準(zhǔn)噶爾盆地東緣中侏羅統(tǒng)頭屯河組層序地層與沉積演化

李 歡，鄒 灝,， 李欣宇， 黃澎濤， 張 強(qiáng)， 殷棟法， 司馬獻(xiàn)章， 俞礽安

(1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059；2.中煤地質(zhì)工程總公司，北京 100037；3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院，湖北 武漢 430074；4.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津 300170)

引言

層序地層學(xué)理論自誕生至今，其在陸相盆地巖性油氣藏研究中已成為預(yù)測(cè)賦油氣層巖性?xún)?chǔ)層的有效手段和方法[1-5]。準(zhǔn)噶爾盆地是僅次于塔里木盆地的我國(guó)第二大盆地，形態(tài)大致呈三角形，面積約為13×104km2，是我國(guó)西北地區(qū)重要的含油氣盆地[6-8]。盆地東部是重要的油氣富集區(qū)及產(chǎn)區(qū)，其中侏羅紀(jì)發(fā)育的沉積巖地層是重要的儲(chǔ)集層，整個(gè)盆地已發(fā)現(xiàn)的油氣資源有近一半儲(chǔ)存在侏羅系地層之中，油氣資源量十分豐富，是目前準(zhǔn)噶爾盆地最主要的勘探目的層之一[9-11]。

高分辨率層序地層學(xué)由Cross教授在1988年提出[12]，大約在1995年開(kāi)始引入中國(guó)[13-14]，是一種以鉆探巖心、三維露頭和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用精細(xì)層序劃分與對(duì)比的技術(shù)構(gòu)建三維地層關(guān)系，建立區(qū)域儲(chǔ)層的成因、評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)的一種新理論[13-17]，被廣泛應(yīng)用到國(guó)內(nèi)外陸相盆地石油的勘探與開(kāi)發(fā)領(lǐng)域[14,18-19]。準(zhǔn)噶爾盆地中侏羅統(tǒng)頭屯河組地層單元平均厚度為350～400 m，受古地貌和物源的控制，地層厚度由北東向南西方向逐漸變薄，同時(shí)埋藏深度增加。前人對(duì)其沉積特征已經(jīng)開(kāi)展了部分研究工作，認(rèn)為其屬于辮狀河三角洲沉積體系，有利儲(chǔ)層以三角洲前緣亞相的水下分支河道砂體為主[20-21]。目前對(duì)該地區(qū)的研究均在三級(jí)層序地層格架內(nèi)進(jìn)行，而對(duì)其高分辨層序地層及沉積充填過(guò)程的研究仍甚微[12-13,22]，因此，有必要進(jìn)一步展開(kāi)其沉積特征的精細(xì)分析與研究。本文研究針對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地東緣的中侏羅統(tǒng)頭屯河組地層，通過(guò)對(duì)錄井、測(cè)井資料分析，開(kāi)展高分辨率層序地層劃分和對(duì)比，劃分沉積微相并分析沉積充填過(guò)程，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景，建立研究區(qū)頭屯河組沉積演化模式，以期為下一步勘探部署提供地質(zhì)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

準(zhǔn)噶爾盆地地處哈薩克斯坦古板塊、西伯利亞古板塊和塔里木古板塊的交匯處，屬哈薩克斯坦古板塊的一部分[23]。盆地從晚石炭世到第四紀(jì)，先后經(jīng)歷了前陸型海相-殘留海相盆地(晚石炭世—早二疊世)→前陸型陸相盆地(中二疊世—晚二疊世)→振蕩型陸相盆地(三疊紀(jì)—古近紀(jì))→類(lèi)前陸型陸相盆地(新近紀(jì)—第四紀(jì))4個(gè)構(gòu)造-沉積演化階段[24]。準(zhǔn)噶爾盆地侏羅紀(jì)是典型的封閉型陸相坳陷盆地，氣候和構(gòu)造是控制相對(duì)湖平面升降的主要因素，中新生代準(zhǔn)噶爾盆地周邊的隆升常伴隨著盆地中心的構(gòu)造沉降[25-26]。

圖1 研究區(qū)位置及工程布置地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)金若時(shí)[22]修改)

Fig.1 Location，project layout and simplified geological map of the study area (modified from Jin Ruoshi et al., 2014)

研究區(qū)地處準(zhǔn)噶爾坳陷區(qū)東北緣，隸屬陸梁隆起帶內(nèi)的滴南凸起，坐落于克拉美利山脈腳下(圖1a)，區(qū)內(nèi)出露地層包括上古生界的泥盆系，中生界的侏羅系和晚古生界的泥盆系，以及新生界的新近系和第四系，其中第四系在區(qū)內(nèi)分布最為廣泛(圖1b)。侏羅紀(jì)地層自上而下劃分為喀拉扎組(J3k)、齊古組(J3q)、頭屯河組(J2t)、西山窯組(J2x)、三工河組口(J1s)和八道灣組(J1b)，其中西山窯組(J2x)和八道灣組(J1b)為該地區(qū)的含煤地層。

2 高分辨率層序地層特征

2.1 層序界面

高分辨率層序分析最基本的問(wèn)題是識(shí)別層序界面和湖泛面，層序界面的類(lèi)型、級(jí)別及展布特征決定了層序的性質(zhì)，明確不同級(jí)次界面的識(shí)別標(biāo)志與成因類(lèi)型是準(zhǔn)確劃分層序地層的關(guān)鍵[27]。通過(guò)詳細(xì)分析露頭、錄井和測(cè)井資料，頭屯河組地層可區(qū)分出3種不同級(jí)別和成因類(lèi)型的層序界面：大型沖刷面、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換面和弱沖刷面與相關(guān)整合面。

2.1.1 大型沖刷面(Ⅲ級(jí)層序界面)

研究區(qū)內(nèi)存在兩個(gè)大型沖刷面，分別為西山窯組(J2x)與頭屯河組下段(J2t1)的界面、頭屯河組上段(J2t2)與齊古組(J3q)的界面。其中前者為不整合界面，與次級(jí)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)度的幕式變化有關(guān)，通常表現(xiàn)為大型河道中砂巖對(duì)下伏河道間泥巖進(jìn)行的沖刷現(xiàn)象(圖2)。后者也為不整合界面，表現(xiàn)為高能沖刷面，分流間灣粉砂巖和泥巖上覆為齊古組中砂巖。界面上下巖性、顏色及粒度等特征發(fā)生突變，測(cè)井剖面上主要表現(xiàn)為自然伽馬和自然電位曲線發(fā)生突變。此類(lèi)界面與次級(jí)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)度的幕式變化有關(guān)。

2.2.2 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變界面(Ⅳ級(jí)層序界面)

此類(lèi)界面大多發(fā)育于剖面結(jié)構(gòu)由粗到細(xì)再到粗的正向粒序結(jié)構(gòu)到逆向粒序結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)位置[27-28]，該界面在研究區(qū)中的表現(xiàn)形式主要為中或大幅度的沖刷面(圖2)。巖性變化在測(cè)井剖面上主要表現(xiàn)為自然伽馬和自然電位曲線發(fā)生小幅度突變。本界面在研究區(qū)各井中也較為常見(jiàn)。

2.1.3 弱沖刷面與相關(guān)整合面(Ⅴ級(jí)層序界面)

該界面附近砂質(zhì)沉積物活動(dòng)較為活躍，表現(xiàn)為基準(zhǔn)面不穩(wěn)定，常具大幅度的波動(dòng)變化，其上層與下層的地層存在較為明顯的巖性變化。該界面偶爾也會(huì)出現(xiàn)在水動(dòng)力較弱的低能環(huán)境中(圖2)，界面兩側(cè)的地層無(wú)太大的巖性差異，巖心剖面上通常出現(xiàn)較為顯著的顏色與巖性變化、出現(xiàn)沖刷面等現(xiàn)象[28]。在測(cè)井剖面上自然伽馬和自然電位曲線的變化也不顯著，有時(shí)可見(jiàn)輕微突變。

2.2 湖泛面

湖泛面在研究區(qū)按成因可劃分為Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)和Ⅴ級(jí)3種湖泛面[27-29]。Ⅲ級(jí)湖泛面對(duì)應(yīng)區(qū)域性湖水進(jìn)退過(guò)程的最大湖泛期，Ⅳ級(jí)湖泛面對(duì)應(yīng)區(qū)域性湖水進(jìn)退過(guò)程的旋回湖泛期，Ⅴ級(jí)湖泛面對(duì)應(yīng)區(qū)域性湖水進(jìn)退過(guò)程的韻律湖泛期。3個(gè)界面在測(cè)井剖面上由“高伽馬、低電位”逐漸減小波動(dòng)幅度至弱鋸齒型，在巖心中具有與之對(duì)應(yīng)的湖進(jìn)-湖退韻律旋回的巖性組合和變化規(guī)律。

2.3 高分辨率層序劃分及其特征

高分辨率層序的結(jié)構(gòu)類(lèi)型較多，變化也比較復(fù)雜，根據(jù)鄭榮才[27-28]提出的理論模型可將其劃分為3種基本類(lèi)型和7種亞類(lèi)型。在研究區(qū)頭屯河組地層中，主要發(fā)育向上“變深”對(duì)稱(chēng)型和非對(duì)稱(chēng)型這兩種基本類(lèi)型。

依據(jù)各級(jí)次層序界面的層序地層學(xué)意義及基準(zhǔn)面升降對(duì)于地層旋回特征和沉積作用的影響，結(jié)合鉆井巖心觀察描述、錄井以及測(cè)井曲線特征，可將研究區(qū)頭屯河組自下而上地劃分出1個(gè)Ⅲ級(jí)旋回層序(LSC1)、3個(gè)Ⅳ級(jí)旋回層序(MSC1～MSC3)和9個(gè)Ⅴ級(jí)旋回層序(SSC1～SSC9)。Ⅲ級(jí)旋回層序的轉(zhuǎn)換面是最大湖泛面，根據(jù)層序地層顯示其上升半旋回和下降半旋回的沉積具有鏡像對(duì)稱(chēng)的特征(圖2)，表明其是在較穩(wěn)定的構(gòu)造沉降過(guò)程之中形成的。Ⅳ級(jí)旋回層序是最具有等時(shí)對(duì)比意義的層序[27]，具有較為完整的水進(jìn)-水退旋回性，在垂向上由一系列的Ⅴ級(jí)旋回層序按一定的結(jié)構(gòu)樣式相互疊加組合而成[30]。依據(jù)基準(zhǔn)面在抬升與下降過(guò)程中的沉積演化序列和地層旋回性特征，可知研究區(qū)頭屯河組發(fā)育向上變深再變淺的對(duì)稱(chēng)型Ⅳ級(jí)旋回層序。按照上升和下降半旋回的厚度差異，又可詳細(xì)劃分出3種亞類(lèi)型，即以上升半旋回為主的不完全對(duì)稱(chēng)型、近完全對(duì)稱(chēng)型和以下降半旋回為主的不完全對(duì)稱(chēng)型(圖2)。Ⅴ級(jí)旋回層序韻律性明顯，沉積厚度為6～15m，反映湖水上侵到退去的沉積演化過(guò)程。由于層序界面Ⅴ級(jí)旋回的基準(zhǔn)面具有較強(qiáng)的波動(dòng)性，造成其旋回結(jié)構(gòu)較為多樣化，旋回的基本結(jié)構(gòu)可劃分為向上“變深”對(duì)稱(chēng)型和非對(duì)稱(chēng)型兩種類(lèi)型和多種亞類(lèi)型。

圖2 準(zhǔn)噶爾盆地東緣中侏羅統(tǒng)頭屯河組沉積相和高分辨率層序地層綜合柱狀圖(14-9井)

LSC. Ⅲ級(jí)旋回層序；MSC. Ⅳ級(jí)旋回層序；SSC. Ⅴ級(jí)旋回層序；LSB. Ⅲ級(jí)層序界面；MSB. Ⅳ級(jí)層序界面；SSB.Ⅴ級(jí)層序界面；LMFS. Ⅲ級(jí)洪泛面；MMFS. Ⅳ級(jí)洪泛面；SMFS.Ⅴ級(jí)洪泛面

Fig.2 Column of sedimentary facies and high-resolution sequence stratigraphy of the Middle Jurassic Toutunhe Formation on the eastern margin of the Junggar Basin (14-9 well)

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地東部地區(qū)中侏羅統(tǒng)頭屯河組層序地層對(duì)比剖面

Fig.3 Sequence stratigraphic correlation of the Middle Jurassic Toutunhe Formation on the eastern margin of the Junggar Basin

2.4 層序?qū)Ρ?/h3>

高分辨率層序地層對(duì)比是同時(shí)代地層與地層或者地層與界面間的對(duì)比，并非巖性地層的對(duì)比[30]。在成因?qū)有驅(qū)Ρ戎?，基?zhǔn)面旋回的轉(zhuǎn)換點(diǎn)是指基準(zhǔn)面上升與下降之間的轉(zhuǎn)換位置，可作為年代地層對(duì)比的最佳位置[31]。因此把基準(zhǔn)面由上升變?yōu)橄陆档霓D(zhuǎn)換面作為地層對(duì)比的最佳位置和對(duì)比初始面，以中期基準(zhǔn)面旋回的底界面為地層對(duì)比的終止面，在研究區(qū)展開(kāi)了以Ⅳ級(jí)旋回層序?yàn)閷?duì)象的連井剖面對(duì)比研究，并建立了高分辨率等時(shí)地層對(duì)比格架(圖3)。

剖面方向選擇從南東至北西的順物源方向。整體來(lái)看，研究區(qū)頭屯河組由3個(gè)Ⅳ級(jí)基準(zhǔn)面旋回組成，且沿物源方向各個(gè)旋回層序的沉積厚度變化不大(圖3)。層序MSC1時(shí)期沉積厚度最大，約30～60m，沉積物以砂礫巖夾泥巖為主；層序MSC2時(shí)期沉積厚度最小，約15～25m，沉積物以細(xì)砂、粉砂巖為主，非常有利儲(chǔ)層的發(fā)育；層序MSC3時(shí)期的沉積厚度居中，約20～35m，沉積物以泥巖為主，含少量砂質(zhì)泥巖和砂巖。從MSC1～MSC3時(shí)期巖性逐漸變細(xì)，以含礫砂巖向泥巖過(guò)渡，表明這期間的沉積環(huán)境具有“辮狀河→辮狀河三角洲→湖泊”的演化過(guò)程，也揭示出在該時(shí)期發(fā)生過(guò)一次較為顯著的湖侵作用。

3 沉積相類(lèi)型及特征

在上述建立的層序地層格架基礎(chǔ)上，結(jié)合巖石學(xué)特征及沉積韻律，將研究區(qū)近百口探井的資料進(jìn)行綜合分析，將頭屯河組發(fā)育的沉積相類(lèi)型劃分為河流相、辮狀河三角洲相和湖泊相3種類(lèi)型。

3.1 辮狀河流相

辮狀河流相沉積主要發(fā)育在頭屯河組下段，主要分布在研究區(qū)南東地區(qū)。根據(jù)其沉積物的巖性和構(gòu)造可劃分為河床亞相(圖4a)與河漫亞相(圖4b)，并可細(xì)分為河床滯留、心灘、河漫灘及河漫沼澤等沉積微相。

3.1.1 河床亞相

(1)心灘微相

心灘的上游與下游沉積特征存在明顯差異。從心灘上游至下游沉積物顆粒由粗變細(xì)，且逐漸由侵蝕作用過(guò)渡到沉積作用，呈條帶狀或透鏡狀順流分布?？梢?jiàn)大型槽狀、板狀交錯(cuò)層理及波狀層理等反映河流動(dòng)蕩沉積的構(gòu)造，砂層平均厚度為數(shù)十米至十幾米，偶爾可見(jiàn)薄層的暗色泥巖夾層和炭化植物碎屑。巖性多為灰色-灰綠色的中-粗粒砂巖(圖5a)，底部可見(jiàn)少量細(xì)礫巖。垂向上砂體的粒度自下而上由粗變細(xì)，說(shuō)明心灘存在向下游遷移的特征。礫石直徑約6～15mm，成分以具有粒狀結(jié)構(gòu)與斑晶的巖漿巖和具有變余和變成結(jié)構(gòu)的變質(zhì)巖為主。砂巖的成分以煙灰色-無(wú)色石英和黑灰色巖屑為主(圖6a、b)，粒度較粗，粒徑在0.25～1 mm之間，結(jié)構(gòu)成熟度較低。心灘沉積物自然電位曲線幅度大，且較光滑，具體表現(xiàn)為箱形(圖4a)。

(2)河床滯留微相

河床滯留沉積是河流在洪水泛濫期發(fā)生沖刷和沉積作用而形成的呈不連續(xù)透鏡狀沉積體，是河道底部沉積的最粗的一套碎屑沉積物[28]，發(fā)育在該研究區(qū)沉積旋回的最底部，表現(xiàn)為明顯的沖刷構(gòu)造和間斷透鏡體。巖性多為灰白-灰色或雜色的礫巖，礫石粒徑約1～6cm，填隙物呈赤色且成分復(fù)雜(圖5b)；礫石層沉積厚度小于2m，礫石呈疊瓦狀排列，對(duì)當(dāng)時(shí)河流的流動(dòng)方向具有一定的指示作用。

3.1.2 河漫亞相

(1)河漫灘微相

河漫灘微相沉積物粒度較小且均勻，巖性多為暗紅、灰褐色砂巖和粉砂巖(圖5c)。沉積構(gòu)造主要有水平層理、透鏡狀層理等，反映了水流作用小且持續(xù)的沉積環(huán)境。測(cè)井曲線多為齒化鐘形或指形，幅度差較大，自然電位曲線具有略微齒狀正異常的特點(diǎn)，電阻率曲線波動(dòng)最大，呈明顯高值(圖4b)。

圖4 各沉積相典型沉積韻律及測(cè)井相特征

Fig.4 Representative sedimentary rhythms and well logs for individual sedimentary facies

(2)河漫沼澤微相

河漫沼澤主要發(fā)育在潮濕的氣候條件下，由河漫灘上低洼積水地帶植物生長(zhǎng)繁茂并逐漸淤積而成，或是由潮濕氣候區(qū)河漫湖泊發(fā)展而來(lái)的[28]。沉積物以灰黑-黑色炭質(zhì)泥巖或煤層為主(圖5d)。

圖5 典型沉積相巖石學(xué)特征

a. 灰綠色中粗砂巖；b.灰褐色雜礫巖；c.灰褐色細(xì)砂巖；d.炭質(zhì)泥巖；e.灰白色細(xì)砂巖；f.綠色泥巖

Fig.5 Petrological characteristics of representative sedimentary facies

3.2 辮狀河三角洲

研究區(qū)內(nèi)辮狀河三角洲可識(shí)別出3個(gè)亞相單元，主要發(fā)育在中侏羅統(tǒng)頭屯河組上段，部分發(fā)育在頭屯河組下段。發(fā)育有平行層理、交錯(cuò)層理等沉積構(gòu)造，常見(jiàn)疊覆沖刷構(gòu)造。底部主要為砂礫巖，中部主要為砂巖，上部為粉砂巖和少量泥巖并夾雜大量炭質(zhì)植物碎屑，發(fā)育波狀層理和局部的脈狀層理。

3.2.1 辮狀河三角洲平原亞相

辮狀河三角洲平原多表現(xiàn)為以含砂、礫為主的辮狀河沉積，巖性主要以大量的雜色礫巖、砂巖和兩者過(guò)渡的沉積巖為主，頂部可見(jiàn)薄層粉砂巖。辮狀河道底部可見(jiàn)厚度變化較大的礫巖層，常以透鏡體或夾層的形式出現(xiàn)在砂礫巖之中。整個(gè)辮狀河三角洲平原亞相發(fā)育較厚，可見(jiàn)較大規(guī)模的交錯(cuò)層理和粒序?qū)永?。礫石大多呈棱角-次棱角狀，磨圓中等，粒徑一般在2～3cm之間，個(gè)別可達(dá)15cm，分選性較差，無(wú)明顯的定向排列。砂巖通常為富含巖屑和長(zhǎng)石的雜砂巖為主，雜基含量較高，成分成熟度低，顯示物源區(qū)與沉積區(qū)距離較近且搬運(yùn)和沉積速度較快的特點(diǎn)。

該亞相中呈現(xiàn)有多層粒序?qū)永眄敳咳笔?、層理頂部沖刷面上繼續(xù)疊加新的粒序?qū)永淼默F(xiàn)象，反映了在三角洲平原河流中水流強(qiáng)弱的旋回特征。并且該亞相橫向上據(jù)鉆孔顯示存在多個(gè)辮狀河道砂體交錯(cuò)疊加現(xiàn)象。自然電位曲線多表現(xiàn)為微齒化的箱形與鐘形的組合(圖4c)。

3.2.2 辮狀河三角洲前緣亞相

(1)水下分流河道微相

水下分流河道沉積物較粗，反映水流作用較強(qiáng)的沉積環(huán)境。沉積構(gòu)造較為豐富，可見(jiàn)沖刷充填構(gòu)造、平行層理、板狀交錯(cuò)層理等，砂體中常見(jiàn)泥礫、滑動(dòng)變形構(gòu)造。巖性較分流河道稍細(xì)，主要為淺灰色礫巖、砂礫巖、砂巖等，顆粒支撐(圖5e)。在垂向上，水下分流河道主體巖性為中-粗粒砂巖，砂體呈現(xiàn)明顯從含礫中-粗砂巖到細(xì)砂巖的正韻律，存在不同水下分流河道之間的疊置沉積，頂部存在沖刷現(xiàn)象，導(dǎo)致接連出現(xiàn)沉積間斷?？梢?jiàn)海綠石等礦物，可能為機(jī)械搬運(yùn)的結(jié)果，海綠石等自生礦物反映出當(dāng)時(shí)物源區(qū)沉積環(huán)境的沉積速率較緩慢(圖6c、d)。測(cè)井曲線的形態(tài)均為箱型或鐘形，局部具微小鋸齒形態(tài)，其中自然電位呈負(fù)值，電阻率曲線呈正高值(圖4d)。

(2)分流間灣微相

分流間灣微相在研究區(qū)分布廣泛，主要巖性為灰色-灰綠色粉砂質(zhì)泥巖和泥巖。粉砂巖中具水平狀層理和透鏡狀層理，泥巖具水平層理或塊狀層理。在垂向上，總體呈“泥厚砂薄”的反旋回沉積序列，表明當(dāng)時(shí)沉積環(huán)境為水動(dòng)力較弱的淺水環(huán)境，并且以泥質(zhì)沉積為主，大顆粒的砂較少。

(3)河口壩微相

河口壩為水流由快變緩區(qū)域，沉積物沉降速度最快，沉積物主要以砂巖為主?？梢?jiàn)槽狀交錯(cuò)層理、平行層理、滑動(dòng)變形等沉積構(gòu)造。但河口壩沉積發(fā)育面積很小，可能是因?yàn)楫?dāng)時(shí)研究區(qū)水動(dòng)力較強(qiáng)，河流改道頻繁所致。

3.2.3 前辮狀河三角洲亞相

研究區(qū)前辮狀河三角洲亞相僅發(fā)育前三角洲泥微相。前三角洲沉積以顏色較深且質(zhì)地均勻的厚層泥巖為主，位于辮狀河三角洲前緣向湖底的深水區(qū)，水平層理發(fā)育。測(cè)井曲線中伽馬曲線呈較高值，自然電位曲線為小幅度波動(dòng)的齒形線，電阻率曲線呈小幅度波動(dòng)的低值(圖4e)。

3.3 湖泊相

研究區(qū)內(nèi)的湖泊相可細(xì)分為濱淺湖和半深湖-深湖兩個(gè)亞相，主要發(fā)育在頭屯河組上段地層中。濱湖相帶水動(dòng)力條件復(fù)雜，主要受強(qiáng)烈的波浪作用和湖水的進(jìn)退作用影響，其沉積物類(lèi)型豐富，主要為青灰-灰色泥巖和粉砂巖(圖5f)，巖心部分段呈現(xiàn)赤紅色，可能存在層位局部氧化的現(xiàn)象。碎屑物質(zhì)分選性和磨圓度均較好，沉積物顆粒大小在平面上具有環(huán)狀特征，由外向內(nèi)碎屑物質(zhì)粒度變小，且入湖口附近見(jiàn)少量重礦物。自然電位曲線呈現(xiàn)為齒形，局部為平直型(圖4f)。

圖6 含海綠石、長(zhǎng)石、石英雜砂巖顯微照片

a. 含海綠石細(xì)粒長(zhǎng)石石英雜砂巖； b. 含海綠石細(xì)粒長(zhǎng)石石英雜砂巖；c. 含海綠石細(xì)中粒長(zhǎng)石石英雜砂巖；d. 含細(xì)礫粗中粒長(zhǎng)石石英雜砂巖

Fig.6 Photomicrographs of greywacke containing glauconite, feldspar and quartz

4 沉積環(huán)境演化

4.1 沉積相展布特征

在上述對(duì)于研究區(qū)層序地層特征和沉積相研究的基礎(chǔ)上，本文以層段為編圖單元繪制了沉積相平面圖，揭示了該區(qū)頭屯河組上段和下段的沉積相平面展布特征，并闡明其沉積環(huán)境演化規(guī)律。

J2t1段沉積期，受燕山Ⅰ幕構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，盆地東部發(fā)生大幅度抬升，克拉美利山也隨之強(qiáng)烈隆升，加之氣候條件較為干旱，導(dǎo)致湖盆萎縮[32-33]。研究區(qū)整體上表現(xiàn)為沖積平原背景下的砂質(zhì)辮狀河沉積，自南東至北西方向依次表現(xiàn)為辮狀河、辮狀河三角洲和湖泊沉積(圖7a)。研究區(qū)J2t1沉積前地勢(shì)較平緩，南東方向的克拉美利山為研究區(qū)辮狀河三角洲的物源區(qū)，為其提供了大量的碎屑物質(zhì)，由地表水流作用向北西方向搬運(yùn)并發(fā)育大范圍的辮狀河沉積。河流在山谷中流動(dòng)時(shí)受到了地形因素的控制，主要以下蝕作用為主，側(cè)蝕作用較弱，河道幾乎無(wú)大幅度改變；流至溝谷外側(cè)平原區(qū)后以側(cè)蝕作用為主，河流肆意改道，形成泛濫平原沉積。

J2t2段沉積期，該地區(qū)自北西向南東發(fā)生過(guò)一次大范圍的湖水上侵事件，導(dǎo)致整個(gè)研究區(qū)被湖泊淹沒(méi)，形成了較為廣泛的湖泊沉積，地形差異減小。陸源碎屑物質(zhì)向克拉美利山方向后退，盡管自南東至北西方向也依次發(fā)育了辮狀河、辮狀河三角洲沉積，但其沉積區(qū)的面積縮小，整個(gè)研究區(qū)仍以湖泊沉積為主(圖7b)。

圖7 J2t1段沉積期(a)和J2t2段沉積期(b)沉積相展布

Fig.7 Sedimentary facies distribution during the deposition of the first member (J2t1) (a) and second member (J2t2) (b) of the Middle Jurassic Toutunhe Formation

4.2 沉積演化模式

研究區(qū)中侏羅統(tǒng)頭屯河組具有辮狀河沉積、辮狀河三角洲沉積及湖泊沉積的沉積特征。對(duì)比前人[34]在鄰近相關(guān)地區(qū)的研究成果，研究區(qū)中侏羅統(tǒng)頭屯河組的沉積環(huán)境和沉積背景概況如下。

(1)準(zhǔn)噶爾盆地侏羅紀(jì)屬坳陷型湖盆，湖盆整體上連成一片，水域面積寬廣[35-36]，在中侏羅統(tǒng)頭屯河組中期發(fā)生過(guò)一次湖侵作用。該區(qū)湖泊相絕大部分為濱淺湖，只有局部地區(qū)為半深湖-深湖相。

(2)在準(zhǔn)噶爾盆地侏羅系的各個(gè)沉積時(shí)期，河流廣泛發(fā)育[37-38]。沖積扇大多發(fā)育在離源區(qū)較近的湖盆山麓周?chē)?，而向盆地?nèi)部方向由于地勢(shì)變緩，形成大范圍的辮狀河沉積，導(dǎo)致沉積基底較為平緩。

(3)在盆地周緣山脈的控制下，侏羅紀(jì)時(shí)期可劃分為八大古水系，其控制著該時(shí)期準(zhǔn)噶爾盆地的沉積作用[39]?？死览禐樵撗芯繀^(qū)的主要物源區(qū)，大量碎屑物質(zhì)由河流地質(zhì)作用搬運(yùn)到盆地邊緣的緩坡地區(qū)，形成大范圍的辮狀河三角洲沉積。

圖8 準(zhǔn)噶爾盆地東南緣中侏羅統(tǒng)頭屯河組巖相柱狀圖及沉積演化模式

Fig.8 Column of sedimentary facies and sedimentary model showing the braided delta-lake evolution of the Middle Jurassic Toutunhe Formation on the eastern margin of the Junggar Basin

綜合上述的研究成果，針對(duì)研究區(qū)中侏羅統(tǒng)頭屯河組的沉積特征，建立了辮狀河-辮狀河三角洲-湖泊相過(guò)渡的組合沉積演化模式(圖8)。研究區(qū)中侏羅統(tǒng)頭屯河組以燕山Ⅰ幕構(gòu)造運(yùn)動(dòng)為背景，氣候條件由西山窯組的溫潤(rùn)濕熱轉(zhuǎn)變?yōu)楦珊?半干旱條件，受到克拉美利水系影響，在克拉美利山前形成了南東—北西向展布的沉積體系。頭屯河組經(jīng)歷了2個(gè)沉積演化階段：(1)下段沉積期(J2t1)，克拉美利山發(fā)生隆升，盆地基底相對(duì)下降，研究區(qū)沉積了一套辮狀河粗碎屑巖；(2)上段沉積期(J2t2)，盆地基底相對(duì)抬升，發(fā)生了一次湖侵作用，研究區(qū)沉積物主要為濱淺湖泥巖。由此說(shuō)明，在中侏羅世期間，研究區(qū)沉積體系由辮狀河沉積轉(zhuǎn)變?yōu)楹闯练e，經(jīng)歷了由辮狀河到湖泊上侵的演變過(guò)程。

5 結(jié)論

(1)在準(zhǔn)噶爾盆地東緣中侏羅統(tǒng)頭屯河組識(shí)別出大型沖刷面、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換面及弱沖刷面與相關(guān)整合面3種界面類(lèi)型，并進(jìn)一步劃分為1個(gè)Ⅲ級(jí)旋回、3個(gè)Ⅳ級(jí)旋回和9個(gè)Ⅴ級(jí)旋回。Ⅲ級(jí)和Ⅳ級(jí)旋回的層序結(jié)構(gòu)以向上“變深”復(fù)變淺的鏡像對(duì)稱(chēng)型為主，Ⅴ級(jí)旋回的層序結(jié)構(gòu)主要發(fā)育向上“變深”的非對(duì)稱(chēng)型結(jié)構(gòu)。

(2)準(zhǔn)噶爾盆地東緣中侏羅統(tǒng)頭屯河組以陸源碎屑沉積為主，沉積構(gòu)造豐富。巖性主要為砂礫巖、砂巖、粉砂巖和泥巖，發(fā)育辮狀河流相、辮狀河三角洲相及湖泊相。J2t1段沉積期，克拉美利山為碎屑物質(zhì)的物源區(qū)，經(jīng)河流作用向北西方向發(fā)育了大量砂礫質(zhì)的辮狀河沉積；J2t2段沉積期，湖泊由北西向南東方向上超，發(fā)育了廣泛的湖泊沉積。

(3)頭屯河組沉積時(shí)期湖泊深度較淺，沉積基底平緩，湖泊邊緣坡度小，具有辮狀河、辮狀河三角洲及湖泊3種沉積環(huán)境相結(jié)合的沉積演化模式。

致謝：中煤地質(zhì)工程總公司和天津地質(zhì)調(diào)查中心在本次研究過(guò)程中提供了很大幫助，在此致以誠(chéng)摯的謝意！