準(zhǔn)噶爾盆地油氣成藏條件分析

準(zhǔn)噶爾盆地油氣成藏條件分析

目前，對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地的構(gòu)造發(fā)育有不同的看法，不同觀點(diǎn)之間主要有兩個(gè)方面。一個(gè)是早二疊世盆地的性質(zhì)。許多科學(xué)家支持了上陸盆地的觀點(diǎn)（劉鶴飛，1994；張功成等，1999），但一些科學(xué)家對(duì)張性盆地的理解（蔡仲賢等，2000）。另一個(gè)區(qū)別的焦點(diǎn)是中生代盆地的性質(zhì)，主要觀點(diǎn)包括：張性盆地（劉鶴飛，2000；李忠泉等，1998；中國(guó)科學(xué)院地球物理系，1989）；陸沉降盆地（陳欣等，2002）；前陸盆地（霍尼韋爾等人，1992；陳欣等人，2002）；克拉通盆地（蔡仲賢等，2000）等。作者在野外地質(zhì)和地震資料的基礎(chǔ)上,結(jié)合前人研究成果,從準(zhǔn)噶爾盆地中生界地層分布和沉積特征來認(rèn)識(shí)中生代盆地演化的歷程。1早二疊世至晚新生代準(zhǔn)噶爾盆地東部的蛇綠巖帶代表古洋盆的閉合時(shí)間可能為早石炭世時(shí)期(肖序常等,1992;何國(guó)琦等,1994;李錦軼等,1995;Coleman,1989)。在東準(zhǔn)噶爾乃至新疆的廣大范圍內(nèi),晚石炭世基本結(jié)束了深海沉積及洋殼組合的演化(郭召杰等,1993)。準(zhǔn)噶爾盆地東部周緣發(fā)育250～330Ma的后碰撞幔源巖漿巖(韓寶福等,1998;Hanetal,1999),表明早二疊世期間,該區(qū)已進(jìn)入碰撞后伸展轉(zhuǎn)折期(郭召杰等,1993;馬瑞士等,1993)。晚三疊世時(shí)期,羌塘地塊沿金沙江縫合帶增生于歐亞板塊南緣(Sobel,1999;Jolivetetal,2001),晚侏羅世—早白堊世時(shí)期,拉薩地塊與歐亞板塊沿班公湖—怒江縫合帶發(fā)生碰撞(Allenetal,1994;Jolivetetal,2001),晚白堊世時(shí)期,岡底斯地塊與拉薩地塊發(fā)生碰撞(Hendrixetal,1992),晚新生代印-藏碰撞所引起的構(gòu)造變形分布于碰撞帶以北2000～3000km的廣大地區(qū)(MolnarandTapponnier,1975;TapponnierandMonlar,1979;Avouac,1993;Allenetal,1999;郭令智等,2003)。這些區(qū)域構(gòu)造事件對(duì)遠(yuǎn)在2000km以外的準(zhǔn)噶爾盆地可能產(chǎn)生一定的影響,必然在盆地沉積演化及構(gòu)造演化上得到響應(yīng),指示盆地性質(zhì)的轉(zhuǎn)變和盆地演化的歷程。2中生代構(gòu)造作用、沉積背景及沉積相準(zhǔn)噶爾盆地聚集了大量從隆升高地剝蝕而來的沉積物,中生界地層的完好保存為研究中生代構(gòu)造作用、沉積背景提供了理想的條件。特別是新生代強(qiáng)烈的構(gòu)造作用使盆地南緣巨厚的中生界—上第三系沉積剖面剝露至地表,為開展各項(xiàng)地質(zhì)研究開辟了天然的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)。2.1屯河的剖面位置在現(xiàn)今的準(zhǔn)噶爾盆地南緣,河流的切割作用使得中生界地層出露完好,三疊系地層出露不連續(xù),僅見于四棵樹河剖面、瑪納斯河(石場(chǎng))剖面和烏魯木齊附近,侏羅系—白堊系地層在盆地南緣安集海河—頭屯河的多條剖面均有出露(圖1)。此外,中生界地層在盆地南緣及鄰區(qū)分布甚廣,現(xiàn)今天山內(nèi)部多處可見侏羅系地層分布,如獨(dú)山子—庫車公路上的喬爾瑪以南的玉希莫勒蓋達(dá)坂、巴音布魯克盆地、烏魯木齊—庫爾勒公路上的后峽地區(qū)、冰大阪均有侏羅系沉積,且侏羅系含煤建造可以很好的對(duì)比。特別是在烏魯木齊南70km的后峽地區(qū),侏羅系中下統(tǒng)發(fā)育齊全、厚度大,巖性上可與烏魯木齊附近的頭屯河剖面進(jìn)行對(duì)比。后峽地區(qū)缺失三疊系及二疊系地層,下侏羅統(tǒng)八道灣組超覆在石炭系地層之上,反映準(zhǔn)噶爾盆地侏羅系沉積時(shí)期是盆地發(fā)育的極盛時(shí)期,侏羅系沉積范圍可能比三疊系和二疊系的沉積范圍大。2.2晚侏羅世盆地南緣古生代基底結(jié)構(gòu)準(zhǔn)噶爾盆地與吐魯番盆地可能自二疊紀(jì)時(shí)期就已經(jīng)形成各自獨(dú)立的沉積體系1,三疊紀(jì)末期以前準(zhǔn)噶爾盆地和柴窩堡盆地處于同一沉積體系(王俊明等,2002),準(zhǔn)噶爾盆地南緣的三疊系以辮狀河—辮狀河三角洲的砂礫巖沉積為主,中下三疊統(tǒng)則以較多的礫巖沉積為特征(方世虎,2004),表明其時(shí)的物源和盆地邊界較近(圖2A)。侏羅系沉積時(shí)期,后峽地區(qū)的下侏羅統(tǒng)八道灣組發(fā)育一期沖積扇和3～4期扇三角洲沉積(方世虎,2004),而頭屯河剖面、瑪納斯河剖面則以辮狀河三角洲—濱淺湖相沉積為主(方世虎,2004;柳永清等,2001),表明其時(shí)準(zhǔn)噶爾盆地的南緣邊界可能位于后峽附近。侏羅系三工河—西山窯組沉積時(shí)期,后峽地區(qū)以發(fā)育辮狀河三角洲沉積為特征(方世虎,2004),盆地南緣則以曲流河三角洲—淺湖相為主(方世虎,2004;柳永清等,2001),表明盆地南緣邊界可能進(jìn)一步南遷,甚至與吐哈盆地水體相連。后峽地區(qū)、盆地南緣中下侏羅統(tǒng)沉積相這些有規(guī)律的變化特征顯示二者在成因上相互聯(lián)系,準(zhǔn)噶爾盆地侏羅紀(jì)的南緣邊界至少可追溯至后峽地區(qū)(圖1,圖2B)。晚侏羅世時(shí)期盆地南緣形成特有的紅色喀拉扎組礫巖,分布范圍介于烏魯木齊以西至安集海河以東地區(qū),為一套沖積沉積體系,除在車排子凸起斜坡帶有部分鉆井鉆遇外,盆地其它構(gòu)造單元均未鉆遇,表明晚侏羅世時(shí)期盆地沉積范圍發(fā)生明顯的萎縮,氣候變得干燥。野外露頭勘查發(fā)現(xiàn),在盆地南緣的頭屯河、呼圖壁河、瑪納斯河、清水河、安集海河剖面均發(fā)現(xiàn)白堊系底部10～30m厚的礫巖沉積,在盆地西北緣的佳木河剖面、德倫山剖面也有不同程度的發(fā)育,系統(tǒng)的井間追蹤和對(duì)比表明,白堊系底礫巖在盆地邊緣的分布較為普遍,而在盆地中則以零星分布為主要特征,且與中央低凸起上的侏羅系地層的剝蝕線相對(duì)應(yīng),在中央低凸起的周圍表現(xiàn)為幾個(gè)扇狀沉積體(圖3)。因此,白堊系底礫巖的分布范圍主要是在盆地邊緣和中央低凸起(車排子凸起—莫索灣凸起)的周圍,多處分布但分布范圍不大,應(yīng)該為原地剝蝕堆積物或者是位于高地附近的沖積產(chǎn)物,表明白堊紀(jì)時(shí)期沉積盆地的邊界可能與現(xiàn)今的盆地邊界相近。因此,盆地南緣喀拉扎組礫巖的分布、中央低凸起侏羅系地層強(qiáng)烈的剝蝕作用(圖3,4)和白堊系底礫巖的形成,反映晚侏羅世—早白堊世早期的剝蝕和構(gòu)造隆升作用較為強(qiáng)烈,盆地沉積范圍減小,盆地邊界由南向北推進(jìn),白堊系沉積范圍發(fā)生明顯萎縮,盆地邊界已經(jīng)退至現(xiàn)今的南緣附近,此時(shí)盆地南緣與柴窩堡盆地可能形成各自獨(dú)立的沉積體系(圖2C)。在沉積相分析、地震和鉆井資料繪制的等厚圖的基礎(chǔ)上,結(jié)合準(zhǔn)噶爾盆地南緣野外露頭四棵樹河剖面、奎屯河剖面、安集海河剖面、瑪納斯河剖面、呼圖壁河剖面、頭屯河剖面和后峽地區(qū)中生界的地層厚度,推測(cè)了中生代準(zhǔn)噶爾盆地的南緣邊界(圖2)。以上分析表明,準(zhǔn)噶爾盆地侏羅系的沉積范圍最大,三疊系沉積范圍次之,白堊系的沉積范圍最小,三疊系—侏羅系沉積范圍在不斷擴(kuò)大,不可能為前陸盆地發(fā)育階段,準(zhǔn)噶爾盆地白堊系沉積范圍明顯地向盆萎縮,表明其時(shí)盆地可能處于擠壓的構(gòu)造背景。2.3盆地北部烏倫古凹陷沉積相分析、地震剖面及鉆井資料揭示,準(zhǔn)噶爾盆地中生界的沉積中心位于現(xiàn)今的盆地南緣,但是中生代不同時(shí)期的沉積中心顯示有規(guī)律的遷移特征,可能是盆地構(gòu)造背景和盆地類型發(fā)生變化的標(biāo)志。準(zhǔn)噶爾盆地三疊系的主沉積中心位于南緣凹陷(昌吉凹陷)的山前地帶(烏魯木齊附近),地層最大厚度近3000m,此外盆1井至瑪2井之間的盆1井西凹陷—瑪湖凹陷為一次級(jí)沉積中心,盆地北部(包括烏倫古凹陷)沉積厚度均小于500m(圖2A)。侏羅系地層最大厚度近5000m,主沉積中心位于南緣凹陷烏魯木齊附近,盆1井西凹陷—瑪湖凹陷為一個(gè)次級(jí)沉積中心,此時(shí)北部的烏倫古凹陷沉積了較厚的侏羅系,形成另一個(gè)次級(jí)沉積中心(圖2B),沉積中心的展布與三疊紀(jì)相比具有一定的繼承性,但車排子—莫索灣一帶顯示為中央凸起帶,地震剖面上揭示莫索灣凸起一帶地層厚度較小,表現(xiàn)為削蝕不整合(圖4),反映構(gòu)造活動(dòng)和剝蝕作用的存在。白堊系沉積中心發(fā)生明顯的向盆地中心遷移,位于芳草湖—莫索灣一帶,沉積厚度分布呈較均勻的環(huán)狀,車排子—莫索灣凸起消失,整體表現(xiàn)為均勻沉降的接受沉積時(shí)期,盆地北部烏倫古凹陷是另一個(gè)次級(jí)沉積中心(圖2C)。可見,準(zhǔn)噶爾盆地中生界主沉積中心發(fā)生有規(guī)律的遷移,由盆地南緣烏魯木齊附近(三疊系—侏羅系)遷移至盆地中央(白堊系),可能是構(gòu)造背景和盆地性質(zhì)發(fā)生轉(zhuǎn)變的沉積標(biāo)志。2.4盆地內(nèi)斷裂控制作用準(zhǔn)噶爾盆地二疊系沉積時(shí)期斷裂活動(dòng)強(qiáng)烈控制著斷層兩側(cè)沉積地層的厚度,地震剖面上顯示,三個(gè)泉凸起以南呈南斷北超、三個(gè)泉凸起以北則顯示北斷南超的不對(duì)稱箕狀凹陷(圖4)。三疊系—侏羅系沉積時(shí)期,斷層對(duì)沉積活動(dòng)的控制作用減弱,但仍然有較大的控制作用(圖4),在盆地西北緣車排子—紅旗壩斷裂帶,三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)時(shí)期以同生斷裂活動(dòng)為主,斷層對(duì)上下盤地層巖相、厚度有較明顯的控制作用(中國(guó)科學(xué)院地學(xué)部,1989)。白堊系沉積時(shí)期,沉積范圍有所減小,斷層對(duì)沉積的控制作用進(jìn)一步減弱,晚白堊世時(shí)期沉積范圍進(jìn)一步萎縮,準(zhǔn)噶爾盆地東部缺失上白堊統(tǒng)沉積(圖2C),與此相應(yīng),三塘湖盆地、柴窩堡盆地均缺失上白堊統(tǒng)沉積(趙澤輝等,2003;曹守連等,1997),顯示強(qiáng)烈構(gòu)造隆升和剝蝕事件的存在。第三系—第四系沉積為典型的填平式充填沉積,巨厚沉積(特別是上第三系—第四紀(jì)巨厚的砂礫巖沉積)使盆地顯示為極不對(duì)稱的撓曲(圖4),反映天山再次活躍,快速隆升和剝蝕作用為盆地沉積提供了充足的物源。3晚侏羅世—討論與結(jié)論準(zhǔn)噶爾盆地中生界沉積中心發(fā)生有規(guī)律的遷移,三疊系—侏羅系沉積中心位于盆地南緣烏魯木齊附近,白堊系沉積中心遷移至盆地中央;三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)盆地邊界明顯增大,不可能為前陸盆地發(fā)育階段,白堊紀(jì)盆地邊界向盆萎縮,反映擠壓的構(gòu)造背景。二疊紀(jì)時(shí)期斷裂活動(dòng)強(qiáng)烈控制斷層兩側(cè)的厚度,三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)時(shí)期斷裂活動(dòng)減弱,白堊系沉積時(shí)期中央低凸起消失,顯示為一均勻沉降接受沉積的時(shí)期。但是盆地南緣晚侏羅世喀拉扎組礫巖的分布、中央低凸起上侏羅系地層的強(qiáng)烈剝蝕和白堊系底礫巖的分布特征表明,晚侏羅世—早白堊世早期構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈,可能是盆地構(gòu)造背景由張性向壓性轉(zhuǎn)變的重要時(shí)期,與此相應(yīng),盆地的類型也會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變。準(zhǔn)噶爾盆地東部周緣發(fā)育250～330Ma的后碰撞幔源巖漿巖(韓寶福等,1998;Hanetal,1999),表明早二疊世期間該地區(qū)已進(jìn)入碰撞后伸展轉(zhuǎn)折期(郭召杰等,1993)。二疊紀(jì)沉積凹陷顯示為明顯的不對(duì)稱箕狀,正斷裂活動(dòng)強(qiáng)烈控制沉積作用,因此二疊紀(jì)準(zhǔn)噶爾盆地可能為張性環(huán)境下發(fā)育的盆地。三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)時(shí)期,主沉積中心位于盆地南緣,雖然斷裂活動(dòng)對(duì)沉積作用的控制作用有所減弱,但在局部地區(qū)(如盆地西北緣車排子—紅旗壩斷裂帶),斷裂的控制作用仍較強(qiáng)。侏羅紀(jì)時(shí)期沉積范圍相對(duì)于三疊紀(jì)時(shí)期明顯擴(kuò)大,克拉瑪依—白堿灘地區(qū)170～190Ma早中侏羅世玄武巖的發(fā)育2,侏羅紀(jì)柴窩堡盆地表現(xiàn)為伸展性質(zhì)(曹守連等,1997),這些證據(jù)均表明三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)時(shí)期準(zhǔn)噶爾盆地是發(fā)育于張性環(huán)境為主導(dǎo)的斷-坳盆地演化階段。晚侏羅世,盆地南緣發(fā)育了形成于干旱環(huán)境下的礫巖沖積體系(喀拉扎組),在中央低凸起上晚侏羅世—早白堊世早期表現(xiàn)為強(qiáng)烈剝蝕抬升作用,形成車排子—莫索灣凸起上的侏羅系剝蝕尖滅線和白堊系底礫巖的原地堆積,表明此時(shí)準(zhǔn)噶爾盆地的南緣邊界、沉積范圍發(fā)生明顯的向盆萎縮。準(zhǔn)噶爾盆地和塔里木盆地早白堊世時(shí)期沉積環(huán)境的巨大差異(Hendrixetal,1992)表明天山地貌在早白堊世可能具有一定的規(guī)模,反映晚侏羅世晚期—早白堊世早期天山地區(qū)構(gòu)造活動(dòng)增強(qiáng),可能是天山快速隆升的一個(gè)重要時(shí)期,強(qiáng)烈的構(gòu)造作用使盆地開始由張性