准噶尔盆地东部阜东斜坡头屯河组物源分析

靳军，文华国，向宝力，祁利祺，于景维，李璐璐

准噶尔盆地东部阜东斜坡头屯河组物源分析

靳军1，文华国2，向宝力1，祁利祺1，于景维2，李璐璐1

（1.中国石油新疆油田分公司实验检测研究院，新疆克拉玛依834000；2.成都理工大学沉积地质研究院，成都610059）

中侏罗统头屯河组为准噶尔盆地东部阜东斜坡最重要的勘探层系，探索储集砂体的物源方向和母岩性质对阜东斜坡头屯河组油气勘探与开发具有重要意义。通过碎屑组分、重矿物类型和组合特征、黏土矿物分区、砂体展布及古地貌特征分析，认为阜东斜坡中侏罗统头屯河组为多物源区沉积。头屯河组沉积时期总体存在2个相对独立的物源方向，分别是北东和南部物源，北东方向发育的火山岩母岩区及南部博格达山中、高级变质岩母岩区为主要物源区，北东方向物源供给逐渐减弱，南部物源供给逐渐增强，北三台经隆起有可能为研究区提供少量物源。

头屯河组；沉积物源；阜东斜坡；准噶尔盆地东部

0 引言

准噶尔盆地为我国西部重要的含油气盆地，阜东斜坡位于准噶尔盆地东部，具备典型的陆相盆地缓坡构造背景（图1）。中侏罗统头屯河组是该缓坡构造的主力含油气层系之一，其丰富的油气资源受到高度关注。目前该层系的油气勘探开发重点已经从构造油气藏转向隐蔽的岩性油气藏。已有的研究成果表明，阜东斜坡区中侏罗统头屯河组受南部博格达山、北部克拉美丽山物源区的共同控制［1-3］，特别是南部博格达山对该区的影响逐渐增强［2-3］，但对于北三台凸起是否对该区提供物源存在不同认识。由于对物源区及物源方向的正确认识关系到原盆地恢复、岩相古地理再造、沉积体系编图、地层对比、储层特征描述与评价及对油气藏形成分布规律等各方面的研究，因而物源分析是含油气盆地分析的重要内容。

图1 准噶尔盆地构造单元及阜东斜坡位置图Fig.1 The tectonic units of Junggar Basin and the location of eastern Fukang slope

通过对碎屑组分、重矿物类型与组合、黏土矿物类型及含量与分布、砂体展布及古地貌特征等分析，研究阜东斜坡头屯河组沉积期物源的方向和母岩性质，以期为阜东勘探区块头屯河组的储层评价和高效勘探开发油气资源提供基础地质资料。

1 地质背景

阜康凹陷属于准噶尔盆地东部的次级凹陷构造单元。研究区位于阜康凹陷东部（参见图1），简称阜东斜坡，其南部紧邻阜康断裂带，构造位置非常有利，整体为一简单的低缓鼻状构造，其分布宽度为20～40 km，面积约800 km2，中侏罗统头屯河组为阜东斜坡最重要的勘探层系［4］。已有的勘探和研究成果表明，头屯河组属砂、泥岩互层湖泊—辫状河三角洲沉积体系［5-7］，与上、下地层呈平行不整合接触。基于岩心、测井及地震剖面的综合分析，以大型冲刷面为边界，自下而上将头屯河组划分为J2t1，J2t2和J2t3共3个岩性段，分别与MSC1，MSC2和MSC3等3个中期旋回层序［7］相对应（图2）。其中，下部J2t1沉积期（MSC1层序）以发育辫状河三角洲前缘沉积为主，湖盆范围最大；中部J2t2沉积期（MSC2层序）主体仍以辫状河三角洲前缘沉积为主，但湖盆范围有所缩小，部分地区露出水面；上部J2t3沉积期（MSC3层序）辫状河三角洲前缘砂体向湖盆中心方向延伸更远，三角洲平原沉积范围有所扩大，而湖盆面积最小。在对高分辨率层序地层格架内的小层砂体进行划分和等时追踪对比的基础上，确定MSC2旋回层序的J2t2砂体相对较发育，储集物性和横向连通性更好，为头屯河组最有利的储层发育层段。

图2 阜东斜坡头屯河组沉积相-层序综合柱状图（阜东5）Fig.2 The microfacies and sequence column of Toutunhe Formation in eastern Fukang slope

2 物源区分析

2.1碎屑组分特征

碎屑组分可反映物源的大致方向。随着搬运距离的增加，碎屑组分中稳定矿物逐渐增加，不稳定矿物逐渐减少，成分成熟度逐渐增加，因此，砂岩的成分成熟度则成为判断物源方向的理论依据之一［8］。根据阜东斜坡30口井100余块头屯河组砂岩样品的薄片鉴定资料，归入Q端元的组分以单晶石英为主，部分为石英岩和硅质岩，Q端元组分的体积分数为5.49%～34.00%，平均为23.14%；归入F端元的组分以钾长石为主，少量斜长石，F端元组分的体积分数为7%～30%，平均为21.12%；归入R端元的组分以凝灰岩岩屑为主，少量云母类矿物碎屑，R端元组分的体积分数为43.06%～83.00%，平均为55.75%。在砂岩成分、成因分类中以岩屑砂岩为主，长石岩屑砂岩次之（图3）。阜东斜坡头屯河组碎屑岩母岩区主要为火山岩体，具有近源、欠改造和快速沉积等特点，但各岩性段砂岩成分和粒度分布与阜东斜坡其他部位仍有较大差别，其特征如下：

（1）J2t1岩性段。位于阜东斜坡西部阜东021井的石英、长石以及岩屑体积分数平均值分别为24.0%，22.8%和53.2%；南部北97井的石英、长石及岩屑体积分数平均值分别为21.4%，18.4%和60.2%；东部阜东081井的石英、长石及岩屑体积分数平均值分别为14.7%，19.7%和65.6%；位于研究区北部北27井的石英、长石及岩屑体积分数分别为27.8%，26.2%和46.0%。但从整体上看，此岩性段样品数据点少（参见图3），碎屑组分特征所反映出的物源方向不太明显。

图3 阜东斜坡头屯河组砂岩组分三角图Fig.3 The triangle graph of sandstone component of Toutunhe Formation in eastern Fukang slope

（2）J2t2岩性段。位于阜东斜坡北部阜东7井的石英、长石及岩屑体积分数平均值分别为16.09%，21.76%和62.15%；位于西南部阜东10井的石英、长石及岩屑体积分数平均值分别为27.14%，25.13%和47.74%；位于研究区南部滋泉1井的石英、长石以及岩屑体积分数平均值分别为27.78%，29.04%和43.18%；位于研究区西部阜东021井的石英、长石及岩屑体积分数平均值分别为20.70%，19.09%和60.22%；位于研究区北西部阜东12井的石英、长石及岩屑体积分数平均值分别为24.25%，28.26%和47.49%；位于研究区东部西泉13井的石英、长石以及岩屑体积分数平均值分别为17.37%，24.45%和58.18%。可看出：自北东向南西、由南向北，石英的体积分数均增多，而不稳定岩屑的体积分数均减少（图4）。综合分析认为：阜东斜坡可能存在2个物源方向，分别为北东和南部方向；南部石英体积分数最大而不稳定岩屑体积分数相对较小，反映该时期物源区主体位于阜东斜坡的北东方向。

图4 阜东斜坡头屯河组J2t2段碎屑组分分区特征图Fig.4 The partition characteristics of detrital component of J2t2in eastern Fukang slope

（3）J2t3岩性段。位于阜东斜坡北部阜东7井的石英体积分数平均值最低，仅为11.57%；位于阜东斜坡南部北97井的石英体积分数平均值为22.29%；位于阜东斜坡中部阜东022井的石英体积分数平均值最高，为40.33%；位于研究区西部阜东021井的石英体积分数平均值为23.45%。因此，石英含量呈现出由南和北东2个方向向研究区中部增加的趋势，反映该时期存在北东和南部2个物源区。

在纵向上，碎屑组分呈现有规律变化（表1）：自下部J2t1而上至J2t3，较稳定的石英组分和以凝灰岩岩屑为绝对主体的不稳定岩屑组分总体向上减少，而长石组分总体向上增加。准噶尔盆地南部物源以中、高级变质岩和中、酸性岩浆岩及沉积岩为主［9］，自中泥盆世至中石炭世，在准噶尔盆地北东方向发育3次较强的火山活动［3］，因此，可以推测北东方向以火山岩为主的物源供给是逐渐减弱的。

表1 阜东斜坡头屯河组碎屑组分纵向变化特征Table 1 The longitudinal variation of detrital components of Toutunhe Formation in eastern Fukang slope %

图5 阜东斜坡头屯河组重矿物类型及展布图Fig.5 Thetypesand distribution ofheavymineralsof Toutunhe Formation in eastern Fukang slope

2.2重矿物组合及分布特征

阜东斜坡头屯河组砂岩重矿物体积分数较高（最高可超过10%）。由于受多物源的影响，导致矿物种类较多，可鉴定出的重矿物有13种：白钛石、磁铁矿、电气石、锆石、褐铁矿、黑云母、绿帘石、石榴石、钛铁矿、榍石、黝帘石、尖晶石和重晶石。按矿物在自然界分布的稳定性可划分为：①最稳定重矿物锆石和电气石；②稳定重矿物石榴石、白钛石和磁铁矿；③不稳定重矿物重晶石、绿帘石和黑云母等。各岩性段砂岩中的重矿物组合类型和分布在阜东斜坡的其他部位有较大差别，可反映物源区方向的差异性，其特征如下：J2t1的重矿物平面分布大致可划分为3个区域，阜东斜坡的南西方向以不稳定绿帘石为主，中部以钛铁矿和锆石组合为主，北东方向则以绿帘石和钛铁矿组合为主［图5（a）］，反映出南部可能以变质岩为主要物源供给区，而北东方向可能以变质岩和岩浆岩为主要物源区；J2t2的重矿物平面分布大致分为3个区域［图5（b）］，阜东斜坡南部以绿帘石为主要重矿物组合，西部及北部以绿帘石和钛铁矿组合为主，北东方向则以锆石和钛铁矿组合为主，反映出3个分区物源存在较明显的差异，南部主要为变质岩物源区，而北部以变质岩和基性岩浆岩物源区为主，北东方向以酸性岩浆岩和基性岩浆岩物源区为主。前人对博格达山北部重矿物组分进行的研究结果［9］表明，在距离研究区南部6 km处绿帘石体积分数占重矿物总体积分数的50%，而研究区南部绿帘石的体积分数超过50%，明显为阜东斜坡南部存在新的物源区提供了证据。ZTR指数为极稳定的锆石、电气石和金红石矿物在透明重矿物的百分含量，其由小到大的方向可指示物源方向。从J2t2的ZTR指数等值线图［图5（c）］可以看出，阜东斜坡存在3个ZTR高值区，与重矿物3个组合分区相一致。J2t3的重矿物平面分布大致可以分成2个区，南部以中、高级变质岩物源供给为主，北东方向以基性岩浆岩物源区供给为辅，并以北部的北27井和东部的磁铁矿为主，其他区域则以绿帘石为主，这与碎屑组分的纵向变化（参见表1）一致。

2.3黏土矿物分布特征

阜东地区中侏罗统头屯河组富含黏土矿物，类型丰富，其相对含量的分布具有明显的分带性。J2t1和J2t2岩性段按黏土矿物相对含量均可划分为2个区，即北东分区和南部分区（图6），其中北东分区的蒙皂石及南部分区的伊/蒙混层的相对含量都明显较高。从J2t1和J2t2岩性段的黏土矿物分布分区性特征来看，阜东斜坡北东方向更靠近母岩，为以基性火成岩组合为主的物源区。

图6 阜东斜坡头屯河组黏土矿物类型及分布图Fig.6 The types and distribution of clay minerals of Toutunhe Formation in eastern Fukang slope

2.4砂体展布及古地貌特征

根据上述分析，选取研究区内J2t2为代表性剖面，对不同方位剖面上的砂体形态和展布特征进行分析。沿北东→南西向对比剖面中展布的砂体较连续，具有随北东→南西向搬运距离增加，砂体厚度逐渐降低的变化趋势；而在北西→南东向对比剖面中展布的砂体多呈被泥岩分隔的透镜状。平面上，通过绘制J2t2砂体厚度图，发现北东方向的剥蚀区为物源区，自阜东斜坡的北部，经中部和南部，砂体分布具有沿北东东→南西西、北东→南西和北北东→南南西等多个方向呈辐射状展开，以及呈鸟足状分叉或交汇延伸的特征（图7），其中以位于研究区中部的砂体呈北东→南西向延伸的鸟足状分布最为典型，砂体厚度普遍较大，尤其是靠近剥蚀带附近的砂体厚度可占地层总厚度的40%以上，经钻井揭示多为含砾中、粗砂岩，向西南方向逐渐减薄和变细为中、细砂岩，反映此时北东方向火山岩物源区为阜东斜坡最为主要的物源供给。

图7 研究区头屯河组二段砂体厚度展布图Fig.7 The sandbody thickness distribution of J2t2in eastern Fukang slope

头屯河组沉积期，研究区具备东高、西低的古地形，沉积厚度的高值区呈北东向带状分布［1］。北东方向奇台凸起（克拉美丽山）及南部博格达山为头屯河组提供物源。前人由于缺少资料对于北三台凸起是否提供物源还表示怀疑［1］，但是头屯河组沉积时期北三台主体已隆起是不争的事实［4，10］。因此，结合上述研究分析可判断克拉美丽山所发育的水系流经北三台时携带部分沉积物在研究区堆积，北三台有可能为研究区提供少量物源，但不是主物源区。

3 结论

（1）阜东斜坡中侏罗统头屯河组为多物源区沉积。头屯河组沉积时期总体存在2个相对独立的物源方向，分别是北东和南部物源，其中北东方向发育的火山岩母岩区及南部博格达山以中、高级变质岩母岩区为研究区主要物源区，北三台已经隆起，有可能为研究区提供少量物源。

（2）纵向上，J2t1段至J2t3段，较稳定的石英组分和以凝灰岩屑为绝对主体的不稳定岩屑组分总体向上减少，而重矿物绿帘石相对含量明显增加，反映头屯河组沉积时期，北东方向以火山岩为母岩区的物源供给逐渐减弱，而南部则以中、高级变质岩为母岩区的物源供给逐渐增强。

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（本文编辑：杨琦）

Provenance analysis of Middle Jurassic Toutunhe Formation in eastern Fukang slope,Junggar Basin

JIN Jun1，WEN Huaguo2，XIANG Baoli1，QI Liqi1，YU Jingwei2，LI Lulu1
（1.Research Institute of Experiment and Detection，PetroChina Xinjiang Oilfield Company，Karamay 834000，Xinjiang，China；2.Institute of Sedimentary Geology，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China）

Middle Jurassic Toutunhe Formation is the main exploration layer in eastern Fukang slope in Junggar Basin.It is significant to search provenance of reservoir sandbodies for oil and gas exploration and development.This paper systematically analyzed clastic components,type and combination characteristic of heavy minerals,clay minerals partition,sandbody distribution and palaeogeomorphology characteristics,and suggested that middle Jurassic Toutunhe Formation in eastern Fukang slope is a multi-source area deposition.During the sedimentary period of Toutunhe Formation,the north-east and southwest direction provenance both exist.The main sources are volcanic rock area at north-east and the middle to high-grade metamorphic rock area at south,the supply of the provenance from the northeast gradually weakened,and the supply from the south gradually increased,and the Beisantai might provide a small part of provenance.

ToutunheFormation；sedimentaryprovenance；easternFukangslope；easternJunggarBasin

TE121.3

A

1673-8926（2014）02-0054-05

2013-12-11；

2014-02-01

新疆油田公司科技项目“准东阜东及西泉地区侏罗系头屯河组储层对比研究”（编号：C4006-2012）资助

靳军（1970-），男，博士，高级工程师，主要从事石油地质勘探开发工作。地址：（834000）新疆克拉玛依市友谊路100号新疆油田公司实验检测研究院。E-mail：jinjun@petrochina.com.cn。