柴達木盆地諾木洪凹陷構造演化及有利區預測

王 福

（1.西安石油大學地球科學與工程學院，陜西 西安 710065；2.陜西省油氣成藏地質學重點實驗室，陜西 西安 710065）

盆地構造特征及演化的研究一直是油氣田構造研究中最重要的內容。通過解析盆地形成和改造過程中不同階段的結構特征以及每個時期的構造演化過程，不僅可對盆地的形成演化過程及其動力學機制研究提供重要約束和參考意義，還可為油氣勘探提供科學依據和基礎素材。自古生代以來，柴達木盆地經歷了海西、印支、燕山、喜山等多期旋回成盆作用［1］，致使其及內部諾木洪凹陷構造特征和構造演化的歷史過程較為復雜。前人對諾木洪凹陷的研究較少，對其構造特征、構造演化認識不清，制約了該區的油氣勘探進展。本文通過對諾木洪凹陷石炭系構造演化、地層沉積等方面進行研究，以期為諾木洪凹陷形成演化的過程及其油氣勘探提供依據。

1 地質概況

柴達木盆地地處青藏高原北部，被祁連山、昆侖山和阿爾金山所環繞，是青藏高原北部大型新生代山間盆地［2-4］（圖1）。柴達木盆地經歷了海西、印支、燕山、喜山等多期旋回成盆作用，發育石炭-二疊系、侏羅-白堊系、古新統-上新統上油砂山組和新近系上油砂山組-第四系四個構造層［1］，其間被印支、燕山、喜山三大構造運動所形成的不整合面所分隔。柴東（柴達木盆地東部）地區主要發育兩個大的角度不整合面，第一個是印支運動所形成的古生界和中生界間的不整合面，第二個是晚燕山運動所形成的中生界和新生界間的不整合面。四期構造運動對柴達木盆地每個時期原盆沉積面貌和古構造的形成演化過程均有著重要影響，最終喜山晚期的構造運動形成了現今的構造格局。

圖1 柴達木盆地構造單元劃分

在盆緣祁連山及北昆侖強烈對沖作用下，整個柴東地區呈現三凹兩凸、凹凸相間的構造格局。埃南、埃北及歐北斷裂分別分割了諾木洪、埃姆尼克山、歐南-歐龍布魯克山及德令哈凹陷［5］。受北西向斷裂差異性壓縮作用影響，柴東地區構造單元呈現東西分塊、凹凸相間的特征。諾木洪凹陷位于柴東地區的東南部，北界為馬海-大紅溝隆起南翼的陵間斷裂以及埃南斷裂，南界為宗加斷裂，是一個以古生界-中生界殘留地層為主的凹陷。諾木洪地區廣泛分布石炭系（圖2），石炭系主要分布在埃南斷裂的下盤；石炭系頂部被剝蝕，與其上覆地層呈角度不整合接觸；石炭系殘留厚度在諾木洪凹陷內部差異較大，總體呈現自西向東逐漸減薄的趨勢［6］。

圖2 諾木洪凹陷石炭系地層巖性綜合柱狀圖

2 構造格架與地層接觸關系

2.1 構造格架

柴東地區在多期構造運動的疊加影響下，形成了南北分帶、東西分塊的現今構造格局，其中，北西西-北西向構造是本區的主控構造。

在根據鉆井、鉆孔落實各構造單元地層序列的基礎上，結合地震、電法等資料［7］，編制諾木洪凹陷及其周緣地質結構剖面（圖3）。該剖面從阿爾金東部延伸至鄂拉山西部，包括伊北凹陷、諾木洪凹陷兩個構造單元，以此建立該區構造地層格架。

圖3 伊北凹陷-諾木洪凹陷北西向地質結構剖面

不同構造單元地層發育及殘留分布差異較大［8］。諾木洪是以中生界-古生界殘留地層為主的凹陷。從地層厚度變化上可以看出，諾木洪凹陷存在多期構造反轉。在燕山晚期強烈擠壓作用下，發生構造反轉，諾木洪凹陷西部全吉一帶抬升作用明顯，上侏羅統-白堊系遭受強烈剝蝕；這一反轉過程一直持續到喜山早期，使整個諾木洪凹陷缺失古近系。喜山中期，再一次反轉，諾木洪凹陷新近系地層沉積厚度較大，到第四紀達到最大規模。

由北西向剖面A-A1（圖1）可以看出，印支期區域性剝蝕作用使大部分地區石炭系幾乎被剝蝕殆盡，僅部分凹陷局部殘留；早侏羅世，抬升作用擴展到諾木洪地區，但伊北地區開始沉降，接受沉積；中侏羅世構造環境相對穩定，諾木洪地區開始接受沉積，而伊北凹陷開始抬升剝蝕；燕山晚期，諾木洪地區擠壓抬升幅度最大，一直持續到喜山早期，致使區內缺失白堊系和古近系，至喜山中期才重新開始接受沉積，直到喜山晚期仍為持續性沉降區，諾木洪地區發育較厚的第四系。

2.2 地層接觸關系

由地震剖面可以看出，石炭系內部各組段均表現為整合或假整合接觸，為典型的穩定克拉通臺地［9］。后期受晚海西、印支、燕山、喜山多期構造運動影響，石炭系構造變形強烈，遭受較強的剝蝕改造作用，表現為石炭系與其上覆地層間呈角度不整合接觸。

諾木洪凹陷北部沖斷于埃姆尼克山之上，下石炭統地層與中新統上干柴溝組呈角度不整合接觸。埃姆尼克山前過HB14-1鉆孔的地震剖面揭示，下石炭統呈現弱-中等振幅、蠕蟲狀、連續性較差的特征；鉆探揭示新近系與石炭系直接接觸，二者呈不整合接觸（圖4）。另外，過霍參1井的近南北向地震剖面揭示，下石炭統地層與上覆中生界地層（侏羅系、白堊系）呈明顯角度不整合接觸，頂部表現為強波組特征，呈層狀反射；下部為雜亂反射，且連續性較差；內部反射具有一定的差異性，橫向不穩定，夾有波狀、鏈狀、蠕蟲狀反射［10］。

圖4 過HB14-1鉆孔地震地質綜合解釋剖面

3 ?斷裂展布及演化

3.1 斷裂展布特征

諾木洪凹陷自下而上發育古生界、中生界和新生界三套地層。由橫切凹陷的南東向地震剖面（1212測線）可以看出，每個時期所對應的地層殘留厚度各不相同（圖5），表明該凹陷發生了多期構造反轉。印支末期構造活動強，整體呈西薄東厚特征，斷裂非常發育；早中侏羅世，在埃姆尼克山一帶沉積厚度較大，凹陷北部和東部均表現為低凸起，未沉積中-下侏羅統地層。燕山晚期地層反轉作用較強，西部抬升導致其上部地層遭受剝蝕；喜山早-中期經歷了又一次反轉，東南側抬升，古近系-新近系地層由西北向東南逐層向上超覆［11-12］。

圖5 諾木洪凹陷北西-南東向1212測線地震解釋剖面

3.2 構造演化分析

以北西向地震剖面（1188-1212E測線）為例進行構造演化史分析。該剖面橫切諾木洪凹陷，凹陷內部發育鹽深1背斜和全吉背斜，整體具有東西向擠壓條件控制下的向背斜相間的構造特征（圖6）。

圖6 諾木洪凹陷構造演化剖面

印支運動晚期（侏羅系沉積前），受區域擠壓作用影響，諾木洪凹陷整體抬升，形成殘留凹陷。因凹陷內部差異隆升，原廣泛分布的石炭系地層在凹陷西部剝蝕殆盡，自西向東僅在抬升運動較弱的地區西向擠壓且西部擠壓強度大于東部，形成中生界殘留凹陷。殘留上石炭統地層。

燕山運動晚期（古近系沉積前），東、西部具有不同的構造制約因素，演化差異較大。諾木洪凹陷主要受昆侖山、祁連山強烈擠壓作用的影響，上白堊統地層缺失，對侏羅系地層分布也產生了重要影響，直到中侏羅世諾木洪凹陷才開始接受沉積，并持續到燕山中期。地震剖面上超覆特征表明，侏羅紀沉積范圍逐漸增加并向東西擴展。在燕山末期，再次受東喜山運動早期，諾木洪凹陷處于擠壓環境。喜山運動晚期（第四系沉積前），持續擠壓，且發生了構造反轉，沉積自西向東逐漸擴展，范圍逐漸增大。古近紀-新近紀地層沉積范圍進一步擴大［13］。在諾木洪凹陷西部古近系逐漸向東超覆，在東部也可見新近系逐漸依次向東超覆的特征。

總體來看，喜山晚期構造活動最強，是構造定型期。盆地東西向急劇收縮，鹽深1背斜、全吉背斜形成。這期強烈的構造活動也使古構造發生了變化，全吉背斜就是早期向斜反轉形成的背斜構造。

4 烴源巖評價及有利區預測

4.1 烴源巖評價

通過構造演化、地層沉積等綜合分析，認為柴東地區發育石炭系烴源巖。目前，柴東地區勘探程度較低，探區及周緣鉆遇石炭系烴源巖探井較少，但野外露頭分布廣泛，烴源巖評價主要以野外露頭樣品為主。

柴東地區露頭烴源巖評價主要存在兩個問題：一是烴源巖露頭樣品風化嚴重，影響了烴源巖評價的準確性；二是石炭系發育烴源巖類型較多，由于缺少針對性的烴源巖評價，不同類型烴源巖生烴潛力不清。因此，有必要對柴東地區石炭系烴源巖開展系統評價研究，落實其生烴潛力及分布，指出有利的油氣勘探方向。

柴東地區淺層發育石炭系、侏羅系、第四系三套主力烴源巖，深層則主要發育石炭系烴源巖［14］。上石炭統克魯克組和扎布薩尕秀組烴源巖類型以潮坪、瀉湖相泥巖和炭質泥巖為主，下石炭統懷頭他拉組烴源巖類型以臺地相灰巖、灰質泥巖為主。

4.1.1 成熟度

有機質成熟度是評價烴源巖生烴潛力的重要指標之一，烴源巖只有達到適當成熟度時才會生烴，鏡質體反射率（Ro）為有機質成熟度評價的常用參數。R o＜0.50%時，烴源巖處于未成熟階段；R o=0.50%時，烴源巖達到生烴門限；0.50% ＜R o＜1.30%時，烴源巖處于成熟階段；R o≥1.30%時處于高成熟階段［15-16］。區內R o值為0.87% ～3.52%，平均值為1.37%，主體為1.00%～1.50%，處于有利生烴演化階段。但不同地區具有較大的差異，石灰溝、旺尕秀等地區處于成熟-高成熟演化階段，而穿山溝、都蘭等地區受斷層等構造因素影響，成熟度較高，達到高成熟-過成熟演化階段［17］。

4.1.2 生烴演化史

選取過諾木洪凹陷的典型剖面，按照地層的地質年齡和埋藏深度，利用PetroMod軟件繪制埋藏史圖。通過調研文獻，并參考鄰區資料，最終確定諾木洪凹陷地溫梯度為2.8℃／100 m，以此為基礎，編制地溫網，并將其與埋藏史圖進行疊合，然后開展TTI值計算，從而進行烴源巖的生烴演化過程研究。

結合前人研究成果［18-19］，石炭系烴源巖在晚石炭世進入生烴階段，在白堊紀晚期熱演化停止，在古始新世開始生烴，生烴門限為3 520 m；現今石炭系烴源巖埋藏較深，總體上都達到了成熟演化階段；第四紀進入干氣階段。總體來看，石炭系烴源巖在3 200～3 500 m進入生烴門限，3 500～4 300m進入生油高峰期（圖7）。

圖7 諾木洪凹陷石炭系生烴演化史

綜合評價認為，柴東地區石炭系海陸過渡相煤系烴源巖總體為中等-好烴源巖，綠梁山、石灰溝、旺尕秀地區石炭系油苗初步展示了石炭系的生烴有效性，其他探區及周緣石炭系的油氣顯示及發現也進一步證實了生烴的有效性及其較大的生烴潛力，展現了研究區石炭系具有較好的油氣勘探前景［20］。

4.2 有利區預測

研究區及周緣已有多口鉆井鉆遇石炭系，石灰溝、穿山溝等露頭區也揭示發育厚層石炭系［21］，且穿山溝、石灰溝、旺尕秀等多處發現來源于石炭系的油苗，證實研究區石炭系烴源巖已發生過生排烴過程，展示了較好的勘探前景。

由于不同構造部位受各時期構造運動改造、破壞程度不同，致使油氣運聚成藏與保存條件存在差異。改造強度及破壞程度較弱的構造部位，具有較好的油氣保存及成藏條件，是油氣聚集保存的有利場所；反之，則對油氣聚集保存不利。諾木洪凹陷成藏、成烴的過程主要受印支末期、燕山晚期和喜山晚期等構造運動的影響，但相比柴東其他凹陷，諾木洪凹陷變形強度較弱；受北西向控山埃南斷裂及反沖全吉斷裂的影響，發育北西向的（斷）背斜、斷鼻圈閉［22-23］；凹陷內主要發育全吉背斜圈閉，山前沖斷帶則主要發育斷鼻圈閉，在諾木洪地區共發現層圈閉面積達570.1 km2（表1）。其中，全吉構造帶、沖斷帶為研究區的有利勘探區帶。

表1 諾木洪地區石炭系圈閉要素統計

5 結論

（1）利用平衡剖面技術開展構造演化研究，理清了諾木洪凹陷在印支期、燕山期和喜山期的構造演化過程，明確了諾木洪凹陷存在多期構造反轉。印支晚期，諾木洪凹陷內部差異隆升，僅在抬升運動較弱的地區殘留上石炭統地層；燕山晚期，諾木洪凹陷持續抬升，直至中侏羅世才開始接受沉積；燕山末期，受東西向擠壓作用，形成中生界殘留凹陷；喜山晚期，持續擠壓，并發生構造反轉，沉積自西向東逐漸擴展，范圍逐漸增大。

（2）通過構造演化、地層沉積、成熟度和生烴演化史等綜合研究，明確了諾木洪凹陷發育石炭系烴源巖，且油氣勘探前景較好，并落實了圈閉發育和展布特征，指出諾木洪地區全吉構造帶、沖斷帶為下步有利勘探區帶。