準(zhǔn)南蘆草溝組沉積特征及油氣勘探前景

王正和，丁邦春，閆劍飛，門玉澎，張海全

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局 成都地質(zhì)調(diào)查中心,四川 成都 610081;2.川慶鉆探工程公司 測井公司,重慶 400021)

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準(zhǔn)南蘆草溝組沉積特征及油氣勘探前景

王正和1，丁邦春2，閆劍飛1，門玉澎1，張海全1

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局 成都地質(zhì)調(diào)查中心,四川 成都 610081;2.川慶鉆探工程公司 測井公司,重慶 400021)

摘要：為了進一步促進蘆草溝組非常規(guī)油氣勘探，在詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查基礎(chǔ)上，結(jié)合前人研究成果及已有頁巖氣調(diào)查井鉆探成果對蘆草溝組巖性巖相組合特征、沉積演化進行了深入研究，結(jié)果表明：蘆草溝組巖性巖相組合特征所呈現(xiàn)出的三段性特征明顯，因此，將蘆草溝組分為上、中、下3個巖性組合段。蘆草溝組包含了扇三角洲及湖相沉積體系。上段為前扇三角洲至半深湖-深湖亞相沉積，以灰黑色炭質(zhì)泥頁巖夾碳酸鹽巖夾層為顯著特征，是最優(yōu)質(zhì)的區(qū)域性重點烴源巖，具較好頁巖氣勘探潛力。中段為扇三角洲前緣-前扇三角洲沉積，以灰黑色炭質(zhì)泥巖與灰色中厚層狀粉砂巖互層為顯著特征，可構(gòu)成具良好勘探潛力的致密儲層；下段為扇三角洲平原-前扇三角洲沉積，巖性組合橫向變化較大，由砂礫巖、粗細(xì)砂巖過渡為粉砂巖及灰黑色炭質(zhì)粉砂質(zhì)泥巖，既是常規(guī)油氣目標(biāo)層，又具非常規(guī)勘探潛力。蘆草溝組自下而上整體呈現(xiàn)為一個相對湖平面上升的湖擴過程。

關(guān)鍵詞：蘆草溝組；沉積特征；非常規(guī)油氣；準(zhǔn)噶爾南部

王正和，丁邦春，閆劍飛，等.準(zhǔn)南蘆草溝組沉積特征及油氣勘探意義[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2016，31(2)：25-32.

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引言

準(zhǔn)噶爾盆地晚二疊世蘆草溝組(P3l)因沉積相時空演化所形成的獨特巖性、巖相組合特征決定了其在油氣勘探中獨一無二的地位。在準(zhǔn)噶爾盆地中，蘆草溝組是集烴源巖、儲層、蓋層三位于一體的重要層系，而且既是常規(guī)油氣勘探目標(biāo)，又是頁巖氣、頁巖油、致密油藏油等非常規(guī)油氣重點勘探目標(biāo)[1-2]。

目前，前人針對蘆草溝組沉積方面的研究成果涵蓋了層序地層劃分[3-6]、白云巖成因[7-8]、古氣候[9]及沉積環(huán)境[6,10-12]等方面。本文結(jié)合大量的野外地質(zhì)調(diào)查、前人研究成果及已有鉆井資料，以單剖面縱向巖性巖相組合特征與變化及橫向沉積剖面對比為基礎(chǔ)，對準(zhǔn)噶爾盆地南緣蘆草溝組巖性巖相特征及沉積時空演化進行精細(xì)研究，最終以上、中、下3個巖性段為編圖單元對蘆草溝組沉積相進行編制，以期有益于對蘆草溝組沉積特征的進一步認(rèn)識，并為蘆草溝組頁巖氣、頁巖油及致密油藏油等非常規(guī)油氣勘探與預(yù)測提供參考。

1區(qū)域地質(zhì)背景

準(zhǔn)噶爾盆地位于歐亞構(gòu)造域邊緣，與特提斯構(gòu)造域相鄰[13]，夾持于哈薩克斯坦板塊、西伯利亞板塊、阿爾泰褶皺造山帶和天山褶皺造山帶之間，是我國大型含油氣盆地之一，為一復(fù)合疊加盆地，經(jīng)歷了多期構(gòu)造運動[14-18]。

準(zhǔn)噶爾盆地在前寒武紀(jì)結(jié)晶基底上沉積了寒武系—石炭系海相及海陸交互相地層。后經(jīng)海西期周緣海槽褶皺形成盆地褶皺基底，構(gòu)成準(zhǔn)噶爾盆地前寒武紀(jì)結(jié)晶基底與海西褶皺基底的雙層基底結(jié)構(gòu)，成盆后接受二疊紀(jì)至今的蓋層沉積。沉積環(huán)境也由早中二疊世之前的海相逐漸過渡到之后的陸相。據(jù)前人研究，蘆草溝組為晚二疊世溫暖氣候條件下的湖相沉積[9,19]，以陸源碎屑巖沉積為主，夾少量內(nèi)源巖夾層，且以厚度較大的炭質(zhì)泥頁巖發(fā)育為顯著特征。此外，蘆草溝組沉積時期，柴窩鋪凹陷與準(zhǔn)噶爾盆地同屬一個盆地[20]。

現(xiàn)今，蘆草溝組主要出露于博格達山北緣山前帶(圖1)，其橫向相變快，厚度變化明顯，最大厚度可達1 200余米。在博格達北緣西段(指博格達山北緣天池以西的區(qū)域)，蘆草溝組露頭巖性巖相組合特征三分性明顯。

圖1　研究區(qū)位置及蘆草溝組露頭分布(灰色區(qū)域為蘆草溝組出露區(qū))Fig.1　Location of the study area and the outcrop distribution of Lucaogou Formation (The gray area is the outcrop distribution area)

2蘆草溝組沉積特征

2.1蘆草溝組巖性巖相特征

在準(zhǔn)噶爾盆地南緣博格達山北緣西段，蘆草溝組縱向上的巖性、巖相變化特征呈現(xiàn)出明顯的三分性，自下而上可劃分為3個截然不同的巖性組合段(圖2)。這3個巖性組合段各自的特征在榆樹溝向東至水磨河一帶最為清楚與典型，并形成迥然相異的地貌特征(圖3)。

2.1.1蘆草溝組下段巖性巖相特征蘆草溝組下段總厚度約460 m，巖性主要為灰黑色含炭質(zhì)鈣質(zhì)泥巖與灰黑色-深灰色泥質(zhì)粉砂巖及粉砂巖(圖4(a))，砂泥比約為1∶1.5。從區(qū)域上看，下段巖性橫向變化較為明顯，從柴窩堡往紅雁池至石人溝，巖性明顯有由粗變細(xì)的趨勢，而且在柴窩堡一帶，下段以砂巖為主體，泥巖較少，而往北東至三工河一帶，則演變?yōu)橐曰液谏抠|(zhì)泥巖為主。該段在榆樹溝一帶的露頭上局部可見厘米級疊層石構(gòu)造夾雜在細(xì)碎屑巖中。在紅雁池附近的露頭上可見下段中發(fā)育有較多礫巖(圖4(b))及粉砂巖至粗砂巖，巖性總體上偏粗；在石人溝剖面中，蘆草溝組下段則基本為粉-細(xì)砂巖及粉砂質(zhì)炭質(zhì)泥巖，巖性總體上偏細(xì)。在紅雁池剖面蘆草溝組下段中可見正粒序?qū)永?圖4(c))、交錯層理、液化變形層理(圖4(d))及非對稱性單向水流波痕等沉積構(gòu)造。結(jié)合前人研究，并綜合所有沉積構(gòu)造以及縱向上巖性巖相組合特征認(rèn)為，蘆草溝組下段為扇三角洲前緣相沉積。

圖2　準(zhǔn)噶爾盆地南緣烏魯木齊葛家溝剖面蘆草溝組沉積柱狀圖Fig.2　Lithologic and sedimentary section of Loucaogou Formation on Urumchi Gejiagou profile in the south margin of Junggar Basin

圖3　蘆草溝組上、中、下三段地貌特征Fig.3　Geomorphological features of upper member,middle member and lower member of Lucaogou Formation

圖4　準(zhǔn)南蘆草溝組沉積與巖性特征Fig.4　Sedimentary and lithologic characteristics of Loucaogou Formation

2.1.2蘆草溝組中段巖性巖相特征總厚度約130 m，巖性主要為灰-淺灰色粉砂巖及灰黑色炭質(zhì)泥巖，呈互層狀；砂泥比為(1.5~2.0)∶1。粉砂巖多為中—厚層狀，塊狀層理，堅硬、致密，局部可見縫合線構(gòu)造；炭質(zhì)泥巖中多發(fā)育水平層理(圖4(f))。在石人溝至榆樹溝一帶，因地層近于直立，且砂巖抗風(fēng)化能力強，故該段在地表通常呈現(xiàn)為聳立突兀的正地貌，并形成盆山過渡帶最后一道山脊。而在甘溝一帶，地層產(chǎn)出較平緩，砂巖往往呈凹進的槽狀，而黑色炭質(zhì)泥巖往往呈凸出的棱狀(圖4(g))。該段炭質(zhì)泥巖中常見白云巖透鏡體(圖4(h))，而砂巖裂縫中偶爾可見瀝青浸染。該段與下段在巖性巖相組合特征差異相當(dāng)明顯，主要表現(xiàn)為：(1)中段砂巖與泥巖成層性均很好，且呈互層狀；下段砂與泥往往混雜、漸變，更具韻律特征；(2)中段砂巖均質(zhì)性較強，呈中-厚層狀，與泥巖均為突變接觸；下段砂巖以3 cm左右薄層為主，與泥巖往往構(gòu)成砂質(zhì)含量逐漸變化的韻律性旋回。

2.1.3蘆草溝組上段巖性巖相特征總厚度約550 m，巖性主要為灰黑色炭質(zhì)泥頁巖夾灰-深灰色中厚層狀白云巖或泥質(zhì)灰?guī)r(圖4(i))；白云巖(泥質(zhì)灰?guī)r)與泥巖厚度比約為1∶30，但越往東，比例漸小?；液谏抠|(zhì)泥頁巖中可見較多順層分布的黃鐵礦(圖4(j))、磷塊巖結(jié)核(圖4(k))，偶見較為完整的鱈魚化石(圖4(l))。這些沉積特征指示上段為較深水強還原沉積環(huán)境。另外，上段中的白云巖或泥質(zhì)灰?guī)r通常呈厚25 cm左右的中層狀，其頂、底與炭質(zhì)泥頁巖呈突變接觸，且橫向上延續(xù)不遠，呈現(xiàn)為透鏡狀。該段所夾的中層狀碳酸鹽巖夾層巖性在橫向上有一定的變化，在紅雁池一帶，其間的夾層通常以泥質(zhì)灰?guī)r為主，其中含少量生屑和陸源碎屑,往東，則逐漸變?yōu)橐园自茙r為主，且鮞粒白云巖增多，至榆樹溝及葛家溝一帶，其間的夾層多以泥、微晶至粉晶白云巖為主。

在該段接近底部約100 m的位置發(fā)育有一套厚約1 m、橫向連續(xù)性很好、可作為較好標(biāo)志層的顆粒白云巖。該套白云巖因抗風(fēng)化能力強，在紅雁池至葛家溝一帶出露地表，并形成近于直立的城墻(在GoogleEarth衛(wèi)星地圖上清晰可見，地表出露延伸約5.5 km，圖4(m))。

該段上部自下而上是水體由深變淺的過程，其頂部發(fā)育有一層厚約30 cm的介殼層(圖4(n))。其中的介殼個小、殼薄，個體多小于0.5 cm(圖4(o))。這表明其沉積水體仍然是低能環(huán)境。

烏魯木齊紅雁池附近的頁巖氣調(diào)查井準(zhǔn)頁3井的巖心揭示該段下部主要為灰黑色炭質(zhì)泥巖、灰-深灰色含炭質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖及粉砂巖。巖心中發(fā)育大量水平層理、正粒序?qū)永?、液化變形層理及滑塌揉皺變形?gòu)造(圖4(e))等，提供了扇三角洲前緣相沉積證據(jù)。

總體上，據(jù)蘆草溝組上段巖性巖相組合及沉積構(gòu)造特征可以確定其沉積環(huán)境主要為前扇三角洲至深湖亞相沉積。

2.2蘆草溝組縱向沉積特征

以葛家溝剖面為例(圖2)，蘆草溝組下段與中段主要發(fā)育了扇三角洲沉積體系，而上段則由扇三角洲沉積體系過渡為湖相沉積體系，并以湖相沉積體系為主。蘆草溝組中的砂質(zhì)碎屑主要發(fā)育在中、下段的扇三角洲沉積體系中，而上段所發(fā)育的湖相沉積體系則主要以炭質(zhì)泥巖為主。

總體上，蘆草溝組全層段均發(fā)育有白云巖，但自下而上，白云巖呈逐漸增多的趨勢。下段，白云巖多呈厚2 cm左右的條帶狀或透鏡狀；中段，白云巖多呈厚10 cm左右的條帶狀或透鏡狀；上段，白云巖則多呈40 cm左右的中-厚層狀。

蘆草溝組自下而上，整體上呈現(xiàn)為一個沉積物粒度由粗變細(xì)，相對湖平面由淺變深的湖擴展過程。從烴源巖來看，蘆草溝組自下而上均發(fā)育具生烴能力的炭質(zhì)泥巖，而最優(yōu)質(zhì)的烴源巖發(fā)育于上段，即主要發(fā)育在湖擴時期的半深湖-深湖亞相沉積。從儲集層來看，在相對湖平面較低時期所沉積的扇三角洲前緣砂體往往為粉砂級，可成為潛在的致密儲層；在近源的盆緣區(qū)所沉積的扇三角洲平原相沉積體往往為砂礫巖混雜體，已成為石油公司常規(guī)油氣勘探的目標(biāo)層系。

2.3蘆草溝組沉積相

晚二疊世，柴窩堡、博格達以及準(zhǔn)噶爾屬于同一個陸內(nèi)坳陷盆地，而且博格達地區(qū)處于盆地中心最深水區(qū)。南西方向的北天山地區(qū)以及北東方向的克拉美麗地區(qū)已經(jīng)隆起成陸，并向盆地提供物源。

蘆草溝組縱橫向巖性組合變化特征表明：自南向北，柴窩堡的CC1井及鄰區(qū)整體上以淺灰-灰綠色砂礫巖為主，局部夾紫紅色泥巖，為扇三角洲平原相沉積。往北至D1井及其鄰區(qū)，則下部為以砂礫巖為主的扇三角洲平原相沉積，上部過渡為以粗-細(xì)砂巖及泥巖為主的扇三角洲前緣相沉積。再往北至紅雁池一帶，從露頭可見蘆草溝組下部以粗-粉細(xì)砂巖為主，夾較多中厚層狀細(xì)-中礫巖，且發(fā)育有單向流水波痕、交錯層理、正粒序?qū)永?、液化變形及滑塌變形?gòu)造，呈現(xiàn)扇三角洲前緣相沉積特征。上部過渡為以灰黑色炭質(zhì)泥巖夾泥灰?guī)r夾層為主，其中的泥灰?guī)r夾層多呈較大型的透鏡狀，炭質(zhì)泥巖連續(xù)厚度大，且水平紋層較發(fā)育，為前扇三角洲至半深湖-深湖亞相沉積。這表明，自南向北，沉積水體逐漸加深(圖5)。

圖5　準(zhǔn)南蘆草溝組沉積對比剖面(CC1井-D1井-紅雁池)Fig.5　Sedimentary correlation profile of Loucaogou Formation: CC1 well-D1 well-Hongyanchi outcrop,south Junggar Basin

蘆草溝組沉積時期，自西向東，永豐地區(qū)X2井及鄰區(qū)以扇三角洲前緣相沉積為主，而X1井至紅雁池一帶，扇三角洲前緣相沉積略占一半，且主要分布在下部，到上部則過渡為前扇三角洲及半深湖-深湖亞相沉積。榆樹溝往東至石人溝一帶以前扇三角洲及半深湖-深湖亞相沉積為主?？傮w上，自西向東，蘆草溝組中的陸源砂級碎屑所占比重呈現(xiàn)出逐漸減少的趨勢。這表明，自西向東，沉積水體逐漸加深(圖6)。

橫向沉積對比表明：蘆草溝組自下而上，整體呈現(xiàn)為一個湖擴過程并伴隨相對湖平面上升，導(dǎo)致中晚期炭質(zhì)泥頁巖尤其發(fā)育，且沉積范圍更廣，連續(xù)厚度最大?？傮w上，阜康一帶大致為蘆草溝組沉積時期的最深水區(qū)，且為沉積中心。在阜康一帶，蘆草溝組全段均發(fā)育富有機質(zhì)頁巖，而往西至紅雁池一帶，只有上段才發(fā)育富有機質(zhì)泥頁巖。因此，以阜康為中心向沉積盆地邊緣方向，富有機質(zhì)泥頁巖的發(fā)育在垂向上呈現(xiàn)層位逐漸抬高的規(guī)律。

準(zhǔn)噶爾盆地南緣，蘆草溝組從下段到上段，沉積中心不斷擴大，到上段沉積時期，半深湖-深湖亞相沉積涵蓋了博格達山的大部分地區(qū)，而且擴展到柴窩堡盆地北邊較大范圍，從而使得柴窩堡盆地二疊系也具備了巨大的油氣勘探潛力。另外，從下段到上段，扇三角洲前緣與扇三角洲平面相帶不斷向陸后退，展布范圍也明顯減小(圖7)。

圖6　準(zhǔn)南蘆草溝組沉積對比剖面(X2井-X1井-紅雁池-榆樹溝-葛家溝-石人溝)Fig.6　Sedimentary correlation profile of Loucaogou Formation:X2 well-X1 well-Hongyanchi outcrop-Yushugou outcrop-Gejiagou outcrop-Shirengou outcrop,south Junggar Basin

圖7　準(zhǔn)南蘆草溝組沉積相平面圖Fig.7　Sedimentary facies plane of Loucaogou Formation,south Junggar Basin

3結(jié)論

(1)博格達山北緣西段蘆草溝組可劃分為下段、中段和上段3個巖性巖相組合段。這3個巖性組合段巖性差異明顯，會導(dǎo)致波阻抗差異明顯，因此，在埋深相對較淺、縱向分辨率較高的情況下，這3個組的分界面在地震資料中有較好的地震反射。

(2)蘆草溝組前扇三角洲至深湖亞相炭質(zhì)泥頁巖具有較好的頁巖氣、頁巖油勘探潛力；夾于炭質(zhì)泥頁巖之中的扇三角洲前緣相粉砂級碎屑巖及碳酸鹽巖可形成較好的致密儲層；扇三角洲平原-扇三角洲前緣相粗碎屑的砂礫巖可形成常規(guī)油氣儲層。

(3)蘆草溝組下段至上段，總體上是一個湖擴展伴隨相對湖平面上升的過程，上段沉積時期，湖平面范圍達到最大。

(4)蘆草溝組橫向厚度變化劇烈，巖相變化明顯，滑塌變形構(gòu)造及水下碎屑流形成的正粒序?qū)永磔^發(fā)育，沉積底形坡度較陡，坡降可達17‰左右，且近源區(qū)礫巖較發(fā)育。表明蘆草溝組沉積時期其沉積速率較大，整體上屬于扇三角洲-湖相沉積體系。

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責(zé)任編輯：王輝

Depositional Characteristics and Petroleum Exploration Significance of Lucaogou Formation in South Junggar Basin

WANG Zhenghe1,DING Bangchun2,YAN Jianfei1,MEN Yupeng1,ZHANG Haiquan1

(1.Chengdu Geological Survey Center,China Geological Survey Bureau,Chengdu 610083,Sichuan,China;2.Logging Company,Chuanqing Drilling Engineering Co.,Ltd.,400021,Chongqing,China)

Abstract:In order to promote the exploration of the unconventional oil & gas in Lucaogou Formation,the lithologic and lithofacies assemblage characteristics and the sedimentary evolution of Lucaogou Formation were studied based on the detailed geological survey,the previous research results and the shale gas well drilling results.It is shown that:the lithologic and lithofacies assemblage presents obvious three-segment feature,and therefore Lucaogou Formation can be divided into upper member,middle member and lower member.Lucaogou Formation includes fan delta and lacustrine depositional systems.There is pro-fan delta to semi-deep-deep lake sedimentary facies in upper member,the interlayer of carbonate rock in dark grey carbonaceous mudstone is the obvious feature of upper member,it is the best regional hydrocarbon source rock,and has good exploration potential to shale gas;there is fan delta front-pro-fan delta sedimentary facies in middle member,the interbed of dark grey carbonaceous mudstone with grey medium-thick layered siltstone is the obvious feature of middle member,which forms tight reservoir with good exploration potential;there is fan delta plain-pro-fan delta sedimentary facies in lower member,the lateral change of lithology combination of lower member is great,the lithology transits from sand conglomerate,coarse,fine sandstone to siltstone and dark grey carbonaceous silty mudstone,it is both conventional oil and gas target layer and has unconventional exploration potential.Lucaogou Formation presents a lake expansion process of lake level relatively rising from lower to upper.

Key words:Lucaogou Formation;depositional characteristic;unconventional oil and gas;South Junggar Basin

文章編號：1673-064X(2016)02-0025-08

文獻標(biāo)識碼：A

DOI：10.3969/j.issn.1673-064X.2016.02.004

中圖分類號：TE122

作者簡介：王正和(1976-)，男，博士，主要從事油氣勘探方面研究。E-mail:carbonhydro@163.com

基金項目：新疆維吾爾自治區(qū)地勘基金項目“新疆準(zhǔn)噶爾盆地南緣重點遠景區(qū)頁巖氣調(diào)查評價”(編號：N13-4-XJ02)

收稿日期：2015-10-28

責(zé)任編輯：王輝