引用本文
张磊, 何登发, 易泽军, 李涤. 克拉美丽山与大井坳陷的构造关系——兼论石炭纪构造-沉积格局[J]. 石油勘探与开发, 2020,47(1): 29-44.
ZHANG Lei, HE Dengfa, YI Zejun, LI Di. Tectonic relationship between the Kelameili range and the Dajing depression: Insights into the Carboniferous tectonic-sedimentary framework[J]. Petroleum Exploration & Development, 2020,47(1): 29-44.  
Doi: 10.11698/PED.2020.01.03
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克拉美丽山与大井坳陷的构造关系——兼论石炭纪构造-沉积格局
张磊, 何登发, 易泽军, 李涤
中国地质大学海相储集层演化与油气富集机理教育部重点实验室,北京100083
联系作者简介：何登发（1967-）,男,四川阆中人,博士,中国地质大学（北京）教授,主要从事盆地构造分析与油气地质综合研究。地址：北京市海淀区学院路29号,中国地质大学（北京）海相储集层演化与油气富集机理教育部重点实验室,邮政编码：100083。E-mail: hedengfa282@263.net

第一作者简介：张磊（1988-）,男,湖南岳阳人,现为中国地质大学（北京）在读博士研究生,主要从事构造石油地质研究。地址：北京市海淀区学院路29号,中国地质大学（北京）海相储集层演化与油气富集机理教育部重点实验室,邮政编码：100083。E-mail: geozhanglei@163.com

收稿日期: 2019-04-17
基金项目: 国家自然科学基金青年项目（41702110）; 国家科技重大专项（2017ZX05001-001）; 国家重点研发计划（2017YFC0601405）
摘要

基于最新深钻井、地震剖面、年代学和野外露头等资料,利用轴面分析和平衡剖面等技术,精细解析克拉美丽山地质结构并分析其与大井坳陷的构造关系,对石炭纪不同时期的构造-沉积格局进行探讨。得到3个方面的认识：①研究区主要经历了早石炭世早期、石炭纪末期、中—晚二叠世、晚白垩世和古近纪5次构造挤压运动,早石炭世中—晚期、晚石炭世中—晚期和早二叠世3次伸展构造活动,其中在早二叠世末和中—晚白垩世分别发生了构造楔向南楔入;②克拉美丽山与大井坳陷的构造关系表现为早石炭世早期初次“盆”“山”耦合,之后经历了早石炭世中晚期—早二叠世一定程度的弱化,中二叠世的强耦合,后续的印支、燕山和喜马拉雅等运动都继承了这一“盆”“山”关系;③研究区在早石炭世早期为前陆盆地且发育滴水泉组烃源岩,早石炭世中—晚期发育多个北西向和北西西向半地堑式断陷盆地,形成松喀尔苏组火山岩储集层,早—晚石炭世之交进入裂陷后的拗陷盆地阶段,发育双井子组烃源岩,晚石炭世中—晚期发育断陷,形成上石炭统巴山组火山岩储集层,受石炭纪末、中二叠世的构造挤压作用,巴山组遭受大规模剥蚀,仅在山前坳陷带有部分残余。图11参57

关键词: 克拉美丽山; 大井坳陷; 盆山耦合; 石炭纪构造-沉积格局; 准噶尔东部地区; 准噶尔盆地
中图分类号:TE122 文献标志码:A 文章编号:1000-0747(2020)01-0029-16
Tectonic relationship between the Kelameili range and the Dajing depression: Insights into the Carboniferous tectonic-sedimentary framework
ZHANG Lei, HE Dengfa, YI Zejun, LI Di
Key Laboratory of Marine Reservoir Evolution and Hydrocarbon Accumulation Mechanism, Ministry of Education, China University of Geosciences, Beijing 100083, China
Abstract

Based on comprehensive analysis of typical outcrops, latest deep wells drilled and high resolution seismic profiles in the study area, we examined the geologic structure of the Kelameili range, and analyzed the structural relationship between the Kelameili range and the Dajing depression, and discussed the tectonic-sedimentary framework in different periods of Carboniferous by using axial surface analysis and balanced section techniques. Understandings in three aspects are achieved: (1) The study area experienced five stages of compressional tectonic movements, the Early Carboniferous, the Late Carboniferous, the Middle-Late Permian, Late Cretaceous and Paleogene, and three stages of extensional tectonic movements, the middle-late Early Carboniferous, the middle-late Late Carboniferous and Early Permian. At the end of the Early Permian and the Mid-Late Cretaceous, the tectonic wedges moved southward respectively. (2) The Kelameili range and Dajing depression had the first basin-range coupling during the early Early Carboniferous, basin-range decoupling in the following middle-late Early Carboniferous to the Early Permian, then basin-range strong recoupling in the Middle Permian, and the basin-range coupling had been inherited in the subsequent Indosinian, Yanshanian and Himalayan movements. (3) During the early Early Carboniferous, the study area was a foreland basin where the Dishuiquan Formation source rock developed; in mid-late Early Carboniferous, a series of NW- and NWW-trending half-garben fault basins developed, where the Songkaersu Formation volcanic reservoir formed. In late Early Carboniferous, the study area entered into depression basin stage after rifting, and the Shuangjingzi Formation source rock developed; in the mid-late Late Carboniferous, Batamayineshan fault basin emerged, and the Upper-Carboniferous volcanic reservoir was formed, affected by the tectonic compression during late Carboniferous and Mid-Permian, the Batamayineshan Formation suffered extensive erosion, and only partially remains in the piedmont depression zone.

Keyword: Kelameili range; Dajing depression; basin-range coupling; Carboniferous tectonic-sedimentary framework; eastern Junggar Basin
0 引言

克拉美丽山（也称卡拉麦里山[1]）位于准噶尔盆地东北缘, 夹持于阿尔泰造山带和天山造山带的交接转换部位, 是研究准噶尔盆地形成与演化的天然实验场所[2, 3, 4, 5, 6, 7]。对于准噶尔东部（简称准东）地区的构造-沉积环境, 前人开展了一系列研究, 但仍存在诸多争议。如卡拉麦里洋闭合后是否继续造山存在两种观点：①认为卡拉麦里有限洋盆在早石炭世初关闭后[3], 并没有立即褶皱造山, 而是在两侧陆块之间形成了陆间残余海盆, 并发育了早石炭世晚期的南明水组, 不整合覆盖在蛇绿岩之上[8, 9]; ②认为洋盆闭合后发生挤压碰撞, 使克拉美丽地区隆升造山, 并形成山前前陆盆地[10, 11, 12, 13]。由于克拉美丽地区后期经历了多次构造叠加改造[14, 15, 16], 构造特征十分复杂, 且石炭系火山机构发育, 深部地震资料品质普遍较差, 导致对克拉美丽山与大井坳陷的地质结构的认识也存在较大的争议。

前人通过对克拉美丽露头的系统踏勘, 认为克拉美丽断裂带南侧发育大量向北倾的逆冲断层, 并在晚石炭世中期和中二叠世分别发生了两期走滑-逆冲活动[17, 18]。通过对克拉美丽山前地震剖面的解释, 有学者认为克拉美丽断裂带及其南侧发育大型山前逆冲-推覆构造, 受克拉美丽深大断裂带控制, 晚石炭世在大井地区形成前陆盆地[10, 12, 19, 20]。也有学者认为现今的盆山构造样式主要受构造楔向南楔入的控制, 构造楔的楔入形成了山前前陆盆地[21]。对于“ 盆” -“ 山” 关系, 前人提出海西运动期主要为强耦合阶段, 中生代至新生代早期为弱耦合和调整阶段的观点[6]。但对于“ 盆” -“ 山” 演化具体过程及对应研究区石炭纪盆地的属性与特征, 还需要进一步厘定。

研究区整体上研究程度较低。近年来中国石油新疆油田在准东地区新钻了多口深探井, 部署了多条高分辨率二维地震宽线, 能清晰地显示出石炭系内幕结构和变形特征。新补充的资料与以前的石炭系年代地层格架产生了一定的矛盾, 因此利用新的石炭系划分方案对新采集的地震剖面进行解析, 对于研究区地质结构和盆山关系能得到新的认识和启发。石炭系是准噶尔盆地东北缘重要的勘探层系, 近年来亦显示出巨大的油气勘探潜力, 因此开展对大井坳陷石炭系深层地质结构的研究, 对本区的油气勘探领域也具有重要现实意义。

本文通过精细解释研究区内4条最新采集的二维地震宽线, 利用断层相关褶皱理论进行构造几何学和运动学分析; 依据轴面分析并结合前人的研究成果, 剖析克拉美丽山不同主断裂及构造楔的活动时间和期次; 利用平衡地质剖面, 分析克拉美丽山与大井坳陷的形成-演化过程。在此基础上, 结合最新的钻井、录井等资料, 探讨准噶尔盆地东部地区石炭纪不同时期的构造-沉积格局。

1 区域地质概况

准噶尔盆地位于中亚造山带的南部, 在大地构造位置上处于西伯利亚板块、哈萨克斯坦板块和塔里木板块的交汇部位, 是中亚造山带的重要组成部分（见图1a）。克拉美丽山位于准噶尔盆地东北缘（见图1b）, 是一条北西走向的线性造山带[3], 长约220 km, 宽为20~50 km（见图1c）。克拉美丽断裂带是该造山带内部发育的最为重要的一条大型断裂带[3]。有学者将该断裂带作为哈萨克斯坦古板块和西伯利亚古板块的缝合带[1, 22], 也有学者认为该断裂带是西伯利亚古陆边缘向北的一条古俯冲带, 而非两个古板块的缝合带[3]。基于对该断裂带构造涵义的理解, 前人对准东地区甚至整个中亚地区的古生代构造环境与演化进行了重建, 中泥盆世— 早石炭世早期, 由卡拉麦里洋向北部的野马泉岛弧俯冲消减初步形成克拉美丽造山带[3], 双井子地区下石炭统松喀尔苏组的磨拉石建造[11]。上覆上石炭统巴塔玛依内山组（简称巴山组）经锆石测年显示为早石炭世的火山岩[23], 限定了克拉美丽山造山的时限。早石炭世中期— 晚期, 准东地区处于后碰撞期伸展环境, 火山活动强烈, 并在石炭纪末期再次碰撞造山[24, 25, 26]。石炭纪以后, 准噶尔盆地主要经历了晚海西期、印支期、燕山期及喜马拉雅期构造运动[7, 15, 27, 28], 多期构造运动的叠加形成克拉美丽地区现今复杂的构造特征。

图1 准噶尔盆地大地构造位置图（a）、准噶尔盆地东部地区构造地质单元划分（b）及地质构造纲要图（c）

本文研究区包含克拉美丽山和山前的大井坳陷, 大井坳陷包括石树沟凹陷、黄草湖凸起、石钱滩凹陷、黑山凸起和梧桐窝子凹陷（见图1c）。克拉美丽山前坳陷带地层发育相对较全, 由下至上发育前石炭系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系下白垩统、新近系上新统和第四系, 缺失古近系和新近系中新统（见图1c、图2）, 而在克拉美丽山内仅残留泥盆系和石炭系, 上覆地层均遭到剥蚀[3]。

图2 准噶尔地区克拉美丽山— 大井坳陷构造-地层层序与盆地演化（剖面位置见图1）

2 准东地区石炭系的划分与分布特征
2.1 准东地区石炭系划分方案

准噶尔盆地石炭系的地层划分比较混乱（见图3）, 给石炭系的研究带来了诸多不便, 因此厘定各组之间的关系十分必要。在全国地层多重划分对比研究《新疆维吾尔自治区岩石地层》划分方案中, 准噶尔地区属于北疆地层区, 与研究区相对应的是卡拉麦里地层小区和将军庙地层小区。新疆地矿局在双井子地区的1∶ 200 000地质填图中（库普幅）, 将克拉美丽深断裂以南的石炭系由下至上分为：下石炭统松喀尔苏组、中石炭统巴塔玛依内山组（简称巴山组）和中石炭统双井子组（见图4）。松喀尔苏组（地质图命名）不整合覆盖于上泥盆统之上, 厚度约887 m, 岩性以砾岩、砂岩为主, 夹粉砂岩及炭质页岩, 为一套海陆交互的粗碎屑岩建造, 其中产出大量的植物化石, 时代为晚泥盆世或早石炭世（1∶ 200 000地质图的库普幅）。双井子地区的露头同时也是巴塔玛依内山组（地质图命名）的建组剖面（见图1c、图5a）, 巴山组与下伏松喀尔苏组呈高角度不整合接触, 甚至超覆在上泥盆统之上, 为一套火山岩与火山碎屑岩建造, 岩性主要为橄榄玄武玢岩、玄武玢岩、安山玢岩、霏细岩、流纹岩和凝灰岩等, 并夹杂少量碎屑岩沉积。地质图上将巴山组归为中石炭统。谭佳奕等[23]对该地区一条实测剖面巴山组（地质图命名）顶部的火山岩进行了锆石测年, 结果显示为（350± 6.3）Ma, 将巴山组厘定为下石炭统。李涤[29]对该地区巴山组（地质图命名）火山岩进行了一系列锆石测年, 年龄值分布在351~335 Ma（见图4）, 进一步将该套巴山组火山岩限定为下石炭统。而近年来前人在准噶尔盆地内部对巴山组的定年测试均显示为晚石炭世, 如陆东1井为（313.3± 4.7）Ma[30]、三参1井为（300.4± 1.3）Ma[31]、石南1井为（306.8± 4.7）Ma[29], 表明露头区和盆地内的巴山组所指的不是同一套地层, 二者内涵存在差异。这也是造成石炭系层位混乱的主要原因之一。

图3 准噶尔地区石炭系地层划分方案对比

图4 准噶尔地区克拉美丽山— 大井坳陷南北向连井剖面（年龄数据引自文献[29]）

图5 准噶尔地区克拉美丽山— 大井坳陷不整合特征（研究区及剖面位置见图1c）

在准噶尔盆地五彩湾地区, 彩深1井钻遇大套暗色泥岩和炭质泥岩, 新疆油田命名为滴水泉组。王淑芳等[11]认为新疆油田命名的滴水泉组的细粒沉积与双井子剖面松喀尔苏组（地质图命名）的粗碎屑沉积的关系为同时异相, 二者是早石炭世克拉美丽山前陆体系不同位置的不同岩相组合, 靠近造山带为粗碎屑, 向盆地内逐渐变细, 对此本文表示认同。而对于这种同时异相的沉积单元命了两套名称, 也极易造成混乱。

为统一地层名称及其含义, 本文依据准噶尔盆地最新钻井和地震剖面, 结合露头、古生物资料和最新年代学资料等, 采用李涤[29]对石炭系最新的地层划分方案, 将研究区石炭系重新划分为下石炭统滴水泉组、松喀尔苏组、双井子组及上石炭统巴山组、石钱滩组这5套构造层（见图2）。

2.2 连井对比特征

通过南北向连井剖面对比及过盆山方向的年代地层格架剖面（见图2、图4）, 可以清楚地显示克拉美丽山与大井坳陷石炭系的构造-地层层序特征。

滴水泉组是准噶尔盆地第一套沉积层, 与下伏泥盆系呈角度不整合。研究区该层分布范围比较广, 沉积中心位于双井子地区, 向南部大井坳陷方向减薄, 向西北部五彩湾凹陷方向变厚。靠近克拉美丽山一侧主要发育一套以多层砂砾岩为主的粗碎屑沉积组合, 向盆地方向的大1井地区逐渐变为泥质粉砂岩、泥岩、页岩等细粒碎屑沉积（见图2、图4）。

松喀尔苏组呈断陷特征分布, 具有多个沉积中心。大井坳陷的大1、大井1地区为断陷中心, 向北部美探1井方向减薄。双井子地区亦可能为断陷中心, 发育巨厚的松喀尔苏组（地质图上命名为巴山组）, 厚度达4 123 m。从岩性上看, 该组主要由多期喷发的中基性、酸性火山岩与火山碎屑岩组成, 并夹杂少量碎屑岩沉积（见图4）。根据期间发育的2套规模较大的砂砾岩沉积, 可以将松喀尔苏组大致划分为3个大的火山喷发旋回[23, 29]。

双井子组为断陷后的拗陷沉积, 原始沉积范围广泛, 由于后期构造活动而遭受大规模剥蚀（见图4）。但在准噶尔盆地腹部, 如陆梁隆起、五彩湾凹陷等地区双井子组保留较多[32]。双井子组主要发育砂岩、炭质页岩及部分浅海相生物灰岩等, 为一套滨浅海相沉积建造, 其中产出的古生物化石多见于中— 晚石炭世。

由于石炭纪末强烈的构造活动, 研究区内的巴山组和石钱滩组大部分被剥蚀, 上石炭统仅局部有残留。

3 克拉美丽山与大井坳陷地质结构特征
3.1 不整合特征

不整合是构造活动的直接证据, 每一期不整合都可以看作是区域性或局部构造作用的结果[33]。通过对克拉美丽山露头和大井坳陷地震剖面的分析, 研究区自下而上发育滴水泉组、松喀尔苏组、双井子组、金沟组、平地泉组、下三叠统、西山窑组、下白垩统、上新统和更新统共10套明显的底部不整合（见图2）。

本文研究重点关注石炭系和二叠系的不整合面。滴水泉组整体呈近东西向的褶皱, 地层扭曲剧烈, 形成多个方向不定的尖棱褶曲, 并被上覆松喀尔苏组削蚀, 形成曲折的削蚀面（见图5a）。松喀尔苏组与上覆双井子组不整合的角度相对较小, 不整合面与地层的展布基本一致, 这也与二者的断-坳接触关系相符合（见图5a）。双井子组被上覆下二叠统高角度削蚀, 表明在早二叠世之前发育过一期大规模的构造运动（见图5b）。在地震剖面上可以观察到金沟组和将军庙组被平地泉组底高角度削蚀, 削截点清楚（见图5c、图5d）。下三叠统底和中侏罗统底也能识别出削蚀特征。由于晚期构造活动强烈, 新生界地层被剥蚀, 下白垩统底、上新统底和更新统底部的不整合特征均由地质图上分析得到（见图1c）。

3.2 构造剖面解析

根据研究区10余口关键井的测井资料制作合成记录, 对地震剖面进行地质层位标定。通过层位追踪、闭合并结合浅表地质的约束, 解释了3条南北向和1条东西向地震剖面（见图1c）。对地震剖面进行轴面分析, 可以在靠近克拉美丽山一侧的石炭系之下反射中识别出多个等倾角区（见图6）, 表明下伏存在多个逆冲断片, 这也与前人解释的冲断层模型不相符合。上覆地层在靠近山的一侧发生明显翘倾, 其转折部位与下伏地层轴面相对应（见图7— 图9）, 因此在几何学上均比较符合构造楔模型的特征。此外, 研究区前石炭系发育时期处于海相沉积环境, 发育大套海相碎屑岩沉积, 具备发育冲断楔的物质基础。因此本文在解释过程中选取构造楔模型, 并参考前人在克拉美丽山南麓西段的解释方案[21]。

图6 克拉美丽山前带深部地层等倾角区地震原始剖面（a）、地震解释剖面（b）、地质结构剖面（c）（剖面位置见图1c）

图7 准噶尔地区克拉美丽山— 大井坳陷AA’ 地震解释剖面（a）及地质结构剖面（b）（剖面位置见图1c）

图8 大井坳陷下石炭统多幕断陷特征（剖面位置见图7）

图9 准噶尔地区克拉美丽山— 大井坳陷BB’ （a）、DD’ （b）、CC’ （c）地震解释剖面（剖面位置见图1c）

AA’ （宽线）剖面（见图7）经过克拉美丽断裂带南麓和石钱滩凹陷。剖面可见侏罗系底界、三叠系底界、平地泉组底界、二叠系底界等角度不整合。石炭系及以上地层在石钱滩凹陷北部较厚, 向南均减薄。在石钱滩凹陷北部, 石炭系松喀尔苏组内可识别出早石炭世断陷, 边界断层的切层点十分清楚。通过详细追踪断陷内的反射波组, 可识别出两期断陷, 第Ⅰ 幕断陷范围较小, 第Ⅱ 幕断陷范围扩大（见图8）。边界断层F1向北倾, 与多条次级调节断层构成半地堑构造, 一直延伸到克拉美丽冲断带南端。早石炭世断陷边界断层向上终止于双井子组底界。上覆双井子组不整合覆盖在松喀尔苏组断陷之上, 发育范围更广, 显示出拗陷沉积特征（见图8）。通过轴面分析, 在断陷之下的深部区域至少可划分出8个等倾角区, 几何学分析表明至少发育两期构造楔（见图6、图7）。构造楔向南楔入过程中导致上覆地层南倾, 越靠近山一侧翘倾幅度越大。上覆地层转折部位限定了构造楔在盆地内的伸展范围和楔端点的位置（见图7）。根据两期构造楔与断陷的交切关系及地层倾角变化可以看出, 构造楔发育在断陷之后, 早石炭世的断陷也被一定程度的翘倾, 且第2个构造楔晚于第1个构造楔, 表现出后展式构造变形特征。由于地震剖面没有覆盖到北部的克拉美丽山, 本文主要通过浅表地质进行约束。图7显示北部主要出露泥盆系和石炭系, 地层产状陡倾形成紧闭高陡褶皱, 部分甚至发生了倒转, 发育多条突破的冲断层。前人研究也表明克拉美丽断裂（Fk）具有左行走滑-逆冲特征[34], 在其两侧发育多条逆冲断层, 构成向南逆冲的叠瓦状构造。在石钱滩凹陷南部, 石炭系及其上覆地层形成断层传播褶皱背斜带, F2断层向下收敛到前石炭系的基底滑脱层。

BB’ （宽线）剖面（见图9a）平行于AA’ 剖面, 显示出相似的构造变形特征。松喀尔苏组内发育早石炭世断陷, 但F1断层倾角相对AA’ 剖面更陡, 断陷规模更大。F1断层切穿了上覆双井子组, 断层上盘地层微微隆起, 呈“ 蛇头状” 背斜特征, 表明断层后期发生了反转。根据轴面分析, 在盆山过渡带也发育了两个构造楔, 但由于第2个构造楔楔入的较少, 导致大部分山前单斜带的倾斜角度相对于AA’ 剖面更缓, 只从第2个构造楔的楔端点处才开始急剧变陡。由于晚期克拉美丽断裂带（Fk）活动强烈, 构造楔后翼也被一系列逆冲断层突破。在石钱滩凹陷南部, F2断层形成的断层传播褶皱幅度要比AA’ 剖面更大。F2断层与次级F3、F4断层组成断层传播褶皱背斜带。整体上看, BB’ 剖面上的构造挤压活动强于AA’ 剖面。

CC’ 剖面（见图9c）经过克拉美丽断裂带南麓和石树沟凹陷, 显示了克拉美丽山西段的地质结构特点。克拉美丽造山带活动在该剖面上明显更加强烈, 在二叠系之下发育了3个构造楔。构造楔①和②的楔入使下二叠统和上石炭统被剥蚀, 二叠系将军庙组直接与下伏下石炭统不整合接触。在盆山过渡带, 中二叠统至上三叠统被逆向错断, 分析认为该古构造可能为晚三叠世— 早侏罗世发育的一期断层传播褶皱前翼残余。晚期构造楔③的活动使中— 上二叠统及中生界急剧南倾, 晚三叠世的古构造也被改造。构造楔的后翼被克拉美丽断裂带突破, 泥盆系、石炭系被冲断至地表, 形成一系列紧闭、高陡的断层传播褶皱。

DD’ （宽线）剖面（见图9b）为一条东西向联络测线, 经过黑山凸起、石钱滩凹陷、黄草湖凸起、石树沟凹陷和沙帐断褶带。剖面显示石炭系及前石炭系可能受基底断层的影响, 由西向东被抬高, 背斜前、后翼分别位于石树沟凹陷东斜坡和石钱滩凹陷西斜坡, 背斜拓宽部位在黄草湖凸起。由于DD’ 剖面切过南北向剖面的位置不同, 在与BB’ 剖面相交处能观察到第1期构造楔的顶、底板断层, 而在与AA´ 剖面相交处仅能观察到第1期构造楔的底板断层。在东部的黑山凸起和西部的沙帐断褶带东侧, 受三叠纪以来东西向挤压冲断活动影响[15], 发育一系列断层传播褶皱背斜带, 部分冲断层出露地表。

综上所述, 上述4条地震剖面揭示了克拉美丽山与大井坳陷复杂的多期叠加变形特征。早石炭世, 大井坳陷内发育北倾的石炭系断陷, 并呈现出多幕特征, 断陷规模西大东小。其上发育大范围分布的双井子组拗陷沉积, 不整合覆盖在断陷之上。早期的石炭系断-坳结构被多个后期发育在前石炭系向南楔入的构造楔改造, 构造变形程度也呈现出西强东弱的特点。但对于这种构造楔对早期断陷的改造过程和“ 盆” -“ 山” 耦合关系还需要通过构造演化剖面进行详细分析。

4 构造演化特征

对南北向结构剖面（AA’ ）进行平衡剖面恢复（见图10）, 将研究区划分为早石炭世早期、早石炭世中— 晚期、早— 晚石炭世之交、石炭纪末期、早二叠世、中— 晚二叠世、三叠纪、侏罗纪、晚白垩世、古近纪以来共10个变形阶段（见图2）。

图10 准噶尔地区克拉美丽山— 大井坳陷南北向构造演化剖面（AA’ ）（剖面位置见图1c）

早石炭世早期, 研究区处于挤压前陆盆地阶段, 在白家海凸起的地震剖面上能观察到这套构造层被明显褶皱, 局部被上覆地层高角度削蚀[35]。在双井子露头可观察到此处的滴水泉组为一套砂砾岩为主的粗碎屑沉积组合, 向山前坳陷方向逐渐相变为细粒碎屑沉积（见图2、图4）。滴水泉组具有分布范围广、规模大的特点。

早石炭世中— 晚期, 盆地处于区域伸展环境, 前人已在该地区厘定出多个岛弧带[29], 该时期发育弧相关的断陷盆地。这一时期伸展量较大, 约为13.1 km, 在大井坳陷形成一系列半地堑, 在半地堑内发育大量火山岩与火山碎屑岩。

早— 晚石炭世之交, 盆地进入拗陷发育阶段, 在这一时期也发生了构造挤压运动, 使双井子组在石钱滩凹陷北部被部分剥蚀、南部被全部剥蚀。通过对比准噶尔盆地腹部的研究可知, 晚石炭世也发育了一期断陷[32], 但石炭纪末期的构造挤压运动, 使石炭系断陷普遍发生“ 正反转” [15]。由于研究区上石炭统基本被剥蚀, 这一期断陷在本文中未作重点讨论。

早二叠世, 盆地又处于伸展环境, 在玛湖坳陷西斜坡、中拐凸起一带发育大量火山岩[15]。早二叠世末, 盆地受区域挤压作用, 石炭系的双井子组、巴山组和下二叠统被抬升剥蚀。尽管整体缩短量较小, 仅约0.9 km, 但这一次构造挤压运动使得克拉美丽山与大井坳陷表现出强耦合关系（见图10）。

中— 晚二叠世, 将军庙组发育范围扩大, 向南部隆起高部位逐渐超覆。将军庙组沉积末期, 受区域挤压作用, 克拉美丽山第1期构造楔向南楔入, 山前带石炭系断陷被掀斜改造, 靠近山一侧的中、下二叠统被整体掀斜剥蚀。构造楔上覆地层的缩短量为0.6 km。由于西部的构造楔活动更加强烈, 导致西部石炭系断陷被改造的程度更高, 断陷反转特征也更加显著。之后盆地进入前陆拗陷沉积阶段, 发育二叠系平地泉组、梧桐沟组。

三叠纪盆地仍整体处于挤压环境, 下三叠统底部在基底凸起部位可见小规模的不整合（见图2、图5d）, 在三叠系底部发育一套冲积扇沉积体系, 中— 上三叠统发育时湖盆范围进一步扩大, 形成统一的大型坳陷湖盆[15]。

侏罗纪基本继承了三叠纪的格局, 但沉积范围更加广泛, 整体属于大型浅水泛盆沉积[34]。西山窑组沉积末期, 受盆缘压扭作用的影响, 在石钱滩凹陷内形成一系列次级凸起带。沙帐断褶带、黑山凸起的断裂构造再次活化, 形成由西向东的逆冲断层, 在研究区东部形成沙丘河、火烧山和帐篷沟等一系列北东向展布的背斜构造[34]。

晚白垩世, 第2期构造楔开始活动, 致使山前带古生界— 中生界再次被抬升剥蚀, 这一时期缩短量约为1.9 km。

古近纪, 克拉美丽山再次强烈活动, 在前期构造楔的后翼发生突破, 形成一系列北西走向的冲断层[21]。根据露头泥盆系— 石炭系褶皱矢量估算, 构造缩短量约为18.1 km。

由以上分析可知, AA’ 剖面现今长度为115.2 km, 原始长度为124.9 km, 总缩短量为9.7 km, 表明研究区整体发生了缩短, 缩短率为7.8%。其中, 挤压期主要发生在早石炭世早期、石炭纪末期、中— 晚二叠世、晚白垩世和古近纪, 伸展期主要发生在早石炭世中— 晚期、晚石炭世中— 晚期、早二叠世。从演化剖面上看, 中二叠世的构造运动使克拉美丽山与大井坳陷表现出强耦合关系, 但对于二者“ 盆” -“ 山” 关系的建立及其演化过程还需进行更全面的探讨。

5 讨论
5.1 克拉美丽山与大井坳陷的耦合关系

盆地的形成及其内部沉积物质的厚度、组成与变形等, 都与周缘的造山作用密切相关, 而盆-山体系迁移过程中形成的地质构造现象在盆地沉积建造中也均有一定记录, 盆与山之间紧密关联[36, 37]。对于“ 盆” “ 山” 耦合的研究, 不仅需要讨论盆地与相关造山带在时间和空间上的变形及其相互作用[38, 39, 40], 也需要结合与之相关的区域动力学背景和运动过程分析[41, 42, 43, 44]。

李锦轶[3]等通过对克拉美丽断裂带南侧露头的研究认为, 出露的泥盆系卡拉麦里组和下石炭统塔木岗组（对应本文的滴水泉组）主要为一套浅海相陆源碎屑沉积, 其中砂岩的碎屑以岩屑为主, 磨圆和分选差, 显示出近源沉积特征。王淑芳等[11]认为双井子地区下石炭统松喀尔苏组发育的一套粗碎屑沉积组合为前陆褶皱冲断带的产物, 并向盆地方向相变为细粒碎屑沉积。在1∶ 200 000地质图上可观察到滴水泉组发生了剧烈的扭曲, 形成多个方向不定的尖棱褶曲, 同时在白家海地区的地震剖面上能观察到下石炭统被褶皱, 因此多方面证据均表明, 晚泥盆世— 早石炭世早期, 研究区可能处于挤压前陆盆地阶段, 在将军庙地区形成挤压挠曲盆地。卡拉麦里洋从晚泥盆世开始向北俯冲消减, 至早石炭世闭合, 导致准噶尔板块与西伯利亚板块碰撞焊接[3, 45]。因此, 综合诸多地质事实和区域动力学背景分析, 可以推断出研究区的“ 盆” -“ 山” 构造关系最早构建于晚泥盆世— 早石炭世早期。

早石炭世中— 晚期由于区域性伸展作用, 在大井坳陷发育一系列断陷, 克拉美丽缝合带负反转, 发育连片的早石炭世断陷, 晚石炭世和早二叠世也处于断陷阶段, 这一时期“ 盆” -“ 山” 关系经历了一定程度的弱化。

中二叠世, 克拉美丽山南麓发育构造楔, 构造楔向南推进使克拉美丽山与大井坳陷表现出强耦合关系, 将军庙前陆盆地系统也朝着盆地方向发生迁移。三叠纪盆地具有继承性发育的特征。在AA’ 剖面上能观察到三叠系与侏罗系之间的不整合, 并能在CC’ 剖面上观察到中二叠统至上三叠统被逆向错断的古构造（见图9c）, 与印支运动对应。虽然整体上构造挤压作用相对减弱, 但依旧保持了中二叠世的“ 盆” -“ 山” 关系。

由于地震剖面上侏罗系以上的地层大部分被剥蚀（见图7— 图9）, 因此侏罗纪之后的构造活动时限需要结合其他分析测试方法来确定。李丽等[46]对克拉美丽山及准噶尔盆地周缘其他出露的花岗岩体进行了磷灰石裂变径迹分析对比, 认为克拉美丽山经历了晚三叠世— 早侏罗世（距今180~210 Ma）、中— 晚白垩世（距今95~115 Ma）、晚三叠世— 早侏罗世（距今180~210 Ma）和古新世晚期— 始新世早期（距今50~60 Ma）共4期抬升剥蚀作用。中— 晚白垩世这期构造运动可与前人的研究结果[47, 48, 49]较好的对比, 对应燕山运动晚期。这一时期对应研究区第2期构造楔发育, “ 盆” -“ 山” 构造关系增强。古新世晚期— 始新世早期的构造活动与古近纪准噶尔盆地北缘的逆冲推覆事件相对应[50]。这一时期对应研究区构造楔被大量冲断层突破阶段, 形成大量紧闭褶皱, “ 盆” -“ 山” 关系为强耦合关系。

综上所述, 自早石炭世早期卡拉麦里洋闭合, 初次建立克拉美丽山与大井坳陷的“ 盆” -“ 山” 构造关系, 之后经历了早石炭世中晚期— 早二叠世的一定程度弱化, 中二叠世的重新强耦合。后续的印支、燕山和喜马拉雅运动都继承了这一“ 盆” -“ 山” 关系。

5.2 准东地区石炭纪不同时期构造-沉积格局

研究区石炭系主要的勘探对象为自生自储型成藏组合, 油气分布受烃源岩控制, 而石炭纪构造-沉积格局则控制了有效烃源岩的展布。因此对石炭纪构造-沉积格局的研究具有重要的勘探意义。在前人对露头区石炭系沉积环境研究的基础上, 本文通过大量追踪地震测线, 刻画出研究区石炭纪断陷和坳陷的残余分布, 最后探讨准东地区石炭纪不同时期的构造-沉积格局。

晚古生代早期, 克拉美丽地区由早期的大陆边缘海盆地逐渐裂解为岛弧带, 其弧后盆地发展为卡拉麦里有限洋盆, 普遍出露下泥盆统蛇绿岩[3, 51]。卡拉麦里洋从泥盆纪开始向北部的野马泉岛弧地体之下俯冲, 形成大量岛弧火山岩[52, 53], 最终导致该区卡拉麦里洋在早石炭世早期关闭[45], 使卡拉麦里火山弧拼贴增生于西伯利亚大陆板块的南部边缘[3]。在区域挤压背景下, 研究区在野马泉岛弧地体南侧将军庙一带形成前陆盆地[54]。早石炭世早期, 来自北侧克拉美丽山的物源, 在山前带发育厚层的粗碎屑磨拉石建造, 向南进入前渊带, 水体变深, 碎屑物质变细（见图11a）。此时期发育的滴水泉组为石炭系第1套烃源岩, 其在大井坳陷南侧要好于北侧。前人通过分析滴水泉露头认为该套烃源岩干酪根类型为Ⅱ 2型— Ⅲ 型, 成熟度较高[55], 可作为一套有效气源岩。由于该套烃源岩在盆地内埋深较大, 目前仅在五彩湾和白家海地区部分钻遇。

图11 克拉美丽地区石炭纪不同时期构造-沉积格局（据文献[56]修改）

早石炭世中— 晚期, 研究区发生由挤压到伸展的构造应力转换, 进入断陷盆地阶段。早期的逆冲断层发生“ 负反转” , 沿缝合带形成一系列北西向的断陷带（见图11b）。在双井子地区发育4 123 m厚的松喀尔苏组, 平面上呈现出裂隙喷发的特征（1∶ 200 000地质图库普幅）。这一时期伴随大量火山活动, 在半地堑内充填多期喷发的火山岩与火山碎屑岩, 与地震剖面上识别出的两幕断陷相对应（见图8）。通过大量地震剖面追踪, 在盆地内至少可追踪出3个北西向和北西西向的断陷, 沉积中心分别位于大井1井、大1井南部和桐3井地区。爆发相、溢流相火山岩受多期不整合面溶蚀改造, 可形成具有良好储渗性能的优质储集层, 与下伏滴水泉组烃源岩构成下石炭统成藏组合。

早— 晚石炭世之交, 伸展作用减弱, 进入坳陷盆地发育阶段。克拉美丽山前地区发育大范围分布的陆相坳陷碎屑沉积体系, 即双井子组。双井子组在白碱沟地区出露, 发育约400 m厚的炭质页岩夹煤层, 产出大量晚石炭世植物化石。大井坳陷大井1井和大5井也钻遇该套地层, 岩性主要为砂岩、炭质泥岩等碎屑岩。该套地层为石炭系最主要的有效烃源岩层系, 丰度较高, 低成熟— 成熟[55], 是目前盆地内钻遇的主要烃源岩。结合地震地层追踪, 可识别出多个沉积中心, 即生烃中心, 分布在彩深1井、大井1井、将军庙南部和桐1井地区（见图11c）, 物源区可能来自南北两侧的岛弧地体。

晚石炭世中— 晚期, 盆地内又经历一期伸展断-拗旋回, 在陆梁隆起完整保存了这一套火山岩-火山碎屑岩和碎屑沉积岩组合[56, 57]。晚石炭世晚期, 准噶尔盆地大部分地区的岛弧已拼合成统一陆地[56], 克拉美丽山在这一拼合挤压背景下再次隆升造山, 造成上石炭统大面积被剥蚀, 仅在大井坳陷北部有残余, 研究区东部及中央部位基本被剥蚀（见图11d）。残余的巴山组与下伏双井子组构成上石炭统成藏组合。

6 结论

依据最新钻井、地震资料, 结合露头、古生物和年代学分析结果, 将克拉美丽山— 大井坳陷地区的石炭系划分为滴水泉组、松喀尔苏组、双井子组、巴塔玛依内山组和石钱滩组。其中, 双井子露头剖面的松喀尔苏组（地质图命名）与准噶尔盆地内的滴水泉组（新疆油田命名）, 均为滴水泉组, 为早石炭世早期前陆盆地不同位置的同时异相沉积。

研究区从下至上发育石炭系滴水泉组底、松喀尔苏组底、双井子组底、二叠系金沟组底、平地泉组底、下三叠统底、侏罗系西山窑组底、下白垩统底、上新统底和更新统底共10套明显的不整合。通过精细地震剖面解析, 揭示出盆地内石炭系发育断-坳结构, 松喀尔苏组为多幕断陷特征, 双井子组为拗陷特征; 山前带在前石炭系发育多个由北向南楔入的复合构造楔, 楔入的时间主要在中二叠世和晚白垩世末。构造楔楔入使石炭系断陷和盆山过渡带发生掀斜、改造。古新世晚期— 始新世早期, 构造楔后翼被一系列冲断层突破, 形成复杂的断层传播褶皱背斜带。

克拉美丽山与大井坳陷“ 盆” -“ 山” 关系初次建立在早石炭世早期, 由于区域伸展作用, 在早石炭世中晚期— 早二叠世经历了一定程度的弱化, 又在中二叠世的挤压作用下重新强耦合。后续的印支、燕山和喜马拉雅运动继承了这一构造关系。

早石炭世早期卡拉麦里洋在研究区闭合, 形成前陆盆地, 滴水泉组为石炭系第1套烃源岩。早石炭世中— 晚期发育弧相关断陷盆地, 松喀尔苏组的火山岩受多期不整合面溶蚀改造, 可形成具有良好储渗性能的优质储集层, 与下伏滴水泉组烃源岩构成下石炭统成藏组合。早— 晚石炭世之交, 伸展作用减弱, 发育坳陷盆地, 大范围发育的双井子组为石炭系最主要的烃源岩。石炭纪末发育大规模隆升剥蚀, 上石炭统仅在山前坳陷带有部分残余, 与下伏的双井子组构成上石炭统成藏组合。

致谢：本文地震、钻井、测井等资料均由中国石油新疆油田公司勘探开发研究院提供, 本文在研究过程中得到张伟康、陈槚俊、邓铭哲、梁宇生、殷树铮和甄宇等同志给予的无私帮助与支持, 在此一并表示感谢！

（编辑 王晖）

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