准噶尔盆地南缘褶皱-冲断带变形特征及成因机制模拟

准噶尔盆地南缘褶皱-冲断带发育于北天山和博格达山北侧的准噶尔盆地南部的山前地区,构造变形具有明显的横向分带、纵向分段、垂向分层特征,其主控因素在于挤压应力的作用方式和滑脱层的空间分布规律。西段受北天山斜向挤压应力作用影响,发育北西西向四排雁列式褶皱-冲断带,构造变形样式为基底卷入式厚皮构造和盖层滑脱式薄皮构造,变形过程受侏罗系煤层和白垩系、古近系高塑性泥岩层等多滑脱层控制。滑脱层及其上覆岩层厚度决定变形的强度和应力向前传递的远近程度,厚度越大,褶皱变形强度越大。东段受博格达山正向楔冲挤压应力作用影响,发育近东西向向北凸出的弧形基底卷入式褶皱-冲断带,滑脱构造不发育。根据构造变形特征和相似理论,利用沙箱模拟实验分别对正向挤压和15°、30°、45°等斜向挤压平面变形进行了模拟,结果表明正向挤压和15°斜向挤压是形成东段和西段变形特征的主控应力条件,并设计了斜向和正向挤压组合边界平面模拟实验进行了验证,合理地解释了东、西段构造变形的差异。利用双滑脱层剖面模型实验对西段四排褶皱-冲断带的演化过程进行了模拟再现。     

准噶尔盆地南缘褶皱-逆冲断层带分析

讨论了与准噶尔盆地南缘褶皱-逆冲断层带有关的4个问题。(1)准噶尔盆地南缘褶皱-逆冲断层带具有纵向分带、横向分段和垂向构造分层的特征:纵向上由南至北可分为逆冲推覆构造带、基底卷入褶皱-冲断带和滑脱型褶皱-冲断带三个带;横向上,基底卷入褶皱-冲断带从西至东按横向调节带分为5个段,构造特征表现为反冲断层从不发育到向南反冲的位移逐渐增大、反冲断层所滑脱的层位亦逐渐加深;滑脱型褶皱-冲断带以红车断裂为界划分为西段和东段,西段构造运动弱,构造变形具双层结构;东段构造运动较强,发育大型冲向后陆的反向逆冲断层,构造变形多具有3层结构。(2)逆冲断层-褶皱类型按其形成机制分为基底卷入型冲断-褶皱、滑脱型冲断-褶皱以及基底卷入-滑脱混合型冲断-褶皱3大类,其中,基底卷入型冲断-褶皱的特征是褶皱作用发生在逆冲断裂之前,而滑脱型冲断-褶皱以冲断和褶皱同时或冲断层先于褶皱形成为特征。(3)本区存在横向和纵向传递带。横向调节带一般分布于基底卷入型褶皱-冲断带,主要为左旋走滑断层;纵向传递带分布于滑脱型褶皱-冲断带,以逆冲断层系斜列分布和位移纵向斜列传递为特征。(4)褶皱-冲断带形成的主控因素主要有:近南北向的水平挤压作用,上新世末—早更新世末和晚侏罗世末发生的构造变形以及古近系、下白垩统和下—中侏罗统发育的三套异常高压泥岩层相关的滑脱作用。     

准噶尔盆地南缘前陆冲断带形成时间的初步厘定

一般认为生长地层的时代就是构造形成的时代（Suppe等,1992;Shaw 等,1994）.准噶尔盆地南缘前陆冲断带发育地表可见的三排构造带：以齐古-喀拉扎背斜-清水河构造为主的第一排构造、以霍尔果斯-玛纳斯-吐谷鲁背斜为主的第二排构造、以独山子-安集海背斜-呼图壁背斜为主的第三排构造,卷入三排构造的地层有侏罗系、白垩系、第三系和第四系,形成了现今复杂的地貌地形和地层分布,三排构造带的形成时间对油气评价和油气勘探意义重大.     

准噶尔盆地南缘前陆冲断带油气成藏差异性分析

准噶尔盆地南缘前陆冲断带构造演化与成藏过程复杂。为深化对这种复杂性的认识,以给区域油气勘探和基础石油 地质研究提供参考信息,针对区域构造上存在东西分段、南北分带的特点,从不同角度详细分析了不同区段油气成藏的特 征及其差异,包括烃源、储层、圈闭、输导、保存、成藏模式和主控因素。结果表明,不同区段的油气藏分布层位和成藏 特征均不同,展示出油气成藏的差异性。其中,东段阜康断裂带主要是二叠系（包括侏罗系）的油气聚集于侏罗系储层中, 成藏主控因素是圈闭、保存条件和储层;中段山前冲断带主要是侏罗系和二叠系（包括白垩系）的油气聚集于古近系和白 垩系储层中,成藏主控因素是烃源岩、油源断裂和储层;西段四棵树凹陷地区主要是侏罗系（包括古近系）的油气聚集于 古近系-新近系和白垩系储层中,油气成藏主控因素是运移通道和储层条件。     

准噶尔盆地南缘前陆冲断带深层地质结构及对油气藏的控制作用:以霍尔果斯—玛纳斯—吐谷鲁褶皱冲断带为例

准噶尔盆地南缘前陆冲断带位于天山北麓,在晚新生代强烈的挤压作用下,地表发育数排背斜带。由于构造变形复杂、地震反射成像质量较差,对深层地质结构争议较大,另外前新生代盆地原型对晚新生代以来的褶皱冲断带构造格局的影响也尚未探讨。霍尔果斯—玛纳斯—吐谷鲁(简称霍-玛-吐)褶皱冲断带位于准噶尔盆地南缘前陆冲断带地表第二排背斜带,利用最新采集和处理的地震反射资料,并结合地表地质露头建立深层构造模型;利用平衡地质剖面复原和构造物理模拟实验的方法探索早侏罗世盆地原型结构对现今褶皱冲断带构造格局的影响;在此基础上分析霍-玛-吐褶皱冲断带深层天然气富集规律。霍-玛-吐褶皱冲断带垂向上发育古近系—第四系逆冲推覆构造、中上侏罗统—白垩系构造楔和下侏罗统半地堑断陷结构。控制早侏罗世半地堑系统的高角度正断层在晚期挤压构造变形体系中充当逆断坡,并控制上覆构造楔和浅层逆冲推覆构造的发育。早侏罗世半地堑系统具有分段性,并通过侧向断坡进行连接,侧向断坡上覆地层发育南北向走滑调节断层。油气勘探现状表明,霍-玛-吐褶皱冲断带内部南北向走滑调节断层具有高效沟通下侏罗统烃源岩的特点,是控制天然气的富集的重要因素。以上研究表明,中西部陆内前陆冲断带前新生代古构造对于晚新生代挤压冲断构造格局和深层天然气富集规律具有重要意义。     

准噶尔盆地南缘中段构造的平衡剖面研究

笔者以平衡剖面理论为指导,利用平衡剖而反演技术,研究了准噶尔盆地南缘中段3条代表性剖面构造的几何学、运动学与发育史.研究表明准噶尔盆地南缘中段山前冲断带构造变形强度由北到南整体表现为由弱变强,反冲断层位移逐渐增大、反冲断层所滑脱的层位亦逐渐加深.纵向上划分为基底卷入型褶皱-冲断带和滑脱型褶皱-冲断带;在横向上不同构造带之间通过相邻构造的变形样式和滑脱层位的渐变实现位移的传递、转换和互补,从而保持褶皱-逆冲断层累计缩短最沿走向有规律的渐变关系.     

双层滑脱构造的物理模拟：对准噶尔盆地南缘褶皱冲断带的启示

为了研究双层滑脱构造变形的主控因素,设计了3类砂箱模型,对滑脱层材料、滑脱层厚度、滑脱层黏度、上覆砂层厚度、受力边界条件等主控因素进行物理模拟试验研究。试验结果表明：不同滑脱层材料产生的变形样式不同。以微玻璃珠组成的滑脱层主要产生前展型逆冲叠瓦式断裂构造,下部滑脱层起主控滑脱作用,上部滑脱层厚度、滑脱层之上砂层厚度越大越容易形成滑脱断层;挤压方向与受力边界间的夹角较大时,上部滑脱层容易先形成滑脱断层,其推覆体前缘水平位移较快。以不同黏度硅胶组成的滑脱层产生不同的分层滑脱构造变形样式,当下部滑脱层硅胶黏度为500～1 000Pa.s时,形成分层滑脱前展型叠瓦式构造;当硅胶黏度为2 000～2 500Pa.s时,靠近挤压端先形成背冲构造,然后在上部滑脱层形成叠瓦式构造,在下部滑脱层形成对冲三角带构造、冲起背斜构造。地震和钻井资料显示,准噶尔盆地南缘西段霍尔果斯—安集海褶皱冲断带具有双层滑脱变形特征;模拟结果认为,斜向受力边界、侏罗纪煤层以及古近纪泥岩层的分层滑脱作用是控制变形过程的主要因素。     

扎格罗斯褶皱冲断带构造变形特征

扎格罗斯褶皱冲断带是扎格罗斯碰撞造山带的前陆褶皱冲断带, 也是波斯湾周缘前陆盆地的楔顶带, 自北东到南西垂直于构造线方向可分为高扎格罗斯冲断带和扎格罗斯简单褶皱带, 自北西到南东沿构造线方向可分为洛雷斯坦区(Lorestan)、迪兹富勒湾区(Dezful Embayment)和法尔斯区(Fars)。扎格罗斯褶皱冲断带的形成始于晚白垩世阿拉伯板块的洋壳向北俯冲到欧亚板块之下, 褶皱冲断构造从北东部缝合带向南西方向伸展, 并在上新世基本定型。本文选取了横切扎格罗斯褶皱冲断带的3条地质剖面和两条局部地震剖面进行构造变形分析。剖面分析显示研究区垂向上由一条大滑脱面将扎格罗斯褶皱冲断带剖面分为上、下两个构造层, 褶皱冲断变形从北东到南西向由强变弱。研究区发育走滑、挤压和拉张3种构造变形, 挤压构造变形占主导地位。挤压构造变形又包括滑脱褶皱、断展褶皱、断弯褶皱和双重构造等。     

准噶尔盆地西北缘前陆冲断带二叠纪逆冲断裂活动的沉积响应

笔者从160口单井剖面、15条联井剖面及5个层位平面渐次展开了准噶尔西北缘前陆冲断带二叠纪逆冲断裂活动的沉积响应研究。各种成因扇体(冲积扇、水下扇、扇三角洲)在佳木河组和上乌尔禾组地层中最为发育，其沉积分布严格受不同时期活动的同生断裂控制。由早二叠世佳木河期至晚二叠世上乌尔禾期，扇体在克拉玛依-夏子街地区叠置程度较好，由盆缘向盆内迁移、推进明显；在车排子中拐地区叠置程度相对较差，局部略呈向盆缘老山收缩、后退趋势，表明红山嘴车排子断裂带与克拉玛依-百口泉断阶带、乌尔禾-夏子街断褶带逆冲活动的强度及地域迁移性有明显差异。二叠纪总体为一由弱到强的前展式推覆冲断及渐进式扇体迁移模式，即随同生控扇断裂由老山向盆缘的前展式推覆活动，相应地，各构造带扇体逐渐由盆缘向盆地方向发育、推进，扇体面积不断扩大，显示出明显的渐进式迁移的沉积响应，两者形成良好的耦合性。进而引入“活动性指数”的概念与方法，对前陆冲断带同生断裂的冲断活动强度进行了定量化统计分析，据二叠纪冲断推覆事件的地层、沉积标识，识别出3个逆冲推覆幕、7个逆冲推覆事件，划分出P1j-P1f、P2x—P2w、P3w三套构造层序，并指出在P1f、P2x及P2 3w各时期，由红山嘴-车排子→克拉玛依-百口泉→乌尔禾-夏子街构造带，同生断裂活动性趋于增强；在乌尔禾-夏子街断褶带，由早二叠世佳木河期到中、晚二叠世乌尔禾期，冲断推覆强度逐渐增大。     

准南前陆冲断带构造分段及其与油气关系

通过大量地面地质、地震和非地震资料的综合解释,分析了准南前陆冲断带的构造分段特征.认为乌鲁木齐-米泉断裂和红车断裂等盆内大型基底断裂是控制构造分段的主要因素,其形成演化决定了构造分段特征的出现或消失;盆缘调节构造是造成次级构造分段的主要原因.准南前陆冲断带构造分段对该区主要烃源岩与生储盖组合的形成及分布、对油气成藏期等方面具有重要的控制作用.     

准噶尔盆地南缘侏罗系烃源岩评价

第三次资源评价(三次资评)结果表明准噶尔盆地侏罗系石油资源量占盆地总资源量的30%以上,天然气资源量占盆地总资源量的28%,其中30. 7%的原油资源和45. 7%的天然气资源分布在准噶尔盆地的南缘,可见应深人分析南缘侏罗系主力烃源岩的特征及其生烃潜力。通过对三次资评之后勘探所积累的地质地球化学数据的系统分析,认为准噶尔盆地南缘有机质类型总体以且II₂型和III型为主,纵向上发育了一套优质烃源岩(八道湾组)和两套中等丰度的烃源岩 (三工河组和西山窑组),烃源岩的规模远远大于三次资源评价的结果。这3套烃源岩均达到了成熟一过成熟的演化阶段,在白垩纪末期进入生油高峰期,在新近纪末期进入生气高峰期,生油气关键时刻与圈闭的形成和定型匹配良好,有利于形成大型和超大型油气藏。研究成果对指导准噶尔盆地南缘油气勘探具有重要的理论和实际意义。     

准噶尔盆地南缘侏罗系烃源岩排烃效率研究

准噶尔盆地南缘下部成藏组合勘探日趋重要,其主力烃源岩生烃潜力和排烃效率的研究亟待加强。根据排烃门限理论,利用生烃潜力法建立了准噶尔盆地南缘侏罗系烃源岩的生、排烃模式,并计算了烃源岩的生烃量、排烃量和排烃效率。研究表明,准噶尔盆地南缘侏罗系泥质烃源岩和煤层的排烃门限对应的镜质组反射率均为0. 7 %。侏罗系烃源岩的总生烃量为3 973. 84 x 108t,总排烃量为1 402. 71 x108t,其中八道湾组烃源岩排烃量占总排烃量的69.85%。准噶尔盆地南缘侏罗系烃源岩的平均排烃效率为35. 30%,不同层系不同岩性烃源岩,其排烃效率明显不同,泥质烃源岩排烃效率远大于煤层。综合分析认为,准噶尔盆地南缘侏罗系烃源岩生、排烃量大,排烃效率较高,下部成藏组合以侏罗系烃源岩为主力烃源岩,具有良好的资源潜力。     

准噶尔盆地东南缘芦草沟组油页岩元素地球化学特征及沉积环境指示意义

本文通过XRF和ICP-MS测试方法对油页岩样品进行测试,根据常量元素和微量元素特征、组分含量及某些元素的比值,探讨了研究区油页岩样品的地球化学特征,进一步阐述了其沉积环境的指示意义.结果表明,P和B元素强烈富集,相当硼及古盐度值都表明属于半咸水沉积环境,B/Ga、Sr/Ba值也说明受到海水影响或间歇性受海水影响,沉积环境以半咸水湖泊为主;Fe2+/Fe3+、V/(V+Ni)、V/Ni、Cu/Zn、Ni/Co和U/Th值及Ni的含量说明沉积环境为咸化的弱还原—还原环境;Mn/Fe和Mn/Ti值也较小,反映近岸的沉积环境;Sr/Cu表明主力油页岩形成时期处于温湿—干热气候.总体上反映出,研究区油页岩的沉积介质环境的显著特征是半咸水状态的弱还原—还原环境.     

准噶尔盆地南缘中段异常压力分布及影响因素

准噶尔盆地南缘地区盆地演化时间长, 近期构造活动剧烈, 构造应力场复杂, 地层异常压力高且分布极不规律, 对构造的形成演化及对油气的成藏过程影响极大.据实测资料和间接估算数据所展示的地层压力分布特征, 分析了砂砾岩地层和泥岩地层在压力成因和分布等方面的差异, 从不同渗透性地层内压力形成的机制和分布特征的角度讨论了控制和影响现今压力分布的地质因素.准噶尔盆地南缘存在的极高地层压力是在压实作用、构造挤压作用所形成的地层高压背景下, 叠加了近期因断裂活动和背斜构造快速形成所引起的他源高压而形成的.沉积相带分布、压实作用、构造应力、地层的形变和断裂的活动过程等都明显地影响了压力的演化和分布.      

准噶尔盆地南缘构造抬升剥蚀不均一性对砂岩型铀矿的制约

准噶尔盆地南缘与伊犁和吐哈典型产铀盆地成矿地质背景相似,然而,至今未发现铀矿床。现存铀矿(化)点主要受控于构造形态和抬升剥蚀程度,本文主要通过恢复准噶尔盆地南缘构造抬升剥蚀量,探讨构造抬升剥蚀不均一性对砂岩型铀成矿的制约,指出有利构造保矿的适宜地段。采用镜质体反射率(Ro)反演技术,结合目的层成岩作用研究,估算出四棵树和硫磺沟地区剥蚀量分别为2880~3680 m和2400~3680 m,相对较小。分析抬升剥蚀不均一性的形成机制发现,两个地区发育走滑断层主导的传递带致使抬升剥蚀量相对较小,主要表现为地层的逆冲缩量相对较小和发育不同的构造调节方式(盆山耦合方式)。四棵树地区主要发育逆掩冲断型盆山耦合方式,对后期铀成矿不利;硫磺沟地区发育冲隆-掀斜型盆山耦合方式,对铀成矿的保存较为有利。地表露头和深部钻孔均显示硫磺沟地区存在层间氧化带及其铀矿体的可能,是寻找剥蚀残留"古矿"的优选地段。     

准噶尔盆地南缘东段侏罗系—白垩系物源及其演化特征

准噶尔盆地南缘东段侏罗系—白垩系储层油气勘探潜力巨大,但关于其物源条件及沉积背景演化方面的认识较为有限,严重制约了后续油气勘探开发进程。为顺利开展后续油气勘探,笔者应用砂岩碎屑成分、砾岩砾石成分、重矿物类型及组合特征、古水流特征、地层岩性比例特征等物源分析方法,并结合区域构造演化背景,对准噶尔盆地南缘东段侏罗系—白垩系沉积物源特征进行厘定,并恢复其演化过程。研究结果表明：早侏罗世,博格达山尚未隆升,准南东段物源体系受控于北部克拉美丽山及南部天山山体,研究区南部原始沉积边界距现今盆地边界最远;自中侏罗世以来,由于受周缘山体隆升及燕山运动影响,博格达山开始隆升并逐渐出露水面,对准南东段物源体系产生一定影响;自晚侏罗世—早白垩世,博格达山的持续隆升作用使其隆起高度和规模不断增大,并最终成为准南东段优势物源区,克拉美丽山隆起幅度也不断增大,而使其供源能力增强。整体上,早侏罗世—中侏罗世,准南东段受南部天山物源体系和北部克拉美丽山物源体系共同影响;而在中侏罗世—早白垩世这一沉积期,南部天山物源体系、北部克拉美丽山物源体系和博格达山物源体系并存,但各物源体系对准南东段侏罗系—白垩系影响程度存在差异。