沙湾凹陷与盆1井西凹陷构造过渡关系及地质意义

吴松涛，梁宇生，张磊，田爱军

（1.中国地质大学 能源学院，北京 100083；2.中国石油 新疆油田分公司 勘探开发研究院，新疆 克拉玛依 834000）

沙湾凹陷与盆1井西凹陷位于准噶尔盆地腹部西部（图1），属于中央坳陷的次级构造单元，为两个独立的凹陷[1]。在中二叠世，沙湾凹陷和盆1井西凹陷作为盆地的主要沉积中心，两者过渡处存在一个走向呈北西—南东向的古隆起，古隆起两翼中二叠统超覆不整合现象明显。而在该过渡带先后发现了永进油田、莫西庄油田，在侏罗系和三叠系中均发现良好的油气显示，与隆起相伴生的还有丰富的断裂、褶皱、不整合、地层削蚀等现象。可以推断，未受车排子—莫索湾古隆起破坏的深层古隆起可能成为下一个有利的油气勘探区带。原因有二，其一，准噶尔盆地腹部深层多以原生油气藏为主，而这种油气藏往往邻近生烃中心或佳木河组、下乌尔禾组自生自储成藏[2]，而该古隆起位于沙湾凹陷和盆1井西凹陷两大生烃中心之间，又具有继承性发育特点，是油气长期运聚的主要指向区；其二，深层油气藏的储集物性也是至关重要的指标，研究区没有钻遇石炭—二叠系的深井，无法对油气藏的储集物性进行准确评价，但与之相邻的莫深1井，其石炭—二叠系具有良好的孔渗结构、丰富的裂缝和良好的油气显示，故而推断该古隆起的储集物性同样应较为理想。因此，对沙湾凹陷与盆1井西凹陷过渡带进行精细构造研究，可以为下一步深层油气勘探提供参考。

古隆起的演化可划分为形成期（或雏形期）、发展期、高峰期、继承期、改造期和消亡期6个主要阶段，而现今所见的隆起可能仅停留在某阶段[3-5]。古隆起核部和斜坡带可分别形成背斜型和岩性-地层型大型油气藏，从时空角度出发，隆起性质的转变、隆起轴线的偏离、隆起高点的偏移以及隆起厚度的差异，都能控制油气运聚方式和再分配。因此，研究沙湾凹陷与盆1井西凹陷过渡带中二叠统古隆起的演化阶段和演化特征，分析古隆起形成方式、改造程度和定型情况，有利于确定研究区油气藏类型、油气运聚模式和油气保存状态。

研究区在石炭纪位于中拐—莫索湾—奇台岛弧的西部，古隆起是在晚石炭世岛弧环境基础上发育的，并且后期构造形态仍受基底岛弧控制。目前，针对中拐凸起和莫索湾凸起形成机制的研究较为广泛[6-9]，而针对沙湾凹陷与盆1井西凹陷过渡带的研究相对薄弱。此外，研究沙湾凹陷与盆1井西凹陷过渡处的古隆起形成机制和构造运动学特征，对于进一步探讨中拐—莫索湾岛弧的成因机制也具有重要启示。

图1 研究区构造位置及地震剖面分布（据文献［10］修改）

1 区域地质背景

准噶尔盆地是中国西部大型复合叠加盆地，位于哈萨克斯坦、塔里木和西伯利亚3大古板块交汇部位，经历多阶段不同性质的构造变革[10]。其中几个关键时期对盆地构造格局的形成及转变起到了重要作用，分别为中—晚海西期、中侏罗世西山窑期末期、白垩纪末期—新近纪初期。

重力异常特征显示准噶尔地区具有不均一的平面地质结构，其中盆1井西凹陷显示为重力负异常，整体被重力正异常包围；沙湾凹陷亦呈现重力负异常，沙湾凹陷与盆1井西凹陷之间存在“岛链状”重力正异常。准噶尔构造单元划分基础正是晚海西期盆地隆坳相间构造格局[1]，海西运动晚期也是准噶尔盆地陆内盆地发育开始阶段，亦是本文研究的古隆起雏形期。准噶尔盆地石炭纪大体经历3期构造演化阶段，分别为早石炭世早期碰撞间歇伸展—残留海闭合、陆—陆碰撞阶段；早石炭世晚期聚敛—俯冲作用强化、区域伸展垮塌—板内变形阶段；中—晚石炭世造山期后裂陷槽的开启—闭合阶段[11]。沙湾凹陷与盆1井西凹陷的过渡古隆起正是开始于晚石炭世。

盆地二叠纪早期继承了伸展断陷活动[12]，证据为准噶尔盆地周缘大量早二叠世花岗岩和镁铁质、超镁铁质侵入岩，其构造、岩石组合及地球化学特征表明形成于地壳减薄的拉张环境；进入中—晚二叠世，岩浆活动明显减弱，仅在盆地边缘有少量花岗岩出露，预示地壳拉张活动的结束。中二叠统下乌尔禾组在盆地腹部是重要的油页岩层系，这是因为中二叠世欧亚泛大陆逐渐形成、板块彼此焊接造山，过高的CO2浓度导致湖水形成温度分层，有机质在湖底有效保存，下乌尔禾组油气沿上倾方向运移至古隆起两侧形成超覆不整合油气藏。

2 过渡古隆起识别

不整合是判断构造活动性质的直接证据，因此，可通过分析研究区内不整合面特征，证明沙湾凹陷与盆1井西凹陷过渡带古隆起的存在。该古隆起靠近中拐凸起和莫索湾凸起加宽，中部向内收敛，平面形态呈“X”型。上三叠统白碱滩组以厚层泥岩为主，是盆地演化过程中相对稳定沉积的产物，也是盆地“上下脱耦、镜像旋转”的转换层位[6]，将白碱滩组底界拉平，排除后期构造活动对先存构造的影响，便可寻找中二叠统古隆起存在的证据。

以剖面BB'为例（图2），剖面走向呈近南西—北东向，剖面上可见到较为明显的隆起形态，古隆起发育层位主要为中二叠统下乌尔禾组和夏子街组、下二叠统风城组和佳木河组，以及部分石炭系。各层位在古隆起的厚度及接触关系均不相同。

图2 沙湾凹陷与盆1井西凹陷过渡古隆起特征（剖面位置见图1）

古隆起的雏形为石炭系，这与莫索湾凸起的演化具有一定的相似性，但未见与上覆二叠系之间区域性的削蚀不整合接触关系。地层在轴部较薄，向两翼逐渐加厚。剖面上，佳木河组具有明显的分异性，即轴部薄、两翼厚，特别是古隆起的东北翼，受基底伸展正断层影响，沉积了较厚的佳木河组。这是沙湾凹陷与盆1井西凹陷过渡古隆起形成的第一个阶段，即晚石炭世—早二叠世，古隆起开始发育，古隆起东北翼延伸距离较短，西南翼延伸距离较长。

下二叠统风城组在剖面BB'上未见典型不整合现象，地层厚度亦相对均一，反映短期内相对稳定的沉降环境。

夏子街组具有轴部薄、翼部厚的特点，隆起两翼可见地层的双向超覆，剖面上古隆起形态相对对称，轴部位置相对居中，两翼构造高点相对对称，古隆起范围相对晚石炭世—早二叠世有所扩大。

下乌尔禾组厚度同样呈现轴部减薄、翼部加厚的特点，隆起两翼均出现明显的地层超覆现象，是中二叠统古隆起存在的直接证据。古隆起形态具有明显的分阶性，表明该古隆起在中二叠世下乌尔禾组沉积期至少存在2次挤压隆升活动。古隆起轴线位置、构造高点位置均与夏子街组沉积期一致，但构造活动强度明显加大，反映中二叠世下乌尔禾组沉积期，古隆起受到强烈的双向挤压构造应力作用。古隆起范围相对晚石炭世—早二叠世明显增大，隆起轴线发生偏离、古隆起由早期的向南西方向倾斜变为对称形态。值得注意的是，古隆起东北翼的隆升是伸展正断层停止活动、差异沉降的结果，而古隆起西南翼的隆升则是基底断层F1发生二次转折的结果，隆起向斜轴面严格对应于基底断层转折点。

综上所述，沙湾凹陷与盆1井西凹陷过渡带在晚石炭世—早二叠世为“隆起+半地堑”的构造样式，其隆起即为后期中二叠世古隆起的雏形；中二叠世是沙湾凹陷与盆1井西凹陷过渡带古隆起的形成期，根据不整合现象及轴面分析，大体可分为夏子街组沉积期和下乌尔禾组沉积期2期隆升活动，其中下乌尔禾组沉积期为主要构造隆升期。

3 古隆起平面分布范围

沙湾凹陷与盆1井西凹陷之间存在古隆起，晚石炭世—早二叠世是该古隆起雏形出现时期，中二叠世是该古隆起初始形成时期，其中夏子街组沉积期古隆起具低角度、宽缓的特征，而下乌尔禾组沉积期古隆起则相对高陡、紧闭。不同时期古隆起平面展布特征反映了不同阶段构造活动信息。故而，笔者统计了古隆起两侧夏子街组底界和下乌尔禾组底界第一次发生超覆的超覆点，得到中二叠统古隆起平面分布（图3）。

从现今构造格局来看，沙湾凹陷与盆1井西凹陷过渡古隆起呈北西—南东向分布，夏子街组沉积期古隆起相对下乌尔禾组古隆起范围更广，幅度更为低缓。不同于其他较为整齐的次级凸起，该古隆起平面位置不规则，具有一定的扭动型，在沙1井区向北突出，而在沙1井和庄2井之间向南突出，古隆起范围在中拐凸起和莫索湾凸起均变宽，反映该古隆起形成受中拐凸起和莫索湾凸起的共同作用。由于测线设计原因，无法对古隆起的西北边界和东南边界进行限定，结合东方公司对下乌尔禾组不整合的研究，将古隆起西北边界限定在克81井—拐3井—车64井一带，东南边界限定在下乌尔禾组一段在莫索湾一带的超覆线上。这种方案可以有效地将该古隆起与中拐凸起和莫索湾凸起区分开来。本文限定的古隆起长轴轴线和利用下乌尔禾组烃源岩厚度确定的隆起长轴轴线存在一定角度的偏差（图3b），约为52.45°.笔者认为，存在偏差的原因是构造演化的差异，本文确立的古隆起范围是中二叠世之后经过多次构造改造的现今结果；而利用下乌尔禾组烃源岩厚度界定的范围则是代表中二叠世古隆起发育的范围、方向和特征，即构造经过晚古生代、中生代和新生代改造，逆时针旋转了约52.45°呈现现今的形态。但是准噶尔盆地地磁数据表明，除了早奥陶世—晚志留世准噶尔地块发生约8°的逆时针旋转，其余时间均为顺时针旋转，与本文研究结果相悖[6]。在对车排子—莫索湾古隆起进行研究提出“上下脱耦、镜像旋转”成因模式，认为以“上三叠统白碱滩组”厚层泥岩为界，石炭系—二叠系构造层在西山窑期末受压扭作用发生顺时针旋转，而侏罗系—白垩系构造层发生“逆时针旋转”，这种“逆时针旋转”现象是中侏罗世末期顺时针压扭运动下的反向调节作用的结果。

4 受控机理

4.1 构造几何特征

在对沙湾凹陷与盆1井西凹陷的中二叠统古隆起进行识别及平面展布研究的基础上，选取研究区品质较好的2条地震剖面CC'和HH'，进行精细解释，基于断层相关褶皱理论，利用构造几何学，对古隆起的成因进行分析。

剖面CC'走向呈南西—北东向，发育层位自下而上为石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、古近系、新近系和第四系（图4）。根据地层厚度和不整合接触关系，可划分为7个构造层，依次为石炭系—下二叠统佳木河组、下二叠统风城组、中二叠统、上二叠统、三叠系—中侏罗统西山窑组、白垩系—古近系以及新近系—第四系构造层。

石炭系—下二叠统佳木河组构造层位于剖面最底部，整体为“隆起+半地堑”构造组合样式，基底隆升受控于基底断层F1，以断层转折褶皱形式存在，断层F1上盘被伸展正断层F2交切，古隆起东北一侧为受伸展正断层F2和F3控制的伸展半地堑构造。佳木河组厚度具有明显的分异性，隆起轴部最薄，隆起范围相对石炭系有所增大，隆起西南翼石炭系顶部部分被削平，可见到佳木河组与石炭系间平行—削蚀不整合；隆起东北翼受断层F2和F3持续引张作用，继续保持半地堑构造，且根据正断层断距，佳木河组沉积期是“隆起+半地堑”式构造活动最活跃时期。

图4 研究区地震剖面CC'解释方案（剖面位置见图1）

下二叠统风城组构造层形成期是盆地属性由伸展断陷变为挤压反转的转折阶段，也是过渡古隆起由“隆起+半地堑”的构造模式变为独立古隆起的转折阶段。地层厚度相对稳定，未见明显不整合现象，但在先存隆起的轴部仍可见轻微超覆现象，反映相对稳定的短暂沉积环境。

中二叠统构造层地层在隆起轴部明显减薄，向两翼逐渐加厚，晚石炭世—早二叠世发育的伸展正断层停止活动，隆起性质发生转变，发生双向挤压，形成东北翼较窄、东南翼较长的不对称古隆起，隆起轴面和高点位置向北迁移，并且可以明显识别出2个一级高点和2个次级高点，反映至少2次隆升作用，古隆起由狭窄高陡的基底隆起，变为相对宽阔低缓的隆起。中二叠世古隆起西南翼受基底断层F1的二次转折限定，而东北翼则由伸展正断层F2和F3停止活动、逆断层F4开始活动限定，故而中二叠统古隆起两翼存在一定程度的不对称，西南翼部较为宽缓，东北翼较为狭窄。晚二叠世的区域性填平补齐过程将中二叠统古隆起暂时埋藏。

剖面HH'平面呈近南西—北东向分布，涉及次级构造单元有沙湾凹陷、盆1井西凹陷和达巴松凸起（图5）。发育层位与剖面CC'基本一致，但在隆起形态和受控机理上有所差异。沙湾凹陷与盆1井西凹陷过渡古隆起由单个背斜形态变为3个背斜形态复合的古隆起，上部构造形态反映下部断层形态，在剖面HH'识别出逆断层F5，是基底断层F1之上发育的次级断层，阻断了断层F2和F3向上传播，终止于石炭系内部，但是仍可根据下乌尔禾组底界两翼的超覆不整合现象判断过渡古隆起的范围。

4.2 构造模型

图5 研究区地震剖面HH'解释方案（剖面位置见图1）

基于以上针对沙湾凹陷与盆1井西凹陷过渡带构造几何学研究，笔者认为该过渡带基底模型为“隆起+半地堑”模式，其中隆升作用受控于基底断层F1，半地堑受控于2条伸展正断层F2和F3，断层F2和F3倾向北东，平行发育，构成多米偌式半地堑组合。值得注意的是，正断层F2和F3切穿基底断层F1，F1终止于F2下盘，说明半地堑构造是在先存隆起构造基础上发育的，“隆起+半地堑”式构造是2期构造运动的产物。至于构造活动时限，根据全区广泛发育的上、下石炭统间的区域角度不整合将准噶尔盆地及邻区石炭纪构造演化可分为2个阶段，即早石炭世碰撞间歇伸展—残留洋闭合、陆—陆碰撞阶段和晚石炭世碰撞后伸展垮塌—陆内变形阶段。早石炭世，准噶尔盆地及邻区整体呈被多个带状分布的岛链分割若干个洋盆的多岛构造特征 ，是与俯冲作用相关的挤压挠曲阶段。卡拉麦里洋和北天山洋的向北俯冲作用形成陆梁隆起岛弧带和中拐—莫索湾—奇台岛弧；晚石炭世，构造体制逐渐从挤压状态向伸展转变，陆梁隆起可见伸展断裂控制的弧内断陷，此时卡拉麦里洋—准噶尔洋持续顺时针向北俯冲[14]，加剧了盆地伸展断陷构造的活动，伸展断陷活动持续时限至少到早二叠世末期，局部地区（准噶尔盆地南缘）可能持续到二叠纪末。结合以上论述，虽然研究区缺乏针对石炭系地层年代学研究和石炭系地层对比，但可根据区域构造演化历史推断“隆起”是早石炭世产物、“半地堑”是晚石炭世产物（图6）。

图6 研究区石炭—三叠系综合地质剖面

5 构造运动学研究

根据过沙湾凹陷与盆1井西凹陷的12条南西—北东向剖面的不整合识别和构造机制的研究可以判定，沙湾凹陷与盆1井西凹陷之间的古隆起经历了雏形期（晚石炭世—早二叠世）、发展期（中二叠统夏子街组沉积期）、高峰期（中二叠统下乌尔禾组沉积期）、继承期（晚二叠世—中侏罗世西山窑期）和改造期（中侏罗世末期—现今）。现利用剖面CC'进行构造反演，对这一演化过程进行详细描述。

受地震资料品质影响，本文暂无法对石炭系进行准确的层位追踪，故构造反演从二叠系开始。通过轴面分析可知：晚石炭世—早二叠世，沙湾凹陷与盆1井西凹陷过渡带以“隆起+半地堑”构造组合形式存在，过渡古隆起初现模型（图7）。风城组沉积期，沙湾凹陷和盆1井西凹陷作为统一生烃灶，沉积了一定厚度的灰黑色泥岩。

中二叠世，基底逆断层持续活动，发生二次转折，断层形态为“上断坪—上断坡—下断坡”，扩大了古隆起西南翼的范围，古隆起东北翼受发育于早期正断层之上的次级逆断层逆冲活动影响，限定了古隆起东北翼的发育，形成了东北翼狭窄、西南翼缓长的不对称形态，古隆起范围相对晚石炭世—早二叠世的雏形期有所发展，至中二叠世达到高峰，此时也是准噶尔盆地“温室效应”的峰值期，沙湾凹陷和盆1井西凹陷成为2个独立的生烃灶，古隆起将两者分隔，是很好的油气指向区，隆起两翼地层超覆现象明显，可形成短距离运移或自生自储的原生岩性油气藏。

晚二叠世，受区域性填平补齐作用影响，沙湾凹陷与盆1井西凹陷过渡古隆起被埋藏，经历了三叠纪—中侏罗世的稳定沉积之后，在中侏罗世西山窑期末，受顺时针压扭运动影响，再次发生隆升，先存隆起西南翼被抬升，隆起高点发生偏移、轴线相应发生偏离。侏罗系三工河组、西山窑组遭受剥蚀，形成了车排子—莫索湾古隆起。过渡带先存古隆起受到上覆三叠系、侏罗系的沉降压实，古隆起幅度相对变缓，但其西南翼的抬升作用更为明显。

白垩纪—古近纪是研究区持续沉降期，与上覆新近系为区域性不整合接触，由于吐谷鲁群西南薄、东北厚的地层分布特点，过渡古隆起的西南翼继续发生翘倾，两翼不对称的现象更为明显。

进入新近纪，受北升南降的区域构造影响，先存古隆起西南翼沉降，东北翼相应抬升，形态接近中二叠世古隆起形态，但埋藏深度增大，古隆起厚度受压实作用相应减小。

综上所述，沙湾凹陷与盆1井西凹陷的过渡古隆起形态、范围、高度、轴面位置等方面在构造演化的不同阶段均表现出不同的特征。继承性古隆起的轴部形成较为丰富的裂缝系统，有利于中—下二叠统的油气垂向运移到三叠系和侏罗系的储集层中。

6 有利勘探区带预测

推测沙湾凹陷与盆1井西凹陷的过渡古隆起两翼超覆点处为盆地深层勘探的有利区带，原因有三：其一，近源，风城组和下乌尔禾组是准噶尔盆地主要烃源岩层，沿超覆点发育的岩性圈闭多以自生自储和短距离搬运为主，其上覆中—下三叠统厚层细粒岩为有效的盖层，油气保存良好；其二，圈闭数量多，隆起翼部的多期超覆不整合形成不整合圈闭和岩性圈闭，并且超覆在研究区广泛发育，已成规模（图3）；其三，储集层物性好，古隆起形成于中二叠世、消亡于晚二叠世，为快速堆积、快速埋藏，保存良好的储集层；并且古隆起轴面在多次构造活动中发生偏移，有利于裂缝形成，有利于深部油气向浅层运输。

综上所述，沙湾凹陷与盆1井西凹陷过渡隆起的东北翼部较西南翼部更为有利。古隆起的东北翼是在石炭系半地堑基础上发育而来的，东北翼在中二叠世构造隆升之前一直是较为理想的沉积中心，有机质含量更为丰富，加之古隆起轴部多次变动导致裂缝系统发育，东北翼部更适宜石炭系油气的运移与保存。

7 结论

（1）沙湾凹陷与盆1井西凹陷过渡带存在一个呈北西—南东向展布的古隆起；平面形态为不规则长条状。

（2）该古隆起形成于晚石炭世—早二叠世，在中二叠世末期达到高峰，经历晚二叠世—中侏罗世西山窑期的稳定沉降后，于中侏罗世末期再次抬升，经历白垩纪—古近纪的再次沉降，在新近纪经历北部整体抬升之后最终定型。

（3）通过轴面分析认为，该古隆起基底模型为“隆起+半地堑”模式（晚石炭世—早二叠世），受背冲式的基底逆断层、伸展正断层共同控制，从中二叠世之后转变为“单独隆起”模式，基底逆断层仍有活动。

（4）该古隆起翼部中二叠统超覆点处为研究区有利勘探区带，其中古隆起东北翼部更为有利。

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