2018, Vol. 30
层序地层学理论和研究方法自20世纪80年代引入我国，在陆相盆地分析、沉积体系研究和含油气储层预测等方面得到了广泛的应用，并取得了良好的效果[1-8]。我国学者针对陆相盆地构造活动性较强的特点，引入构造层序分析方法，对层序级别、层序发育的古构造背景及其对低位砂体的控制进行了深入探讨[3, 9-10]。通过将构造活动型陆相盆地层序发育背景与发育陆架坡折的被动大陆边缘背景进行对比，提出了构造坡折带的概念。陆架坡折是经典层序地层学中非常重要的概念，它是陆架斜坡坡度的梯度变化带，也是区分深海与浅水陆棚的天然地貌单元。陆架坡折还控制了Ⅰ型层序低位域的分布和层序体系域的发育[11]。在构造活动型盆地中，由主要的同沉积断裂及其相关褶皱、基底断裂差异沉降及古地貌产生的古湖底梯度的变化带，可被称为构造坡折带。这一概念的提出对理解湖泊层序建造，预测受构造坡折带控制的低位砂体储层和岩性圈闭均具有重要的意义。构造坡折带的概念可应用于裂谷盆地层序体系域构成模式的建立和低位域有利砂体的预测[12-14]。随后这一概念和分析方法，被广泛应用于松辽白垩纪后裂谷盆地[15]和准噶尔晚古生代—中新生代叠合盆地层序地层分析和低位砂体预测[16-18]。
准噶尔晚古生代—中新生代叠合盆地构造和沉积充填极为复杂，它发育的古构造坡折的特征也不同于中国东部单旋回的裂谷盆地[13-14]。对这种经历了断陷、挤压坳陷及前陆盆地演化过程的叠合盆地内发育的坡折带除作过少量研究外[16-18]，几乎没有人对其内发育的坡折带类型、演化及其对层序建造的发育和岩性地层油气藏的控制作过系统研究。选取钻井揭示程度较高，地震资料品质较好，晚古生代、中生代地层发育完整，构造变形特征明显的准噶尔盆地西北缘作为研究对象，应用构造层序分析方法，利用过井二维地震剖面，按照井-震资料相结合的方法识别和划分层序，研究西北缘二叠系—下白垩统层序地层建造发育特征，以期揭示多构造演化阶段的叠合盆地同沉积构造坡折对层序建造、低位域砂体和岩性油气藏富集带的控制作用。
1 盆地构造和地层发育特征准噶尔盆地面积为13.4万km2，其东北部边界是克拉美丽—青格里底山，南部边界是依林黑比尔根山(北天山)，西北部边界是扎伊尔山—哈拉阿拉特山。它是一个晚石炭世—第四纪的陆相叠合盆地，经历了裂谷、坳陷和前陆盆地等发展阶段[8, 19]。
根据大地构造位置、构造特征、沉积厚度和盆地基底的古地貌特征，准噶尔盆地可划分出6个次级构造单元。它们是乌仑谷坳陷、中央坳陷、西部隆起、东部隆起、阜康断裂构造带等(图 1)。本文研究区主要集中在西部隆起带和中央坳陷带。
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下载eps/tif图 图 1 准噶尔盆地西北缘构造位置图 Fig. 1 Tectonic location of the northwestern margin of Junggar Basin |
研究区盆地的基底是晚泥盆世—早石炭世的岛弧增生体，这些岩体在盆地周边山系都有出露[20-21]。晚石炭世后准噶尔盆地摆脱了海洋的影响，转化为复杂的陆相盆地[19, 22-23]。据盆地构造、地层不整合面的分布(图 2)，地层磁性特征，该盆地地层和构造演化可大致划分为4个阶段：①晚石炭世—二叠纪的裂谷盆地阶段；②三叠纪—侏罗纪的被动沉降坳陷阶段；③白垩纪—古近纪的均衡沉降坳陷阶段；④新近纪—第四纪由于印度板块与欧亚板块碰撞导致天山隆升，使该盆地转化为前陆盆地[8, 19, 23-24]。
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下载eps/tif图 图 2 准噶尔盆地二叠系—白垩系层序地层划分和构造演化 Fig. 2 Sequence stratigraphic division and tectonic evolution of Permian-Cretaceous in Junggar Basin |
本次研究的目的层主要集中在二叠系—下白垩统。其地层发育特征如下：下二叠统佳木禾组(P1j)不整合上覆于上石炭统砂砾岩地层之上，其下部发育火山碎屑岩、砂砾岩，上部为紫红色、灰色泥岩夹凝灰岩、砂岩，是一套以发育冲积扇和湖沼环境为主的地层。风城组(P1f)不整合上覆于佳木禾组之上，主要发育一套深灰色泥岩、油页岩夹泥质白云岩、白云岩、粉砂岩和砂砾岩，是一套以咸水湖泊和扇三角洲为主的沉积地层。夏子街组(P2x)不整合上覆于风城组之上，岩性为砂砾岩、砂岩夹灰色泥岩，属于辫状河到辫状河三角洲前缘沉积。乌尔禾组(P2-3w)整合上覆于夏子街组之上，岩性为砂岩、含砾砂岩与灰色、灰绿色泥岩互层，也属于辫状河到辫状河三角洲沉积[25]。乌尔禾组与上覆三叠系百口泉组(T1b)地层呈明显的角度不整合接触，百口泉组岩性是砂砾岩夹灰绿色、红色泥岩及砂质泥岩，是一套冲积扇到扇三角洲沉积地层。克拉玛依组(T2b)为砂砾岩、砂岩夹灰色泥岩，局部见煤线，是一套辫状河和辫状河三角洲沉积。白碱滩组(T3b)为灰色泥岩夹砂岩、粉砂岩地层，属于浅湖到三角洲沉积组合。侏罗系八道湾组(J1b)不整合覆盖于白碱滩组之上，岩性为砂砾岩、砂岩夹灰色泥岩、煤层，是一套辫状河到辫状河三角洲沉积组合。三工河组(J1s)中下部发育砂岩、砾岩夹灰色泥岩，属于辫状河三角洲沉积，上部发育灰色、深灰色泥岩夹砂岩，属于深湖、浅湖到河流—三角洲相沉积[8]。西山窑组(J2x)上覆于三工河组之上，其岩性为砂岩、粉砂岩夹灰色泥岩和煤层，属于曲流河三角洲沉积。头屯河组(J2t)岩性为红色泥岩夹砂岩和细砂岩，属于干旱气候下的滨浅湖到泛滥盆地沉积。齐古组(J3q)上覆于头屯河之上，发育红色泥岩夹细砂岩，属于泛滥盆地沉积。喀拉扎组(J3k)由厚层砂砾岩、砂岩地层组成，发育多个冲刷面，是冲积扇和辫状河相沉积。下白垩统清水河组(K1q)底部发育粗砂岩，上部发育灰绿色、灰色、深灰色泥岩，是一套流河—三角洲及湖泊相沉积。呼图壁组(K1h)岩性为细砂岩与灰色泥岩互层，是一套浅湖沉积。胜金口组(K1s)为厚层灰色泥岩，是一套半深湖沉积。连木沁组(K1l)岩性为灰绿色泥岩夹细砂岩，是一套滨浅湖到河漫滩沉积。
2 层序划分和界面特征 2.1 层序地层划分根据准噶尔盆地构造演化、沉积地层、不整合面、冲刷沉积间断面的发育特征，该盆地上石炭统到古近系可划分出3个一级层序(FS)。一级层序FS1对应上石炭统(C2)—二叠系(P)的裂陷地层组合；一级层序FS2对应三叠系(T)—侏罗系(J)被动坳陷盆地沉积组合；一级层序FS3由白垩系(K)—古近系(E)组成，对应着反转和均衡沉降盆地组合。在每个一级层序内部根据盆地构造演化的阶段性，可划分出不同的二级层序(SS)。FS1内可划分出3个二级层序：SS1-1对应上石炭统(C2)—佳木禾组(P1j)；SS1-2对应风城组(P1f)；SS1-3对应夏子街组(P2x)—乌尔禾组(P2-3w)。FS2可划分出2个二级层序：SS2-1对应三叠系(T)，SS2-2对应侏罗系(J)。FS3也可划分出2个二级层序：其中SS3-1对应下白垩统(K1) [8]。
对二级层序SS1-2，SS1-3，SS2-1和SS2-2，根据地层不整合面、沉积间断面和岩石组合可以划分出三级层序。SS1-2可以划分出3个三级层序(Sq1-2-1，Sq1-2-2，Sq1-2-3)分别对应风城组(P1f)3个地层段。SS1-3可划分出8个三级层序，其中夏子街组(P2x)对应Sq1-3-1，Sq1-3-2，Sq1-3-3，Sq1-3-4，乌尔禾组(P2-3w)对应Sq1-3-5，Sq1-3-6，Sq1-3-7，Sq1-3-8。SS2-1可以划分出4个三级层序，其中百口泉组(T1b)对应层序Sq2-1-1，克拉玛依组(T2k)对应层序Sq2-1-2和Sq2-1-3，白碱滩组(T3b)对应层序Sq2-1-4。SS2-2二级层序内的侏罗系八道湾组(J1b)对应2个三级层序Sq2-2-1和Sq2-2-2。三工河组(J1s)能划分出2个三级层序Sq2-2-3和Sq2-2-4(图 2)。SS3-1二级层序的清水河组(K1q)可以划分出1个三级层序Sq3-1-1。
2.2 层序界面特征一级层序界面是区域性的大型角度不整合面，它对应于原型盆地内的构造变动界面：如上石炭统(C2)到二叠系(P)裂谷盆地构造沉积组合的顶、底之间的角度不整合面；三叠系(T)到侏罗系(J)被动沉降坳陷盆地构造沉积组合的顶、底角度不整合面；白垩系(K)到古近系(E)反转均衡沉降坳陷盆地构造沉积组合的顶、底角度不整合面等(图 2)。
二级层序界面都是原型盆地构造演化幕之间的角度不整合面(图 2)。一级、二级层序界面均为角度不整合面。在地震剖面上这类界面的上、下有明显的削截和上超现象。在沉积地层方面该类界面之上均发育厚层底砾岩及红层风化壳。
三级层序界面是局部侵蚀、沉积间断面。界面之上发育砂砾岩。在地震剖面上也可见明显的削截和上超现象(图 2)。
3 同沉积构造坡折及其特征过井地震层序地层解释剖面(图 3~4)显示，切穿盆地基底以及下二叠统的逆断层是裂谷一、二幕发育的伸展断裂，是在夏子街组—乌尔禾组沉积期盆地处于裂陷收敛幕发生反转、断坳转换形成的，它对风城组层序的发育不起控制作用。在裂谷期发育的正断层才是真正的同沉积断裂坡折，控制着风城组层序的发育。其位置可能与逆断层位置相当。
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下载eps/tif图 图 3 Ma06地震测线地震层序解释剖面(剖面位置见图 1) Fig. 3 Interpretation sections of seismic sequences of seismic line Ma06 |
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下载eps/tif图 图 4 Line315地震测线地震层序解释剖面(剖面位置见图 1) Fig. 4 Interpretation sections of seismic sequences of seismic line 315 |
夏子街组(P2x)—乌尔禾组(P2-3w)沉积期末及三叠纪发育的逆断层，具有同沉积逆断裂的性质，其证据主要表现在以下2个方面：①中—上二叠统(P2-3)发育的逆断层消失在上二叠统，并未断穿三叠系的底界面(图 3~4)，三叠纪发育的逆断层未断穿侏罗系的底界面；②这些地层在断层的两侧其沉积厚度存在明显的差异。断层上升盘地层厚度薄，下降盘地层厚度明显加大，表明这些地层的发育明显受同期逆断层活动的控制。该同沉积逆断裂带促使形成了同沉积逆断裂坡折和挠曲坡折，其对同期发育的夏子街组(P2w)、乌尔禾组(P2-3w)及三叠系(T)三级层序建造的发育起控制作用。
三叠纪在盆地边缘发育的高角度走滑逆断层形成了挠曲坡折，其对下侏罗统八道湾组、三工河组三级层序建造的发育起控制作用。
坡折带是具有陆架坡折(Shelf break)背景条件下控制层序和低位域砂体发育的重要地貌单元。它是陆架斜坡由缓坡(陆架斜坡角度小于0.5°)向陡坡(陆架斜坡角度为3°~6°)的突变带。也是分隔浅水和深水、低角度的陆架沉积与陆坡沉积的部位[11]。Vail等[26]对比了具陆架坡折背景和生长断裂背景条件下被动大陆边缘层序的发育特征，认为控制深海和浅海分界的生长断裂带其作用类似于陆架坡折带。Howell等[27]认为伸展盆地中的同沉积断裂和断层转换带对层序和低位域发育的控制作用等同于陆架坡折。
我国学者在系统研究了渤海湾盆地同沉积构造对层序以及低位域砂体的控制作用后明确提出了构造坡折带的概念[12-13]。构造坡折带是同沉积构造长期活动引起的沉积斜坡坡度明显突变的部位[12]。在伸展盆地，根据同沉积构造活动特征不同，可识别出同沉积断裂坡折带、同沉积挠曲坡折带及其控制的层序建造[14, 28-29]。
根据准噶尔盆地西北缘盆地构造和层序地层沉积充填特征(图 3~4)，可识别出2种同沉积构造坡折：同沉积逆断裂坡折与隐伏断裂挠曲坡折。
(1) 同沉积逆断裂坡折
同沉积逆断裂坡折是指由同沉积逆断裂的长期构造活动造成的沉积斜坡坡度明显突变的部位[图 5(a)]。它主要发育在中—晚二叠世(P2-3)裂陷萎缩反转—三叠纪盆地挤压整体沉降阶段同沉积逆断裂发育的部位(图 3~4)。同期的挤压构造变形，可形成逆断裂坡折。由于逆断裂的活动，使坡折向湖一侧的新增可容纳空间增长速率相对增大，低位域可保留低位楔砂砾岩体(WLST)和低位扇砂体(FLST)。坡折向岸一侧可容纳空间增长速率减小或为负值，低位域可保留下切水道充填砂砾岩体(FICH)[图 5(a)]。
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下载eps/tif图 图 5 准噶尔盆地西北缘构造坡折样式 Fig. 5 Styles of structural slope-break zones in the northwestern margin of Junggar Basin |
(2) 隐伏断裂挠曲坡折
隐伏断裂挠曲坡折是由隐伏走滑逆断裂的长期差异构造运动形成的。由于隐伏逆断裂的差异沉降，坡折带向岸一侧可容纳空间增长速率相对减小或为负增长。低位域可保留少量的下切水道充填砂砾岩体。坡折带向湖一侧可容纳空间增长速率相对增大，低位域可发育低位砂砾岩体[图 5(b)]。
4 同沉积构造坡折控制的层序建造准噶尔盆地西北缘二叠纪(P)到早侏罗世(J1)先后发育过同沉积正断裂坡折、同沉积逆断裂坡折、隐覆断裂挠曲坡折。这些不同类型的坡折控制了层序的沉积建造形式[30]。研究表明这些坡折带及其层序建造的形成与盆地构造演化密切相关。
早二叠世，盆地处于初始裂陷幕(裂陷一幕)和主裂陷幕(裂陷二幕)，应当发育同沉积(正)断裂及其控制的坡折和层序建造，如同渤海湾盆地的古近系[29]，但由于研究区后期发生了完全构造反转，在地震剖面上不能识别该期发育的伸展构造及层序建造。
裂陷收敛幕(三幕)盆地断坳转换，中—晚二叠世(P2-3)同沉积逆冲断裂、挠曲构造活动形成了同沉积逆断裂坡折及其控制的层序建造(参见图 3~4)。
三叠纪盆地整体挤压挠曲坳陷，边缘发育逆断裂坡折和隐伏断裂挠曲坡折及其控制的层序建造(参见图 3~4)。
侏罗纪—古近纪盆地均衡坳陷，盆地边缘主要发育隐伏断裂挠曲坡折及其控制的层序建造(参见图 3~4)。
(1) 同沉积逆断裂坡折控制的层序建造
该层序主要发育在二级层序SS1-3(中—上二叠统夏子街组(P2x)和乌尔禾组(P2-3w)及二级层序SS2-1 (三叠系)(参见图 3~4)。根据连井剖面上夏子街组(P2x)、乌尔禾组(P2-3w)发育的8个三级层序沉积体系发育特征和地震层序解释剖面分析，同沉积逆断裂坡折向岸一侧低位域(LST)发育冲积扇到辫状河道砾岩，向湖一侧发育辫状河三角洲沉积。湖扩展体系域(EST)坡折向岸一侧坡折之上可发育薄层泛滥平原沉积、浅湖及退积型三角洲沉积，向湖一侧(坡折之下)发育浅湖到半深湖沉积。高位域(HST)发育河流、三角洲前缘，可由陆上越过坡折向湖进积，发育河流、泛滥平原及三角洲沉积体系[图 6(a)~(b)]。
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下载eps/tif图 图 6 准噶尔盆地玛湖西斜坡层序地层建造模式 FICH.下切水道充填；BICH.辫状河道充填；WLST.低位楔；FLST.低位扇 Fig. 6 Sequence architecture patterns of western slope of Mahu Depression in Junggar Basin |
(2) 隐伏断裂挠曲坡折层序建造
三叠纪末至早白垩世，盆地挤压坳陷活动减弱，早期的逆断层转化为隐伏断裂，在盆地边缘发育了一系列隐伏断裂坡折。该隐伏断裂坡折控制了二级层序SS2-1 (三叠系)、SS2-2 (侏罗系)至SS3-1 (下白垩统)内三级层序建造的发育。
据钻井揭示(图 7)和地震层序解释，低位域(LST)坡折向岸一侧发育辫状下切水道充填，分布局限。坡折之下向湖一侧发育由滨浅湖滩坝砂体或低位辫状三角洲砂体构成的低位楔。湖扩展体系域(EST)分布范围最广，坡折之上向岸一侧发育滨浅湖，向湖一侧发育半深湖沉积。高位域(HST)发育河流三角洲沉积体系及滨浅湖沉积，全区分布[图 6(c)，图 7]。
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下载eps/tif图 图 7 车排子凸起边缘南北向连井地震-层序剖面(剖面位置见图 1) Fig. 7 Well-tie north-south section of seismic-sequences in the margin of Chepeizi Uplift |
逆断裂坡折控制的层序建造发育在中—晚二叠世裂陷盆地断坳转换幕(三幕)至三叠纪挤压坳陷盆地边缘。隐伏断裂挠曲坡折控制的层序建造主要发育在三叠纪、侏罗纪、晚白垩世坳陷盆地边缘。由于盆地由早期的断陷、坳陷，向晚期的前陆盆地演化，使得研究区从晚二叠世到早白垩世，同沉积构造坡折由玛湖坳陷向西北缘迁移。坡折带控制的低位域砂体或岩性地层圈闭也由深到浅从坳陷区向西北缘隆起区迁移。
5 同沉积构造坡折对岩性油气藏富集带的控制作用同沉积构造坡折不但控制层序建造和低位域砂砾岩体的发育，而且还控制低位域岩性油气藏的富集。在源储一体的含油气系统，如渤海湾盆地沙三段主裂陷幕，受沟谷和构造坡折控制的层序低位域砂体是岩性油气藏的富集带[14]。又如墨西哥湾被动大陆边缘南德克萨斯(South Texax)陆架斜坡发育一系列生长断裂盆地，沿弧形生长断层下降盘分布低位斜坡扇、盆底扇砂体，是优质储层，也是深盆气勘探的有利区域[30]。
准噶尔盆地西北缘从晚二叠世至古近纪均发育同沉积构造坡折。这些同沉积构造坡折控制了层序及低位域砂砾岩体储层的发育。低位域砂砾岩体储层包括了由冲积扇、湖底扇构成的低位扇和由低位扇三角洲、低位滨岸沉积组成的低位楔等。它们发育在构造坡折向湖一侧，是物性较好的储层。其上覆盖着湖扩展域(EST)泥质沉积，构成了良好的储盖组合。断裂能把深层二叠系风城组(P1f) [31]烃源岩生成的油气输导到低位域储层，使其成藏。中—晚二叠世乌尔禾组沉积期(P2-3w)和三叠纪，玛湖西斜坡发育了多个受逆断裂坡折控制的冲积扇和扇三角洲砂砾岩体，勘探证实至少有11个砂砾岩扇体含油[32]。
侏罗纪至古近纪，湖盆整体坳陷，湖域扩大，隐伏断裂挠曲坡折发育带向北西迁移，低位域砂体沿坡折向湖一侧成群分布。这些砂体主要是低位三角洲砂体或滨浅湖砂体，储层物性较好，成藏条件优越。如准噶尔盆地车排子地区清水河组富烃凹陷共发育4级坡折带和6期坡折带控制下的地层超覆带，受坡折和沟谷控制的三角洲前缘亚相是有利砂体富集带[33]。
以车排子凸起边缘为例，隐伏断裂挠曲坡折带向湖一侧发育成群分布的低位域砂体(图 8)。现已钻探了沙门1井，在清水河组Sq3-1-1层序，低位域钻遇油层。该层序低位域在隐伏坡折向湖一侧发育低位三角洲砂体(岩性圈闭)，其储层物性好。湖扩展体系域(EST)半深湖泥岩覆盖其上，形成良好的储盖组合，隐伏断裂作为沟通深层烃源岩和砂体的输导系统，能使低位域砂体成藏(图 7)。其他未被钻探的沿坡折向湖一侧发育的低位域砂体，应该也是岩性油气藏勘探的有利目标(图 8)。
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下载eps/tif图 图 8 车排子凸起边缘坡折带及Sq3-1-1层序低位域砂体分布 Fig. 8 Slope-break zones and distribution of lowstand sand bodies of Sq3-1-1 in Chepeizi Uplift |
准噶尔盆地西北缘中生界发育众多同沉积构造坡折带，这些坡折带控制的层序低位域砂体，如有断裂、不整合面与油源沟通，将是中生界岩性油气藏勘探的有利区带。
6 结论(1) 准噶尔盆地西北缘发育的同沉积构造坡折，按成因可划分为同沉积逆断裂坡折和隐伏断裂挠曲坡折。晚二叠世西北缘处于裂陷收敛幕断—坳转换发育阶段，主要发育同沉积逆断裂坡折。三叠纪以后盆地处于挤压坳陷阶段，发育逆断裂坡折和隐伏断裂挠曲坡折。
(2) 准噶尔盆地西北缘2种同沉积构造坡折控制了2类层序建造，即同沉积逆断裂坡折控制的层序建造和隐伏断裂挠曲坡折控制的层序建造。
(3) 准噶尔盆地西北缘同沉积构造坡折控制的层序低位域砂体，如冲积扇、湖底扇、低位三角洲及滨浅湖砂体，若有输导系统与风城组(P1f)油源沟通，就能形成良好的油气成藏条件，是岩性油气藏勘探的有利区带。
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