【准噶尔盆地结构及其圈闭类型】 准噶尔盆地类型

第16卷第3期Vol.16　No.3

新　疆　地　质

XINJIANGGEOLOGY

1998年9月Sep.1998

准噶尔盆地结构及其圈闭类型

张功成

(海洋石油勘探开发研究中心,河北高碑店市　074010)

ª

刘楼军　陈新发　刘锦文

(新疆石油管理局物理研究所,乌鲁木齐　830011)

摘　要　准噶尔盆地是复合叠加前陆盆地,其原型分别形成于板块俯冲、碰撞、造山带后期复活、拗拉槽回返和板内皱陷作用有关的大地构造环境。其古生代盆地的形成与相邻的阿尔泰山和东、西准噶尔山、天山及博格达山的造山作用相关。中新生代盆地的形成和改造与其南部特提斯域板块俯冲碰撞造山引起的盆地相邻造山带的复活有关。相邻造山带时空上不均一的造山作用对盆地的影响不同,形成了盆地独特的结构。各坳陷均由与其形成有关的造山带前缘冲断带、陡坡带、山前凹陷、缓坡带和前隆及前缘皱陷等构成,前隆之间的叠加构成了盆地的大型隆起,皱陷叠加构成了盆地的中央坳陷。不同类型的圈闭在坳陷中有规律地分布着。关键词　准噶尔　造山带　前陆盆地　盆地结构　圈闭类型中图法分类号　P644.4;P618,130.22

　　准噶尔盆地是我国西北地区最早发现大油气田的盆地,面积130000km2,沉积盖层最厚达15km。该盆地南为西天山和博格达山,东北为克拉麦里山和阿尔泰山、西为西准噶尔山,是研究造山带与盆地关系的理想场所。新疆石油管理局已将盆地结构构造研究列为“九五”规划十大课题中的第一个课题.可见对盆地结构和构造进行研究在理论上和油气勘探实践上都非常必要。

[1]

1　前陆盆地的原型

准噶尔盆地是一个大型复合叠加前陆盆地,其原型盆地几乎包括了前陆盆地的所有类型。依据会聚大陆边缘板块间相互作用的阶段及造山带的类型划出如下几类(图1):1.1　与板块俯冲作用有关的前陆盆地

该类盆地形成于大洋板块俯冲于大陆板块之下的过程中,位于仰冲板块岩浆弧造山带和大陆之间的过渡部位,称为弧后前陆盆地[2]。其沉降的驱动力主要来自隆起的造山带产生的侧向挤压。该类盆地常常叠加在前期形成的被动大陆边盆地之上(图1-Ⅰ)。这类盆地分布于准

ª

中国石油天然气总公司重点科技项目(97-02-12-19)

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噶尔盆地周边的造山带里。

1.2　与碰撞造山作用有关的前陆盆地在大陆板块碰撞期间,除了形成新的弧后前陆盆地之外,在俯冲的板块与造山带的过渡带上形成边缘前陆盆地[2](图1-Ⅱ),其走向与造山带平行,造山带的隆起与盆地的下拗同步,早期的大陆边缘可能是被动型或者活动型。如北天山山前二叠纪前陆坳陷和克拉玛依坳陷。1.3　古造山带复活形成的山前前陆盆地

造山带后期的隆起作用在山前与克拉通或地块的过渡部位形成的前陆盆地为再旋回山前前陆盆地(图1-Ⅲ)。造山作用均衡活动期,前陆盆地的沉积向造山带上超覆(准噶尔南缘的三叠纪—侏罗纪);造山较弱时,沉降中心向地块内部迁移(如白垩纪—早第三纪的准噶尔前陆坳陷);造山作用强烈时,沉降中心位于山前(如晚第三纪以来的准噶尔前陆盆地)。

1.4　拗拉谷回返造山带形成的前陆盆地

该类盆地演化早期是板内—大陆边缘三叉裂谷中的一支,另两支发育成大洋,在大洋闭合时该支回返成大型造山带,在其两侧形成推覆构造带,早期的拗拉谷边缘地壳和岩石圈下弯,形成前陆盆地(图1-Ⅳ)。早期火山岩具有大陆裂谷的特点,晚期隆起时几乎没有发生区域性的变质作用、岩浆作用,如博格达山南、北缘前陆坳陷。

1.5　陆内冲断—皱陷盆地

图1　前陆盆地类型

Fig.1　Differenttypesofforelandbasin

1.洋壳;2.混杂堆积;3.陆壳;4.冲断层5.前陆盆地层序;6.早期裂陷盆地层序

Ⅰ——弧后前陆盆地;Ⅱ——边缘前陆盆地;Ⅲ——多旋回造山带山前前陆盆地;Ⅳ——与拗拉槽回返作用有关的前陆盆地;

Ⅴ——与板块边缘会聚作用有关的陆内压陷盆地

这类盆地位于克拉通地块内部,由造

山带的挤压作用形成。从造山带到克拉通内部方向,在前缘隆重起靠近克拉通的内侧,由于挤压作用在隆起(常伴生逆冲断层)一侧常形成的挠曲类前陆盆地,与前陆盆地成对分布,但幅度与规模均比山前坳陷小得多(图1-Ⅴ)。

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2　准噶尔盆地演化

2.1　碰撞前陆坳陷发育阶段

本阶段主要指中上石炭统—二叠系沉积时期(表1)。其特点是沉积主要分布在造山带前缘,并与相关的造山带平行,沉积体在横剖面上呈楔形,走向呈棱柱体。压性断陷都受边界主断裂控制,受区域挤压应力的影响,准噶尔地块上发育沉降幅度较小的压陷盆地呈不对称的楔形。该期盆地主要分布在西北缘的西准噶尔山前、北天山山前、博格达造山带山前及克拉麦里山前。

石炭纪前陆坳陷主要分布在西准噶尔山前前陆和克拉麦里山前前陆,前者称克拉玛依坳陷,后者为克拉麦里山前坳陷,前者在后期演化中被上覆地层深埋得以较好的保存,后者因燕山运动的改造被分解成走向北东的凸起和构造盆地,其中残存规模较大的是五彩湾凹陷。

二叠纪时期发育的最大沉积断陷有玛湖断陷、中央断陷、安集海—昌吉断陷、博格达山前断裂以北的阜康—三台断陷、克拉麦里山前断裂以南的沙帐—大井断陷、吉木萨尔断陷等。2.2　古造山带复活期前陆坳陷继承发展阶段本阶段主要为三叠纪和侏罗纪时期。在这一时期准噶尔地块边缘的造山带活动较弱,但对沉积仍有明显的控制作用,同时沉积进一步扩大。盆地边缘的一些断裂在印支期和燕山期活动较明显,地层厚度相对内部较大。如克乌断裂带对三叠系的分布及厚度变化有一定的影响,中下侏罗统也有较明显的加厚;盆地北部及东北部的主要断裂也控制着三叠系、侏罗系沉积;三个泉(陆梁)南翼上的一些断裂则控制了中下三叠统,滴水泉断隆仍未被三叠系完全超覆;乌伦古断陷为新生断陷受阿尔泰造山带控制,三叠—侏罗系有明显加厚。由于盆地基底下沉及三叠系沉积超覆,特别是上三叠统沉积,逐步超覆了盆地内部及边缘的断隆,使若干断陷和断隆开始呈统一的盆地,如中央断陷、安集海—昌吉断陷等成为统一的坳陷。由于早中燕山期北天山的冲断隆升,使北天山山前坳陷进一步扩大并发展成深坳陷,这一深坳陷是该时期盆地的最大的沉降中心,位于玛纳斯—昌吉一线。该区侏罗系厚达4500m,而盆地中部广大地区最厚约1500m。在整合侏罗系沉积时,盆地下降呈脉冲式变化,造成了边缘地带各层组之间频繁而短暂的沉积间断,从而形成了许多局部不整合或假整合。早中侏罗世末构造活动相对比较强烈,主要表现为盆地周边沉积岩的褶皱隆起,形成众多的局部构造,如克拉玛依和克拉麦里一带,有一系列的三叠系—中下侏罗统组成的各种类型面状构造。

2.3　北天山山前统一前陆坳陷均衡沉降阶段

本阶段指白垩纪到早第三纪,盆地进一步扩大,进入统一的坳陷盆地发育阶段,此阶段已具有统一的沉降中心。白垩纪沉降中心在盆地腹部,全盆地均下沉,故白垩系厚度与岩性稳定,最大厚度在盆地中央,仅2000m,但却覆盖了全盆地下伏所有各层系。直到早第三纪渐新世,盆地基本保持了缓慢整体下沉,渐新统虽然在盆地南北缘的岩性与厚度上略有差异,但基本保持了统一性。白垩纪—渐新世盆地空前扩大,这一时期的沉积基本上呈水平状超覆在下伏地层上。

2.4　北天山山前统一前陆盆地强烈沉降阶段

本阶段指晚第三纪至今。由于来自印度次大陆与欧亚大陆碰撞作用的影响,从中新世开始,天山再次隆升,使北天山山前坳陷急剧下沉并接受大量沉积,坳陷内上第三系和第四系急

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表1　准噶尔地块的造盆作用与相邻造山带的关系

Table1　BasinformationofJunggarmassifanditsrelationwithadjoiningorogenicbelts

地层系统

造盆作用

界

系第四系

上新统

上第三系新生界

下第三系

中新统

沙湾组

渐新统始新统

紫泥泉子组

古新统上统

白垩系

下统上统

齐古组

侏罗系

头屯河组

中统

西山窑组三工河组

下统

八道湾组郝家沟组

上统

三叠系

黄山街组

中统下统

克拉玛依组上苍房沟群梧桐沟组泉子街组红雁池组

二叠系

古生界

上统

芦草沟组井井子沟组乌拉泊组

下统上统

石炭系

中统

柳树沟组

下统

弧后张裂

泥盆系

下芨芨槽群奥尔图组祁家沟组

西伯利亚板块与准噶尔—吐鲁番地块碰撞

与西准噶尔、东准噶尔、北天山、克拉麦里山碰撞造山有关的前陆盆地形成,博格达裂陷槽回返造山,在其北侧形成前陆坳陷

西伯利亚板块、塔里木板块和准噶尔—吐鲁番地块碰撞造山,形成统一大陆

与北天山、西准噶尔、东准噶尔、阿尔泰山、克拉麦里山古生代造山带复活造山作用有关的前陆盆地,其中以北天山的造山作用所形成者为主

羌塘地块与北部大陆碰撞造山,挤压作用波及北天山、东西准噶尔、阿尔泰山、博格达山,其中北天山活动最强

吐谷鲁群喀拉扎组

拉萨地块与北部大陆碰撞造山,挤压作用波及天山

东沟组

与北天山造山带均衡剥蚀—复活有关的前陆盆地

安集海河组

科希斯坦—冈底斯地块与北部大陆碰撞造山使天山造山

统

组西域组独山子组塔西河组

与北天山造山带强烈复活隆起造山有关的盆地

印度次大陆与欧亚大陆强烈碰撞产生的挤压应力远程传递到天山,使其复活强烈隆起造山

造山作用

中

生界

剧加厚,最大达5000m,其中上新统上部有厚2000m的砾石层,但在盆地北部该套沉积厚

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剧上升呈高大的造山带,在重力作用下使山前形成四排中新生界组成的背斜带。在盆地北部边缘地带,由于构造运动影响相对较弱,仅有部分断裂复活,结果形成了一些受断裂和基岩控制的平缓的第三系构造,如小型长垣、背斜与挠曲等。

从准噶尔盆地的发展与演化特征来看,可称为复合叠加前陆盆地,叠加是指上述四期盆地在纵向上的叠加;复合是指前两期盆地在横向上是北天山、博格达、西准噶尔、克拉麦里、阿尔泰诸造山带各自形成的前陆坳陷之间的组合关系,造山带前陆坳陷基本与造山带平行,在准噶尔地块中部则是各种作用叠加形成的盆地。白垩纪以后的盆地原型为仅受北天山控制的前陆坳陷。

3　与相邻造山带的关系

准噶尔盆地的各个前陆坳陷形成的大地构造环境不同。盆地西北缘的前陆坳陷与西准噶尔造山带的演化有关。该区晚寒武世—早石炭世是古亚洲中轴大陆的裂解带,中晚石炭世随欧亚大陆的碰撞而闭合,二叠纪发生碰撞造山[3～7],西北缘石炭纪前陆坳陷的形成和西准噶尔陆间洋盆的消减作用有关;二叠纪克拉玛依坳陷的形成与西准噶尔的碰撞造山作用有关。

中晚石炭世,北天山洋盆闭合,准噶尔地块向南俯冲;二叠纪发生碰撞造山,中新生代受天山以南特提斯构造域其它地块向北的碰撞作用影响,发生多旋回隆升[8],南缘北天山山前从二叠纪到第四纪形成了一系列叠加的前陆坳陷,各坳陷在准噶尔地块上的展布范围不同。博格达拗拉槽泥盆纪从巴里坤开始发育,并向准噶尔地块内部扩展,直到石炭纪在拗拉槽的两侧形成类似于被动大陆边缘层序的稳定沉积,分布于拗拉槽的南、北两侧边缘。在裂开的及伸展的边缘上形成稳定型沉积。二叠纪拗拉槽随天山的碰撞隆起而回返,早期的增生楔因挤压发生褶皱和冲断,大陆边缘内侧因侧向负荷而均衡沉降,形成前陆坳陷。

东北部阿尔泰山定型于海西期,三叠—侏罗纪复活隆升,伴随的侧向挤压作用形成山前前陆乌伦古坳陷ª。与其他前陆坳陷相比,该坳陷沉降幅度较小,主要原因在于该盆地形成时岩石圈厚度和强度较大不易下弯;而西北缘、南缘、博格达山前前陆坳陷形成前,均为裂陷的大陆边缘,地壳厚度、岩石圈经历过减薄作用强度低,易于下弯形成深盆。此外与特提斯南部传递来的挤压应力较小也有关系。克拉麦里造山带演化也经历了晚古生代的俯冲与碰撞[9],在山前形成了石炭纪—二叠纪的前陆坳陷,但该造山带中新生代活动较弱。

4　准噶尔盆地坳陷结构分析

准噶尔盆地内部可分为9个一级构造单元,30个二级构造单元,划分结果见表2。由造山带到稳定的克拉通内部,各坳陷由冲断—褶皱带、陡坡带、前陆凹陷、缓坡带、前隆、皱陷等次级单元构成(图2)。

　　褶皱—冲断构造是准噶尔盆地各原型坳陷的主要构造单元,主要有:车排子—红旗坝褶皱—冲断带;红岩褶皱—冲断带;滴水泉褶皱—冲断带;北天山山前褶皱—冲断带;博格达山前褶皱—冲断带。

陡坡带位于冲断带前缘,倾向克拉通内部,缓坡带倾向造山带,其间为前陆坳陷。如克拉玛依坳陷中的玛湖凹陷,主要形成于二叠纪,地层厚度达6000～7000m,烃源岩发育,且已成

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熟,是准噶尔盆地的富生烃凹陷。乌伦古坳陷的索索泉凹陷形成于三叠纪—侏罗纪,地层厚仅

表2　准噶尔盆地构造单元划分表

Table2　　SubdivisionofstructuralunitsinJunggarbasin

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2000～3000m,沉降幅度小,属弱生烃凹陷。中央坳陷中的盆1

井凹陷为二叠纪时相邻造山

图2　前陆坳陷结构横向剖面图

Fig.2　Structuralcross-sectionofforelanddepression

Ⅰ——冲断带前缘;Ⅱ——前陆盆地陡坡带;Ⅲ——深陷带;

Ⅳ——缓坡带;Ⅴ——前隆或克拉通

带作用下形成的叠加凹陷,代表另外一种类型。北天山山前坳陷的凹陷受北天山多旋回运动控制,分别形成于中晚石炭世—二叠纪、中生代、新生代,不同时期的凹陷不完全重合,昌吉凹陷代表晚第三纪—第四纪的凹陷的位置。博格达山前坳陷和克拉麦里山前坳陷因后期构造运动被改造,肢解成走向NE的凸起和构造“凹陷”。　　地壳挤压挠曲在盆地的远端也产生隆起,称为前隆。该隆起的位置和高程与地壳表层的负载有关。每个拗陷期都形成了相应的前隆。不同期但走向相同的前隆间的叠加,成为盆地中的大型隆起,如三个泉隆起由乌伦古坳陷及北天山前坳陷的前隆叠加而成,奇台隆起由克拉麦里山前坳陷的前隆和博格达山前坳陷的前隆叠加而成。前隆与凹陷的叠加在盆地内部形成了多凹多凸的构造格局,如中央坳陷。此外中央隆起为二叠纪时北天山山前坳陷的前隆;达巴松凸起为克拉玛依坳陷的前隆。

5　圈闭类型

与结构对应,每个前陆坳陷有如下圈闭类型:1)冲断—褶皱型;2)背斜型;3)枢纽带岩性型;4)地层不整合型;5)底辟型。总的可以分为构造圈闭类型和非构造圈闭类型(表3)。5.1　构造圈闭5.1.1　背斜圈闭

背斜圈闭是指在构造运动的作用下,地层发生弯曲变形,形成向周围倾伏的背斜,并造成圈闭条件,聚集油气后形成背斜油气藏。5.1.1.1　挤压背斜圈闭

挤压背斜圈闭是指由侧向应力挤压为主的褶皱作用而形成的背斜圈闭。该类背斜在北天山冲断褶皱带广泛发育,其主要特点是两翼地层倾角陡,常呈不对称状;闭合高度较大,而面积较小,经常伴生有断裂。如吐谷鲁背斜,呼西背斜等。5.1.1.2　低幅度背斜圈闭

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表3　准噶尔盆地圈闭类型　

Table2　DifferenttypesoftrapinJunggarbasin

大类

亚　类

小　类挤压背斜圈闭低幅度背斜圈闭

背斜构造圈闭

滚动背斜圈闭

构造圈闭

断层构造圈闭

断块圈闭

反向断块混合断块

剌穿遮挡圈闭

泥火山剌穿遮挡圈闭地层不整合圈闭地层超覆圈闭

地层圈闭

非构造圈闭

岩性圈闭

古潜山圈闭

断块潜山圈闭褶皱潜山圈闭基岩潜山

上倾尖灭岩性圈闭凸镜体岩性圈闭沥青封堵圈闭披覆背斜圈闭断鼻圈闭

同向断块

主要特点是两翼地层倾角平缓,相对于挤压背斜闭合高度一般较小,闭合面积较大,如陆梁1井东背斜、石南9号背斜等。5.1.1.3　滚动背斜圈闭

滚动背斜是指由沉积过程中同生正断层作用形成的背斜,位于同生断层的下降盘,多为小型宽缓不对称的短轴背斜,近断层一翼陡,远断层一翼缓,轴角与断层线近于平行。该类背斜在陆梁凸起侏罗系广泛发育,如陆1井南1号背斜、石南18号背斜。5.1.1.4　披覆背斜圈闭

披覆背斜是由潜山构造之上的沉积物发生差异压实作用而形成的,具有顶薄翼厚的特点。披覆背斜常反映下伏潜山的形状。如夏南背斜。

5.1.2　断层圈闭

断层圈闭的沿储集层上倾方向及侧向受断层遮挡形成的圈闭。5.1.2.1　断鼻圈闭

鼻状构造上的上倾方向被断层切割并封闭,形成断鼻圈闭;有时鼻状构造的高点为一小型背斜。该类圈闭在准噶尔盆地广泛发育,如风南断鼻等。

5.1.2.2　断块圈闭

断层在平面上断层的组合有多重型式,如墙角状、牛角式、多边形等。从剖面上根据断面倾向,,

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井南断块、小拐断块等。断块圈闭在盆地内尤其在西北缘广泛发育。

总而言之,不论那一种断层圈闭,在断层本身是封闭性的前提下,断层线和构造等高线(或储层尖灭线)在平面上必须是闭合的。5.1.3　刺穿接触圈闭

准噶尔盆地南缘独山子油田存在泥火山,泥火山剌穿体与周围上倾储集层接触,形成剌穿接触圈闭,有可能形成多层的剌穿接触油气藏;南缘托斯台发现有泥火山油苗,地下很可能存在刺穿油气藏。5.2　非构造圈闭

准噶尔盆地目前已找到一些非构造油气藏。所谓非构造圈闭一般指非背斜或断层单一构造因素遮挡形成的圈闭。根据遮挡因素不同,一般将非构造油气藏分为岩性尖灭油气藏,地层(剥蚀、超覆)尖灭油气藏、混合型遮挡油气藏、水动力油气藏四类。前三类一般较常见。非构造油气藏的研究与勘探的主要问题集中在三个方面:一是储层及尖灭情况,二是不整合及其遮挡能力,三是油源供应。

准噶尔盆地有三种情况可形成大中型非构造圈闭。第一是厚度大、分布广、内部连通的辫状河砂体上倾剥蚀、超覆尖灭或断层遮挡而形成的圈闭。二叠系—侏罗系中某些潮湿气候下形成的某些组的下部在盆地边缘或古隆起边缘广泛发育着此类大型辫状河储集体。这是潮湿气候条件下前陆盆地缓坡带沉积的一个重要特点。这种储集体厚30～50m,面积可达数千平方千米。如陆梁凸起周围,尤其是该凸起西南缘和西北缘距生油凹陷近,是发育该类非构造圈闭的重要地带。第二是乌尔禾组、夏子街组、八道湾组等底部发育的大型深切谷砂体圈闭。这些深切谷直接切入到了下部地层的生油岩中,顶部被泥质覆盖。储集体可厚达20～30m,宽超过1km,长10km以上,因而可形成一定的规模。第三是扇三角洲、三角洲上倾尖灭砂体,在玛湖—盆腹凹陷深湖靠造山带一侧的二叠—三叠系中,发育一些大型的该类向凹陷内下倾砂体。后经印支挤压运动,坳陷内部抬升形成鼻凸使砂体下倾变成向鼻凸构造上的上倾尖灭。如玛40井—陆1井一带的夏子街—乌尔禾组既有这类来自北侧的大型的三角洲上倾尖灭扇三角洲砂体。

盆地中的复合叠加前隆是油气勘探的又一重要领域,近年来发现的石西油田、彩南油田就位于三个泉隆起上。盆地的油气勘探主要限于山前和埋藏较浅的地区,随着对盆地勘探程度的提高和认识上的深化,准噶尔盆地的油气勘探必将有更大的发现。

参　考　文　献

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STRUCTUREANDTRAPTYPESOFJUNGGARBASIN

ZhangGongcheng

(ResearchCentreofPetroleumExplorationandDevelopment,ChinaNationalOffshoreOilCorporation,Gaobeidian074010)

LiuLoujun　ChenXinfa　LiuJinwen

(ResearchlnstituteofphysicsunderXinjiangPetroleumAdministration,Urumqi830011)

Abstract　Junggarbasinisacompositeoverlappingforelandbasin,whoseprototypeformedintheassociat-edgeotectonicsettings,i.e.,subductionandcollisionofplates,latereactiviationoforogenicbelts,invertionofaulacogen,andintraplatefoldinganddepression.ThePaleozoicprototypeisrelatedwiththeorogenyofthesurroundingAltayMts.,EastandWestJunggarMts.,NorthwestTianshanMts.,andBogdaMts..TheMeso-Cenozoicprototypeisassociatedwiththereactiviationofneighboringorogenicbeltscausedby

northwardsubductionandcollisionoftheplatesofTethysdomain.Theinhomogenousorogenyintimeandspaceoftheadjacentorogenicbeltsformsthepeculiarstructureofthebasin.Alldownwarpingsarecomposedoffrontalmarginthrustzone,steepslopezone,submountaindepression,gentleslopezone,frontalupliftandfrontalmarginfoldeddepression,etc.Theoverlappingoffrontalupliftsformedthelargescaleupliftofthebasin,andthatoffoldeddepressionformedthecentraldepressionofthebasin.Differenttypesoftrapsarespreadregularlyinthedownwarpings.

Keywords　Junggar　orogenicbelt　forelandbasin　basinalstructure　traptypes