孫自明，沈 杰

(1.中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083;2.中國石化西北油田分公司工程監(jiān)督中心，新疆輪臺 841600)

博格達山位于新疆北部，南北分別為吐哈盆地和準噶爾盆地夾持，平面上呈東西方向延伸，長約400 km;東、西兩端較寬(90～100 km)，中間較窄(30～60 km);西界在烏魯木齊一帶，東界位于巴里坤縣西側(cè)。以奇臺為界，博格達山在走向上分為東西兩段，西段位于奇臺至烏魯木齊之間，俗稱博格達推覆構(gòu)造[1］(圖1)。由于博格達山蘊藏著豐富的深部構(gòu)造和盆山耦合機制等信息，并與油氣等礦產(chǎn)關(guān)系密切，長期以來一直引起人們的興趣和重視，并進行了大量研究[1－8］，研究內(nèi)容偏重于博格達山成因的動力學機制探討和博格達山北緣構(gòu)造幾何學分析等方面。本文通過對博格達山西段及鄰區(qū)地表地質(zhì)、勘探地震和大地電磁測深等資料的綜合分析，探討了博格達推覆構(gòu)造的組成與結(jié)構(gòu)、形成演化及其與油氣的關(guān)系。

圖1 新疆博格達山及鄰區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡圖Fig.1 Schematic map showing geology in Bogda Mountain and its adjacent region，Xinjiang

圖2 北天山—準噶爾盆地構(gòu)造剖面Fig.2 Structural section across north Tianshan and Junggar Basin

1 推覆構(gòu)造基本特征

1.1 組成與結(jié)構(gòu)

關(guān)于博格達推覆構(gòu)造的范圍，以往主要是指出露有石炭系露頭的、地理意義上的博格達山及其北緣褶皺沖斷帶地區(qū)。通過對大量勘探地震資料和地表地質(zhì)資料的綜合研究，根據(jù)構(gòu)造幾何學特征分析，認為博格達推覆構(gòu)造是由柴窩堡盆地、博格達沖斷隆起和博格達北緣褶皺沖斷帶組成的一個自南向北逆沖的大型逆沖推覆構(gòu)造，其根部位于北天山南緣斷裂，前鋒為阜康斷裂，阜康凹陷屬于推覆構(gòu)造前緣的山前坳陷，它們之間均以斷裂分隔(圖2)。

柴窩堡盆地總體上是一個南翼陡、北翼緩的復向斜構(gòu)造，呈東西向展布。復向斜南翼發(fā)育多條南傾北沖、近東西走向的逆沖斷裂，剖面上構(gòu)成疊瓦沖斷組合，卷入地層為中—上石炭統(tǒng)至新近系。地表可見到石炭系由南向北依次疊瓦逆沖于二疊系、三疊系和侏羅系之上，上盤的石炭系變形強烈，發(fā)育緊閉、斜歪或倒轉(zhuǎn)褶皺。根據(jù)地震資料解釋，復向斜南翼向北的推覆距離達到8～14 km。復向斜北翼以向南逆沖的疊瓦沖斷組合為主，可見到上石炭統(tǒng)奧爾吐組(C3o)及下二疊統(tǒng)向南掩覆在侏羅系—白堊系之上，斷面平緩，反映出是以奧爾吐組作為滑脫層自北向南逆沖之結(jié)果。復向斜核部變形地層為二疊系至古近系，厚數(shù)千米，變形較弱，以發(fā)育斷層相關(guān)背斜褶皺為主。

博格達沖斷隆起夾持于三工河斷裂與博南斷裂之間，主體是一個核部由中石炭統(tǒng)柳樹溝組組成、兩翼發(fā)育少量二疊系的南翼緩、北翼陡的不對稱復式背斜構(gòu)造。復背斜核部位于博格達山主峰一帶，平面上呈弧形向北凸出，組成地層主要為中石炭統(tǒng)柳樹溝組和石炭系中酸性侵入巖，產(chǎn)狀較為寬緩，近水平或有小角度傾斜。復背斜北翼位于博格達主峰北側(cè)，平面上呈北西西向展布，僅在西端轉(zhuǎn)變?yōu)楸睎|向，向北呈弧形突出，剖面上復背斜北翼地層傾角較陡，多為50°～60°。地表可見到沿三工河斷裂發(fā)育數(shù)百米寬的擠壓破碎帶，上盤石炭系逆沖于下盤二疊系之上，斷裂附近的下盤地層幾乎已全部倒轉(zhuǎn)。三工河斷裂向北的推覆距離可達數(shù)千米[2］。復背斜南翼位于博格達山南坡，夾持于博南斷裂與喀依納木山斷裂之間，平面上呈近東西向延伸。組成地層為石炭系和二疊系，地層傾角較緩，一般為20°～45°。

圖3 新疆博格達山北緣南北向構(gòu)造剖面Fig.3 S － N structural section in northern margin of Bogda Mountain，Xinjiang

北部褶皺沖斷帶屬于博格達沖斷隆起與準噶爾盆地之間的前陸褶皺沖斷帶，夾持于三工河斷裂和阜康斷裂之間，其間由區(qū)域性展布的妖魔山斷裂分隔，劃分為南、北2個逆沖巖席(圖3)。南部逆沖巖席主要由下二疊統(tǒng)組成，巖層向北陡傾并常見倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為下二疊統(tǒng)向北逆沖于三疊系—侏羅系之上;北部逆沖巖席主要由二疊系至侏羅系組成，從南向北依次發(fā)育鍋底坑向斜帶、大黃山—大龍口背斜帶和黃山街向斜帶;向斜南翼地層陡傾或倒轉(zhuǎn)，北翼緩傾且變形微弱;但背斜核部變形極其復雜，褶皺變形強烈，常見地層重復和倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，如在三臺大龍口溝可見到淺層發(fā)育逆沖滑脫向斜，其下為雙重構(gòu)造，沿分支逆斷層發(fā)育滑脫背斜和倒轉(zhuǎn)背斜等，反映了該區(qū)背斜核部蘆草溝組和紅雁池組作為構(gòu)造滑脫層已發(fā)生了強烈的地層增厚，并控制了妖魔山斷裂和阜康斷裂之間淺部層位的構(gòu)造變形[9］。

1.2 邊界調(diào)節(jié)斷裂

博格達推覆構(gòu)造作為一個相對運動的塊體，其整體向北北東方向的位移由其東、西兩側(cè)邊界調(diào)節(jié)斷裂即達坂城—老奇臺斷裂和烏魯木齊—米泉斷裂的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。

烏魯木齊—米泉斷裂[10－11］是一條呈北東向展布的基底斷裂，構(gòu)成博格達推覆構(gòu)造的西部邊界，在深層基底是一條左行壓扭走滑斷裂，淺層表現(xiàn)為以左行壓扭走滑變形組合為主的大型復雜構(gòu)造變形帶，平面上切割并錯開北西向和近東西向斷裂。布伽重力異常圖上表現(xiàn)為明顯的重力梯度帶，重力基底深度圖上斷裂兩側(cè)重力基底深度差異大;磁力異常圖上表現(xiàn)為高、低磁異常的分界和異常軸的錯斷及異常軸方向的改變(圖4)。在地表淺部，斷裂兩側(cè)變形構(gòu)造組合和沿斷裂發(fā)育的區(qū)域性雁列褶皺群均指示具有左行走滑扭動特征。受斷裂控制，斷裂兩側(cè)的中新生界厚度和現(xiàn)代地震活動強度等都有明顯差異?？碧降卣鹳Y料表明，沿斷裂帶發(fā)育一些局部深斷陷，如永豐斷陷，其面積為1 600 km2，斷陷深度大于10 000 m。

圖4 新疆博格達推覆構(gòu)造及鄰區(qū)航磁異常圖Fig.4 Aeromagnetic anomalies(ΔT)in Bogda nappe structure and its adjacent region，Xinjiang

達坂城—老奇臺斷裂構(gòu)成博格達推覆構(gòu)造的東側(cè)邊界，平面上沿喀拉烏成山呈北東東向展布，向準噶爾盆地延伸，走向轉(zhuǎn)為北東向。在航磁(ΔT)異常圖上(圖4)，斷裂以西的博格達山鏈為正磁場背景，并與其北側(cè)盆地區(qū)的負異常成對出現(xiàn)，磁異常走向為北西西向;斷裂以東的博格達山體為負低磁異常場，正磁性體明顯南移，造成斷裂兩側(cè)的正磁異常與負磁異常相對置，且磁異常場的總體線性特征已不明顯。磁異常反映了淺部和深部(20～30 km)磁性地質(zhì)體的分布、變化和空間形態(tài)，這種磁異常結(jié)構(gòu)及正負異常分布關(guān)系的明顯改變可能是斷裂存在的反映。類似的地球物理場變化在布伽重力異常圖上也有清楚顯示。此外，主體構(gòu)造線呈北東東向展布的喀拉烏成山可能是該斷裂走滑擠壓在地表淺層的表現(xiàn)，盡管該區(qū)在東西向剖面上顯現(xiàn)出褶皺沖斷帶特點，地表可見泥盆—石炭系向南東逆沖于中新生界之上，但其組合具有典型的壓扭構(gòu)造特征。該斷裂主要形成于印支—燕山期。

2 推覆構(gòu)造成因與演化

2.1 成因機制探討

關(guān)于博格達山的成因，長期以來存在爭議。博格達山在布格重力異常圖上表現(xiàn)為重力高，低值區(qū)位于其南側(cè)的柴窩堡盆地。針對這一地質(zhì)事實，不同學者在解釋博格達山成因機制方面出現(xiàn)了較大分歧，爭論的焦點主要集中于博格達山存不存在山根，即博格達山是原地隆起成山還是推覆成山?一種觀點認為，布格重力正異常反映了博格達自石炭紀地殼拉張到一定程度后，成為夭亡的裂谷，由于沒有經(jīng)過強烈的推擠和增厚，至今仍大致保持當初拉張階段的地殼結(jié)構(gòu)形態(tài)[12］;重力高無明顯山根是裂谷型地槽褶皺山的特點，山間盆地表現(xiàn)為重力低值屬于正?，F(xiàn)象[2］。另一種觀點認為，根據(jù)重力均衡學說，山根應表現(xiàn)為重力低，重力高說明博格達山體可能不存在山根，柴窩堡盆地重力低值區(qū)是真正的博格達山根之所在，現(xiàn)在的博格達山的位置正好向北移動了30 km，爬在地幔的斜坡上，因此，博格達山是從柴窩堡盆地往北推覆到現(xiàn)今的位置[13］。

近年來的地震層析成像研究揭示，博格達山體在硅鋁殼與硅鎂殼之間存在低速層，其波速僅為5.07 ～5.86 km/s，低于正常沉積巖層的速度[14］;博格達山及鄰區(qū)上地殼構(gòu)造走向與天山和準噶爾盆地構(gòu)成的盆山格局同為東西向展布，中地殼及其以下圈層則轉(zhuǎn)變?yōu)槟媳毕騕15－16］，類似于秦嶺造山帶的“立交橋”結(jié)構(gòu)[17］，因此，中地殼應是發(fā)生深淺構(gòu)造變形幾何學和運動學轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵圈層。

根據(jù)前面對博格達推覆構(gòu)造的論述并結(jié)合最新資料綜合分析，筆者認為博格達山應屬于推覆構(gòu)造成因，但其范圍不僅包括現(xiàn)今地貌意義上的博格達山，而且應包括其南側(cè)的柴窩堡盆地，二者共同構(gòu)成了自南向北逆沖的推覆構(gòu)造，其底部主滑脫面位于中地殼，根部可能位于中天山北緣斷裂，東、西兩側(cè)則分別由達坂城—老奇臺和烏魯木齊—米泉2條調(diào)節(jié)斷裂圍限，其形成是由于準噶爾地塊向南俯沖作用的結(jié)果(圖5)。

圖5 新疆博格達推覆構(gòu)造成因機制立體示意Fig.5 Perspective diagram showing formation mechanism of Bogda nappe structure，Xinjiang

2.2 演化階段

盡管博格達山地區(qū)在晚海西期和印支期經(jīng)歷了多次強度不等的構(gòu)造運動，如晚石炭世末期、中二疊世末期和三疊紀末期等的構(gòu)造運動，但始終未能改變博格達山地區(qū)是沉積坳陷區(qū)或其一部分的基本面貌，也沒有造成博格達山地區(qū)較強烈的構(gòu)造隆升和構(gòu)造變形。對博格達山及鄰區(qū)中新生界大量古流向的測量表明[18－20］，博格達山第一次大規(guī)模強烈構(gòu)造隆升發(fā)生于侏羅紀晚期至白堊紀早期，之后才成為隆起區(qū)并為其周圍沉積坳陷提供物源。概括博格達推覆構(gòu)造的演化特征，主要經(jīng)歷了3個時期。

2.2.1 雛形期

侏羅紀末期的燕山運動使新疆北部出現(xiàn)了明顯的山隆、盆降構(gòu)造格局，受控于準噶爾盆地向南的俯沖。在烏魯木齊—米泉和達坂城—老奇臺2條斷裂的調(diào)節(jié)下，柴窩堡盆地連同博格達山發(fā)生了自南向北較大規(guī)模的逆沖推覆，形成大量斷裂和褶皺，地層遭受強烈變形和剝蝕，博格達推覆構(gòu)造出現(xiàn)雛形?？碧降卣鹳Y料揭示(圖6)，阜康凹陷此時亦已形成，阜康斷裂下盤的侏羅系向北急劇翹起并遭受剝蝕，西泉鼻隆(北三臺凸起)構(gòu)成前緣隆起。

2.2.2 發(fā)展期

在柴窩堡盆地和阜康凹陷，均可見到白堊系向博格達山方向超覆沉積于下伏不同時代地層之上，白堊系之上又為古近系不整合超覆，反映博格達山在白堊紀至古近紀一直處于造山隆升狀態(tài)，說明在白堊紀末期和古近紀末期至少發(fā)生過2次較強烈的逆沖推覆構(gòu)造變形。尤其在三臺大龍口溝可見到產(chǎn)狀近于水平的古近系紫泥泉子組和安集海河組角度不整合于地層陡立、傾角為50°～70°的中二疊統(tǒng)井井子溝組之上，表明博格達推覆構(gòu)造在白堊紀末期至古近紀之前曾發(fā)生過向北的強烈逆沖推覆構(gòu)造變形，古近紀末期又發(fā)生了一次推覆構(gòu)造活動。

圖6 新疆準噶爾盆地東部南北向地震解釋剖面Fig.6 S － N seismic interpretation section in eastern Junggar Basin，Xinjiang

2.2.3 定型期

新近紀以來，受印度板塊向北俯沖的遠程效應影響，博格達推覆構(gòu)造再次大幅度向北逆沖，博格達山強烈隆升，其前鋒的阜康凹陷再次發(fā)生撓曲沉降，接受厚度較大的沉積地層，而柴窩堡盆地此時仍然以構(gòu)造隆升為特征。該期構(gòu)造變形主要局限于阜康斷裂以南地區(qū)，表現(xiàn)為大規(guī)模的地殼縮短和博格達推覆構(gòu)造的最終定型，而阜康凹陷地區(qū)的地層則變形微弱。

3 推覆構(gòu)造與油氣的關(guān)系

博格達推覆構(gòu)造以發(fā)育一系列逆沖斷裂和山體強烈隆升為特點，山體內(nèi)為厚皮逆沖推覆構(gòu)造，前陸區(qū)為薄皮逆沖推覆構(gòu)造。這種逆沖造山作用，對柴窩堡盆地和準噶爾盆地阜康凹陷的沉積層序及構(gòu)造變形有重大影響，并對其含油氣性具有明顯的控制作用。

柴窩堡盆地在侏羅紀前屬于準噶爾盆地的一部分，但侏羅紀之后，由于博格達推覆構(gòu)造多次向北強烈推覆，二疊紀至侏羅紀的準噶爾大型原型盆地遭到強烈改造并分異出柴窩堡盆地，表現(xiàn)出殘留盆地的構(gòu)造特征;白堊紀以來，柴窩堡盆地一直處于構(gòu)造隆升狀態(tài)，并具有“背馱型”盆地的性質(zhì)。因此，柴窩堡盆地實際上是由二疊紀—侏羅紀的殘留盆地與白堊紀—第四紀背馱盆地復合疊合而成，具有構(gòu)造活動性強、后期改造強烈、地層剝蝕嚴重和油氣保存條件較差等特點。盆地內(nèi)局部構(gòu)造圈閉雖較發(fā)育但規(guī)模均較小，缺乏大型完整的背斜構(gòu)造圈閉;烴源巖為中二疊統(tǒng)蘆草溝組和紅雁池組頁巖，油氣成藏期主要在侏羅紀，雖然與圈閉形成期基本同步，但伴隨著侏羅紀以來的長期構(gòu)造隆升，對已形成的油氣藏具有明顯的調(diào)整、改造或破壞作用，不利于原生油氣藏的保存。因此，柴窩堡盆地可能已不具備形成大型油氣藏的地質(zhì)條件。

博格達推覆構(gòu)造北部滑脫褶皺沖斷帶阜康斷裂上盤地層變形強烈，斷裂發(fā)育，區(qū)域蓋層遭剝蝕強烈，油氣保存條件差，因此，盡管該區(qū)地表存在大量油氣顯示，但已不具備油氣勘探潛力。而阜康斷裂下盤及前緣凹陷地區(qū)則地層保存相對較全，地層變形微弱，發(fā)育上二疊統(tǒng)—三疊系的隱伏背斜構(gòu)造，油源豐富，保存條件好，是尋找大中型油氣藏的有利地區(qū)。

4 結(jié)語

(1)新疆博格達山演化歷史復雜，并與油氣關(guān)系密切，具有豐富的研究內(nèi)容。對博格達推覆構(gòu)造邊界及其基本組成單元的重新厘定，較好地解釋了博格達推覆構(gòu)造的成因，這一認識對研究該區(qū)乃至整個新疆地區(qū)中新生代區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造演化具有重要的啟示作用。

(2)提出的柴窩堡盆地與博格達山同屬于博格達推覆構(gòu)造的認識，密切了柴窩堡盆地與博格達山的成因聯(lián)系，有助于對博格達山南北兩側(cè)盆地的油氣遠景進行全面深入評價。

(3)受推覆構(gòu)造控制，博格達北緣阜康斷裂下盤及前緣地區(qū)的油氣成藏條件優(yōu)于柴窩堡盆地，是尋找大中型油氣藏的有利地區(qū)。

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