鄧思哲 馬文禮

(1.中國石油大學油氣資源與探測國家重點實驗室， 北京 102249；2.中國石油大學盆地與油藏研究中心， 北京 102249)

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西伊犁盆地石炭—二疊系發(fā)育特征及其古地理意義

鄧思哲1, 2馬文禮1, 2

(1.中國石油大學油氣資源與探測國家重點實驗室， 北京 102249；2.中國石油大學盆地與油藏研究中心， 北京 102249)

伊犁盆地可劃分為東、西盆地，兩者具有成因聯(lián)系，目前對西盆地沉積特征研究很少，這不利于整個伊犁地區(qū)古地理的恢復，制約了伊犁盆地油氣勘探及中國與哈薩克斯坦的油氣合作。以野外地質(zhì)調(diào)查資料為基礎，結(jié)合盆地內(nèi)地球物理資料與研究成果，通過研究西伊犁盆地石炭系、二疊系的平面發(fā)育特征與垂向發(fā)育特征，恢復西伊犁盆地石炭 — 二疊系的古地理環(huán)境，為今后該地區(qū)開展油氣勘探提供依據(jù)。

石炭系； 二疊系； 古地理； 地層特征； 西伊犁盆地

從區(qū)域構造上講，伊犁盆地是指南、北天山所加持的山間盆地，位于中國新疆伊犁哈薩克自治州與哈薩克斯坦阿拉木圖州的交界處，可分為東、西盆地，其中西伊犁盆地位于哈薩克斯坦境內(nèi)，東伊犁盆地部分位于中國境內(nèi)，部分位于哈薩克斯坦境內(nèi)[1-3]。東伊犁盆地中國部分最具油氣勘探潛力，但至今未獲得工業(yè)油氣流[5-6]，而西伊犁盆地國內(nèi)研究較少。鑒于此，深入分析石炭 — 二疊系儲層發(fā)育特征，首次對該地區(qū)石炭 — 二疊系古地理進行恢復。

1 石炭系發(fā)育特征

根據(jù)野外露頭資料，石炭系在北部準噶爾山脈、南緣外伊犁山以及西緣的楚 — 伊犁山脈、肯達克塔斯山地區(qū)分布十分廣泛(圖1)，其中下石炭系分布最廣，厚度達2 000 m。在肯達克塔斯發(fā)育下石炭統(tǒng)，形成扎滿金向斜，成層性良好，發(fā)育紅綠色砂巖、粉砂巖、泥巖及少量灰?guī)r，厚度450 m，向上變?yōu)榘采劫|(zhì)、玄武質(zhì)斑巖、凝灰?guī)r。在南緣的外伊犁山，下石炭系以火山沉積為主，基本不發(fā)育陸源碎屑巖，中上石炭統(tǒng)以熔巖、凝灰?guī)r及少量沉積巖為主。在準噶爾山，下石炭統(tǒng)同樣以火山噴發(fā)巖為主，而中上石炭統(tǒng)發(fā)育斑巖、凝灰?guī)r、凝灰砂巖為主，厚度在 800～3 000 m。綜合分析，可知石炭系時期的沉積范圍十分廣(圖1 — 圖3)，且以海相沉積為主，至少包含了西伊犁盆地現(xiàn)今范圍加上周緣造山帶。

圖1 西伊犁盆地石炭系平面發(fā)育特征圖

圖2 西伊犁盆地A — A′測線剖面

圖3 西伊犁盆地B — B′測線剖面

通過對前期研究成果的進一步處理，建立西伊犁盆地石炭系地層柱狀圖(圖4)。西伊犁盆地下、中、上統(tǒng)均發(fā)育，且以下石炭統(tǒng)最發(fā)育。

下石炭統(tǒng)自下而上分為3個組，分別是圖爾涅依組、維則依組與謝爾布霍夫組。圖爾涅依組下部以海相碎屑沉積為主，主要是火山碎屑物質(zhì)搬運到海底形成的海底扇向上變?yōu)榛鹕綆r，主要是流紋質(zhì)、流紋 — 英安質(zhì)及礫巖，下部發(fā)育正韻律，厚度達576.60 m；維則依組主要是火山沉積物，下部為流紋質(zhì)、粗面流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r，中部發(fā)育流紋質(zhì)、流紋 — 英安質(zhì)凝灰?guī)r，上部為厚層凝灰?guī)r，厚度為650.68 m；謝爾布霍夫組發(fā)育相對細粒的沉積，下部為流紋質(zhì)、流紋 — 英安質(zhì)凝灰?guī)r，少量的流紋巖、安山巖，上部發(fā)育大段海相灰?guī)r，可見海相化石，向上可見火山質(zhì)礫巖、砂巖，以及凝灰?guī)r，此外安山巖也比較發(fā)育，厚度為541.62 m。

圖4 西伊犁盆地石炭系地層柱狀圖

中、上石炭統(tǒng)不是很發(fā)育，其露頭僅在北緣準噶爾山比較常見，目前尚無統(tǒng)一的分層命令方案[4,7, 9]，暫記為C22、C21、C12、C11。C22組是目前該地區(qū)唯一發(fā)現(xiàn)野外露頭油氣顯示的層位，在蓋層頂部發(fā)現(xiàn)大量含瀝青的海相灰?guī)r，厚度為396.93 m。C21、C12組均以火山沉積為主，普遍發(fā)育安山巖、玄武巖、凝灰?guī)r，厚度為457.53 m。C11組則以陸源碎屑沉積為主，整體為間斷性正韻律，發(fā)育礫巖、砂巖、粉砂巖以及凝灰?guī)r，厚度在464.15 m左右。

2 二疊系發(fā)育特征

相較于石炭系，西伊犁盆地二疊系的沉積范圍有所縮小，尤其在盆地西緣造山帶地區(qū)，其分布范圍比石炭系小得多，這與該地區(qū)隆起有關。西伊犁盆地二疊系平面分布特征見圖5。

圖5 西伊犁盆地二疊系平面分布特征圖

二疊系露頭多分布于西伊犁盆地內(nèi)部、西緣的楚 — 伊犁山脈、北緣準噶爾山脈、南緣外伊犁山脈及肯達克塔斯山脈，各區(qū)巖性組合比較相似，均以沉積 — 火山巖巖石為主，但不同巖石所占比例有所不同，指示不同沉積環(huán)境。在準噶爾山地區(qū)以沉積 — 火山巖為主，向上陸源碎屑沉積逐漸增多，火山沉積相對減少，底部可見海相灰?guī)r，說明準噶爾山脈地區(qū)二疊系初海水尚未完全退出。在外伊犁山東部

二疊系可見大量陸源碎屑沉積，而且向上陸源碎屑增多，火山沉積減少，這與準噶爾地區(qū)比較相似，但是該地區(qū)未見海相灰?guī)r沉積。

綜合野外露頭資料及地球物理資料，建立西伊犁盆地二疊系地層柱狀圖(圖6)。學者普遍將該地區(qū)二疊系劃分成7個組[4, 7, 9]，本次研究暫定為P11、P12、P13、P21、P22、P23、P24。P24組具有海相沉積特點，下部發(fā)育凝灰?guī)r，頂部是一套厚層的海相灰?guī)r，厚375.16 m。P23組以火山沉積巖為主，發(fā)育長石砂巖、凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r，厚356.03 m。P22組以火山巖為主，主要是中基性熔巖、凝灰?guī)r、火山質(zhì)礫巖，厚433.30 m。P21組則以火山沉積巖為主，發(fā)育中基性熔巖、凝灰?guī)r、砂巖。P13組與P12組沉積特征比較相似，以發(fā)育厚層凝灰?guī)r為主要特征，厚度分別為375.71，327.24 m。P11則以發(fā)育大套陸源碎屑沉積為主，尤其在該組上部，基本未發(fā)現(xiàn)火山沉積物，而以礫巖、砂巖、粉砂巖為主，整體呈正韻律，指示該時期火山活動基本停止，但是在該組下部，火山巖依舊比較發(fā)育，這說明西伊犁盆地的裂谷期至少持續(xù)到晚二疊系中期，這與東伊犁盆地有很大不同。

圖6 西伊犁盆地二疊系地層柱狀圖

3 石炭 — 二疊系古地理分析

伊犁盆地石炭系在強烈拉張背景下，海盆不斷加深，同時沉積物供給速率小于可容空間增加速率，相對海平面不斷上升，伴隨著強烈的火山作用，整體形成了海相夾火山噴發(fā)相的沉積組合。

該時期西伊犁盆地整體處于海相環(huán)境，而石炭系屬于海相裂谷盆地，在盆地邊緣造山帶，尤其是西緣的肯達克塔斯山脈地區(qū)及楚 — 伊犁山脈地區(qū)火山巖十分發(fā)育。這種環(huán)境向東延伸到東伊犁盆地，向西與中亞古生代海洋相連，該時期整個中亞與中國西北地區(qū)處在相似的大地構造環(huán)境下，通過東、西伊犁盆地石炭系對比，可以看出兩者在石炭系時期均以海相沉積為主，夾有多期的火山噴發(fā)，且兩者的火山巖比較發(fā)育的層位具有一定對應關系，在石炭系末均顯示少量的陸相或海陸過渡相沉積，這說明石炭系時期2個盆地經(jīng)歷的古地理環(huán)境比較相似[6-9]。

二疊系是西伊犁盆地海陸過渡時期，海水在石炭系末開始退出西伊犁盆地，到了早二疊系，海水已經(jīng)基本退至盆地西北緣，到了晚二疊系海水完全退出西伊犁盆地，盆地完全變?yōu)殛懴嗯璧?。在二疊系，物源主要來自南緣的外伊犁山以及西南緣的肯達克塔斯山；另外，此時的北緣準噶爾山地區(qū)依舊是一個裂谷中心，火山活動劇烈，在近物源區(qū)發(fā)育沖積扇相。阿拉木圖地區(qū)在二疊系是湖盆中心，發(fā)育深 — 半深湖相、濱淺湖相，一直延伸至盆地東緣，與該時期東伊犁盆地湖盆相連。在湖盆的北緣與西緣發(fā)育三角洲沉積，主要是曲流河與辮狀河三角洲，物源主要是肯達克塔斯山與準噶爾山，在盆地的北緣與西緣也有三角洲沉積，主要是海相三角洲，帶著豐富陸源碎屑物質(zhì)入海，這也導致該時期海相灰?guī)r不是很發(fā)育。

對比東伊犁盆地[6-8]，西伊犁盆地的海水尚未完全退出，且火山活動要比東伊犁盆地頻繁劇烈，可推知：

(1)伊犁地區(qū)的海水是在晚石炭系在中國東伊犁盆地阿吾拉勒山地區(qū)開始向西退出，在石炭系末完全從中國境內(nèi)退出，退至哈薩克斯坦東伊犁盆地，此時西伊犁盆地尚處于海相環(huán)境；到了二疊系，海水才開始從西伊犁盆地退出，直到晚二疊系海水從西北緣退出西伊犁盆地；晚石炭系 — 晚二疊系是伊犁地區(qū)的海退時期。 伊犁地區(qū)晚石炭系 — 晚二疊系海退方向見圖7。

海退路線表明，在這一時期該地區(qū)地形東高西低，這種東西地勢差異對以后該地區(qū)的水系分布具有重要影響，控制著現(xiàn)今伊犁河的流向及該地區(qū)河道滯留沉積中的礫石排列方向，同時也說明南緣造山運動要早于北緣造山帶，石炭系末南緣外伊犁山、凱特麥尼山及西南緣的肯達克塔斯山已經(jīng)開始隆起，而北緣的準噶爾山地區(qū)、楚 — 伊犁山地區(qū)的造山帶在二疊系末才開始形成。

圖7 伊犁地區(qū)晚石炭系 — 晚二疊系海退方向

(2)二疊系東伊犁地區(qū)的構造環(huán)境要比西伊犁盆地穩(wěn)定，東伊犁盆地在晚二疊系早期就基本進入坳陷發(fā)育階段，而西伊犁盆地尚處于裂谷發(fā)育階段，說明二疊系東、西伊犁盆地的盆地類型是不同的：在二疊系東伊犁盆地屬于裂陷 — 坳陷盆地，而西伊犁盆地屬于裂陷盆地，這導致東西盆地二疊系沉積特征有很大差異，雖然二疊系在東伊犁盆地是一個重要勘探層位，但這并不能推知西伊犁盆地二疊系也有勘探價值，因此兩者在二疊系沒有可對比性。

4 結(jié) 語

(1)西伊犁盆地石炭系沉積范圍大，露頭分布廣，與相鄰盆地相似，可與東伊犁盆地進行對比，指導西伊犁盆地的油氣勘探；二疊系沉積范圍有所減小，沉積特征與東伊犁盆地不同，不具有可對比性。

(2)西伊犁盆地在石炭系主要是淺海相環(huán)境，火山活動頻繁劇烈；二疊系海水退出西北緣，為近海的湖泊環(huán)境，整體表現(xiàn)為一個海退進積過程，這是二疊系三角洲發(fā)育的重要原因。

(3)整個伊犁地區(qū)的海水是在晚石炭系開始在中國東伊犁盆地阿吾拉勒山地區(qū)開始向西退出，在石炭系末退至哈薩克斯坦東伊犁盆地，完全從中國境內(nèi)退出；到了二疊系，海水才開始從西伊犁盆地退出，直到晚二疊系海水從西北緣退出西伊犁盆地。

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The Stratigraphic Characteristics and Their Palaeogeographic Significance of Carboniferous and Permian Systems in West Yili Basin

DENGSizhe1,2MAWenli1,2

(1. State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting,China University of Petroleum, Beijing 102249, China;2. Basin and Reservoir Research Center, China University of Petroleum, Beijing 102249, China)

Yili Basin can be divided into West Yili Basin and East Yili Basin, and there are close genetic relationships between these two parts. However, the study on the sedimentary environment in West Yili Basin is rare so far, which is not favorable for the paleogeographic reconstruction of Yili Basin. And it is restricting the oil-gas exploration in this territory and the China-Kazakhstan cooperation on energy. Based on the field geological survey, the geophysical data and previous works of others, the plane distribution features and the vertical superimposition features of Carboniferous and Permian Systems were studied. The paleogeographic environment in Carboniferous and Permian was reconstructed. The results could provide basis for future oil-gas exploration.

Carboniferous and Permian systems; palaeogeography; stratigraphic characteristics; West Yili Basin; Kazakhstan

2015-07-02

國家自然科學基金項目“頁巖氣藏多重介質(zhì)滲流機理與理論研究”(51374265)

鄧思哲 (1989 — )，女，中國石油大學(北京)在讀碩士研究生，研究方向為沉積學、油氣地球化學。

P618

A

1673-1980(2015)05-0022-05