库木库里盆地构造单元划分与油气远景区预测

葛 诚,陈社教,时 静

(安徽省勘查技术院,安徽 合肥 230031)

库木库里盆地是以新近系—古近系为主的沉积盆地,石马沟组(E3s)和石壁梁组(N1s)是较好的生油岩段。石马沟组油气储集性最好,其次是红石梁组(N1h),石壁梁组油气储集性最差,石马沟组、石壁梁组和红石梁组发育多组泥岩组合,是该区良好的盖层。盆地内构造发育,以膏盐层为特征的区域性盖层发育,表明该盆地具有一定的储集和运移条件。库木库里盆地北侧、西侧含沥青砂岩广泛出露,表明该盆地曾有排烃历史并已经开始运移[1]。前人对盆地开展过1∶100万区域地质调查,对盆地地层、构造、岩浆岩进行了初步划分[2],发现在盆地周边露头渐新世石马沟组和中新世石壁梁组发育三角洲前缘——湖泊相沉积暗色烃源岩[3]。目前,该盆地进行的物探工作较少,仅开展了1∶100万航磁及1∶20万阿雅格库木库里幅区域重力调查工作[4-6],制约了对盆地油气远景的全面评价[7-12]。

本文通过在库木库里盆地开展1∶5万高精度重磁测量工作,对盆地的岩石进行重新采样分析,结合以往地质、物探及物性资料,进一步探讨该盆地物性、构造、新生界埋深、油气远景区等基础地质问题,为油气勘探提供可靠资料。

1 地质特征

库木库里盆地地层分区上属于华北地层大区、秦祁昆地层区、东昆仑—中秦岭地层分区库木库里地层小区。华北地层大区北以阿尔金断裂(F1)为界,南以东昆仑断裂为界。库木库里地层小区位于昆仑山构造带,盆地被3条边界断层围限,新近系主要局限于边界断层[13]。位于北缘的称白干湖—祁漫塔格山南缘断层(F4),呈弧形近EW走向,弧顶向北突起;位于南缘的称阿其格断层(F2),呈SEE-NWW向延伸;位于盆地东缘的边界断层称大九坝断层(F3),呈NEE向延伸[14](图1)。库木库里盆地周围山系由古生界及更老的变质岩组成,中生代—新生代地层多分布于盆地内部,整体研究程度较低。古生界奥陶系、泥盆系和石炭系—二叠系分布于盆地四周。中生界三叠系缺失,侏罗系出露面积小[15]。根据邻区资料分析,侏罗系应有一定的生烃潜力。新近系广泛分布在盆地中部,总厚度达5 483 m,露头区占盆地面积的四分之一以上。在新近系—古近系储层中发现多个含沥青层位,石马沟组(E3s)和石壁梁组(N1s)为生油岩段,其中石马沟组分布于白土滩—大黑山一带,岩性主要为浅灰色、浅褐色复成分钙质中-细砂岩、中层钙质含砾粗砂岩、褐红色钙质粉砂岩不等厚互层夹褐红色钙质粉砂质泥岩,白土滩地层厚878 m,大黑山地层厚>1 780 m,总体自西向东逐渐增厚;石壁梁组分布于红石梁—条石山一带,岩性主要为紫红色中层钙质粉砂岩、钙质粉砂质泥岩互层夹厚层块状中-细砂岩,含植物茎根、叶等化石或植物碎片及水鸟足迹印模化石。红石梁地层厚>2 328 m,条石山地层厚>913.95 m,总体自西向东逐渐变薄,新近系—古近系应是较好的生油层[16]。盆地内岩浆岩不发育,东部边缘主要为祁漫塔格华力西期构造岩浆带叠加印支期-燕山期构造岩浆岩带。

1.第四系;2.红石梁组;3.石壁梁组;4.石马沟组;5.白垩系;6.侏罗系;7. 上三叠统;8. 下二叠统;9. 上石炭统;10. 下石炭统;11. 中泥盆统;12.奥陶系;13.元古界;14.花岗岩;15.研究区;16.断裂及编号图1 库木库里盆地地质略图Fig. 1 Geological sketch of Kumukuli Basin

2 岩石物性特征

库木库里盆地岩石物性参数基本特征见表1。第四系厚度小,属于浅层低密度、无磁性、高电阻率物性层;新近系厚度较大,属于中浅层低密度、无磁性、低电阻率物性层,该层为本次研究的主要物性层;古近系厚度较大,属于中浅层低密度、无磁性、低电阻率物性层,该层也为本次研究的主要物性层;中生界厚度不大,属于中深层中等密度、无磁性、次低电阻率物性层;古生界厚度较大,属于中深层高密度、无磁性、高电阻率物性层;元古界、太古界以变质岩系为主,属于深层高密度、中等磁性、高电阻率物性层。盆地内岩浆岩不发育,岩体物性总体表现为中等密度、中等磁性、高电阻率物性层。

表1 研究区岩石物性特征统计结果

3 研究区重、磁场特征

地形改正后的布格重力异常如图2(a)所示,异常表现为典型的大陆异常特征,重力布格异常总体表现为南北两侧低、中央高,西部高、东部低的特征。布格重力异常变化范围为(-418～-368)×10-5m/s2,最大值分布在盆地西部红石梁一带,最小值分布在盆地南部盟布拉克附近。布格重力异常等值线总体走向以NWW向为主,NW向和近EW向次之,局部存在SN向、SE向异常等值线。盆地存在数条明显的重力异常梯级带,这些重力异常梯级带梯度高、延伸大,是盆地深大断裂的反映。南部布格重力高异常带主要分布在小红山、白云山、青石山一带,主要反映了高密度古生代二叠纪马尔争组和泥盆纪布拉克巴什组的出露特征,局部重力高异常由高密度的古生界引起,局部重力低为低密度的第四系。中央布格重力高异常带(红石梁、拐子梁、梯子梁、红土梁和条石山)主要反映了前中生代—新生代基底隆起特征,局部重力高异常由高密度的古生界引起。盆地中部硝尔萨依—鸭子沟一带为显著的高值重力异常,推测可能为基底隆起引起。中央布格重力异常高值带两侧总体为低值区,主要分布于盆地中南部梯子梁铜矿、梯子梁南、大黑山南、盟布拉克和三河滩一带,由4个负异常中心组成,这些负异常中心是新生代沉积凹陷的中心。中央布格重力异常高值带北侧低值区主要分布在盆地中北部扫帚梁、群星包、碱土梁和秋拉克布拉克一带,由3个负异常中心组成,这些负异常中心为新生代沉积凹陷的中心。

盆地磁化极异常如图2(b)所示,盆地基本处于较平缓的低磁异常区,研究区东北部为低磁异常叠加呈NW向展布的高磁异常带,而东南部为低磁异常叠加团块状高磁异常。这种整体的低磁异常特征与青藏高原区域平缓的低磁异常背景相吻合。西部航磁异常展布较简单,圈闭磁异常稀少,且以磁力低圈闭异常为主。盆地内异常等值线及封闭或未封闭异常轴向走向总体无明显表现,异常区等值线范围及异常走向与其他区域有明显区别,异常等值线圈闭范围较广,且分布稀疏,异常幅值平缓。地表出露第四纪及新近纪粉砂岩、砂岩、砾岩等无磁性或弱磁物质。东部为NW向磁异常带,异常等值线及封闭或未封闭异常轴向的走向总体表现为NW向,磁力低和磁力高异常呈带状以磁力梯级带为界相间分布,异常区内等值线范围及异常走向与其他区域有明显区别。NE向条带状高磁异常对应北昆仑岩浆岩弧地质单元祁曼塔格岩浆带中、酸性岩浆岩。盆地内磁场总体表现为呈EW向展布的中央低值区,主要分布于盆地中部扫帚梁—白土滩—拐子梁—梯子梁—红土梁—条石山—河岔口一带,平静的低值磁场反映了结晶基底坳陷,古生代以来岩浆活动较弱,与中深部重力异常解释结果相吻合。

图2 1∶50 000布格重力异常图(a)及磁化极异常图(b)Fig. 2 1∶50 000 bouguer gravity anomaly(a) and magnetization pole anomaly(b)

4 构造单元划分

结合盆地新生代底界面断裂信息,重、磁、电物探资料解释成果及地面地质情况,在盆地共解译出44条断裂(图3)。各类断裂按走向可分为NW向、近EW向、NE向和SN向4组,其中NW向或NWW向断裂17条,近EW向断裂14条,NE向断裂9条,SN向断裂4条。盆地内断裂以NW向最发育,近EW向和NE向断裂形成时间相对较晚,主要为调节性断裂。这些断裂大多深切基底,对盆地结构具明显控制作用。盆地内断裂规模、断距相差较大,盆地沉积、构造及主要圈闭也存在较大差异。总体上,规模较大的断裂对盆地沉积、构造及圈闭均具有一定控制作用。

1.断裂;2.Ⅰ级构造边界;3.Ⅱ级构造边界;4.Ⅲ级构造边界;5.Ⅰ级构造—白云山隆起带;6.Ⅰ级构造—库木库里盆地;7.Ⅱ级构造—南部坳陷;8.Ⅱ级构造—中央隆起;9.Ⅱ级构造—北部斜坡;10.Ⅱ级构造—北部坳陷;11.Ⅲ级构造—小红山凹陷;12.Ⅲ级构造—1号凸起;13.Ⅲ级构造—青石山凹陷;14.Ⅲ级构造—2号凸起;15.Ⅲ级构造—三河滩凹陷;16.Ⅲ级构造—白土滩—梯子梁凸起带;17.Ⅲ级构造—黑石涯—红土梁凸起带;18.Ⅲ级构造—条石山—河岔口凸起带;19.Ⅲ级构造—风尖口—吊滩斜坡带;20.Ⅲ级构造—干草滩—鸭子沟斜坡带;21.Ⅲ级构造—库木库里凹陷;22.Ⅲ级构造—3号低凸起;23.Ⅲ级构造—秋拉克布拉克凹陷图3 库木库里盆地构造体系图Fig. 3 Tectonic system of kumukuli Basin

根据重力场分区特征、推断断裂体系、新生界厚度变化特征及盆地构造单元划分方案,对盆地构造单元进行了划分,共划分出Ⅰ级构造单元2个,分别为白云山隆起带和库木库里盆地。划分出4个Ⅱ级构造单元,分别为南部坳陷、中央隆起、北部斜坡带和北部坳陷,划分Ⅲ级构造单元13个(表2)。

表2 构造单元划分

5 新生界厚度

利用重力数据,通过提取分离新生代底界面重力异常响应,进一步对新生代底界面进行反演计算。以收集的部分大地电磁测深解释成果为约束条件进行前新生代等效密度界面多约束反演计算,求得盆地新生代底密度界面。结合区域地球物理资料和地面地质资料,推测新生代地层厚度(图4),基本上反映了盆地新生代地层的厚度变化和构造特征。由于盆地勘探程度低,已知钻井资料和地震资料空白,约束条件较少,结果可能存在一定误差。

图4 新生界厚度图Fig. 4 Isopach of Cenozoic strata

新生代地层厚度在盆地总体呈中部薄、南北两侧厚,西部薄、东部厚的特征。盆地东南部古生代地层出露,无新生代地层沉积,而盆地北部库木库里凹陷中心厚度达5 000 m,反应了区内剧烈的构造运动引起差异沉积的特征。新生代地层在白云山隆起带上无沉积,或仅有数十到几百米的沉积,且多以第四纪松散层为主。南部坳陷区深度为2 000～3 000 m,青石山凹陷中心最深约3 500 m,三河滩凹陷中心最深约3 200 m。北部及南部坳陷区深度为3 000～4 000 m,库木库里凹陷中心最深约5 000 m,秋拉克布拉克凹陷中心最深约4 000 m,中央隆起带深度为1 500～2 000 m,北部斜坡深度约2 500 m。总体看,新生代地层沉积南部坳陷区厚度小于北部坳陷区。

6 盆地地质结构

通过分析物性资料,发现盆地有3个密度界面:第四系与新近系—古近系密度差为0.79 g/cm3;新近系—古近系与中生界密度差为0.15 g/cm3;中生界与古生界密度差为0.13 g/cm3。第四系厚20～200 m,尽管与新近系之间存在较大的密度差,但由于厚度小、起伏小,对重力场的影响较小,因而重力场反演时考虑的也较少。新近系—古近系厚度较大,且与下伏中生界密度差>0.15 g/cm3,可认为该密度界面为一个连续追踪的分界面,是引起重力异常的主要因素。中生界厚度相对较薄,且残留于深凹陷内沉积中心的局部较小范围内,因其厚度薄、分布范围窄,因此中生界底界面无法构成可连续追踪的密度分界面,该分界面是引起重力异常的次要因素[17-19]。

利用重磁资料进行2.5D地质剖面反演,共反演4条剖面,B-B′地质剖面重磁联合反演解释推断结果如图2所示。B-B′地质剖面重磁反演结果如图5所示,剖面自南向北重力异常总体具“两高两低”的特征,0～12 km段重力高是白云山隆起的重力效应,12～32 km段重力低是青石山凹陷的重力效应,32～36 km段重力高是中央隆起的重力效应,36～44 km段重力场呈向北逐渐降低的单斜特征,是北部斜坡带的重力效应,44 km段以北段重力低是库木库里凹陷的重力效应。磁异常总体呈中部低两侧低的特征,15～24 km段的磁力局部异常是岩体的磁场效应。重磁反演结果表明:B-B′地质剖面自南向北,Ⅰ级构造单元元白云山隆起带与库木库里盆地以F1-1断裂为界。白云山隆起带基本以古生界为主,地表局部被第四系覆盖。库木库里盆地Ⅱ级构造单元分别为南部坳陷、中央隆起、北部斜坡和北部坳陷,盆地沉积盖层主要为新生界,分布于北部斜坡带和北部坳陷,一般厚度几十米到几百米。新近系—古近系广泛分布,是盆地的主要盖层,剖面经过的北部坳陷最厚4 800 m,而中央隆起一般厚2 000～2 500 m。构造组合上F1-1为Ⅰ级断裂,控制了盆地南部边界,以逆断层为特征。F2-1、F2-5、F2-17逆断层为Ⅱ级断裂,F2-1控制了盆地中央隆起带的发育。F2-17逆断层为Ⅱ级断裂,控制了新近系—古近系由南向北逐渐增厚,形成了风尖口—吊滩斜坡带。F2-17逆断层以北为中新生代巨厚沉积。

1.实测重力异常;2.拟合重力异常;3.实测磁异常;4.推断断裂5.第四系;6.新近系红石梁组—古近系石马沟组;7.侏罗系—上三叠统;8.下二叠统—太古界;9.花岗岩图5 B-B′地质剖面重磁联合反演解释推断图Fig. 5 Joint gravity and magnetic inversion interpretation of the B-B′ geological section

7 油气远景区预测

(1)石马沟组中、上段和石壁梁组为生油岩段,红石梁组也可能发育生油岩段,库木库里盆地至少具有2～3个生油岩组。

(2)盆地经历了生排烃过程,多个地区及地层层位均有含沥青砂岩。

(3)盆地内石马沟组、石壁梁组和红石梁组发育多套储集层,表明库木库里盆地新近系具备较好的储集条件。

(4)石马沟组、石壁梁组和红石梁组发育多套泥岩组合,是盆地良好的盖层,已知生油岩层均被厚300余米的膏盐层(红石梁组)覆盖,为油气保存创造了良好的盖层条件[20-21]。

(5)盆地构造变动强烈,中央褶皱隆起带由一系列紧闭的短轴褶皱组成,向东的倾伏段有一系列长垣发育[20]。这些构造形成较早,强烈的构造变动控制着盆地沉积,为油气形成、运移和聚集创造优越条件。

综上可知,库木库里盆地具有油气勘探的良好前景,推测的可能烃源岩厚度大,储层条件优越,区域盖层及油气运移断裂的沟通性好,是油气远景区的主要预测方向(图6)。

图6 预测的油气远景区分布图Fig. 6 Distribution map of predicted oil and gas prospect area

(1)长沙梁油气远景区。位于盆地东北部长沙梁—秋拉克布拉克一带,北侧紧邻中新生界厚达4 500 m以上的秋拉克布拉克生油凹陷,西侧紧邻新生界厚达4 500 m的库木库里生油凹陷,南与库木库里凹陷次凹为邻。库木库里凹陷次凹新生界厚达2 500 m以上,具有一定的生油能力。该区发现G50、G51、G57、G58和G59等5个局部异常,重力局部异常幅值高、面积大,异常可靠,显示的局部构造面积大、隆起幅度高,推测该重力异常为基底或新近系隆起引起,该处生、储、盖条件及油气地质条件优越,是油气运移的有利区,易形成油气藏。

(2)群星包油气远景区。位于库木库里凹陷内,呈由南向北延伸的鼻状低凸起,北侧为新生界厚达5 500 m以上的库木库里生油凹陷,东西两侧新生界厚度达3 500 m以上的中新生界具有较好的生油能力。该区发现Ⅰ类局部异常4个(G46、G47、G48和G49),重力局部异常幅值高、面积大,异常可靠,显示的局部构造面积大、隆起幅度高,推测该重力异常是基底隆起或新近系隆起引起,该处生、储、盖条件及油气地质条件优越,是油气运移的有利指向区。碱土梁一带盐矿开采表明,该区具有极佳的盖层条件,在有利的构造部位易形成油气藏。

(3)梯子梁油气远景区。位于白土滩—拐子梁凸起带和石青山凹陷之间,北侧为中新生界厚达5 000 m以上的库木库里生油凹陷,南侧为新生界厚达3 500 m以上的石青山生油凹陷。该区发现Ⅰ类局部异常5个(G27、G28、G14、G15和G16)。其中G27、G28重力局部异常幅值高、面积大,异常可靠,显示的局部构造面积大、隆起幅度高,靠近石青山生油中心,构造条件有利。这些重力异常为基底或新近系隆起引起,该处生、储、盖条件及油气地质条件优越,是油气运移的有利区,易形成油气藏。

8 结论

(1)库木库里盆地主要有2个密度界面和1个磁性界面:密度界面分别为新近系与中生界之间的界面及中生界与古生界之间的界面,磁性界面主要为古生界与元古界之间的界面。

(2)库木库里盆地共推测44条断裂,南部边界断裂(F2)和北部边界断裂(F4)长期多次活动控制着盆地内地层的发育和分布,对油气的生成、运移和聚集具有重要作用。

(3)库木库里盆地新生界总体中部薄南北两侧厚、西部薄东部厚,盆地北部斜坡和坳陷是有利的油气勘探区,油气远景区分别为长沙梁油气远景区、群星包油气远景区和梯子梁油气远景区。