克拉瑪依至百口泉地區(qū)中二疊世坡折帶發(fā)育特征及其地質(zhì)意義

克拉瑪依至百口泉地區(qū)中二疊世坡折帶發(fā)育特征及其地質(zhì)意義

1坡折帶控制的油氣勘探實踐褶皺帶最初指的是地球海底地形坡度突然變化的區(qū)域（王英民，2003）。在具陸架坡折邊緣或具生長斷層邊緣(斷裂坡折)的盆地中,處于低水位期的海平面基準面下降到坡折帶以下時。坡折帶上部成為剝蝕區(qū)或暴露區(qū),常形成沉積物的不整合面或深切谷地形;坡折帶下部則成為沉積區(qū),可形成盆底扇、斜坡扇等陸坡體系和低水位楔形體。盆地中發(fā)育典型低位域(Posamiter,1988;Vail,1990,1991;Wagoner,1990;Mitchum,1993)。在南美、西非及墨西哥灣等海相被動大陸邊緣盆地的低位域勘探中,勘探這種機制形成的油氣藏獲得了極大成功。樊太亮等(1999)指出濟陽拗陷勝海地區(qū)的坡折帶控制了下切河谷的深度、寬度、輸送能力、卸載場所以及地層上超尖滅線的位置,制約著儲層的分布,并在受坡折帶控制的濁積砂體中成功找到了巖性油藏。林暢松等(2000,2003)、李思田等(2002)較系統(tǒng)地總結(jié)了濟陽坳陷斷裂坡折帶的特征,指出長期活動的同沉積構(gòu)造形成的“構(gòu)造坡折帶”控制著湖盆沉積層序和沉積體系域的發(fā)展演化,其中洼陷邊緣斷裂坡折帶在深湖期與陸架坡折可以類比,這一理論已對該區(qū)油氣勘探起到重要指導(dǎo)作用。王英民等(2002,2003,2004)近年來通過對準噶爾盆地、松遼盆地、濟陽拗陷的研究指出,盆地內(nèi)部可發(fā)育斷裂坡折帶、撓曲坡折帶、沉積坡折帶和侵蝕坡折帶等多種類型坡折帶,在剖面形態(tài)和平面形態(tài)上具有多種組合樣式,且具有多級坡折帶特征,并對坡折帶控層控相控藏做了探討。馮有良等(2004,2006)和鄧宏文等(2001)系統(tǒng)總結(jié)了斷陷盆地中受坡折帶控制的層序發(fā)育模式及其對砂體的展布和控制作用。二連盆地、松遼盆地、渤海灣盆地、準噶爾盆地、塔里木盆地等盆地均開展了坡折帶的系統(tǒng)研究,有效指導(dǎo)了各盆地的油氣勘探(費寶生,汪建紅,2004;謝玉洪等,2004;陳業(yè)全等,2004;羅群等,2006,2007;劉豪,王英民,2005;鄔光輝等,2005;鄧毅林等,2006;郝琦等,2007)。趙玉光(1993)曾提出準噶爾盆地克-烏斷裂帶在三疊紀—侏羅紀早中期為前陸盆地沖斷帶,并形成了可與陸架坡折類比的坡折帶,對沉積相帶的展布具有重要作用。王英民等(2000～2002)對準噶爾盆地侏羅系開展了坡折帶的系統(tǒng)研究,并取得了一系列成果。資料顯示目前對該盆地二疊系坡折帶的研究至今尚未展開。從已有的層序地層和沉積相類型來看(表1),克-百地區(qū)中二疊統(tǒng)的沉積明顯受到坡折帶的制約。當(dāng)前該區(qū)中二疊統(tǒng)油氣勘探主要局限于緊鄰斷裂帶的斜坡區(qū)上部,且收效甚微,究其原因,斜坡區(qū)上部主要發(fā)育高位域扇體,且中二疊世構(gòu)造活動較弱,斜坡區(qū)斷層不發(fā)育,封堵條件和油氣運移通道是制約斜坡上部圈閉成藏的關(guān)鍵問題。因此,以坡折帶理論為指導(dǎo),尋找受坡折帶控制的各種巖性地層圈閉具有重要的現(xiàn)實意義。2形由緩變陡的偏轉(zhuǎn)約束坡折帶是地形坡度突變的地帶,由坡折(地形由緩變陡的轉(zhuǎn)折點連線,為上凸的脊)和坡腳(地形由陡變緩的轉(zhuǎn)折點連線,為下凹的槽)限定的斜坡帶(王英民等,2005)。2.1盆地緣坡折帶從成因角度分類,本區(qū)可識別出斷裂坡折帶和撓曲坡折帶兩種類型。斷裂坡折帶是同沉積斷裂活動產(chǎn)生明顯差異升降和沉積地貌突變的古構(gòu)造樞紐帶;撓曲坡折帶是由于同期深部斷裂活動使淺部地層發(fā)生撓曲變形而產(chǎn)生的,或是由于同沉積褶皺活動形成的背斜或鼻狀構(gòu)造的兩翼撓曲而產(chǎn)生,或由古梁、古隆起上產(chǎn)生。(王英民等,2002,2003)。按自然位置,本區(qū)坡折帶包含了盆緣坡折帶和盆內(nèi)坡折帶。盆緣坡折帶一般與盆地構(gòu)造演化各階段相關(guān)的應(yīng)力場轉(zhuǎn)換及與同一構(gòu)造演化階段中的次級構(gòu)造活動強度周期性幕式變化有關(guān),在剖面上表現(xiàn)為代表一級構(gòu)造單元的斷階帶;盆內(nèi)坡折帶的構(gòu)造活動遠遠小于盆緣坡折帶,其坡折帶規(guī)模相對較小,主要代表了區(qū)域構(gòu)造背景下局部構(gòu)造活動的作用結(jié)果(劉豪等,2004)2.2地表下邊坡等值線、坡折帶在地震剖面上(圖1),坡折帶的特征表現(xiàn)為同一地震反射層系的地震反射時間厚度急劇增大,并有明顯的上超和削截反射終止現(xiàn)象;在地層厚度平面圖上(圖2),坡折帶表現(xiàn)為等值線密集,地層厚度由坡折到坡腳急劇增厚,而坡折之上與坡腳之下地層厚度等值線稀疏,坡折之上向上傾方向地層厚度緩慢減薄,坡腳之下向下傾方向地層厚度緩慢增厚(王英民等,2005)。因此利用地震剖面和地層厚度資料是目前識別坡折帶常用方法。3吳孔友等標準準噶爾盆地二疊系屬前陸性質(zhì)的盆地(賴世新等,1999;吳孔友等,2005;況軍,齊雪峰,2006;蔚遠江等,2004;雷振宇等,2005),由于盆地邊緣強烈擠壓作用,為盆地內(nèi)部緊靠斜坡區(qū)域形成坡折帶提供了良好的構(gòu)造背景。3.1坡折帶和撓曲坡折帶研究區(qū)坡折帶以撓曲坡折帶為主(百口泉地區(qū)發(fā)育斷裂坡折帶),夏子街組—下烏爾禾組沉積時期,受盆地邊界同沉積逆沖斷層及早期次級逆沖斷層的影響,形成了斷裂坡折帶和撓曲坡折帶,其主要標志是坡度突變,在坡折以下有明顯的地層上超和地層厚度增加現(xiàn)象,在坡折附近可見地層削蝕(圖1)。從盆地邊緣到盆地中心存在多次地形轉(zhuǎn)折,形成多級坡折帶。按成因機制和自然位置結(jié)合分類,將本區(qū)坡折帶分為盆緣斷裂坡折帶、盆緣撓曲坡折帶和盆內(nèi)撓曲坡折帶。圖1中所示坡折帶1為盆緣斷裂坡折帶,形成受控于克百逆沖斷裂;坡折帶2和坡折帶3則屬于盆內(nèi)撓曲坡折帶,形成受同期次級逆沖斷裂的影響。坡折帶1,坡折帶2和坡折帶3橫向上構(gòu)成了多級坡折帶。3.2psq11坡折帶PSQ8時期按相對位置,可分為盆緣坡折帶和盆內(nèi)坡折帶,盆內(nèi)撓曲坡折帶從南至北平行于該層序地層尖滅線。檢烏26井區(qū)向東發(fā)育一低凸起,將東部深洼分割成南北2個次洼,凸起的南北兩翼所形成的盆內(nèi)撓曲坡折帶西端與南北向撓曲坡折帶相接(圖2a),形成“K”字形組合。PSQ9時期,洼陷逐漸向中部萎縮,但是盆緣坡折帶仍然存在,盆內(nèi)坡折帶除了南北向撓曲坡折帶外,還發(fā)育北東向和南東向盆內(nèi)撓曲坡折帶,這2個坡折帶與南北向盆內(nèi)撓曲坡折帶共同構(gòu)成一個“K”字型組合(圖2b),其總體形態(tài)繼承了PSQ8時期坡折帶平面分布特征。PSQ10時期,形成的坡折帶主要為盆緣坡折帶、盆內(nèi)南北向撓曲坡折帶與南端近于東西向撓曲坡折帶的組合(圖2c)。其中盆內(nèi)南北撓曲坡折帶是早期坡折帶的繼承,PSQ9時期北部北東向撓曲坡折帶消失,南部南東向坡折帶亦屬早期坡折帶的繼承性發(fā)育。PSQ11分布范圍最小,最大厚度中心位于瑪6井東南。盆內(nèi)坡折帶圍繞該深洼周圍形成一“馬蹄”型撓曲坡折帶,坡折帶北段的西北方向,向盆地邊緣部位則發(fā)育另外一條撓曲坡折帶,走向近于北東向,與“馬蹄形”坡折帶在艾參1井附近交匯。因此,PSQ11也具有多級坡折帶的特征,主要集中在研究區(qū)的北部(圖2d)。綜上所述,平面上坡折帶發(fā)育具有明顯的多級特征,自下而上均發(fā)育盆緣坡折帶與盆內(nèi)坡折帶,表現(xiàn)出繼承性的特征。受構(gòu)造作用影響,不同時期,坡折帶展布特征也表現(xiàn)出差異性(圖2)。3.3盆緣斷裂坡折帶發(fā)育規(guī)律由于構(gòu)造活動的繼承性和差異性,因此坡折帶的演化過程主要表現(xiàn)出繼承性、幕式活動、差異活動等特點。1)斷裂坡折帶繼承性發(fā)育斷裂坡折帶的形成與克百斷裂息息相關(guān),受克百逆沖斷裂和與其相關(guān)的次級逆沖斷裂的多期繼承性發(fā)育的影響。在整個二疊紀時期,克百斷裂始終活動并具有向盆地前展逆沖的演化特點(王偉鋒等,1999;蔚遠江等,2004;雷振宇等,2005),從而導(dǎo)致盆緣斷裂坡折帶以繼承性質(zhì)發(fā)育。2)撓曲坡折帶繼承性發(fā)育撓曲坡折帶的成因機制,總體上都是以構(gòu)造活動為主。各層序南北向盆內(nèi)撓曲坡折帶在各個時期都繼承性發(fā)育,這與受克百逆沖斷裂控制派生的次級逆沖斷層活動有很大關(guān)系,由次級逆沖斷裂活動形成的繼承性古隆起是控制撓曲坡折帶形成最主要的成因(圖2)。3)幕式活動前人研究表明,克百地區(qū)二疊紀構(gòu)造活動具有幕式特征(蔚遠江等,2004)。在同一個地理位置,同一個坡折帶受繼承性構(gòu)造活動的影響在縱向上可以多期發(fā)育,但同時構(gòu)造活動在某些區(qū)域表現(xiàn)為幕式活動,又可能導(dǎo)致在該地區(qū)同一坡折帶隨著地質(zhì)時限的演化而“時隱時顯”,即坡折帶的幕式活動。4)差異活動在平面上可以分為兩種情況,即順源方向和垂直物源方向。由于自盆緣向盆內(nèi)構(gòu)造活動的差異,導(dǎo)致在順物源方向不同規(guī)模、不同性質(zhì)的坡折帶的形成(圖2)。同時,準噶爾盆地逆沖斷裂活動具有分段性(何登發(fā)等,2004)由于不同地區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場和構(gòu)造活動的差異,導(dǎo)致同一坡折帶在橫向上其規(guī)模和性質(zhì)亦有所不同。4傾斜折疊帶的層序和沉積物控制4.1坡折帶范圍內(nèi)地層超覆在夏子街—烏爾禾組時期都不同程度地發(fā)育層序內(nèi)部的地層超覆和削蝕(圖1)。1)地層超覆與坡折帶的關(guān)系由于坡折帶是地形坡度的突變帶,克百地區(qū)發(fā)育多級坡折帶,盡管不同類型和不同展布方向的坡折帶在不同時期存在多種組合(圖2),但每種類型的坡折帶范圍內(nèi)及其上傾方向都有地層超覆現(xiàn)象存在。盆緣坡折帶的坡腳是最大湖泛面的發(fā)育部位,盆內(nèi)撓曲坡折帶的坡折或斜坡是初次湖泛面的發(fā)育部位,最大湖泛面和初次湖泛面之間發(fā)育多期地層超覆(圖1—圖3)。2)地層削蝕與坡折帶的關(guān)系地層削蝕主要發(fā)育在盆緣坡折帶,下烏爾禾組頂界(PSB12)是西北緣重要的構(gòu)造轉(zhuǎn)換面,PSB12上下地層產(chǎn)狀存在著明顯的不協(xié)調(diào)關(guān)系(圖1),而盆緣坡折帶范圍內(nèi)尤其是其上傾方向地層削蝕現(xiàn)象最為明顯,因此盆緣坡折帶是形成區(qū)域不整合特征的重要場所;而盆內(nèi)撓曲坡折帶受同沉積構(gòu)造活動或古隆起的影響,在層序發(fā)育的早期可成為高于基準面的正向單元,在坡折附近遭受剝蝕形成不整合,因此在其坡折附近也存在層序界面之下的地層削蝕現(xiàn)象(圖1和圖3)。4.2坡折帶對層序的控制坡折帶對層序疊置樣式和低位體系域的控制作用主要表現(xiàn)在兩個方面:(1)由于坡折帶的存在,其上下構(gòu)造沉降差異為沉積物的沉積充填提供了潛在的可容空間,構(gòu)造運動愈強烈,沉降差異愈大,坡折帶之下的可容空間越大;(2)坡折帶是沉積物供給通道的重要影響因素之一(LiuHaoetal,2006)。通過坡折帶研究,結(jié)合體系域界面的識別,認為克百地區(qū)多級坡折帶對層序的控制十分明顯:盆緣坡折帶控制了層序邊界和最大湖泛面的發(fā)育,盆內(nèi)撓曲坡折帶表現(xiàn)為對低位體系域和初次湖泛面的控制;在盆內(nèi)撓曲坡折帶的坡腳處又是低位域濁積扇發(fā)育的有利場所(圖3)。初次湖泛面和最大湖泛面的發(fā)育,可將三級層序分為低位體系域,水進體系域和高位體系域。圖3中盆內(nèi)撓曲坡折帶1的坡腳處,地震相特征為弱振幅不連續(xù)雙向下超,具透鏡狀外形,推測為濁積扇;最大湖泛面之上,發(fā)育斜交前積反射結(jié)構(gòu),振幅反射橫向上具有由弱到強,連續(xù)性變好的趨勢,是高位域沖積扇和三角洲的地震相標志。4.3階梯狀組合中不同坡折帶的形態(tài)特征坡折帶發(fā)育的地理位置、平面展布特征以及坡折帶之間的組合樣式?jīng)Q定了沉積相的發(fā)育。盆緣坡折帶控制了水系和沉積體系,準噶爾盆地西北緣克百地區(qū)二疊系主要發(fā)育階梯狀坡折帶組合,在盆緣坡折帶斜交組合的交會部位或盆緣坡折帶凸凹相間的部位一般為水系的源口,形成多個并列的點物源,進而控制了盆地邊緣沉積相的發(fā)育。同向階梯狀組合中不同坡折帶的成因類型不一樣,形態(tài)特征不一樣,從而影響了不同地區(qū)的坡降,進而控制了沉積相的類型。就盆緣坡折帶而言,南部撓曲型坡折帶,其坡度相對較緩,主要控制了扇三角洲沉積;向北坡折帶逐漸轉(zhuǎn)換為斷裂型,尤其靠近北端百口泉附近由于盆緣坡折帶坡度陡、坡折與坡腳之間高差大,因此更加有利于沖積扇的發(fā)育。在順源方向上,階梯狀多級坡折帶組合是不同沉積相或同一沉積相中亞相的分界。盆內(nèi)坡折多呈“K”字型或喇叭狀組合,沉積相易受沿喇叭口逐漸張開的坡折帶的限制,同時坡折帶處于盆地內(nèi)部,伴隨水平面下降,這些沉積相通常代表了低位期的濁積扇沉積(圖4)。4.4曲坡折帶沉積期綜上所述,在一個完整的基準面(湖平面)旋回變化過程中,以坡折帶為主線的層序地層模式表現(xiàn)為:當(dāng)湖平面迅速下降至盆內(nèi)撓曲坡折帶坡腳處,沉積可容空間向盆地方向遷移,開始沉積低位域的河流-三角洲體系;在湖平面進一步下降-開始緩慢上升過程中,在盆內(nèi)坡折帶組合的“喇叭”口范圍,開始沉積低位域扇體;當(dāng)湖平面迅速上升并越過盆內(nèi)坡折帶,可容空間由盆地向岸遷移,主要發(fā)育了一套退積為主的沉積相;當(dāng)湖平面進一步上升至盆緣坡折帶之上,高位體系域沖積扇、扇三角洲開始沉積(圖5)。5撓曲坡折區(qū)上地殼結(jié)構(gòu)如前所述,撓曲坡折帶下部有明顯的地層上超尖滅現(xiàn)象,在坡折帶上部地層削蝕尖滅(圖1),因此撓曲坡折帶附近是巖性地層圈閉發(fā)育的有利地區(qū)。撓曲坡折控制了低位域的發(fā)育,低位域是形成巖性地層圈閉最有利的場所。撓曲坡折帶下方是低位域儲集層和地層巖性發(fā)育的有利地區(qū),其上若被被首次湖泛面的泥巖所覆蓋,可形成地層超覆圈閉。湖侵體系域發(fā)育退積三角洲和濱淺湖灘壩砂體,可尋找地層巖性圈閉?？拷璧剡吘壔蛞?guī)模較大的坡折帶往往控制了地層的削截,如果不整合面之上出現(xiàn)突發(fā)性水進而形成良好的蓋層條件可能形成不整合遮擋圈閉(圖6)。6盆地坡折帶發(fā)育的控制作用1)克百地區(qū)中二疊統(tǒng)坡折帶十分發(fā)育,可分為盆緣坡折帶和盆內(nèi)坡折帶,受邊界逆沖斷裂持續(xù)活動、盆內(nèi)次級斷裂活動的影響,坡折帶的演化表現(xiàn)為多期、幕次性、差異活動以及繼承性等特征。2)坡折帶對層序及沉積的控