準(zhǔn)噶爾盆地二疊系風(fēng)城組沉積相與沉積演化分析

李漢林

（長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安 710054）

準(zhǔn)噶爾盆地是中國西北部大型含油氣疊合盆地，二疊紀(jì)發(fā)育的三角洲相砂巖是儲集層，濱淺湖和半深湖泥巖為該地區(qū)烴源巖地層[1-4]?，敽枷菸挥跍?zhǔn)噶爾盆地西北緣，如圖1所示，是該地區(qū)有機(jī)質(zhì)含量最高的富烴凹陷，而風(fēng)城組是該盆地最重要的烴源巖地層之一[5]，形成傳統(tǒng)的構(gòu)造-巖性圈閉氣藏以及非常規(guī)致密頁巖油氣藏[6-9]。前人依據(jù)巖性組合、沉積環(huán)境特征、儲層、構(gòu)造、火山作用以及巖石成因，將風(fēng)城組劃分為3個段[10-11]，但對風(fēng)城組地層特征及沉積充填過程的研究卻少之又少。

圖1 瑪湖凹陷位置圖及連井位置

1 地質(zhì)背景

準(zhǔn)噶爾盆地位于新疆北部，是中亞造山帶重要組成部分[12]。準(zhǔn)噶爾盆地是晚古生代、中生代和新生代疊合盆地，呈三角形，面積為1.3×105km2，西北部是扎伊爾山和哈拉阿拉特山[13-15]。瑪湖凹陷是準(zhǔn)噶爾盆地一個二級構(gòu)造單元，位于盆地西北緣，呈東南向單斜的緩坡構(gòu)造[16]?？死斠?百口泉斷裂、烏爾禾-夏子街?jǐn)嗔咽强刂贫B系—三疊系地層的主要因素[17]。晚石炭世以來，準(zhǔn)噶爾盆地歷經(jīng)多次板內(nèi)構(gòu)造變形，瑪湖凹陷基地為晚石炭世弧盆體系，石炭系地層依次上覆上二疊系佳木河組（P1j）、風(fēng)城組（P1f）、夏子街組（P2x）、下烏爾禾組（P2w）、上烏爾禾組（P3w）、三疊系百口泉組、克拉瑪依組、白堿灘組[18-20]。風(fēng)1段主要為鎂鐵質(zhì)火山巖、粗碎屑巖、富有機(jī)質(zhì)泥巖及白云質(zhì)泥巖、凝灰?guī)r等，風(fēng)2段由富有機(jī)質(zhì)泥巖和白云質(zhì)泥巖組成，風(fēng)3段下部為白云質(zhì)泥巖，上部為陸源碎屑巖[7]。風(fēng)城組廣泛發(fā)育堿性巖及含鹽巖，是堿湖沉積最為典型的沉積巖類，如硅硼鈉石、鈉碳酸鹽巖、鈉鈣碳酸鹽巖、鈉鎂碳酸鹽巖等[21-25]。

2 研究方法

依據(jù)前人在研究區(qū)的地層鉆井?dāng)?shù)據(jù)、巖心描述、沉積相標(biāo)志等，建立連井剖面圖，研究其沉積特征、層序地層以及沉積充填過程。

層序界面識別是層序地層學(xué)的基礎(chǔ)，基準(zhǔn)面是形成沉積層序的首要標(biāo)志，地層層序又是沉積環(huán)境變化的響應(yīng)，如今巖性特征及測井曲線變化是表征地層層序的主要手段[26-27]。通常情況下，沉積序列的單一研究不能準(zhǔn)確測定層序界面，因此，綜合前人各類研究數(shù)據(jù)是必要手段?，敽枷菖c其他沉積盆地不太一樣的地方在于露頭稀少而缺失地表層序地層標(biāo)志，如風(fēng)化殼等。綜上，在前人研究的基礎(chǔ)上，以鉆井?dāng)?shù)據(jù)、巖心描述、沉積相標(biāo)志為依據(jù)，建立連井剖面，追索層序邊界，研究沉積充填，畫出沉積相圖。

3 沉積相分析

3.1 地層對比

風(fēng)城組與下伏佳木河組呈不整合接觸，佳木河組底部由火山碎屑巖、安山巖、砂巖組成。風(fēng)城組與上覆夏子街組同樣呈不整合接觸，夏子街組主要巖性是灰色-棕色砂礫巖，存在棕灰色泥巖與砂巖。

風(fēng)1段南部靠近沉積中心，北部受造山帶影響較大，因此沉積兩類巖性?？拷练e中心巖性粒度較細(xì)，以沉積巖為主，主要是灰色-深灰色薄層凝灰?guī)r、白云質(zhì)泥巖、泥質(zhì)白云巖；造山帶附近以火山巖或火山碎屑巖為主，主要是砂礫巖、火山角礫巖和玄武巖，以及夾層中含有少量凝灰?guī)r與粉砂巖。風(fēng)2段與風(fēng)1段類似，沉積中心附近與造山帶附近沉積2套巖性，風(fēng)2段較風(fēng)1段而言，巖性整體較細(xì)，沉積中心附近巖性為深灰色-灰黑色泥質(zhì)白云巖和白云質(zhì)泥巖；造山帶附近巖性主要是凝灰?guī)r與礫巖夾薄層泥巖和砂巖。風(fēng)3段沉積時，凝灰質(zhì)與白云質(zhì)組分減少，含沙量增加，風(fēng)3段底部由白云質(zhì)泥巖及互層的泥巖和粉砂巖組成，頂部由粗砂巖和砂質(zhì)礫巖組成。風(fēng)城組各井巖性示意圖如圖2所示。

圖2 風(fēng)城組各井巖性示意圖

3.2 沉積相與火山活動分析

風(fēng)塵組沉積時，瑪湖凹陷歷經(jīng)復(fù)雜的構(gòu)造運(yùn)動和強(qiáng)烈的火山活動，物源雜亂，成巖作用復(fù)雜，形成的巖相種類較多[12-15]。依據(jù)前人研究及巖石特征和沉積相標(biāo)志，可將風(fēng)城組劃分為湖泊相和扇三角洲相2類，湖泊相可進(jìn)一步細(xì)分為半深湖-深湖亞相及濱淺湖亞相沉積，扇三角洲相則可細(xì)分為扇三角洲前緣亞相和扇三角洲平原亞相沉積[10-12]。

3.2.1 半深湖-深湖亞相

半深湖-深湖亞相在巖相上主要表現(xiàn)為以深灰色泥巖、灰-黑色泥巖及灰白色白云質(zhì)粉砂巖為主。據(jù)前人研究，在半深湖-深湖亞相巖相中發(fā)現(xiàn)植物碎片化石；在部分鉆井白云質(zhì)泥巖巖心樣本中發(fā)現(xiàn)其裂縫發(fā)育，并被高質(zhì)量濃度的重油浸染[27]。

3.2.2 濱淺湖亞相

濱淺湖亞相沉積廣泛分布于瑪湖凹陷處，巖性主要沉積有灰白色白云質(zhì)泥巖、灰綠色細(xì)砂巖、泥巖。白云質(zhì)泥巖中發(fā)現(xiàn)軟沉積變形與褶皺，灰綠色細(xì)砂巖發(fā)育鈣質(zhì)薄層。砂巖中常見波狀層理、滑塌變形構(gòu)造。

3.2.3 扇三角洲

扇三角洲指凹陷邊緣上，鄰近山區(qū)河流或洪流攜帶沉積物的高能流體，在同沉積斷層附近由于水動力條件突然變緩，沉積物沉降，形成向湖泊等穩(wěn)定水體堆積推進(jìn)的扇體。扇三角洲與正常三角洲的區(qū)別在于，扇三角洲受物源區(qū)影響更大，物源沉降速度更快，受到波浪和潮汐作用影響更小。扇三角洲前緣由砂礫巖和白云質(zhì)砂巖組成，白云質(zhì)砂巖中發(fā)育褶皺，白云石在成巖作用影響下，呈現(xiàn)出不規(guī)則團(tuán)塊狀，砂礫巖中礫石組分分選性中等。扇三角洲平原亞相巖石類型主要是砂礫巖，砂礫組分自細(xì)—中粒到塊狀都有沉積。

3.2.4火山活動

瑪湖凹陷在風(fēng)1段和風(fēng)2段發(fā)育大量火山巖，巖性主要是熔融角礫巖、玄武巖、角礫凝灰?guī)r和深灰色火山熔巖等。深灰色火山熔巖中含有大量火山礫石，平均直徑為1 cm，最大直徑為2 cm，孔隙不發(fā)育。玄武呈隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，火山巖中常見方解石條帶，明顯受到不同程度的后期成巖作用影響。

準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷風(fēng)城組沉積相分布變化圖如圖3所示。

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷風(fēng)城組沉積相分布變化圖（改自參考文獻(xiàn)[9][11]和[27]）

4 沉積演化過程

4.1 層序邊界形成

層序界面由巖心、沉積相標(biāo)志、地層接觸關(guān)系、巖性組合確定。風(fēng)1段至風(fēng)2段層序界面，是將風(fēng)1段退積模式與風(fēng)2段進(jìn)積模式的轉(zhuǎn)變區(qū)分標(biāo)志。風(fēng)2段至風(fēng)3段的層序界面，大規(guī)模堿性蒸發(fā)與扇三角洲沉積在此處區(qū)分開來，屬于半地塹式結(jié)構(gòu)。依據(jù)前人研究結(jié)論，在風(fēng)城組沉積時，存在3個洪泛面，構(gòu)成海進(jìn)體系的上邊界。

4.2 沉積演化與古地理

通過巖相描述與層序邊界確立、連井剖面，分析風(fēng)城組沉積演化過程，復(fù)原出古地理沉積相圖（圖3）。風(fēng)1段底部的石灰?guī)r、泥巖和砂巖表明，風(fēng)1段剛開始沉積時，水體應(yīng)為半深湖-深湖環(huán)境，水動力較弱，火山活動較弱；而后在風(fēng)1段中部出現(xiàn)大量火山巖及較細(xì)的泥巖和粉砂巖，這些沉積特征表明風(fēng)1段應(yīng)處于火山活動期，沉積相以濱淺湖相沉積為主。風(fēng)2段沉積時，沉積粒度進(jìn)一步變細(xì)，凝灰?guī)r含量增加，水體深度變深，水動力環(huán)境變?nèi)?，火山活動增?qiáng)，而堿性湖相沉積與膏泥巖的出現(xiàn)，反映沉積物處于一個干旱、水體深度淺、水體咸度較大的沉積環(huán)境。風(fēng)3段沉積時，凝灰?guī)r變少，砂質(zhì)礫巖含量變多，表明火山活動幾乎停止，扇三角洲擴(kuò)張，瑪湖凹陷在此時處于水體退積期，沉積物更多的來源于山區(qū)；風(fēng)3段早期巖性主要是湖相白云巖，晚期以陸源碎屑巖為主，進(jìn)一步證明湖相范圍縮小，扇三角洲推進(jìn)發(fā)育，風(fēng)城地區(qū)應(yīng)為風(fēng)城組的沉積中心。

4.3 沉積物充填過程

依據(jù)沉積相圖（圖3），風(fēng)城組沉積北部受古地貌和斷裂控制，沉積中心位于瑪湖凹陷風(fēng)城地區(qū)。風(fēng)1段是以風(fēng)城地區(qū)為沉積中心的湖相沉積，只有北部鄰近哈拉阿拉特山及西部靠近扎伊爾山的小范圍地區(qū)呈現(xiàn)扇三角洲沉積相。風(fēng)2段北部扇三角洲沉積區(qū)域變小，西部扇三角洲沉積范圍變大，湖相范圍持續(xù)向東及向南擴(kuò)張，整體而言，沉積粒度變細(xì)。據(jù)前人研究，由頻繁地震產(chǎn)生的沉積物變形構(gòu)造推斷沉積中心的盆地邊界為正常斷層活動，這為盆地沉積創(chuàng)造了極大的沉積空間；由堿性礦物推斷風(fēng)2段應(yīng)處于高鹽度的堿性湖盆環(huán)境中。風(fēng)3段沉積時，北部哈拉阿拉特山及西部扎伊爾山發(fā)育的扇三角洲沉積范圍擴(kuò)張，東部零星出現(xiàn)三角洲沉積雛形，這都表明湖相沉積分布范圍縮小，水體深度變淺，由風(fēng)2段的半深湖-深湖沉積變?yōu)闉I淺湖沉積。

風(fēng)城組自風(fēng)1段開始沉積，到風(fēng)3段沉積結(jié)束，沉積相自湖相向三角洲相沉積變化，沉積補(bǔ)給速率應(yīng)高于盆地沉降速率，而湖相沉積分布范圍的變化是自靠近造山帶附近開始轉(zhuǎn)變?yōu)槿侵尴喑练e，說明瑪湖凹陷的沉積充填受造山帶控制，具體則是受到盆地邊緣斷層活動的控制。

5 結(jié)論

綜上所述，風(fēng)城組的沉積環(huán)境歷經(jīng)多次變化，具體如下：風(fēng)1段為半深湖-深湖相沉積過渡到濱淺湖相沉積，扇三角洲只分布在北部哈拉阿拉特山及西部扎伊爾山附近，這個時期的火山活動逐漸變強(qiáng)；風(fēng)2段沉積時，大范圍分布濱淺湖相沉積，但是古氣候應(yīng)為干旱氣候，水體深度較淺，水體應(yīng)為高鹽度堿湖環(huán)境，火山活動持續(xù)增強(qiáng)，扇三角洲沉積分布范圍減少；風(fēng)3段沉積時，由于受造山帶活動影響，北部哈拉阿拉特山和西部扎伊爾山附近的扇三角洲沉積范圍擴(kuò)大，東部和南部受到活動斷層影響，零星出現(xiàn)三角洲沉積雛形，火山活動幾乎停止。