敦煌盆地五墩凹陷中新生代構造演化及其油氣地質意義

蔡利飄

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敦煌盆地五墩凹陷中新生代構造演化及其油氣地質意義

蔡利飄

（中國石化勝利油田勘探開發研究院西部分院，山東東營 257000）

敦煌盆地五墩凹陷是河西走廊新發現的含油氣凹陷，對其研究尚處于初始階段。通過二維地震和鉆井的精細解釋，綜合分析凹陷的結構特征和構造演化歷史，研究認為，根據凹陷的結構特征，將其劃分為北部斜坡帶、中央洼陷帶和南部斷階帶3部分；構造演化史可分為5個階段，即早-中侏羅世斷陷期、中-晚侏羅世坳陷期、早白堊世斷陷期、晚白堊世-新近紀擠壓抬升剝蝕期、新近紀-第四紀走滑-逆沖坳陷期。五墩凹陷下侏羅統大山口組和中侏羅統中間溝組沉積期，有利于主力烴源巖的形成，北部斜坡帶發育的辮狀河三角洲水下分流河道和南部扇三角洲為有利砂體，是下一步的勘探方向。

敦煌盆地；五墩凹陷；構造演化

1 地質概況

五墩凹陷位于敦煌盆地安墩坳陷中東部，北為玉門關斜坡帶，南臨三危山隆起，西靠南湖低凸起，東接甜水井凸起（圖1），沉積了下侏羅統大山口組（J1d）、中侏羅統中間溝組（J2z）和新河組（J2x）、上侏羅統博羅組（J3b）、新近系和第四系地層，凹陷面積約3 400 km2。五墩凹陷是河西走廊地區的一個含油氣凹陷，近年來完鉆的西參1、墩1井均在中–下侏羅統鉆遇優質烴源巖并見良好的油氣顯示。

敦煌盆地構造上位于東天山造山帶和祁連造山帶之間，屬于阿爾金斷裂系[1]的一部分，特殊的構造位置源于復雜的構造發展歷史。由于該區的研究資料較少，尚處于摸索階段，筆者在廣泛調研研究區及周緣文獻資料的基礎上，通過精細解剖五墩凹陷二維地震及鉆井資料，綜合分析其結構特征、構造演化歷史和油氣地質意義。

圖1 敦煌盆地構造單元劃分

2 結構特征分析

由于塔里木運動，阿爾金地區整體隆升及燕山晚期盆地的走滑抬升，敦煌盆地存在兩大區域性不整合面，致使盆地現今結構縱向上可劃分為三大構造層：基底構造層、隆坳構造層和平板構造層（圖2、圖3）。下部基底構造層為元古界剛性結晶基底，總體變形程度較弱；中部構造層為中生界侏羅系，是盆地的重要勘探層。縱向上中生界構造層變形較強，究其原因，中生界除受晚燕山期的擠壓作用外，還疊合了喜山期的逆沖擠壓，而其以濱淺湖-半深湖的湖相泥巖、炭質泥巖、煤層夾砂巖的巖性組合使構造層易于變形，形成隆坳構造格局的物質基礎。五墩凹陷新生界屬于上部平板構造層，結構簡單、平緩，反射波組連續性好、相互平行或亞平行。

圖2 五墩凹陷SSE-NNW向地震剖面

圖3 五墩凹陷SWW-NEE向地震剖面

根據五墩凹陷中侏羅統中間溝組（主要含油層系）底面構造圖的結構特征（圖4），可將其劃分為北部斜坡帶、中央洼陷帶和南部斷階帶3個部分。平面上，斷層展布方向近東西，與阿爾金斷裂帶近乎平行，三危山北斷層（F1-3），F1-1斷層，控制洼陷大山口組地層原始沉積，F1-1，F1-2，F1-3控制殘留洼陷構造形態，F2-1，F2-2控制凹陷后期改造。三危山山前斷裂活動時間長，走滑、逆沖作用強，北部斜坡帶上的斷層斷距小、逆沖作用弱，受此影響，五墩凹陷的變形程度為南強北弱，致使南部斷階帶地層較為破碎，地震剖面表現為連續性差的反射特征。

圖4 五墩凹陷構造單元劃分

3 構造演化分析

含油氣盆地的構造演化對油氣成烴、成藏的各種要素起到控制作用，而重建構造演化可以為含油氣盆地的綜合分析提供可靠的依據。構造演化分析的方法包括寶塔法、厚度法、平衡剖面法、地震屬性恢復法、三維空間法和同一變形體法，其中的關鍵技術在于剝蝕量恢復、去壓實、去褶皺與古水深矯正[2]。受資料限制，筆者本次重點依據鉆井以及二維地震資料，采用平衡剖面法重建五墩凹陷中新生代以來構造演化歷史（圖5）。

圖5 五墩凹陷南北向構造演化剖面

3.1 早-中侏羅世斷陷期

3.1.1 早侏羅世初始斷陷期

侏羅系沉積前，印支運動導致三疊紀松潘甘孜地體與中國大陸主體碰撞拼貼造山、庫拉-太平洋板塊相對于向歐亞大陸俯沖，在整個敦煌盆地形成一系列低矮的山丘（低凸起區）、山間洼地（凹陷區）和溝梁，地形分異明顯，凹陷分割性強，呈現凸凹相間分布格局。侏羅紀早期，在中國特提斯洋迅速擴張等構造因素的影響下，塔里木板塊、西伯利亞板塊和華北板塊產生了不同規模的旋轉。華北板塊北移且逆時針旋轉，塔里木板塊順時針旋轉，西伯利亞板塊以較小的幅度順時針旋轉，此時期，五墩凹陷邊緣斷裂（F1-3與F1-1）拉張活動控制形成南北雙斷斷陷，控制著侏羅系下統大山口組的早期發育，同時對溝谷古地貌填平補齊。早侏羅世晚期，斷裂F1-1活動漸弱，五墩凹陷主要受三危山北部斷裂控制演變成南斷北超的單斷斷陷（圖2）。

3.1.2 中侏羅世早期斷陷發展期

中侏羅世五墩凹陷斷陷作用進一步發展，水位升高引起湖泛，較大型湖泊開始發育，在侏羅系中統下部中間溝組沉積了一套巖性以湖湘泥巖、砂質泥巖、泥質粉砂巖為主的細粒碎屑巖建造。古氣候環境發生了急劇的變化，中間溝組早期沉積期氣候溫暖濕潤，半深湖相暗色泥巖沉積范圍快速擴大，成為敦煌盆地主力烴源巖發育層段。之后，中間溝組中晚期氣候轉變為干燥炎熱，巖石顏色以棕紅色、紅色為主色調。

斷陷期的沉降中心位于控凹邊界斷層一側，明顯受邊界大斷層的制約。受阿爾金斷裂影響，三危山北緣斷層控制了五墩凹陷的地層發育，沉積厚度明顯加大，五墩凹陷總體上表現為南斷北超的格局。

3.2 中-晚侏羅世坳陷期

中侏羅世中期的早燕山運動，是西北地區沉積盆地發展過程中一個重要的歷史轉折期，使得西北地區的侏羅系盆地在類型上發生轉變，結束了早期的斷陷盆地的演化，開始了擠壓坳陷型盆地的演化階段。在地震剖面上形成中侏羅統下部中間溝組和上部新河組呈假整合面或沉積相突變面，這是地殼整體抬升的結果。此時期沉積大于沉降，前期各斷陷湖盆被填平補齊進入準平原化發展階段，沉積了一套主要由紅色粗碎屑組成的河流-沖積扇相地層。

3.3 早白堊世斷陷期

五墩凹陷內部西參1井與墩1井均缺失白堊系地層，但研究推測認為，早白堊世曾發育拉張斷陷，而且沉積厚度大于500 m，主要依據如下：一是利用鉆井和地震資料恢復晚侏羅系至古近系間的剝蝕量700~1 000 m，現今上侏羅統博羅組殘留厚度約700 m，如果沒有沉積白堊系-古近系，則上侏羅統原始厚度可達1 400 m以上，這將遠大于該盆地中統地層厚度1 000 m，與西北地區中統是侏羅系主要成盆期不符；二是盆地東部地區的北大窯、紅柳峽和旱峽等地區發育120.1~102.2 Ma的堿性玄武巖，具有富集地幔來源特征，形成于陸內伸展構造中[3]。在三危山中西段發育大量基性巖墻，其年代為136~99.11 Ma，具有OIB特征，該巖漿的形成與巖石圈減薄和軟流圈上涌有關；三是在盆地東側的大壩凹陷南緣出露有下白堊統地層。

3.4 晚白堊世-古近紀擠壓抬升期

燕山晚期，由于南部的中特提斯洋關閉，拉薩地塊與歐亞板塊拼貼，引起阿爾金構造域普遍抬升，造成敦煌盆地晚白堊紀沉積間斷，使盆地普遍缺失上白堊統及古近系，導致早白堊世-晚侏羅世地層遭受嚴重剝蝕。在盆地中多處地震剖面均可見到新近紀疏勒河組與下伏侏羅系呈角度不整合接觸。

3.5 新近紀晚期-第四系走滑-逆沖坳陷期

新近紀晚期-第四紀初的喜馬拉雅主幕運動結果使印度板塊向北和西伯利亞板塊向南強烈擠壓，引起阿爾金左旋走滑斷裂帶急劇活動，使敦煌盆地進入走滑-逆沖坳陷期，盆內接受了厚度600~2 000 m的沖積扇和河流相碎屑巖沉積。

4 油氣地質意義

從以上分析可知，五墩凹陷在中新生代地質歷史經歷了5大演化階段。早-中侏羅世，五墩凹陷受三危山北斷裂影響，表現為南斷北超的斷陷盆地；沉積中心受同生斷層控制，斷層控制了烴源巖平面分布和縱向發育，南部靠近三危山北斷層的陡坡帶可發育扇三角洲，中部為湖相-半深湖沉積，北部緩坡帶一側可發育辮狀河三角洲，三角洲前緣、扇三角洲前緣泥和湖相泥巖是本區的主要烴源巖，具備一定的生油能力。烴源巖的生烴過程取決于它所經歷的埋藏史和地溫史，而埋藏史和溫度受盆地的構造演化所制約[4–7]。西參1井o均值為0.8%，據o測算，五墩凹陷烴源巖達到成熟所需的埋深約3 100 m，主力排烴期為早白堊世，中-晚侏羅至白堊紀早期，五墩凹陷基底持續下沉，可達到生烴門限，早中侏羅統的烴源巖埋藏深、熱演化程度高。雖然晚白堊世地層抬升剝蝕，但此時，源巖已完成一次生烴。

南部斷階帶的扇三角洲、北部辮狀河三角洲前緣的水下分流河道，為研究區有利砂體，均可形成較好的儲蓋組合，易于形成構造、巖性-構造油氣藏。

5 結論

（1）五墩凹陷，縱向上可分為基底構造層、隆拗構造層和平板構造層；平面上，可將五墩凹陷劃分為北部斜坡帶、中央洼陷帶和南部斷階帶。

（2）五墩凹陷中新生代以來的構造演化歷史可分為5個階段：早-中侏羅世斷陷期、中-晚侏羅世坳陷期、早白堊世斷陷期、晚白堊世-新近紀早期擠壓抬升期、新近紀晚期-第四系走滑-逆沖坳陷期五大演化階段。

（3）五墩凹陷早-中侏羅世的沉積環境，有利于烴源巖的形成，區內的西參1井與墩1井已經證實了烴源巖的存在。北部斜坡帶發育的辮狀河三角洲水下分流河道和南部扇三角洲為有利砂體，是下一步勘探的重點方向。

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編輯：趙川喜

1673-8217（2017）05-0001-04

TE111.1

A

2017-03-27

蔡利飄，工程師，1985年生，2007年畢業于中國地質大學（北京）地球物理學專業，現從事地震資料綜合解釋工作。