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准噶尔盆地是我国重要的大型含油气叠合盆地(何登发等,2004,2018a; 张朝军等,2006),阜康凹陷位于准噶尔盆地一级构造单元—中央凹陷东南部,基底之上沉积了巨厚的二叠系—第四系,油气勘探潜力巨大。前人研究表明,在准噶尔盆地的形成、发展和演化过程中,二叠纪是准噶尔盆地由海相过渡为陆相沉积的关键时期,古亚洲洋自早石炭世开始俯冲消减,至晚石炭世岛弧及地体完成拼合(Han Yigui et al.,2018),海水沿东南逐渐退出准噶尔盆地,但南缘博格达裂谷仍与海水连通,造成准噶尔盆地南部部分地区早二叠世仍被海水覆盖,且早二叠世岩浆活动依旧活跃,岛弧及地体拼合后的持续汇聚与区域性的走滑共同作用,造成早二叠世准噶尔盆地南缘沉降过程复杂(肖文交等,2006)。因此,也造成了对准噶尔盆地二叠纪的盆地属性存在两种截然不同的认识:① 裂陷-裂后伸展坳陷盆地(吴庆福,1986; 赵白,1992; 蔡忠贤等,2000; 陈发景等,2005; 吴孔友等,2005; 方世虎等,2006; Wang Jialin et al.,2019; Tang Wenbin et al.,2021);② 古亚洲洋俯冲相关的前陆盆地(赖世新等,1999; 陈书平等,2001; 陈新等,2002; 陈业全等,2004)。因而,对阜康凹陷二叠纪盆地属性和构造-沉积充填演化的研究,为解答上述问题提供了一个很好的视角。此外,阜康凹陷作为准噶尔盆地南缘重要的山前凹陷,其沉积充填和构造演化过程是盆地南缘造山带隆升剥蚀的重要地质记录,但由于山前带钻井、地震等地质资料的匮乏,前人主要侧重在山前逆冲褶皱带结构的刻画及其中—新生代构造变形过程的研究(董臣强等,2007; 汪新伟等,2007; 于福生等,2009; 李本亮等,2012; 马德龙等,2017;张婧琪等,2024)。对于阜康凹陷深部地质结构的刻画及与盆地南缘造山带盆-山关系的研究较少,加之在现有的研究中还存在深部结构的刻画缺乏足够的资料支撑等问题,导致准噶尔盆地南缘深部的研究难以有效的开展,并且阜康凹陷盖层厚度大,缺乏足够的深钻井。
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近年来新疆油田在阜康凹陷东部的斜坡区不断开展油气勘探,钻探了大量揭示二叠系的深钻井,并且布置了横跨阜康凹陷南北向和东西向的宽频地震测线,可以很好地揭示深部的构造及沉积特征。因此本文依托现有的钻/测井及地震资料,利用构造精细解析及平衡剖面恢复技术,结合沉积充填分析等方法,来探讨阜康凹陷二叠纪盆地属性与构造-沉积演化过程。
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1 区域地质背景
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准噶尔盆地位于中亚造山带腹地,北部为西伯利亚克拉通,南部为塔里木克拉通和华北克拉通(图1a)。就盆山关系而言,准噶尔盆地夹持在北侧的阿尔泰褶皱造山带和南侧为北天山造山带之间,构造上属于哈萨克斯坦板块(赵白,1992)。准噶尔盆地在石炭纪末期完成了洋-陆转换和二叠纪盆地基底的拼合,并接受幔源岩浆的改造,在石炭纪—二叠纪发生了强烈的同碰撞到后碰撞岩浆活动,其年龄集中在320~290 Ma(何国琦等,1994; 韩宝福等,1999; 肖序常等,2010)。因此基于后碰撞岩浆的广泛发育和盆地内及周缘相关伸展断裂的发现,前人认为早二叠世准噶尔盆地处于后碰撞伸展环境。
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阜康凹陷位于准噶尔腹部,西邻莫南凸起,东接北三台凸起,北与莫索湾凸起、东道海子凹陷和白家海凸起相连,南部与霍玛吐背斜带和阜康断裂带相接(图1b),是准噶尔盆内部一个呈东西向展布的二级负向构造单元。其中阜康断裂带及齐古断褶带均为北天山冲断前锋,阜康凹陷内部沉积了巨厚的二叠系,地表被白垩系和第四系所覆盖(Bian Weihua et al.,2010)。
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图1 阜康凹陷区域位置图
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Fig.1 Schematic geological map of the Fukang sag
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作为紧邻准噶尔盆地南缘冲断前锋的凹陷,阜康凹陷的发育与北天山的构造活动密切相关。准噶尔盆地主要经历了海西期、印支期、燕山期及喜马拉雅期四期构造运动,其中晚海西期和燕山期构造运动对阜康凹陷的形成和改造起到了关键作用(杨海波等,2004; 何登发等,2018b)。石炭纪晚期,北天山洋俯冲结束,早二叠世北疆地区已进入陆陆碰撞阶段,凹陷南部的博格达山在早石炭世—早二叠世为裂谷(顾连兴等,2001; 舒良树等,2005; 王银喜等,2006; 孙国智等,2009),但根据磷灰石裂变径迹、锆石定年、古流向分析等手段,关于其隆升时间有不同的观点(Greene et al.,2005; Zhang Liancheng et al.,2008),其中最早隆升成山发生在中—晚二叠世(郑有伟等,2015; 史燕青,2017; Liu Dongdong et al.,2018; Wang Jian et al.,2018),即中—晚二叠世准噶尔盆地东南地区可能处于挤压环境。
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2 二叠系沉积充填特征
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2.1 二叠纪地层特征及分布
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当前准噶尔盆地内二叠系岩石地层划分方案有三套,西北缘和腹部共用一套,东北缘和南缘各有一套划分方案。通常的研究中,钻井地层主要采用盆地东北部的方案。因此,根据钻井地层划分,阜康凹陷二叠系自下而上发育:下二叠统金沟组(P1jg)、中二叠统将军庙组(P2j)、平地泉组(P2p)和上二叠统梧桐沟组(P3wt)(图2),但地震剖面上由于下二叠统邻近沙湾凹陷,且下二叠统上部自西部沙湾凹陷至中部阜康凹陷,连续可追踪,故本文中下二叠统采用盆地西部分层方案,即下二叠统从下至上分为佳木河组(P1j)和风城组(P1f)。
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地震剖面、钻井和露头共同揭示了下二叠统佳木河组(P1j)和风城组(P1f)仅分布在阜康凹陷西部和南部的山前带。凹陷西部厚度薄,南部厚度较大,凹陷北部和中、东部缺失(图3、4),岩性特征与沙湾凹陷类似,以砂砾岩、砂岩等较粗的碎屑岩沉积为主。
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中二叠统下部将军庙组(P2j)在阜康凹陷内现有钻井序列并未见到,但凹陷东部北三台凸起上有钻遇薄层的将军庙组(P2j),以褐红色、紫红色泥岩、砂质泥岩及砂岩夹砂砾岩的河流相沉积为特征(易泽军,2018)。中二叠统上部平地泉组(P2p)在凹陷内分布范围广。前人根据岩性特征通常将平地泉组(P2p)分为三段:一段主要发育砂砾岩,见泥岩夹层;二段岩石粒度递减,以砂砾岩、粉细砂岩为主,泥质增多;三段则以大段泥岩为主。总体上平地泉组完整的岩性序列为由砂砾岩渐变为泥岩的正韵律。钻井揭示阜康凹陷及周缘的平地泉组(P2p)岩性以灰色或灰黑色泥岩、泥质粉砂岩为主,夹有薄层粉砂岩,泥质灰岩等,为一套细粒的滨浅湖—半深湖沉积(图2),与准噶尔盆地南地区的芦草沟组沉积特征相似,厚度约为161~1511 m,为一向上变细的水进层序。
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阜康凹陷上二叠统主要发育梧桐沟组(P3wt),其底部发育砂砾岩,向上以灰色泥岩、泥质粉砂岩为主,顶部见砂砾岩夹层(图2)。也常有研究将梧桐沟组(P3wt)划分为三段。一段以砂砾岩沉积为主,二段以砂岩和泥岩为主,三段则主要发育泥岩。这与盆地西部的上乌尔禾组三段式的岩性特征相似。此外,由于在地震剖面上从盆地西部至阜康凹陷东部上二叠统连续可追踪,因此也有学者使用盆地西部的上乌尔禾组(P3w)来讨论阜康凹陷内上二叠统。
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2.2 连井沉积充填特征
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阜康凹陷的钻井集中于凹陷东部及相邻的北三台凸起之上。阜东连井剖面揭示下二叠统及中二叠统下部将军庙组(P2j)在阜东地区不发育,但其北部相邻的东道海子凹陷内发育,且以泥岩为主(图5),表明该时期为构造环境稳定期。中二叠统上部平地泉(P2p)在连井剖面上的分布也并不连续,西泉鼻凸将中二叠统分隔(图5,康探2—康探1井之间),凸起南侧中二叠统平地泉组(P2p)以泥岩和泥质粉砂岩占据主导(图5,康探2井),中部夹薄层细砂岩。凸起北侧的康探1井平地泉组(P2p)下部发育含砾细砂岩及细砂岩上部发育泥岩及粉砂质泥岩,向北至白家海凸起,以泥岩为主,夹薄层的粉砂岩,粒度较南部明显变细。东道海子凹陷内平地泉组(P2p)岩性特征与阜康凹陷北部相似(图5)。总体上,阜康凹陷中二叠统垂向沉积序列为:底部相对薄层砂砾岩向上变细至泥岩的正韵律,其间夹薄层的灰岩或灰质砂岩,呈现出明显的细粒沉积(粉砂质和泥质)占据主导,具有三角洲—滨浅湖—半深湖沉积的特征,对应于从物源区到较深水区的稳定构造环境。
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上二叠统梧桐沟组(P3wt)在阜康凹陷、白家海凸起、东道海子凹陷至滴南凸起连续分布,且阜康凹陷和东道海子凹陷内梧桐沟组(P3wt)厚度较白家海凸起和西泉鼻凸上厚(图5)。阜康凹陷内康探1井和东道海子凹陷内道探1井梧桐沟组(P3wt)发育较为完整,三段式的岩性特征显示从下至上泥质增多,且泥岩逐渐占据主导(图5)的特征,且其下部的砾岩厚度相比中二叠统大的多,该时期对应的构造活动也由相对强烈逐渐变稳定。
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图2 阜康凹陷及邻区地层综合柱状图
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Fig.2 Comprehensive geological column of the Fukang sag and adjencent aeras
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2.3 二叠系不整合与构造-地层层序
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区域性的不整合面是划分构造-地层层序的和盆地演化阶段的依据(何登发等,2018b),通常依据地震、露头、钻/测井等手段进行不整合面的识别。阜康凹陷内部二叠系厚度相对较小,但前人利用测井曲线及地震反射相位等地质资料成功识别出了阜康凹陷内上二叠统与中二叠统之间的区域性不整合面(徐琦松,2019; 唐勇等,2022)。尽管对上二叠统与三叠系之间不整合的成因存在争议,但有学者通过露头资料在盆地南缘识别出了二叠系和三叠系之间的不整合(Wartes et al.,2002; Xiao Wenjiao et al.,2008; 刘冬冬等,2013;Liu Dongdong et al.,2017)。笔者通过地震剖面解析,也观察到了中—上二叠统(图6c)和二叠系底部与下伏石炭系、(图6a~c)、二叠系顶部与三叠系底部以及二叠系层内局部不整合现象(图6a)。
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图3 阜康凹陷东西向地震地质结构剖面(剖面位置见图1)
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Fig.3 W-E-trending seismic-geological profile of Fukang sag (see Fig.1 for profile location)
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阜康凹陷内部三叠系与上二叠统地震反射特征相似,地震反射同相轴均具有平行或近平行、中—低频、强振幅、连续性好的特征(图3、4),且表现为整合接触。但凹陷边缘的莫南凸起见明显的“下削上超”反射特征(图6a),以及阜康凹陷东部斜坡和南缘的局部不整合(图6b、c),因此推测上二叠统与三叠系底部为一次级不整合界面。中二叠统与上二叠统(P3/P2)之间为区域性不整合,在阜康凹陷内主要表现为平地泉组(P2p)和上覆梧桐沟组(P3wt)之间的不整合现象(图6a~c),平地泉组(P2p)下伏的将军庙组(P2j)在阜康凹陷内部大面积缺失,但在野外剖面上表现为下与石炭系顶部呈不整合接触,上与平地泉组(P2p)呈整合接触(蔡土赐,1999)。
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下二叠统仅分布在凹陷中西部及南部,且目前无钻井证实,凹陷东部中二叠统直接与石炭系接触,形成不整合,该不整合面与西部和南缘的下二叠统底部的不整合面合并(图6b)。不整合面上下地层在地震剖面上反射特征差异明显,界面之下石炭系普遍发育火山岩,反射波同相轴杂乱,具低频、强振幅、连续性差的特征,之上为碎屑岩,反射波振幅近平行,具强振幅、中—高频,连续性好的特征(图3、4、6)。
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综上,在前人研究的基础上,依据钻井及地震资料,识别出阜康凹陷二叠系发育的区域性不整合面有:① 二叠系底部与石炭系顶部之间的不整合;② 中二叠统与下二叠统之间的不整合,此不整合面在阜康凹陷东部与石炭系顶部不整合面合并;③ 上二叠统与中二叠统之间的不整合。由此,可根据识别出的区域性不整合面将阜康凹陷二叠系划分为3套构造-地层层序,分别是:① 下二叠统构造-地层层序;② 中二叠统构造-地层层序;③ 上二叠统—三叠系构造-地层层序。
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图4 阜康凹陷南北向地震地质结构剖面(剖面位置见图1)
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Fig.4 NS-trending seismic-geological profile of Fukang sag (see Fig.1 for profile location)
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3 阜康凹陷二叠纪构造-沉积演化
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3.1 构造沉降与盆地演化
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不同类型的沉积盆地,其沉降机制存在差异,导致沉降曲线也存在差别,研究盆地沉降-充填历史,是恢复盆地演化历史的重要组成部分,也是判断沉积盆地类型的重要手段。笔者选取阜康凹陷深钻井康探1井和盆地西部风城1井分别进行了沉降史模拟(图7),图中沉积时间、剥蚀时间及剥蚀量参考自何登发等(2018b)及唐勇等(2022)。二叠纪盆地基底沉降和构造沉降曲线表明:早二叠世,盆地西部表现为正断层控制的快速沉降,并在早二叠世末期发生了隆升,阜康凹陷东部并无体现;中二叠世,盆地西部发生了持续的沉降,且沉降速率由快变慢,可能为由断裂控制的快速沉降变为缓慢的坳陷沉降,而阜康凹陷内中二叠世晚期(平地泉组沉积时期)构造沉降缓慢,且沉降速率较盆地西部小得多,并在中二叠世晚期发生了轻微的隆升,造成阜康凹陷内中—上二叠统之间的不整合;晚二叠世,盆地西部沉降减速,且末期还发生了隆升,在阜康凹陷内构造沉降速率较中二叠世明显增大,并沉积了超过300 m厚的上二叠统梧桐沟组(P3wt),但沉降速率仍远小于盆地西部。与盆地西部的构造沉降曲线相比,同时期阜康凹陷沉降速率及沉降量远小于盆地西部,中二叠世至晚二叠世阜康凹陷的构造沉降曲线形态与前陆盆地的构造沉降曲线形态相似。
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3.2 构造演化阶段
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在深反射地震剖面精细构造解析的基础上,利用平衡剖面恢复技术,对阜康凹陷晚石炭世—晚二叠世东西向的构造演化过程进行恢复。晚石炭世盆地处于拉张的构造环境,阜康凹陷内部及周缘发育火山岩(图2),并形成了一系列同沉积断陷(图8a),此时期为古亚洲洋闭合的最后阶段,整个准噶尔盆地处于弧后伸展环境(李涤,2016),且晚石炭世可能存在一次挤压过程,使莫南凸起上的先存正断层发生反转,造成了下二叠统由两侧向凸起方向超覆(图8a)。根据构造复原及构造-地层层序的划分结果,将早二叠世—晚二叠世阜康凹陷的构造演化分为以下3个阶段:
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图5 阜康凹陷—白家海凸起—东道海子凹陷—滴南凸起二叠系连井地层对比剖面(剖面位置见图1)
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Fig.5 Well-tie profile crossing Fukang sag-Baijiahai uplift-Dongdaohaizi sag-Dinan uplift (see Fig.1 for the location)
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(1)早二叠世伸展断陷阶段。早二叠世早期,阜康凹陷尚未形成,在东西向伸展应力作用下,阜康凹陷西侧部分先存的石炭系断层发生活动,形成了同沉积断裂,但同盆地西部和东部相比,伸展作用对阜康凹陷的影响并不明显。同时,区域性的伸展作用导致的裂谷岩浆事件在准噶尔盆地西部和南缘较为常见,盆地内部则表现为同时期沉积的凝灰岩夹层或凝灰质砂岩等,这在盆地西部和东部隆起区亦有反映。整个早二叠世,阜康凹陷中东部整体仍处于构造高部位(图8b、c),因此下二叠统仅在阜康凹陷西部小范围沉积,伸展作用对阜康凹陷的影响较小。
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(2)中二叠世弱伸展坳陷阶段。中二叠世可能发生了一次广泛的湖侵,随着坳陷的持续,沉积基准面下降,导致沉积范围向东扩大(图8d、e),东侧的北三台凸起之上也沉积了中二叠统平地泉组(P2p)。阜康凹陷至东道海子凹陷,中二叠统平地泉组,以灰色、灰黑色的粉、细砂岩和泥岩等稳定构造环境下的沉积物为主(图2、5),此期间,先存的断层基本不发生活动(图8d、e)。中二叠世末期,阜康凹陷东侧的北三台凸起发生了挤压隆升,造成了其东部沉积的中二叠统发生了剥蚀,使之与上覆的三叠系直接接触(图3)。此时期凹陷东部构造应力环境已经发生变化,逐渐进入挤压阶段。
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(3)晚二叠世—晚三叠世前陆阶段。该时期盆地处于挤压的构造环境,前期的正断层发生反转,造成了中—下二叠统轻微的褶皱变形(图8f),上二叠统底部发育厚层的砂砾岩等粗粒沉积,也表明该时期可能存在强烈的构造运动,北三台凸起为盆地内局部隆起的剥蚀区。
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图6 阜康凹陷不整合特征(a、b位置见图3,c位置见图4)
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Fig.6 Unconformity characteristics of Fukang sag (see Fig.3 and Fig.4 for the unconformity locations in Fig.6a, Fig.6b and Fig.6c, respectively)
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图7 准噶尔盆地西部与阜康凹陷构造沉降与基底沉降模拟
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Fig.7 Tectonic subsidence and basement subsidence of the western Junggar basin and Fukang sag
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4 讨论
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4.1 二叠纪盆地属性
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晚石炭世,南北天山洋盆相继关闭,天山构造带主体进入后碰撞伸展的板内调整阶段(Wartes et al.,2002; Han Yigui et al.,2018),并被早二叠世以来的后碰撞岩浆所覆盖,表明早二叠世,准噶尔盆地及邻区整体处于伸展的构造背景。在阜康凹陷的西部和南缘观察到同沉积断陷,但在凹陷中部并未观察早二叠世断陷存在,而同时期盆西部发育大量的下二叠统断陷(何登发等,2018a,2018b)。因此,可推测盆地周缘的构造应力由盆缘向盆内传递过程中减弱,伸展应力对阜康凹陷施加的影响较小。中二叠世,周缘伸展应力明显减弱,阜康凹陷及盆地南缘的沉积充填以细粒的泥质沉积为主,覆盖在早二叠世断陷或石炭系之上,具有“填平补齐”的趋势,东西向和南北向地震剖面均揭示了中二叠统厚度稳定,显示了稳定的构造环境,结合沉降史恢复,推测该时期为坳陷沉积阶段。晚二叠世,南北向剖面揭示上二叠统南部厚北部薄,东西方向上厚度变化不明显,沉积充填也以底部厚层砾岩上部砂岩为特征,揭示了该时期南北向可能存在较为强烈的构造运动,结合其构造沉降曲线,推测在中二叠世末期—晚二叠世阜康凹陷已进入前陆盆地的演化阶段。
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4.2 构造-沉积环境演化
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晚石炭世,随着北天山洋盆的关闭,海水向东南退出准噶尔盆地,盆地由海相逐渐演变为陆相(周鼎武等,2006)。早二叠世,阜康凹陷下二叠统上部风城组(P1f)由盆地西部向盆地中部超覆,表明该时期阜康凹陷中东部为构造高点和该时期的盆地边界,即为隆起区(图9a、b),该时期阜康凹陷还处于形成的初始期,伸展应力作用在凹陷西部和南部。同时,盆地南缘沉积了滨浅海相的细粒沉积岩,发育同沉积断裂和伸展垮塌变形(舒良树等,2005; 王家林等,2016)。
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图8 阜康凹陷东西向构造演化剖面
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Fig.8 Tectono-depositional environment evolution for EW-striking profiles of Fukang sag during Permian
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图9 阜康凹陷二叠纪东西向构造-沉积演化模式图
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Fig.9 Tectono-depositional environment evolution model for WE-striking profiles of Fukang sag during Permian
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进入中二叠世,随着伸展作用的减弱,沉积基准面降低,盆地沉积范围由南向北扩大、由西向东扩大(图9c、d),进入盆地演化的坳陷期。中二叠世晚期的平地泉组(P2p)向东侧的北三台凸起之上超覆(图9d),且同时期吉木萨尔凹陷也沉积了中二叠统,表明该时期北三台凸起已具有向其两侧的阜康凹陷与吉木萨尔凹陷提供碎屑物源的能力。南北向连井剖面上康探1井及康探2井底部发育较薄层的砂砾岩相(图5),表明这两口井近物源,且由于二者之间平地泉组沉积的缺失,推测康探1井—康探2井之间中二叠世为一古凸起,即西泉鼻凸发育的位置,同时也是阜康凹陷西部的点物源(Xu Qisong et al.,2019)。该时期阜康凹陷以滨浅湖—半深湖相的粉细砂岩-泥岩为沉积主体。
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至晚二叠世,湖盆范围再次扩大,上二叠统沉积于北三台凸起之上(图9e),在最大主应力方向为北西-南东向的区域挤压应力作用下(肖芳锋等,2010),阜康凹陷开始进入前陆盆地演化阶段,上二叠统厚度从南缘山前向盆内减薄,阜康凹陷以滨浅湖—半深湖相沉积为主,但该时期阜康凹陷距离前陆冲断带可能较远,导致在盆地南缘仍可见上二叠统出露。
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4.3 油气勘探意义
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盆地属性的研究表明,阜康凹陷二叠纪经历了断-坳转换,中二叠世坳陷期半深湖—深湖发育阶段广泛发育泥页岩沉积,具有形成规模烃源岩的地质条件,且该套泥页岩已被勘探证实为富含有机质的优质烃源岩(匡立春等,2014;石军等,2018;王剑等,2020)。该套烃源岩既可独立成藏,形成致密油气藏(支东明等,2019),又可与晚二叠世滨浅湖相的砂岩储层形成良好的源-储配置(林敉若等,2018;王玉秋等,2024)。因此,二叠纪的盆地属性控制了阜康凹陷内的源-储发育和配置关系。
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阜康凹陷二叠纪构造演化特征决定了其缺乏有效的构造圈闭,且凹陷内上二叠统以致密储层为主(王玉秋等,2024),但构造-沉积演化表明,莫南凸起及北三台凸起两侧的斜坡区不仅发育有利的储集体,也是油气运移的优势方向,扇三角洲或滨岸相的砂体有利于形成岩性地层油气藏,可以作为重要的勘探目标,康探1井的突破也表明了该目标区巨大的油气勘探潜力(何海清等,2021)。此外,根据其构造-沉积演化过程推测,现今阜康凹陷南部的山前冲断-褶皱带深部应存在厚层的中二叠统富有机质泥页岩,与上部侏罗系和白垩系储集体形成下成藏组合(李学义等,2003;胡瀚文等,2019),虽构造复杂,勘探风险较大,却仍不失为重要的油气区带。
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5 结论
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依据区域性不整合将阜康凹陷二叠系—三叠系划分为3套构造层-地层层序,分别是:下二叠统构造-地层层序,中二叠统构造-地层层序,上二叠统—三叠系构造-地层层序。在构造-地层层序划分的基础上,结合区域构造背景和研究区构造及沉积充填和沉降史分析,阜康凹陷二叠纪盆地属性及构造-沉积充填演化特征具有以下特点:
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(1)早二叠世,准噶尔盆地及周缘处于伸展环境,在阜康凹陷南缘和西部见同沉积断陷,盆地周缘的伸展构造应力由盆缘向盆内传递过程中减弱,伸展应力对阜康凹陷施加的影响较小,沉积相以扇三角洲—滨浅湖为主,该时期阜康凹陷尚未形成,阜康凹陷中东部仍为构造高部位。
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(2)中二叠世,阜康凹陷处于弱伸展坳陷阶段,构造沉降速率低,由于沉积基准面的下降,发育以滨浅湖—半深湖为主的细粒沉积,准噶尔盆地南缘的芦草沟组黑色页岩与阜康凹陷内的平地泉组细粒的泥岩沉积同为稳定构造环境下的产物,先存的断层基本不活动,且该时期西泉鼻凸为阜康凹陷西部的点物源。末期进入挤压的构造环境,早期正断层发生反转,阜康凹陷开始进入前陆盆地演化阶段。
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(3)晚二叠世,受北天山隆升影响,阜康凹陷已进入前陆盆地的演化阶段,盆地处于挤压环境,基底沉降和构造沉降速率明显加快,先存正断层持续发生反转,阜康凹陷东侧的北三台凸起发生了挤压隆升,造成了其上沉积的中二叠统发生了剥蚀,阜康凹陷以滨浅湖—半深湖相沉积为主,边缘沉积了厚层的扇三角洲砾岩,其垂向岩性序列具有砂砾岩-砂岩-泥岩的三段式特征。此外,盆地南缘下二叠统的发育,表明该时期阜康凹陷可能距离前陆冲断带的位置较远。
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(4)二叠纪盆地属性(即盆地原型)控制了阜康凹陷的源-储发育及配置关系,中二叠世发育的规模烃源岩和晚二叠世发育的储集体可以形成良好的源-储配置,莫南凸起和北三台凸起的斜坡区为有利的油气勘探区带,凹陷南缘的山前冲断-褶皱带也是重要的油气区带。
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致谢:审稿专家为文章修改提出的宝贵意见和建议使笔者深受启发,谨此致谢。
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参考文献
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摘要
阜康凹陷是准噶尔盆地重要的富烃凹陷,利用阜康凹陷东部及周缘深钻井、测井及深反射地震剖面,结合大地构造背景,以地震剖面精细解析、平衡剖面恢复和沉积充填分析等手段,识别出阜康凹陷晚石炭世—晚二叠世3个区域性不整合面,系统恢复了阜康凹陷二叠纪3期演化过程,分别是:① 早二叠世伸展断陷阶段,盆地西部断陷最明显,在阜康凹陷南缘和西部见同沉积断陷,盆地周缘的伸展构造应力由盆缘向盆内传递过程中减弱,伸展应力对阜康凹陷施加的影响较小,沉积相以扇三角洲—滨浅湖为主;② 中二叠世弱伸展坳陷阶段,盆地内发生了广泛的湖侵,阜康凹陷内地层沉积范围扩大,由于构造环境稳定,中二叠统发育以灰色、灰黑色泥页岩沉积为主要特征的滨浅湖—半深湖相。末期,进入挤压环境,阜康凹陷东侧的北三台凸起发生了隆升,造成了其上沉积的中二叠统发生剥蚀,阜康凹陷可能已经开始进入前陆盆地的演化阶段;③ 晚二叠世,阜康凹陷进入前陆盆地的演化阶段。该时期处于挤压的构造环境,前期的正断层发生反转,造成北三台凸起之上沉积的中二叠统继续发生剥蚀,阜康凹陷以半深湖—滨浅湖相沉积为主。阜康凹陷二叠纪的盆地属性决定了其源-储发育与配置关系。中二叠世发育的规模烃源岩和晚二叠世的储集体可以形成源-储配置。莫南凸起和北三台凸起的斜坡区为有利的油气勘探区带,凹陷南缘的前陆冲断带为重要的油气区。
Abstract
Fukang sag, a significant hydrocarbon-rich sag in the Junggar basin, exhibits a complex tectono-sedimentary history. This study integrates data from deep drilling wells, well logs, and deep-reflecting seismic profiles from the eastern and surrounding areas of the Fukang sag. By incorporating the tectonic background, fine interpretation, balanced cross-section technique, and sedimentary infill analysis, 3 regional unconformities from the Late Carboniferous to Late Permian were recognized. These unconformities delineate three distinct stages in the tectono-sedimentary evolution of the Fukang sag: ① The extensional fault depression during the early Permian, characterized by the observation of synsedimentary faults at the southern and western edges of the Fukang sag and in the western Junggar basin. The extensional structural stress around the basin weakened during the transmission process from the edge to the interior of the Junggar Basin, with a relatively minor impact of extensional stress on the Fukang sag. The sedimentary facies are mainly fan delta and shallow lake. ② The weak extensional depression in the middle Permian, marked by extensive lake intrusion, occurred in the Junggar basin, leading to an expanded sedimentary range in the middle Permian deposits in the Fukang sag. The stable tectonic environment during the Middle Permian fostered the development of shallow to semi-deep lacustrine sediments characterized by gray and gray-black mud shale deposition. At the end of the middle Permian, transitioning into a compression environment, the Beisantai uplift on the eastern side of the Fukang sag experienced uplift, causing erosion of the Middle Permian strata. Concurrently, the Fukang sag potentially entered the evolutionary stage of a foreland basin. ③ In the Late Permian, the Fukang sag had progressed into the foreland basin evolution stage. This phase was characterized by a compressional tectonic environment, leading to the reversal of pre-existing normal faults from the early stage. This reversal triggered erosion of the middle Permian deposits on the Beisantai uplift. The sedimentary environment in the Fukang sag is characterized by semi-deep and shallow lacustrine facies. The Permian-age characteristics of the Fukang depression profoundly influenced the development and spatial arrangement of hydrocarbon source rocks and reservoirs. The extensive Middle Permian source rocks and the high-quality reservoirs formed during the Late Permian constituted the source-reservoir configuration. The slope zones adjacent to the Monan uplift and Beisantai uplift represent favorable areas for hydrocarbon exploration, while the foreland thrust belt along the southern margin of the depression constitutes an important hydrocarbon region.
Keywords
basin's attribute ; tectono-sedimentary evolution ; Permian ; Junggar basin ; Fukang sag
