环玛湖凹陷二叠—三叠系沉积构造背景及其演化

何登发，吴松涛，赵龙，郑孟林，李涤，路玉

近十年来，准噶尔盆地玛湖凹陷三叠系百口泉组、克拉玛依组及二叠系上乌尔禾组等层系岩性地层油气藏的系列发现，充分展示了其巨大的勘探潜力[1-2]。自下二叠统风城组烃源岩到上三叠统白碱滩组厚层泥岩盖层，形成了一个重要的含油气体系，其内发育完整有效的生、储、盖组合。揭示二叠系—三叠系沉积充填的构造背景和沉积物分散方式，是寻找优质有效储集体、预测有利岩性地层圈闭、剖析沟通源储的运移通道和建立油气成藏模式的重要基础。

关于二叠系—三叠系的沉积构造背景，一是涉及物源区的位置及其性质，主要与准噶尔盆地西北缘的加依尔山、谢米斯台山等山系的发育有关；二是沉积区的构造背景与沉积体系发育的环境，受控于盆地沉降机制及构造活动制约的构造—古地貌；三是将前述二者联系起来的“搬运通道”，如大小河流体系的发育、分布与演化。由于后期构造运动的改造与破坏，由物源、搬运和沉积构成的完整的“源—汇系统”不复存在。要复原当初的构造—沉积面貌，多从现今的地层反演。

对准噶尔盆地西北缘二叠纪—三叠纪物源区构造属性的研究，前后有3种代表性观点。一是自20世纪50年代至80年代，认为西北缘为“逆冲断裂带”[3]，这一逆冲体系的前缘断裂带的结构为若干探井及地震剖面所证实[4-5]，可分为前缘断块与后缘断块，并建立了推覆体、前缘断块带、上盘超覆带与下盘掩伏带的“四带”地质结构模式，这一模式有效指导了白碱滩、百口泉、乌尔禾、夏子街等油田的发现[3]，以此为基础提出了西北缘的“逆掩断层控油说”。其后，在20世纪后20年，随着油气勘探开发的深入开展，这一理论得到了发展，油田专家发现逆冲断层的活动控制其前缘冲积扇体的发育[6]，随着五八区、百口泉等地扇体油气藏的不断发现，对逆冲断层的控扇作用的认识不断深化，提出了西北缘二叠系、三叠系油气分布的“扇控论”观点。上述认识源于油气勘探开发的长期实践，并已被证实，但也应看到囿于盆地研究的局限性，对周缘造山带的活动及其可能物源区的研究较为薄弱。二是近十年来的“走滑断层”观点[7-9]，通过对达尔布特断裂及其相邻区域构造环境的研究，认为在二叠纪—三叠纪，达尔布特断裂的走滑活动引起了克百、乌夏、红车等断层的逆冲或压扭性活动，从而建立了压扭性或“花状构造”模式。对于走滑活动，一种观点认为，在晚二叠世—晚三叠世，由准噶尔地块和西准噶尔相对于成吉斯汗弧发生了反时针旋转引起[9]；另一观点认为，在二叠纪末期—三叠纪，与相邻的达尔布特右行走滑断层同步，准噶尔盆地西北缘发生右行走滑构造变形[7]。他们都认为克百、乌夏等为右行走滑逆冲带。目前，对中亚地区二叠纪北西—南东向右行走滑断裂系统，有学者曾提出，东哈萨克斯坦断裂、额尔齐斯断裂等的活动对北东—南西向的断层带有制约作用，即北东—南西向的达尔布特断裂系受控于北西—南东向的走滑断层[10]；北西向主控断裂古生代末发生了右行走滑运动，每条断裂的走滑量为80～200 km不等，北东东—南西西向断裂为逆冲兼左行走滑运动，运动幅度相对北西—南东向断裂要小得多。也有学者认为，巴尔喀什弧形构造是古生代早期聚合的哈萨克斯坦古板块北部边缘，在古生代晚期遭受大型断裂左行走滑及伴生旋转构造变形改造的结果，在复原图上西准噶尔构造带呈北北西—南北向 ；文献［14］根据塔尔巴哈台山和天山古地磁研究，进一步厘定了中泥盆世以后地块旋转的存在，北西—南东向的右行走滑断裂带与西准噶尔北东—南西向的逆冲断裂构成了右行走滑—逆冲的双重构造[13]。但目前对于中亚地区走滑断裂系的构造格架、达尔布特断裂系二叠纪的走滑特征等研究尚浅，多为模式性；中亚地区泥盆纪—石炭纪洋盆的关闭方式及其后二叠纪陆内调整变形等都对走滑变形有重要影响。三是“逆冲—走滑”观点，这一观点认为达尔布特断裂系的走滑主要发生在新近纪—第四纪[15-18]，其活动与二叠纪—三叠纪形成的准噶尔盆地西北缘大型逆冲系统叠加，形成了西北缘冲断—走滑构造体系[19]。

对沉积区玛湖凹陷的构造性质，有2种截然不同的观点。一是油田专家的前陆盆地观点，如认为二叠系具有典型的前陆盆地沉积特征[2-3]，二叠系由盆地内部向盆地边缘呈楔状加厚，自下而上，各岩组的沉积中心向盆地内部迁移，反映了盆缘断裂带向盆地内部的前展式迁移。二是非前陆盆地观点，认为玛湖凹陷的沉积受控于西北缘走滑断裂带的活动，这种观点持有者并未做过深入的研究。近年来，对风城组或佳木河组—风城组的沉积环境，基于在哈拉阿拉特山的钻井发现了风城组烃源岩[20]，或基于周缘山系同期花岗岩或岩脉的年龄及构造，认为它们发育于伸展构造背景,冲断活动则起始于晚二叠世—中三叠世[21]。

要探讨二叠纪—三叠纪的构造—沉积环境，既要剖析准噶尔盆地西北缘及邻区这一时期的构造格局及其活动特点，又要深入分析其沉积物构成及演化，复原时-空格架约束下的物源区隆升、剥蚀和碎屑搬运，以及沉积区沉降与充填体系。本文基于上述思路，在近年来中亚地区构造格局、构造—古地理与玛湖凹陷沉积充填研究进展的基础上，对此进行探讨。

1 地质背景

玛湖凹陷位于准噶尔盆地西北部，介于克百断裂带—乌夏断裂带与陆梁隆起西段之间（图1a）,是在石炭纪前的基底之上发育的、沉积厚度上万米的石炭系—第四系凹陷（图1b）。受克百断裂带—乌夏断裂带演化的控制，三叠系之下地层由西北缘向凹陷内部倾斜，倾角小—中等；三叠系之上地层向凹陷内部缓倾，向冲断带之上逐层超覆。

图1 准噶尔盆地西北缘大地构造位置（a）与构造地质横剖面图（b）

克夏冲断带是准噶尔盆地西北缘大型冲断推覆体系的前锋断裂带[3-5，22]。西准噶尔推覆体是大型断裂活动构造堆叠的岩片[13]。塔尔巴哈台—萨吾尔推覆体、巴尔鲁克—谢米斯台推覆体和加依尔推覆体等3排推覆体，构成了西准噶尔冲断推覆体系的整体格架[23]。新的地球物理资料表明，推覆体系的滑脱深度在10～12 km，为自西向东滑脱面逐渐抬升的一系列逆冲席，冲断前锋已达玛湖凹陷西斜坡之下。塔城、和布克赛尔、托里、和什托洛盖等盆地是在上述推覆体之上发育的中—新生代沉积盆地。陆梁隆起是一个石炭纪的岛弧带[24]，在二叠纪早期遭受剥蚀，中二叠世逐渐被掩埋，三叠纪—中侏罗世西山窑期稳定埋藏。中侏罗世晚期—晚侏罗世，遭受压扭改造，形成了一系列北东—南西向的鼻状构造带[25-26]，如夏盐、石东构造带。白垩纪以来再次埋藏，新近纪以来向南掀斜。

周缘冲断带的活动主要在早石炭世、中—晚二叠世和三叠纪晚期，具前展式活动特征。冲断活动引起的构造负荷是玛湖凹陷沉降的主要原因，因幕式挤压活动，玛湖凹陷的发育也具幕式特点。同时，冲断活动为玛湖凹陷提供了大量沉积物，是上乌尔禾组、百口泉组等发育大型冲积扇、扇三角洲体系的主要原因[27]。

2 周缘构造事件的年代学约束

2.1 周缘洋盆闭合时限

图2 准噶尔盆地及邻区古洋盆发育时限

准噶尔地区在新元古代至古生代发育多个古洋盆，并且部分古洋盆持续发育时间较长，表明古亚洲洋具有长期、复杂的构造演化历史（图2）。该地区的构造演化与额尔齐斯洋、卡拉麦里—达尔布特洋和南天山洋3个主洋盆的俯冲、消减和闭合过程密切相关，其演化主要经历了3个阶段（图2）。①晚奥陶世—早志留世，中天山洋闭合，以干沟蛇绿混杂岩为代表；下志留统前陆盆地复理石沉积建造不整合于该蛇绿岩之上；与此同时，中天山洋的南向俯冲作用在南天山地区形成了库勒湖—古罗沟弧后洋盆（南天山洋）。②早泥盆世—早石炭世，东准噶尔卡拉麦里洋盆闭合。根据同碰撞磨拉石沉积，将该洋盆的闭合时间限定在维宪期，其上被巴塔玛依内山组后碰撞火山岩序列覆盖；在此期间，西准噶尔北部成吉思汗弧和萨吾尔弧也发生拼合。③晚石炭世—早二叠世，准噶尔地区的各分支洋盆，包括南天山、北天山、西准噶尔和北准噶尔（额尔齐斯）洋盆，相继闭合。天山地区中天山洋盆闭合早，南天山洋盆和北天山洋盆闭合晚，呈现中部早、南北晚的闭合特征；东准噶尔地区卡拉麦里洋盆闭合早，闭合时间为早—中石炭世，西准噶尔和北准噶尔地区洋盆闭合晚，区内广泛发育的早—中二叠世陆相沉积序列以及地堑、半地堑的伸展构造揭示，它们的闭合时间不晚于早二叠世，准噶尔地区洋盆闭合表现为东部早、西部和北部晚的特点。

2.2 花岗岩侵入时限

准噶尔地区广泛发育的花岗岩主要形成于石炭纪—二叠纪，部分地区有奥陶纪—泥盆纪和三叠纪形成的花岗岩出露（图3）。准噶尔地区目前发现的最老的花岗岩形成于晚奥陶世，发育在中天山地块南缘，其形成与中天山与伊犁地块碰撞过程中地壳增厚有关。晚志留世—早泥盆世（416×106—317×106a）花岗岩主要分布在西准噶尔北部的谢米斯台山以及阿尔泰地区，大多具有碱性特征，被认为是额尔齐斯洋盆向成吉斯汗弧和阿尔泰弧之下俯冲消减过程中的产物。三叠系花岗岩全部出露在阿尔泰地体上，大多具有A2型花岗岩的特征，是造山后陆内演化阶段的产物。

作为准噶尔地区侵入岩的主体，石炭系—二叠系花岗岩的形成时代主要集中在340×106—320×106a（早石炭世）和320×106—290×106a（晚石炭世—早二叠世）2个阶段。这两期花岗岩在整个准噶尔地区均有分布，钻孔中也可见到[28]。下石炭统花岗岩大多为Ⅰ型、钙碱性系列，被认为是准噶尔洋各分支洋盆俯冲过程中的产物；相比之下，上石炭统—下二叠统花岗岩的则具有发育时限较长、岩浆作用强烈和成因类型复杂的特点。该阶段既有A型花岗岩发育，也有Ⅰ型和S型花岗岩发育。上石炭统—下二叠统花岗岩产出连续，峰值在315×106—310×106a，整体上以碱性（A型）花岗岩为主，并伴生有高温的紫苏花岗岩。上石炭统—下二叠统花岗岩代表了准噶尔地区地壳生长的重要记录，其形成于伸展构造环境。然而，该伸展作用的动力学机制是板片俯冲碰撞，还是地幔柱上隆，目前尚存争议，需要进一步深入研究。

图3 准噶尔盆地及邻区花岗岩分布特征

准噶尔盆地及邻区花岗岩的时空分布表明，石炭纪—二叠纪为该地区地壳生长的关键时期，所有的花岗岩都具有正的ɛNd(t)值，其形成时代和成因揭示了该地区在洋陆转换过程中经历了早石炭世和晚石炭世—早二叠世2个阶段的地壳生长。

2.3 达尔布特断裂带形成时限

达尔布特断裂带为泥盆纪—早石炭世的缝合带，在早二叠世初，表现为脆—韧性左行走滑剪切带[29]；在中二叠世—中三叠世为压扭性活动，向南东的逆冲位移达15～20 km，蛇绿岩、花岗岩体沿其存在牵引、拖曳现象。但达尔布特断裂在后期的活动主要发生在新生代[9,15,18]，断距约20 km.断裂在西南端狭窄，在哈拉阿拉特山切割早期的推覆体[17]。

3 玛湖凹陷构造变形特征

3.1 玛湖凹陷的地质结构

过玛湖1井—达探1井的东西向地震剖面较为清楚地揭示了玛湖凹陷的地质结构（图4）。以佳木河组底界为界，其下火山岩成分较多，地震反射波组较杂乱；其上地层中沉积岩占主导，地震反射波组连续，且以三叠系底界、侏罗系底界为界，出现明显的厚度变化。

图4 玛湖凹陷过玛湖1井—达探1井地震解释剖面（剖面位置见图1）

玛湖凹陷的石炭系及石炭系之下基底中逆冲断层发育。F12断层自山前向达巴松凸起方向形成台阶状逆冲断层，在10 s，9 s和7 s发育断坪，其间为断坡。F6断层与其之下的F8和F9断层构成双重构造，由3个叠瓦扇构成，因叠瓦扇的楔入导致其上的二叠系向盆地内部倾斜。F13断层为发育在石炭系内部的铲式正断层，F14和F15断层为其上发育的次级断层，断层上端点终止于上石炭统底界，下端点终止于F12断层，上盘地层具有靠近断层加厚、远离断层减薄的特征，可见上石炭统底界与下伏地层之间为角度不整合接触关系。推测F12和F13断层相交于达巴松凸起之下。该凸起之下，发育F12和F16断层；F12断层之上可见石炭系火山岩，并已为达探1井钻遇。值得注意的是，达探1井深层发现大型丘状火山建造，该建造两侧均为石炭系断陷，其中左侧表现为沉积层序与火山丘之间为超覆不整合接触关系，右侧为F17正断层，其上盘地层靠近断层较厚、远离断层减薄，呈楔形。

剖面左侧发育F1，F2和F3断层（图5），F1和F2断层为克百断裂带的前锋断裂，断层端点位于中侏罗统西山窑组底界；F3断层收敛于克拉玛依组底界。三者构成叠瓦扇，主体为石炭系推覆体。在F2和F3断层之下的F4（底板断层）和F5断层（顶板断层）构成构造楔，主要由佳木河组构成；F5断层上盘地层受构造楔作用发生反向滑动，形成三叠系与二叠系佳木河组之间的削蚀不整合现象。

上石炭统及二叠系中几乎不发育位移较大的断层，但地层明显东倾或东南倾。佳木河组下段、中段和上段向山前急剧加厚，但自下而上沉降中心逐渐向盆地内部迁移。至风城组沉积期，沉降中心迁移至玛湖1井以东；在夏子街组、下乌尔禾组沉积期，沉降中心迁移至现今玛湖凹陷的中部，位于下伏的低凸起之上；三叠纪沉降中心迁移至玛湖1井—达探1井之间；侏罗系—白垩系厚度变化较平缓，向冲断带之上逐渐超覆。

3.2 不整合面特征

图5 玛湖凹陷西斜坡冲断带构造模型（位置见图4）

在克百断裂带前缘，发育佳木河组内部构造楔（图5）。根据对轴面的分析认为，该构造楔的形成时间应在佳木河组二段沉积之后。至二叠纪末期，西北缘发生大规模逆冲推覆抬升，造成百口泉组与下伏佳木河组、风城组之间的削截不整合接触。至中侏罗世西山窑组沉积期末，再次发生大规模构造活动，反映在盆地内部形成大型的车莫古隆起[30]，在西北缘也可见F1，F2和F3高陡逆冲断层。值得注意的是，F1和F2断层应该最晚在二叠纪就已经表现为逆冲性质，而后在中侏罗世再次逆冲，产状更为高陡，而F3断层则在中侏罗世末期活动。

在玛湖凹陷西斜坡，佳木河组整体呈现靠近山前加厚、远离山前减薄的楔形特征（图6）。其内部又可根据不整合特征及地震波同相轴特征，由下至上分为佳一段、佳二段和佳三段。其中佳一段与下伏地层存在“似下超”不整合接触关系，若考虑佳木河组靠近山前楔形加厚特征推测，这种“似下超”不整合关系实为上超不整合接触关系，可识别出1个典型超覆面；佳二段与佳一段之间同样存在这种超覆接触关系，识别出3个典型超覆面，代表三期超覆活动；同样的，可识别出佳三段与佳二段之间的超覆不整合接触关系，有4个上超点。在玛湖凹陷内部，可识别出下二叠统背斜及玛湖背斜。风城组厚度相对均一，同相轴相对连续，仅在局部发现夏子街组与风城组之间的侵蚀不整合接触关系，可能为河流下切作用的产物。夏子街组和下乌尔禾组靠近山前减薄，伸入玛湖凹陷内部则加厚，可见下乌尔禾组与夏子街组之间、上乌尔禾组与下乌尔禾组之间的削蚀不整合接触关系。不难发现，中二叠世为湖盆范围不断扩大的过程，至下乌尔禾组沉积末期达到顶峰，随后在二叠纪末期，大规模的填平补齐作用导致湖盆范围急剧缩小，可见到三叠系与二叠系各个层系之间的削截关系（图6）。百口泉组以快速充填为主，克拉玛依组沉积期再次进入稳定沉积阶段，可见向山方向发展的3期超覆不整合现象。白碱滩组底界可见削蚀不整合现象，为早期受构造活动影响而快速沉积的产物，随后可见白碱滩组内部向山的超覆不整合接触关系，为白碱滩组沉积后期湖进过程中稳定沉积的产物。由此可见，三叠纪构造活动较为频繁，但整体仍以湖盆逐渐扩大为主。

图6 玛湖凹陷内部地层不整合接触关系（位置见图4）

在达巴松凸起上，石炭系发育大型火山丘建造，火山丘两侧为伸展断陷，可见火山丘左侧超覆不整合和火山丘右侧正断层形态（图7）。上石炭统厚度相对均一，下二叠统佳木河组具有中间薄、两边厚的特点，在凸起左翼可见佳木河组与上石炭统之间的超覆—削蚀不整合接触关系，在凸起右翼可见佳三段与佳二段之间的超覆接触关系。风城组沉积相对稳定，至夏子街组沉积期，地层再次出现中间薄、两边厚的特点，凸起左翼可见夏子街组与风城组之间超覆不整合接触关系，凸起右翼可见下乌尔禾组与夏子街组之间平行—削蚀不整合关系。下乌尔禾组左翼厚、右翼薄，未见明显不整合接触关系。百口泉组顶界可识别出双向削蚀不整合。克拉玛依组顶界可见平行—削蚀不整合。头屯河组与西山窑组之间存在超覆不整合接触关系。由此可见，石炭系内部发育2个伸展半地堑夹持1个火山丘建造的构造样式；佳木河组（佳二段）沉积期为火山丘右侧半地堑的主要形成期。根据地层接触关系可知，达巴松凸起最早形成时期应在石炭纪，以火山丘为雏形，至夏子街组沉积期，受东西向的挤压作用形成凸起形态，具有不对称性，左翼较长、右翼较短；随后进入持续隆升阶段，时限为中二叠世末期—中三叠世末期，隆起幅度较之前有所减缓，位置发生轻微偏移。八道湾组、三工河组和部分西山窑组稳定沉积之后，在西山窑组沉积期末再次隆升，但隆升幅度更缓。

图7 达巴松凸起的地层接触关系（位置见图4）

3.3 晚石炭世—中三叠世的盆地演化阶段

将白碱滩组底界拉平后（图8）可见：①玛湖凹陷内部出现佳木河组的2个沉积中心，其间存在近南北向的背斜，形成时间大约为晚石炭世—早二叠世，这是深部正断层活动造成的；②风城组主要发育在山前带和玛湖凹陷西斜坡，地层往盆地内部减薄，并且沉降沉积中心向盆内迁移；③夏子街组沉降沉积中心位于玛湖凹陷腹部，地层向两侧减薄，由佳木河组沉积期2个沉积中心逐渐合并为1个。

根据不整合接触特征和地层分布特征，可将玛湖凹陷晚石炭世—中三叠世的构造演化划分为3个阶段，晚石炭世—早二叠世佳木河组沉积期（现已确定为晚石炭世晚期）断陷发育期，早二叠世风城组沉积期断陷期（末期转挤压），中二叠世—中三叠世挤压发育期。

4 构造—古地理背景

4.1 古地磁限定的板块构造位置

图8 过玛湖1井—达探1井的白碱滩组底界拉平后地震解释剖面

准噶尔地块古生代早期为一个独立的微板块，从泥盆纪开始分裂成若干个地块，拉张最大距离达1 000 km[31].不同地块在古生代晚期的古纬度为：北准噶尔地块在泥盆纪位于北纬28.0°，在石炭纪位于北纬36.0°，在二叠纪位于北纬23.6°；东准噶尔地块在泥盆纪位于北纬27.9°，在石炭纪位于北纬29.1°，在二叠纪位于北纬30.6°，在三叠纪位于北纬30.9°；西准噶尔地块在石炭纪位于北纬36.0°，在二叠纪位于北纬29.0°，在三叠纪位于北纬38.0°；南准噶尔地块在石炭纪位于北纬38.0°，在二叠纪位于北纬39.0°，在侏罗纪位于北纬24.2°.虽然精度有待提高，大体表明准噶尔地块在古生代晚期位于北纬30.0°～35.0°[31]，自泥盆纪到石炭纪，准噶尔地块向北漂移，同时顺时针旋转；自中石炭世—早二叠世，准噶尔地块纬度变化不大，但逆时针旋转就位；晚二叠世，又向北移动。

这表明，准噶尔地块在古生代晚期与哈萨克斯坦板块联合成一体，组成了哈萨克斯坦—准噶尔板块[10]。石炭纪之后即为一个整体。这与前述古亚洲洋盆的演化是一致的。

4.2 盆山边界（原型盆地的复原）

对准噶尔盆地西北缘一系列地震大剖面的解释与复原展示，哈拉阿拉特山、乌夏断裂带的挤压缩短量达25～35 km；克拉玛依—百口泉一带的挤压缩短量为15～25 km.

车排子凸起多年来被认为是原位冲断隆起，挤压缩短仅为5～10 km.但新的三维地震资料表明，车排子凸起内部石炭系叠瓦构造非常发育，叠置十分严重，挤压缩短有可能是3个前缘断裂带中最大的，这与它的旋转推覆有关。

由此看来，二叠纪时，乌夏断裂带部位的盆地边界在其以北30～40 km以外，克百断裂带部位的盆地边界在其西北40～50 km以外，红车断裂带部位的盆地边界在其以西、西北50～60 km以外。

二叠纪末，冲断前锋离现今边界已不太远，盆地边界位于现今的加依尔山、哈拉阿拉特山前缘。

三叠纪晚期，形成宽广湖盆，白碱滩组超覆在逆冲推覆体之上，盆、山边界超过现今范围，但哈拉阿拉特山可能分割了准噶尔盆地与和什托洛盖盆地[32]。到侏罗纪，塔城和什托洛盖等盆地与准噶尔盆地的水体可能相通，准噶尔盆地西北缘仅存在低缓丘陵。

4.3 古气候

古生代晚期古纬度变化不明显，平均为北纬35.0°，属北温带气候，而中生代古纬度明显偏南，平均为北纬24.0°，属潮湿的热带气候。研究表明，石炭纪—三叠纪准噶尔地区经历了4次重要的气候事件，即晚石炭世降温事件、中二叠世温室事件、晚二叠世—早三叠世干旱事件和中—晚三叠世潮湿事件。

（1）晚石炭世降温事件 如石钱滩组，呈北西—南东向带状分布于东准噶尔克拉麦里山南麓，由海相碎屑岩、生物碎屑灰岩和泥岩组成。生物化石丰富，主要有珊瑚、双壳类、腕足类、有孔虫及介形类等。其沉积环境属于暖温带气候下、地块边缘构造活动区、海水不断加深的开阔滨浅海。早二叠世，准噶尔地区为温带气候区，间歇性地出现炎热气候，大致可以划分为2个气候旋回，沉积了多层油页岩，主要因素为全球气候变暖和火山作用。

（2）中二叠世温室事件 中二叠统发育泥岩、白云质泥岩。在准噶尔盆地东部，乌拉泊组沉积期以温带气候为主，井井子沟组到芦草沟组沉积期以炎热气候为主，红雁池组沉积期又转为温暖气候。芦草沟组（相当于玛湖凹陷的下乌尔禾组）沉积期以淡水还原环境为主，间或与海连通，形成短时期的半咸水—咸水环境，有利于有机质保存。

（3）晚二叠世—早三叠世干旱事件 上二叠统岩性以灰—灰绿色砂砾岩为主；下三叠统岩性以褐—紫红色砂岩和砂砾岩为主。

（4）中—晚三叠世潮湿事件 克拉玛依组上段、白碱滩组岩石为灰色、深灰色砂岩、泥岩。

4.4 古水文条件

在风城组沉积期，玛湖凹陷为受限闭塞型湖泊，为西陡东缓的不对称箕状凹陷，古水体总体较浅，凹陷中分布有大小不等的湖湾。由于半干旱的气候条件，蒸发量大于补给量，季节性的潮湿环境与干旱环境交替出现。形成了风城组沉积期的碱湖，古水体具高盐度，风城组二段沉积期盐度最高，这一时期碱湖最发育。风城组发育深色细粒的烃源岩，生烃母质为藻类。

玛湖凹陷上乌尔禾组、百口泉组一段、百口泉组二段、百口泉组三段和克拉玛依组的平均古盐度分别为7.0‰，5.0‰，7.2‰，8.9‰和8.4‰[33]，反映当时水体为淡水—微咸水环境。

百口泉组自下而上总体表现为温暖潮湿、淡水—微咸水及水体分层不强的弱氧化环境，从百一段到百三段温度、湿度和盐度均有增加的趋势[34]。局部存在一些差异，如黄羊泉扇与夏子街扇的百口泉组具有不同的古盐度变化趋势，前者的古盐度值较低，而后者的古盐度值相对较高[33]，反映了不同地区古沉积环境的差异性，与局部古地貌分异有关。此外，锶钡比和硼镓比也指示玛湖凹陷晚二叠世—中三叠世水体为淡水—微咸水环境。

晚三叠世，气候逐渐转为温暖潮湿适宜植被生长的温带气候[35]，形成白碱滩组沉积期的宽浅大型湖泊，构成大型克拉通内拗陷盆地。

4.5 沉积体系及其演化

对玛湖凹陷及周缘的二叠系—三叠系的沉积相、沉积体系已开展了多轮研究。风城组为闭塞型碱湖沉积，物源供给不足，湖盆内发育细粒泥质岩、白云质岩。风城组沉积末期构造环境发生变化，夏子街组沉积期沉积物供给增强，边缘发育冲积扇。下乌尔禾组沉积期，沉积物供给在夏子街组沉积期的风化剥蚀之后，再次减小，湖盆中细粒沉积增多。上乌尔禾组沉积期，冲断强烈，玛湖凹陷中北部也成为剥蚀区，沙湾凹陷成为堆积区，边缘冲积扇体系发育，向湖盆区过渡为扇三角洲、滨浅湖沉积。经过二叠纪末期的过渡、转换之后，三叠系百口泉组沉积期，主体已为扇三角洲—湖泊体系，玛湖凹陷周缘发育了夏子街、黄羊泉、克拉玛依、中拐、盐北和夏盐等6个物源沉积体系，与之对应发育了6个扇三角洲沉积体系[2,27]。克拉玛依组下段沉积偏细，上段沉积偏粗，反映了湖平面相对升降过程。白碱滩组沉积演变为大型湖泊体系，沉积物供给量减小。

研究表明，准噶尔盆地西北缘三叠系为冲积扇—扇三角洲，河流—三角洲和湖泊3类沉积体系的组合。冲积扇—扇三角洲沉积体系主要发育辫状河道、砂（砾）质漫滩等微相，河流—三角洲沉积体系包含砂质和砂砾质辫状河，包括分流河道、心滩、河漫滩、河漫湖、河漫沼泽等微相，湖泊沉积体系以滨浅湖泥为主[35]。

5 讨论

5.1 玛湖凹陷的构造演化特征

新的钻井及地震勘探资料（图4，图8）揭示了玛湖凹陷的地层系统及构造—地层层序（图9），该凹陷经历了3个构造演化旋回。

（1）泥盆纪—早石炭世伸展聚敛旋回（洋盆闭合旋回） 这一阶段，东、西准噶尔洋盆经历了打开（时间可能要早）、扩展、俯冲直至关闭的过程（图2）。卡拉麦里、达尔布特、北天山等洋盆逐渐关闭。使得其前缘发生增生、拼贴或碰撞，形成了弧前盆地、弧前前陆盆地(pro-arc foreland basin)、弧后前陆盆地等。准噶尔地区北缘逐渐上升为陆。

（2）晚石炭世—三叠纪伸展聚敛旋回 这一旋回经历了晚石炭世—早二叠世后造山伸展、中—晚二叠世强烈挤压逆冲、早—中三叠世继承性逆冲叠加和晚三叠世大型拗陷湖盆形成等构造阶段[29]。

晚石炭世—早二叠世的造山后伸展过程，发育上石炭统，下二叠统佳木河组、风城组的沉积，以含多层基性、中基性火山岩为主要特征。风城组沉积期西北缘与南缘的水体总体保持连通，为残余海湾沉积环境；发育了一套碱湖环境下的烃源岩，推测烃源岩及原盆边界在现今盆地边界的西北10～20 km[36].

自风城组沉积末始，夏子街组—上乌尔禾组沉积期，西北缘冲断活动加强，扇体开始大规模发育。对二叠纪逆冲断裂活动的沉积响应识别出3个逆冲推覆幕、7个逆冲推覆事件[37]（图5—图7）。二叠系以上乌尔禾组扇体最为发育，呈由盆缘向盆地方向逐渐增强的前展式推覆冲断及渐进式扇体迁移响应模式。玛湖凹陷周缘发育中拐扇、克拉玛依扇、白碱滩扇和达巴松扇，扇三角洲前缘相带面积达2 100 km2以上。

百口泉组沉积期，沉积环境与上乌尔禾组相似。玛湖西斜坡由西南向东北发育中拐扇、克拉玛依扇、黄羊泉扇和夏子街扇，在白碱滩、艾湖和风南发育次一级扇体；在玛湖东斜坡发育夏盐扇、达巴松扇；5个主要扇三角洲前缘相带面积达4 300 km2以上。

克拉玛依组下段沉积期发生湖侵，扇体规模较小；至克拉玛依组上段沉积期，湖水退缩，扇体再次大规模发育。在乌夏、白百断裂带，同沉积断裂活动加强。

白碱滩组沉积期，经过前期的剥蚀夷平，准噶尔盆地大湖盆形成，表现为大型的克拉通内拗陷性质。

（3）侏罗纪—第四纪伸展聚敛旋回 包括早—中侏罗世弱伸展活动，中侏罗世晚期—晚侏罗世压扭活动，白垩纪—古近纪陆内拗陷调整，新近纪—第四纪压扭活动等次级伸展聚敛旋回。缺失上侏罗统、渐新统上部—中新统下部，部分地区缺失上白垩统。

5.2 二叠纪—三叠纪的构造—沉积背景

加依尔、塔尔巴哈台、谢米斯台、哈拉阿拉特等山系现今出露下石炭统，花岗岩体也大范围出露（图1，图3，图10）。目前不知其上剥蚀地层的具体层位与厚度，但从下石炭统的成岩程度及花岗岩体的就位深度可粗略判断，其上的剥蚀厚度可能有5～8 km.从侏罗系覆盖塔城、和什托洛盖、准噶尔等盆地来看，侏罗系沉积前可能存在大范围的夷平面，即5～8 km厚的地层在晚石炭世—三叠纪经历了先沉积、成岩，其后再剥蚀的过程；而剥蚀的主要产物再次沉积于玛湖、沙湾等凹陷内。

图9 玛湖凹陷的构造—地层层序与演化阶段

图1 b及图10表明，准噶尔盆地西北缘及其西侧，在二叠纪—三叠纪发生了大规模的逆冲推覆活动，塔尔巴哈台—萨吾尔推覆体、巴尔鲁克—谢米斯台推覆体、加依尔推覆体等3排推覆体由西向东呈前展式活动，红车断裂带、克百断裂带和乌夏断裂带处于冲断前锋部位。由于冲断同时伴有地块旋转，据古地磁资料，靠近乌夏断裂带，旋转角度35°；至红车断裂带，旋转角度达55°.这可能表明，自乌夏断裂带、克百断裂带至红车断裂带，不但旋转角度增大，而且推覆位移也增大，关于此有待于车排子地区新的地震资料的验证。从四参1井侏罗系之下钻遇石炭系推覆体来看，四棵树凹陷的前身是与车排子冲断带连为一体的冲断推覆系统，仅在侏罗纪才下沉被覆盖。

图10 西准噶尔二叠纪—三叠纪逆冲、旋转活动的区域构造背景

玛湖凹陷西斜坡佳木河组、风城组向东南的掀斜，则是其石炭系之下地层中叠瓦冲断或构造楔活动导致的结果（图4），表现为深部冲断活动控制了浅层凹陷的发育，也可能控制微古地貌、坡折带和沉积物的分散方式及其变化。

玛湖凹陷及周缘主体为沉积区。周缘冲断活动及其下隐伏的冲断活动控制了构造—古地貌的变化。冲断推覆体内部的撕裂断层、冲断席之间的过渡转换区、隆起的鞍部地形等控制了物源的供给口，常是大型冲积扇、扇三角洲沉积体系发育位置[27]。受逆冲断层、小型走滑断层幕式活动的影响，冲积扇沉积体系的迁移、叠加与内部构型出现多种变化；受控于前展式发展，扇体以垂向叠加与横向扩展为主导。

6 结论

（1）玛湖凹陷是在前石炭纪褶皱基底基础上，受周缘冲断活动控制而形成的石炭纪—第四纪凹陷；经历了泥盆纪—早石炭世、晚石炭世—三叠纪和侏罗纪—第四纪等3个构造演化旋回。

（2）二叠纪—三叠纪为玛湖凹陷的主要沉积充填期，主要发育冲积扇—扇三角洲—湖泊沉积体系。经历了晚石炭世—早二叠世的造山后伸展、中二叠世—中三叠世挤压逆冲活动与晚三叠世克拉通内拗陷的演化过程。风城组沉积期伸展背景下的碱湖沉积提供了优质烃源岩，其上的扇三角洲沉积体系提供了有利的储集体，上三叠统厚层泥岩提供区域盖层。玛湖凹陷二叠系—三叠系形成了一个完整的含油系统。

（3）冲断活动的幕式发育与前展式迁移，撕裂断层与横向构造转换带（区）形成的优势搬运通道，干旱的气候环境等因素控制了玛湖凹陷周缘规模巨大的扇三角洲沉积体系发育的构造—古地理背景。

（4）玛湖凹陷巨型砾岩油田提供了构造、气候、地形等因素耦合控制砾岩体发育以及烃源岩—储集体耦合控藏的研究范例。

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