准噶尔盆地乌夏地区侏罗系层序控制因素及油气成藏模式

陈世悦，王 越，王 剑，王 玲，杨 坤

（1.中国石油大学地球科学与技术学院，山东青岛266580；2.新疆油田公司实验检测研究院，新疆克拉玛依834000；3.中石化中原油田勘探开发研究院，河南郑州450004；4.中石化西北油田分公司完井测试管理中心，新疆库尔勒841600）

准噶尔盆地乌夏地区侏罗系层序控制因素及油气成藏模式

陈世悦1，王 越1，王 剑2，王 玲3，杨 坤4

（1.中国石油大学地球科学与技术学院，山东青岛266580；2.新疆油田公司实验检测研究院，新疆克拉玛依834000；3.中石化中原油田勘探开发研究院，河南郑州450004；4.中石化西北油田分公司完井测试管理中心，新疆库尔勒841600）

根据露头、岩心、钻测井及地震等资料，对准噶尔盆地乌夏地区侏罗系层序地层特征、沉积相类型及层序发育的控制因素等进行研究。结果表明：乌夏地区侏罗系可划分为1个二级层序（JSS1）、4个三级层序（JSQ1-JSQ4）、11个体系域，沉积相类型包括扇三角洲、曲流河、辫状河、曲流河三角洲、辫状河三角洲和湖泊等；构造运动、物源供给、湖平面升降是乌夏地区侏罗系层序发育的主要控制因素，但在不同位置作用强度有所差异，分别形成不同类型的油气藏；夏子街、红旗坝地区层序JSQ1低位域形成地层超覆油气藏，哈拉阿拉特山东侧以南的地区层序JSQ4低位域形成地层不整合遮挡圈闭油气藏，黄羊泉、乌尔禾地区层序JSQ1低位域形成地层不整合遮挡油气藏。

准噶尔盆地；乌夏地区；侏罗系；层序地层；沉积相；控制因素；油气成藏模式

侏罗系是准噶尔盆地乌夏地区重要的勘探目的层系，已发现风城、乌尔禾、夏子街3个油田。近年来通过在山前冲断带进行油气勘探，在侏罗系相继发现了春晖、阿拉德2个新油田，表明乌夏地区侏罗系仍具有较大勘探潜力。近20年来，众多专家学者对准噶尔盆地侏罗系开展了层序地层学及沉积学等方面的研究工作，提出多种观点与认识［1-7］。然而，针对乌夏地区侏罗系开展的层序地层和沉积相方面的研究工作相对较少，并且研究范围仅限于乌夏断褶带及其以南地区［8］，制约了油气勘探及部署。笔者根据露头、岩心、钻测井及地震等资料，对准噶尔盆地乌夏地区侏罗系层序发育的控制因素及层序地层格架内“生—储—盖”组合进行研究，建立研究区油气成藏模式，为下一步油气勘探提供依据。

1 地质概况

乌夏地区位于准噶尔盆地西北缘，北部以达尔布特断裂为界与和什托洛盖盆地相接，南邻玛湖凹陷，由北向南分为山前冲断带、乌夏断褶带、南部单斜带3个构造单元（图1）。侏罗系自下而上发育八道湾组、三工河组、西山窑组，头屯河组与齐古组剥蚀殆尽。八道湾组与三叠系为区域性不整合接触，总体上是由灰绿色砾岩、砂岩、泥岩和煤层组成的具有明显旋回性的沉积，一般厚度为200～400 m，自下而上由粗到细再到粗，依其旋回特征划分为3段。三工河组以灰色泥岩、泥质粉砂岩为主，夹灰绿色砂砾岩、砂岩，一般厚度为100～300 m，依其岩性可划分为3段（J1s1，J1s2，J1s3）；J1s2被泥岩分隔为两套砂岩组合（J1s21，J11s21），J1s21横向不稳定，在单斜带以北地区被剥蚀。西山窑组在山前超覆于石炭系或三叠系之上，主要发育灰绿、灰白色砂砾岩，夹泥岩与煤层，一般厚度为0～200 m，自下而上可划分为3段。

图1 乌夏地区构造位置、构造特征及地层特征Fig.1 Location，tectonic characteristics and stratum feature of Wuxia area

图2 乌夏地区侏罗系地震层序界面特征（L12370测线）Fig.2 Seismic characteristics of sequence boundaries of Jurassic in Wuxia area

图3 乌夏地区侏罗系层序地层划分方案Fig.3 Sequence stratigraphy division scheme of Jurassic in Wuxia area

2 层序地层格架

乌夏地区侏罗系沉积于较明显的构造坡折带之上［9-10］，通过钻测井、地震资料识别层序界面、首次湖泛面及最大湖泛面（图2），将乌夏地区侏罗系划分为1个二级层序、4个三级层序、11个体系域。层序JSQ1、JSQ2、JSQ3由低位域、水进域及高位域组成；层序JSQ4遭受强烈剥蚀，仅保存低位域与水进域（图3）。层序JSQ1形成时期是准噶尔盆地下沉的早期阶段，地层分布广泛，一般厚度为100～300 m，最厚可逾400 m。层序JSQ2沉积厚度不大，一般厚度为30～120 m，横向变化较小，沉积中心向南迁移。层序JSQ3形成早期准噶尔盆地再次沉降，发生大规模湖侵，乌夏地区接受较厚沉积，最厚可逾250m，形成后期燕山运动一幕表现强烈，黄羊泉地区抬升，沉积中心向东南方向迁移。层序JSQ4后期遭受强烈剥蚀，部分地区（如黄羊泉、乌尔禾地区）剥蚀殆尽，残存厚度一般为40～80 m，最厚约为120 m。

3 层序格架内沉积特征

通过对研究区露头、岩心、钻测井和地震资料的综合研究，归纳出乌夏地区侏罗系共发育扇三角洲、辫状河、曲流河、曲流河三角洲、辫状河三角洲、湖泊等沉积相类型。

3.1 沉积相类型

3.1.1 扇三角洲相

层序JSQ1低位域沉积时期，哈拉阿拉特山（简称“哈山”）南缘以扇三角洲平原分流河道沉积为主，由多个正韵律砂体叠置形成，单砂层厚度多为2～3 m，最厚可达5 m（图4（a））。单砂层底部由分选磨圆极差的灰白、灰绿色中细砾岩、含砾粗砂岩组成，砾石多呈高角度不稳定堆积，反映近源快速堆积的特点（图5（a））；中部由分选较差的灰绿色细砾岩、含砾粗砂岩组成，砾石叠瓦状堆积（图5（b））；顶部发育灰白、灰绿色中粗砂岩，见大量炭屑（图5（c））。

3.1.2 河流相

层序JSQ2、JSQ3、JSQ4低位域以辫状水道和心滩沉积为主（图5（d））。露头上水道砂体底凸顶平，以厚层砂砾岩、中粗砂岩沉积为主，发育大型槽状交错层理，底部发育冲刷面（图5（e））；测井曲线为中高幅箱形或钟形（图4（b））。心滩砂体呈底平顶凸的几何形态，由灰绿色含砾中粗砂岩组成，发育大型板状交错层理（图5（f））；测井曲线以中高幅箱形为主（图4（b））。泛滥平原在局部发育，由棕红色粉砂质泥岩、泥岩组成，夹铁质结核（图5（d））。

图4 乌夏地区侏罗系沉积相岩电特征Fig.4 Rock and well log characteristics of sedimentary facies of Jurassic in Wuxia area

层序JSQ4水进域以曲流河边滩、泛滥平原沉积为主，具有典型的“二元结构”（图4（b））。边滩发育灰绿色中粗砂岩，砂体一般厚4～5 m；测井曲线为中幅指形。泛滥平原以厚层棕红色泥岩、粉砂质泥岩沉积为特征；测井曲线基于平直。

3.1.3 辫状河三角洲相

层序JSQ3水进域和高位域发育大规模辫状河三角洲。水进域以河口坝沉积为主，发育灰绿、灰色细砂岩，为反旋回特征。高位域以辫状河三角洲平原分流河道、沼泽微相沉积为主（图4（c））。分流河道底部发育灰色、灰绿色砂砾岩，磨圆分选较差（图5（g）），可见根茎化石（图5（h））；向上为灰绿色粉细砂岩，发育波状层理（图5（i））。沼泽以暗色泥岩为主，夹薄层灰绿色粉砂岩（图4（c））。

3.1.4 曲流河三角洲相

层序JSQ1、JSQ2水进域及高位域沉积时期发育曲流河三角洲，其中水进域以河口坝沉积为主。图孜阿克内沟剖面可见约6 m厚河口坝砂体，底部为灰绿色泥岩夹有薄层粉细砂岩，发育水平层理；向上砂岩层数变多、厚度变大，顶部发育约1 m厚的块状层理砂岩，整体为反旋回沉积特征（图5（j））。

3.1.5 湖泊相

准噶尔盆地侏罗纪湖泊沉积发育，乌夏地区主要为滨浅湖相，以厚层灰绿色泥岩、泥质粉砂岩及粉砂质泥岩沉积为主，测井曲线呈低幅平直形或低幅漏斗形（图6）。在露头上西山窑组可见浪成波痕，峰尖谷圆，波长6～15 cm，波高1.5～2 cm，波痕指数4～10（图5（k））；

图5 乌夏地区侏罗系岩心、露头典型沉积特征Fig.5 Typical core and outcrop sedimentary characteristics of Jurassic in Wuxia area

3.2 沉积体系展布特征

在单井和连井沉积特征分析的基础上，结合砂砾岩厚度、砂砾岩百分含量及地层厚度图，以体系域为编图单元绘制沉积相平面展布图，揭示乌夏地区侏罗系各层序单元的沉积体系展布特征。

3.2.1 层序JSQ1沉积时期

层序JSQ1低位域以扇三角洲沉积为主，分布广泛（图7（a）），整体厚度大，最厚可达160 m（图6）。水进域时期准噶尔盆地发生侏罗纪以来最大规模的一次湖侵［1］，乌夏地区以三角洲和湖泊沉积为主，哈山东侧和夏子街以南地区以三角洲前缘沉积为主，砂体向湖盆中心延伸约19 km（图7（b））。高位域沉积时期，转为干旱气候［11］，区内有11口井出现棕红色、棕黄色泥岩，10余口井含煤，表明乌夏地区曲流河三角洲平原规模增大，主要在哈山东侧及夏子街以南地区发育（图7（c））。

3.2.2 层序JSQ2沉积时期

层序JSQ2形成时期，准噶尔盆地处于不均匀升降阶段，盆地北部基底抬升，沉积中心向南迁移［2，6］。低位域沉积期，乌夏地区发育大范围辫状河，砂砾岩一般厚度为20～30 m（图7（d））。哈山东侧重13井、重12井、北浅2井以南地区河道连片发育，砂砾岩含量一般大于40%。黄羊泉与夏子街地区河道较窄，泛滥平原较发育。水进域沉积期，以湖相沉积为主。高位域沉积期发生大规模湖退，发育多个小型三角洲（图6）。

图6 乌夏地区侏罗系黄1井-旗3井沉积剖面图Fig.6 Sedimentary facies profile crossing well Huang3 and well Qi3 in Wuxia area

图7 乌夏地区侏罗系沉积体系平面展布Fig.7 Depositional system distribution of the Jurassic in Wuxia area

3.2.3 层序JSQ3沉积时期

层序JSQ3低位域时期，乌夏地区以辫状河沉积为主，砂砾岩分布广泛，最厚约50 m（图6）。水进域时期，发生大规模湖侵，沉积相过渡为辫状河三角洲沉积，以河口坝为主。高位域时期，盆地周缘隆升，哈山东侧以南地区发育大规模辫状河三角洲，其平原约占扇体规模的1/2，砂砾岩含量一般大于75%，砂体向湖盆推进距离可达30 km（图7（e））。

3.2.4 层序JSQ4沉积时期

层序JSQ4低位域沉积时期，湖盆进一步萎缩，沉积中心向东南方向迁移，乌夏地区整体以辫状河和辫状河三角洲沉积为主（图7（f））。哈山东侧以南地区辫状水道连片发育，砂砾岩一般厚度为60～80 m，最厚可逾100 m，砂砾岩含量一般为60%；泛滥平原仅在局部分布。红旗坝地区以辫状河三角洲前缘沉积为主，砂砾岩含量一般大于20%。水进域沉积时期，相对湖平面有所上升，哈山东侧以南地区以曲流河沉积为主，三角洲相仅在红旗坝地区发育。

4 层序发育控制因素

在建立层序地层格架的基础上，通过对层序界面特征、叠置样式及沉积体系展布特征综合研究，结合盆地构造演化［12-15］，认为乌夏地区侏罗系层序发育的主要控制因素为构造运动、物源供给、湖平面升降。

4.1 构造运动

晚期印支运动与早中期燕山运动在乌夏地区表现较强烈，对侏罗系各层序单元的发育起到较强的控制作用。晚印支运动发生在三叠纪末期，盆地整体抬升，形成三叠系与侏罗系之间的区域性不整合界面JSB1，盆地由挠曲-坳陷阶段转为坳陷-沉降阶段，开始了大型坳陷型盆地的演化史［13-14］。准噶尔盆地西北缘南北向挤压作用强烈，造成达尔布特断裂重新活化并派生反冲断层，受其影响发生压陷挠曲作用，乌夏地区斜坡地带继续隆升形成孤立的推覆体，即现今的哈拉阿拉特山［15］，同时在其以南的地区形成了多级阶梯状挠曲坡折带［9-10］。侏罗系沉积于坡折带之上，发育了多个具有I型层序边界的层序单元。

在早期燕山运动影响下，侏罗纪乌夏地区基底升降频繁，对各层序单元沉积演化、沉积体系展布及叠加样式有重要的控制作用。层序JSQ1形成于盆地下沉的早期阶段，基底沉降幅度较大，低位域以扇三角洲相砂砾岩体为主，多发育进积式准层序组，最厚可达160 m；水进域时期，滨浅湖相广泛发育，沉积厚层泥岩；高位域沉积时期，气候炎热干旱，相对湖平面下降，曲流河三角洲规模变大（图7（c））。层序JSQ2沉积时期，盆地处于不均匀升降阶段，北部基岩抬升，沉降中心向南迁移［2，6］，乌夏地区沉积厚度整体不大。层序JSQ3形成早期，准噶尔盆地再次沉降，发生大规模湖侵，沉积较厚地层（图6），后期燕山运动表现强烈，黄羊泉地区逐渐抬升，沉积中心向东南方向迁移（图7（e））。层序JSQ4发育时，燕山运动表现加剧，造成断褶带以北的地区相对抬升［15］，湖平面大幅度下降，乌夏地区过渡为辫状河-曲流河沉积，沉积中心继续向东南方向迁移（图7（f））。

侏罗纪末，中期燕山运动表现强烈［15］，乌夏地区整体抬升，各层序遭受不同程度剥蚀，形成了侏罗系与白垩系之间区域性不整合面KSB1。乌尔禾与黄羊泉地区剥蚀程度最强烈，仅残余层序JSQ1与JSQ2。哈山东侧地区仅层序JSQ4遭受剥蚀，残留有低位域和水进域。夏子街及红旗坝地区各层序单元均遭受剥蚀，其中层序JSQ4剥蚀程度最大。

4.2 物源供给

物源供给直接控制了各层序单元沉积体系展布以及准层序组的叠置样式，其强弱主要受古地貌特征影响。物源供给能力较强的地区地层厚度大，砂体向湖盆方向推进远，多表现为进积式准层序组；物源供给能力弱的地区，地层厚度则相对较薄，沉积物粒度较细，多表现为退积式准层序组。以层序JSQ1为例，哈山东侧风南1井、夏54井及夏24井附近距离哈山较近，地形高差大（图8（a）），物源供给能力强。层序JSQ1低位域在该区以扇三角洲平原沉积为主，砂砾岩体厚度大，砂砾岩含量一般大于70%，整体呈进积式叠置样式（图8（b））；水进域以三角洲前缘河口坝沉积为主，砂体分布广泛，垂向上表现为向上砂岩增多、砂泥比增大的进积式准层序组，单个准层序组厚度为10～20 m；高位域过渡为三角洲相沉积，砂砾岩含量一般大于50%，整体表现为加积式叠置样式。夏子街、红旗坝及乌尔禾地区地形较平缓（图8（a）），物源供给能力相对较弱，层序JSQ1各体系域主要由退积式准层组组成，以泥岩、粉砂质泥岩沉积为主，砂体小范围分布，平均砂砾岩含量小于30%（图8（b））。

图8 古地貌与层序地层叠置样式关系Fig.8 Paleotopography and sequence stratigraphic stacking pattern digram

4.3 湖平面升降

湖平面升降是古构造运动与古气候综合作用的结果，相对湖平面的升降变化控制了层序边界和层序类型，从而对三级层序的发育产生重要影响。侏罗纪乌夏地区存在4个水深由浅变深再变浅的变化旋回（图3），各层序低位域形成时期，湖平面下降至坡折带以下，形成特征明显的I型层序界面。以层序JSQ3为例，层序界面JSB3是典型的I型层序边界，在乌夏地区特征很明显，界面之下地层消截特征明显，界面之上可见明显的上超现象。该层序低位域沉积时期，湖平面下降幅度较大，坡折带之下夏201井区附近发育两套辫状河相砂体，地震同向轴连续、平行，地震反射结构以加积为主；坡折带之上发育一套砂砾岩体，表现为一个中弱振幅、较连续的地震反射同向轴。水进域时期发生大规模湖侵，首次湖泛面之上沉积厚度约20 m的暗色泥岩，后期物源供给能力增强，向上表现为砂岩增厚的进积式叠加样式。高位域时期相对湖平面开始缓慢下降，发育大规模进积式辫状河三角洲。

5 层序与油气成藏模式

由于多种层序控制因素在乌夏地区不同的位置作用强度有所差异，在夏子街-红旗坝、哈山东侧、乌尔禾-黄羊泉等地区形成不同的层序构成样式，具备不同的生储盖组合特点，形成不同类型的油气藏。根据地震剖面反映出的不同地区的构造地层格架特征，钻测井、岩心等资料揭示的沉积体系展布特征，以及油气勘探、开发现状［15-17］，建立乌夏地区侏罗系油气成藏模式。

乌夏地区侏罗系原油主要来自玛湖凹陷二叠系风城组和乌尔禾组，其主要通过不整合面、断层和骨架砂体等输导要素运移至斜坡区，并通过层序界面JSB1在侏罗系中运聚成藏［15-17］。夏子街及红旗坝地区距离物源区较远，砂砾岩沉积较少，后期各层序遭受剥蚀，与上覆白垩系呈角度不整合接触。层序JSQ1低位域扇三角洲砂体向山前超覆，被上覆水进域厚层泥岩遮挡可形成地层超覆油气藏（图9（a）），为有利勘探目标。哈山东侧以南地区物源供给能力强，以砂砾岩、含砾粗砂岩沉积为主，后期层序JSQ4遭受剥蚀，低位域辫状河砂体被不整合面KSB1遮挡形成地层不整合遮挡油气藏，重2井已见油气显示（图9（b））。乌尔禾及黄羊泉地区物源供给能力较弱，砂砾岩体分布范围有限。后期构造运动在本区表现强烈，JSQ3与JSQ4剥蚀殆尽，JSQ1与JSQ2也遭受强烈剥蚀，与上覆地层呈不整合接触。层序JSQ1低位域扇三角洲砂体被不整合面KSB1遮挡可形成地层不整合遮挡油气藏，哈浅1井已见油气显示（图9（c））。

图9 乌夏地区侏罗系油气成藏模式Fig.9 Hydrocarbon accumulation patterns of the Jurassic in Wuxia area

6 结 论

（1）乌夏地区侏罗系划分为1个二级层序、4个三级层序、11个体系域。层序JSQ1、JSQ2、JSQ3由低位域、水进域及高位域组成；层序JSQ4遭受强烈剥蚀，仅残留低位域与水进域。

（2）侏罗系沉积相类型包括扇三角洲、曲流河、辫状河、曲流河三角洲、辫状河三角洲、湖泊等。层序低位域以扇三角洲、辫状河沉积为主，主要分布在哈山东侧以南地区；水进域以三角洲前缘河口坝和滨浅湖沉积为主；高位域主要发育曲流河三角洲、辫状河三角洲，砂体向湖盆方向推进较远。

（3）夏子街、红旗坝地区物源供给不足，后期各层序遭受剥蚀，层序JSQ1低位域形成地层超覆油气藏。哈拉阿拉特山东侧以南的地区物源供给充足，砂体向湖盆方向推进较远，层序JSQ4低位域形成地层不整合遮挡圈闭油气藏。黄羊泉、乌尔禾地区物源供给能力较弱，后期遭受强烈剥蚀，层序JSQ1低位域形成地层不整合遮挡油气藏。

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（编辑 徐会永）

Sequence controlling factors and hydrocarbon accumulation patterns of Jurassic in Wuxia area of Junggar Basin

CHEN Shiyue1，WANG Yue1，WANG Jian2，WANG Ling3，YANG Kun4
（1.School of Geosciences in China University of Petroleum，Qingdao 266580，China；2.Experimental Testing Institute of Xinjiang Oilfield，Karamay 834000，China；3.Research Institute of Exploration and Development，Zhongyuan Oilfield，SINOPEC，Zhengzhou 450004，China；4.Completion Test Management Center，Xibei Oilfield Company，SINOPEC，Korla 841600，China）

Based on multiple data sets such as the outcrop，core，drilling，well logging and seismic data，the sequence stratigraphic characteristics，sedimentary facies types and controlling factors of the sequence development were studied.The results show that the Jurassic in Wuxia area can be divided into one second-order sequence（JSS1），four third-order sequences（JSQ1-JSQ4），and eleven system tracts.The sedimentary facies include alluvial fan，meandering river，braided river，meandering river delta，braided river delta and lake.Tectonic movement，sediments supply，and lake level fluctuation are the main controlling factors of the Jurassic sequence development in Wuxia area，which bear different intensity in different locations，therefore different types of hydrocarbon reservoirs were formed.Stratigraphic overlap traps hydrocarbon reservoirs were formed in the lowstand system tract of sequence JSQ1 in Xiazijie and Hongqiba area；stratigraphic unconformity barrier traps hydrocarbon reservoirs were formed in the lowstand system tract of sequence JSQ4 in the south of east Hala'alate mountain；stratigraphic unconformity barrier traps hydrocarbon reservoirs were formed in the lowstand system tract of sequence JSQ1 inHuangyangquan and Wuerhe area.

Junggar Basin；Wuxia area；Jurassic；sequence stratigraphy；sedimentary facies；controlling factors；Hydrocarbon accumulation pattern

P 539.2

A

陈世悦，王越，王剑，等.准噶尔盆地乌夏地区侏罗系层序控制因素及油气成藏模式［J］.中国石油大学学报（自然科学版），2015，39（6）：24-33.

CHEN Shiyue，WANG Yue，WANG Jian，et al.Sequence controlling factors and hydrocarbon accumulation patterns of Jurassic in Wuxia area of Junggar Basin［J］.Journal of China University of Petroleum（Edition of Natural Science），2015，39（6）：24-33.

1673-5005（2015）06-0024-10

10.3969/j.issn.1673-5005.2015.06.003

2015-06-11

“十二五”国家油气重大专项（2011ZX05013-002）

陈世悦（1963-），男，教授，博士生导师，研究方向为层序地层学及沉积学。E-mail：chenshiyue@vip.sina.com。

王越（1988-），男，博士研究生，研究方向为层序地层学及沉积学。E-mail：620788364@qq.com。