说明Akzhal 组沉积后遭受过严重剥蚀，剥蚀到二叠系。侏罗系Tologoi组在主构造高部位以及南部被剥蚀，表明侏罗系沉积后主断裂向北逆冲已经开始。古近系S-Zaisan组发育面积最大，南边还发育了新的高断块。

图2 斋桑盆地三维区Trace 240（a）和Line7 68（b）地震解释（剖面位置见图3）Fig.2 Seismic interpretation sections of Trace 240（a）and Line 768（b）of 3D project in Zaysan Basin

图3 斋桑盆地三维区构造形态对比Fig.3 Comparison of structural morphology of 3D project in Zaysan Basin

2.2 断裂发育特征

地震地质构造解释结果显示，斋桑盆地总体以逆断裂为主，南西—北东向的挤压是区内最典型的构造特征，发育叠瓦式逆冲断裂、反冲断裂、对冲、冲起等多种构造样式。二叠系以及古近系发育少数规模较小的正断层。断裂以北西—南东走向为主，二叠系发育部分北东—南西走向断裂。

根据断裂的规模以及对构造的控制程度差异，将三维区的断裂系统划分为3 个级别（图4）。其中一级断裂2 条（F1 和F2），二级断裂8 条（F3，F4，F5，F8，F9，F10，F11，F13），其他为三级断裂（164条）（表1）。

图4 斋桑盆地三维区断裂系统级别划分Fig.4 Fault system classification of 3D project in Zaysan Basin

表1 斋桑盆地三维区主要断裂要素统计Table 1 Statistics of main fault elements of 3D project in Zaysan Basin

一级断裂规模最大、级别最高，具有明显且重要的控带意义，将三维区划分为上下两盘。这2 条断裂在侏罗纪末期开始活动，古近系沉积时处于基本不活动状态，上新世晚期重新活动。2 条断裂都是由南向北逆冲，平面呈弧顶向北的弧形形态，纵向上浅层产状很陡，向下变缓，滑脱于二叠系（Akkol‐kan 组或Taranchin 组）的泥岩中。平面上2 条断裂交会，呈右阶雁列式，纵向呈叠瓦式（图5）。

二级断裂控制局部构造。其中，F8 和F9 控制北东块形成，近东西走向，形成冲起构造样式。侏罗系在北东块高部位减薄明显，说明这2 条断裂在侏罗纪末已经活动，控制了北东块当时的古隆起；古近系几乎等厚覆盖在侏罗系之上，说明古近系沉积前，该古隆起已经被完全剥蚀夷平。现今的构造形态是上新世末2 条断裂再次活动发生挤压逆冲的结果。2 条断裂向上断穿上新统，在深部F8 滑脱于二叠系泥岩层中，F9 断穿二叠系底Kenderlyk 组（图5）。F10 控制了K 构造的形成，为北西—南东走向，由北东向南西逆冲，断裂向上断穿Turangin组，在深部断穿二叠系底Kenderlyk 组。该断裂主要活动于侏罗纪末的构造运动中，控制K 区古构造的形态；上新世再次微幅活动（图5）。

图5 斋桑盆地三维区联合剖面（剖面位置见图4）Fig.5 Seismic interpretation sections of 3D project in Zaysan Basin

2.3 构造演化

斋桑盆地属哈萨克斯坦—准噶尔板块的一部分，其区域演化跟古亚洲洋西准噶尔多陆块洋盆演化有关［17］，先后经历了奥陶纪—早石炭世古洋盆闭合阶段、晚石炭世—早二叠世碰撞挤压后伸展转化阶段和晚二叠世之后陆内构造演化阶段［15-16］。

综合区域构造演化和地震构造解释剖面分析，从二叠纪至今，斋桑盆地主要经历了4 期构造沉降—挤压反转过程：二叠纪末海西期构造运动、三叠纪末印支期构造运动、侏罗纪末燕山期构造运动及新近纪喜山期运动，进而形成了非常复杂的构造格局（图6）。伴随着这4 期明显的构造运动，在地震剖面上共识别出发育明显的3 期不整合：二叠系—三叠系之间不整合、三叠系—侏罗系之间不整合、侏罗系—古近系之间不整合（参见图2）。

二叠纪末的构造运动（海西期）以由北向南推覆作用为主，形成多种推覆体［28-29］。该期运动形成了一系列向南推覆的逆断裂，但断裂规模小，延伸短，主要分布在中部和东部。该运动造成了二叠系及三叠系的微幅向南倾斜及北部地层的剥蚀，形成南降北抬的单斜构造，并造成了三叠系和下伏地层的大角度不整合。二叠纪末期，盆地已经处于相对较为稳定的沉积状态，地层厚度变化不剧烈，湖盆较浅，形成了盆地内北高南低、南陡北缓、东陡西缓的古地貌格局。西北部及东北部存在古构造高点，东南部为二叠系沉降中心，发育扇三角洲、辫状河三角洲—湖泊沉积体系，局部发育滑塌浊积体。

三叠纪末的构造运动（印支期）使盆地频繁抬升，振荡明显，因此区内断裂不是很发育，但褶皱变形非常显著，地层翘倾明显，形成了三叠系甚至二叠系的大范围剥蚀，并造成侏罗系和下伏地层的区域性不整合。

侏罗纪末构造运动（燕山期）时，主应力方向发生变化，形成由南向北推覆的逆断裂。在区内最显著的一个特征是控制主构造、北东构造和K 构造的断裂都已经开始活动，造成高部位的隆起和剥蚀缺失，并造成古近系和下伏地层的大角度不整合。三叠系—侏罗系沉积时期，受印支和燕山运动影响，振荡运动频繁，盆地多次隆升沉降，形成多期不整合，发育冲积扇、扇三角洲、河流—湖泊等沉积体系。

图6 斋桑盆地过Inline76 测线构造演化图（剖面位置参见图3）Fig.6 Tectonic evolution diagram across Inline76 in Zaysan Basin

上新世后构造运动（喜山期）为新生代末期的构造挤压，控制主构造和北东构造的燕山期断裂再次活动，延续燕山期的由南向北推覆挤压，形成了一系列的背斜、断背斜和断块构造。古近系Zaisan组底至新生界晚期Vtorushin 组底基本为等厚关系，而Vtorushin 组底至第四系明显呈楔状特征（图7），由北往南减薄，为典型同沉积构造标志，即该层沉积的同时，南部地层受挤压发生抬升。Vtorushin 组沉积以后，整体发生了一期抬升剥蚀，Vtorushin 组和第四系之间存在小角度不整合，说明本期构造反转主要发生在上新世。古近纪—第四纪沉积连续无间断，地层发育完整，古近系底部表现为西南、东南、东北抬升，中部为广泛湖盆。

图7 斋桑盆地上新世同沉积地层地震测线构造解释（剖面位置参见图4）Fig.7 Seismic interpretation section of the Pliocene synsedimentary formation in Zaysan Basin

3 构造对油气成藏的控制作用

构造运动与油气成藏的关系密切：一方面，构造圈闭的形成以及油气沿断裂进行运移需要构造运动作用才能发生，而另一方面，构造运动也会造成油气藏的破坏散失［20，30-32］。斋桑盆地复杂的构造格局，也造成了油气藏复杂的成藏规律。

2005 年至今，在哈萨克斯坦斋桑盆地发现了一系列油气，进入新的油气勘探阶段［9，13，15］。目前已发现2 个油气田，分别位于主区块和北东区块，已发现的油气分布显示，盆地浅层古近系S-Zaisan 组以气藏为主，侏罗系Tologoi 组主要是稠油油藏和天然气藏，深层二叠系主要为稠油油藏，三叠系还存在一部分油气藏。

刘英辉等［33］和李佳思等［34］研究表明，斋桑盆地二叠系Maichat 组烃源岩与准噶尔盆地二叠系风城组类似，有机质类型以Ⅰ和Ⅱ为主，烃源岩发育于高盐度、强还原性水体环境，为一套好—很好的烃源岩［15-16］。根据斋桑盆地单井生烃史模拟结果，埋深3 000～3 750 m 时，镜质体反射率Ro为0.7%～1.3%，热演化程度较高，烃源岩成熟门限深度在3 000 m 左右，二叠系烃源岩具备形成常规油气藏的地质条件。勘探结果表明，上二叠统的Maichat 组及Akkolkan组为主力烃源岩，其次为中二叠统Taranchin 组。有利烃源岩主要位于湖盆中部的深洼陷地区，且东部较西部厚度大。

研究区内优质储集层发育层位较多，分布范围广，包括二叠系Taranchin 组下部及Maichat 组含砾砂岩及砂岩、三叠系Akzhal 组砂砾岩、侏罗系Tolo‐goi 组砂岩、古近系S-Zaisan 组砂岩等。根据岩心物性统计，二叠系储层孔隙度>14%，油层平均孔隙度为21.4%，平均渗透率为4.17 mD，为中孔、低渗型储层。侏罗系储集空间以原生粒间孔为主，剩余粒间孔次之，储层孔隙度为20.7%～27.5%，渗透率为6.5～2 850.0 mD，属于高孔高渗储层。古近系SZaisan 组发育原生粒间孔，平均孔隙度为9.4%～32.5%，渗透率为4.31～1 230.00 mD，为高孔高渗储层［13-14］。目前勘探证实，主要的含油储层集中在二叠系Maichat 组砂岩等，含气储层主要为古近系SZaisan 组、侏罗系Tologoi 组砂岩等。根据烃源岩及源储配置分析结果，并结合其构造演化特征的分析，可以初步确定斋桑盆地的油气运聚为多期的成藏过程（图8）。

三叠纪末（印支运动）是斋桑盆地的第1 次运聚成藏期，也是油气的严重破坏期。三叠纪末期，二叠系生油岩已达到成熟生烃阶段，油气在与烃源岩互层的储层内优先成藏，并受Akkolkan 组区域盖层及同一旋回泥岩段的直接封盖及侧向泥岩、封挡性断层的侧向遮挡形成自生自储、源储一体型二叠系地层油气藏、岩性油藏［35］。侏罗系Tologoi 组和下伏地层为大角度不整合接触关系，构造运动强烈，二叠系发生倾斜且扬起端直接出露地表，油藏遭受破坏，发生生物降解、氧化和轻组分散失。

侏罗纪末（燕山运动）为油气成藏的第2 期。该时期断裂非常发育，控制主构造、北东构造和K构造的断裂已经出现，导致部分二叠系稠油油藏破坏，烃类经二次运移到侏罗系成藏，部分稠油生物降解气也直接聚集在侏罗系储集层中，与稠油呈互层出现，具有下生上储的成藏组合特征。

上新世（喜山运动）断裂最发育，控制主构造和北东构造的燕山期断裂重新活动，并产生许多新的小断裂。推覆挤压使侏罗系—古近系形成逆冲背斜、断背斜等构造，是油气聚集的良好场所。同时期侏罗系、二叠系油藏生物降解程度高，生成大量的原油生物降解气，并通过断裂垂向运移和区域不整合面—渗透性砂岩的侧向运移聚集在背斜圈闭中成藏［36］，其上被新近系稳定区域湖相泥岩盖层有效地封盖了下伏气藏，为油气成藏的第3 期。浅层气藏亦具有下生上储的特征。

图8 斋桑盆地过Inline76 测线成藏演化模式Fig.8 Evolution pattern of the reservoir formation across Inline76 in Zaysan Basin

根据目前的勘探现状，斋桑盆地三维西区的主构造表现为二叠系油藏和三叠系—侏罗系—古近系S-Zaysan 组气藏组合，二叠系以上圈闭未形成油藏，而主构造下盘北东区侏罗系成藏，推测与构造运动对油气藏的破坏有关。

在4 期构造运动中，每一期的运动在不同区域，其活动强度会存在差异。本次研究根据每一期构造运动造成的地层剥蚀厚度大小以及断裂活动断距的大小，划分了强烈和较弱等2 个级别：①强烈：指该期运动造成下伏最近地层的残留厚度小于100 m，或逆冲断距大于200 m；②较弱：指该期运动造成下伏最近地层的残留厚度大于100 m，并且逆冲断距小于200 m。

地层厚度变化对构造的指示意义主要有2 种，一种是地层超覆于古隆起之上，指示底界面不平；另一种是地层沉积时总体等厚，后期差异抬升剥蚀，指示抬升幅度不同。斋桑盆地属于第2 种类型，表现为每一个构造层内地层与其下不整合面为平行关系，而与其上不整合面为削顶关系。所以地层减薄的区域，大体代表抬升幅度高、构造活动强烈区域。

根据以上原则，本文在研究区自西向东选取了5 个区域，分别命名为S 井区、主构造、北东构造、K构造和二维东部的M 井区，依据上述标准对每期构造运动在每个区域的活动强弱做了分析（图9、表2）。

图9 各区域构造运动强弱对比图（以第2 期三叠纪末构造运动为例，剖面位置参加图1）Fig.9 Comparison of tectonic activity intensity in different areas

表2 构造活动强度与目前主要区域的油气成藏关系Table 2 Relationship between tectonic activity intensity and hydrocarbon accumulation in the main areas

综合5 个区域内各期构造运动强度与油气分布的匹配关系（表2）认为：三叠纪末的印支运动（第2 期）与现今的油气成藏关系最为密切。构造运动较弱的主构造和北东构造有油气赋存，而该期活动强烈的区域均钻遇了水层。

根据油气成藏要素分析，S 井区烃源岩发育条件与主构造相似，处于有利储集相带且发育二叠系油源断裂，其上的新近系稳定区域湖相泥岩盖层厚度亦较厚，生储盖配置关系良好，因此该区勘探效果不佳是印支期强烈构造活动将三叠系甚至二叠系破坏，造成油气藏散失的结果。K 构造和M井区失利亦与此期构造活动密切相关。另外，主构造二叠系以上圈闭没有形成油藏，而主构造下盘北东构造侏罗系成藏的问题，也与构造活动强弱有关。第3 期构造运动前，区内主构造及北东构造断裂活动、地层发育基本一致，均有油气赋存。到第4 期，主构造逆冲最强烈，错断幅度达750 m（图9）。因地层剥蚀严重，盖层条件不好，侏罗系油气逸散，只在与古近系S-Zaisan 组同一气水界面之上（海拔-278 m）有气存留，而北东构造和K 构造的逆冲错断不足100 m，活动微弱，说明北东块断裂发育规模小，地层发育平稳，盖层发育，侏罗系发育油藏。

根据本次构造解释结果，在三维区东部北缘三叠系Akzhal 组和二叠系Akkolkan 组尖灭线以内，仍具有一系列断块群，而且东部二叠系埋深比西部大，具备更成熟的烃源岩条件，据此推测，北东构造的二叠系仍有数量巨大的油气有待发现。另外，由二维地震测线的构造分析可知，在三维区东部南缘，同样存在圈闭，而且南缘距离油源更近，三叠系Akzhal 组和二叠系Akkolkan 组保存完整，储层靠近挤压断裂，其裂缝也会更加发育，因而东部南缘也是另一个潜在的有利区域。

4 结论

（1）哈萨克斯坦斋桑盆地几何结构总体呈北西—南东走向，总体以挤压构造为主要特征，发育叠瓦构造、对冲构造、冲起构造等多种构造样式。深层二叠系和浅层古近系结构存在差异，深层呈简单向斜，浅层为多个逆冲断阶叠瓦构造。从二叠纪以来经历了4 期沉降和4 期挤压反转；其中第2 期（三叠纪末）反转造成了二叠系及三叠系的向南倾斜及北部地层的剥蚀；主断裂在第3 期（侏罗纪末）已经开始活动；上新世挤压使盆地构造最终定型，主断裂进一步活动，古近系S-Zaysan 组构造圈闭此时形成。

（2）构造活动的多期性及复杂性导致了多期油气成藏演化，哈萨克斯坦斋桑盆地可大致分为3 次大的成藏期。深层油藏分布取决于三叠纪末印支期活动，受该期活动影响较弱，三叠系残留较厚区域对成藏有利，而该期活动强烈、剥蚀严重区域其油气则遭受严重破坏。浅层气藏分布主要受控于深层油藏的分布规模及喜山活动期形成的浅层逆冲背斜、断背斜等有利圈闭。

（3）哈萨克斯坦斋桑盆地具有良好的油气地质条件和资源前景，构造运动对油气成藏具有明显的控制作用。预测三维区东部北缘深部构造圈闭落实和盖层发育完整的区域应是下一步寻找油气藏的重要勘探目标及有利区。另外，东部南缘是一个潜在的次级有利区域。