劉 慧，張金亮，趙樂強(qiáng)

(1.中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257000；2.北京師范大學(xué)，北京 100875)

0 引 言

準(zhǔn)噶爾盆地與吐哈盆地是中國西部?jī)纱笥蜌飧患璧?，被天山造山帶分割而位于其南北兩?cè)。目前關(guān)于中生代和新生代天山南北兩側(cè)盆地性質(zhì)的觀點(diǎn)大同小異，主要為陸內(nèi)坳陷(J—K)、前陸盆地(E—Q)，而對(duì)早二疊世盆地構(gòu)造屬性的研究爭(zhēng)議頗多。新疆北部多個(gè)盆地由于晚古生代海西運(yùn)動(dòng)，盆緣海槽在不同時(shí)間逐漸封閉，同時(shí)伴隨有劇烈的火山活動(dòng)[1]，導(dǎo)致研究區(qū)早二疊世構(gòu)造演化復(fù)雜多變，不同地區(qū)沉積環(huán)境差異性較大。關(guān)于早二疊世天山兩側(cè)盆地構(gòu)造屬性主要?dú)w納為2種觀點(diǎn)：擠壓背景下“前陸盆地論”[2-5]以及基于大量石炭紀(jì)—二疊紀(jì)花崗巖和鎂鐵質(zhì)、超鎂鐵質(zhì)侵入巖建立的“伸展斷陷盆地論”[6-8]。而盆地構(gòu)造背景決定了盆地地層充填序列及生儲(chǔ)蓋組合配置關(guān)系，進(jìn)而決定了不同的油氣勘探領(lǐng)域和目標(biāo)，因此，準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)早二疊世構(gòu)造沉積背景對(duì)于研究區(qū)油氣勘探具有重要的啟示作用。

目前，對(duì)研究區(qū)構(gòu)造環(huán)境的判識(shí)主要依據(jù)火山巖巖石學(xué)及地球化學(xué)特征[9-10]，而通過沉積巖元素地球化學(xué)特征判別古環(huán)境等方面研究較少。不同構(gòu)造屬性的盆地沉積巖巖石序列特征存在差異，沉積巖的常量元素、微量元素組分含量和某些元素的比值已經(jīng)在判別古環(huán)境、母巖、物源區(qū)和儲(chǔ)層成巖作用等方面得到廣泛的應(yīng)用[11-13]?；谏鲜稣J(rèn)識(shí)，通過對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地南緣(準(zhǔn)南緣)柴窩堡及吐哈西北緣大河沿地區(qū)下二疊統(tǒng)露頭巖石組合及碎屑組分分析，建立不同地層分布區(qū)域的沉積相柱狀剖面，判斷所發(fā)育的沉積體系類型，分析砂巖常量元素地球化學(xué)特征，進(jìn)一步探討準(zhǔn)南緣與吐哈西北緣早二疊世的構(gòu)造沉積特征，旨在為研究區(qū)早二疊世油氣勘探提供沉積學(xué)證據(jù)。

1 研究區(qū)概況

柴窩堡與大河沿地區(qū)處于準(zhǔn)噶爾及吐哈兩大盆地邊緣，被東天山造山帶伊林哈比爾尕山(伊山)所分隔，目前中石化勝利油田在該地區(qū)有2個(gè)礦權(quán)區(qū)塊(圖1)。其中，柴窩堡區(qū)塊位于伊山北端，呈由東向西延伸的長(zhǎng)條帶，下二疊統(tǒng)露頭主要分布在該地區(qū)北端靠近博格達(dá)山南麓，自烏魯木齊東南石人子溝向西至黑溝—鍋底坑—大干溝—泉水溝等地區(qū)呈條帶狀廣泛發(fā)育(圖1)，自下而上劃分為石人子溝組(P1sh)和塔什庫拉組(P1t)，與下伏上石炭統(tǒng)祁家溝組(C2qj)呈不整合接觸。大河沿地區(qū)位于伊山南端、吐哈盆地西北緣，該地區(qū)下二疊統(tǒng)露頭零星分布，由東向西主要分布在塔爾朗溝—后溝—艾維爾溝等地區(qū)(圖1)，下二疊統(tǒng)巖石地層單位為伊爾希土組(P1y)，與上石炭統(tǒng)奧爾吐組火山巖(C2o)呈不整合接觸。

圖1 柴窩堡與大河沿地區(qū)野外地質(zhì)調(diào)查剖面分布

2 構(gòu)造環(huán)境分析

此次研究對(duì)柴窩堡和大河沿地區(qū)下二疊統(tǒng)沉積巖巖石學(xué)特征和元素地球化學(xué)特征進(jìn)行分析。巖石學(xué)特征主要從巖石碎屑組分、碎屑巖成分成熟度、結(jié)構(gòu)成熟度等方面進(jìn)行闡述，從而為該區(qū)的物源分析提供依據(jù)；元素地球化學(xué)主要分析常量元素及其組合特征，對(duì)柴窩堡和大河沿地區(qū)早二疊世構(gòu)造環(huán)境進(jìn)行綜合判識(shí)。

2.1 巖石學(xué)及碎屑礦物類分析法

研究區(qū)主要沉積巖石類型為碎屑巖，其碎屑組分含量、結(jié)構(gòu)成熟度等因搬運(yùn)距離的不同而具有差異，是沉積特征分析的重要方面，也是確定沉積物源背景的重要依據(jù)。對(duì)研究區(qū)不同剖面砂巖樣品中的石英、長(zhǎng)石、巖屑含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，利用Q-F-R巖石類型三角圖及Dickinson碎屑骨架三角圖進(jìn)行投值[14]，確定研究區(qū)的沉積物源構(gòu)造背景。

根據(jù)薄片分析顯示可知，研究區(qū)下二疊統(tǒng)砂巖主要為巖屑砂巖，少量為巖屑長(zhǎng)石砂巖，具有低石英含量、高巖屑和高長(zhǎng)石含量(巖屑和長(zhǎng)石占90%左右)的特征(圖2a)。石英晶體可見到不規(guī)則弧狀熔蝕結(jié)構(gòu)，顯示來自火山巖源區(qū)；其次，砂巖碎屑磨圓度差，呈次棱角狀及次棱角—次圓狀，分選性為差—中等，具有較低的成分及結(jié)構(gòu)成熟度，碎屑組分特征說明研究區(qū)為近物源區(qū)沉積，推測(cè)主要來自于伊山及北部博格達(dá)山。從Dickinson三角圖中(圖2b)可以看出，樣品主要落入火山弧物源區(qū)，與鏡下薄片顯示特征相一致，少部分為大陸塊物源區(qū)及其混合環(huán)境，反映研究區(qū)早二疊世構(gòu)造背景為活動(dòng)大陸邊緣和島弧。

圖2 柴窩堡及大河沿地區(qū)碎屑組分及元素分析投點(diǎn)

2.2 地球化學(xué)元素分析

碎屑巖常量元素主要包含Si、O、K、Na、Al、Ca等，根據(jù)砂巖中SiO2的含量、K2O與Na2O的比值，可以區(qū)分出火山島弧區(qū)貧石英砂的砂巖系列(SiO2平均值為58%，K2O與Na2O比值不大于1)、活動(dòng)邊緣(安第斯型)中等含石英砂的砂巖系列(SiO2平均值為68%～74%，K2O與Na2O比值大于1)、被動(dòng)陸緣高含量石英砂的石英砂巖系列(SiO2平均值為89%,K2O與Na2O比值小于1)[15]。基于此，對(duì)柴窩堡和大河沿地區(qū)砂巖中常量元素進(jìn)行分析，由圖2c可以看出，柴窩堡和大河沿地區(qū)下二疊統(tǒng)砂巖構(gòu)造環(huán)境主要為島弧和活動(dòng)大陸邊緣，這與巖石學(xué)及碎屑礦物類分析法判識(shí)結(jié)果相一致。

3 沉積相及沉積環(huán)境分析

3.1 準(zhǔn)南緣柴窩堡地區(qū)

柴窩堡地區(qū)大干溝及黑溝地區(qū)下二疊統(tǒng)剖面較為典型。其中，下二疊統(tǒng)石人子溝組(P1sh)下部由熔巖與火山碎屑巖互層構(gòu)成，中上部沉積巖主要由較粗的凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)砂礫巖的互層層序組成，局部有火山巖穿插，呈現(xiàn)出類復(fù)理石沉積特征，顯示出重力流沉積序列。其中，大干溝剖面砂礫巖顯示的鮑馬序列較為完整(圖3)，序列底部粗粒段顯示遞變層理，主要由凝灰質(zhì)砂礫巖組成，底面可見侵蝕沖刷、槽模構(gòu)造，與下伏地層呈突變接觸，構(gòu)成鮑馬序列的A段，沉積厚度約為10 cm，反映高流態(tài)的湍流特點(diǎn)；向上主要為凝灰質(zhì)細(xì)砂巖和中砂巖，含少量泥質(zhì)，比下伏沉積物細(xì)且平行層理發(fā)育較好，可推測(cè)對(duì)應(yīng)鮑馬序列的B段；向上發(fā)育良好的鮑馬序列C段水流波紋層理，以凝灰質(zhì)粉砂巖為主，少量細(xì)砂和泥質(zhì)，出現(xiàn)包卷層理、波痕構(gòu)造，明顯受到水流及重力流的作用，與下部巖層呈連續(xù)過渡沉積；粉砂和泥質(zhì)紋層的互層形成了似鮑馬層序的DE段，厚度為3～10 cm，泥質(zhì)紋層呈斷續(xù)狀態(tài)，這是由于底部邊界層切應(yīng)力的增大，粉砂顆粒從黏土絮狀層中沉積分選出來而形成的；在鮑馬序列的層序頂部會(huì)出現(xiàn)一個(gè)非常均質(zhì)的單元，由最細(xì)的粉砂和泥組成，在該地區(qū)露頭剖面中發(fā)育厚度不明顯，可見水平層理，表明水動(dòng)力強(qiáng)度明顯變?nèi)酰瑢?dǎo)致細(xì)粒碎屑及泥質(zhì)由于懸浮作用緩慢沉積。塔什庫拉組(P1t)中下部沉積巖整體上為一套較細(xì)的凝灰質(zhì)砂巖與粉砂質(zhì)泥巖互層，單層層序較薄，一般為5～15 cm，復(fù)合厚度大且橫向延伸穩(wěn)定，由下至上呈多個(gè)正旋回且泥巖比例逐漸增多，具有碎屑結(jié)構(gòu)和層理構(gòu)造，顯示濁流沉積的復(fù)理石建造，與石人子溝組上部具有繼承性沉積特征；塔什庫拉組上部出露較薄且未見頂，主要為細(xì)砂巖與粉砂巖、泥巖的互層層序，每層厚度約為30 cm，可見三角洲前積層典型特征，發(fā)育波痕、小層槽狀交錯(cuò)層理構(gòu)造，可推測(cè)塔什庫拉組上部已進(jìn)入了三角洲相沉積。

圖3 柴窩堡地區(qū)大干溝剖面下二疊統(tǒng)鮑馬序列

從上述分析可知，柴窩堡地區(qū)早二疊世早期(石人子溝組下部)火山巖較發(fā)育，中期(石人子溝組中上部—塔什庫拉組中下部)為一套穩(wěn)定的濱淺海斜坡相—半深海相沉積，并且該套沉積橫向上延伸較遠(yuǎn)且穩(wěn)定，在石人子溝及鍋底坑剖面中也均可見發(fā)育，晚期(塔什庫拉組上部)為三角洲相沉積。整體上柴窩堡地區(qū)下二疊統(tǒng)由下至上為一個(gè)海進(jìn)—海退旋回，局部發(fā)生火山巖侵入。

3.2 吐哈西北緣大河沿地區(qū)

大河沿地區(qū)下二疊統(tǒng)與柴窩堡地區(qū)差異較大。后溝剖面下二疊統(tǒng)底部與石炭系流紋斑巖不整合接觸，中上部為由紅色粗碎屑剖面組成的正旋回層序，厚度達(dá)100 m，主要由無組構(gòu)混雜礫巖及疊瓦狀礫巖、砂礫巖組成(圖4a、b)，分選磨圓度低，主要為次圓狀和次棱角狀，可見板狀交錯(cuò)層理及遞變層理，為陸上洪積扇或沖積扇沉積，此套地層明顯為陸地邊緣相沉積，可推測(cè)大河沿在早二疊世已經(jīng)為吐哈盆地西北緣邊界。艾維爾溝與塔爾朗溝下二疊統(tǒng)沉積特征十分相似，地層層序具有可對(duì)比性；下部與后溝剖面沉積面貌相似，具有典型旱地扇的沉積特征(圖4c)；中部為砂礫巖體發(fā)育良好的前積層，由200～300 m厚的碎屑支撐的礫巖、分選稍好的礫巖、砂巖互層組成，單個(gè)前積層坡度一般為20～25 °，未發(fā)現(xiàn)深切河道，露頭交錯(cuò)層理、平行層理等強(qiáng)動(dòng)力條件的沉積構(gòu)造較發(fā)育(圖4d)；上部主要為灰色—灰黑色粉砂巖和泥巖的互層沉積，存在礫石和中粗砂混雜定向排列(圖4e、f)，顯示沖積扇與扇三角洲過渡的沉積特征。

根據(jù)上述分析，大河沿地區(qū)下二疊統(tǒng)主要發(fā)育沖積扇—扇三角洲相沉積，沖積扇扇根亞相在后溝地區(qū)特征最為明顯，扇中亞相在后溝—塔爾朗溝—艾維爾溝地區(qū)發(fā)育，扇端亞相及扇三角洲相僅在艾維爾溝與塔爾朗溝發(fā)育，后溝未見發(fā)育(圖5)。

圖4 大河沿地區(qū)后溝—塔爾朗溝—艾維爾溝下二疊統(tǒng)野外沉積構(gòu)造現(xiàn)象

綜上所述，雖然柴窩堡和大河沿地區(qū)早二疊世大的構(gòu)造背景均為活動(dòng)大陸邊緣和島弧，但沉積特征差異非常明顯(圖5)，柴窩堡地區(qū)為濱淺海斜坡相—半深海相沉積，而大河沿地區(qū)為陸上沖積扇—扇三角洲相沉積。根據(jù)調(diào)研分析，研究區(qū)沉積演化特征與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)關(guān)系密切，晚石炭世西伯利亞板塊和塔里木板塊擠壓碰撞形成研究區(qū)島弧造山帶，早二疊世研究區(qū)處于碰撞期后張裂階段，在博格達(dá)山西段形成深水地槽型盆地[16-18]。因此，在柴窩堡黑溝—大干溝等剖面可見海相復(fù)理石建造，而吐哈盆地在該碰撞應(yīng)力作用下湖盆萎縮進(jìn)入陸相沉積階段，這種構(gòu)造背景決定了早二疊世準(zhǔn)南緣與吐哈西北緣沉積環(huán)境不同——準(zhǔn)南緣為海相盆地、吐哈西北緣為陸相盆地。

4 油氣勘探啟示

準(zhǔn)南緣柴窩堡地區(qū)下二疊統(tǒng)發(fā)育半深海相沉積環(huán)境，是海相—陸相過渡的最大水進(jìn)層序，為烴源巖發(fā)育的良好環(huán)境，其沉積的泥巖可作為良好的生油巖，夾于其中的重力流砂體可作為儲(chǔ)集層，上部的細(xì)碎屑巖可作為有利蓋層，生儲(chǔ)蓋組合在剖面上配置關(guān)系較好，可形成濁積巖體巖性圈閉。在晚石炭世擠壓至早二疊世張裂轉(zhuǎn)換階段，斷裂及裂縫較為發(fā)育，油氣可由下部泥巖沿?cái)嗔鸦蛄芽p垂向輸導(dǎo)至上部重力流砂體中成藏，這種有利的生儲(chǔ)蓋組合可使濱淺?！肷詈Ｏ喑练e具有良好的含油氣性。目前，準(zhǔn)噶爾盆地南緣柴窩堡地區(qū)柴參1井(地)、達(dá)1井在中二疊統(tǒng)已經(jīng)試獲工業(yè)油氣流，此次研究認(rèn)為在下二疊統(tǒng)同樣具備形成油氣藏的地質(zhì)條件。

圖5 準(zhǔn)南緣柴窩堡與吐哈西北緣大河沿地區(qū)早二疊世地層對(duì)比

吐哈西北緣大河沿地區(qū)下二疊統(tǒng)以退覆式?jīng)_積扇—扇三角洲沉積為主，根據(jù)相序推測(cè)，從大河沿盆緣區(qū)向盆內(nèi)延伸地帶可發(fā)育前緣相，其所沉積的砂巖可形成良好的儲(chǔ)層。目前已證實(shí)吐哈盆內(nèi)凹陷帶發(fā)育二疊系深湖相烴源巖，多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)疊合演化形成的斷裂縱向溝通，可作為油氣垂向運(yùn)移的良好通道，油氣可沿不整合面和砂體橫向運(yùn)移，大河沿礦權(quán)又位于盆緣凸起構(gòu)造高部位，即盆內(nèi)生成的油氣可側(cè)向運(yùn)移至大河沿地區(qū)下二疊統(tǒng)前緣相帶有利砂巖中。目前大河沿工區(qū)東部已經(jīng)發(fā)現(xiàn)七泉湖及雁木西油田，另外大河沿工區(qū)內(nèi)吐參1井下二疊統(tǒng)上部已發(fā)現(xiàn)含油氣層，進(jìn)一步證實(shí)了油氣已經(jīng)運(yùn)移至工區(qū)及其附近。因此，盆緣大河沿區(qū)塊處于二疊系源巖油氣運(yùn)移的有利指向區(qū)，晚二疊世湖相泥巖可作為蓋層，早期扇根致密砂礫巖可形成側(cè)向封堵條件，易形成地層-巖性類油氣藏。綜上分析可知，大河沿地區(qū)下二疊統(tǒng)具備較好的油氣成藏條件。

根據(jù)上述沉積背景分析來看，柴窩堡和大河沿礦權(quán)區(qū)均具備一定的油氣勘探潛力，其中柴窩堡地區(qū)下二疊統(tǒng)濁積巖易形成巖性油氣藏，大河沿地區(qū)扇三角洲易形成地層-巖性油氣藏，其勘探關(guān)鍵是要落實(shí)優(yōu)質(zhì)的砂巖儲(chǔ)集體，這對(duì)于濁積巖及扇三角洲前緣相帶的油氣勘探來說尤為重要。

5 結(jié)論及建議

(1) 早二疊世柴窩堡和大河沿地區(qū)大的構(gòu)造背景均為活動(dòng)大陸邊緣和島弧環(huán)境。

(2) 準(zhǔn)南緣柴窩堡地區(qū)早二疊世為海相環(huán)境，而吐哈西北緣大河沿地區(qū)為陸相環(huán)境，二者構(gòu)造屬性相同而沉積環(huán)境不同，在大河沿后溝剖面可見到盆地邊緣相沉積，推測(cè)該時(shí)期準(zhǔn)噶爾盆地與吐哈盆地已存在明顯分割性。

(3) 準(zhǔn)南緣柴窩堡與吐哈西北緣大河沿地區(qū)下二疊統(tǒng)具有形成良好生儲(chǔ)蓋組合的沉積背景，由斷裂縱向溝通，砂體橫向輸導(dǎo)，可形成有利的油氣運(yùn)移通道，具備較好的油氣成藏條件，關(guān)鍵是要落實(shí)優(yōu)質(zhì)的砂巖儲(chǔ)集體。