塔城盆地構(gòu)造演化及對(duì)油氣成藏的影響

呂鐵良，曲彥勝，王圣柱，莊新明，趙玉峰

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，北京 100083；2.中石化勝利油田分公司，山東 東營(yíng) 257000)

?

塔城盆地構(gòu)造演化及對(duì)油氣成藏的影響

呂鐵良1，2，曲彥勝2，王圣柱2，莊新明2，趙玉峰2

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，北京 100083；2.中石化勝利油田分公司，山東 東營(yíng) 257000)

針對(duì)塔城盆地勘探程度低、構(gòu)造及演化認(rèn)識(shí)不清等關(guān)鍵問題，運(yùn)用構(gòu)造解析理論，搞清了研究區(qū)“兩坳夾一隆”的構(gòu)造格局；利用平衡剖面技術(shù)恢復(fù)了構(gòu)造演化歷程并明確了對(duì)烴源巖發(fā)育與熱演化的控制作用。研究區(qū)發(fā)育泥盆系和石炭系2套主力烴源巖層系、砂礫巖與火山巖2種類型儲(chǔ)層、縱向深大斷裂與橫向不整合面復(fù)合輸導(dǎo)體系，建立了古生古儲(chǔ)型和古生新儲(chǔ)型2類油氣成藏模式，指出了下步有利勘探方向。

油氣成藏模式；成藏條件；構(gòu)造演化；塔城盆地

引 言

塔城盆地位于新疆維吾爾自治區(qū)西北部，是由塔爾巴哈臺(tái)山、巴爾魯克山、謝米斯臺(tái)山環(huán)抱的山間盆地，面積8 300 km2，是在古生代基底上形成的多旋回的疊加復(fù)合型盆地[1-3]。盆地整體勘探程度較低，前期只對(duì)古生代石炭系烴源巖開展了部分研究[4-5]，對(duì)油氣成藏條件的分析方面尚未開展研究工作。為了進(jìn)一步評(píng)價(jià)該盆地的油氣勘探潛力，充分利用野外露頭、重磁、電震等資料，系統(tǒng)研究盆地結(jié)構(gòu)、形成演化、油氣成藏條件等關(guān)鍵因素，找出下步有利勘探方向。

1 構(gòu)造與地層發(fā)育特征

1.1 構(gòu)造格局

塔城盆地呈不規(guī)則方形，主體走向?yàn)镹E至SW向。據(jù)橫跨盆地的2條重磁電震綜合剖面(NE01和SN02)顯示(圖1、2)，盆地整體受控于北部的塔爾巴哈臺(tái)山南、南部的霍吉爾特、新地等主斷裂，內(nèi)部發(fā)育阿布都拉斷裂和額敏北斷裂。在構(gòu)造上具有“兩坳夾一隆”的特點(diǎn)，即北部的庫(kù)吉坳陷、中部的哈巴克隆起、南部的額敏坳陷。其中額敏坳陷、庫(kù)吉坳陷是分屬謝米斯臺(tái)山、塔爾巴哈臺(tái)山的山前坳陷；中部哈巴克隆起是南北構(gòu)造對(duì)沖形成的沖起構(gòu)造，受額敏北斷裂和阿布都拉斷裂的雙重控制。

1.2 地層發(fā)育

塔城盆地以泥盆系為基底[6]，自下而上發(fā)育石炭系、二疊系、中生界、第三系以及第四系，各層系間均為不整合接觸。其中下二疊統(tǒng)—石炭系發(fā)育火成巖和碎屑巖沉積，火成巖包括安山巖、凝灰?guī)r、玄武巖、流紋巖和火山角礫巖，碎屑巖主要為泥巖、凝灰質(zhì)泥巖、砂巖、細(xì)砂巖。新生界以碎屑巖沉積為主。位于額敏坳陷中部的塔參1井僅揭示新生界、二疊系和石炭系地層，缺失中生界，新生界直接不整合于二疊系和石炭系之上。在鉆井標(biāo)定的基礎(chǔ)上，通過重磁、MT聯(lián)合反演，認(rèn)為盆地內(nèi)中生界地層整體剝蝕較強(qiáng)烈，僅在局部地區(qū)殘留。

研究區(qū)不同構(gòu)造單元?dú)埩舻貙雍穸燃奥裆畈町愝^大，基底埋深為1 500～6 000 m，南北坳陷區(qū)埋深較大、中間隆起區(qū)較淺。其中額敏地區(qū)下石炭統(tǒng)厚度為1 500～3 500 m，下二疊統(tǒng)—上石炭統(tǒng)殘留厚度為1 000～2 500 m，新生界厚度為500～1 100 m；庫(kù)吉地區(qū)下石炭統(tǒng)厚度為1 500～3 500 m，下二疊統(tǒng)—上石炭統(tǒng)殘留厚度為1 500～2 500 m，新生界厚度為500～800 m。

圖1 過塔城盆地SN02線南北向地震及電阻率剖面

圖2 過塔城盆地NE01線東西向地震及電阻率剖面

2 構(gòu)造演化歷程

綜合前人研究結(jié)果[7-8]，塔城盆地的形成經(jīng)歷了復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造歷史，晚石炭世之后，塔城盆地經(jīng)歷了4期演化過程。

2.1 石炭紀(jì)末—二疊紀(jì)洋陸轉(zhuǎn)化階段

晚古生代期間，塔城盆地處于塔爾巴哈臺(tái)島弧與瑪依力—扎伊爾殘余洋盆之間，是在早古生代島弧基底上發(fā)育起來的晚古生代陸緣火山巖帶，具有弧后盆地性質(zhì)。石炭紀(jì)早期盆地處于伸展裂解構(gòu)造環(huán)境并伴有大規(guī)模巖漿噴發(fā)，石炭紀(jì)晚期盆地所處的弧后盆地及前端的島弧帶與哈薩克斯坦板塊拼貼在一起。早二疊世整個(gè)盆地進(jìn)入陸內(nèi)盆山地演化階段，發(fā)育下二疊統(tǒng)陸相火山巖地層；晚二疊世受到持續(xù)擠壓應(yīng)力作用，盆地繼續(xù)褶皺抬升和剝蝕，上二疊統(tǒng)缺失。該階段控制現(xiàn)今盆地的邊界斷裂及控制盆地內(nèi)隆起和坳陷的二級(jí)斷裂形成，奠定了盆地的主要構(gòu)造格局。

2.2 三疊紀(jì)—白堊紀(jì)強(qiáng)烈隆升階段

整個(gè)中生界時(shí)期，受到區(qū)域擠壓作用，盆地長(zhǎng)期處于隆升剝蝕狀態(tài)，未接受中生界沉積，推測(cè)只在低洼區(qū)局部分布。

鉆井和野外調(diào)查均未發(fā)現(xiàn)中生界，進(jìn)一步說明此階段盆地處于繼承性隆起區(qū)，地層遭受剝蝕，為周緣盆地提供物源。

2.3 古近紀(jì)—新近紀(jì)快速沉降階段

古近紀(jì)進(jìn)入陸內(nèi)盆地發(fā)育階段，北部的塔爾巴哈臺(tái)山和南部的謝米斯臺(tái)山向盆內(nèi)強(qiáng)烈沖斷，盆地劇烈沉降，接受了巨厚的古近系沉積。新近紀(jì)時(shí)期，南部和北部的褶皺沖斷再次大規(guī)模強(qiáng)烈活動(dòng)，形成南北2個(gè)山前褶皺沖斷帶，盆內(nèi)的額敏坳陷、哈巴克隆起和庫(kù)吉坳陷等次級(jí)構(gòu)造最終定型。

南部的謝米斯臺(tái)山構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)于北部的塔爾巴臺(tái)山，南部斷裂斷距大，地層剝蝕量也較大，殘留地層薄；盆內(nèi)的哈巴克隆起受額敏北斷裂和阿布都拉斷裂的控制，古近系和新近系殘留厚度較薄，南北2個(gè)坳陷殘留地層厚度較大(圖3)。

圖3 塔城盆地南北向構(gòu)造演化模式

2.4 第四紀(jì)—現(xiàn)今穩(wěn)定沉降階段

第四紀(jì)之后，構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)較弱，早期控盆、控凹斷裂基本停止活動(dòng)，盆地處于相對(duì)穩(wěn)定的沉降期，第四系沉積覆蓋整個(gè)盆地。

3 構(gòu)造演化對(duì)烴源巖發(fā)育的控制和影響

烴源巖的發(fā)育直接受大地構(gòu)造背景的控制[9]，盆地演化過程中沉積、沉降中心的遷移變化決定了烴源巖發(fā)育的有利相帶與位置，也進(jìn)一步影響油氣藏平面分布。塔城盆地發(fā)育泥盆系、石炭系和二疊系3套烴源巖，受構(gòu)造演化和沉積埋藏史的影響，不同層系烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度、類型和成熟度差異較大。

3.1 泥盆系烴源巖

野外地質(zhì)調(diào)查認(rèn)為，塔城盆地發(fā)育中泥盆統(tǒng)和上泥盆統(tǒng)海相與海陸交互相的烴源巖。中泥盆統(tǒng)為一水進(jìn)水體加深的過程，發(fā)育濱?！獮I淺海相沉積環(huán)境，灰黑色泥巖廣泛發(fā)育，厚度為180～320 m，厚度最大可達(dá)490 m，是主力烴源巖發(fā)育段。有機(jī)地化分析，TOC值為0.77%～1.18%，平均值1.22%，Ro值為0.57%～1.5%，平均值1.08%，以Ⅱ1型為主。

上泥盆統(tǒng)烴源巖在塔爾巴哈臺(tái)山前出露，北部克孜別提剖面，以熔結(jié)凝灰質(zhì)、細(xì)砂巖組合為主，暗色泥巖欠發(fā)育，TOC值為0.17%～0.5%，平均值為0.31%，Ro值為1.08%～1.7%，平均值為1.38%，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅲ型為主。中部別其爾蘇河剖面，暗色泥巖較發(fā)育，以灰黑色粉砂質(zhì)泥巖、灰黑色泥巖為主，累計(jì)厚度達(dá)225 m；TOC值為0.57%～3.67%，平均值為1.32%，Ro值為2.97%～3.51%，平均值為3.2%，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1—Ⅲ型為主?？傮w來看，上泥盆統(tǒng)烴源巖主要在南部發(fā)育，反映了當(dāng)時(shí)的沉積中心位于盆地的中南部。

3.2 石炭系烴源巖

盆內(nèi)鉆井和野外地質(zhì)調(diào)查表明，石炭系烴源巖主要發(fā)育在下石炭統(tǒng)[10]。塔參1井石炭系下部巖性組合為沉積巖夾火山巖，上石炭統(tǒng)為巨厚火山巖夾碎屑巖沉積，下石炭統(tǒng)南明水組(C1n)暗色泥質(zhì)巖類厚度較大，厚度為126～279 m。分布范圍廣，且較為穩(wěn)定，為主要烴源巖發(fā)育段，TOC值為0.23%～1.87%，平均值為1.22%。

3.3 二疊系烴源巖

構(gòu)造演化史分析表明，晚二疊世，整個(gè)盆地處于褶皺隆升和剝蝕階段，上二疊統(tǒng)不發(fā)育。野外露頭和鉆井均揭示到下二疊統(tǒng)烴源巖。別其爾蘇河剖面下二疊統(tǒng)巖性為黑色泥巖夾薄層粉砂巖組合。有機(jī)地化分析，TOC值為0.31%～0.91%，平均值為0.68%，Ro值為1.65%～1.68%，平均值為1.67%，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅲ型為主。從鉆井和野外露頭來看，下二疊統(tǒng)烴源巖的厚度相對(duì)較薄，為次要烴源巖發(fā)育段。

3.4 構(gòu)造演化對(duì)烴源巖發(fā)育的控制和影響

塔城盆地三疊紀(jì)—白堊紀(jì)的強(qiáng)烈隆升對(duì)烴源巖的發(fā)育與熱演化的影響最大。該階段的強(qiáng)烈隆升導(dǎo)致了二疊系上部地層的剝蝕，僅殘留下二疊統(tǒng)烴源巖，也導(dǎo)致泥盆系和石炭系2套烴源巖的一次生烴停止。古近紀(jì)之后的沉降作用補(bǔ)償了T-K隆升作用造成的溫度損失，泥盆系和石炭系烴源巖再次進(jìn)入成熟門限，開始二次生烴。

通過以上分析認(rèn)為，受構(gòu)造演化的影響，塔城地區(qū)上古生界發(fā)育中泥盆統(tǒng)和下石炭統(tǒng)2套烴源巖，有機(jī)質(zhì)豐度高、類型好、厚度大、分布較廣，具有良好的生烴潛力。

4 油氣成藏模式

根據(jù)研究區(qū)油氣成藏條件分析，推測(cè)塔城盆地發(fā)育2種油氣運(yùn)聚成藏模式：近源垂向斷層—不整合運(yùn)聚古生古儲(chǔ)型成藏模式；近源混向階梯狀運(yùn)聚晚期古生新儲(chǔ)型成藏模式(圖4)。

圖4 塔城盆地油氣運(yùn)聚成藏模式預(yù)測(cè)

4.1 近源垂向斷層—不整合運(yùn)聚古生古儲(chǔ)型成藏

該模式主要形成于古生代地層系統(tǒng)，屬自生自儲(chǔ)型成藏組合。根據(jù)埋藏史分析，泥盆系和石炭系2套主力烴源巖在中二疊紀(jì)達(dá)到生排烴高峰，現(xiàn)今已進(jìn)入成熟-高成熟演化階段。在生排烴時(shí)期，區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)頻繁，發(fā)育近東西、北東向的規(guī)模較大的控盆、控凹斷裂，這些深大斷裂為油氣的垂向輸導(dǎo)提供了良好通道；泥盆系—石炭系、石炭系—二疊系以及上、下石炭統(tǒng)之間的區(qū)域性不整合面為油氣橫向運(yùn)移提供通道[11]。晚石炭—二疊紀(jì)發(fā)育多套火山巖和(砂)礫巖沉積，同時(shí)受構(gòu)造和風(fēng)化淋濾的雙重改造，可以形成良好的儲(chǔ)集層。因此，泥盆系和石炭系生成的油氣在中二疊紀(jì)時(shí)期，沿?cái)嗔押筒徽厦嫘纬傻妮攲?dǎo)體系運(yùn)聚至古生代火山巖和碎屑巖儲(chǔ)集層中，在地層-巖性或潛山圈閉中聚集成藏，形成古生古儲(chǔ)型油氣藏。

4.2 近源混向階梯狀運(yùn)聚晚期古生新儲(chǔ)型成藏

油源主要來自于泥盆系和石炭系烴源巖排烴或者早期油氣藏的破壞調(diào)整，具有次生油氣藏的特征。中生代是一個(gè)強(qiáng)烈隆升剝蝕的階段，地層整體缺失，這個(gè)時(shí)期泥盆系和石炭系的烴源巖受到抬升，生烴停止，從新生代開始，由于盆地的快速沉降，沉積地層補(bǔ)償了先期抬升剝蝕造成的地溫?fù)p失，烴源巖再次達(dá)到生烴門限，進(jìn)入二次生烴階段，此時(shí)油氣沿深大斷裂和不整合面形成的輸導(dǎo)網(wǎng)向上覆新生代地層運(yùn)移，在碎屑巖儲(chǔ)集層中聚集成藏；另一方面，早期古生界地層系統(tǒng)中形成的油氣藏在后期運(yùn)動(dòng)中遭受破壞，油氣藏遭受調(diào)整改造，在披覆于古潛山之上的構(gòu)造、地層超覆圈閉中聚集成藏，形成古生新儲(chǔ)型油氣藏。

綜上分析，認(rèn)為盆地深部早期形成的古生古儲(chǔ)型地層—巖性、潛山油氣藏及現(xiàn)今構(gòu)造中的凸起區(qū)所形成的古生新儲(chǔ)型構(gòu)造、地層超覆油氣藏是油氣勘探的有利方向。

5 結(jié) 論

(1) 塔城盆地是在古生代島弧基底上發(fā)育起來的一個(gè)多旋回疊加復(fù)合型盆地。受哈薩克斯坦板塊和西伯利亞板塊影響，盆地的形成大致經(jīng)歷了洋陸轉(zhuǎn)化期(C2—P)、強(qiáng)烈隆升期(T—K)、快速沉降期(E—N)、穩(wěn)定沉降期(Q)4個(gè)演化階段。

(2) 鉆井和野外露頭證實(shí)，盆地發(fā)育泥盆系和下石炭統(tǒng)2套濱?！獮I淺海相沉積的主力烴源巖，地化分析有機(jī)質(zhì)豐度高、類型好，處于成熟—高成熟演化階段，且具有厚度大，分布廣的特點(diǎn)，資源潛力較大。

(3) 通過對(duì)成藏條件分析，推測(cè)盆內(nèi)發(fā)育近源垂向斷層—不整合運(yùn)聚古生古儲(chǔ)型和近源混向階梯狀運(yùn)聚晚期古生新儲(chǔ)型2種成藏模式，為下步勘探指明了方向。

[1] 況軍. 地體拼貼與準(zhǔn)噶爾盆地的形成演化[J].新疆石油地質(zhì)，1993，14(2)：126-132.

[2] 李錦軼，肖序常. 對(duì)新疆地殼結(jié)構(gòu)與構(gòu)造演化幾個(gè)問題的簡(jiǎn)要評(píng)述[J].地質(zhì)科學(xué)，1999，34(4)：405-419.

[3] 蔡忠賢，陳發(fā)景，賈振遠(yuǎn). 準(zhǔn)噶爾盆地的類型和構(gòu)造演化[J].地學(xué)前緣，2000，7(4)：12-16.

[4] 蔣宜勤，高崗，柳廣弟，等.塔城盆地石炭系烴源巖特征及其生烴潛力[J]. 石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2012，34(4)：427-437.

[5] 裴立新，高崗，王緒龍，等. 新疆北部吉木乃盆地與塔城盆地石炭系烴源巖特征[J].天然氣地球科學(xué)，2012，23(1)：88-91.

[6] 趙白. 準(zhǔn)噶爾盆地的形成與演化[J].新疆石油地質(zhì)，1992，13(3)：191-196.

[7] 王宇，衛(wèi)巍，龐緒勇，等. 塔城地區(qū)晚泥盆世沉積特征及其構(gòu)造古地理意義[J].巖石學(xué)報(bào)，2009，25(4)：399-707.

[8] 馮乾文，鄭光華，張曉帆，等. 塔城盆地石炭系基底的重磁電震聯(lián)合反演[J].新疆大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，26(2)：242-246.

[9] 翁凱，李鑫，李榮西，等. 鄂爾多斯盆地東南部上古生界烴源巖評(píng)價(jià)及有利區(qū)預(yù)測(cè)[J].特種油氣藏，2012，19(5)：21-25.

[10] 秦黎明，張枝煥，劉洪軍，等. 準(zhǔn)噶爾盆地東北部恰庫(kù)爾特草原北下石炭統(tǒng)南明水組烴源巖有機(jī)地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義[J].天然氣地球科學(xué)，2008，19(6)：761-769.

[11] 梁斌，佘曉宇，丁曉輝，等. 江漢平原東部構(gòu)造演化對(duì)局部構(gòu)造形成及油氣成藏的控制作用[J].特種油氣藏，2012，19(3)：46-49.

編輯 張 雁

20140816；改回日期：20141127

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“準(zhǔn)噶爾盆地碎屑巖層系大中型油氣田形成規(guī)律與勘探方向”(2011ZX05002-002)

呂鐵良(1982-)，男，工程師，2005年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(華東)勘查技術(shù)與工程專業(yè)，現(xiàn)為中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)在讀博士研究生，主要從事準(zhǔn)噶爾及周緣盆地地質(zhì)綜合研究。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.01.009

TE122.2

A

1006-6535(2015)01-0041-05