蔡利飄

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敦煌盆地五墩凹陷中新生代構(gòu)造演化及其油氣地質(zhì)意義

蔡利飄

（中國(guó)石化勝利油田勘探開(kāi)發(fā)研究院西部分院，山東東營(yíng) 257000）

敦煌盆地五墩凹陷是河西走廊新發(fā)現(xiàn)的含油氣凹陷，對(duì)其研究尚處于初始階段。通過(guò)二維地震和鉆井的精細(xì)解釋，綜合分析凹陷的結(jié)構(gòu)特征和構(gòu)造演化歷史，研究認(rèn)為，根據(jù)凹陷的結(jié)構(gòu)特征，將其劃分為北部斜坡帶、中央洼陷帶和南部斷階帶3部分；構(gòu)造演化史可分為5個(gè)階段，即早-中侏羅世斷陷期、中-晚侏羅世坳陷期、早白堊世斷陷期、晚白堊世-新近紀(jì)擠壓抬升剝蝕期、新近紀(jì)-第四紀(jì)走滑-逆沖坳陷期。五墩凹陷下侏羅統(tǒng)大山口組和中侏羅統(tǒng)中間溝組沉積期，有利于主力烴源巖的形成，北部斜坡帶發(fā)育的辮狀河三角洲水下分流河道和南部扇三角洲為有利砂體，是下一步的勘探方向。

敦煌盆地；五墩凹陷；構(gòu)造演化

1 地質(zhì)概況

五墩凹陷位于敦煌盆地安墩坳陷中東部，北為玉門(mén)關(guān)斜坡帶，南臨三危山隆起，西靠南湖低凸起，東接甜水井凸起（圖1），沉積了下侏羅統(tǒng)大山口組（J1d）、中侏羅統(tǒng)中間溝組（J2z）和新河組（J2x）、上侏羅統(tǒng)博羅組（J3b）、新近系和第四系地層，凹陷面積約3 400 km2。五墩凹陷是河西走廊地區(qū)的一個(gè)含油氣凹陷，近年來(lái)完鉆的西參1、墩1井均在中–下侏羅統(tǒng)鉆遇優(yōu)質(zhì)烴源巖并見(jiàn)良好的油氣顯示。

敦煌盆地構(gòu)造上位于東天山造山帶和祁連造山帶之間，屬于阿爾金斷裂系[1]的一部分，特殊的構(gòu)造位置源于復(fù)雜的構(gòu)造發(fā)展歷史。由于該區(qū)的研究資料較少，尚處于摸索階段，筆者在廣泛調(diào)研研究區(qū)及周緣文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，通過(guò)精細(xì)解剖五墩凹陷二維地震及鉆井資料，綜合分析其結(jié)構(gòu)特征、構(gòu)造演化歷史和油氣地質(zhì)意義。

圖1 敦煌盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐?/p>

2 結(jié)構(gòu)特征分析

由于塔里木運(yùn)動(dòng)，阿爾金地區(qū)整體隆升及燕山晚期盆地的走滑抬升，敦煌盆地存在兩大區(qū)域性不整合面，致使盆地現(xiàn)今結(jié)構(gòu)縱向上可劃分為三大構(gòu)造層：基底構(gòu)造層、隆坳構(gòu)造層和平板構(gòu)造層（圖2、圖3）。下部基底構(gòu)造層為元古界剛性結(jié)晶基底，總體變形程度較弱；中部構(gòu)造層為中生界侏羅系，是盆地的重要勘探層。縱向上中生界構(gòu)造層變形較強(qiáng)，究其原因，中生界除受晚燕山期的擠壓作用外，還疊合了喜山期的逆沖擠壓，而其以濱淺湖-半深湖的湖相泥巖、炭質(zhì)泥巖、煤層夾砂巖的巖性組合使構(gòu)造層易于變形，形成隆坳構(gòu)造格局的物質(zhì)基礎(chǔ)。五墩凹陷新生界屬于上部平板構(gòu)造層，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、平緩，反射波組連續(xù)性好、相互平行或亞平行。

圖2 五墩凹陷SSE-NNW向地震剖面

圖3 五墩凹陷SWW-NEE向地震剖面

根據(jù)五墩凹陷中侏羅統(tǒng)中間溝組（主要含油層系）底面構(gòu)造圖的結(jié)構(gòu)特征（圖4），可將其劃分為北部斜坡帶、中央洼陷帶和南部斷階帶3個(gè)部分。平面上，斷層展布方向近東西，與阿爾金斷裂帶近乎平行，三危山北斷層（F1-3），F(xiàn)1-1斷層，控制洼陷大山口組地層原始沉積，F(xiàn)1-1，F(xiàn)1-2，F(xiàn)1-3控制殘留洼陷構(gòu)造形態(tài)，F(xiàn)2-1，F(xiàn)2-2控制凹陷后期改造。三危山山前斷裂活動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，走滑、逆沖作用強(qiáng)，北部斜坡帶上的斷層斷距小、逆沖作用弱，受此影響，五墩凹陷的變形程度為南強(qiáng)北弱，致使南部斷階帶地層較為破碎，地震剖面表現(xiàn)為連續(xù)性差的反射特征。

圖4 五墩凹陷構(gòu)造單元?jiǎng)澐?/p>

3 構(gòu)造演化分析

含油氣盆地的構(gòu)造演化對(duì)油氣成烴、成藏的各種要素起到控制作用，而重建構(gòu)造演化可以為含油氣盆地的綜合分析提供可靠的依據(jù)。構(gòu)造演化分析的方法包括寶塔法、厚度法、平衡剖面法、地震屬性恢復(fù)法、三維空間法和同一變形體法，其中的關(guān)鍵技術(shù)在于剝蝕量恢復(fù)、去壓實(shí)、去褶皺與古水深矯正[2]。受資料限制，筆者本次重點(diǎn)依據(jù)鉆井以及二維地震資料，采用平衡剖面法重建五墩凹陷中新生代以來(lái)構(gòu)造演化歷史（圖5）。

圖5 五墩凹陷南北向構(gòu)造演化剖面

3.1 早-中侏羅世斷陷期

3.1.1 早侏羅世初始斷陷期

侏羅系沉積前，印支運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致三疊紀(jì)松潘甘孜地體與中國(guó)大陸主體碰撞拼貼造山、庫(kù)拉-太平洋板塊相對(duì)于向歐亞大陸俯沖，在整個(gè)敦煌盆地形成一系列低矮的山丘（低凸起區(qū)）、山間洼地（凹陷區(qū)）和溝梁，地形分異明顯，凹陷分割性強(qiáng)，呈現(xiàn)凸凹相間分布格局。侏羅紀(jì)早期，在中國(guó)特提斯洋迅速擴(kuò)張等構(gòu)造因素的影響下，塔里木板塊、西伯利亞板塊和華北板塊產(chǎn)生了不同規(guī)模的旋轉(zhuǎn)。華北板塊北移且逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，塔里木板塊順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，西伯利亞板塊以較小的幅度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，此時(shí)期，五墩凹陷邊緣斷裂（F1-3與F1-1）拉張活動(dòng)控制形成南北雙斷斷陷，控制著侏羅系下統(tǒng)大山口組的早期發(fā)育，同時(shí)對(duì)溝谷古地貌填平補(bǔ)齊。早侏羅世晚期，斷裂F1-1活動(dòng)漸弱，五墩凹陷主要受三危山北部斷裂控制演變成南斷北超的單斷斷陷（圖2）。

3.1.2 中侏羅世早期斷陷發(fā)展期

中侏羅世五墩凹陷斷陷作用進(jìn)一步發(fā)展，水位升高引起湖泛，較大型湖泊開(kāi)始發(fā)育，在侏羅系中統(tǒng)下部中間溝組沉積了一套巖性以湖湘泥巖、砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖為主的細(xì)粒碎屑巖建造。古氣候環(huán)境發(fā)生了急劇的變化，中間溝組早期沉積期氣候溫暖濕潤(rùn)，半深湖相暗色泥巖沉積范圍快速擴(kuò)大，成為敦煌盆地主力烴源巖發(fā)育層段。之后，中間溝組中晚期氣候轉(zhuǎn)變?yōu)楦稍镅谉幔瑤r石顏色以棕紅色、紅色為主色調(diào)。

斷陷期的沉降中心位于控凹邊界斷層一側(cè)，明顯受邊界大斷層的制約。受阿爾金斷裂影響，三危山北緣斷層控制了五墩凹陷的地層發(fā)育，沉積厚度明顯加大，五墩凹陷總體上表現(xiàn)為南斷北超的格局。

3.2 中-晚侏羅世坳陷期

中侏羅世中期的早燕山運(yùn)動(dòng)，是西北地區(qū)沉積盆地發(fā)展過(guò)程中一個(gè)重要的歷史轉(zhuǎn)折期，使得西北地區(qū)的侏羅系盆地在類型上發(fā)生轉(zhuǎn)變，結(jié)束了早期的斷陷盆地的演化，開(kāi)始了擠壓坳陷型盆地的演化階段。在地震剖面上形成中侏羅統(tǒng)下部中間溝組和上部新河組呈假整合面或沉積相突變面，這是地殼整體抬升的結(jié)果。此時(shí)期沉積大于沉降，前期各斷陷湖盆被填平補(bǔ)齊進(jìn)入準(zhǔn)平原化發(fā)展階段，沉積了一套主要由紅色粗碎屑組成的河流-沖積扇相地層。

3.3 早白堊世斷陷期

五墩凹陷內(nèi)部西參1井與墩1井均缺失白堊系地層，但研究推測(cè)認(rèn)為，早白堊世曾發(fā)育拉張斷陷，而且沉積厚度大于500 m，主要依據(jù)如下：一是利用鉆井和地震資料恢復(fù)晚侏羅系至古近系間的剝蝕量700~1 000 m，現(xiàn)今上侏羅統(tǒng)博羅組殘留厚度約700 m，如果沒(méi)有沉積白堊系-古近系，則上侏羅統(tǒng)原始厚度可達(dá)1 400 m以上，這將遠(yuǎn)大于該盆地中統(tǒng)地層厚度1 000 m，與西北地區(qū)中統(tǒng)是侏羅系主要成盆期不符；二是盆地東部地區(qū)的北大窯、紅柳峽和旱峽等地區(qū)發(fā)育120.1~102.2 Ma的堿性玄武巖，具有富集地幔來(lái)源特征，形成于陸內(nèi)伸展構(gòu)造中[3]。在三危山中西段發(fā)育大量基性巖墻，其年代為136~99.11 Ma，具有OIB特征，該巖漿的形成與巖石圈減薄和軟流圈上涌有關(guān)；三是在盆地東側(cè)的大壩凹陷南緣出露有下白堊統(tǒng)地層。

3.4 晚白堊世-古近紀(jì)擠壓抬升期

燕山晚期，由于南部的中特提斯洋關(guān)閉，拉薩地塊與歐亞板塊拼貼，引起阿爾金構(gòu)造域普遍抬升，造成敦煌盆地晚白堊紀(jì)沉積間斷，使盆地普遍缺失上白堊統(tǒng)及古近系，導(dǎo)致早白堊世-晚侏羅世地層遭受?chē)?yán)重剝蝕。在盆地中多處地震剖面均可見(jiàn)到新近紀(jì)疏勒河組與下伏侏羅系呈角度不整合接觸。

3.5 新近紀(jì)晚期-第四系走滑-逆沖坳陷期

新近紀(jì)晚期-第四紀(jì)初的喜馬拉雅主幕運(yùn)動(dòng)結(jié)果使印度板塊向北和西伯利亞板塊向南強(qiáng)烈擠壓，引起阿爾金左旋走滑斷裂帶急劇活動(dòng)，使敦煌盆地進(jìn)入走滑-逆沖坳陷期，盆內(nèi)接受了厚度600~2 000 m的沖積扇和河流相碎屑巖沉積。

4 油氣地質(zhì)意義

從以上分析可知，五墩凹陷在中新生代地質(zhì)歷史經(jīng)歷了5大演化階段。早-中侏羅世，五墩凹陷受三危山北斷裂影響，表現(xiàn)為南斷北超的斷陷盆地；沉積中心受同生斷層控制，斷層控制了烴源巖平面分布和縱向發(fā)育，南部靠近三危山北斷層的陡坡帶可發(fā)育扇三角洲，中部為湖相-半深湖沉積，北部緩坡帶一側(cè)可發(fā)育辮狀河三角洲，三角洲前緣、扇三角洲前緣泥和湖相泥巖是本區(qū)的主要烴源巖，具備一定的生油能力。烴源巖的生烴過(guò)程取決于它所經(jīng)歷的埋藏史和地溫史，而埋藏史和溫度受盆地的構(gòu)造演化所制約[4–7]。西參1井o均值為0.8%，據(jù)o測(cè)算，五墩凹陷烴源巖達(dá)到成熟所需的埋深約3 100 m，主力排烴期為早白堊世，中-晚侏羅至白堊紀(jì)早期，五墩凹陷基底持續(xù)下沉，可達(dá)到生烴門(mén)限，早中侏羅統(tǒng)的烴源巖埋藏深、熱演化程度高。雖然晚白堊世地層抬升剝蝕，但此時(shí)，源巖已完成一次生烴。

南部斷階帶的扇三角洲、北部辮狀河三角洲前緣的水下分流河道，為研究區(qū)有利砂體，均可形成較好的儲(chǔ)蓋組合，易于形成構(gòu)造、巖性-構(gòu)造油氣藏。

5 結(jié)論

（1）五墩凹陷，縱向上可分為基底構(gòu)造層、隆拗構(gòu)造層和平板構(gòu)造層；平面上，可將五墩凹陷劃分為北部斜坡帶、中央洼陷帶和南部斷階帶。

（2）五墩凹陷中新生代以來(lái)的構(gòu)造演化歷史可分為5個(gè)階段：早-中侏羅世斷陷期、中-晚侏羅世坳陷期、早白堊世斷陷期、晚白堊世-新近紀(jì)早期擠壓抬升期、新近紀(jì)晚期-第四系走滑-逆沖坳陷期五大演化階段。

（3）五墩凹陷早-中侏羅世的沉積環(huán)境，有利于烴源巖的形成，區(qū)內(nèi)的西參1井與墩1井已經(jīng)證實(shí)了烴源巖的存在。北部斜坡帶發(fā)育的辮狀河三角洲水下分流河道和南部扇三角洲為有利砂體，是下一步勘探的重點(diǎn)方向。

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編輯：趙川喜

1673-8217（2017）05-0001-04

TE111.1

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2017-03-27

蔡利飄，工程師，1985年生，2007年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）地球物理學(xué)專業(yè)，現(xiàn)從事地震資料綜合解釋工作。