準(zhǔn)噶爾盆地永進(jìn)地區(qū)侏羅系西山窯組頂部沉積相研究

劉 明， 田亞銘， 楊明林， 王小明， 黃宏業(yè)， 李 廣

(1.核工業(yè)二三〇研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410007；2.成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059；3.中國(guó)石化勝利油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，山東 東營(yíng) 257015；4.湖南省核工業(yè)地質(zhì)局 三一一大隊(duì)，湖南 長(zhǎng)沙 410000)

準(zhǔn)噶爾盆地腹部永進(jìn)地區(qū)侏羅系和白堊系之間普遍發(fā)育一套紫紅色砂泥巖段，厚度為40～70 m，上部以紫紅色泥巖為主，夾紫紅色、灰色砂巖，下部為灰色砂巖與紫紅色泥巖互層。隨著該區(qū)深部油氣勘探的實(shí)施，在永1井、永3井西山窯組頂部砂巖中獲得工業(yè)油氣流，其他井也見(jiàn)較好的油氣顯示，成藏條件極為有利，彰顯了西山窯組頂部具有良好的勘探開(kāi)發(fā)潛力。

前人對(duì)永進(jìn)地區(qū)西山窯組頂部紫紅色砂泥巖段沉積相進(jìn)行了一定研究：賀振建(2009)根據(jù)巖芯、黏土礦物組成、泥巖氧化物比值等分析認(rèn)為紅層形成于半干旱半潮濕古氣候、濱淺湖或辮狀河三角洲前緣沉積環(huán)境；丁咸寶等(2009)利用巖芯觀察、黏土礦物、微量元素等測(cè)試方法對(duì)紅層沉積環(huán)境進(jìn)行研究，表明紅層是半干旱-半潮濕氣候條件下陸上-濱湖淺水環(huán)境沉積作用形成的產(chǎn)物；羅洋等(2007)通過(guò)對(duì)巖芯、薄片等資料的分析認(rèn)為西山窯組頂部經(jīng)歷了辮狀河三角洲前緣-濱淺湖的沉積演化。以上研究成果顯示西山窯組頂部發(fā)育一套相對(duì)淺水的辮狀河三角洲前緣-濱淺湖-陸上沉積環(huán)境。利用該區(qū)永2井、永6井、永7井西山窯組頂部砂泥段巖芯資料，結(jié)合泥巖微量、稀土元素地化分析數(shù)據(jù)，對(duì)其巖性組合特征、沉積旋回特征以及沉積構(gòu)造特征進(jìn)行研究，以期為該區(qū)西山窯組頂部沉積相研究提供支撐，為該區(qū)下一步油氣勘探提供參考。

1 地質(zhì)概況

準(zhǔn)噶爾盆地位于新疆維吾爾自治區(qū)北部，四周為褶皺山脈，西北部為哈拉阿拉特山和扎伊爾山，東北為克拉美麗山和青格里底山，南面為博格達(dá)山及伊林黑比爾根山，平面形狀呈南寬北窄的近三角形，東西寬700 km，南北長(zhǎng)370 km，面積13×104km2，平均海拔約500 m，是我國(guó)大型疊合含油氣沉積盆地之一(佟殿君等，2006；王斌，2013)。

永進(jìn)地區(qū)地處準(zhǔn)噶爾盆地腹部中3區(qū)塊，大地構(gòu)造上位于昌吉凹陷西段、車(chē)莫古隆起南翼(圖1)。受車(chē)莫古隆起在侏羅紀(jì)末期劇烈抬升的影響，永進(jìn)地區(qū)侏羅系遭受了大范圍的剝蝕，在區(qū)內(nèi)殘留了西山窯組、三工河組和八道灣組，缺失了齊古組、喀拉扎組與頭屯河組，侏羅系西山窯組與上覆白堊系呈地層不整合接觸(朱允輝等，2008)，如表1所示。盆地腹部侏羅系西山窯組早期沉積極為廣泛，為河流沼澤相沉積，發(fā)育砂巖、礫巖、泥巖、煤層及炭質(zhì)頁(yè)巖，主要為含煤建造(王樹(shù)華，2009)；西山窯組沉積后期在車(chē)莫古隆起周邊形成一系列小型濱淺湖灘壩沉積及小型三角洲沉積(紀(jì)友亮等，2010)。永進(jìn)地區(qū)西山窯組早期到末期主要經(jīng)歷了淺湖-沼澤-辮狀河三角洲前緣—濱湖相的沉積演化(羅洋等，2007)。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置及井位分布圖

表1 永進(jìn)地區(qū)侏羅系簡(jiǎn)表

2 沉積體系分析

沉積巖的原始沉積構(gòu)造(層理構(gòu)造、層面構(gòu)造、同生變形構(gòu)造)是沉積巖沉積環(huán)境及沉積相分析的重要標(biāo)志，可以推斷沉積時(shí)期沉積介質(zhì)性質(zhì)和能量條件等方面的信息(孫朕，2012)。通過(guò)對(duì)永進(jìn)地區(qū)西山窯組頂部永2井取芯段(5 956.92～5 974.56 m)、永6井取芯段(6 019.00～6 050.55 m)以及永7井取芯段(6 095.00～6 103.70 m)巖性組合、沉積旋回及沉積構(gòu)造特征進(jìn)行研究，以期恢復(fù)該地區(qū)西山窯組頂部碎屑巖段沉積環(huán)境。

2.1 永2井取芯段沉積相研究

本次對(duì)永2井取芯段(5 956.92～5 974.56 m)巖性組合、韻律旋回、沉積構(gòu)造進(jìn)行分析(圖2)。5 973.30～5 974.56 m段巖性組合垂向特征主要顯示為兩個(gè)反韻律沉積旋回，單個(gè)反韻律旋回厚約0.4 m，由底部泥巖(粉砂巖)、中部粉砂質(zhì)泥巖(中砂巖)以及頂部細(xì)砂巖(礫巖)構(gòu)成，發(fā)育泥巖旋轉(zhuǎn)撕裂屑(圖3A)、變形包卷層理(圖3B)、浪成砂紋層理、上攀紋層等構(gòu)造，碎屑顆粒分選性很差，局部顯示出典型的碎屑流結(jié)構(gòu)，可見(jiàn)強(qiáng)烈的生物擾動(dòng)構(gòu)造，解釋為濁流水道的近端決口扇沉積。5 971.10～5 973.30 m段巖性發(fā)育波痕交錯(cuò)紋層、上攀紋層(圖3C)、攀升層理(圖3D)、波狀層理、丘狀交錯(cuò)層理和洼狀交錯(cuò)層理(圖3E)。我國(guó)部分學(xué)者將丘狀交錯(cuò)層理作為風(fēng)暴事件的指示性沉積構(gòu)造，賴(lài)志云等(2010)認(rèn)為丘狀交錯(cuò)層理發(fā)育于正常浪底之下、風(fēng)暴浪底之上的水域，在風(fēng)暴引起的螺旋式前進(jìn)的渦流作用下形成。洼狀交錯(cuò)層理是丘狀交錯(cuò)層理的伴生部分，在沉積序列上常位于丘狀交錯(cuò)層理之上。該段巖芯發(fā)育的丘狀交錯(cuò)層理、洼狀交錯(cuò)層理、攀升層理等沉積構(gòu)造指示為受風(fēng)暴流影響的濁流水道沉積。5 968.30～5 971.10 m段底部灰褐色中砂巖、粉砂巖中見(jiàn)細(xì)礫，發(fā)育羽狀交錯(cuò)層理、正粒序，生物擾動(dòng)強(qiáng)烈。中部褐灰色細(xì)砂巖發(fā)育水平層理，上部可見(jiàn)不完整“鮑馬序列”的A、B段(圖3F)，其中薄的富細(xì)礫條帶為片流沉積產(chǎn)物，該段解釋為深水環(huán)境的濁流葉狀體。

圖2 永2井西山窯組取芯段(5 956.92～5 974.56 m)綜合柱狀剖面及沉積相解釋圖

圖3 永2井西山窯組頂部典型沉積構(gòu)造特征

上部(5 956.92～5 968.30 m)巖性主要為褐灰色細(xì)砂巖、中砂巖，灰褐色細(xì)砂巖。其中，褐灰色中砂巖底部含細(xì)礫、透鏡狀礫石條帶，中部見(jiàn)剪切面，頂部發(fā)育底沖刷面構(gòu)造。褐灰色細(xì)砂巖頂部見(jiàn)變形構(gòu)造、強(qiáng)生物擾動(dòng)構(gòu)造，局部發(fā)育小型反韻律沉積序列。該段整體解釋為濁流水道、葉狀體及砂質(zhì)滑塌沉積。

2.2 永6井取芯段沉積相研究

對(duì)永6井取芯段深度6 019.00～6 050.55 m段巖性組合特征、結(jié)構(gòu)、沉積構(gòu)造特征進(jìn)行觀察、分析(圖4)。6 049.00～6 050.55 m段砂巖中見(jiàn)小型泥質(zhì)紋層(圖5A)、強(qiáng)生物擾動(dòng)構(gòu)造、羽狀交錯(cuò)層理、小型浪成砂紋層理以及底沖刷面構(gòu)造、泥礫(圖5B)，指示出該段為砂質(zhì)碎屑流沉積。6 041.00～6 049.00 m段灰褐色細(xì)砂巖見(jiàn)變形構(gòu)造、底沖刷構(gòu)造、風(fēng)暴沉積、脈狀層理、透鏡狀層理、大型板狀交錯(cuò)層理、含泥礫、礫石及浪成砂紋層理等(圖5C)，解釋為風(fēng)暴引起的稠密流沉積。6 019.00～6 041.00 m取芯段最大特征見(jiàn)多個(gè)砂巖、泥巖接觸的剪切面(圖5D)、變形構(gòu)造以及砂球構(gòu)造(圖5E)，是沉積物塊體砂質(zhì)滑塌的表現(xiàn)。此外，砂巖含細(xì)礫，分選極差，含多個(gè)反粒序沉積(圖5F)，為砂質(zhì)碎屑流沉積。上部褐紅色泥巖中含漂浮狀態(tài)的礫石(圖5G)，為泥流沉積。綜上分析表明永6井取芯段總體屬于前三角洲深水塊體搬運(yùn)沉積，包括砂質(zhì)碎屑流、砂質(zhì)滑塌，局部為事件性風(fēng)暴稠密流沉積。

圖5 永6井西山窯組頂部典型沉積構(gòu)造特征

2.3 永7井取芯段沉積相研究

永7井取芯段深度為6 095.00～6 103.70 m，取芯綜合柱狀剖面及沉積相解釋如圖6所示。巖芯段中部(6 098.00～6 102.00 m)主要發(fā)育一套含礫中砂巖，礫徑為3～23 mm，分選差，磨圓度為棱角狀-次圓狀，灰褐色泥礫多受擠壓變形呈不規(guī)則形態(tài)分布在砂巖中(圖7A)。巖芯段(6 096.00～6 098.00 m)表現(xiàn)為細(xì)砂巖沉積，發(fā)育指示砂質(zhì)碎屑流沉積的典型構(gòu)造，可見(jiàn)變形包卷層理、洼狀交錯(cuò)層理、密度流成因呈漂浮狀態(tài)的礫石顆粒等(圖7B～D)。該段巖性組合及沉積構(gòu)造特征分析表明為深水環(huán)境砂質(zhì)碎屑流沉積。

圖6 永7井西山窯組取芯段(6 095.00～6 103.70 m)綜合柱狀剖面及沉積相解釋圖

圖7 永7井西山窯組頂部典型沉積構(gòu)造特征

2.4 取芯段沉積相對(duì)比研究

在對(duì)永進(jìn)地區(qū)永2井、永6井、永7井西山窯組頂部取芯段沉積相研究的基礎(chǔ)上，分析各沉積相在縱向、橫向上發(fā)育情況，明確各微相類(lèi)型在縱向演化及橫向分布特征。取芯段下部：永2井地區(qū)發(fā)育濁流水道、濁流水道近端決口扇沉積，向永6井地區(qū)相變?yōu)樯百|(zhì)碎屑流、風(fēng)暴稠密流微相，砂體發(fā)育，永7井地區(qū)發(fā)育砂質(zhì)碎屑流沉積；取芯段中部：永2井地區(qū)發(fā)育濁流葉狀體、砂質(zhì)滑塌，永6井地區(qū)往東南方向過(guò)渡為泥流、砂質(zhì)滑塌、砂質(zhì)碎屑流，永7井地區(qū)為砂質(zhì)碎屑流沉積；取芯段上部：永2井地區(qū)發(fā)育濁流水道、濁流葉狀體以及砂質(zhì)滑塌，永6井地區(qū)以泥流沉積為主，局部為砂質(zhì)碎屑流及砂質(zhì)滑塌沉積，永7井地區(qū)繼續(xù)發(fā)育砂質(zhì)碎屑流沉積(圖8)。

圖8 永2井-永6井-永7井西山窯組頂部巖心段沉積相對(duì)比圖

3 古氧化還原條件研究

在沉積過(guò)程中，沉積物會(huì)吸附某些元素或者會(huì)與水介質(zhì)中的元素進(jìn)行交換，這種吸附和交換作用往往受到沉積介質(zhì)物理化學(xué)條件的影響(錢(qián)利軍等，2012)。因此，可以利用沉積物中特定微量元素及稀土元素地化指標(biāo)值來(lái)研究古介質(zhì)環(huán)境。

本次研究重點(diǎn)對(duì)永2井(5 957.07～5 997.00 m)、永6井(6 010.80～6 039.21 m)及永7井(6 120.63 m)西山窯組頂部紅色泥巖進(jìn)行采樣，取樣位置見(jiàn)圖2、圖4。分析測(cè)試工作在成都理工大學(xué)材料與化工學(xué)院完成，測(cè)試過(guò)程中采用標(biāo)樣和平行樣進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)和控制，微量、稀土元素分析誤差控制在5%，分析結(jié)果見(jiàn)表2?？偨Y(jié)前人(任文林等，2017；黃靜等，2015；饒耕瑋，2018)分析古水體氧化還原條件常用的一些地化指標(biāo)(表3)，結(jié)合本次泥巖測(cè)試分析結(jié)果，對(duì)相應(yīng)地化指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對(duì)比分析(表4)，結(jié)果均指示永進(jìn)地區(qū)西山窯組頂部紅色泥巖原始物質(zhì)沉積于相對(duì)深水的還原水體環(huán)境中。

表3 泥巖古水體地化分析指標(biāo)判定值

表4 永進(jìn)地區(qū)西山窯組頂部紅色泥巖古水體地化指標(biāo)

圖4 永6井西山窯組取芯段(6 019.00～6 050.55 m)綜合柱狀剖面及沉積相解釋圖

表2 永進(jìn)地區(qū)西山窯組頂部紅色泥巖微量元素、稀土元素測(cè)試分析表

4 討論

基于對(duì)永進(jìn)地區(qū)侏羅系西山窯組頂部巖芯觀察、分析，顯示該段地層深水相沉積發(fā)育，具有砂質(zhì)滑塌、砂質(zhì)碎屑流、濁流以及懸浮堆積的深水泥沉積，為該區(qū)西山窯組頂部發(fā)育的典型沉積類(lèi)型。將砂質(zhì)滑塌、砂質(zhì)碎屑流沉積過(guò)程歸為深水塊體搬運(yùn)沉積(圖9)。深水塊體搬運(yùn)沉積主要分為砂質(zhì)滑動(dòng)、砂質(zhì)滑塌以及砂質(zhì)碎屑流三類(lèi)，該類(lèi)沉積在深水環(huán)境中普遍發(fā)育，主要受沉積速率、古地形坡度、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等因素所誘發(fā)，尤其是高沉積速率的三角洲前緣，沉積厚度大同時(shí)受自身重力或者構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等作用，最容易在三角洲前緣-前三角洲過(guò)渡部位形成深水塊體搬運(yùn)沉積。區(qū)域上車(chē)莫古隆起的幕式構(gòu)造運(yùn)動(dòng)為永進(jìn)地區(qū)西山窯組后期該沉積的發(fā)育提供了良好的條件，永進(jìn)地區(qū)永2井、永6井及永7井西山窯組頂部巖芯中含有豐富的深水塊體搬運(yùn)沉積形成的沉積構(gòu)造標(biāo)志(圖3，5，7)，如永2井5 974.43 m巖芯顯示深水砂巖中的變形泥巖構(gòu)造，泥巖受擠壓變形、撕裂旋轉(zhuǎn)、斷裂成不連續(xù)、不規(guī)則形態(tài)的泥巖碎屑分散在砂巖中(圖3A)，指示未完全固結(jié)成巖的泥巖經(jīng)歷了快速擠壓搬運(yùn)沉積過(guò)程。

圖9 深水塊體搬運(yùn)沉積模式圖(Shanmugam，2011)

準(zhǔn)噶爾盆地腹部永進(jìn)地區(qū)西山窯組頂部深水塊體搬運(yùn)沉積的標(biāo)志性構(gòu)造顯示該沉積作用類(lèi)型在西山窯組后期普遍發(fā)育，具有一定的對(duì)比性。這與頂部紅色泥巖古氧化還原地化指標(biāo)指示的還原深水環(huán)境相吻合。

5 結(jié)論

(1)通過(guò)對(duì)永進(jìn)地區(qū)西山窯組頂部取芯段巖性組合、沉積旋回及沉積構(gòu)造特征的研究，顯示該段地層為深水相沉積，包括砂質(zhì)滑塌、砂質(zhì)碎屑流、濁流以及呈懸浮堆積的深水泥。其中，砂質(zhì)滑塌、砂質(zhì)碎屑流沉積過(guò)程為深水塊體搬運(yùn)沉積。

(2)永進(jìn)地區(qū)西山窯組頂部紅色泥巖微量、稀土元素測(cè)試分析顯示：Th/U值為3.67～5.58，平均值為4.32；V/(V+Ni)值為0.49～0.60，平均值為0.55；Ce異常值為-0.06～0，平均值為-0.03。泥巖地化指標(biāo)均指示沉積于相對(duì)深水的還原水體環(huán)境中。