博格达山构造演化对吐哈盆地台北凹陷西缘油气成藏的控制作用
肖冬生，陈旋，康积伦，陈永慧，刘文辉，朱景芬，魏成
(中国石油吐哈油田公司 勘探开发研究院，新疆 哈密，839009)
摘要：博格达山的构造演化伴随着吐哈盆地成盆、充填的整个过程，盆内构造格局、储层展布、油气运移等与博格达山演化过程密不可分。通过研究台北凹陷西缘发现：燕山期—喜山期博格达山隆升过程直接影响着侏罗系—第三系沉积体系类型及展布特征，进而控制着生、储、盖等成藏要素；中晚燕山期及喜山期隆升形成的逆冲褶皱构造、区域断裂及不整合面控制着圈、运、保等成藏要素，进而控制着北凹陷西缘油气成藏整个过程。中晚燕山期—喜山期六排逆冲褶皱带南、北拓展及各褶皱带间叠合连片为研究区下步有利勘探方向。
关键词：吐哈盆地；台北凹陷；博格达山；油气成藏；控制作用
中图分类号：TE122.31 文献标志码：A 文章编号：1672-7207(2014)11-3877-09
Controlling functions of tectonic evolution of Bogeda Mountain on petroleum accumulation in western Taibei Sag, Turpan—Hami Basin
XIAO Dongsheng, CHEN Xuan, KANG Jilun, CHEN Yonghui, LIU Wenhui, ZHU Jingfen, WEI Cheng
(Research Institute of Exploration and Development, Turpan—Hami Oilfield Company, CNPC, Hami 839009, China)
Abstract: The structural pattern, reservoir distribution and hydrocarbon migration are closely related to the tectonic evolution of Bogeda Mountain accompanied by the formation and filling of Turpan—Hami Basin. The results show that the uplift process of Bogeda Mountain in Yanshan and Himalayan movement directly affects the sedimentary system types, distribution of Jurassic—Tertiary, further to source, reservoir and caprock. Thrust-fold structures, regional faults and unconformity result from the uplift in Yanshan and Himalayan movement control traps, migration and storage accumulation conditions. The uplift controls the entire process of petroleum accumulation. The south—north expansion of six thrust-fold belts and the joint of several belts become the next favorable exploration directions.
Key words: Turpan—Hami Basin; Taibei Sag; Bogda Mountain; petroleum accumulation; controlling functions
吐哈盆地自海西褶皱基底形成以来，经历了海西、印支、燕山和喜山这4次较大的区域性构造运动[1]，而博格达山的隆升—沉降伴随着区域抬升—剥蚀及逆冲—褶皱的全部过程。其中，燕山及喜山期多幕运动对盆地最重要的含油气层系即侏罗系—第三系的构造样式、沉积储层及油气运聚具有重要控制作用。印支运动后，吐哈盆地处于区域拉张应力背景，博格达山整体沉降，进入早期再生前陆盆地演化阶段，广泛发育中、下侏罗统[2]。在中侏罗世西山窑晚期的燕山运动Ⅰ幕，博格达山发生隆升—逆冲，改变了后续盆地沉积物的组分和沉积环境；在侏罗纪末的燕山运动Ⅱ幕，博格达山发生强烈隆升—逆冲，对盆内的构造形成起关键性作用，表现为逆冲褶皱作用，大部分先存断层在南北向挤压作用下活化，在台北凹陷形成大量褶皱；在晚白垩世，燕山运动Ⅲ幕使得构造变形进一步加强，并形成新的构造。新生代的喜马拉雅运动是吐哈盆地最强烈的构造运动[3]。盆地北部博格达山强烈抬升并向盆内逆掩冲断，喜马拉雅运动Ⅰ幕使吐哈盆地再次进入再生前陆盆地演化阶段，在强大的南北挤压应力作用下，盆内断裂再次活跃，既改造老的构造，也形成新的东西向构造；在第三纪上新世末的喜马拉雅运动Ⅱ幕，博格达山向南挤压推覆，盆地盖层褶皱并伴随断裂和断块位移，现代地貌和构造轮廓最终定型。纵观演化过程，在晚二叠世开始，博格达山一直处于近南北向的挤压作用之下，由于挤压作用强弱的周期性活动，博格达山也一直处于时高时低、时宽时窄的波动演化之中[4]。
1 博格达山隆升对台北凹陷西缘生、储、盖成藏要素的控制作用
博格达山隆升过程对生、储、盖成藏要素的控制作用表现在2个方面：一是通过控制沉积体系的迁移来控制储层平面展布特征，二是通过控制沉积体系类型和演化来控制生、储、盖纵向发育层系及组合关系。吐哈盆地构造运动见表1。
1.1 博格达山持续隆升控制着沉积体系迁移与储层展布
中下侏罗统水西沟群(J1b—J2x)沉积期，博格达山位于湖平面之下，以裂谷形式存在，不提供物源供给[5]。该时期盆地南缘觉罗塔格山系提供物源，在平缓斜坡背景下，河流携带砂体持续向北推进，一度达到火北地区，西北物源供给砂体主要沉积在葡北及七泉湖—玉果地区。自中侏罗统西山窑组末期开始，博格达山出露水面提供北部物源[5]，同时对西北物源及南物源的控制作用明显增强。与中下侏罗统相比，三间房组沉积期西北物源沉积主体开始向南迁移，主要沉积在葡北地区，向北、向南分别在玉果南斜坡和葡萄沟北斜坡形成尖灭；到七克台组，随着博格达山的持续隆升，沉积主体继续向南迁移，西北物源沉积主体由葡北地区转为葡萄沟地区。自晚侏罗世开始，古气候逐渐干热化。随着博格达山进一步隆升，齐古组主要发育河泛平原、滨浅湖相沉积，岩性为大套棕红色泥岩，局部可出现灰绿、浅灰色砂质泥岩、砂岩，是一套对吐哈盆地成藏具有重要意义的区域性盖层，仅在北部山前陡坡带发育局部冲积扇和扇三角洲，岩性较粗，含有不同程度的砾岩夹层。在晚侏罗世喀拉扎组沉积期，由于博格达山快速抬升且向南挤压，造成盆地面积减小，储层主要分布在胜北洼陷，为曲流河河道沉积的细砂岩。
表1 吐哈盆地构造运动表
Table 1 Tectogenesis in Turpan—Hami Basin
在白垩纪时，南北高差不大，西南冲积扇沉积体系主要集中在雁木西—神泉地区，东北冲积扇集中在玉果—葡北—葡萄沟地区，吐鲁番—神北地区广泛发育冲积平原及局部湖泊。第三纪时，伴随着博格达山的强烈抬升，地形北高南低，沉降沉积中心与白垩系的相比进一步向西南部迁移；来自博格达山系的冲积扇规模明显增大，南部冲积扇规模减小。
1.2 多类型沉积体系阶段性演化控制着生储盖发育层系及组合关系
台北凹陷中浅层(侏罗系—第三系鄯善群)发育河流、冲积扇、扇三角洲、辫状河三角洲、滨浅湖及湖相沼泽等多种沉积体系类型[6]，沉积体系类型直接决定着生储盖层性质。同时，沉积体系的演化具有明显的阶段特征，演化的阶段性控制了储盖组合关系，而博格达山的隆升过程控制着沉积体系的类型及演化阶段。
在中下侏罗统水西沟群(J1b—J2x)沉积期，地形趋于平缓，博格达山位于湖平面之下，不提供物源供给。该时期最主要的沉积特征如下：1) 水体极浅，八道湾组及西山窑组一、二段沉积期沼泽广布，发育了盆地最重要的煤系烃源岩；2) 来自南部、西北部的河流、扇三角洲及辫状河三角洲砂岩储层与八道湾组一段、三工河组顶部及西山窑二段三期洪泛泥岩盖层形成多套储盖组合，见表2。
从三间房组开始，博格达山发生逆冲、隆升而出露水面，提供北部物源。该时期最主要的沉积特征如下：1) 盆内地势变化较大，开始进入正常三角洲—湖泊沉积阶段，沼泽基本不发育；2) 随着博格达山的逐渐隆升和基准面的旋回性升降，凹陷内水上、水下沉积交替出现，三间房组早、中、晚多期洪泛泥岩与下伏辫状河三角洲砂体形成多套储盖组合；3) 在七克台中晚期，基准面上升达到最大，全区暗色泥岩广泛发育，为区域盖层，对达到门限深度的地区可作为烃源岩(表2)。
在上侏罗统齐古组—卡拉扎组，随着博格达山持续抬升，沉积体系类型由河泛平原—滨浅湖逐渐过渡为河流—冲积扇。齐古组河泛平原和滨浅湖广泛发育的厚层泥岩构成区域盖层，卡拉扎组冲积扇杂色砂砾岩及河流相细砂岩与上覆堤岸和河漫沉积的红色泥岩形成储盖组合(表2)。
进入白垩纪后，受晚侏罗世末期中燕山运动的影响，博格达山持续隆升，沉积格局发生了重大变化。三十里大墩组发育南北双向冲积扇—冲积平原—局部湖泊沉积体系，冲积扇及冲积平原上的河道砂体和滨浅湖砂体组成了重要的储集体类型，与上覆胜金口组湖侵期泥岩盖层形成良好储层组合。连木沁组为一套水退型沉积，上部以河流相沉积为主，河道砂岩为主要储集层(表2)。
从第三系鄯善群开始，受白垩纪末晚燕山运动的影响，博格达山强烈隆升，吐哈盆地再次进入构造沉降和湖盆扩张期。总体来看，鄯善群沉积体系特点类似于白垩系三十里大墩组，只是沉积中心继续向南迁移，上部泥岩及局部膏岩层作为区域盖层与下伏冲积扇和冲积平原上的河道砂岩形成良好储盖组合(表2)。
2 博格达山隆升对台北凹陷西缘圈、运、保成藏要素的控制作用
2.1 中晚燕山期及喜山期逆冲褶皱控制圈闭发育带
中晚燕山期及喜山期博格达山经历了强烈隆升，伴随的区域挤压对台北凹陷内构造圈闭的形成与分布具有重要控制作用。
侏罗纪末的中燕山运动对台北凹陷内构造圈闭的形成极为重要，表现为逆冲褶皱作用[7]。凹陷内大部分先存断层在南北向挤压作用下活化，断块逆冲抬 升，并产生新的褶皱和断裂构造，形成大量的构造圈闭，白垩纪末的晚燕山运动使得构造变形进一步加强。在中晚燕山期，在台北凹陷西缘由南向北形成了雁木西、神泉及葡北3排褶皱带。新生代的喜山运动是吐哈盆地最强烈的构造运动[8]，北部博格达山强烈抬升并向盆内逆掩冲断，与南部觉罗塔格山形成对冲之势，在强大的南北挤压应力作用下，受燕山期先成褶皱影响，在其前缘形成3排新的东西向逆冲褶皱带，由南向北分别为吐鲁番、火焰山及七泉湖—玉果构造带(图1)。在中晚燕山期及喜山期形成的六排逆冲褶皱带控制着台北凹陷西缘90%以上的构造圈闭。
表2 博格达山演化与沉积体系类型及生储盖组合对应关系
Table 2 Relationship among Bogeda Mountain evolution and sedimentary types and resource, reservoir and caprock
图1 台北凹陷西缘博格达山逆冲-褶皱系统剖面图
Fig. 1 Profile of thrust-fold system of Bogeda Mountain in western Taibei Sag
2.2 区域断裂、古脊线、不整合面控制油气运移
台北凹陷西缘油气主要来自胜北洼陷中下侏罗统水西沟群，而油气分布于中侏罗统七克台组、三间房组及白垩系和第三系鄯善群，且在远离生油洼陷区聚集成藏[9]。这种烃源岩和油气藏的分布特征必然伴随着油气的垂向、侧向运移过程，运移过程主要受区域断裂、古脊线和不整合面的控制。
2.2.1 区域断裂控制油气垂向运移的距离及层位
根据断裂与烃源岩接触关系，研究区控制油气“垂向运移”的断裂可分为2类：一类是在有效烃源岩范围内直接与烃源岩接触的断裂或断裂组合；另一类是烃源岩范围以外与不整合面或含油砂体相接触的断裂或断裂组合[10]。这些断裂或断裂组合控制着油气“垂向运移”的距离。
有效烃源岩范围内控制油气“垂向运移”的断裂主要包括火焰山断裂及其伴生断裂和葡北构造带七克台组、三间房组与水西沟群烃源岩连通的层间断裂。其中，火焰山断裂及其主要伴生断裂断穿了侏罗系、白垩系及第三系，直接控制着火焰山构造带油气纵向分布，紧邻火焰山断裂的神泉油田和葡萄沟油田从中侏罗统三间房组到第三系鄯善群均为含油层系，为复式油气田，含油层系明显多于远离火焰山断裂的胜南、葡北等油田；另外，葡北构造带七克台组、三间房组油气藏多依附于层间断裂分布，这些层间断裂与下伏水西沟群烃源岩连通，层间断裂向上断穿距离控制着油气垂向运移距离，进而控制着葡北构造带含油层系(图2)。
在有效烃源岩范围以外，与不整合面或含油砂体相接触的断裂或断裂组合主要包括神泉及胜南—雁木西构造带连通白垩系顶底不整合面与中侏罗统、白垩系或第三系鄯善群砂、砾岩层的断裂。神泉地区油气在中侏罗统连通砂体内部侧向运移的同时，沿这些断裂或断裂组合发生垂向运移；雁木西构造带油气沿沟通白垩系顶底的垂向断裂向上运移，在第三系鄯善群形成油气藏(图2)。
2.2.2 古脊线、区域断裂、不整合面与砂体配置关系控制着油气侧向运移方向、通道和距离
勘探实践结果表明，区域构造演化控制了油气的二次运移，古构造是诱导油气运聚的有利场所，油气运移期的古构造形态对油气运聚成藏具有重要的控制作用[11]。据生排烃史，台北凹陷西缘主要含油层系侏罗系主成藏期为第三纪早期[12]。本文以“体积平衡”理论为指导[13]，以压实、剥蚀恢复等方法为手段，恢复主要成藏期对油气运、聚有重要控制作用的七克台组及三间房组顶面古构造形态。在油气运移、成藏期，七克台及三间房组顶面古构造特征总体一致：古构造深陷区与生排烃中心基本重合，油气侧向运移的主要方向为生排烃中心西部及南部构造高部位。另外，在深陷区西南方向的神泉、胜南—雁木西地区具有鼻隆构造背景，这成为神泉、胜南—雁木西构造带远源成藏的主控因素之一。具体侧向运移方向取决于生排烃中心与相应构造之间的相对位置，即受控于油气运移期古构造背景(图3)。
油气从胜北洼陷向台北凹陷西缘运移，运移通道主要有3种类型：不整合面、输导断裂和砂体[14]。对油气侧向运移贡献最大的不整合面为侏罗系与白垩系间不整合及白垩系与第三系间不整合，分别受燕山Ⅱ和Ⅲ幕区域构造运动影响，在凹陷西缘广泛发育，尤其在胜南—雁木西构造带，不整合面缺失风化黏土层，其输导能力更强[15]。输导断裂主要包括火焰山、七泉湖—玉果及吐鲁番等较大规模断裂。火焰山断裂形成于第四纪中后期[15]，说明侏罗系油气藏成藏期即白垩纪末—早第三纪火焰山构造尚未形成，因此，既不存在火焰山构造阻碍油气向西缘运移，也不存在火焰山断裂作为油源通道向西输送油气的过程，但火焰山断裂对白垩系和第三系鄯善群油气藏形成具有重要控制作用。这些油气藏成藏期为早第三纪末—第四纪[16]，该时期火焰山断裂与不整合面衔接起来，共同作为良好的油气运移通道。七泉湖—玉果断裂对北部山前带油气运聚具有重要控制作用，作为油源断裂直接控制着七泉湖—玉果构造带的油气运移和聚集[17]。吐鲁番断裂形成于早燕山期，大规模活动于中燕山期，是神泉—胜南构造带油气运移的主要通道。雁木西地区鄯善群在不整合面之上发育了分布较稳定的砂、砾岩，而油气显示及成藏位于砂砾岩上部，下部含油气性较差，说明该区以连通砂体的侧向运移为主；另外，神泉—胜南地区侏罗系七克台组底部发育砂泥岩频繁互层的湖相滩砂，单层砂岩厚度一般在10 m以下，但连续性较好，且有断裂沟通，是油气从神泉运移至胜南的主要通道[15]。台北凹陷西缘沉积相与断裂叠合图见图4。
图2 台北凹陷西缘油气运移、聚集过程示意图
Fig. 2 Sketch section of migration and accumulation of oil-gas in western Taibei Sag
图3 主要成藏期含油层系顶面古构造图
Fig. 3 Palaeostructure of oil-bearing series’ top in main accumulation periods
古脊线、不整合面分布、输导断裂走向与储层砂体展布的配置关系控制着油气侧向运移距离。从图3和图4可知：七泉湖—玉果及葡萄沟—葡北构造带油气侧向运移方向、输导断裂走向与砂体展布在空间具有良好的配置关系，因此，在七克台组及三间房组油气富集。胜南—雁木西—神泉构造带不整合面之上砂、砾岩主要发育在神泉和雁木西地区，不整合面之下砂岩主要发育在胜南地区，储层砂体与不整合面的有效配置形成侧向运移的良好通道，而油气侧向运移方向、输导断裂走向与储层砂体展布的有效配置决定了该构造带远源成藏特征。
图4 台北凹陷西缘沉积相与断裂叠合图
Fig. 4 Overlay of sedimentary facies and faults in the western Taibei Sag
2.3 喜山期逆冲强度控制着油气保存条件
台北凹陷西缘主要发育白垩系中上部泥岩、鄯善群中上部泥岩、七克台组二段及齐古组泥岩3套稳定分布的区域盖层[18]。中晚燕山期形成的逆冲断裂对中下侏罗统水西沟群烃源岩起垂向沟通作用，葡北、神泉地区受七克台组二段及齐古组泥岩区域盖层遮挡，油气在七克台一段及三间房组聚集成藏，雁木西地区油气经过古脊线与不整合面侧向运移，在白垩系中上部区域盖层遮挡作用下聚集成藏。喜山期博格达山强烈逆冲，形成3排新褶皱带的同时，也改造着燕山期的老构造，逆冲强度控制着油气保存条件，主要表现在2个方面：1) 在燕山期褶皱带内，喜山期逆冲强度较弱，先存断层活化而未断穿区域盖层时，油气继续向上运移，遇到盖层遮挡后，在下伏储层内调整至适当圈闭位置成藏；2) 受先成构造的“阻挡”，喜山期挤压应力在燕山期3排褶皱带以北通过大断裂的形式集中释放，由南向北分别形成了吐鲁番断裂、火焰山断裂及玉果断裂，3排冲断在地表分别形成了雁木西山、火焰山和七泉湖冲起。这些逆冲断裂对深层油气藏起破坏作用，深层油气沿断裂向上运移，在依附断裂发育的滚动背斜处形成浅层次生调整型油气藏，如火焰山上盘Ps2井白垩系油藏，若无浅层构造圈闭，则油气沿这些冲天断层散失到地表。
3 有利勘探方向分析
通过博格达山隆升对油气成藏的控制作用分析可知：台北凹陷西缘中晚燕山—喜山期6排逆冲褶皱带为构造型油气藏富集带。据此规律，向南、向北方向继续寻找中晚燕山期—喜山期逆冲褶皱带为下步有利勘探方向之一。二维地震资料显示，在北部山前带果北地区发育与玉果类似的燕山期逆冲褶皱构造，应为下步勘探有利方向之一；向西南方向，油气沿着古构造脊线、不整合面和砂体向西高部位调整，雁木西以西地区白垩系逐渐剥蚀，配合低幅度构造背景及尖灭线，白垩系及第三系鄯善群易形成构造-地层油气藏及低幅度构造油气藏。
同时，构造背景与沉积体系配置关系表明，各排逆冲褶皱带结合部位，即葡萄沟与葡北间鞍部、神北地区、胜南与神泉构造结合部及吐鲁番与雁木西过渡地区为岩性油气藏有利发育区，为另一有利勘探方向。
4 结论
1) 博格达山的演化伴随着吐哈盆地成盆、充填的整个过程，通过控制生、储、盖、圈、运、保等成藏要素进而控制着油气成藏整个过程。
2) 博格达山隆升过程控制着多类型沉积体系的阶段性演化，进而控制着生、储、盖层纵向发育层系及其组合特征，通过控制沉积体系迁移进而控制着储层平面展布。
3) 中晚燕山期及喜山期博格达山隆升产生6排逆冲褶皱带，为构造圈闭集中发育区带；区域断裂、古脊线及不整合面与有效砂体的配置控制着油气运移的方向、通道和距离；喜山期博格达山逆冲强度控制着油气保存条件。
4) 中晚燕山期—喜山期六排逆冲褶皱带向南、向北拓展，在果北和雁木西西地区分别寻找构造型和地层型油气藏为有利勘探方向之一；同时，各褶皱带间结合部易发育斜坡背景下的岩性油气藏，为另一种有利勘探方向。
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(编辑 陈灿华)
收稿日期：2013-10-12；修回日期：2014-01-15
基金项目(Foundation item)：“十二五”国家科技重大专项(2011ZX05001-002-004) (Project(2011ZX05001-002-004) supported by “Great 12th Five Year” National Science and Technology)
通信作者：肖冬生(1982-)，男，辽宁朝阳人，博士，从事地震地质综合研究；电话：13677596028；E-mail: xiaodsyjy@petrochina.com.cn
