准噶尔盆地环玛湖地区三叠系百口泉组物源分析

单 祥 邹志文 孟祥超 唐 勇 郭华军 陈能贵 徐 洋

(1.中国石油杭州地质研究院 杭州 310023；2.中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院 新疆克拉玛依 834000)



准噶尔盆地环玛湖地区三叠系百口泉组物源分析

单 祥 邹志文 孟祥超 唐 勇 郭华军 陈能贵 徐 洋

(1.中国石油杭州地质研究院 杭州 310023；2.中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院 新疆克拉玛依 834000)

通过对百口泉组重矿物特征研究、古流向分析、砾石成分特征研究及地层含砂率特征研究，讨论了环玛湖地区百口泉组沉积时期的物源方面和母岩性质。采用重矿物Q型聚类分析，结合重矿物ZTR等值线图以及地层倾角测井古流向分析，指出环玛湖地区百口泉组存在3大物源体系，分别为北部夏子街物源、西部黄羊泉物源以及东部夏盐物源；通过砾岩成分以及重矿物组合类型研究，认为北部物源和西部物源成分存在差异：北部夏子街物源及夏盐物源成分以凝灰岩和中酸性火山喷出岩为主；西部黄羊泉物源成分以凝灰岩、沉积岩和花岗岩为主。西部物源中花岗岩岩屑含量较高，致使储层刚性颗粒含量高、抗压实能力强，这是西部扇体储层物性普遍优于北部扇体储层物性的原因之一。各物源方向及物源体系与扇三角洲的推进方向具有较好的一致性，因此，利用多种方法结合来划分环玛湖地区百口泉组沉积时期物源是十分有效的。

物源分析 重矿物 聚类分析 百口泉组 玛湖凹陷 准噶尔盆地

0 引言

物源分析是沉积学研究的重要内容，是再现盆地演化、恢复岩相及古地理环境、预测沉积矿床的重要依据[1]。随着实验分析测试手段的不断提高，物源分析方法也日趋多样化，日趋完善。目前物源分析方法总结起来主要有以下几类：常用的方法有重矿物分析法(包括单矿物分析法和重矿物组合法)[2-4]、沉积体系研究法(包括基础编图法、地震地层学分析法、古地貌分析法、古流向分析法)以及轻矿物分析法[5-6]；特色方法有地质年代学研究法(包括磷灰石裂变径迹法、同位素测年法)[7-8]以及地球化学分析法[9-10]。在物源分析过程中，只有将各种方法相结合，取长补短，才能得到较为准确且合理的结论。

准噶尔盆地玛湖凹陷三叠系百口泉组油气勘探近年来获得重大突破，玛北地区获得近亿吨的石油控制储量，玛西地区也获得近七千万吨的石油控制储量。物源分析作为沉积体系研究中一项重要的研究内容，其对于精细刻画砂体展布、对比不同地区储层性质差异性有着重要的指导意义。近年来，前人对玛湖凹陷勘探潜力、层序地层格架、沉积体系、优质储层成因等方面进行了研究，取得了多方面的进展[10-15]，部分研究内容涉及物源分析，但研究方法单一且研究不够深入，特别是没有指出不同扇体物源性质的差异性。本文从砾石成分、重矿物特征、古流向、地层含砂率等方面对环玛湖地区百口泉组物源特征进行综合分析，旨在为下一步油气勘探开发提供地质依据。

1 区域地质背景

玛湖凹陷位于准噶尔盆地西北部，其西北为哈拉阿拉特山和扎伊尔山，东北为陆梁隆起带，凹陷呈NNE向展布，东西宽约50 km，南北长约120 km，面积达4 147 km2。本文研究区—环玛湖地区，范围包括玛北斜坡区、玛西斜坡区、玛东斜坡区，未涉及玛南斜坡区(图1)。准噶尔盆地是晚古生代以来发育在古老结晶地块和部分海西褶皱基底上的多期叠合盆地。二叠纪早期，准噶尔地块受造山带产生的垂直载荷作用岩石圈发生绕曲，西北缘前陆盆地开始形成。早二叠世晚期，塔里木板块与准噶尔地块强烈碰撞，盆地周缘海槽全部褶皱成山，受区域性南北方向的碰撞挤压，盆地早期特有的坳隆间列的构造格局初步形成，玛湖凹陷也初见端倪[16-18]。晚二叠世，随着周缘造山作用的减弱，盆地发生沉陷，沉积范围逐渐扩大，到了二叠纪末期，盆地已经处于较为平坦的沉积状态。三叠纪盆地由二叠纪的强烈压陷期逐渐向拗陷期过渡，三叠纪初，盆地整体抬升遭受剥蚀，随后进入了整体沉积—抬升的震荡发展阶段[19-20]。

本文研究目的层系百口泉组，与下覆二叠系呈不整合接触，其岩性组合主要为厚层砂砾岩夹泥，沉积厚度在50～250 m，自下而上可以分为三段，主要发育扇三角洲粗碎屑沉积体系。

图1 研究区位置及构造剖面图Fig.1 Geological setting and tectonic section of the study aera

2 物源分析

2.1 重矿物特征

重矿物是指碎屑岩中相对密度大于2.86 g/cm3的陆源碎屑矿物，其在岩石中含量较少，一般小于1%。在同一个沉积盆地中，来自同一母岩区、同时期的重矿物之间存在着必然的相关性，因此可以通过同时期重矿物组合反映物源类型[4]。重矿物种类很多，根据其风化稳定性，可以分为稳定和不稳定两类，随着搬运距离的增加，不稳定重矿物发生风化及分解，相对含量不断减小，稳定重矿物相对含量不断增加，因此可以通过重矿物稳定系数判断物源方向和搬运距离。

本次研究中重矿物分析是在新疆油田公司实验检测研究院完成，测试标准是SY/T6336—1997，分析结果见表1。表1列出了研究区百口泉组含量大于1%的主要重矿物，共11种类型，其中最主要的重矿物为绿帘石(1.82%～80.28%)、褐铁矿(1.74%～37.53%)、白钛矿(0%～67.89%)和钛铁矿(0.60%～58.16%)。平面上，不同地区重矿物表现为不同的组成特征：北部夏子街地区(玛001—夏74井一带)重矿物组合主要以绿帘石—褐铁矿—白钛矿—钛铁矿为主；西部黄羊泉地区(乌28—玛18井一带)重矿物组合主要以钛铁—褐铁矿—磁铁矿—绿帘石为主；东部夏盐地区(玛东2—夏盐1井一带)重矿物组合主要以绿帘石—白钛矿—褐铁矿—锆石为主。

表1 环玛湖地区部分井百口泉组重矿物含量统计

2.2 重矿物Q型聚类

聚类分析又称为蔟分析或群分析，是多元数学统计中的一种分类方法，其实质是根据样品或者变量之间的相似程度或者亲疏关系把他们逐步分类的一种方法[21-22]。根据研究目的和对象的不同，又可分为Q型聚类和R型聚类。Q型聚类是将不同样本中的同一变量进行比较，从而确定样本之间的相似程度，对样本进行分类；R型聚类是将同一样本中的不同变量进行比较，从而研究变量之间的相似程度，对变量进行分类。本次研究将不同井作为样本，运用Q型聚类分析，通过样本之间的相似距离对样本进行分类，样本之间距离采用欧几里得距离，通过树状图，可以显示聚类过程，从而比较客观的划分研究区物源。

重矿物聚类分析过程中，需要对每口井的重矿物数据剔除异常值之后进行平均，以最大程度的消除重矿物取样及分离鉴定过程中的人为误差的影响，当分析结果与其他方法的研究结果不吻合时，应该考虑重矿物样品的异常情况，加以剔除，再进行分析。

百口泉组重矿物的Q型聚类树状图(图2)表明，当相似距离在10～18范围内取值时，所有样品可聚为3类：第一类包括夏盐2、盐001和夏盐1井，其代表了东部夏盐方向的物源；第二类包括玛18、玛西1、乌38、乌28井，其代表了西部黄羊泉方向的物源；第三类包括夏11、玛001、玛002、玛11、玛东1、玛132和玛13井，其代表了北部夏子街方向的物源。通过重矿物Q型聚类可以看出，研究区百口泉组沉积时期，主要物源方向有3个，来自于北部的夏子街物源、来自于东部的夏盐物源和来自于西部的黄羊泉物源。

图2 环玛湖地区百口泉组重矿物Q型聚类谱系图Fig.2 Q-type cluster plots of the heavy minerals identified in the Baikouquan Formation in the northern margin of Mahu depression

2.3 重矿物ZTR指数特征

ZTR指数是指重矿物中稳定重矿物锆石(Z)、电气石(T)和金红石(R)的百分含量。ZTR指数可以反应物源的方向和搬运距离。ZTR指数越高，表明沉积物搬运距离越远，岩石成分成熟度越高。根据ZTR等值线图(见图3)，可以看出，研究区有3个ZTR低值区，分别位于凹陷的北部、西部和东部。

研究区北部ZTR指数的低值区分布范围较大，从北部夏11井(1.83)往南到玛13井(2.24)到玛001井(3.7)ZTR指数值逐渐增大，表明北部夏子街物源方向由北向南。

研究区西部ZTR指数从乌38井(1.04)，向盆地中心增大，玛18井ZTR指数达到17.25，表明物源方向由西向东，并且通过对比单井ZTR指数可以看出，玛西物源搬运距离更远，砂(砾)岩成熟度更高。

研究区东部各井ZTR指数值较高，夏盐2、夏盐1井ZTR指数大于10，推测低值区位于更东部的陆梁隆起区，即剥蚀供源区，ZTR等值线表明物源方向由东北向西南，并且沉积物搬运距离也较玛北远。

图3 环玛湖地区百口泉组重矿物ZTR指数等值线图及重矿物组合分布特征Fig.3 Heavy minerals distribution and ZTR contour map of Baikouquan Formation in the northern margin of Mahu depression

2.4 古水流方向分析

地层倾角测井资料蕴含着丰富的地质信息，其在沉积环境研究中发挥巨大的作用。利用地层倾角测井判断古水流方向主要有两种方法：一种是矢量方位频率图法，即为目的层段所有矢量点方位进行统计，在此基础上绘制矢量方位频率图，方位频率图中主峰的方向指示古水流方向。这种方法对于具有一连串倾角和方位稳定的层理发育的储层效果较好，但是对于块状结构储层效果差；另一种是统计目的层段内所有蓝模式的矢量方向，一般来说蓝模式的矢量方向指示着古水流方向[23-24]，因此可以通过蓝模式矢量方向判断古水流向。研究区百口泉组以块状的砂砾岩沉积为主，矢量方位频率图法来判断古水流向效果差，而蓝模式法对研究区古水流方向的识别可靠性较高，并且其结果与FMI成像测井中叠瓦砾石所指示的古水流方向具有较好的对应性(图4)。本次研究以地层倾角测井资料为主，辅以FMI成像测井资料，对研究区百口泉组沉积时的古水流走向进行了识别，共对研究区23口井百口泉组地层倾角蓝模式进行识别统计，结果表明，百口泉组沉积时，研究区北部夏子街扇体古水流主要来自北东向，研究区西部黄羊泉扇体古水流主要来自北西向，研究区东部夏盐扇体古水流主要来自东北方向(图5)。

2.5 砾石成分分析

玛湖凹陷白口泉组岩石类型几乎都是粗碎屑的砂砾岩和中细砾岩，砾石成分变化是确定物源的直接证据，利用不同成分砾石的百分含量资料，可以区分母岩区的主要岩性。对研究区21口井共139个砂砾岩岩芯样品薄片进行仔细鉴定，统计薄片中不同成分砾石的相对含量，再对同一块样品所有砾石含量进行归一化处理，最后对同一口井多个样品砾石归一化百分含量取平均值，作出平面上各井砾石成分百分含量饼图。由图6可以看出，西部黄羊泉物源砾石成分组合为花岗岩+凝灰岩+沉积岩+变质岩；北部夏子街物源砾石成分为凝灰岩+中酸性火山喷出岩+沉积岩；东部夏盐物源砾石成分组合为凝灰岩+中酸性火山喷出岩+沉积岩。西部黄羊泉物源的典型特征是酸性侵入岩花岗岩(图7A)和沉积岩含量较高，北部夏子街物源和东部夏盐物源成分类似，典型特征是凝灰岩和中酸性火山喷出岩(安山岩、流纹岩、霏细岩(图7B))含量较高。前期勘探开发结果表明，西部黄羊泉泉扇体物性要普遍优于北部夏子街扇体。由物源成分分析可知，西部扇体物源富含花岗岩屑岩屑，刚性颗粒含量较高，储层抗压实能力较强，对粒间孔保存更为有利。上述物源成分分析为解释不同地区储层物性的差异性提供了地质依据。

2.6 沉积学证据

由百口泉组砂砾岩百分含量等值线图(图8)分析表明，西部物源体系扇三角洲砂体展布主要由西向东，玛18井位于扇三角洲前缘地带，地层含砂率在50%左右，这与重矿物ZTR值增大方向和地层倾角判断的古水流向一致；北部物源体系扇三角洲砂体主要由北东向南西方向展布，与重矿物ZTR值曲线和古水流向所判断的物源方向一致；东部物源体系扇三角洲砂体主要由东北向西南方向推进，也对应于ZTR指数的增大方向。综上所述，利用重矿物Q型聚类、ZTR等值线图综合地层倾角古水流向的方法对环玛湖地区百口泉组物源区划分及物源方向的判断与其砂体展布规律是相吻合的。

图4 研究区典型井百口泉组地层倾角识别古水流方向特征Fig.4 Paleocurrent direction feature with dip angle of Baikouquan Formation in the study area

图5 环玛湖地区百口泉组地层倾角测井识别古水流向图Fig.5 Paleocurrent direction of Baikouquan Formtion identified by dip logging in the northern margin of Mahu depression

图6 环玛湖地区百口泉组砾石成分分布图Fig.6 Distribution of pebble content of Baikouquan Formation in the northern margin of Mahu depression

图7 玛西物源与玛北物源百口泉组薄片下砾石特征A.黄圈部分为花岗岩砾石，玛18井，3 922.83 m，百口泉组；B.黄圈部分为两块安山岩砾石受挤压呈现线接触，红圈部分为霏细岩岩屑，夏95井，2 781.07 m，百口泉组。Fig.7 Pebble character by thin section from Maxi provenance and Mabei provenance

3 讨论

准噶尔盆地自晚古生代以来，先后经历了海西、印支、燕山和喜山等多次构造运动，这些不同时期的构造运动造就了现今盆地的构造格局与沉积特征[16,20]。玛湖凹陷三叠系百口泉组北部及西部物源主要是由哈拉阿拉特山和扎伊尔山老山剥蚀区提供稳定的物源供给。西—北部的准噶尔盆地界山主要是在海西运动中晚期的中石炭世，受西伯利亚板块与塔里木板块相对运动的影响，准噶尔陆块由离散运动为主的裂谷环境进入了以聚敛运动为主的造山环境下，陆块边缘海槽回返褶皱形成的，并且在二叠纪早期，造山带快速隆升并且遭受剥蚀，已构成主要物源区。西北缘山体推覆现象从晚石炭世一直持续到中侏罗世[18-19]，以各层系底界计算西北缘推覆运动的水平位移，侏罗纪为0.08～0.32 km 三叠纪为0.4～1.4 km；二叠纪为3～7.5 km[18]；由此可见，逆冲运动造成了二叠系沉积时期湖盆边缘被极大的压缩，物源区距离湖盆边界远大于现今认为的数公里距离，可能位于距湖岸线20～30 km的范围内[25]；而百口泉组沉积时，湖盆边缘并未受到很大的压缩，盆地界山剥蚀物源区与湖盆距离可能为现今认为的数公里至十几公里，因此沉积物出了山口形成冲积扇，随即便直接入湖，这也印证了近年来研究认为百口泉组发育扇三角洲沉积体系[11-13]的结论。

东部夏盐物源本文认为主要由陆梁隆起带剥蚀供源。陆梁隆起分隔乌伦古坳陷和中央坳陷(见图1中全盆地构造图)，也是在海西晚期形成的古隆起。其二叠纪至三叠纪早中期一直处于隆升状态，除了与玛湖凹陷和盆1井西凹陷相邻的地方沉积有厚度不大的二叠系外，陆梁隆起大部分地区缺失二叠系沉积。三叠纪中晚期至侏罗纪，陆梁隆起逐渐下沉，接受了上三叠统、侏罗系沉积，但厚度相对南北两个坳陷都要薄。由过玛湖凹陷与夏盐凸起的地震剖面(图9)可以看出，在玛湖凹陷东部，风城组到百口泉组都向夏盐凸起超覆沉积，夏盐凸起顶部缺少百口泉组及之前的沉积，这也表明二叠纪到早三叠世，夏盐凸起一直都是古凸起，玛湖凹陷百口泉组沉积时期，其处于湖盆边缘，理应为一个较稳定的剥蚀供源区。那么东部物源会和北部物源是否可能为同一物源区，笔者认为两者为不同的物源区，主要原因是百口泉组为扇三角洲沉积体系，扇三角洲强调由冲积扇直接入湖形成，其不同于曲流河三角洲，河流可以绕弯输送沉积物；前人研究证实了玛东地区发育扇三角洲扇体，那么肯定存在东部物源。

图8 环玛湖地区百口泉组砂砾岩含量百分比等值线图Fig.8 The isoline of glutenite content of Baikouquan Formation in the northern margin of Mahu depression

4 结论

(1) 通过重矿物Q型聚类分析方法，将研究区百口泉组物源划分为三大体系，北部夏子街物源体系、西部黄羊泉物源体系和东部夏盐物源体系。通过重矿物ZTR等值线图和古水流向，判断沉积时期各物源的具体方向，北部夏子街物源方向由北东向南西；西部黄羊泉物源方向由西向东南，东部夏盐物源方向由东北向西南。

(2) 通过百口泉组若干砾石成分鉴定统计，判断三大物源的母岩类型，西部黄羊泉物源成分为凝灰岩+花岗岩+沉积岩+少量变质岩；北部夏子街和东部夏盐物源成分类似，为凝灰岩+中酸性火山喷出岩+沉积岩；西部黄羊泉物源花岗岩屑含量高，致使储层刚性颗粒含量高，抗压实能力强。

(3) 各物源体系及物源方向与扇三角洲主推进方向一致，因此利用多种方法结合来划分环玛湖地区百口泉组沉积时期物源是十分有效的，本文研究方法可以较有效的应用到其他凹陷盆地的物源分析中。

图9 过夏76—玛东2—陆2井地震剖面Fig.9 Seismic reflection profiles through Well Xia76 to Well Lu2

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Provenance Analysis of Triassic Baikouquan Formation in the Area around Mahu Depression, Junggar Basin

SHAN Xiang1ZOU ZhiWen1MENG XiangChao1TANG Yong2GUO HuaJun1CHEN NengGui1XU Yang1

(1. PetroChina Hangzhou Institute of Geology, Hangzhou 310023, China;2. Petroleum Exploration and Development Institute, Xinjiang Oilfield, PetroChina, Karamay, Xinjiang 834000, China)

By study of heavy mineral, paleocurrent direction, pebble content and the glutenite percentage, this paper discussed the provenance and the content of material source rock of Baikouquan Formation in the area around Mahu depression. By the method of Q-type clustering analysis, Paleocurrent direction analysis combine ZTR map, it shows that there are three distinct sediment sources of Baikouquan Formation in the study area: the northern Xiazijie provenance, the western Huangyangquan provenance and the eastern Xiayan provenance. The hauling distance of western provenance and eastern provenance are longer than northern provenance's. By analysis of pebble content and heavy mineral combination, it shows that there exist difference of material source rock content between northern provenance and western provenance. The content of northern provenance are primarily tuff, intermediate-acid volcanic rock, while the content of western provenance are tuff, sedimentary rock and granite. As the western provenance has higher content granite, so do the higher content hard particle, and which makes the reservoir has stronger ability to resist the compaction. The directions of different sediment sources identified are in accordance with the main building directions of fans delta. Using comprehensive analysis with several methods to identify source area in the study area is quite effective.

provenance analysis; heavy mineral; cluster analysis; Triassic Baikouquan Formation; Mahu depression; Junggar Basin

1000-0550(2016)05-0930-10

10.14027/j.cnki.cjxb.2016.05.012

2015-11-16； 收修改稿日期： 2016-03-01

国家重点基础研究发展规划(973计划)项目(2014CB239002)；中国石油股份有限公司科技专项(ZX2012E-34-01)[Foundation: National Basic Research Program of China (973 Program), No. 2014CB239002; Science and Technology Program of PetroChina Co. Ltd, No. ZX2012E-34-01]

单 祥 男 1988年出生 硕士 油气储层地质 E-mail：shanx_hz@petrochina.com.cn

P618.13

A