哈密天山乡二叠纪库莱组沉积特征与石油地质意义

刘书丞（湖北省武汉市蔡甸区长江大学，湖北武汉430100）

哈密天山乡二叠纪库莱组沉积特征与石油地质意义

刘书丞（湖北省武汉市蔡甸区长江大学，湖北武汉430100）

该剖面地处吐哈盆地东北缘，出露居里得能组、库莱组，为库莱组建组剖面位置。库莱组下与居里得能组角度不整合接触，上被第三系覆盖。针对对本剖面库莱组的研究以及库莱组与大热泉子组的接触关系等问题开展工作。这对于认识哈密地区二叠纪的沉积及构造演化十分重要。研究认为库莱组为晚二叠世沉积，与北山地区的方山口组、红岩井群，阿拉善地区的哈尔苏海组，东北地区林西组时代相当。

吐哈盆地；晚二叠世；库莱组；沉积特征；石油地质意义

一、概述

该路线地处吐哈盆地东北缘，出露居里得能组、库莱组，为库莱组建组剖面位置。库莱组下与居里得能组角度不整合接触，上被第三系覆盖。本路线重点就库莱组的地层时代、岩性特征、建造组成、充填序列、层序地层、沉积类型，以及库莱组与大热泉子组的接触关系等问题开展工作。剖面位于哈密市东北60km天山乡库普地区。出露地层为晚二叠世库莱组，剖面呈北→南向，剖面北部为上石炭统居里德能组b段火山岩，两者间为角度不整合接触，南部被第三系覆盖。

居里得能组C2J：主要岩性为深灰，灰绿，紫灰色辉绿玢岩，玄武玢岩，安山玢岩，英安斑岩，同质火山灰凝灰岩，晶屑岩屑凝灰岩，层凝灰岩，角砾状凝灰岩，灰黑色炭质泥质粉砂岩，细-中粒长石质杂砂岩，砾岩，砂砾岩，硅质岩，与上覆地层沙雷塞尔克组整合接触，与下伏地层未见直接接触。

库莱组P2K：岩性以紫红色，黄绿色，灰黄色岩屑砂岩，粉砂质泥岩，砾岩为主，上部至顶部砾岩较多，常夹炭质泥岩，铁质碎屑岩，灰岩，凝灰岩并以此为特征。

二、剖面建造、组成

剖面处库莱组主要为碎屑岩沉积建造，夹少量灰岩透镜体建造。碎屑岩主要为灰绿、绿灰色中细粒长石岩屑砂岩、岩屑石英砂岩、石英砂岩、中细砾岩、粉砂岩，灰色、黑灰色钙质泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩；其中砾岩、砂砾岩、中细粒砂岩主要为正粒序，砂砾岩多为透镜状产出，中细粒砂岩主体延伸稳定，部分呈透镜状产出；泥岩与粉砂岩多呈逆粒序产出。灰岩主要为灰色，呈灰岩透镜体产出，未见化石。垂向上，整体来看，下部主要为砂砾岩、中细粒砂岩与泥岩、粉砂岩互层产出，中部主要为泥岩、粉砂岩与细粒岩屑石英砂岩、长石岩屑砂岩互层夹少量泥灰岩、粉砂质灰岩，上部主要为泥岩、粉砂岩与细粒砂岩夹少量灰岩、砂砾岩；顶部为紫红色泥岩、灰绿色粉砂岩、细砂岩、紫红色砂砾岩。

三、层序特征

本处库莱组中部发育一Ⅱ型层序界面，界面之下的泥岩、粉砂岩、泥灰岩（浅海陆棚、临滨相）明显发生消截，之上为灰绿色细粒长石岩屑砂岩，部分地区发育含砾砂岩，砾石主要为长石岩屑砂岩，砾石的磨圆度很好，呈滚圆状。

上部发育一Ⅰ型层序，为一深切谷充填沉积，对下伏层浅海陆棚相泥岩、泥灰岩、临滨相粉砂岩具有明显的深切作用，界面之上为辫状河道沉积的紫红色砾岩层，砾岩含砾石50%左右，主要为岩屑砂岩（来自库莱组本身），砾径3-5cm，分选中等，磨圆很好，呈滚圆状，砂质胶结，细砾结构，据明显的正粒序，呈透镜状，与下伏层据明显的冲刷。调查发现，区内库莱组层序以海侵体系域为主，低位（陆架边缘）体系域、高位体系域发育相对较少，表明水体整体较深，这有利于烃源岩的发育与保存。

四、沉积相特征

根据微量元素标志以及其判别标准，结合测试结果。可知：

Sr/Ba因而Sr/Ba比值随着远离海岸而逐渐增大。一般认为淡水沉积物Sr/Ba＜1，而在海相沉积物中则＞1。研究区Sr/Ba最小值为0.13，最大值为1.55，平均值为0.5，故推测为过渡相半咸水沉积。

B/Ga与古盐度呈正相关性，可以据此判断沉积环境，当B/ Ga＞4.5时，属于海相环境；B/Ga介于3.3-4，5之间时，属于过度环境；当B/Ga＜3.3时，属于淡水沉积。根据数据，研究区内B/Ga最小值为1.99，最大值为5.98，平均值为4.11，则根据标准，反映古水体整体为半咸水环境。

V/（V+Ni）可以反映沉积介质氧化还原性，V/（V+Ni）＞0.46为还原环境，V/（V+Ni）＜0.46为氧化环境，通过实验数据可知研究区内V/（V+Ni）最小值为0.61，最大值为0.73，平均值为0.67，根据标准，该区为较强还原的沉积环境。

图 新疆天山乡库莱组B，Ba，Ni，V元素分布

对于稀土元素，沉积岩的稀土元素特征可以较好的反映沉积水体介质的氧化-还原条件，Elderfield等（1982）把稀土元素中Ce与邻近的La和Nd元素相关的变化成为铈异常，并提出Ceanem=Lg［3Cen/（2Lan+Ndn）］，式中Cen，Lan及Nd实测数值与北美页岩标准化之后的数值，当Ceanem＞-0.1时，表示Ce富集，指示水体环境缺氧，还原的古水体环境，Ceanem＜-0.1时指示Ce负异常，反映氧化环境。区内泥岩Ceanem介于-0.069到-0.013之间，平均-0.037，均大于-0.1，表明区内二叠纪水体处于缺氧还原环境，该水体环境有利于有机质的保存。

根据Th/U，Mo等的标准Mo大于5ppm常指示古水深大于250m，区内测试结果为最小值为2.47，最大值为3.92，平均值为3.24（见表3），Mo值多小于5ppm，Ni普遍小于150ppm，表明该区覆水深度为较浅的浅海陆棚背景，与前述认识较为一致。

图 新疆天山乡库莱组Th，U，Mo元素分布

1.对于地质学研究方法，通过调查发现认为区内主体为浅海陆棚、辫状河三角洲、阔海岸相，顶部发育部分陆相沉积。位于辫状三角洲前缘后方靠陆一侧，主要由众多辫状分流河道和分流间平原组成。

（1）.辫状河三角洲平原：三角洲沉积的陆上部分，范围：从河流大量分叉位置-海平面以上的广大河口区，是与河流有关的沉积体系在海滨区延伸。分支河道和沼泽沉积构成该亚相的主体，这是与一般河流的重要区别。

（2）辫状三角洲前缘：位于三角洲平原外侧的向海方向，处于海平面以下，为河流和海水的剧烈交锋带，沉积作用活跃，是三角洲砂体的主体。

2.开阔海岸处于局限海岸与浅海陆棚的过渡地带，属于无障壁岛环境，区内水动力条件复杂，受河流、波浪、海流及潮沙作用的相互影响。沉积物类型简单，主要为不同粒度的砂岩及粉砂岩，含少量粉砂质泥岩、含烁砂岩，碎屑岩的成分成熟度与结构成熟度较高，沉积构造多样。区内石炭二叠系中该类沉积体系十分广泛，不同地区不同层组皆有分布。可进一步划分为后滨、前滨及临滨等沉积相。

（1）后滨：后滨位于平均高潮线与特大高潮线之间。区内石炭-二叠系的此类沉积多处均有所见及，其岩性多为石英细烁岩、含烁砂岩及细砂岩等，分选中等到较好，磨圆中等，其成分成熟度和结构成熟度均较高，常具有正粒序特征，发育平行层理，岩层横向分布稳定。

（2）前滨：前滨位于平均高潮线与平均低潮线之间的潮间带，地形平坦，起伏较小，并逐渐向海倾斜。区内石炭-二叠系该类沉积分布较多，其岩性主要为中细砂岩，包括各种类型的石英砂岩及岩屑砂岩等，砂岩的分选、磨圆均较好，其成分成熟度、结构成熟度均较高，层理、层面构造丰富，对称、干涉波痕等层面构造。

（3）临滨：临滨位于平均低潮线至浪基面之间的潮下带。岩性主要为粉细砂岩，细砂岩，和泥质粉砂岩及粉砂质泥岩，分选较好，磨圆中等，发育水平层理，形态稳定，横向延伸远，常与浅海相的泥岩及前滨相的砂岩交互沉积。

3.浅海陆棚体系：浅海陆棚是指位于浪基面之下，向外海与大陆斜坡相接。从环境上看，浅海陆棚向陆与临滨相邻，向海与大陆斜坡相接。之上主体为辫状河三角洲相夹少量浅海陆棚相、开阔海岸相；之上主体为浅海陆棚相的泥岩、泥灰岩夹临滨相粉砂岩。中期下部主体为开阔海岸相的前滨相的细砂岩及临滨相的粉砂岩夹少量浅海陆棚相及泥岩；中部主体为浅海陆棚相泥岩、泥灰岩夹临滨相粉砂岩、开阔海岸相细砂岩，此时为本组沉积水体最深时期；上部为浅海陆棚相与开阔海岸相交互夹少量辫状河三角洲相沉积。晚期主体为陆相沉积（紫红色泥岩、含砾砂岩、砂砾岩）的辫状河相沉积（见表1）

沉积背景海相海相海相沉积体系辫状河三角洲开阔海岸浅海陆棚主要沉积相辫状三角洲平原辫状三角洲前缘后滨前滨（含沿岸沙坝）临滨碎屑岩陆棚碳酸盐陆棚主要沉积亚相分流间平原辫状分流河道辫状河口砂坝，辫状远砂坝陆棚砂陆棚灰泥主要岩石类型灰黑色泥岩，含粉砂泥岩，粉砂岩含砾中粗砂岩，砂质细砾岩和中细砂岩含砾中粗砂岩，砂质细砾岩和中细砂岩石英岩屑砂岩和长石岩屑石英砂岩石英细砾岩，砂质细砾岩，（含砾）中粗粒长石石英砂岩，中细粒石英岩屑砂岩粉细砂岩夹泥岩灰黑色泥岩，含粉砂泥岩夹粉细砂岩薄层灰岩和泥灰岩发育层位库莱组于哈密库普库莱哈密库普库莱哈密库普库莱

五、石油地质意义

层序上来看，区内库莱组层序以海侵体系域为主，低位（陆架边缘）体系域、高位体系域发育相对较少，表明水体整体较深，这有利于烃源岩的发育与保存。区内发育大量的灰黑色泥岩也证实了这一点。

沉积相方面，区内主体为浅海陆棚相沉积，为优质烃源岩的发育提供了天然保障；开阔海岸相发育的成熟度较高的砂岩层以及辫状河三角洲相的砂砾岩层、砂岩层可以作为优质储集层；同时浅海陆棚相与开阔海岸相、辫状河三角洲相呈夹层或交互相产出，组成了较好的生、储、盖组合。

综上认为，区内晚二叠纪具有较好的油气资源前景。