準(zhǔn)噶爾盆地西北緣中拐準(zhǔn)噶爾盆地西北緣中拐五八區(qū)二疊系碎屑巖沉積相特征

準(zhǔn)噶爾盆地西北緣中拐準(zhǔn)噶爾盆地西北緣中拐五八區(qū)二疊系碎屑巖沉積相特征

1中拐—概況中灣-58個區(qū)域位于準(zhǔn)噶爾盆地西部的海拔k-100斷裂帶東南部，中灣-以東。中拐—五八區(qū)西南部緊鄰紅山嘴斷塊區(qū),東北部與百口泉探區(qū)南部相鄰,東南部為瑪湖凹陷,面積約為2200km2。據(jù)鉆井資料揭示,該區(qū)二疊系自下而上主要發(fā)育的地層有下佳木河組、中佳木河組、上佳木河組、風(fēng)城組、夏子街組以及下烏爾禾組、上烏爾禾組(表1)。中拐凸起位于準(zhǔn)噶爾盆地西部,與西北緣沖斷帶毗鄰,呈鼻隆形態(tài),以斜坡向瑪湖凹陷過渡。中拐凸起是石炭—二疊紀(jì)古隆起,二疊紀(jì)末開始隱伏,上二疊統(tǒng)上烏爾禾組超覆沉積于凸起之上,與下伏下二疊統(tǒng)佳木河組呈角度不整合接觸;三疊系—侏羅系披覆其上,燕山運動使隆起區(qū)進(jìn)一步抬升,形成了向東南單傾的構(gòu)造格局;喜馬拉雅運動期最終掀斜定型。根據(jù)構(gòu)造條件及地層分布等方面的差異,將中拐—五八區(qū)劃分為中拐凸起、中拐凸起南斜坡、中拐凸起東斜坡及五八區(qū)4個區(qū)塊(圖1)。由于凸起頂部隆升較高,中二疊統(tǒng)、下二疊統(tǒng)、上侏羅統(tǒng)和上白堊統(tǒng)普遍遭受剝蝕。中拐凸起東斜坡從二疊系至新近系發(fā)育完整,但下二疊統(tǒng)中佳木河組、上佳木河組上傾方向遭受局部剝蝕,相對于中拐凸起而言,南斜坡具有典型的斷陷沉積特征,該區(qū)塊地層在該區(qū)比較完整,特別是下二疊統(tǒng)佳木河組發(fā)育很完整。2礫巖的巖性結(jié)構(gòu)根據(jù)薄片鑒定資料,該區(qū)二疊系碎屑巖以礫巖、砂礫巖、砂質(zhì)礫巖和含礫粗砂巖為主,少量砂巖和中細(xì)砂巖。礫巖中礫石成分以凝灰?guī)r、安山巖、霏細(xì)巖、流紋巖和花崗巖等火山巖巖屑為主,其次為砂巖和泥巖巖屑。碎屑巖中砂礫巖所占的比例最大,可達(dá)32%,其次為細(xì)砂巖(占16%)、細(xì)礫巖(占10%)、中粗粒砂巖(占7%)和中礫巖(占4%)。礫巖中細(xì)礫巖和小礫巖所占比例較高,部分灰色和灰綠色礫巖具有較好的分選性和磨圓度,而棕紅色和紫紅色礫巖的結(jié)構(gòu)成熟度相對較低,雜基含量往往較高,礫巖中所夾的砂巖非常少,而且一般厚度也很薄,礫巖巖屑中火山巖類巖屑占主導(dǎo)(圖2a)。砂巖通常為灰色或灰綠色,以中細(xì)粒砂巖居多,砂巖的巖石類型主要為巖屑砂巖和長石巖屑砂巖,少量為巖屑長石砂巖。巖屑砂巖中巖屑組分主要為火山質(zhì)巖屑(圖2b),砂巖的厚度通常較薄,結(jié)構(gòu)變化較快,常含有礫石和泥質(zhì)薄層或雜基團(tuán)塊,部分砂巖為凝灰質(zhì)膠結(jié)。砂巖中常見原生交錯層理,代表較強(qiáng)的水動力條件。3碎屑巖地層的沉積結(jié)合研究區(qū)的鉆井、測井和錄井等資料,認(rèn)為該區(qū)二疊系是在石炭系基底上沉積的一套碎屑巖地層。沉積環(huán)境由沖積扇和扇三角洲組成,發(fā)育扇根、扇中、扇緣、扇三角洲平原、扇三角洲前緣和前扇三角洲等6類亞相(圖3),每種亞相還可以劃分出不同的微相。3.1扇中亞相及扇緣亞相研究區(qū)的沖積扇垂向沉積序列大都為一個“扇復(fù)合體”或“復(fù)合扇”的沉積序列,是多期扇沉積作用的結(jié)果,每個扇可進(jìn)一步分為扇根、扇中和扇緣亞相。扇根亞相分為主槽、側(cè)緣槽、槽間灘和漫洪帶微相;扇中亞相分為辮流線、辮流砂島和漫流帶;扇緣亞相分為辮狀水道、席狀片流、扇間灘和扇間洼地微相。典型的沖積扇垂向沉積序列如圖3a所示。研究區(qū)二疊系主要分布于靠近湖盆凹陷的周邊,距當(dāng)時大山口較近的扇根亞相沉積在研究區(qū)內(nèi)基本不發(fā)育,可能僅在金龍1井—克84井西北方向的上二疊統(tǒng)烏爾禾組存在部分扇根亞相沉積。在研究區(qū)的上二疊統(tǒng)烏爾禾組金龍1井—克84井—克85井—克83井—金龍1井一帶發(fā)育有扇中亞相的沉積。研究區(qū)的扇緣亞相與扇三角洲平原亞相互相過渡,在研究區(qū)有較大面積的發(fā)育。3.2扇三角洲亞相扇三角洲是推進(jìn)至穩(wěn)定水體中的沖積扇,故具有明顯的陸上、過渡區(qū)和水下沉積部分的特征。西北緣中拐—五八區(qū)二疊系除佳木河組部分含有火山巖或火山碎屑巖的層位以外的各組中均發(fā)育有扇三角洲相的沉積。根據(jù)扇三角洲的沉積環(huán)境特征,可將其劃分成扇三角洲平原、扇三角洲前緣和前扇三角洲3個亞相。扇三角洲平原亞相可進(jìn)一步劃分為辮狀河道、河道間、漫灘及沼澤4個微相;扇三角洲前緣亞相可進(jìn)一步劃分為水下分流河道、水下分流河道間、河口壩、席狀砂微相。3.2.1扇三角洲沉積特征多為近源的礫質(zhì)辮狀河沉積,水流和沉積物以重力流沉積為特征,沒有曲流河段;主要巖性是砂和礫互層,礫石層具有不明顯的平行層理或交錯層理,分選差,具砂質(zhì)基質(zhì),砂/礫比值向下增加。扇三角洲平原亞相主要由分流河道、漫灘等微相組成,潮濕氣候條件下可有河漫沼澤沉積。高度的河道化、持續(xù)深切的水流和良好的側(cè)向連續(xù)性是該亞相典型的特征。分流河道微相是扇三角洲平原亞相的格架部分,形成扇三角洲的大量泥砂都是通過它們搬運至河口處沉積下來的。通常分流河道沉積具有一般河道沉積的特征,即以砂質(zhì)沉積為主。但在研究區(qū),由于形成扇三角洲的水體大而相對穩(wěn)定,其分流河道具有類似辮狀河道的特征,沉積物主要為細(xì)礫巖、小礫巖和含礫砂巖。如金龍1井的扇三角洲平原亞相沉積(圖3b),其中辮狀河道微相主要為棕紅色細(xì)礫巖、砂質(zhì)礫巖和含礫砂巖,含礫砂巖和砂巖中常見大型槽狀、板狀交錯層理、波狀交錯層理和少量平行層理。該微相常與分流河道間及平原漫灘共生。漫灘微相沉積物的粒度較細(xì),主要為粉砂、泥質(zhì)粉砂及粉砂質(zhì)泥,分選較差,常含泥礫、植物根莖等殘留沉積物,其顏色以棕紅色或褐色為主。分流河道間微相主要是分流河道中間的凹陷地區(qū)。當(dāng)扇三角洲向前推進(jìn)時,在分流河道間形成一系列尖端指向陸地的楔形泥質(zhì)沉積體。分流河道間微相的巖性以泥巖為主,含少量透鏡狀粉砂巖和細(xì)砂巖。砂礫質(zhì)沉積多是洪水季節(jié)河床漫溢沉積的結(jié)果,常為粘土夾層或薄透鏡狀。3.2.2扇三角洲沉積型儲集層扇三角洲前緣亞相主要沉積于濱湖帶,是扇三角洲最活躍的沉積中心。中拐東斜坡一帶的二疊系中扇三角洲前緣亞相非常發(fā)育,并具有前積扇體規(guī)模大、沉積物粒度粗(多以小礫巖、細(xì)礫巖和砂質(zhì)礫巖為主)、沉積厚度大以及多期前緣砂體疊置等特征。研究區(qū)扇三角洲前緣亞相主要發(fā)育水下分流河道、水下分流河道間等2個沉積微相。由于受到河流、波浪和潮汐的反復(fù)作用,砂泥經(jīng)沖刷、簸揚和再分布,形成分選較好、質(zhì)較純的砂質(zhì)和分選好的沉積物的集中帶。這種砂體或細(xì)礫巖可構(gòu)成良好的儲集層。巖性以淺灰色砂礫巖、砂質(zhì)礫巖為主,夾少量泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖,常見波痕,發(fā)育大型前積層理、小型楔狀層理,以及波狀層理、滑塌變形構(gòu)造等,并含植物及有機(jī)物的化石碎片。扇三角洲前緣亞相是高能沉積環(huán)境的產(chǎn)物,具有良好的分選性,泥質(zhì)含量低的沉積特征(圖4a)。巖性是淺灰色、灰綠色粉砂巖、細(xì)砂巖、礫質(zhì)砂巖和砂礫巖,發(fā)育有交錯層理和透鏡狀層理。水下分流河道微相是陸上分流河道在水下的延伸部分,由于西北緣二疊紀(jì)沉積背景的特殊性,中拐—五八區(qū)二疊系水下分流河道沉積相以細(xì)礫巖、小礫巖、砂質(zhì)礫巖和含礫砂巖等砂礫巖為主,含有少量細(xì)砂巖、粗砂巖,粒度相比文獻(xiàn)中描述的典型水下分流河道微相沉積的粉砂巖要粗很多(圖4b),通常砂礫巖的磨圓度和分選性較好,雜基含量較低,說明其經(jīng)過河水和湖水較強(qiáng)的淘洗作用,膠結(jié)物主要為鈣質(zhì)和泥質(zhì)膠結(jié)。其他沉積特征與辮狀河道極為相似:整體上向上粒度變細(xì),單砂體厚度減薄。常發(fā)育交錯層理、波狀層理及沖刷—沉積構(gòu)造,并見層內(nèi)變形構(gòu)造。水下分流河道在扇三角洲沉積中所占厚度最大,是其主體沉積。水下分流河道間微相是扇三角洲水下分流河道之間的砂泥質(zhì)細(xì)粒沉積,由于研究區(qū)二疊紀(jì)水動力較強(qiáng)、物源豐富,在扇三角洲水下分流河道的上部砂礫巖中所夾的砂泥巖相對較少,厚度較薄。因此研究區(qū)分流河道間微相主要發(fā)育于水下分流河道的中部—末端,其巖性主要以砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)細(xì)砂巖為主,其中也常夾有含礫砂巖。3.2.3質(zhì)沉積物成油前扇三角洲亞相位于扇三角洲前緣亞相的最前方。它是扇三角沉積洲體系中分布最廣、沉積最厚的地區(qū)。由于前扇三角洲的暗色泥質(zhì)沉積物富含有機(jī)質(zhì),而且其沉積速度和埋藏速度較快,故有利于有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為油氣,可作為良好的生油層。前扇三角洲沉積主要為泥巖和粉砂質(zhì)泥巖,顏色較深。沉積物中的沉積構(gòu)造不發(fā)育,有時見水平層理。若扇三角洲前緣沉積速度快,可形成滑塌成因的濁積砂礫巖體包裹在前扇三角洲或深水盆地泥質(zhì)沉積中。研究區(qū)前扇三角洲亞相主要發(fā)育于東斜坡靠近瑪湖凹陷地區(qū),范圍較小。4沉積相的劃分通過對研究區(qū)的沉積環(huán)境分析,在巖心觀察、薄片觀察的基礎(chǔ)上,劃分了研究區(qū)重點探井的單井沉積相(圖3),在此基礎(chǔ)上,結(jié)合沉積環(huán)境的分析,劃分研究區(qū)的平面沉積相圖。4.1火山—下佳木河組上段該期研究區(qū)地質(zhì)演化主要受西準(zhǔn)噶爾活動帶的影響,造成晚海西期整個地塊的碰撞隆升,并伴隨較強(qiáng)的火山活動,但由于之前該地區(qū)是中亞海槽的一部分,主要沉積遠(yuǎn)洋沉積物。因此在西準(zhǔn)噶爾活動帶的影響下,該時期發(fā)育大面積的火山—沉積巖,主要分布為在中拐東斜坡的東部地區(qū)以及南部斜坡地區(qū)。而在凸起的西南部仍以凝灰?guī)r為主,僅僅在西北部發(fā)育有陸相扇三角洲前緣亞相的沉積,主要沉積微相為扇三角洲前緣水下分流河道,但沉積物中常含有大量凝灰質(zhì)等火山物質(zhì)。中拐凸起的西北部大都缺失該組地層,南部一帶主要為凝灰?guī)r?？梢娫撈谒蛎娣e較廣,但由于陸源母巖區(qū)范圍較小,陸相供源的沉積作用不占主導(dǎo)。該期最明顯特征是由于西準(zhǔn)噶爾活動帶的影響,使巖石發(fā)育由火山巖向沉積巖過渡,陸相沉積作用明顯,這種火山沉積巖作為沉積于盆地基地之上最老的沉積巖類,對于接受來自上部二疊系大套泥質(zhì)烴源巖熱降解生排出的烴類流體而為形成新生古儲類油氣藏創(chuàng)造了儲層條件。4.2扇三角洲高效構(gòu)造區(qū)此時西準(zhǔn)噶爾褶皺帶的隆升作用明顯增加,伴隨一系列的逆沖斷裂發(fā)育,整體的陸相物源區(qū)面積擴(kuò)大,西高東低的地勢更加明顯,而此時水域面積也向東部萎縮,導(dǎo)致西部中拐凸起和南斜坡西段均缺失該組地層。該期的火山活動減弱,但在五八區(qū)仍有大量安山巖和凝灰?guī)r等火山巖分布,在東斜坡主要為扇三角洲前緣亞相沉積,自西向東依次發(fā)育扇三角洲前緣水下分流河道、水下分流河道間微相和前扇三角洲亞相。沉積面積較大,這些相帶整體呈條帶狀展布,走向與逆沖斷裂帶以及該組地層尖滅線基本一致(圖5a)。該期由于一系列逆沖斷層的發(fā)育,一方面形成了大面積分布的風(fēng)化殼,后期為不整合面,為油氣的疏導(dǎo)提供了條件;另一方面逆沖斷裂帶的發(fā)育,形成該區(qū)較為規(guī)模的二級構(gòu)造帶,為形成構(gòu)造圈閉、后期油氣充注及油氣藏創(chuàng)造了空間上的條件。4.3扇三角洲高效沉積相帶上佳木河組發(fā)育時期繼續(xù)延續(xù)著之前的構(gòu)造—沉積特征,中拐凸起基本缺失該組地層,在五八區(qū)二疊系上佳木河組(P1j3)僅有少量火山角礫巖和安山巖等火山巖分布,在東斜坡主要為扇三角洲前緣亞相沉積,自西向東依次發(fā)育扇三角洲前緣水下分流河道、水下分流河道間微相和前扇三角洲亞相,偶見扇三角洲平原亞相。在南斜坡主要為扇三角洲平原漫灘微相沉積(圖5b)。相帶展布情況與中佳木河組類似,該組沉積尖滅線繼續(xù)東移,陸地剝蝕區(qū)面積擴(kuò)大。整個瑪湖凹陷區(qū)沉積地層表現(xiàn)為進(jìn)積式,下部粒度較小,有利于烴源巖的發(fā)育,上部發(fā)育相對較粗的河道沉積以及濱淺湖等相帶,可以作為油氣的有利儲集相帶。這種進(jìn)積式的沉積會發(fā)育垂向上反粒序的沉積,對扇體來講,平原相帶會超覆于之前的前緣相帶,而前緣相帶超覆于前扇三角洲相帶,這種超覆作用會使砂體向盆地凹陷內(nèi)部延伸。由于扇三角洲平原分流河道為辮狀河道,這種河道的堤岸強(qiáng)度較弱,河道擺動性強(qiáng),加上其本身沉積物粒度較粗,分選較差,往往會發(fā)育橫向上連續(xù)性好的砂礫巖。而前緣相帶主要發(fā)育的是水下分流河道砂體,這種砂體一方面經(jīng)過湖水的淘濾作用,相對于平原砂體,除粒度變小之外,泥質(zhì)雜集含量也會變少,會形成多層河道充填物嵌入泥巖背景中,有利于捕獲烴類油氣。扇三角洲前緣水下分流河道為主要有利相帶,構(gòu)造隆升作用一方面導(dǎo)致剝蝕區(qū)面積增大,致使沉積物源供應(yīng)量和供應(yīng)速率增加;另一方面導(dǎo)致基準(zhǔn)面下降,沉積可容納空間減小,致使沉積物供應(yīng)速率大于可容納空間的增加速率,從而發(fā)生進(jìn)積作用,其縱向展布形態(tài)為多層向盆內(nèi)疊置,橫向上為向盆內(nèi)分叉狀,最終消失在泥巖背景中。4.4中拐—風(fēng)城組和夏子街組早二疊世晚期,在中拐凸起經(jīng)過了緩慢松弛調(diào)整之后,受構(gòu)造活動階段性作用的影響,開始快速隆升,造成之后沉積的風(fēng)城組和夏子街組尖滅線向東快速后退,在中拐—五八區(qū)大面積缺失風(fēng)城組和夏子街組沉積。并造成二疊系佳木河組頂部地層的削蝕,形成區(qū)域性的不整合。這種區(qū)域性不整合一般會發(fā)育明顯的3層結(jié)構(gòu),上部沉積層底部的底礫巖,具有較好的孔滲性,中部的古土壤之后被壓實膠結(jié)為泥質(zhì)巖層,因其具有較高的排替壓力,可作為良好的油氣封堵層,下部風(fēng)化殼內(nèi)部的風(fēng)化淋濾帶,與底礫巖一樣,具有較好的孔滲性,一方面可以作為運移油氣的通道,在該區(qū)進(jìn)行大范圍的油氣運移,另一方面也可以作為儲層。4.5內(nèi)拐外斜水區(qū)超覆不整合下烏爾禾組沉積期,中拐凸起隆升速度減慢,又一次進(jìn)入松弛調(diào)整狀態(tài),造成整個水域面積擴(kuò)大,沉積基準(zhǔn)面上升,可容納空間增加,沉積范圍擴(kuò)大,在中拐凸起東斜坡可見其超覆于佳木河組之上,形成超覆不整合。該層位由斷裂帶至盆地方向地層厚度逐漸增大,僅在中拐凸起上有所缺失。在東斜坡主要為扇三角洲前緣亞相沉積,自西向東依次發(fā)育扇三角洲水下分流河道間和前扇三角洲相,僅在北端有扇三角洲平原亞相和扇三角洲前緣水下分流河道微相沉積(圖6a)。4.6沖積扇三角洲沉積體系二疊系上烏爾禾組(P3w)在該區(qū)分布最為廣泛,表明其是在下烏爾禾組的基礎(chǔ)上水域面積繼續(xù)擴(kuò)大,沉積基準(zhǔn)面繼續(xù)上升,發(fā)育進(jìn)侵型溯源沉積,導(dǎo)致整個沉積體系范圍擴(kuò)大,在五八區(qū)和東斜坡北端主要發(fā)育沖積扇相和扇三角洲平原漫灘微相沉積,其他地區(qū)也廣泛分布扇三角洲平原漫灘微相沉積(圖6b)。上烏爾禾組、下烏爾禾組在研究區(qū)的發(fā)育過程表現(xiàn)為繼承性,兩者界限為階段性水進(jìn)的間歇期,這種水進(jìn)作用會形成一系列超