柴达木盆地西南地区古近纪—新近纪断裂坡折带与沉积相分布*
施辉1, 刘震1, 丁旭光2, 杨乾政2, 王标1
1 中国石油大学(北京)地球科学学院,北京 102249
2 中国石油青海油田分公司,甘肃敦煌 736202

第一作者简介:施辉,男,1983年生,中国石油大学(北京)在读博士研究生,主要从事油气成藏机理及分布规律研究。E-mail:cupfidel@163.com

摘要

综合地震反射时间突变、岩石类型与沉积微相和地层厚度等多种方法来识别断裂坡折带,并通过构造平衡剖面恢复的方法对所识别的断裂坡折带进行进一步确定,认为柴达木盆地西南地区在古近纪和新近纪发育了七个泉、红柳泉、阿拉尔、阿拉尔东、号、昆北和号断裂坡折带。由于青藏高原隆升的远程效应,柴达木盆地西南地区断裂坡折带可以分为萌芽期和繁盛期2个发展期,分别对应于古近纪和新近纪,且断裂坡折带活动强度依次增强。依据断裂坡折带发育部位及对沉积相分布控制作用的不同,可将断裂坡折带划分为浅水坡折带和深水坡折带:浅水坡折带之上发育辫状河相和三角洲平原亚相;深水坡折带之下发育深水重力流沉积;两者之间以三角洲前缘和滩坝亚相为主,是目前油气勘探的重点。号断裂坡折带中部以下地区具备形成深水浊积的条件,极有可能是岩性油气藏勘探的接替区。

关键词: 断裂坡折带; 柴达木盆地; 古近纪; 新近纪; 沉积相
中图分类号:P512.2 文献标志码:A 文章编号:1671-1505(2013)03-0317-10
Fault slope-break zone and sedimentary facies distribution of the Paleogene-Neogene in southwestern Qaidam Basin
Shi Hui1, Liu Zhen1, Ding Xuguang2, Yang Qianzheng2, Wang Biao1
1 College of Geosciences,China University of Petroleum(Beijing),Beijing 102249
2 PetroChina Qinghai Oilfield Company,Dunhuang 736202,Gansu;

About the first author: Shi Hui,born in 1983,is a Ph.D.candidate in China University of Petroleum(Beijing).Now he is engaged in mechanism of hydrocarbon accumulation and hydrocarbon distribution pattern.E-mail:cupfidel@163.com.

Abstract

It has been determined that Qigequan,Hongliuquan,Ala'er,East Ala'er,Ⅷ,Kunbei and Ⅺ fault slope-break zones developed during the Paleogene and Neogene by distinguishing the slope-break on geological and seismic profiles,recognizing the slope-break zones on contour map and identifying the true palaeo-fault slope-break on structural balance profiles,with a series of comprehensive means,including T0,petrology,microfacies and strata thickness.The vertical development of fault slope-break zones can be divided into the embryotic stage(Paleogene)and the flourishing stage(Neogene)due to long distance effects of Tibet Plateau uplifting.The slope-break zones in shallow water controlled braided rivers and delta plain.Gravity flows may develop below the deep water slope-break zones.The sedimentary facies between those two belts are delta front and beach & bar which are the main exploration fields at present.The area below Ⅺ fault slope-break belt has the condition to develop deep-water turbidite and even might be the replacing for lithologic hydrocarbon reservoirs.

Key words: fault slope-break zone; Qaidam Basin; Paleogene; Neogene; sedimentary facies

根据中国陆相构造活动盆地的特点, 地质学者将起源于被动大陆边缘的“ 陆架坡折” 的概念引入到陆相湖盆中(魏魁生等, 1996; 林畅松等, 1998; 樊太亮和李卫东, 1999), 并提出了分别由构造作用、沉积作用和侵蚀作用3个成因端元所形成的构造坡折带、沉积坡折带和侵蚀坡折带3大坡折带类型(林畅松等, 2000; 王英民等, 2002)。其中, 构造坡折带在陆相湖盆中最为发育, 根据构造的成因又可以进一步分为断裂坡折带和挠曲坡折带(王英民等, 2003)。断裂坡折带是同沉积断裂活动产生明显差异升降和沉积地貌突变的古构造枢纽带, 构成盆内古构造单元和沉积区域的边界, 对下切谷和低位扇都具有良好的控制作用, 从而易于形成原生隐蔽岩性油气藏(李丕龙和庞雄奇, 2004)。

以拉张环境为主的断陷湖盆中存在断裂坡折带并控制低位扇砂体发育的观点已得到较多共识(Lemons and Chan, 1999, Strecker et al., 1999; 姜秀芳等, 2002; 张善文等, 2003), 对于挤压背景下的拗陷型湖盆, 同样也存在着明显的多级构造坡折带, 控制了三角洲分流河道砂体、三角洲前缘滑塌扇等岩性圈闭, 特别是在规模大、坡度陡的坡折带下方容易形成三角洲前缘滑塌浊积扇(王英民等, 2002; 刘豪等, 2004)。柴达木盆地西南地区作为一个由挤压和走滑作用控制的新生代前陆拗陷区(李兰斌等, 2010), 同样也具有发育断裂坡折带的构造条件。前人研究认为柴达木盆地西南地区构造高部位发育构造油藏, 而岩性油气藏发育于斜坡区, 并初步指明七个泉— 砂西斜坡带、跃进斜坡带和乌南— 昆北斜坡带是开展岩性油气藏勘探的最有利目标, 所发育的储集层随古坡折的变化出现规律性变化(石亚军等, 2009; 曹正林等, 2010)。

文中综合地质和地震资料, 详细分析了柴达木盆地西南地区古近纪— 新近纪断裂坡折带的识别和确定方法, 分析了这些断裂坡折带在垂向上的发育特征及其在平面上的分布特点, 并总结了断裂坡折带发育条件下储集砂体的分布规律和预测方法, 以期对柴达木盆地西南地区今后岩性油气藏的勘探提供思路。

1 区域地质概况

柴达木盆地西南地区夹持于盆地西北的阿尔金山和西南的祁漫塔格山之间, 东北部以Ⅺ 号断裂为界, 东抵东柴山, 面积约7500 km2, 是一个新生代发育的前陆拗陷区(图 1)。柴达木盆地西南地区是柴达木盆地目前发现油田最多、储量丰度最高的地区, 其岩性油气藏的勘探潜力较大。区内新生代地层发育齐全(表 1), 自下而上有古近系路乐河组(E1+2)、下干柴沟组下段(E31)、下干柴沟组上段(E32)、上干柴沟组(N1), 新近系下油砂山组(E21)、上油砂山组(E22)、狮子沟组(E23), 第四系七个泉组(Q3+4), 主要勘探目的层为路乐河组(古新世— 早始新世, 约64~52 Ma)、下干柴沟组下段(中始新世, 约52~42.8 Ma)、上干柴沟组(晚始新世— 渐新世, 约38~24.6 Ma)及下油砂山组(早— 中中新世, 约24.6~12 Ma)(李仕远等, 2010)。

图1 柴达木盆地西南地区构造分区及主要断层
①— 七个泉— 红柳泉— 砂西斜坡; ②— 跃进斜坡; ③— 乌南— 昆前斜坡
Fig.1 Tectonic division and main faults in southwestern Qaidam Basin

表1 柴达木盆地西南地区古近系— 新近系层序地层划分 Table1 Sequence stratigraphic division of the Paleogene-Neogene in southwestern Qaidam Basin
2 断裂特征

柴达木盆地西部地区构造非常复杂, 自古近纪以来一直受到盆地南缘昆仑山— 祁漫塔格山逆冲断裂系和西北的阿尔金左旋走滑断裂系的联合制约, 从而形成该区NWW和NEE向两组断裂格架, 这两组断裂格架将柴达木盆地西部地区分为了昆北断隆构造带、尕斯— 扎哈泉断褶构造带、英雄岭滑脱断褶构造带和中央坳陷带共4个二级构造区(李兰斌等, 2010), 其中由昆北断层、阿拉尔断层(包括阿拉尔东断层)、红柳泉断层、Ⅺ 号断层、Ⅲ 号断层、绿东断层和 号断层所组成的昆北断隆构造带和尕斯— 扎哈泉断褶带构成了柴达木盆地西南地区的主体(表 2, 图1)。

表2 柴达木盆地西南地区主要断层要素 Table2 Main faults elements in southwestern Qaidam Basin

前人的研究表明, 昆北、阿拉尔、红柳泉和七个泉等断层, 为新生代以来长期逆冲活动的生长断层; Ⅺ 号断层为生长— 后生— 生长型断层, 上干柴沟期构造活动明显减弱, 早期和晚期却是持续活动的生长断层 号断层和绿东断层均为过渡类型中的后生— 生长逆断层, 前者自下油砂山组沉积之后才开始明显活动, 后者自狮子沟组沉积之后开始活动(李兰斌等, 2010)。

3 断裂坡折带的识别

断裂坡折带是同沉积断裂活动产生明显差异升降和沉积地貌突变的古构造枢纽带, 其主控断层的生长系数一般为1.4~2.0(林畅松等, 2000)。对断裂坡折带的识别, 前人曾经总结过大量的研究方法, 如地震剖面上反射时间急剧变化(王颖等, 2005)、地层厚度图上表现“ 疏— 密— 疏” 特征(王颖, 2005; 黄薇等, 2007; 李相博等, 2010)、岩石类型与沉积微相分析法(李树同等, 2009)和沟谷坡折带判断方法(刘桂珍等, 2008)等, 归纳起来可以大致分为两大类, 一类为坡折带剖面识别法, 包括地震、地质、沉积相和层序地层等剖面的识别, 表现为地层厚度急剧增厚以及地层倾角的突然变化; 另一类为坡折带平面识别法, 包括利用地层厚度、沉积相展布、地层倾角等来识别, 这是由于坡折带实质上是一个能量突变面, 在坡折带的上、下必然会存在地层厚度、倾角和水深的急剧变化, 因此在平面图上也必然会有与之匹配的突变响应特征。

3.1 坡折带的剖面识别

在地震反射剖面上, 断裂坡折带的特征表现为断裂上、下盘同一地震反射层系的反射时间(T0)急剧增大(王颖等, 2005), 反射轴的倾角发生明显改变, 并且所对应的地层厚度也存在突变。在柴达木盆地西南地区测线8324地震反射剖面上(位置见图1), 昆北断层两盘的下干柴沟组下段、上干柴沟组和下油砂山组均具有T5、T3和T2地震反射层T0的急剧增大及反射层倾角的明显改变、地层厚度突然增大等特征, 因此反映出昆北断层在下干柴沟组— 下油砂山组沉积时期为断裂坡折(图 2)。

坡折带制约着盆地可容纳空间的变化, 控制着沉积相带的分布, 因此, 从沉积相连井剖面上相序的变化以及砂体的形态, 就可以判断坡折带是否存在。图3中, 下油砂山组(N21)在绿参1井和扎西1井之间具有明显增厚现象, 同时, 下油砂山组(N21)沉积中期, 沉积相从三角洲平原亚相过渡到三角洲前缘亚相, 且发育的砂体普遍向岸上倾尖灭, 而在两井之间又持续存在着阿拉尔东断层的影响, 据此推测阿拉尔东断层发育下油砂山组沉积时期的断裂坡折。

图2 地震剖面识别断裂坡折(测线8324)Fig.2 Fault slope-breaks distinguished by seismic profile(line 8324)

图3 沉积相连井剖面识别坡折Fig.3 Fault slope-breaks distinguished by connecting profile of sedimentary facies

图4 柴达木盆地西南地区下油砂山组(N21)地层厚度平面图
①— 七个泉断裂坡折带; ②— 红柳泉断裂坡折带; ③— 阿拉尔断裂坡折带; ④— 阿拉尔东断裂坡折带; ⑤— Ⅺ 号断裂坡折带; ⑥— Ⅷ 号断裂坡折带; ⑦— 昆北断裂坡折带
Fig.4 Contour map of the Xiayoushashan Formation(N21)in southwestern Qaidam Basin

3.2 坡折带的平面识别

尽管湖盆坡折带规模远小于陆架坡折带, 但同样具有上缓、中陡、下缓的古地貌特点, 对层序发育具有重要控制作用(张善文等, 2003)。坡折带之上可容空间小、沉积厚度小, 坡折带之下可容空间大、沉积厚度大, 因此, 可以通过层序厚度平面图(图4)来判断坡折带的存在, 具体表现为坡折带之上地层厚度等值线稀疏, 坡折带之下地层厚度等值线密集, 再往下由于斜坡变缓, 地层厚度等值线又开始变稀疏, 地层厚度平面图上是“ 疏— 密— 疏” 的形态特征(王颖, 2005; 李树同等, 2009)。依据此原则, 下油砂山期发育有七个泉、红柳泉、阿拉尔、阿拉尔东、Ⅷ 号、昆北和Ⅺ 号共7条断裂坡折带(图4)。

3.3 古坡折的确定

在坡折带的识别中, 所使用到的地质和地球物理资料均反映的是现今特征, 后期构造作用的改造、压实作用的不均衡性和侵蚀作用的破坏都有可能造成对古地貌特征的误判。针对这个问题, 可以通过古构造恢复的方法对已识别的坡折带进行确定, 从而排除“ 伪坡折” 。

构造平衡剖面自Dahlstrome(1969)提出之后, 广泛应用于恢复地层挤压变形、逆冲断层和生长断层等古构造(刘栋梁等, 2008), 本次研究即是在构造平衡剖面恢复的基础上, 进行古坡折带的确定。从测线07038+83209平衡剖面(图 5)可以推断:阿拉尔断层持续发育断裂坡折, 只是下干柴沟组— 上干柴沟组沉积时期断裂活动相对较弱, 地层相对平缓, 上干柴沟组沉积之后, 断裂活动比较明显, 断层上、下盘的地层厚度及产状均有较明显的变化; Ⅺ 号断层下盘自下干柴沟期开始明显下降, 上干柴沟期活动几乎停滞, 下油砂山组沉积之后又开始持续下降。

图5 柴达木盆地西南地区测线07038+83209平衡剖面Fig.5 Balanced cross section of line 07038+83209 in southwestern Qaidam Basin

4 断裂坡折带发育特征

通过综合多条平衡剖面的信息可以发现, 柴达木盆地西南地区断裂坡折带的发育跟七个泉、红柳泉、阿拉尔、阿拉尔东、昆北、Ⅷ 号和Ⅺ 号断层的演化息息相关, 根据它们的演化特征, 可以将断裂坡折带分成持续发育型和间断发育型两种类型。前者主要以昆北断层、阿拉尔断层、七个泉断层、红柳泉断层为主, 也包括近南北向的调节断层阿拉尔东和Ⅷ 号断层。由于这些断层与物源方向近垂直或大角度相交, 对地层的控制作用表现较为明显。而后者如Ⅺ 号断层, 在上干柴沟组沉积时期具有明显的构造停滞现象(李仕远等, 2010), 属早期发育— 中期停顿— 晚期再发育的断裂坡折带。值得注意的是, 阿拉尔断层西段和红柳泉断层西段与物源供给的方向呈小角度相交, 因此其作为隐伏断裂控制河流走向的意义要大于作为坡折带控制地层分布的意义。

柴达木盆地西南地区一直处在印欧板块碰撞所引起的青藏高原阶段性隆升的挤压构造背景下, 新生代共经历了古近纪和新近纪两大构造变形期, 第一构造变形期在下干柴沟组上段(N32)沉积时期活动最强烈, 第二构造变形期活动强度日益加剧(王亚东等, 2011)。青藏高原阶段性隆升对柴达木盆地西南地区的远程效应必会造成断裂坡折带在各个时期对地层和砂体的不同程度控制(Coleman and Hodges, 1995; Turner et al., 1996; Zhu et al., 2006; Yin et al., 2008)。通过对柴达木盆地西南地区构造平衡演化剖面及主要断层的生长规律进行分析, 认为研究区内古近纪主要以前中生代已经存在的主干断层活化为特点, 活动强度较小, 常形成低幅古隆起, 盆地下降接受沉积, 表现为“ 填平补齐” , 至下干柴沟期构造变形达到高峰期, 进入上干柴沟期生长断层和生长地层发育开始减弱; 而新近纪自上干柴沟组沉积末期的停顿期开始, 构造活动逐步增强, 柴达木盆地西南地区西部抬升明显, 生长断层和生长地层的发育总体上比古近纪强烈(图 2, 图5)。

综上所述, 柴达木盆地西南地区由于受到青藏高原阶段性隆升的影响, 主要经历了古近纪和新近纪两大构造变形期。断裂坡折带可以分为萌芽期和繁盛期, 分别对应于古近纪和新近纪。萌芽期内, 断裂坡折带开始活动, 但是对地层分布的控制作用相对有限; 而繁盛期内, 随着研究区内主干断层构造活动逐渐增强并向盆内显著生长, 导致盆地的物源供给迅速, 沉积速率大幅增大, 断裂坡折带上下地层厚度差异明显。

5 断裂坡折带与沉积相分布

前人的研究成果表明, 浅水坡折带位于三角洲前缘或三角洲平原附近, 主要控制三角洲前缘水下分流河道砂体沉积, 而深水坡折带位于三角洲前缘低部位的深水区, 对砂质碎屑流与浊流等深水重力流砂体沉积具有明显的控制作用(李相博等, 2010)。研究区内断裂坡折带可以分成浅水坡折带和深水坡折带, 前者由七个泉、红柳泉、阿拉尔、阿拉尔东、Ⅷ 号和昆北坡折带所组成, 后者主要为Ⅺ 号断裂坡折带。结合柴达木盆地西南地区沉积相研究成果(曹正林等, 2010), 浅水坡折带和深水坡折带将七个泉— 红柳泉— 砂西古斜坡、跃进古斜坡和乌南— 昆北古斜坡分成了3个砂体展布带, 浅水坡折带之上, 包括红参2、跃23、跃73和切1井以西的地区, 主要发育了辫状河河道及三角洲平原分流河道等砂体, 深水坡折带和浅水坡折带之间以三角洲前缘水下分流河道和滨浅湖滩坝沉积为主, 物源供给充足的西部地区(红柳泉— 砂西斜坡和昆北斜坡带以西)三角洲前缘较发育, 东南部(乌南斜坡)由于物源供给相对缺乏, 形成滩坝沉积。深水坡折带之下处于三角洲前缘低部位的深水区, 三角洲前缘的砂质沉积物在进积过程中, 受到一定的触发机制, 部分沉积物要在重力作用下被再搬运(李相博等, 2010), 是砂质碎屑流砂体和深水浊积扇砂体的堆积场所(图 6)。

图6 柴达木盆地西南地区N21-MSQ1沉积相与断裂坡折带叠合图(沉积相图据曹正林等, 2010)
①— 七个泉断裂坡折带; ②— 红柳泉断裂坡折带; ③— 阿拉尔断裂坡折带; ④— 阿拉尔东断裂坡折带; ⑤— Ⅺ 号断裂坡折带; ⑥— Ⅷ 号断裂坡折带; ⑦— 昆北断裂坡折带
Fig.6 Congruent map of sedimentary facies and fault slope-break zones of N21-MSQ1 in southwestern Qaidam Basin (sedimentary facies map based on Cao et al., 2010)

目前, 柴达木盆地西南地区岩性油气藏的勘探区主要集中在浅水坡折带和深水坡折带之间的区带, 因此寻找三角洲前缘的水下分流河道砂体, 应以上倾尖灭型的岩性圈闭为重点勘探对象。值得注意的是, 在Ⅺ 号断层附近的多个层位发现了丰富的古地震记录(杨剑萍等, 2008; 石亚军等, 2009; 朱萌等, 2011), 古地震是浊流形成的有利触发机制之一; 同时, 区内多物源供给也在断层的中部汇集, 说明在古凹陷内极有可能发育相当规模的浊积砂体, 因此, 对于柴达木盆地西南地区岩性油气藏的勘探来说, 应该不仅仅局限于“ 环凹找油” 的勘探思路。

6 结论

1)柴达木盆地西南地区主要发育持续发育型和间断发育型两种断裂坡折带, 持续发育型以七个泉、红柳泉、阿拉尔和昆北断层为主要特征, 也包括早期就开始活动、近南北方向的调节型断层; 间断发育型主要包括Ⅺ 号断层, 具有早期发育— 中期停顿— 后期再发育的特点。由于青藏高原隆升对柴达木盆地西南地区的远程影响, 断裂坡折带可以分为萌芽期和繁盛期, 分别对应于古近纪和新近纪。

2)柴达木盆地西南地区断裂坡折带可大致分为浅水坡折带和深水坡折带两种, 浅水坡折带之上主要发育了辫状河及辫状河三角洲平原相砂体, 深水坡折带之下以深水浊积扇为主要特征, 两者之间的区域为主砂体区带, 沉积了辫状河三角洲前缘和滩坝砂体, 是目前岩性油气藏勘探与开发的主要目的区。

作者声明没有竞争性利益冲突.

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