敦煌盆地五墩凹陷中新生代构造演化及其油气地质意义

2017-11-01蔡利飘

石油地质与工程 2017年5期

蔡利飘

蔡利飘

（中国石化胜利油田勘探开发研究院西部分院，山东东营 257000）

敦煌盆地五墩凹陷是河西走廊新发现的含油气凹陷，对其研究尚处于初始阶段。通过二维地震和钻井的精细解释，综合分析凹陷的结构特征和构造演化历史，研究认为，根据凹陷的结构特征，将其划分为北部斜坡带、中央洼陷带和南部断阶带3部分；构造演化史可分为5个阶段，即早-中侏罗世断陷期、中-晚侏罗世坳陷期、早白垩世断陷期、晚白垩世-新近纪挤压抬升剥蚀期、新近纪-第四纪走滑-逆冲坳陷期。五墩凹陷下侏罗统大山口组和中侏罗统中间沟组沉积期，有利于主力烃源岩的形成，北部斜坡带发育的辫状河三角洲水下分流河道和南部扇三角洲为有利砂体，是下一步的勘探方向。

敦煌盆地；五墩凹陷；构造演化

1 地质概况

五墩凹陷位于敦煌盆地安墩坳陷中东部，北为玉门关斜坡带，南临三危山隆起，西靠南湖低凸起，东接甜水井凸起（图1），沉积了下侏罗统大山口组（J1d）、中侏罗统中间沟组（J2z）和新河组（J2x）、上侏罗统博罗组（J3b）、新近系和第四系地层，凹陷面积约3 400 km2。五墩凹陷是河西走廊地区的一个含油气凹陷，近年来完钻的西参1、墩1井均在中–下侏罗统钻遇优质烃源岩并见良好的油气显示。

敦煌盆地构造上位于东天山造山带和祁连造山带之间，属于阿尔金断裂系[1]的一部分，特殊的构造位置源于复杂的构造发展历史。由于该区的研究资料较少，尚处于摸索阶段，笔者在广泛调研研究区及周缘文献资料的基础上，通过精细解剖五墩凹陷二维地震及钻井资料，综合分析其结构特征、构造演化历史和油气地质意义。

图1 敦煌盆地构造单元划分

2 结构特征分析

由于塔里木运动，阿尔金地区整体隆升及燕山晚期盆地的走滑抬升，敦煌盆地存在两大区域性不整合面，致使盆地现今结构纵向上可划分为三大构造层：基底构造层、隆坳构造层和平板构造层（图2、图3）。下部基底构造层为元古界刚性结晶基底，总体变形程度较弱；中部构造层为中生界侏罗系，是盆地的重要勘探层。纵向上中生界构造层变形较强，究其原因，中生界除受晚燕山期的挤压作用外，还叠合了喜山期的逆冲挤压，而其以滨浅湖-半深湖的湖相泥岩、炭质泥岩、煤层夹砂岩的岩性组合使构造层易于变形，形成隆坳构造格局的物质基础。五墩凹陷新生界属于上部平板构造层，结构简单、平缓，反射波组连续性好、相互平行或亚平行。

图2 五墩凹陷SSE-NNW向地震剖面

图3 五墩凹陷SWW-NEE向地震剖面

根据五墩凹陷中侏罗统中间沟组（主要含油层系）底面构造图的结构特征（图4），可将其划分为北部斜坡带、中央洼陷带和南部断阶带3个部分。平面上，断层展布方向近东西，与阿尔金断裂带近乎平行，三危山北断层（F1-3），F1-1断层，控制洼陷大山口组地层原始沉积，F1-1，F1-2，F1-3控制残留洼陷构造形态，F2-1，F2-2控制凹陷后期改造。三危山山前断裂活动时间长，走滑、逆冲作用强，北部斜坡带上的断层断距小、逆冲作用弱，受此影响，五墩凹陷的变形程度为南强北弱，致使南部断阶带地层较为破碎，地震剖面表现为连续性差的反射特征。

图4 五墩凹陷构造单元划分

3 构造演化分析

含油气盆地的构造演化对油气成烃、成藏的各种要素起到控制作用，而重建构造演化可以为含油气盆地的综合分析提供可靠的依据。构造演化分析的方法包括宝塔法、厚度法、平衡剖面法、地震属性恢复法、三维空间法和同一变形体法，其中的关键技术在于剥蚀量恢复、去压实、去褶皱与古水深矫正[2]。受资料限制，笔者本次重点依据钻井以及二维地震资料，采用平衡剖面法重建五墩凹陷中新生代以来构造演化历史（图5）。

图5 五墩凹陷南北向构造演化剖面

3.1 早-中侏罗世断陷期

3.1.1 早侏罗世初始断陷期

侏罗系沉积前，印支运动导致三叠纪松潘甘孜地体与中国大陆主体碰撞拼贴造山、库拉-太平洋板块相对于向欧亚大陆俯冲，在整个敦煌盆地形成一系列低矮的山丘（低凸起区）、山间洼地（凹陷区）和沟梁，地形分异明显，凹陷分割性强，呈现凸凹相间分布格局。侏罗纪早期，在中国特提斯洋迅速扩张等构造因素的影响下，塔里木板块、西伯利亚板块和华北板块产生了不同规模的旋转。华北板块北移且逆时针旋转，塔里木板块顺时针旋转，西伯利亚板块以较小的幅度顺时针旋转，此时期，五墩凹陷边缘断裂（F1-3与F1-1）拉张活动控制形成南北双断断陷，控制着侏罗系下统大山口组的早期发育，同时对沟谷古地貌填平补齐。早侏罗世晚期，断裂F1-1活动渐弱，五墩凹陷主要受三危山北部断裂控制演变成南断北超的单断断陷（图2）。

3.1.2 中侏罗世早期断陷发展期

中侏罗世五墩凹陷断陷作用进一步发展，水位升高引起湖泛，较大型湖泊开始发育，在侏罗系中统下部中间沟组沉积了一套岩性以湖湘泥岩、砂质泥岩、泥质粉砂岩为主的细粒碎屑岩建造。古气候环境发生了急剧的变化，中间沟组早期沉积期气候温暖湿润，半深湖相暗色泥岩沉积范围快速扩大，成为敦煌盆地主力烃源岩发育层段。之后，中间沟组中晚期气候转变为干燥炎热，岩石颜色以棕红色、红色为主色调。

断陷期的沉降中心位于控凹边界断层一侧，明显受边界大断层的制约。受阿尔金断裂影响，三危山北缘断层控制了五墩凹陷的地层发育，沉积厚度明显加大，五墩凹陷总体上表现为南断北超的格局。

3.2 中-晚侏罗世坳陷期

中侏罗世中期的早燕山运动，是西北地区沉积盆地发展过程中一个重要的历史转折期，使得西北地区的侏罗系盆地在类型上发生转变，结束了早期的断陷盆地的演化，开始了挤压坳陷型盆地的演化阶段。在地震剖面上形成中侏罗统下部中间沟组和上部新河组呈假整合面或沉积相突变面，这是地壳整体抬升的结果。此时期沉积大于沉降，前期各断陷湖盆被填平补齐进入准平原化发展阶段，沉积了一套主要由红色粗碎屑组成的河流-冲积扇相地层。

3.3 早白垩世断陷期

五墩凹陷内部西参1井与墩1井均缺失白垩系地层，但研究推测认为，早白垩世曾发育拉张断陷，而且沉积厚度大于500 m，主要依据如下：一是利用钻井和地震资料恢复晚侏罗系至古近系间的剥蚀量700~1 000 m，现今上侏罗统博罗组残留厚度约700 m，如果没有沉积白垩系-古近系，则上侏罗统原始厚度可达1 400 m以上，这将远大于该盆地中统地层厚度1 000 m，与西北地区中统是侏罗系主要成盆期不符；二是盆地东部地区的北大窑、红柳峡和旱峡等地区发育120.1~102.2 Ma的碱性玄武岩，具有富集地幔来源特征，形成于陆内伸展构造中[3]。在三危山中西段发育大量基性岩墙，其年代为136~99.11 Ma，具有OIB特征，该岩浆的形成与岩石圈减薄和软流圈上涌有关；三是在盆地东侧的大坝凹陷南缘出露有下白垩统地层。

3.4 晚白垩世-古近纪挤压抬升期

燕山晚期，由于南部的中特提斯洋关闭，拉萨地块与欧亚板块拼贴，引起阿尔金构造域普遍抬升，造成敦煌盆地晚白垩纪沉积间断，使盆地普遍缺失上白垩统及古近系，导致早白垩世-晚侏罗世地层遭受严重剥蚀。在盆地中多处地震剖面均可见到新近纪疏勒河组与下伏侏罗系呈角度不整合接触。

3.5 新近纪晚期-第四系走滑-逆冲坳陷期

新近纪晚期-第四纪初的喜马拉雅主幕运动结果使印度板块向北和西伯利亚板块向南强烈挤压，引起阿尔金左旋走滑断裂带急剧活动，使敦煌盆地进入走滑-逆冲坳陷期，盆内接受了厚度600~2 000 m的冲积扇和河流相碎屑岩沉积。

4 油气地质意义

从以上分析可知，五墩凹陷在中新生代地质历史经历了5大演化阶段。早-中侏罗世，五墩凹陷受三危山北断裂影响，表现为南断北超的断陷盆地；沉积中心受同生断层控制，断层控制了烃源岩平面分布和纵向发育，南部靠近三危山北断层的陡坡带可发育扇三角洲，中部为湖相-半深湖沉积，北部缓坡带一侧可发育辫状河三角洲，三角洲前缘、扇三角洲前缘泥和湖相泥岩是本区的主要烃源岩，具备一定的生油能力。烃源岩的生烃过程取决于它所经历的埋藏史和地温史，而埋藏史和温度受盆地的构造演化所制约[4–7]。西参1井o均值为0.8%，据o测算，五墩凹陷烃源岩达到成熟所需的埋深约3 100 m，主力排烃期为早白垩世，中-晚侏罗至白垩纪早期，五墩凹陷基底持续下沉，可达到生烃门限，早中侏罗统的烃源岩埋藏深、热演化程度高。虽然晚白垩世地层抬升剥蚀，但此时，源岩已完成一次生烃。

南部断阶带的扇三角洲、北部辫状河三角洲前缘的水下分流河道，为研究区有利砂体，均可形成较好的储盖组合，易于形成构造、岩性-构造油气藏。