準噶爾盆地南緣霍—瑪—吐構造帶構造建模與瑪河氣田的發現

匡立春 王緒龍 張健 夏惠平

1.中國石油新疆油田公司 2..中國石油新疆油田公司勘探開發研究院地球物理研究所

準噶爾盆地南緣霍—瑪—吐構造帶構造建模與瑪河氣田的發現

匡立春1王緒龍1張健2夏惠平2

1.中國石油新疆油田公司 2..中國石油新疆油田公司勘探開發研究院地球物理研究所

霍爾果斯—瑪納斯—吐谷魯構造帶屬于準噶爾盆地南緣前陸沖斷帶第二排含油氣構造單元，構造變形強烈，構造圈閉高點難以落實。為指導該區油氣勘探工作，基于斷層相關褶皺幾何模型的構造解析方法，從瑪納斯背斜構造形成與演化分析入手，以地面地質和鉆井構造數據為約束條件，建立了與實際構造特征吻合的幾何模型，將復雜構造帶構造解釋的多解性限制在合理的范圍內；通過正演平衡地質剖面制作，再現了霍—瑪—吐構造幾何變形的運動學過程，準確刻畫了瑪納斯背斜構造形態，為瑪河氣田的發現提供了可靠的技術支持，指導了準噶爾盆地南緣沖斷帶霍—瑪—吐構造的下一步油氣勘探。

準噶爾盆地南緣 霍—瑪—吐構造帶 構造建模 瑪河氣田發現

圖1 準噶爾盆地南緣沖斷帶中西段構造綱要圖

準噶爾盆地南緣由于受燕山期和喜馬拉雅期兩幕構造運動的影響，特別是受到喜馬拉雅期強烈構造運動的影響，北天山向北擠壓推覆，從而使準南現今在平面構造帶上具有南北分帶、東西分段的特征，由南向北劃分為3排局部構造帶：山前沖斷構造帶、霍爾果斯—瑪納斯—吐谷魯構造帶（以下簡稱霍—瑪—吐構造帶）和安集海—呼圖壁背斜帶［1－6］（圖1）。雖然霍爾果斯背斜、瑪納斯背斜、吐谷魯背斜地處準南沖斷帶的第二排構造帶上，但新近紀以來受印度板塊與歐亞板塊碰撞并持續擠壓的遠距離效應，使得霍—瑪—吐構造帶依然發生了強烈構造變形，其復雜的逆沖推覆及地層疊加變形導致地震反射的信噪比較低、地震反射品質較差，給構造圈閉落實帶來很大的困難。

基于斷層相關褶皺幾何模型的構造解析方法，構造幾何模型解析與數字模擬相結合，應用國際上對復雜構造帶構造變形解釋及構造建模方法［7］，從瑪納斯背斜構造形成與演化分析入手，以地面地質和鉆井構造數據為約束條件，建立了與實際構造特征吻合的幾何模型，使復雜構造帶構造解釋的多解性限制在合理的范圍內；通過正演平衡地質剖面制作，再現了霍—瑪—吐構造幾何變形的運動學過程，準確刻畫瑪納斯背斜構造形態，為瑪河氣田發現提供了可靠的技術支持，指導了南緣沖斷帶霍—瑪—吐構造下一步油氣勘探。

1 復雜構造建模技術與方法

1.1 構造變形的幾何分析與構造數值模擬

構造幾何分析方法是指對構造變形進行幾何解析，定量或半定量地確定斷層與地層變形的形態，確定構造幾何變形樣式。按照斷層相關褶皺幾何模型，地層與斷層幾何形態間存在對應的幾何關系，解釋人員可以根據地震剖面中獲取的幾何參數去合理推測未知的幾何參數。因此，根據地震反射剖面特征選取合適的幾何模型，可以幫助限定地震影像品質較差區域的構造幾何形態［7］。

構造數值模擬是指基于斷層相關褶皺的幾何模型，利用計算機軟件來模擬斷層和地層變形的整個過程。此外，構造數值模擬過程中還可以加入構造活動時期因沉積速率與隆起速率比變化導致的一些特有生長沉積特征，幫助定量化劃分構造體系、分解構造活動期次［7］。

1.2 正演平衡地質剖面技術

基于斷層相關褶皺模型基礎，近年來發展起來并被普遍采用的正演平衡地質剖面制作技術是一項構造動態運動幾何變形的數字模擬與復原技術。通過構造變形的平衡恢復，可尋求地震剖面的最佳構造解釋方案，并可再現構造變形的疊加過程與演化歷史。因此，應用正演平衡地質剖面技術可制作地層從初始形態到最終形態的幾何變形過程。

1.3 三維構造建模

當傳統的二維構造幾何學運動學分析已不能滿足人們對地質體的直觀研究需求時，三維構造建模技術就應運而生。隨著近年來計算機成圖技術的發展，三維構造分析與可視化成圖已成為一種全新的構造分析手段，它可以揭示二維構造模型無法表述的構造地質含義，如斷層體系的空間展布情況、斷層位移量的橫向變化與轉換、斷層橫向變化導致的地層幾何形態改變等。因此，借助于三維構造建模軟件（例如GoCAD），可以多視角、直觀、立體地觀察地質體的空間形態。而且，在二維構造幾何學運動學分析的基礎之上，結合三維構造建模分析已成為構造地質學界另一個熱點研究領域［8］。

2 霍—瑪—吐構造帶構造幾何學特征分析

在地震剖面上，霍—瑪—吐構造帶呈現相同的地質構造特征，因此可以利用瑪納斯背斜帶地震構造解釋的方法與瑪河氣田勘探經驗，利用三維構造分析技術建立霍—瑪—吐構造帶的三維構造模型，通過地震剖面的構造分析，進一步解剖南緣中段其他相似構造特征，分析各背斜單元的橫向構造轉換關系，為霍—瑪—吐構造帶油氣勘探奠定堅實的構造基礎。

2.1 霍—瑪—吐構造帶的三維構造模型

在霍—瑪—吐構造帶各背斜的構造建模的基礎上，通過對構造帶地震剖面的構造解釋，獲得霍—瑪—吐構造帶斷裂體系與反射層形態的三維幾何模型，分為上下兩套構造體系。

1）上構造體系：源自安集海河組（E2－3a）泥巖滑脫層系，在滑脫—逆沖過程使霍爾果斯、瑪納斯和吐谷魯背斜推覆至地表，形成霍—瑪—吐逆沖推覆構造體系。構造走向呈東西向延伸，由3條推覆斷層在地表呈“品”字形排列（圖2－a）。

圖2 霍—瑪—吐構造帶地表推覆斷層展布三維構造模型圖

2）下構造體系：構造過程源自侏羅系西山窯組（J2x）煤系滑脫層，在滑脫過程中分別于各地表背斜深部產生逆沖，并在逆沖時遭受構造受阻，誘發反向逆沖斷層，組合為構造三角楔樣式（圖2－b）。

分析得出霍—瑪—吐構造帶霍爾果斯背斜等3個背斜不僅具有相同的構造背景，并且其構造組合樣式也基本相似，為構造體系在垂向上的疊加。下部構造體系（構造三角楔）首先形成，造成白堊系及其以上地層的褶皺變形；其后沿安集海河組泥巖的滑脫斷層開始出現，霍—瑪—吐構造帶出現滑脫—逆沖過程，斷層沿早期形成的深部背斜的南翼向地表逆沖，形成霍—瑪—吐逆沖推覆體系。

2.2 瑪納斯背斜構造建模

瑪納斯背斜位于準南中段沖斷帶的第二排構造單元——霍—瑪—吐構造帶中間位置（圖1），三維地震剖面顯示，瑪納斯背斜由深淺兩個構造體系疊加而成（圖3）。其中淺部體系為一個逆沖推覆構造，推覆斷層源自北天山山前，沿始—漸新世安集海河組（E2－3a）底部的泥巖層順層滑脫，在瑪納斯背斜前翼發生突破，在近地表位置分叉為2～3條逆沖斷層；深部體系為一個復合型構造三角楔，該三角楔首先由底部的正向逆沖斷層（Ff）沿侏羅系西山窯組煤層滑脫，隨后在斷坡處誘發2～3條反向逆沖斷層（Fb），造成古近系反射層出現多個傾角域，形成多個后列式構造三角楔，組成一個復合型構造三角楔。此外，在深部體系對應的瑪納斯背斜核部，可以看出白堊系反射層垂向上存在傾角變化，表現出該處發育次級的南傾斷層（圖3中F2）。由于該次級斷層與主斷層Fb相交或接近相交，故該斷層應歸結為斷層Fb誘發的反向逆沖斷層，它們組成了瑪納斯背斜核部的次一級構造三角楔。同時，在該背斜核部的E1－2z反射層可看到反射波組錯斷，結合多條地震剖面反射特征可以把褶皺反射波組錯斷歸結為呈“Y”形排列的小斷層F3作用，這些小斷層局限于E1－2z反射層內，與深部的主要斷層無連接痕跡。因此，可以認為斷層F3體系為受深部構造三角楔活動，對應反射層褶皺變形時誘發的次級斷裂體系，應歸屬于褶皺調節斷層［8］。

圖3 瑪納斯背斜過井地震剖面的構造精細解釋圖

通過上述對瑪納斯背斜的構造精細解釋，可以將瑪納斯背斜帶的構造特征歸納總結如下：

1）瑪納斯背斜淺層為一個沿始—漸新世安集海河組（E2－3a）底部的泥巖層順層滑脫的逆沖推覆構造，斷層在瑪納斯背斜前翼發生突破出露地表。

2）瑪納斯背斜深部發育復合型構造三角楔，它由正向逆沖斷層及其派生的多組反向逆沖斷層組成，且正向斷層向上在瑪納斯背斜前翼還發育了2～3條正向分支斷層。

3）在背斜核部的白堊系（K）反射層內，由反向逆沖斷層Fb誘發的多組次級反向逆沖斷層F2與斷層Fb組成深部復合型構造三角楔的次級復合型構造三角楔。

4）深部復合型三角楔核部發育褶皺調節斷層，這些斷層屬褶皺過程中出現的小斷層體系，斷層位移量雖然較小，但對E1－2z儲集層的孔隙度特別是滲透率有較大的改造。

3 瑪河氣田的發現

圖4 瑪納斯背斜過井地震剖面的早期構造解釋方案圖

瑪納斯背斜通過兩次構造研究與構造圈閉的成圖，其構造高點位置、圈閉形態、圈閉面積均相差甚遠。2號井是瑪納斯背斜油氣獲得突破的發現井，證明了基于斷層相關褶皺幾何模型的構造解析方法勾繪出新構造圖的正確性。顯然，基于構造幾何分析上的構造精細解釋方案較為準確地描述了瑪納斯背斜的深部隱伏構造變形特征。可以說，正是合理的構造幾何形態建立以及構造變形分析才使得對瑪納斯背斜的構造變形有了正確深入的認識，促進了瑪河氣田的早日發現。雖然早期的構造解釋方案已給出了瑪納斯背斜沖斷構造變形體系的總體格局，卻沒有認識到復合構造三角楔。然而，構成深部復合三角楔體系的4條斷層，即1條正向逆沖斷層和3條反向發育位置及其形態（圖3）均與過瑪納斯背斜的最新地震剖面構造建模方案（圖4）大相徑庭。主要的區別在于：

1）早期的構造解釋方案未考慮深部復合三角楔的正向逆沖斷層發育位置應該沿著侏羅系西山窯組煤層（J2x）區域滑脫面向北逆沖。

2）早期解釋方案給出的深部反向逆沖斷層發育位置帶有較大的猜測性，且斷層存在明顯切割地震剖面同相軸的現象。

3）早期解釋方案未能解釋出次級構造三角楔以及褶皺調節斷層等次級構造。

當然，受地震剖面采集、處理等技術手段的限制，老的地震剖面其品質不高是導致早期構造解釋未能詳盡瑪納斯背斜構造特征的一個重要原因，但過去未吸收采納復雜構造建模技術手段來解析準南褶皺沖斷帶的復雜構造變形，應是阻礙霍—瑪—吐構造帶油氣勘探進展最重要的原因之一。

基于早期瑪納斯背斜構造模型基礎之上的瑪納斯背斜紫泥泉子底構造圖，瑪納斯背斜為一狹長的線狀背斜，溢出點海拔為－2 800 m，最高圈閉線為－2 600 m，高點位于N8709附近。據此部署1號井與最新的瑪納斯背斜構造圖（圖5）。

圖5 瑪納斯背斜古近系紫泥泉子組底界構造圖（1997）

根據對瑪納斯背斜構造精細解釋提供的成果，瑪納斯背斜淺層逆沖斷層下盤存在較為完整的背斜圈閉，背斜兩翼發育傾向相對、向深部延伸的逆沖斷層，溝通了深部白堊系烴源巖。利用構造圈閉成圖提供的基礎數據，結合油氣成藏綜合分析，中國石油新疆油田公司2004年新部署測線結合老資料目標處理，在構造建模基礎上進行構造精細解釋，準確描繪了瑪納斯背斜帶的構造圈閉特征與細節，瑪納斯背斜為相對寬緩的長軸背斜，溢出點海拔為－2 700 m，最高圈閉線為－2 100 m，高點位于N8709以東3 300 m處（圖6）。2 006年7月在瑪納斯背斜的構造高點部位鉆探2號井，在紫泥泉子組喜獲高產工業油氣從而發現了瑪河氣田。可以發現：早期的瑪納斯背斜構造圖其構造高點、圈閉面積、圈閉形態等均與鉆探結果相差甚遠。顯然，只有基于復雜構造變形幾何學運動學研究的合理構造模型，才能更加逼近復雜構造變形的本質。

圖6 瑪納斯背斜古近系紫泥泉子組底界新的構造圖（2006）

4 瑪河氣田的發現對南緣前陸沖斷帶的勘探意義

瑪河氣田的發現進一步證實了南緣油氣勘探前景廣闊，為南緣前陸沖斷帶復雜構造油氣勘探提供了非常寶貴的經驗，具有重要的勘探意義。

1）瑪河氣田的發現是南緣沖斷帶中組合油氣勘探的又一重大發現南緣二、三排大構造是南緣油氣勘探的重點領域，它的發現是繼呼圖壁氣田發現數年之后又的一重大發現，為南緣沖斷帶霍爾果斯、吐谷魯、安集海背斜等含油氣構造精細勘探提供了寶貴的經驗。

2）瑪河氣田的發現進一步展示了該領域具備良好油氣成藏條件。安集海河組巨厚異常高壓泥巖良好的封蓋條件有利于高陡復雜構造油氣的保存；深大斷裂的發育溝通了深部烴源；構造變形適中的中部成藏組配備良好的規模儲層。

3）形成了針對準噶爾盆地南緣沖斷帶復雜構造帶勘探的配套分析技術與方法，為南緣下組合大構造尋找大油氣田勘探堅定了信心。

4）瑪河氣田是準噶爾盆地第一個當年探明、當年開發的高效氣田。為當年緩解烏魯木齊冬季用氣緊張作出了巨大貢獻，取得了巨大的社會經濟效益。

5 結論

準噶爾盆地南緣中段霍—瑪—吐構造帶具有相似的構造背景，形成的構造組合樣式一致，因此，霍—瑪—吐背斜帶上的瑪河氣田的發現，無疑為霍爾果斯背斜、吐谷魯背斜等構造的油氣勘探注入新的活力，其研究技術與勘探經驗可推廣至南緣中段的廣大區域。

霍—瑪—吐構造帶深部（霍—瑪—吐推覆斷裂下盤）白堊系與侏羅系內（即下部成藏組合）存在構造三角楔引起的背斜變形，也具有良好的勘探前景。

［1］李樹新，何光玉，何開泉，等.準噶爾盆地南緣霍—瑪—吐構造帶晚新生代構造變形特征及時間［J］.浙江大學學報：理學版，2008，35（4）：460－463.

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Structural modeling of the Huoerguoshi－Manashi－Tugulu thrust belt at the southern margin of the Junggar Basin and the discovery of the Mahe Gas Field

Kuang Lichun1，Wang Xulong1，Zhang Jian2，Xia Huiping2
（1.Xinjiang Oilfield Company，PetroChina，Karamay，Xinjiang 834000，China；2.Geophysical Research Department of Exploration and Development Research Institute，Xinjiang Oilfield Company，PetroChina，Urumqi，Xinjiang 830013，China）

NATUR.GAS IND.VOLUME 32，ISSUE 2，pp.11－15，2／25／2012.（ISSN 1000－0976；In Chinese）

The Huoerguoshi－Manashi－Tugulu thrust belt with strong deformation belongs to the tectonic unit in the second row of the piedmont of southern margin of the Junggar Basin，which brings about great difficulty in the judgment of structural traps.Through structural analysis based on the geometry model of the fault related folding，a study was first performed on the formation and evolution of the Manashi anticline structure.Then，a geometry model was set up completely simulating the actual structure with outcrop observation and drilling data as the constraints，which helps restrict the multiple explanations on the complex structural belt to be within the reasonable range.Finally the geological profile was charted by forward balanced modeling to reconstruct the geometrical kinematics of the Huoerguoshi－Manashi－Tugulu thrust belt and accurately characterize the features of the Manashi anticline structure，which provides robust technical support for the discovery of the Mahe Gas Field and guides the further hydrocarbon exploration in this thrust belt.

Junggar Basin，southern margin，Huoerguoshi－Manashi－Tugulu thrust belt，structural modeling，Mahe Gas Field

匡立春，1962年生，教授級高級工程師；主要從事油氣勘探研究工作。地址：（834000）新疆維吾爾自治區克拉瑪依市迎賓路66號。電話：（0990）6883113。E－mail：klc＠petrochina.com.cn

匡立春等.準噶爾盆地南緣霍—瑪—吐構造帶構造建模與瑪河氣田的發現.天然氣工業，2012，32（2）：11－16.

10.3787／j.issn.1000－0976.2012.02.003

2011－12－15 編輯 趙 勤）

DOI：10.3787／j.issn.1000－0976.2012.02.003

Kuang Lichun，professor－level senior engineer，born in 1962，is mainly engaged in research of oil and gas exploration.

Add：No.66，Yinbin Rd.，Karamay，Xinjiang 834000，P.R.China

Tel：＋86－990－6883 113 E－mail：klc＠petrochina.com.cn