西伊犁盆地石炭—二叠系发育特征及其古地理意义

邓思哲 马文礼

(1.中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室， 北京 102249；2.中国石油大学盆地与油藏研究中心， 北京 102249)



西伊犁盆地石炭—二叠系发育特征及其古地理意义

邓思哲1, 2马文礼1, 2

(1.中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室， 北京 102249；2.中国石油大学盆地与油藏研究中心， 北京 102249)

伊犁盆地可划分为东、西盆地，两者具有成因联系，目前对西盆地沉积特征研究很少，这不利于整个伊犁地区古地理的恢复，制约了伊犁盆地油气勘探及中国与哈萨克斯坦的油气合作。以野外地质调查资料为基础，结合盆地内地球物理资料与研究成果，通过研究西伊犁盆地石炭系、二叠系的平面发育特征与垂向发育特征，恢复西伊犁盆地石炭 — 二叠系的古地理环境，为今后该地区开展油气勘探提供依据。

石炭系； 二叠系； 古地理； 地层特征； 西伊犁盆地

从区域构造上讲，伊犁盆地是指南、北天山所加持的山间盆地，位于中国新疆伊犁哈萨克自治州与哈萨克斯坦阿拉木图州的交界处，可分为东、西盆地，其中西伊犁盆地位于哈萨克斯坦境内，东伊犁盆地部分位于中国境内，部分位于哈萨克斯坦境内[1-3]。东伊犁盆地中国部分最具油气勘探潜力，但至今未获得工业油气流[5-6]，而西伊犁盆地国内研究较少。鉴于此，深入分析石炭 — 二叠系储层发育特征，首次对该地区石炭 — 二叠系古地理进行恢复。

1 石炭系发育特征

根据野外露头资料，石炭系在北部准噶尔山脉、南缘外伊犁山以及西缘的楚 — 伊犁山脉、肯达克塔斯山地区分布十分广泛(图1)，其中下石炭系分布最广，厚度达2 000 m。在肯达克塔斯发育下石炭统，形成扎满金向斜，成层性良好，发育红绿色砂岩、粉砂岩、泥岩及少量灰岩，厚度450 m，向上变为安山质、玄武质斑岩、凝灰岩。在南缘的外伊犁山，下石炭系以火山沉积为主，基本不发育陆源碎屑岩，中上石炭统以熔岩、凝灰岩及少量沉积岩为主。在准噶尔山，下石炭统同样以火山喷发岩为主，而中上石炭统发育斑岩、凝灰岩、凝灰砂岩为主，厚度在 800～3 000 m。综合分析，可知石炭系时期的沉积范围十分广(图1 — 图3)，且以海相沉积为主，至少包含了西伊犁盆地现今范围加上周缘造山带。

图1 西伊犁盆地石炭系平面发育特征图

图2 西伊犁盆地A — A′测线剖面

图3 西伊犁盆地B — B′测线剖面

通过对前期研究成果的进一步处理，建立西伊犁盆地石炭系地层柱状图(图4)。西伊犁盆地下、中、上统均发育，且以下石炭统最发育。

下石炭统自下而上分为3个组，分别是图尔涅依组、维则依组与谢尔布霍夫组。图尔涅依组下部以海相碎屑沉积为主，主要是火山碎屑物质搬运到海底形成的海底扇向上变为火山岩，主要是流纹质、流纹 — 英安质及砾岩，下部发育正韵律，厚度达576.60 m；维则依组主要是火山沉积物，下部为流纹质、粗面流纹质晶屑凝灰岩，中部发育流纹质、流纹 — 英安质凝灰岩，上部为厚层凝灰岩，厚度为650.68 m；谢尔布霍夫组发育相对细粒的沉积，下部为流纹质、流纹 — 英安质凝灰岩，少量的流纹岩、安山岩，上部发育大段海相灰岩，可见海相化石，向上可见火山质砾岩、砂岩，以及凝灰岩，此外安山岩也比较发育，厚度为541.62 m。

图4 西伊犁盆地石炭系地层柱状图

中、上石炭统不是很发育，其露头仅在北缘准噶尔山比较常见，目前尚无统一的分层命令方案[4,7, 9]，暂记为C22、C21、C12、C11。C22组是目前该地区唯一发现野外露头油气显示的层位，在盖层顶部发现大量含沥青的海相灰岩，厚度为396.93 m。C21、C12组均以火山沉积为主，普遍发育安山岩、玄武岩、凝灰岩，厚度为457.53 m。C11组则以陆源碎屑沉积为主，整体为间断性正韵律，发育砾岩、砂岩、粉砂岩以及凝灰岩，厚度在464.15 m左右。

2 二叠系发育特征

相较于石炭系，西伊犁盆地二叠系的沉积范围有所缩小，尤其在盆地西缘造山带地区，其分布范围比石炭系小得多，这与该地区隆起有关。西伊犁盆地二叠系平面分布特征见图5。

图5 西伊犁盆地二叠系平面分布特征图

二叠系露头多分布于西伊犁盆地内部、西缘的楚 — 伊犁山脉、北缘准噶尔山脉、南缘外伊犁山脉及肯达克塔斯山脉，各区岩性组合比较相似，均以沉积 — 火山岩岩石为主，但不同岩石所占比例有所不同，指示不同沉积环境。在准噶尔山地区以沉积 — 火山岩为主，向上陆源碎屑沉积逐渐增多，火山沉积相对减少，底部可见海相灰岩，说明准噶尔山脉地区二叠系初海水尚未完全退出。在外伊犁山东部

二叠系可见大量陆源碎屑沉积，而且向上陆源碎屑增多，火山沉积减少，这与准噶尔地区比较相似，但是该地区未见海相灰岩沉积。

综合野外露头资料及地球物理资料，建立西伊犁盆地二叠系地层柱状图(图6)。学者普遍将该地区二叠系划分成7个组[4, 7, 9]，本次研究暂定为P11、P12、P13、P21、P22、P23、P24。P24组具有海相沉积特点，下部发育凝灰岩，顶部是一套厚层的海相灰岩，厚375.16 m。P23组以火山沉积岩为主，发育长石砂岩、凝灰岩、沉凝灰岩，厚356.03 m。P22组以火山岩为主，主要是中基性熔岩、凝灰岩、火山质砾岩，厚433.30 m。P21组则以火山沉积岩为主，发育中基性熔岩、凝灰岩、砂岩。P13组与P12组沉积特征比较相似，以发育厚层凝灰岩为主要特征，厚度分别为375.71，327.24 m。P11则以发育大套陆源碎屑沉积为主，尤其在该组上部，基本未发现火山沉积物，而以砾岩、砂岩、粉砂岩为主，整体呈正韵律，指示该时期火山活动基本停止，但是在该组下部，火山岩依旧比较发育，这说明西伊犁盆地的裂谷期至少持续到晚二叠系中期，这与东伊犁盆地有很大不同。

图6 西伊犁盆地二叠系地层柱状图

3 石炭 — 二叠系古地理分析

伊犁盆地石炭系在强烈拉张背景下，海盆不断加深，同时沉积物供给速率小于可容空间增加速率，相对海平面不断上升，伴随着强烈的火山作用，整体形成了海相夹火山喷发相的沉积组合。

该时期西伊犁盆地整体处于海相环境，而石炭系属于海相裂谷盆地，在盆地边缘造山带，尤其是西缘的肯达克塔斯山脉地区及楚 — 伊犁山脉地区火山岩十分发育。这种环境向东延伸到东伊犁盆地，向西与中亚古生代海洋相连，该时期整个中亚与中国西北地区处在相似的大地构造环境下，通过东、西伊犁盆地石炭系对比，可以看出两者在石炭系时期均以海相沉积为主，夹有多期的火山喷发，且两者的火山岩比较发育的层位具有一定对应关系，在石炭系末均显示少量的陆相或海陆过渡相沉积，这说明石炭系时期2个盆地经历的古地理环境比较相似[6-9]。

二叠系是西伊犁盆地海陆过渡时期，海水在石炭系末开始退出西伊犁盆地，到了早二叠系，海水已经基本退至盆地西北缘，到了晚二叠系海水完全退出西伊犁盆地，盆地完全变为陆相盆地。在二叠系，物源主要来自南缘的外伊犁山以及西南缘的肯达克塔斯山；另外，此时的北缘准噶尔山地区依旧是一个裂谷中心，火山活动剧烈，在近物源区发育冲积扇相。阿拉木图地区在二叠系是湖盆中心，发育深 — 半深湖相、滨浅湖相，一直延伸至盆地东缘，与该时期东伊犁盆地湖盆相连。在湖盆的北缘与西缘发育三角洲沉积，主要是曲流河与辫状河三角洲，物源主要是肯达克塔斯山与准噶尔山，在盆地的北缘与西缘也有三角洲沉积，主要是海相三角洲，带着丰富陆源碎屑物质入海，这也导致该时期海相灰岩不是很发育。

对比东伊犁盆地[6-8]，西伊犁盆地的海水尚未完全退出，且火山活动要比东伊犁盆地频繁剧烈，可推知：

(1)伊犁地区的海水是在晚石炭系在中国东伊犁盆地阿吾拉勒山地区开始向西退出，在石炭系末完全从中国境内退出，退至哈萨克斯坦东伊犁盆地，此时西伊犁盆地尚处于海相环境；到了二叠系，海水才开始从西伊犁盆地退出，直到晚二叠系海水从西北缘退出西伊犁盆地；晚石炭系 — 晚二叠系是伊犁地区的海退时期。 伊犁地区晚石炭系 — 晚二叠系海退方向见图7。

海退路线表明，在这一时期该地区地形东高西低，这种东西地势差异对以后该地区的水系分布具有重要影响，控制着现今伊犁河的流向及该地区河道滞留沉积中的砾石排列方向，同时也说明南缘造山运动要早于北缘造山带，石炭系末南缘外伊犁山、凯特麦尼山及西南缘的肯达克塔斯山已经开始隆起，而北缘的准噶尔山地区、楚 — 伊犁山地区的造山带在二叠系末才开始形成。

图7 伊犁地区晚石炭系 — 晚二叠系海退方向

(2)二叠系东伊犁地区的构造环境要比西伊犁盆地稳定，东伊犁盆地在晚二叠系早期就基本进入坳陷发育阶段，而西伊犁盆地尚处于裂谷发育阶段，说明二叠系东、西伊犁盆地的盆地类型是不同的：在二叠系东伊犁盆地属于裂陷 — 坳陷盆地，而西伊犁盆地属于裂陷盆地，这导致东西盆地二叠系沉积特征有很大差异，虽然二叠系在东伊犁盆地是一个重要勘探层位，但这并不能推知西伊犁盆地二叠系也有勘探价值，因此两者在二叠系没有可对比性。

4 结 语

(1)西伊犁盆地石炭系沉积范围大，露头分布广，与相邻盆地相似，可与东伊犁盆地进行对比，指导西伊犁盆地的油气勘探；二叠系沉积范围有所减小，沉积特征与东伊犁盆地不同，不具有可对比性。

(2)西伊犁盆地在石炭系主要是浅海相环境，火山活动频繁剧烈；二叠系海水退出西北缘，为近海的湖泊环境，整体表现为一个海退进积过程，这是二叠系三角洲发育的重要原因。

(3)整个伊犁地区的海水是在晚石炭系开始在中国东伊犁盆地阿吾拉勒山地区开始向西退出，在石炭系末退至哈萨克斯坦东伊犁盆地，完全从中国境内退出；到了二叠系，海水才开始从西伊犁盆地退出，直到晚二叠系海水从西北缘退出西伊犁盆地。

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The Stratigraphic Characteristics and Their Palaeogeographic Significance of Carboniferous and Permian Systems in West Yili Basin

DENGSizhe1,2MAWenli1,2

(1. State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting,China University of Petroleum, Beijing 102249, China;2. Basin and Reservoir Research Center, China University of Petroleum, Beijing 102249, China)

Yili Basin can be divided into West Yili Basin and East Yili Basin, and there are close genetic relationships between these two parts. However, the study on the sedimentary environment in West Yili Basin is rare so far, which is not favorable for the paleogeographic reconstruction of Yili Basin. And it is restricting the oil-gas exploration in this territory and the China-Kazakhstan cooperation on energy. Based on the field geological survey, the geophysical data and previous works of others, the plane distribution features and the vertical superimposition features of Carboniferous and Permian Systems were studied. The paleogeographic environment in Carboniferous and Permian was reconstructed. The results could provide basis for future oil-gas exploration.

Carboniferous and Permian systems; palaeogeography; stratigraphic characteristics; West Yili Basin; Kazakhstan

2015-07-02

国家自然科学基金项目“页岩气藏多重介质渗流机理与理论研究”(51374265)

邓思哲 (1989 — )，女，中国石油大学(北京)在读硕士研究生，研究方向为沉积学、油气地球化学。

P618

A

1673-1980(2015)05-0022-05