六盘山盆地西南缘构造特征及盆地油气有利区预测

谢 青，杨兴科，江 宽

(1.长安大学地球科学与资源学院，西安 710054；2.中国石油西部管道兰州输气分公司，兰州730070)

六盘山盆地西南缘构造特征及盆地油气有利区预测

谢 青1,2，杨兴科1，江 宽2

(1.长安大学地球科学与资源学院，西安 710054；2.中国石油西部管道兰州输气分公司，兰州730070)

文章根据前人研究结果，结合野外调研及钻井资料，对盆地的构造演化背景、盆地西南缘主要断裂特征及盆地油气成藏条件进行了深入分析和讨论。认为盆地构造复杂，断裂系统具有多期次、多级次、分段性等特点，盆地变形改造时代新、逆冲推覆构造发育，有利于油气局部运移和富集；盆地区发育石炭系、三叠-侏罗系、白垩系3套烃源岩及相互配套的储、盖条件，盆地山前深部构造带及凹陷内的低凸起部位是有利勘探区，并提出了6个较为有利构造区。

六盘山盆地；构造特征；成藏条件；有利区预测

0 引言

六盘山盆地发育在华北地块西南缘与祁连—秦岭构造带接合部位，其所处区域大地构造位置独特，受多期多组构造单元的联合控制。晚古生代—中生代早期主要为河流三角洲与湖泊相环境，中生代时期盆地受祁连和秦岭构造带的陆内构造活动及华北克拉通西南缘“破坏”时的深部作用影响，新生代受特提斯构造(或青藏高原喜马拉雅期构造)的控制，盆山转换、构造变形改造明显[1]。盆地总体上是发育在华北地块西南缘与祁连—秦岭构造带接合部位，盆地深部和浅部逆冲推覆-走滑断裂叠加交织，构造系统多样而复杂(图1)。

六盘山盆地因其构造位置独特、背景复杂，盆地整体油气勘探程度低；尤其是盆地西南缘的构造演化问题，研究资料和有关文献相对较少。油气勘探工作：在1955年以前只有零星地面地质调查；1955—1967年为高峰期，相关地质工作增加，但未获大的突破；1968年后为停顿期；1990—2002年进行新区勘探，以三叠系和侏罗系为勘探目的层，也未获重大突破[2]；2003年以来主要以白垩系为勘探目的层[2]。盆地总体勘探程度低，且因盆地构造系统复杂、野外调研难度大和研究资料少等不利条件严重制约了对其的勘探评价。

六盘山盆地西南缘主要包括海原、南华山、西华山、沙沟、老虎山、官草沟、米家山、月亮山、马东山及西南华山段等地区[3]。据前人研究结果和多次野外调研发现，盆地发育众多规模较大的逆冲推覆、走滑构造，构造格局叠置复杂；发育多套烃源岩，且见多处沥青或油苗出露，说明盆地具有广阔的勘探前景。本文将通过对六盘山盆地构造演化、西南缘断裂特征及盆地油气地质条件的深入分析，以期能够为盆地有利区块预测、评价等工作有所帮助。

图1 六盘山盆地西南缘构造结构和主要断裂Fig.1 Structure and main fracturesat the southwestern margin of the Liupanshan basin1.新近系；2.渐新统；3.始新统；4.古新统；5.下白垩统马东山组；6.下白垩统三桥组；7.泥盆系；8.志留系；9.前寒武系；10.断裂；11.探井及编号；12.地名

1 构造背景及构造单元划分

六盘山盆地构造位置特殊，多个构造单元交汇，多期构造叠加、后期改造特征明显；中新生代既受秦祁昆中央造山带陆内构造演化的控制，又受华北地台西南缘克拉通“破坏”时的深部地质作用影响、更受到SN向贺兰山—六盘山—龙门山—横断山构造带崛起形成的影响。六盘山盆地演化过程可概括为：在河西走廊边缘凹陷带和北祁连加里东褶皱带发育基础上，经历了晚古生代石炭-二叠纪类克拉通盆地发展阶段、中生代三叠纪—侏罗纪—白垩纪克拉通边缘伸展断陷盆地发育阶段和新生代古近纪—新近纪类前陆盆地陆内挤压断陷、凹陷发育阶段[4]。六盘山盆地既是一个石炭纪—二叠纪+中生代+新生代的复合盆地，也是一个中生代—新生代的改造型盆地，尤其是新生代的喜马拉雅期构造运动造成了盆地构造样式的显著改观[4]。

六盘山盆地以清水河断裂为界将其划分为中央拗陷和东部斜坡两个一级构造带[1](图1)。中央拗陷为盆地的主体部分，总体呈现NNW向的倒三角形[5]，主要由兴仁保凹陷、梨花坪凸起、贺家口子凹陷、海原凹陷、沙沟断阶等二级构造单元组成[6]。盆地西南缘主要位于中央凹陷内，多条断裂纵横交错，构造特征复杂多变，集中了丰富的油气资源。

2 断裂构造特征

六盘山盆地西南缘边界由一组断裂带构成，其主体断裂带可确定为景泰老虎山—米家山—王家山—达拉池—西南华山—海源断裂(景泰—海原断裂)、月亮山—马东山—六盘山西麓断裂(月亮山东麓断裂、六盘山东麓断裂)、陇县八渡—龟川—宝鸡北断裂(表1)。在六盘山盆地西南缘断裂带中，不同断裂段具有不同的平面组合样式，同一断裂段不同构造层也具有不同的剖面构造样式。总体来说，新生代六盘山西南缘边界断裂性质主要表现为古近纪—第四纪早期的逆冲推覆特征和第四纪晚更新世左旋走滑特征[4-5]。

2.1 景泰—海原断裂

景泰—海原断裂属于早古生代末期残留的俯冲-碰撞断裂带，到晚古生代—中生代控制着两侧不同的沉积-构造组合；前新生代为逆冲推覆构造+走滑样式，新生代古近纪—新近纪断层性质以逆冲为主，第四纪以左旋走滑为主(图2)。平面组合样式为多条断裂平行排列，形成拉分盆地或挤压岩桥区。剖面构造样式为第四系形成的铲式或地堑-半地堑式。海西期以NWW-NW向逆冲推覆和褶皱变形为主，使志留系、泥盆系、石炭系、二叠系形成NWW向弧形褶皱+断裂。三叠纪晚期，印支运动发生强烈而普遍的褶皱、断裂抬升，区内再次隆升，形成一系列断裂+剪切滑动变形组合，原有逆冲断裂复活。燕山期的构造变形使侏罗系和白垩系发生褶皱，形成古近系与白垩系间不整合及宽缓褶皱+断裂组合。喜马拉雅早期变形以逆冲推覆为主，后期以差异抬升和断块运动为主，造成山体大幅度隆升和盆地沉降及近SN向断层，古近系与下伏地层、古近系与新近系形成不整合接触。同时，先期的逆冲-走滑断裂再次复活。

表1 六盘山盆地西部边界断裂带构造要素表

图2 六盘山盆地逆冲推覆构造样式Fig.2 Thrust nappe styles of the in the Liupanshan basin

景泰—海原断裂西段第四纪活动较发育，为活动断裂，可见有宽20～200 m的断层破碎带、碎裂岩、角砾岩、断层泥和构造透镜体等，局部分带明显，地貌标志清楚，为新生代活化的的左行走滑活断层，ESR测年(17±2.0)Ma。自中更新世中期以来，断层运动速率呈上升趋势，至今仍在活动，地震活动性增强。

海原断裂段深部具有一低阻滑脱层，南西深北东浅，可能是六盘山逆冲推覆的“传送带”，曾受黏塑性流变和热力作用驱动，上地壳在平面上向北东方向作块状扩展，在垂向上受边界走滑断裂带控制而发生叠瓦式双向不对称逆冲转换挤压和缩短变形。海原—西华山—南华山—景泰断裂带于加里东期开始活动；在新近纪末的喜马拉雅运动中曾发生过NE-SW向挤压，使前新生代地层逆冲到新生界之上；早更新世中晚期，左旋走滑运动占据了主导地位，据平面上构造体的组合关系判断，该段具逆冲走滑性质(王桂宏，1999)。由于断裂排列成格式，在重叠斜列部位因斜列方式不同分别形成拉分构造或挤压构造(国家地震局，1988)；在白垩纪—新近纪，海原断裂东段断层性质以逆冲为主，晚更新世以来以左旋走滑为主，局部逆冲或呈现正断层。平面组合样式以左旋走滑断裂形成的拉分盆地为主，其中包括邵水盆地、干盐池盆地等；局部地区形成挤压区，所形成的褶皱与走滑断裂呈小角度相交，其指示了断层的左旋走滑方向。

本次研究对海原断裂段的西南华山、屈吴山等地的断裂特征有了新认识：该断裂活动具有多期、多复杂性(图3)，前新生界盖层为一逆冲推覆的薄皮构造，而第四纪发育拉分盆地或局部挤压；晚更新世前，断裂性质以逆冲推覆为主，而到更新世产生了左旋走滑分量。

2.2 月亮山东麓断裂

图3 海原断裂及月亮山东麓断裂空间演化Fig.3 Spatial evolution of Haiyuan fractureat the eastern slope of Yueliang mountain

月亮山东麓断裂北起南华山东南坡，南到固原西硝口，长55 km，整体走向320°，断面多向南西倾，倾角60°～70°。断层性质以古近纪—新近纪逆冲为主(见图3)，第四纪以左旋走滑为主，平面组合样式为左阶排列的拉分盆地(图4)；剖面构造样式为第四纪地层形成的铲式或地堑-半地堑式。前新生代为花状构造或逆冲推覆组合样式。主要断层由硝口—蔡祥堡断层、小南川和大黄沟断层组成，3条断层呈左阶排列(据闵伟等，2001)，断层性质为左旋走滑。蔡祥堡断层地貌上形成宽几米到几十米的槽形带和小地堑，断层破碎带发育，宽数十米到数百米，带内发育次级断层。此断裂北西段倾向SW，为逆冲断层；南东段断面倾向NE，具正断层性质，为一左旋走滑断层，具枢纽断层特征。小南川断层为左旋走滑，中段具逆断层效应，南北两端具正断层效应，分别控制小南川拉分盆地南西缘和老虎崾岘拉分盆地北东缘，具有河流错断现象。大黄沟断层为左旋走滑，长约4 km，走向350°，产状80°∠70°，上下盘均为泥盆系，断层破碎带发育，宽30～70 m。

图4 脆性剪切带中的左旋走滑Fig.4 Sinistral strike-slip of the brittle shear zone

2.3 六盘山东麓断裂

六盘山东麓断裂形成于晚新近纪，相比其它断裂段较新，浅层以挤压为主，在北段和基底深部为走滑断层性质。平面组合特征为褶皱轴与走滑断裂平行或小角度斜交(图5)；剖面构造组合样式为浅部地层褶皱变形和逆冲推覆+正花状走滑断裂。此断裂在晚更新世发生过大规模逆冲，且有多期性，活动强度南强北弱。

图5 六盘山东、西麓逆冲推覆构造Fig.5 Thrust nappe structure at the eastern and western slope of the Liupanshan mountain

在刘家店附近，见白垩系李洼峡组平卧褶皱中发育叠加小褶皱，表明该地经历了多次强变形构造运动；此外，褶皱上发育波痕，表明为河流或滨浅湖沉积环境。平卧褶皱枢纽为南东倾伏，倾伏角约10°，显示了东麓主断层具有逆冲+左旋走滑样式(见图4)。平卧褶皱东侧发育有一次级逆冲断层(图6左)，该次级断裂与其东边不远处的六盘山东缘断裂构成了白垩系中反冲断层与褶皱+逆冲走滑断裂样式(图5)。在海子峡水库北附近，古近系与白垩系马东山组的接触面西侧约30 m处，发育有白垩系马东山组中的次级逆冲断层，断层破碎带发育有定向的断层泥，指示逆冲断层性质；此外，主断层上盘的牵引构造也指示了其逆冲性质(图6右)。在硝口剖面上，显示背斜宽缓，东翼略陡于西翼；在接近六盘山东麓断裂处，岩层直立甚至发生倒转。

3 油气成藏条件

3.1 烃源岩特征

盆地油气地质条件完备，油气远景评价良好，盆地总体发育有石炭系、三叠-侏罗系和白垩系3套烃源岩[5,7]。

(1)石炭系烃源岩。晚古生代石炭-二叠纪时期，六盘山盆地以滨海相-浅海相碎屑岩、碳酸盐岩沉积为特征，烃源岩以泥岩和灰岩为主；晚石炭世末期，海水自北向南退却，为海陆交互相沉积，沉积了一套含碳泥岩、细碎屑岩夹碳酸盐岩建造，普遍含煤层。整体不乏有力的生油气层。一般烃源岩厚度<200 m，北缘香山一带单层最大厚度可达40 m。石炭系有机碳含量较高，总有机碳含量一般在w(TOC)=0.41%～5.73%之间，平均为2.10%；生烃潜量为0.04～16.46 mg/g，平均值为1.84 mg/g；Ro值为0.66%～2.22%，平均为1.40%，处于过成熟阶段，以生气为主。泥岩以Ⅲ型干酪根为主，灰岩Ⅱ型干酪根占66.6%。石炭系埋藏深，有机质热演化时间长，盆缘露头剖面烃源岩处于成熟—高成熟演化阶段，且在灰岩晶洞中发现多处油苗，再次印证了石炭系不乏烃源岩的结论。

图6 六盘山野外调研照片Fig.6 Watching photos in the Liupanshan basin左图：刘家店附近褶皱变形与次级断层；右图：海子峡水库北逆冲断层

(2)三叠-侏罗系烃源岩。晚三叠世—中侏罗世主要为山前凹陷湖盆，浅湖-半深湖泥岩为主的烃源岩范围较大。据露头剖面和钻井资料，三叠-侏罗系烃源岩较为发育，泥岩厚度一般为50～400 m，最大厚度可达600 m以上，分布面积约2 500 km2。井下采样有机质丰度较高，总有机碳含量平均为w(TOC)=4.28%；三叠-侏罗系盆地烃源岩母质类型均以偏腐植型为主，Ⅲ型占样品数83%以上，烃源岩有机显微组分多以镜质组、惰性组为主，腐泥组和壳质组含量普遍较低。中侏罗统烃源岩Ro值为0.42%～0.82%，上三叠统烃源岩Ro值为0.45%～1.04%，均达到低成熟—成熟演化阶段。侏罗系中的“盘探3井”夹有油页岩，其地表样品有机碳含量变化较大，总体低于井下样品；井下烃源岩评价各项指标值与鄂尔多斯盆地相近[8]。因此，可以推测盆地沉降中心各指标相对会更高些。

(3)白垩系烃源岩。在早白垩世时期，盆地沉积体系主要为三角洲—湖泊相沉积[5]。据野外调研及“海参1井”资料，马东山、乃家河组和李洼峡组均发育有烃源岩层系。烃源岩岩性主要为半深湖—浅湖相泥岩、页岩。乃家河组—马东山组沉积时期为白垩纪凹陷湖盆发育的鼎盛时期，是下白垩统最主要的生油层，地层平面展布范围广、厚度大。白垩系暗色泥岩要分布在马东山、乃家河与李洼峡组，盆地的主体海原凹陷和固原凹陷沉积中心的烃源岩最为发育，泥岩厚度一般为200～400 m。在肖家湾—郑旗东一线发育有很厚的浅湖—半深湖泥岩，是白垩系李洼峡组烃源岩发育的较有利区[8]。此套烃源岩有机质丰度高，有机碳含量w(TOC)=0.07%～4.31%，平均值为0.81%；生油潜量为0.1～30 mg/g，平均3.73 mg/g；盆地北坡和东部Ro值为0.47%～0.7%，盆地南部固原凹陷Ro值为0.77%～1.0%[7]，测试数据结论与前人认识基本一致。马东山组有机质类型以Ⅰ+Ⅱ1型为主，乃家河组烃源岩样品有机质类型以Ⅱ1型为主[8]，李洼峡组源岩的生烃性能相对较差。总体上，下白垩统生油母质类型多属腐泥-混合型，且全盆都达已到低成熟—成熟阶段，热演化程度高，可具有很高的成烃能力。

3.2 储盖条件评价

据前人研究资料和此次研究工作认识，六盘山盆地主要发育石炭系、侏罗系和白垩系三套砂岩储集层；另外，还发育有一套碳酸盐岩储集层[5]。石炭系主要岩性为砂砾岩、中细粒砂岩及灰岩，砂岩孔隙及灰岩裂缝和溶蚀孔洞是主要的储集空间，其孔隙度在2.88%～15.79%之间，渗透率为0.02～19.07 mD(表2)，物性较好。二叠系地层露头不甚发育，分布局限，以砂质沉积岩为主，岩石类型主要为岩屑砂岩及长石岩屑砂岩；从成藏方面考虑，其可以作为石炭系油气向上运移的有利储层。同时，二叠纪末海西晚期以抬升剥蚀为主，推测可形成地层平行不整合圈闭，从而使得油气聚集[6]。三叠系—侏罗系砂岩比较发育，为一套以中-低孔、中-低渗为主的砂岩，孔隙度在5%～20%之间，渗透率介于0.1～500 mD之间，孔渗性好[6]。白垩系除具备良好的生油条件以外，其储层也较为发育，岩性主要为细砂或粉砂岩。马东山组总体来说在盆地中心砂层不发育，但在盆地北部和西部一带发育有较好的砂层[3,6]，孔隙度达到4.54%～18.98%，渗透率值为0.08～18.57 mD；乃家河组总体砂层比较发育；李洼峡组“盘参1井”储集岩厚度较大，约为350 m，以砂岩为主，孔隙度为11%～14%，渗透率达96～115 mD，为一套厚度大、物性好的储层；和尚铺组岩性主要为含砾粗砂岩、中砂岩及细砂岩，储层厚度约为250 m，孔隙度主要为8%～15%[4]。

表2 六盘山盆地储层参数表

此外，六盘山盆地中还发育有下白垩统乃家河组厚层泥岩和古近系清水营组厚层泥岩夹膏岩两套区域盖层[9]。同时，石炭系上部的泥质岩除了作为生油气岩层外还可以作为盖层，成为石炭系油气向上运移的岩性遮挡层。在断层面上形成的断层泥也可形成良好的遮挡层。

3.3 圈闭特征及成藏组合

多期次、多性质的构造演化制约着六盘山盆地的油气成藏。三叠-侏罗系烃源岩为油源的油气藏以次生油气藏为主，而以白垩系烃源岩为油源的油气藏则为原生油气藏。由于受多期次挤压应力场作用的影响，逆冲断层依次向前推移，形成了复杂的叠置构造格局，在推覆过程中逆冲席前锋发育很多伴生圈闭和断裂[6]。局部圈闭具有成带分布特点，主要有岩性圈闭、剥蚀造成的不整合圈闭及与逆冲推覆相伴生的背斜圈闭、断层圈闭及鼻状圈闭等[1,10]。

总体来说，六盘山盆地发育石炭-二叠系、三叠-侏罗系、白垩系3套烃源岩，盆地中新生界发育多套储集岩段。由推覆产生的众多断裂和裂缝使岩石孔渗性变好，同时也为油气的运移提供了良好的运移通道。发育乃家河组厚层泥岩和清水营组厚层泥岩夹膏岩两套区域盖层[4,9]。盆地可形成多套生储盖成藏组合，其中最佳的组合是白垩系自生自储自盖式和白垩-古近系下生上储式组合，其次为三叠-侏罗系的自生自储组合生油潜力也是相当可观的[4,12]。

4 油气有利区预测

从六盘山的构造演化和勘探历程来看，油气资源主要赋存在挤压逆冲构造和反转构造样式所产生的圈闭中，预测要综合考虑生、储、盖层三者最佳的时空搭配组合或“下生上储”的晚成藏圈闭[12]。

六盘山盆地受SW向多期次挤压应力场作用的影响，局部圈闭具有成排成带分布特点。经地震及重力勘测证实的有23个有利局部构造；通过初步综合分析，认为以下6个为较为有利局部构造区(图7)：①肖家湾背斜，②石峡口断阶，③三营隆起带，④海原凹陷北斜坡，⑤梨花坪凸起西、南斜坡，⑥沙沟断阶东缘[3,6]。其中，沙沟凸起和同心-固原凹陷南部发育优质烃源岩，成熟度高，产烃效率高，为盆地最有利的远景区，可作为近期勘探有有利区。

图7 六盘山盆地有利区预测Fig.7 Favorable areas predictionin the Liupanshan basin 1.电法测线；2.地震测线；3.重力显示构造；4.地面构造及编号

此外，通过对六盘山西南边界断裂构造特征及盆地演化的详细研究，在西、南华山—六盘山一带的推覆构造下面可能残留有原生盆地的生油气层，月亮山推覆构造带下盘，兴仁堡凹陷西侧推覆带下盘是白垩系油气较有利前景区，这也是值得关注的勘探构造区。

5 结论和建议

(1)六盘山盆地构造背景具有多期次、多级次、分段性等复杂特点，发育众多规模较大的逆冲推覆、走滑构造。西南缘主要发育景泰—海原断裂段、海原断裂带、月亮山东麓断裂、六盘山东麓断裂等。

(2)盆地在演化过程中，盆山转换、断裂频发、逆冲推覆、正反互转、圈闭伴生，为油气的聚集提供了良好的运移通道和储集空间。盆地成藏条件优越，多处油气显示出露，发育石炭系、三叠-侏罗系、白垩系三套烃源岩和成藏配套的储集层、盖层或遮挡性泥岩层。

(3)预测了6个较有利构造区，其中沙沟凸起和同心-固原凹陷南部发育优质烃源岩，产烃效率高，可作为近期勘探有有利区，除了以往广受重视的海原凹陷外，西部的兴仁堡凹陷、月亮山推覆构造带下盘很值得继续深入。总之，盆地山前深部构造及凹陷内的低凸起部位是有利勘探区。

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Structural characteristics of southwestern margin of the Liupanshan basin and the potential oil and gas area prediction

XIE Qing1, 2, YANG Xingke1, JIANG Kuan2

(1.SchoolofEarthScienceandResource,Chang'anUniversity,Xi’an710054,Shanxi,China； 2.PetroChinaWestPipelineGasCompany,GansuLanzhou730070,China)

Liupanshan basin developed in the joint of southwestern margin of North China block and Qilian-qinling structural belt. It is characterized by the unique structural position, complex background and sparse prospecting working, especially less data of study on the structural evolution of the southeast margin. According to previous research results, field survey and drilling data, in-depth analysis of the structure evolution background, the main fracture characteristics of the southwestern margin and the hydrocarbon accumulation condition are made in the paper. The result shows that the basin is characterized by complex structure, multi-stage and order fault system, late deformation and development of nappe which are benefit to migration and accumulation of hydrocarbon. The basin is developed with source bed of Carboniferous, Triassic-Jurassic and Cretaceous system as well as the matched accumulation and cap condition. Six more favorable structural zones are predicted. They are piedmont deep structural belt, the low salient of the depression zone in the basin.

Liupanshan basin; structural characteristics; reservoir condition；favorable areas prediction

2015-05-25； 责任编辑： 王传泰

中国地调局项目(编号：12120113039900)资助。

谢青(1987—)，女，博士研究生，研究方向主要为矿产普查与勘探。通信地址：西安市雁塔路126号，长安大学地球科学与资源学院；邮政编码：710054；E-mail：xieqingsunny@163.com

10.6053/j.issn.1001-1412.2015.04.012

TE121.1

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