中亞盆地群石炭-二疊紀(jì)巖相古地理恢復(fù)及演化*

馬昌明 李江海 曹正林 劉磊鑫 王盟楠

1. 造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院，北京 1008712. 北京大學(xué)石油與天然氣研究中心，北京 1008713. 中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083

中亞地區(qū)位于西伯利亞克拉通以南，特提斯構(gòu)造域以北，天山山系以西，烏拉爾山以東的區(qū)域。石炭-二疊紀(jì)是中亞地區(qū)構(gòu)造格局初步形成的關(guān)鍵時(shí)期，也是海相沉積向陸相沉積轉(zhuǎn)換的重要階段。該時(shí)期盆地群和巖相古地理，對(duì)基礎(chǔ)地質(zhì)研究和油氣勘探具有重要意義。

圖1 中亞地區(qū)大地構(gòu)造簡(jiǎn)圖(據(jù)何登發(fā)等, 2016修改)Fig.1 Simplified geotectonic map in Central Asia(modified after He et al., 2016)

中亞地區(qū)發(fā)育兩條重要的縫合帶：齋桑-額爾齊斯縫合帶和烏拉爾-突厥斯坦-南天山縫合帶(李錦軼等，2006；Windleyetal., 2007；Xiaoetal., 2014)，中亞上古生界主要發(fā)育于烏拉爾-突厥斯坦-南天山縫合帶以北的哈薩克斯坦構(gòu)造域。盡管對(duì)中亞地區(qū)晚古生代的洋-陸格局演變和復(fù)雜造山過程存在不同的認(rèn)識(shí)，尤其是洋盆閉合和造山運(yùn)動(dòng)開啟的時(shí)限問題仍存在一定爭(zhēng)議(eng?retal., 1993；Windleyetal., 2007；Abrajevitchetal., 2008；Hanetal., 2011；Xiaoetal., 2012; Xiao and Santosh, 2014)，綜合前人的研究，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為中-晚石炭世是洋-陸轉(zhuǎn)換的主要時(shí)期。中亞盆地群在石炭-二疊紀(jì)的古地理環(huán)境和巖相古地理之間的關(guān)系一直是研究的重點(diǎn)。但單一盆地巖相古地理的研究缺少宏觀分析和與周緣盆地的對(duì)比認(rèn)識(shí)，尤其是中亞盆地群在巖相上的變化特征，中亞地區(qū)石炭-二疊紀(jì)巖相古地理的演化特征有待進(jìn)一步分析研究。

本文在前人的研究基礎(chǔ)上(Korobkin and Buslov, 2011；李江海和姜洪福，2013；Domeier and Torsvik, 2014)，從中亞盆地群構(gòu)造特征和古地理環(huán)境形成背景出發(fā)，結(jié)合中亞盆地群綜合沉積巖相特征的對(duì)比，分析中亞不同盆地在石炭-二疊紀(jì)的演變關(guān)系，總結(jié)中亞盆地群石炭-二疊紀(jì)巖相古地理的演化規(guī)律及對(duì)油氣勘探的意義。

1 中亞地區(qū)概況及編圖方法

1.1 中亞地區(qū)概況

中亞地區(qū)以哈薩克斯坦板塊為主體，其北是西伯利亞克拉通、其西是東歐克拉通，其南是卡拉庫姆和塔里木克拉通。哈薩克斯坦板塊的形成及演化過程尚無統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，但近年來隨著地質(zhì)資料的不斷累積，越來越多的證據(jù)表明哈薩克斯坦板塊并非是同一臺(tái)地，而是由不同地體、島弧和陸塊拼貼而成(Windleyetal., 2007; Xiaoetal., 2013; Lietal., 2017)。沿哈薩克斯坦板塊邊界發(fā)育兩條重要的縫合帶，分別為烏拉爾-突厥斯坦-南天山縫合帶和齋桑-額爾齊斯縫合帶。前者是烏拉爾洋和突厥斯坦洋閉合，波羅的板塊、卡拉庫姆板塊、塔里木板塊與哈薩克斯坦板塊碰撞匯聚的結(jié)果，后者是西伯利亞板塊和哈薩克斯坦板塊不斷增生碰撞所形成的。

中亞地區(qū)共發(fā)育十余個(gè)盆地，其中晚古生代重點(diǎn)含油氣盆地有濱里海盆地(Precaspian Basin)、圖爾蓋盆地(Turgay Basin)、楚薩雷蘇盆地(Chu-Sarysu Basin)、齋桑盆地(Zaysan Basin)、準(zhǔn)噶爾盆地(Junggar Basin)和三塘湖盆地(Santanghu Basin)等(圖1)。濱里海盆地位于東歐克拉通，具有前寒武系結(jié)晶基底。而位于哈薩克斯坦板塊的其他盆地，一般認(rèn)為具有早古生代基底，哈薩克斯坦板塊本身具有確切的新太古代-古元古代結(jié)晶基底。隨著中亞造山帶晚古生代不斷拼貼匯聚(Xiaoetal., 2003, 2013; Cocks and Torsvik, 2013)，使得中亞盆地群在發(fā)育過程中，也表現(xiàn)出不同的巖相特征。

1.2 巖相古地理圖的編制方法

針對(duì)中亞盆地群的巖相古地理恢復(fù)具有研究區(qū)域大、巖相變化快的特點(diǎn)，主要采用“板塊控界、構(gòu)造控盆、盆地控相”的方法，總結(jié)了板塊運(yùn)動(dòng)和古地理環(huán)境等主控因素對(duì)中亞地區(qū)的巖相古地理的影響。二十世紀(jì)末中亞地區(qū)八個(gè)國家合作編制了歐亞大陸中部的巖相古地理、構(gòu)造和古地理地貌圖，為中亞宏觀地質(zhì)認(rèn)識(shí)奠定了良好的基礎(chǔ)。本次巖相古地理編圖以此為基礎(chǔ)，并調(diào)研了大量前人成果(包括文獻(xiàn)、圖集和論文專著等)，總結(jié)盆地的沉積方面特征，編制了中亞盆地群石炭-二疊紀(jì)的巖相古地理圖。

編圖范圍為東歐板塊東部、哈薩克斯坦板塊及交界處，經(jīng)緯坐標(biāo)在40°～60°N、45°～95°E，時(shí)代為早石炭世-早二疊世(360～270Ma)，涵蓋了中亞盆地群由海相沉積向陸相沉積轉(zhuǎn)化的過程。

2 中亞地區(qū)盆地群剖面特征和巖相特征

2.1 中亞盆地群剖面特征

綜合前人研究進(jìn)展和資料，繪制了中亞盆地群東西走向的構(gòu)造大剖面對(duì)比圖(圖2)，根據(jù)其盆地所處板塊位置，可分為東歐地臺(tái)和哈薩克斯坦板塊。

(1)東歐地臺(tái)

東歐地臺(tái)是烏拉爾造山帶以西的古老地塊(古老克拉通)，基底為太古代和元古代片麻巖和變質(zhì)巖，地表主要覆蓋中新生代蓋層。處于東歐地臺(tái)的濱里海盆地最重要的特征是發(fā)育一套巨厚的下二疊統(tǒng)空谷階鹽巖，與此對(duì)應(yīng)的，楚-薩雷蘇盆地也發(fā)育一定厚度的中下二疊統(tǒng)鹽巖。油氣主要富集于鹽下，一般位于構(gòu)造高點(diǎn)和斜坡帶及斷裂較為發(fā)育區(qū)域。

圖3 中亞盆地群石炭-二疊系巖性柱狀圖(據(jù)塔斯肯等，2014；何登發(fā)等, 2016, 2018修改)Fig.3 Lithologic column diagram of Carboniferous and Permian in the Central Asian Basin group (modified after Taskyn et al., 2014; He et al., 2016, 2018)

(2)哈薩克斯坦板塊

哈薩克斯坦板塊處于中亞造山帶西南部，西部為烏拉爾造山帶，南部是特提斯構(gòu)造域，北部為額爾齊斯造山帶，東南部為南天山造山帶。板內(nèi)上古生界發(fā)育石炭-二疊系地層，泥盆系地層發(fā)育較少，主要發(fā)育在板塊邊界及造山褶皺帶附近。

圖爾蓋盆地分為南圖爾蓋盆地和北圖爾蓋盆地，南圖爾蓋盆地是中生代裂谷盆地，發(fā)育中生界-新生界地層，北圖爾蓋盆地發(fā)育上古生界-中生界地層，但相關(guān)研究資料很少。南圖爾蓋盆地是主要的含油氣區(qū)，主要的含油氣層為侏羅系，盆地凹陷的形態(tài)與準(zhǔn)噶爾盆地石炭系地層凹陷形態(tài)相似。

楚-薩雷蘇盆地發(fā)育上古生界地層，盆地基底由元古宇片麻巖、石英巖和片巖等組成的巨厚變質(zhì)巖系和與之角度不整合的下古生界褶皺和變質(zhì)巖系(加里東褶皺系)構(gòu)成。早泥盆世-早石炭世，沉積碳酸鹽巖、碎屑巖和鹽巖。中石炭世-晚三疊世時(shí)期，哈薩克斯坦板塊與卡拉庫姆-塔里木板塊、東歐板塊、西伯利亞板塊交匯，部分地區(qū)二疊系地層缺失，整個(gè)盆地缺失三疊系地層。該盆地鹽巖的發(fā)育主要集中在盆地中部，發(fā)育于上泥盆統(tǒng)-下石炭統(tǒng)地層中，盆地西北部(剖面位置)的鹽巖較薄，為中下二疊統(tǒng)鹽巖。

齋桑盆地位于哈薩克斯坦板塊的東南緣，一般認(rèn)為該盆地是由一系列古生代島弧系和晚古生代陸緣火山巖帶、殘余洋盆等所組成。齋桑盆地發(fā)育巨厚石炭系和二疊系地層。上古生界油氣主要富含在上二疊統(tǒng)麥恰特組和阿考爾康組泥巖，其次為下二疊統(tǒng)塔朗欽組。

準(zhǔn)噶爾盆地經(jīng)歷多期構(gòu)造演化，與齋桑盆地相似，在石炭紀(jì)-二疊紀(jì)時(shí)期，盆地屬性經(jīng)歷了由裂谷盆地向前陸盆地的轉(zhuǎn)變，構(gòu)造環(huán)境由伸展轉(zhuǎn)向擠壓。

三塘湖盆地上古生界發(fā)育巨厚的石炭系地層和較厚的侏羅系地層，二疊系和三疊系厚度發(fā)育均較薄。

綜上所述，中亞盆地群上古生界，自西向東構(gòu)造活動(dòng)性增強(qiáng)、盆地形成依次變晚。濱里海盆地形成于早古生代，圖爾蓋、楚-薩雷蘇盆地形成于泥盆紀(jì)，齋桑、準(zhǔn)噶爾、三塘湖形成于石炭紀(jì)。

濱里海盆地、圖爾蓋盆地和楚-薩雷蘇盆地的構(gòu)造剖面據(jù)文獻(xiàn)(塔斯肯等，2014)，齋桑盆地構(gòu)造剖面據(jù)文獻(xiàn)(Lietal., 2015)，準(zhǔn)噶爾盆地剖面據(jù)文獻(xiàn)(何登發(fā)等, 2018)，三塘湖盆地剖面采用重磁剖面(魯海鷗等, 2012)，西準(zhǔn)噶爾造山帶的繪制據(jù)參考文獻(xiàn)(陳新等, 2002)。

2.2 中亞盆地群巖相特征

中亞盆地群石炭-二疊系的巖性具有明顯的“東西分帶”特征，西側(cè)的濱里海盆地、圖爾蓋盆地和楚-薩雷蘇盆地以碳酸鹽巖發(fā)育為主要巖性特征，具有較高的相似度；東側(cè)的齋桑盆地、準(zhǔn)噶爾盆地和三塘湖盆地以發(fā)育火山巖和砂泥巖為主要巖性特征(圖3)。

濱里海盆地處于東歐地臺(tái)的東南部，整個(gè)古生界以海相沉積為主，蘊(yùn)含著豐富的油氣資源(苗紅生等, 2012)。盆地石炭系發(fā)育巨厚的碳酸鹽巖，夾雜部分碎屑巖，而二疊系盆地廣泛發(fā)育一套的下二疊統(tǒng)空谷組鹽巖。早二疊世時(shí)期，盆地及周緣地層遭受抬升剝蝕，風(fēng)化淋濾作用加強(qiáng)，伴隨著烏拉爾洋的閉合，濱里海盆地逐步演化為一個(gè)封閉的海盆，進(jìn)而形成巨厚的蒸發(fā)巖。圖爾蓋盆地可分為南圖爾蓋盆地和北圖爾蓋盆地，南圖爾蓋盆地為中生界裂谷盆地，主要發(fā)育中生界地層，而北圖爾蓋發(fā)育上古生界地層，在中-下石炭統(tǒng)沉積碳酸鹽巖，上石炭統(tǒng)和下二疊統(tǒng)主要沉積砂泥巖。圖爾蓋盆地靠近烏拉爾山，地處哈薩克斯坦板塊邊緣，構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)，因而地層發(fā)育多處不整合。楚-薩雷蘇盆地碳酸鹽巖主要分布在下石炭統(tǒng)，沉積兩套鹽巖分別在下二疊統(tǒng)和上奧陶統(tǒng)-下石炭統(tǒng)。此外盆地石炭系泥巖十分發(fā)育，是油藏中良好的蓋層。

齋桑盆地、準(zhǔn)噶爾盆地和三塘湖盆地在巖性組成上具有明顯的一致性，這與其前陸盆地性質(zhì)的構(gòu)造環(huán)境有關(guān)。齋桑盆地石炭系以火山巖為主，二疊系以碎屑巖沉積為主，石炭系地層厚度大(何登發(fā)等, 2016)。準(zhǔn)噶爾盆地石炭系也以火山巖沉積為主，局部地區(qū)有火山碎屑巖和陸源碎屑沉積巖。

表1 哈薩克斯坦板塊晚古生代古地磁數(shù)據(jù)表

二疊系以砂泥巖為主，上二疊統(tǒng)發(fā)育一套礫巖層。三塘湖盆地中-上石炭統(tǒng)發(fā)育火山巖和凝灰?guī)r，下二疊統(tǒng)發(fā)育火山巖，夾雜深色泥巖，下二疊統(tǒng)地層在盆地局部地區(qū)有缺失。

3 石炭-二疊紀(jì)古地理環(huán)境

石炭紀(jì)時(shí)期，哈薩克斯坦板塊處于低緯度地區(qū)，處于淺海相沉積環(huán)境，靠近烏拉爾洋和突厥斯坦洋地區(qū)廣泛發(fā)育碳酸鹽巖。伴隨著西伯利亞板塊、東歐板塊和哈薩克斯坦板塊的漂移旋轉(zhuǎn)和碰撞，使得哈薩克斯坦板塊內(nèi)發(fā)育多條大型走滑斷裂。二疊紀(jì)時(shí)期，中亞盆地群整體進(jìn)入陸相沉積，沉積環(huán)境由海相碳酸鹽巖和島弧相火山巖轉(zhuǎn)向碎屑巖沉積。晚二疊世，哈薩克斯坦板塊整體接受抬升剝蝕，具有典型不整合特征。

3.1 哈薩克斯坦板塊古緯度變化

哈薩克斯坦板塊是中亞盆地群形成和發(fā)育的主要區(qū)域，本次研究采用“V90”判別標(biāo)準(zhǔn)篩選出哈薩克斯坦板塊成吉斯火山巖帶的晚古生代古地磁數(shù)據(jù)(表1)，成吉斯火山巖帶與哈薩克斯坦板塊古緯度變化具有一致性，且古地磁數(shù)據(jù)也相對(duì)比較齊全。

選擇泥盆紀(jì)、石炭紀(jì)和二疊紀(jì)等時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行古緯度恢復(fù)，得到晚古生代哈薩克斯坦板塊古緯度變化圖(圖4)。在早泥盆世，哈薩克斯坦板塊漂移到40°N左右，由于哈薩克斯坦板塊北部的西伯利亞板塊停止向北漂移，并開始順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致哈薩克斯坦板塊向南移動(dòng)；在晚泥盆世，漂移至25°N左右。伴隨著哈薩克斯坦板塊與波羅的板塊的碰撞，以及塔里木陸塊和西伯利亞板塊的不斷拼貼碰撞，哈薩克斯坦板塊在早石炭到晚二疊世發(fā)生順時(shí)針旋轉(zhuǎn)并不斷向北漂移，在晚二疊世板塊漂移運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)向板內(nèi)的構(gòu)造演化運(yùn)動(dòng)。

圖4 晚古生代哈薩克斯坦板塊古緯度變化圖Fig.4 Paleolatitude variation of the Kazakhstan plate in Late Paleozoic

3.2 石炭紀(jì)古地理環(huán)境

早石炭世時(shí)期，在哈薩克斯坦大部分地區(qū)存在一個(gè)海相大陸架盆地(Chouletetal., 2012)。洋殼向哈薩克斯坦板塊的俯沖形成了巴爾喀什-伊犁火山帶。沿著齋桑盆地南緣，粗的碎屑火山巖磨拉石在島弧內(nèi)部形成，這些火山巖序列中包括高鉀安山巖，厚度高達(dá)2500m。該時(shí)期東歐板塊和哈薩克斯坦板塊南部處于低緯度地區(qū)，沿烏拉爾洋兩側(cè)發(fā)育碳酸鹽巖。早石炭世，濱里海盆地和楚-薩雷蘇盆地已經(jīng)發(fā)育碳酸鹽巖沉積時(shí)，準(zhǔn)噶爾地區(qū)還是以島弧相為主。烏拉爾洋的雙向俯沖，使得哈薩克斯坦板塊靠近烏拉爾洋的一側(cè)發(fā)育島弧火山巖(圖5)。

圖5 早石炭世古地理環(huán)境圖(據(jù)Korobkin and Buslov, 2011修改)Fig.5 Paleogeographic environment in Early Carboniferous (modified after Korobkin and Buslov, 2011)

中-晚石炭世，哈薩克斯坦板塊周緣洋盆已經(jīng)閉合，東歐、西伯利亞和準(zhǔn)噶爾-巴爾喀什繼續(xù)相互匯聚后發(fā)生碰撞(Buslov, 2011; Korobkin and Buslov, 2011)，板內(nèi)發(fā)育陸源碎屑沉積，中部發(fā)育閉合山間盆地，東南部發(fā)育陸間殘余洋盆。哈薩克斯坦板塊內(nèi)發(fā)育有陸源碎屑沉積，覆蓋在火山巖之上。碰撞造山帶主要發(fā)育在烏拉爾、哈薩克斯坦北部、準(zhǔn)噶爾地區(qū)和天山(Jahnetal., 2004)。塔里木地塊在前寒武系、寒武系、奧陶系和石炭系具有碳酸鹽巖(朱光有等，2016, 2020；Zhuetal., 2018；閆磊等，2020)，在石炭紀(jì)時(shí)期，塔里木地塊處于淺海的沉積環(huán)境，哈薩克斯坦中部發(fā)育閉合山間盆地，準(zhǔn)噶爾-巴爾喀什及齋桑洋盆是陸間殘余洋盆。

圖6 早二疊世古地理環(huán)境圖(據(jù)Korobkin and Buslov, 2011修改)Fig.6 Paleogeographic environment in Early Permian (modified after Korobkin and Buslov, 2011)

3.3 二疊紀(jì)古地理環(huán)境

二疊紀(jì)時(shí)期，是構(gòu)造活動(dòng)及變形最強(qiáng)烈的時(shí)期，也是洋-陸轉(zhuǎn)換的重要階段。早二疊世，哈薩克斯坦板塊與塔里木板塊和東歐板塊發(fā)生碰撞，碰撞作用伴隨著花崗巖侵入和造山運(yùn)動(dòng)，東歐板塊通過旋轉(zhuǎn)逐步向哈薩克斯坦板塊的西北部位置移動(dòng)(圖6)。濱里海盆地邊緣形成褶皺和沖斷帶，齋桑殘余洋盆閉合，并發(fā)育卡拉套、扎那伊爾-奈曼等右旋走滑斷裂(Korobkin and Buslov, 2011)。該時(shí)期，板內(nèi)以陸源碎屑沉積為主，中亞構(gòu)造格局基本形成，二疊紀(jì)晚期，板內(nèi)盆地遭受抬升剝蝕，盆地存在沉積間斷和不整合。

一系列山脈的隆升常伴隨半閉合的深水盆地，如準(zhǔn)噶爾盆地內(nèi)部有厚層的復(fù)理石和瀝青質(zhì)頁巖沉積(Han and Zhao, 2018)。在大部分地區(qū)，沉積物都發(fā)育在山間盆地及山前前淵帶上，聚集了紅色復(fù)理石，局部地區(qū)還有火山巖，鹽巖地層沉積主要發(fā)生在濱里海盆地。

二疊紀(jì)-三疊紀(jì)不同塊體間的剪切構(gòu)造是中亞造山帶形成的最后階段，整個(gè)歐亞大陸的南緣處于主動(dòng)大陸邊緣，古特提斯洋向北俯沖。這一構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使得塔里木、烏斯秋爾特高原、天山及曼格什拉克半島發(fā)生剪切、裂谷作用，卡爾平斯基山脈和烏拉爾褶皺帶向北里海盆地和烏斯秋爾特高原沖斷，形成一些厚層陸源及內(nèi)陸鹽巖地層沉積(Windleyetal., 2007; Torsvik and Cocks, 2011; Xiaoetal., 2013)。其最明顯的特征是洋盆閉合，各板塊或地體拼貼在一起，開啟造山運(yùn)動(dòng)。此時(shí)除濱里海盆地外，其他盆地都以轉(zhuǎn)向陸相沉積，走滑錯(cuò)斷特征更加明顯。

4 石炭-二疊紀(jì)巖相古地理

中亞盆地群巖相古地理與其古地理環(huán)境和巖相特征關(guān)系保持一致性，在前人的研究基礎(chǔ)上，綜合分析盆地群巖相特征及巖相古地理演化過程。

4.1 石炭紀(jì)巖相古地理

(1)早石炭世巖相古地理

早石炭世，哈薩克斯坦板塊整體以海相沉積為主(圖7)。濱里海盆地廣泛發(fā)育碳酸鹽巖并夾雜海相泥巖，盆地上石炭統(tǒng)多被剝蝕，中下石炭統(tǒng)保存較好。主要發(fā)育臺(tái)地相碳酸鹽巖和深水陸棚-盆地相陸源碎屑巖兩種巖相類型，巖性主要為灰?guī)r和白云巖。東歐板塊向哈薩克斯坦板塊俯沖碰撞，使得哈薩克斯坦板塊西緣沿著烏拉爾-南天山發(fā)育長(zhǎng)約1000km的火山巖帶(Korobkin and Buslov, 2011)。

圖7 早石炭世(360～320Ma)巖相古地理Fig.7 Early Carboniferous (360～320Ma) lithofacies paleogeography

楚-薩雷蘇盆地處于淺海沉積環(huán)境，沉積了以方解石為主的碳酸鹽巖(含硅質(zhì))、南部發(fā)育暗色泥巖和膏質(zhì)夾碎屑巖，沉積厚度1100～2500m，發(fā)育的海相暗色泥巖是盆地內(nèi)重要的烴源巖，早石炭世早期發(fā)育灰?guī)r、白云巖和白云石質(zhì)灰?guī)r(Zhaoetal., 2017)。

齋桑盆地處于哈薩克斯坦板塊與西伯利亞板塊的縫合帶附近，發(fā)育以火山巖(凝灰砂巖、玄武巖)、泥巖和砂巖為主，具有層狀結(jié)構(gòu)，整個(gè)石炭系地層厚度可達(dá)10km(王嶼濤等, 2010)，上石炭統(tǒng)互層沉積厚度可達(dá)1600m(Lietal., 2015; Zhaoetal., 2017)。

而準(zhǔn)噶爾盆地大部分地區(qū)處于淺海-深海的沉積環(huán)境，廣泛發(fā)育島弧，如阿爾泰島弧、烏倫古島弧、陸梁島弧和奇臺(tái)島弧等。早石炭世早期為額爾齊斯洋、西準(zhǔn)噶爾-卡拉麥里洋和北天山洋大洋巖石圈正常俯沖時(shí)期。在阿爾泰島弧北部形成諾爾特陸緣海盆，主要發(fā)育以泥巖和石英砂巖互層為特征的濱淺海相沉積(王啟宇等, 2014; 李滌, 2016)。此時(shí)的西準(zhǔn)噶爾地區(qū)受洋盆的發(fā)展、消亡及海侵影響，依然處于水體相對(duì)較深的背景，為半深海-深海沉積環(huán)境，但明顯向準(zhǔn)噶爾盆地方向收縮。三塘湖盆地整體處于濱海相和淺海相沉積環(huán)境，盆地北部和南緣發(fā)育火山巖和凝灰?guī)r(毛小妮, 2012)。

圖8 晚石炭世(320～290Ma)巖相古地理Fig.8 Late Carboniferous (320～290Ma) lithofacies paleogeography

圖9 早二疊世(290～270Ma)巖相古地理Fig.9 Early Permian (290～270Ma) lithofacies paleogeography

(2)晚石炭世巖相古地理

晚石炭世時(shí)期，濱里海盆地仍以海相沉積為主，盆地周緣廣泛發(fā)育碳酸鹽巖，而哈薩克斯坦板塊內(nèi)西部發(fā)育大面積湖相沉積，在楚-薩雷蘇盆地和田尼茲盆地形成湖盆中心，其中楚-薩雷蘇盆地發(fā)育雜色碎屑夾鹽巖和石膏，厚度變化不大，從幾十米到幾百米，巖性粒度具有向上變粗的特征(何登發(fā)等, 2016；張迪碩, 2016)，表明該時(shí)期沉積環(huán)境為海陸過渡相。在板塊東部，沿山彎構(gòu)造發(fā)育火山巖帶，齋桑盆地以火山巖和海相泥巖為主(圖8)。

圖10 中亞盆地群石炭-二疊系巖相古地理演化示意圖Fig.10 Schematic diagrams of paleogeographic evolution of carboniferous-Permian lithofacies in Central Asian basin group

4.2 二疊紀(jì)巖相古地理

(1)早二疊世巖相古地理

早二疊世，哈薩克斯坦板塊中西部部分發(fā)育以礫巖、砂巖和泥巖為主的湖相，湖盆面積開始變小(圖9)。濱里海盆地以深海相沉積為主，其東南部和西部以淺海相和半深海相為主，盆地邊緣廣泛發(fā)育碳酸鹽巖，相較于石炭紀(jì)，沉積環(huán)境有水深變淺的趨勢(shì)。楚-薩雷蘇盆地以湖相沉積為主，主要在西部坳陷帶上，以含蒸發(fā)巖為主要特征(余達(dá), 2016)。二疊系在全盆地廣泛發(fā)育，下二疊統(tǒng)不整合覆蓋于中石炭統(tǒng)之上。下二疊統(tǒng)發(fā)育雜色粉砂巖、泥巖和蒸發(fā)巖，底部發(fā)育灰?guī)r礫石組成的礫巖。

齋桑盆地、準(zhǔn)噶爾盆地和三塘湖盆地均為湖相沉積，以砂巖和泥巖為主，齋桑盆地發(fā)育半深湖-深湖相沉積和三角洲相沉積，物源區(qū)主要來自南部石炭系老山，母巖巖性主要為火成巖(朱祥峰等，2017；王云，2018)，三塘湖盆地還發(fā)育火山巖。準(zhǔn)噶爾盆地周邊自早二疊世起幾乎全部隆起成陸，盆地內(nèi)起伏不平，形成坳隆相間的構(gòu)造格局。由于石炭紀(jì)末期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，加上火山活動(dòng)發(fā)育，致使二疊紀(jì)沉積與下伏石炭系多為角度不整合或假整合接觸，僅少數(shù)地區(qū)為整合接觸。二疊紀(jì)是準(zhǔn)噶爾盆地發(fā)展的重要時(shí)期，盆地主體進(jìn)入陸相或海陸交互沉積演化階段，是海陸轉(zhuǎn)換的重要轉(zhuǎn)折時(shí)期，海水由西向東退出(Kuangetal., 2012; 馮陶然, 2017)。

(2)晚二疊世巖相古地理

晚二疊世，氣候干旱，濱里海盆地由深海相過渡到淺海相，除發(fā)育碳酸鹽巖外，仍發(fā)育一定的鹽巖和泥巖。哈薩克斯坦板塊內(nèi)為隆起剝蝕區(qū)和陸相碎屑巖沖積區(qū)，周緣為碎屑巖，楚-薩雷蘇盆地發(fā)育泥巖。齋桑盆地、準(zhǔn)噶爾盆地和三塘湖盆地發(fā)育砂泥互層，該時(shí)期也是烴源巖重要的形成和保存時(shí)期。

5 巖相古地理演化特征及油氣意義

哈薩克斯坦板塊在晚古生代的構(gòu)造環(huán)境比較復(fù)雜，受西伯利亞板塊、東歐板塊、卡拉庫姆板塊和塔里木板塊，以及周緣洋盆俯沖閉合過程的影響，其盆地群在巖相演化過程中不能保證巖性的一致性，但演化特征具有明顯的“東西分帶”特點(diǎn)。該特點(diǎn)對(duì)中亞盆地群上古生界的巖相演化的認(rèn)識(shí)具有很大的幫助，尤其對(duì)中亞盆地群石炭-二疊系油氣勘探具有一定的指導(dǎo)作用。

圖11 中亞盆地群上古生界油氣分布圖(油氣資料參考：塔斯肯等, 2014；楊海波等, 2018；王嶼濤等, 2010；朱祥峰等, 2017)Fig.11 Hydrocarbon distribution map of the Upper Paleozoic in the Central Asia basin group (sources data of oil and gas from Taskyn et al., 2014; Yang et al., 2018; Wang et al., 2010; Zhu et al., 2017)

5.1 巖相古地理演化特征

中亞盆地群在石炭-二疊紀(jì)巖相古地理演化主要可劃分為三個(gè)階段：早石炭世深海-半深海相沉積階段、晚石炭世淺海相-湖相沉積階段和早二疊世湖相沉積階段。

(1)早石炭世深海-半深海相沉積階段

中亞西側(cè)盆地群靠近烏拉爾地區(qū)(烏拉爾洋)的兩側(cè)，在晚古生代時(shí)期處于低緯度地區(qū)且具有相對(duì)穩(wěn)定的臺(tái)地環(huán)境(Korobkin and Buslov, 2011)，因而石炭紀(jì)時(shí)期廣泛發(fā)育碳酸鹽巖，而中亞東側(cè)盆地群在晚古生代時(shí)期早期還處于形成階段，在石炭紀(jì)時(shí)期以島弧相和半深海相為主，沉積火山巖和泥巖(圖10a)。

(2)晚石炭世淺海相-湖相沉積階段

晚石炭世，東歐板塊向哈薩克斯坦板塊拼合，烏拉爾洋閉合，開始造山運(yùn)動(dòng)，哈薩克斯坦板塊西側(cè)抬升，海水退去方向由西向東，哈薩克斯坦板塊西部開始遭受抬升剝蝕，并接受陸相沉積，楚薩雷蘇盆地是海陸過渡相，一般認(rèn)為以淺海相為主(圖10b)。準(zhǔn)噶爾盆地靠近巴爾喀什-準(zhǔn)噶爾殘余洋，以淺海相為主，上石炭統(tǒng)廣泛發(fā)育火山巖。

(3)早二疊世湖相沉積階段

二疊紀(jì)時(shí)期，伴隨著哈薩克斯坦板塊以東的烏拉爾洋和以西的巴爾喀什-準(zhǔn)噶爾洋的閉合，形成造山帶(圖10c)，除濱里海盆地外，中亞地區(qū)大部分盆地群完成了由海相沉積向陸相沉積轉(zhuǎn)換(Chouletetal., 2012)。

相對(duì)于中亞西側(cè)盆地，中亞東側(cè)盆地巖相變化快，表明了構(gòu)造環(huán)境時(shí)刻發(fā)生變化，這主要與盆地所處的位置有關(guān)，處于哈薩克斯坦板塊的東南緣，受構(gòu)造活動(dòng)影響大。隨著中亞造山帶晚古生代不斷擠壓增生(Xiao and Santosh, 2014)，尤其二疊紀(jì)時(shí)期，齋桑盆地、準(zhǔn)噶爾盆地和三塘湖盆地都具有前陸盆地性質(zhì)，該區(qū)帶沉積上具有明顯的湖相碎屑巖沉積特征，受抬升剝蝕作用，構(gòu)造上具有不整合現(xiàn)象。

5.2 油氣勘探意義

巖相古地理的研究與油氣的分布息息相關(guān)，對(duì)中亞地區(qū)石炭-二疊紀(jì)巖相古地理的研究，有助于理解中亞盆地群在油氣分布特征的異同點(diǎn)，可借鑒開采程度較高的盆地的巖相特征，類比相鄰或相似構(gòu)造環(huán)境開采程度較低的盆地(王嶼濤等，2010)。充分利用文獻(xiàn)資料和油氣勘探成果，繪制了中亞盆地群上古生界油氣勘探的分布圖(圖11)。

整體來看，中亞盆地群上古生界的油氣勘探程度比較低，各盆地的勘探程度和油氣分布也有一定的差異。目前濱里海盆地油氣資源量最大且勘探程度較高，二疊系巨厚的鹽巖層成為優(yōu)質(zhì)的蓋層。南圖爾蓋盆地是中生代裂谷盆地，其盆地南緣坳陷區(qū)對(duì)油氣勘探具有重要的意義(李文正等，2020)，但石炭系-二疊系地層發(fā)育較差，上古生界油氣潛力較低。楚薩雷蘇盆地以石炭系天然氣為主，二疊系也發(fā)育鹽巖。巴爾喀什-阿拉湖地區(qū)雖有發(fā)現(xiàn)油苗，但勘探程度很低。齋桑盆地整體勘探程度不高，以產(chǎn)氣為主，且主要分布在盆地的南緣。準(zhǔn)噶爾盆地西北緣以產(chǎn)油為主，東緣以產(chǎn)氣為主。三塘湖盆地在中-上二疊統(tǒng)有頁巖油發(fā)育。

結(jié)合古地理環(huán)境和巖相古地理研究，可得到以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

(1)濱里海盆地和楚-薩雷蘇盆地都發(fā)育一定厚度的碳酸鹽巖和鹽巖，為油藏生儲(chǔ)層和蓋層。而齋桑盆地、準(zhǔn)噶爾盆地和三塘湖盆地是火山巖發(fā)育，可作為良好的儲(chǔ)層，泥巖為蓋層。確定準(zhǔn)噶爾盆地及周緣地區(qū)火山巖的分布，將十分有利于石炭系油氣勘探。

(2)晚石炭世末-早二疊世時(shí)期，哈薩克斯坦板塊內(nèi)盆地群轉(zhuǎn)為陸相沉積，形成多個(gè)湖相中心(圖9)，如特尼茲盆地、楚-薩雷蘇盆地、以及準(zhǔn)噶爾盆地與相鄰盆地形成的區(qū)域湖相沉積，湖相中心是油氣勘探的重點(diǎn)。

(3)位于阿拉科爾盆地到西準(zhǔn)噶爾地區(qū)的準(zhǔn)噶爾-巴爾喀什殘余洋盆在石炭紀(jì)晚期閉合。殘余洋盆的消亡常形成繼承性坳陷，發(fā)育巨厚的海相沉積地層，海相泥質(zhì)和碳質(zhì)頁巖是良好的烴源巖，區(qū)域分布的復(fù)理石可作為蓋層，形成良好的生儲(chǔ)蓋組合(李江海等，2009)。圍繞殘余洋盆開展深入研究，可為尋找新區(qū)油氣提供勘探思路。

6 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

通過對(duì)中亞盆地群石炭-二疊系巖相古地理的分析研究，得到以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

(1)中亞盆地群在晚古生代早期分別屬于不同板塊或者陸塊，在早二疊世完成拼合。因此石炭-二疊系的巖相具有明顯的“東西分帶”特征，西側(cè)的濱里海盆地、圖爾蓋盆地和楚-薩雷蘇盆地巖相特征以碳酸鹽巖為主，東側(cè)的齋桑盆地、準(zhǔn)噶爾盆地和三塘湖盆地構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，巖相變化快，巖相特征以火山巖和砂泥巖為主。

(2)影響中亞盆地群東西向差異的另一重要因素是古地理環(huán)境不同，石炭紀(jì)時(shí)期，哈薩克斯坦板塊西側(cè)處于低緯度，氣溫較高，靠近烏拉爾洋地區(qū)具有較為穩(wěn)定的臺(tái)地環(huán)境，廣泛發(fā)育碳酸鹽巖。而哈薩克斯坦板塊東側(cè)處于中-低緯度，伴隨著準(zhǔn)噶爾-巴爾喀什殘余洋盆的閉合，在其周緣廣泛發(fā)育火山巖和碎屑巖。二疊紀(jì)時(shí)期，中亞盆地群已由海相沉積轉(zhuǎn)化為陸相沉積，哈薩克斯坦板塊與周緣板塊相繼閉合，造山運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，其板塊東緣盆地群巖相變化快。晚二疊世，中亞盆地群整體遭受抬升剝蝕，普遍具有不整合特征。

(3)中亞盆地群在石炭-二疊紀(jì)巖相古地理演化主要可劃分為三個(gè)階段：早石炭世深海-半深海相沉積階段、晚石炭世淺海相-湖相沉積階段和早二疊世湖相沉積階段。

(4)綜合對(duì)比中亞盆地群石炭-二疊系巖相古地理特征和巖相演化特征，明確了三個(gè)油氣勘探的有利方向：中亞東側(cè)盆地群火山巖的分布區(qū)帶、中亞地區(qū)形成的湖相中心和準(zhǔn)噶爾-巴爾喀什殘余洋盆附近。