準噶爾盆地哈山南緣下侏羅統(tǒng)重礦物特征及地質(zhì)意義

劉椏穎

(中國石化勝利油田西部新區(qū)研究中心，山東 東營 257015)

相對密度大于2.86的礦物稱為重礦物，它在巖石中的含量很少，一般不超過1%。重礦物耐磨蝕、穩(wěn)定性強，能較多地保留其母巖的特征，因此在盆地分析中，用于物源分析、古構(gòu)造活動、地層對比和巖相古地理恢復(fù)等多項研究［1-7］。比如重礦物特征指數(shù)可以研究物源方向和沉積物搬運距離的長短，利用重礦物組成恢復(fù)母巖，利用黃鐵礦、褐鐵礦對沉積環(huán)境和古氣候進行分析［7-12］。

哈拉阿拉特山(哈山)南緣地理上位于新疆維吾爾自治區(qū)克拉瑪依市烏爾禾區(qū)西北部，構(gòu)造上位于準噶爾盆地與和什托洛蓋盆地結(jié)合部，處于哈德構(gòu)造帶的西段，北倚哈山，南接瑪湖凹陷。截止目前，油氣勘探取得了豐碩的成果，發(fā)現(xiàn)了烏爾禾、風(fēng)城等油田，并在山前多口探井淺層見油氣顯示。侏羅系是該區(qū)的重要勘探層系，但是由于構(gòu)造運動，地層剝蝕嚴重，殘余地層主要為侏羅系八道灣組(J1b)和三工河組(J1s)。對殘余的下侏羅統(tǒng)地層沉積相研究一直存在爭議，目前關(guān)于該區(qū)侏羅系物源、沉積環(huán)境等方面的研究很少。本文以期通過對研究區(qū)10口井136個樣品的重礦物特征分析，為侏羅系沉積相、沉積體系的研究提供指導(dǎo)意見，從而為不斷深入的勘探開發(fā)工作奠定基礎(chǔ)。

1 重礦物特征

研究區(qū)侏羅系砂巖樣品中鑒定出重礦物有20多種，包括鋯石、電氣石、石榴石、磁鐵礦、輝石、角閃石、藍晶石、榍石、十字石、尖晶石、黃鐵礦、褐(赤)鐵礦、金紅石、白鈦礦、板鈦礦、鈦鐵礦、綠簾石、褐簾石、陽起石、剛玉、透輝石、紅簾石等。其中以鋯石、電氣石、石榴石、黃鐵礦和氧化鈦礦物為主，參見表1。

穩(wěn)定重礦物組合，包括TiO2礦物(金紅石、銳鈦礦、板鈦礦和白鈦礦)、鋯石、電氣石。不穩(wěn)定礦物組合主要是褐簾石、綠簾石、黝簾石、黑云母、黃鐵礦、普通輝石和普通角閃石。研究區(qū)重礦物含量隨著深度不同層位呈現(xiàn)一定規(guī)律性(圖1)。鋯石和石榴石含量隨深度自下而上，由低變高再變低，黃鐵礦含量由高變低再變高。褐簾石、綠簾石等簾石含量整體偏低，在石榴石含量低值時顯示高值。

2 地質(zhì)意義

2.1 對構(gòu)造演化的啟示

每一期的構(gòu)造運動都會對同沉積的沉積重礦物成分有所影響。當構(gòu)造活動強烈時，地形高差大，沉積物剝蝕和沉積速率大，碎屑物從剝蝕到沉積經(jīng)歷的時間短;風(fēng)化作用弱，不穩(wěn)定重礦物易保存，穩(wěn)定重礦物含量相對少。反之，遭受風(fēng)化作用強，穩(wěn)定重礦物含量就會增加。ZTR指數(shù)，即電氣石、鋯石和金紅石三種礦物占總重礦物的百分含量，作為重礦物組合成熟度的一個度量。其值越大，礦物的成熟度越高。礦物成熟度高表明構(gòu)造活動弱，風(fēng)化作用強。

表1 哈山南緣下侏羅統(tǒng)重礦物含量統(tǒng)計Table 1 Statistics of the heavy mineral contents in the Lower Jurassic strata in southern Mt.Hala’alate，Junggar Basin

圖1 哈山南緣淺層重礦物分布特征Fig.1 Distribution of the heavy minerals from the Lower Jurassic strata in southern Mt.Hala’alate，Junggar Basin

根據(jù)圖1，侏羅系八道灣組(J1b)穩(wěn)定重礦物鋯石平均含量低于三工河組(J1s)，白堊系的鋯石含量最低。次穩(wěn)定重礦物石榴石含量也具有相同趨勢;不穩(wěn)定重礦物綠簾石、黝簾石等含量趨勢與鋯石、石榴石的含量相反。鋯石和石榴石含量高時，簾石含量低。ZTR指數(shù)在去掉幾個異常高值后，也表現(xiàn)出了八道灣組比三工河組值低，白堊系整體最低的特征。由此推斷在八道灣組沉積時期構(gòu)造活動相對三工河組時期強，在早白堊世之前哈山進一步隆升，地層剝蝕為下白堊統(tǒng)的沉積提供豐富的物源，造成了ZTR指數(shù)低值，重礦物組合近源特征。

2.2 對物源分析的指示

重礦物作為砂巖碎屑物質(zhì)的重要組成部分，隨其它碎屑物質(zhì)一起從物源區(qū)剝蝕、搬運、沉積。在搬運過程中，不穩(wěn)定的重礦物隨著搬運距離的增大而減少，而穩(wěn)定重礦物的相對含量升高，ZTR值也會變大［6］。

圖2 準噶爾盆地哈山南緣早侏羅世物源分析Fig.2 Provenance analysis of the Lower Jurassic strata in southern Mt.Hala’alate，Junggar Basin

表2 哈山南緣重35、重29、重33、重34井下侏羅統(tǒng)砂巖重礦物組成及相對含量(%)Table 2 Heavy mineral compositions and contents in the Lower Jurassic sandstones from the wells 35，29，33 and 34 in southern Mt.Hala’alate，Junggar Basin

對研究區(qū)現(xiàn)有的重礦物資料進行分析，發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定重礦物含量/不穩(wěn)定重礦物含量從哈山向盆內(nèi)逐漸增大，ZTR值的變化也指示相同的規(guī)律，表明物源方向由西北向東南方向(圖2)。

不同類型的母巖其礦物組分不同，經(jīng)風(fēng)化破壞后會產(chǎn)生不同的重礦物組合，因此可以利用重礦物恢復(fù)母巖。例如:晶型完好的鋯石、電氣石和磷灰石伴有少量黑云母的礦物組合指示母巖為花崗巖;石榴石、鋯石、綠簾石、十字石、藍晶石組合表明母巖為變質(zhì)巖;而磁鐵礦、鈦鐵礦、輝石和角閃石則是基性火山巖的標志;磷灰石、金紅石、電氣石(粉紅色變種)和錫石表明母巖具有酸性巖漿巖的特征［6-7］。從重礦物組成看，重35井區(qū)以鋯石+鈦鐵礦+黃鐵礦為主，含量約占86%，其余為磁鐵礦、白鈦石、普通輝石等，表現(xiàn)母巖為中性及基性巖漿巖。重29、重33重34井區(qū)重礦物以鋯石+白鈦石+石榴石為主，約占61.7%，十字石、藍晶石、黑云母、電氣石含量的增加，表現(xiàn)出母巖含有變質(zhì)巖的特征(表2)。由此推測研究區(qū)可能存在兩個不同母巖區(qū)的物源，重29井區(qū)和重35井區(qū)的物源可能不同。

2.3 對古氣候的指示

沉積礦物學(xué)是目前分析陸緣海環(huán)境的主要手段。前人總結(jié)了多種示蹤沉積環(huán)境的礦物學(xué)指標，其中包括用海綠石、自生黃鐵礦、鐵錳氧化物等揭示氧化-還原環(huán)境［12］。

據(jù)表1，研究區(qū)各井侏羅系八道灣組重礦物組分赤(褐)鐵礦含量不均，平均3.7%，反映了早侏羅世氣候溫熱。其中重30井褐鐵礦含量最高(50.4%)、重19井(34.2%)、重33 井(20.3%)、重29井(14.3%)高褐鐵礦的含量表明沉積時曾暴露地表或氣候干燥，其余各井其含量低于10%。

據(jù)前人研究，自生黃鐵礦大量形成于強還原環(huán)境，一般為淺海的強還原帶［8-12］。研究區(qū)自生黃鐵礦的含量很高，均值為56.4%，含量超過70%的樣品占總樣品數(shù)的52%，表明水體循環(huán)不暢的缺氧還原環(huán)境分布范圍比較廣。其中重3井自生黃鐵礦含量均值為74%，最高可達100%，表明沉積環(huán)境為強還原環(huán)境。重35井黃鐵礦含量為37.8%～89.1%，富集的黃鐵礦表明了穩(wěn)定的沉積水體的存在。重34井自生黃鐵礦含量均偏低，為0.6% ～24%，由于黃鐵礦為不穩(wěn)定重礦物，含量少，可能是由于遠離物源或是沉積環(huán)境為陸上。其它井不同深度樣品黃鐵礦含量為0～98%，變化很大，推測由于季節(jié)性洪水、暫時性水流造成沉積水體的快速變化，水平面升降頻繁。

綜合分析認為哈山山前下侏羅統(tǒng)地層沉積時期，氣候溫暖潮濕，季節(jié)性洪水充沛，水體變化較快，湖平面上升和下降交互。推測重19、重28、重33井區(qū)處于海陸交互相，重30井區(qū)為陸上沉積，重35井區(qū)為水下沉積。

2.4 對沉積相的指示意義

研究區(qū)位于準噶爾盆地西北部烏夏斷階的哈拉阿拉特山近岸帶，地形高低起伏。在這些山前隆起斷裂造成的陡坡帶，易形成沖積扇、扇三角洲、辮狀河等粗粒沉積。該區(qū)侏羅系八道灣組是以大段灰色、灰綠色中粗礫巖、砂礫巖、砂巖為主，夾泥巖、煤層的沉積。結(jié)合前述分析結(jié)果，兩個以上豐富的物源供給，氣候溫暖潮濕，充沛的雨量，地形高差大的陡坡帶，都是形成沖積扇的有利條件。沖積扇攜帶沉積物的水流，從沖積扇上的河道末端漫出，形成寬闊的淺水帶，在扇間凹地、地勢低洼的地方淤積形成濕地(一種地形平坦，地面常年潮濕，有很淺積水(水深通常小于2m)，被繁茂植物廣泛覆蓋的沉積環(huán)境［13］)或沼澤化湖泊。濕地、沼澤、封閉的淺水有利于自生黃鐵礦的形成，提供封閉的還原環(huán)境和高硫化氫環(huán)境。辮狀河長期穩(wěn)定的水流和發(fā)育良好的水道，不易形成雜亂堆積礫石混雜的粗碎屑沉積，加之黃鐵礦為不穩(wěn)定重礦物，易風(fēng)化，發(fā)育穩(wěn)定的水道不易保存。扇三角洲前緣是沖積扇入湖(海)部分，遠離哈山的重19井高褐鐵礦的含量表明暴露地表陸上沉積的特征。因此推測哈山南緣侏羅系八道灣組以沖積扇沉積為主。這與雷振宇(2005)提出的準噶爾西北緣扇體群發(fā)育的描述相符［14］。

3 結(jié)論與認識

(1)準噶爾盆地哈山在侏羅系八道灣組沉積時期構(gòu)造活動比三工河組沉積時期強烈，最強烈時期在早白堊世沉積前，地層剝蝕嚴重。

(2)準噶爾盆地哈山南緣早侏羅世物源方向西北，存在兩個不同母巖區(qū)的物源。母巖類型以中基性巖漿巖為主，另一物源含有變質(zhì)巖母巖特征。

(3)準噶爾盆地哈山南緣早侏羅世，氣候溫暖潮濕，洪水期和平水期交互，湖平面上升下降頻繁，常有洪水作用并攜帶大量碎屑物，形成了侏羅八道灣組粗粒沉積。

(4)研究區(qū)侏羅系八道灣組以沖積扇沉積為主，多個物源供給，多個扇體疊合連片，組成了準噶爾盆地西北緣的扇體群。

［1］和鐘鏵，劉招君，張峰.重礦物在盆地分析中的應(yīng)用研究進展［J］.地質(zhì)科技情報，2001，20(4):29 －31.

［2］徐亞軍，杜遠生，楊江海.沉積物物源分析研究進展［J］.地質(zhì)科技情報，2007，26(3):26 －32.

［3］MORTON A C，HALLSWORTH C R.Processes controlling the composition of heavy mineral assemblages in sandstones［J］.Sedimentary Geology，1999，124(1/4):3 －29.

［4］趙紅格，劉池洋.物源分析方法及研究進展［J］.沉積學(xué)報，2003，21(3)409 －410.

［5］岳艷.淺談重礦物分析方法［J］.科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2010，20(12):138－139.

［6］姜在興.沉積學(xué)［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2002.48 －49.

［7］韓作振，高麗華，楊仁超，等.遼河坳陷東部凹陷古近系重礦物分布規(guī)律及其指示意義［J］.礦物巖石，2010，30(3):59 －68.

［8］林治家，陳多福，劉芊.海相沉積氧化還原環(huán)境的地球化學(xué)識別指標［J］.礦物巖石地球化學(xué)通報，2008，27(1):72 －80.

［9］蔡觀強，郭鋒，劉顯太，等.碎屑沉積物地球化學(xué):物源屬性、構(gòu)造環(huán)境和影響因素［J］.地球與環(huán)境，2006，34(4):75 －84.

［10］朱延輝，耿建軍.不同環(huán)境下沉積黃鐵礦成因分析［J］.河北煤炭，2002，1:11 －12.

［11］秦蘊珊，趙一陽，陳麗蓉，等.黃海地質(zhì)［M］.北京:海洋出版社，1989.

［12］金秉福，林振宏，楊群慧，等.沉積礦物學(xué)在陸緣海環(huán)境分析中的應(yīng)用［J］.海洋地質(zhì)與第四紀地質(zhì)，2002，22(3):113－118.

［13］金振奎，蘇奎，張永生等.濕地的沉寂特征及石油地質(zhì)意義［J］.中國石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2011，35(3):1 －6.

［14］雷振宇，卞德智，杜社寬，等.準噶爾盆地西北緣扇體形成特征及油氣分布規(guī)律［J］.石油學(xué)報，2005，26(1):8 －12.