哈拉阿拉特山地区构造演化及其石油地质意义

薛　雁，张奎华，王艺豪，王圣柱，程世伟，宋梅远

（1.中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院西部分院，山东东营257015；2.中国石化胜利石油管理局博士后科研工作站，山东东营257015；3.武汉大学测绘学院，武汉430079）

哈拉阿拉特山地区构造演化及其石油地质意义

薛雁1，2，张奎华1，王艺豪3，王圣柱1，程世伟1，宋梅远1

（1.中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院西部分院，山东东营257015；2.中国石化胜利石油管理局博士后科研工作站，山东东营257015；3.武汉大学测绘学院，武汉430079）

哈拉阿拉特山地区是准噶尔盆地西北缘山前冲断带的一部分，构造演化过程不甚清楚，严重影响着这一地区的油气勘探进程。在三维地震资料解释的基础上，通过野外地质调查及岩心地化分析，重建了哈拉阿拉特山地区构造演化过程，并探讨了其对油气成藏的控制作用。研究结果表明，哈拉阿拉特山地区构造演化主要经历了古洋壳俯冲碰撞（晚石炭世）、伸展裂陷—早期冲断变形（早二叠世）、强烈逆冲推覆（中—晚二叠世）、冲断叠加（三叠纪）、振荡隆升（侏罗纪—白垩纪）、隆升剥蚀兼走滑调整（新生代）6个阶段。早二叠世晚期伸展裂陷构造背景下，研究区发育了厚层的烃源岩；中二叠世到三叠纪，持续强烈逆冲推覆，不仅改善了储集层物性，还形成了大量构造圈闭；侏罗纪以后，构造活动趋于静止，对早期形成的油藏起到了很好的保存作用。

准噶尔盆地；哈拉阿拉特山地区；冲断带；演化阶段；构造活动

哈拉阿拉特山（以下简称哈山）地区位于准噶尔盆地西北缘，构造上属于准噶尔盆地西北缘山前冲断带的一部分。自2011年以来，相继发现了春晖油田和阿拉德油田，控制储量1.3×108t.2012年部署的哈浅101井、哈深斜1井、哈深2井等多口井均见良好的油气显示，显示出巨大的勘探潜力。但由于哈山地区位于盆山结合部位，地形高陡，地表结构复杂，地震数据采集困难，地震资料品质较差。同时构造演化过程中受到多期次多方向以及多种性质应力的叠加改造，构造特征非常复杂，给研究区的勘探带来很大困难。

文献［1］认为，准噶尔盆地西北缘在石炭纪进入板块碰撞阶段，二叠纪进入陆内造山阶段，板块俯冲活动到晚二叠世结束。文献［2］和文献［3］认为，其陆内挤压是从二叠纪晚期开始，持续到三叠纪。但由于缺乏确切的证据，至今在开始碰撞造山的时期、挤压碰撞持续的时间以及不同演化阶段的构造性质等方面认识上存在较大分歧［4-5］。本文以断层相关褶皱理论为指导，基于地震资料、野外勘查成果并结合岩心地化分析，重建哈山地区的构造演化过程，并分析其对油气成藏的控制作用，以期对研究区下一步的油气勘探有所裨益。

1　区域地质概况

哈山地区所在的准噶尔盆地西北缘，位于哈萨克斯坦板块和西伯利亚板块之间，是陆块拼合造山的重要部位。哈山构造带平面上呈条带状展布，整体呈北东高、南西低的特征，南邻玛湖凹陷。经历多期构造活动，构造非常复杂（图1）。北部达尔布特断裂是区域性边界断裂，与和什托洛盖盆地相接长约360 km，具有逆冲和走滑双重性质［6］。北东向的逆断裂体系控制研究区的主要构造形态，由北向南逐期挤压，南缘冲断，北缘推覆叠加，构成了现今的哈山主体。

图1　哈山地区区域构造位置

哈山地区地层主要以古生界为主体，中、新生界厚度较薄，根据录井资料，自下而上发育有石炭系包谷图组（C1b）、阿拉德依克赛组（C2a），二叠系佳木河组（P1j）、风城组（P1f）、夏子街组（P2x）、下乌尔禾组（P2w）和上乌尔禾组（P3w），三叠系百口泉组（T1b）、克拉玛依组（T2k）和白碱滩组（T3b），侏罗系八道湾组（J1b）、三工河组（J1s）和西山窑组（J2x），白垩系清水河组（Klq）以及新生界的多套地层。现今地表出露的地层主要为石炭系，山体南麓白垩系与石炭系和佳木河组呈角度不整合接触。

2　构造演化

为查明哈山地区构造活动的期次，笔者对研究区的不整合面进行了判识，在地震剖面上共识别出9期不整合：二叠系底部不整合、风城组底部不整合、夏子街组底部不整合、下乌尔禾组底部不整合、上乌尔禾组底部不整合，三叠系底部不整合，侏罗系底部不整合、西山窑组底部不整合，白垩系底部不整合。其中二叠系底部不整合、夏子街组底部不整合、三叠系底部不整合、侏罗系底部不整合及白垩系底部不整合为区域不整合（图2），其他为局部不整合。

图2　准噶尔盆地西北缘不整合发育特征

二叠系底部不整合在全区分布，在地震剖面上，上覆的佳木河组呈现中—强振幅、同相轴具有一定连续性，与下伏中—弱振幅、差连续杂乱反射的石炭系呈角度不整合接触；夏子街组与风城组之间为顶超底削不整合，不整合面上、下地层同相轴较为连续，超覆和削截的角度都相对较低。三叠系底部的不整合类型较为丰富，在不同地区表现为不同的形式，在研究区南缘主要发育削截不整合，而在靠近山体部位主要发育断褶不整合，表明二叠纪末期的构造活动非常强烈。侏罗系底部不整合在不同地区表现为不同的类型，在哈山及其周缘表现为多期冲断-推覆体不整合，在乌尔禾凸起与夏子街凸起表现为断褶或褶皱不整合，而在玛东1井区则表现为平行不整合。侏罗系底部不整合样式与三叠系底部不整合具有演化上的一致性，其代表的构造活动相对较弱。白垩系底部不整合是准噶尔盆地分布最广的一个区域不整合，与下伏地层呈大规模削蚀不整合接触，上覆地层呈超覆分布；在哈山、哈山西、红旗坝地区白垩系由南向北逐层超覆，最终超覆在石炭系之上；在乌尔禾鼻凸与夏子街鼻凸上表现为小角度的褶皱不整合；在玛东1井区，白垩系与侏罗系呈平行不整合接触，整体来看，在盆缘表现为超剥叠置的特征，在盆内表现为低角度的削截不整合、断褶不整合和平行不整合。

总的看来，侏罗纪、白垩纪的构造活动相对较弱，活动性质相似，可划为一个阶段进行研究。另外，由于研究区新生界基本上未残留，表明研究区在新生代，应该存在一期强烈的区域性挤压。据此，可将研究区的构造演化过程大致划分为6个演化阶段。

（1）晚石炭世哈山地区上石炭统哈拉阿拉特组火山碎屑岩中发现的深海迹、类沙蚕迹、动藻迹等深水遗迹相指示，在晚石炭世为深海-半深海环境［7］。在野外沿哈山北缘达尔布特断裂走向不同构造部位可见到橄榄岩蛇纹石化、玄武岩、硅质岩共生的蛇绿岩套［8-9］，根据锆石测年资料，最新年龄为（302±1.7）× 106a［10］，也证明在石炭纪晚期哈山地区古海洋环境的存在。据哈山地区新1井佳木河组和风城组火山岩元素分析，利用玄武岩Hf-Th-Ta图版进行构造环境的判别（图3a），发现从佳木河组沉积期到风城组沉积期，玄武岩的形成环境发生了由岛弧向板内的转变，说明在下二叠统风城组沉积期之前古海洋就关闭了，洋壳强烈俯冲，陆陆拼合，哈山地区进入板内造山阶段。

（2）早二叠世在强烈的挤压碰撞之后，哈山地区在早二叠世风城组沉积期出现了一次短暂的伸展［11-12］。新1井风城组花岗岩轻稀土元素呈右倾式（图3b），富集La，Ce，Pr等元素，微量元素曲线也呈右倾式，以富集Ba，Nb，Sr等大量元素为特征（图3c），元素特征指示哈山地区下二叠统风城组沉积期为碰撞后的伸展环境［13-15］。地震资料表明，该时期的构造特征主要是形成了一系列产状相似的正断层，而弱伸展的环境为风城组湖相泥岩提供了相对稳定的沉积环境，沉积了一套厚层膏泥岩，它不仅可作为优质烃源岩，而且可以为后期构造活动提供滑脱条件。

早二叠世末期，来自北西方向的构造应力使得研究区再次进入挤压环境，风11井和哈深2井在哈山主体部位的外来推覆系统中均钻遇风城组，标志着风城组的沉积范围位于现今哈山的北部更远处，主要的推覆作用发生在风城组沉积之后。研究区开始出现早期的冲断变形，形成一系列产状相近、规模相当的逆断层，平面上主要呈近北北东向、北东向展布。随着挤压的推进，沿中—上二叠统内部的泥岩层发生滑脱，向前推进，在南缘拱起形成一系列断弯褶皱，风城组及部分石炭系卷入变形。冲断末期研究区发生沉积间断，与夏子街组形成削截和断褶不整合。

规模较大的边界逆断层在深层还呈现脆-韧性剪切带的特征。野外露头上常见到这类早期的逆断层，由于受到强烈的挤压，泥岩的面理化、剪切带中的碳酸盐岩糜棱岩化现象非常明显。在垂直面理的方向上常可见细小的张裂缝，多被石英等矿物充填。S面理是早期形成的挤压面理，C面理是形成稍晚的剪切面理，二者所夹的锐夹角指示剪切的方向，即通常所说的S—C组构。根据S—C组构、层间褶皱的轴线方向等可判断剪切带的相对位移方向应该为左行平移（图4）。

（3）中—晚二叠世进入中—晚二叠世，挤压继续由北西向南东方向推进，强烈逆冲推覆，由盆缘向山体依次抬升，推覆距离长，抬升角度大，断层倾角均相对较大，地层变形严重。该时期是哈山地区构造格架形成的主要时期，断裂发育，形成大量逆冲断层且活动非常强烈，以风城组膏泥岩等塑性地层为滑脱面，形成局部底板断层，向前推进的同时互相叠置，发育大量双重构造、构造楔、反冲构造、叠瓦扇等挤压构造样式，乌尔禾鼻凸和夏子街鼻凸形成。在北缘达尔布特断裂以及南缘的乌尔禾鼻凸和夏子街鼻凸可见明显的花状构造，野外也可见到该时期的平面帚状构造，根据断层形态和组合关系，以左行平移为主，证实该时期存在强烈挤压下局部地块的相对滑动，使得部分逆冲断面被后期改造利用，同时具有走滑的性质。

图4　哈山地区剪切带野外露头特征

（4）三叠纪百口泉组厚度稳定，表明其沉积期地形起伏不大。在哈山东段，三叠系与下伏二叠系为不整合接触，与上覆侏罗系为削截不整合接触，表明三叠系沉积末期发生强烈挤压，活动强度相对晚二叠世时期有所减弱。部分早期断层继续活化，晚期新形成的断层冲断叠加，主要发育叠瓦扇等挤压构造样式，哈山地区的构造格局基本定型。由于在挤压过程中不同地块或者同一地块的不同部位位移量不一致，在垂直于主要构造带走向方向上形成大量的走滑调节断层（图5），平面上呈近北北西向或北北东向展布，剖面上陡立并与分支断层构成花状构造，切割主要逆冲断裂。

图5　哈山地区走滑断层地震反射特征（剖面位置见图1）

（5）侏罗纪—白垩纪进入侏罗纪，哈山山体形成，分隔南北，此时构造活动明显减弱，侏罗系超覆、削蚀现象明显。侏罗系内部多期的削蚀不整合，代表侏罗纪经历了多期相对较弱的构造运动。早期断裂活动基本停止，新产生的断层主要为规模较小的局部断层，对构造面貌的影响不大，只在局部区域切穿侏罗系，具有同沉积断层的特征。白垩纪主要以超覆沉积为主，构造活动的强度相比侏罗纪更弱，仅发育少量的逆断层，局部地区发育正断层，弱挤压和弱拉张的环境交替出现，使整个研究区处于振荡隆升阶段。

（6）新生代新生代哈山经历了最后一次抬升剥蚀，新生界在哈山地区基本未残留。在挤压抬升的同时，研究区大范围发生地块的滑动，构造面貌发生了走滑调整。野外露头可见大量的正花状构造，形态清晰，保存完整，指示最后一期的走滑活动。其中，北缘的达尔布特断裂左行平移，对哈山地区的地层发育产生了重要影响，在哈山与和什托洛盖盆地交界处，侏罗系、白垩系被整齐切割，石炭系与第四系直接接触，新生界被花状构造的分支断层卷入变形。

从研究的结果来看，哈山构造形成的主要时期在晚二叠世，二叠纪末期的缩短量最大，推覆距离最长，形成的断裂也最多，早二叠世末和三叠纪末次之，这3次强烈的挤压碰撞形成了哈山的主体。

3　石油地质意义

3.1控制优质烃源岩的发育和分布

经历了早二叠世早期强烈的俯冲碰撞之后，哈山地区在风城组沉积期进入短暂的伸展裂陷环境，哈浅6井、哈深斜1井以及玛湖凹陷的多口钻井显示，风城组底部为火山岩，向上逐渐变为白云质泥岩、凝灰质白云岩、泥质白云岩和深灰色泥岩。该时期的火山活动带来了大量火山营养物质，而周期性的喷发又有利于将水体生物周期性的快速埋藏，与火山物质蚀变生成的黏土矿物共同提供了有机质富集、保存及转化的条件，在研究区形成了一套广泛发育的优质烃源岩。根据对哈山地区典型剖面的构造变形复原，风城组沉积边界在现今哈山以北28～35 km处谢米斯台山附近，山下仍然保留了风城组。另外，结合过加依尔山的地震剖面分析，下二叠统风城组的沉积边界在现今加依尔山以西15～25 km处，盆地面积超过6 100 km2，这些认识提高了哈山地区的勘探潜力，改变了前期烃源岩发育只局限于玛湖凹陷，油气主要由玛湖凹陷二叠系水平运移至西北缘的认识。同时，由于哈山构造带风城组沉积末期和中—晚二叠世早期经历了强烈的推覆叠加，使得烃源岩在推覆体之下叠置，整体呈现向北逐渐增厚的趋势。经哈山地区勘探成果证实，在哈山地区推覆体存在可靠的厚层烃源岩，通过单井生烃模拟与盆地模拟法结合对哈山地区资源量进行估算，在推覆体之上和推覆体之下的风城组烃源岩生烃量可达67.20×108t，聚集量可达4.03×108t，油气可沿构造带内部的深大断裂垂向运移至各层圈闭中，形成沿山前分布的油气聚集带。

3.2改善储集层物性

冲断作用改善了储集层的储集物性。哈山地区浅层主要发育碎屑岩，深层则主要发育凝灰质白云岩、泥质白云岩和火山岩，通过哈山地区储集层分布特征研究发现，构造作用在宏观上控制着储集层的发育。白云岩储集层主要为风城组，孔隙类型主要为构造裂缝，通过岩石薄片观察，岩石中白云岩、泥质白云岩及白云质泥岩中微裂缝较发育，裂缝宽度多在0.02～0.20 mm.裂缝角度相对较大，与层面之间的夹角为80°～90°，相互切割，分属不同的期次。早期构造裂缝多被方解石、白云石或石英充填，部分由于后期溶蚀作用，在裂缝间形成溶孔，储集油气。晚期裂缝面平直光滑，无充填，普遍含油，涉及层段长，成为油气储集的重要场所。

在断裂附近的火山岩储集层除了发育高角度构造缝之外，由于受强烈构造活动影响，尤其是二叠纪末期到三叠纪，强烈的构造活动使岩石发生破裂，在形成断层的同时伴生大量树枝状或网状裂缝，不同期次、不同角度的裂缝互相连通，且由于裂缝的交错而在附近产生孔洞。火山岩岩性相对比较致密，如果没有微裂缝的存在，溶蚀作用很难发生，研究区强烈的构造活动为微裂缝的发育创造了有利的地质条件。在哈山推覆体中发育着大量的火山岩，由于多期推覆冲断，断裂和裂缝非常发育，进而控制了溶洞的广泛发育，改善了火山岩的储集物性，裂缝和溶洞成为研究区有利的储集空间。因此，火山岩油气藏和基岩油气藏将是下一步的勘探重点。

3.3控制油气运聚成藏

断裂作为最主要的构造形式，不仅控制着整个构造的形成和演化，而且是油气运移的主要通道。断裂自身作为油气运移通道，沟通了油源和储集层，控制着油气运移方向；其次，与断裂伴生的裂缝还有效地改善了火成岩储集层的储集性能，决定着优质储集层的发育部位，断裂的发育影响着储集层发育，从而在一定程度上对油气富集起着控制作用。在断裂转折端、断裂相交处、褶皱前翼的裂缝发育区域，是油气富集的有利区。另外，在逆冲推覆的过程中，形成了大量的断鼻、断背斜、断块等构造类圈闭，后期经过充注形成大量油气藏。从风古3井—哈深2井近南北向连井剖面（图6）上可以看出，哈山地区主要逆冲断裂的活动强度大，从二叠纪到三叠纪一直在持续活动，在三叠纪末期大规模生排烃时沟通油源，使油气进行运移，在断裂附近聚集成藏。不仅在风城组内部形成自生自储的成藏组合，伴随断裂的垂向运移，在上部地层也形成了一些下生上储的成藏组合。而侏罗纪到白垩纪，构造活动急剧减弱，主要逆冲断裂活动趋于静止，对前期油藏的破坏作用较弱，能够使油藏较好地保存下来。

图6　哈山地区北西向油藏剖面（剖面位置见图1）

4　结论

（1）哈山地区构造活动频繁，在中、新生代沉积过程中总共形成了9期不整合，其中二叠系底部、二叠系夏子街组底部、三叠系底部、侏罗系底部及白垩系底部不整合为区域性不整合，代表了5期区域性的构造活动，其他为局部不整合。

（2）哈山地区现今的构造格局是多期次多方向多种性质应力叠加的结果，其构造的垂向演化主要经历了古洋壳俯冲碰撞（晚石炭世）、伸展裂陷—早期冲断变形（早二叠世）、强烈逆冲推覆（中—晚二叠世）、冲断叠加（三叠纪）、振荡隆升（侏罗纪—白垩纪）、隆升剥蚀兼走滑调整（新生代）6个阶段。其中中—晚二叠世到三叠纪是哈山地区构造活动最强烈时期，也是哈山主体构造的形成和定型期。

（3）哈山地区的构造演化控制了油气生成与成藏的环境条件和物质基础。早二叠世晚期的伸展裂陷构造背景为研究区优质烃源岩的发育提供了有利的环境条件，积累了面积广泛的厚层风城组膏泥岩，成为后期研究区的主力烃源岩；中—晚二叠世到三叠纪，研究区持续强烈逆冲推覆叠加，在断裂发育的同时产生了大量裂缝，改善了储集层物性，并形成了大量断背斜、断鼻、断块等构造圈闭，其中部分断裂持续活动，是良好的油气运移通道，沟通油源并控制了油气的运聚成藏；侏罗纪以后，构造活动急剧减弱并趋于静止，构造环境相对稳定，对早期的油藏能够起到较好的保存作用。

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Techtonic Evolution of Hala’alate Mountain Area and Implications in Petroleum Geology

XUE Yan1，2，ZHANG Kuihua1，WANG Yihao3，WANG Shengzhu1，CHENG Shiwei1，SONG Meiyuan1
（1.West Branch，Research Institute of Exploration and Development，Shengli Oilfield Company，Sinopec，Dongying，Shandong 257015，China；2.Post-Doctoral Research Station，Shengli Petroleum Administration Bureau，Sinope，Dongying，Shandong 257015，China；3.School of Geodesy and Geomatics，Wuhan University，Wuhan，Hubei 430079，China）

Hala’alate mountain area is a part of the piedmont thrust belt in northwestern margin of Junggar basin.The progress of oil and gas exploration in this area is seriously affected for its unclear tectonic process.Based on the 3D seismic data interpretation，field geologic survey and core geochemical analysis，the vertical tectonic evolution process in this area is reconstructed，and the controlling effect on the oil⁃gas accumulation is discussed.The results show that the tectonic evolution in Hala’alate areamainly went through such six stages as an⁃cient oceanic crust subduction and collision（C2），expanding⁃rifted and early thrust⁃deformation（P1），strong thrust and nappe（P2），thrust and superimposition（T），oscilation and upswelling（J-K）and upswelling⁃erosion and strike⁃slip adjustment（Cz）ones.In the late Early Permian，under the stretched and rifted tectonic setting，thick source rocks are developed in this area；from Late Permian to Triassic，the strong thrust and nappe allow the reservoir petrophysical property to be improved，thus forming numerous structural traps；since Jurassic，the tec⁃tonic activity tends to rest，which plays agood conservation role in early formingreservoirs.

Junggar basin；Hala’alate mountain area；thrust belt；evolution stage；tectonic activity

TE111.1

A

1001-3873（2015）06-0687-06

10.7657/XJPG20150609

2015-04-29

2015-08-10

国家科技重大专项（2011ZX05002-002）

薛雁（1986-），女，山东高密人，博士，油气地质，（Tel）15318339363（E-mail）yanxue0414@163.com.