博格達(dá)山周緣中二疊統(tǒng)蘆草溝組與紅雁池組沉積特征及演化

王越，林會(huì)喜，張奎華，張關(guān)龍，汪譽(yù)新，白仲才

1.勝利石油管理局博士后科研工作站，山東東營 257000

2.中國石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院，山東東營 257015

0 引言

在準(zhǔn)噶爾盆地南緣二疊系蘆草溝組是重要的烴源巖發(fā)育層段，在博格達(dá)山周緣廣泛發(fā)育厚層泥頁巖和油頁巖，與蘆草溝組內(nèi)部的碎屑巖、碳酸鹽巖以及上覆紅雁池組的碎屑巖構(gòu)成了良好的生儲(chǔ)組合，為研究區(qū)重要的油氣勘探目標(biāo)。前人針對(duì)蘆草溝組的研究主要集中在層序地層[1-2]、油頁巖地化特征[3-4]、白云巖成因[5-6]和沉積特征[7-9]等方面，對(duì)于紅雁池組的研究主要集中在層序地層[10]、沉積特征[11]及儲(chǔ)層特征[12]等方面。彭雪峰等[2]將蘆草溝組劃分為濱湖、淺湖和半深湖—深湖亞相，進(jìn)一步分為砂質(zhì)灘壩、泥質(zhì)灘壩、碳酸鹽灘壩和生物礁四種微相。馮爍等[7]認(rèn)為博格達(dá)山周緣蘆草溝組主要發(fā)育三角洲和湖泊。王正和等[8]認(rèn)為蘆草溝組從濱湖、淺湖到半深湖—深湖均有發(fā)育，紅雁池組主要發(fā)育辮狀河三角洲前緣。李紅[11]認(rèn)為研究區(qū)蘆草溝組與紅雁池組為湖侵到湖退的沉積過程，其中蘆草溝組發(fā)育扇三角洲、濱淺湖和半深湖，紅雁池組發(fā)育沖積扇、扇三角洲和濱淺湖。綜上所述，關(guān)于蘆草溝組與紅雁池組的沉積相認(rèn)識(shí)存在多種觀點(diǎn)，其主要原因是人們?cè)谘芯窟^程中受勘探程度和地質(zhì)資料的分布所限制。

本文在充分調(diào)研前人研究成果和詳細(xì)踏勘博格達(dá)山周緣二疊系露頭剖面的基礎(chǔ)上，通過對(duì)鍋底坑、水西溝、紅雁池和西大龍口四條剖面的蘆草溝組與紅雁池組進(jìn)行詳細(xì)觀察和精細(xì)測量，結(jié)合柴窩堡凹陷內(nèi)的鉆測井、巖芯資料，對(duì)該區(qū)的地層特征和沉積特征進(jìn)行重新分析，并進(jìn)一步探討了沉積演化特征，為博格達(dá)山周緣地區(qū)的油氣勘探提供依據(jù)和基礎(chǔ)資料。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地南部博格達(dá)山的周緣地區(qū)，包括柴窩堡凹陷(圖1)。在早中二疊世博格達(dá)山尚未隆升[13]，研究區(qū)自下而上發(fā)育了石人子溝組(P1s)、塔什庫拉組(P1t)、烏拉泊組(P2w)、井井子溝組(P2j)、蘆草溝組(P2l)和紅雁池組(P2h)。在晚二疊世博格達(dá)山發(fā)生隆升[14]，研究區(qū)發(fā)育泉子街組(P3q)、梧桐溝組(P3w)與鍋底坑組(P3g)。

2 地層特征

2.1 地層接觸關(guān)系

井井子溝組為蘆草溝組下伏地層，主要發(fā)育厚層深灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖夾薄層灰質(zhì)細(xì)砂巖(圖2a，b)，蘆草溝組下部主要發(fā)育厚層灰色礫巖(圖2c)夾深灰色泥巖，底部可見輕微的沖刷面。井井子溝組與蘆草溝組形成于深水沉積環(huán)境，二者之間未見暴露沉積，為連續(xù)沉積的地層。在觀察多個(gè)露頭剖面的基礎(chǔ)上，結(jié)合鉆井資料認(rèn)為蘆草溝組與紅雁池組是連續(xù)沉積的地層(圖3a，b)。

圖1 研究區(qū)位置、地質(zhì)剖面、井位分布及地層劃分Fig.1 Location, geological section, well location distribution and the stratigraphic division of the studying area

圖2 博格達(dá)地區(qū)中二疊統(tǒng)蘆草溝組與紅雁池組地層特征Fig.2 Stratigraphic characteristics of the middle Permain Lucaogou Formation and Hongyanchi Formation in Bogda region

在西大龍口剖面紅雁池組與泉子街組為角度不整合接觸(圖2d)，紅雁池組以濱淺湖相的灰綠色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖為主。泉子街組為沖積扇沉積，發(fā)育棕紅色礫巖(圖2e)、泥巖以及大量的油頁巖礫石(圖2f)，其母巖為蘆草溝組上部的泥頁巖(圖2g)。在水西溝剖面泉子街組與紅雁池組存在沉積相變(圖2h)。紅雁池組發(fā)育濱淺湖相的灰綠色砂巖、泥巖夾薄層灰?guī)r(圖2i)，灰?guī)r含有油質(zhì)瀝青(圖2j)，表明油氣沿著不整合面發(fā)生了運(yùn)移。泉子街組為曲流河沉積，河道以灰綠色含礫粗砂巖為主，發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理、板狀交錯(cuò)層理(圖2k)，側(cè)積現(xiàn)象明顯，并夾有薄層泥巖(圖2l)；泛濫平原發(fā)育棕紅色粉砂質(zhì)泥巖、泥巖。地層接觸關(guān)系及沉積相變表明在晚二疊世博格達(dá)山隆升導(dǎo)致蘆草溝組與紅雁池組遭受剝蝕。

2.2 地層特征及劃分

研究區(qū)鉆測井資料和露頭剖面表明柴窩堡凹陷內(nèi)蘆草溝組與紅雁池組保留相對(duì)完整，在博格達(dá)山山前地層剝蝕較為嚴(yán)重，不同地區(qū)殘留厚度不一(圖1)。鍋底坑剖面蘆草溝組頂?shù)捉缑婵梢?，根?jù)巖性特征將其自下而上劃分為一段、二段、三段，一段主要發(fā)育灰色礫巖、含礫砂巖與中粗砂巖，夾有深灰色泥巖；二段以礫巖、灰?guī)r和泥巖互層為主；三段主要發(fā)育厚層泥頁巖、泥巖，夾有薄層灰?guī)r。在博格達(dá)山北緣白楊溝剖面、水西溝剖面、西大龍口剖面蘆草溝組僅出露上部泥頁巖層段，在小龍口剖面地層出露較完整。

柴窩堡凹陷內(nèi)C5井紅雁池組保留完整，自下而上劃分為一段、二段、三段，一段以灰色泥巖、粉砂巖夾灰色砂礫巖為特征；二段主要發(fā)育灰色砂礫巖，夾有薄層灰色泥巖；三段以棕紅色泥巖、灰色泥質(zhì)砂巖為主，夾有灰色砂礫巖。在水西溝剖面紅雁池組殘留有一段和二段，一段發(fā)育灰綠色礫巖、含礫粗砂巖、粗砂巖與灰綠色、深灰色泥巖，二段發(fā)育灰綠色中細(xì)砂巖夾灰綠色泥巖、灰?guī)r。通過分析蘆草溝組、紅雁池組與上下地層的巖性特征和接觸關(guān)系，認(rèn)為蘆草溝組與紅雁池組構(gòu)成了一個(gè)三級(jí)旋回，相當(dāng)于一個(gè)三級(jí)層序[10]，兩個(gè)組分別對(duì)應(yīng)五個(gè)四級(jí)旋回(圖3a，b)。

3 沉積相類型

3.1 蘆草溝組沉積相類型

3.1.1 近岸水下扇

近岸水下扇主要在柴窩堡凹陷內(nèi)發(fā)育，通過對(duì)露頭與巖芯進(jìn)行綜合研究識(shí)別出中扇和外扇兩個(gè)亞相。

(1) 中扇

近岸水下扇中扇由溝道和溝道間兩個(gè)微相構(gòu)成，溝道為主體沉積(圖4a，b)。溝道由多期次的砂礫巖體在垂向上疊合構(gòu)成，呈底凸頂平的外部幾何形態(tài)，最厚可達(dá)7.5 m(圖4a)。溝道以灰色中礫巖、細(xì)礫巖為主，夾有少量的含礫粗砂巖，主要發(fā)育塊狀層理(圖4c，d)和粒序?qū)永?圖4e)。礫巖以火山巖礫石和變質(zhì)巖礫石為主，粒徑主要分布在0.5～3 cm之間，最大可達(dá)5 cm(圖4d)，多為高角度不穩(wěn)定狀雜亂堆積，呈次棱角狀、次圓狀，分選較差。溝道間總體為水動(dòng)力相對(duì)較弱的沉積環(huán)境，主要以深灰色的粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥巖為主(圖4b)。

(2) 外扇

近岸水下扇外扇由溝道和溝道間兩個(gè)微相構(gòu)成，溝道間為主體沉積(圖4f)。溝道砂礫巖體呈底凸頂平的外部幾何形態(tài)，最厚可達(dá)3.5 m，主要由灰色含中礫細(xì)礫巖(圖4g)和灰色細(xì)礫巖(圖4h)構(gòu)成，夾有少量的中粗砂巖(圖4i)。礫巖和砂巖以塊狀層理為主，碎屑顆粒呈棱角狀、次棱角狀，分選較差，結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度均較低，為近源快速堆積的產(chǎn)物。溝道間主要以深灰色的粉砂質(zhì)泥巖、泥巖和含礫泥巖為主，可見礫石呈分散漂浮狀分布于泥巖中，呈棱角狀、次棱角狀(圖4j)。在鍋底坑剖面蘆草溝組二段近岸水下扇外扇發(fā)育礫巖、砂巖、泥巖與灰?guī)r(圖2a、圖4k)，灰?guī)r主要由咸化沉積背景下[15]化學(xué)結(jié)晶形成的泥晶方解石構(gòu)成，與粉砂質(zhì)泥巖、泥巖等均為弱水動(dòng)力條件下形成的巖石，也屬于溝道間沉積。由于鍋底坑地區(qū)在二疊紀(jì)存在頻繁的風(fēng)暴事件[16]，泥晶灰?guī)r在半固結(jié)或固結(jié)狀態(tài)下常受其影響形成砂屑灰?guī)r和礫屑灰?guī)r(圖4l)。

3.1.2 湖泊

蘆草溝組三段沉積時(shí)期，湖泊相在博格達(dá)山周緣廣泛分布，主要以半深湖—深湖亞相為主。在紅雁池剖面主要發(fā)育厚層深灰色泥頁巖(圖5a)，夾有薄層狀、透鏡狀泥晶灰?guī)r(圖5b)和泥晶白云巖(圖5c)，厚度一般為0.2～0.5 m。在西大龍口剖面主要發(fā)育厚層深灰色泥頁巖(圖5d)，夾有薄層灰質(zhì)粉砂巖(圖5e)，厚度分布在0.1～0.4 m之間，以塊狀層理為主。在水西溝剖面主要發(fā)育深灰色泥頁巖、油頁巖(圖5f)夾薄層灰?guī)r、白云巖和灰質(zhì)粉砂巖(圖2b)。

圖3 博格達(dá)山周緣中二疊統(tǒng)蘆草溝組與紅雁池組地層沉積綜合柱狀圖Fig.3 Comprehensive stratigraphic and sedimentary column of the middle Permain Lucaogou Formation and Hongyanchi Formation on the periphery of Bogda Mountain

圖4 博格達(dá)山周緣蘆草溝組近岸水下扇沉積特征Fig.4 The nearshore subaqueous fan sedimentary characteristics of Lucaogou Formation on the periphery of Bogda Mountain

圖5 博格達(dá)山周緣蘆草溝組湖泊沉積特征Fig.5 The lake sedimentary characteristics of Lucaogou Formation on the periphery of Bogda Mountain

3.2 紅雁池組沉積相類型

3.2.1 扇三角洲

扇三角洲可劃分為扇三角洲平原和扇三角洲前緣，其中扇三角洲前緣在研究區(qū)廣泛分布。

(1) 扇三角洲平原

扇三角洲平原主要由分流河道和分流間灣兩個(gè)微相構(gòu)成(圖6a)。分流河道以灰色中礫巖、細(xì)礫巖為主，主要發(fā)育塊狀層理(圖6b)和粒序?qū)永?圖6c)。礫巖以火山巖和變質(zhì)巖礫石為主，粒徑主要分布在0.2～2 cm之間，最大可達(dá)3 cm(圖6b)，呈次棱角狀、次圓狀，分選較差。在分流河道中可見礫石呈略定向排列(圖6b)，多為穩(wěn)定狀堆積(圖6c)，為沉積過程中牽引流作用的結(jié)果。分流間灣以棕紅色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖為主，夾有薄層灰綠色粉砂質(zhì)泥巖、泥巖(圖6a)。

(2) 扇三角洲前緣

扇三角洲前緣主要由水下分流河道和水下分流間灣兩個(gè)微相構(gòu)成。水下分流河道砂礫巖體呈底凸頂平的外部幾何形態(tài)，厚度一般為2～5 m，以灰綠色細(xì)礫巖(圖6d)、含礫粗砂巖、粗砂巖(圖6e)和中砂巖為主，可見植物莖干化石(圖6f)。水下分流河道主要發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理(圖6d，e)，層系寬度一般為2.0～3.5 m，高度一般為0.1～0.4 m。水下分流間灣以深灰色、灰綠色粉砂質(zhì)泥巖、泥巖為主，夾有薄層灰綠色粉砂巖(圖2a)。

圖6 博格達(dá)山周緣紅雁池組扇三角洲沉積特征Fig.6 The fan delta sedimentary characteristics of Hongyanchi Formation on the periphery of Bogda Mountain

3.2.2 湖泊

湖泊相在博格達(dá)山周緣分布范圍較小，以濱淺湖亞相為主，半深湖—深湖亞相在博格達(dá)山北緣局部地區(qū)可見。濱淺湖主要發(fā)育棕紅色、灰綠色的泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥巖(圖7a)，夾有灰?guī)r結(jié)核或薄層的灰?guī)r條帶(圖7b)。半深湖—深湖主要發(fā)育深灰色泥頁巖夾薄層的粉砂巖。

3.2.3 灘壩

灘壩主要在博格達(dá)山東北緣紅雁池組二段和三段發(fā)育，以灘砂沉積為主，在垂向上表現(xiàn)為砂巖與粉砂質(zhì)泥巖、泥巖的頻繁互層，進(jìn)積式沉積序列(圖7c)和退積式沉積序列(圖7d)均有發(fā)育。依據(jù)前人對(duì)灘壩沉積劃分微相的方法[17-18]，將研究區(qū)灘砂亞相劃分為灘脊和灘脊間兩個(gè)微相。灘脊以灰綠色薄層中砂巖、細(xì)砂巖和粉砂巖為主(圖2b)，砂體呈雙凸型(圖7c)或底平頂凸透鏡狀(圖7d)，厚度分布在0.2～0.6 m之間，主要發(fā)育波狀交錯(cuò)層理(圖7e)和浪成沙紋層理(圖7f)。灘脊間水動(dòng)力條件較弱，主要發(fā)育灰綠色、棕紅色粉砂質(zhì)泥巖與泥巖，厚度一般為0.2～1 m。

圖7 博格達(dá)山周緣紅雁池組湖泊和灘壩沉積特征Fig.7 The lake and sand bar and beach sedimentary characteristics of Hongyanchi Formation on the periphery of Bogda Mountain

4 沉積相分布與沉積演化

博格達(dá)山周緣地區(qū)在中二疊世處于準(zhǔn)噶爾盆地的斷陷一側(cè)[19]，伊林黑比爾根山(簡稱“伊山”)為主要物源區(qū)[11]。蘆草溝組為湖盆的擴(kuò)張期，準(zhǔn)噶爾盆地與吐哈盆地水體相通形成統(tǒng)一的沉積體系[20]，伊山以北主要發(fā)育近岸水下扇和半深湖—深湖。在蘆草溝組一段沉積時(shí)期，伊山供給碎屑物質(zhì)的能力較強(qiáng)，在柴窩堡凹陷內(nèi)近岸水下扇中扇廣泛分布，外扇主要分布在博格達(dá)山南緣的山前地區(qū)，半深湖—深湖主要分布在現(xiàn)今博格達(dá)山及其以北地區(qū)(圖8)。在蘆草溝組二段沉積時(shí)期湖侵規(guī)模變大，物源供給能力減弱，近岸水下扇扇體向湖盆邊緣收縮，半深湖—深湖范圍擴(kuò)大。蘆草溝組三段沉積時(shí)期，湖侵規(guī)模達(dá)到最大，研究區(qū)廣泛發(fā)育厚層深灰色泥頁巖、油頁巖，為有利烴源巖發(fā)育段。

紅雁池組沉積時(shí)期，博格達(dá)山周緣地區(qū)相對(duì)湖平面下降，主要發(fā)育扇三角洲、灘壩和濱淺湖。在紅雁池組一段沉積時(shí)期，柴窩堡凹陷以及博格達(dá)山東北緣地區(qū)主要發(fā)育扇三角洲前緣，在白楊溝剖面發(fā)育半深湖—深湖和灘壩。在紅雁池組二段沉積時(shí)期，柴窩堡凹陷仍以扇三角洲前緣沉積為主，在博格達(dá)山北緣白楊溝剖面、小龍口剖面及水西溝剖面主要發(fā)育濱淺湖和灘壩。在紅雁池組三段沉積時(shí)期，扇三角洲砂礫巖體繼續(xù)向湖盆方向推進(jìn)，柴窩堡凹陷過渡為扇三角洲平原?？傮w分析，蘆草溝組至紅雁池組為一個(gè)湖侵到湖退的沉積過程。

5 結(jié)論

(1) 蘆草溝組與紅雁池組自下而上均可劃分為一段、二段和三段，兩個(gè)組的地層在柴窩堡凹陷內(nèi)保留相對(duì)完整，而在博格達(dá)山山前地層剝蝕較嚴(yán)重，不同地區(qū)殘留厚度不一。

(2) 研究區(qū)蘆草溝組發(fā)育近岸水下扇和湖泊相，近岸水下扇主要發(fā)育中扇和外扇，湖泊以半深湖—深湖為主。紅雁池組主要發(fā)育扇三角洲、灘壩和湖泊相，扇三角洲以扇三角洲前緣水下分流河道和水下分流間灣為主，灘壩主要為灘砂沉積，湖泊以濱淺湖為主。

(3) 蘆草溝組至紅雁池組為一個(gè)湖侵到湖退的沉積過程。蘆草溝組一段、二段沉積時(shí)期，物源供給能力較強(qiáng)，近岸水下扇在柴窩堡凹陷內(nèi)分布較廣，半深湖—深湖相分布在現(xiàn)今博格達(dá)山及其以北地區(qū)；蘆草溝組三段沉積時(shí)期，湖侵規(guī)模達(dá)到最大，半深湖—深湖在研究區(qū)廣泛分布。紅雁池組沉積時(shí)期相對(duì)湖平面下降，紅雁池組一段、二段以扇三角洲前緣沉積為主，博格達(dá)山北緣以灘壩和濱淺湖為主；紅雁池組三段湖退規(guī)模達(dá)到最大，主要發(fā)育扇三角洲平原。

圖8 博格達(dá)地區(qū)中二疊統(tǒng)蘆草溝組與紅雁池組沉積相對(duì)比Fig.8 The sedimentary facies correlation of the middle Permain Lucaogou Formation and Hongyanchi Formation in the Bogda region

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