准西车排子地区石炭系顶不整合 结构地质特征及其地质意义

曾治平 刘显凤

摘   要：准西车排子地区石炭系是油气勘探重点层位。在单井岩心观察、样品测试和测井响应分析的基础上，分析不整合界面上下的岩矿、裂缝、地球化学及物性特征，划分出单井不整合结构。统计分析认为，早期沉积间断造成的风化作用对不整合风化壳的分布有重要控制作用，可通过岩心特征结合地球物理测井数据分析预测不整合面结构顶板的发育展布特征。且不整合结构的分布对于油气成藏具有一定的控制作用，石炭系原油均属于顶板砂岩侧向输导、风化壳顶部水解层封盖、淋滤层有效储集的方式聚集成藏，在断块作用下形成相对独立的油水系统，形成一系列的断块型油藏。由此建立了石炭系顶不整合结构风化壳展布特征的识别方法，其与油气成藏的关系可为类似地区石炭系油气勘探提供地质依据。

关键词：车排子地区;不整合结构;风化作用;发育展布;油气成藏

准噶尔盆地西缘车排子地区石炭系勘探历史由来已久[1-9]。从20世纪80年代开始，车排子地区陆续部署的多口探井在石炭系见到良好显示，表明具备基本成藏条件，但成藏过程与富集规律不清。直到2010年6月，车排子凸起部位排60井在石炭系的钻探获得突破，钻遇石炭系油斑显示9 m/5层，对695～800 m井段进行注气试油，累产油0.46 t，从此打开了车排子凸起高部位石炭系的新一轮勘探。对近年来在石炭系获得油气流的探井进行统计分析，车排子凸起石炭系含油层段距顶多大于50 m，且储层条件与风化作用和断裂活动密切相关，油气可由洼陷带通过断裂-不整合-石炭系储集层逐级向上盘运移，在上盘形成规模性岩性地层油藏[10，11]。早在2000年左右，国内不少地质学者就曾提出准噶尔盆地西北缘斜坡区发育地层不整合油气藏，认为不整合结构的发育演化对附近地层的孔渗条件具较大的改善作用[12-14]。

1  研究区地质概况

车排子地区位于准噶尔盆地西缘，区域构造上位于准噶尔盆地西部隆起区车排子凸起东部。车排子凸起构造区划上归属准噶尔类前陆盆地的造山带前缘隆起斜坡带，是准噶尔盆地西部隆起区次一级构造单元（图1）[15]。

车排子凸起是一个在石炭系火成岩基底之上发育起来的继承性凸起，呈平缓斜坡背景，主体形成时间较早，自晚海西期以来，长期处于隆起状态，晚二叠世开始接受沉积，后期中生界、新生界直接超覆在石炭系之上。车排子地区因处于特定的前陆盆地造山带前缘隆起斜坡带部位，沉积地层均具有从西南侧的四棵树凹陷和东侧的沙湾凹陷向东南倾伏的车排子隆起梁超覆的特点，自下而上沉积了白垩系吐谷鲁群、古近系安集海河组和新近系沙湾组、塔西河組和独山子组等地层。

2  石炭系顶不整合结构地质特征

车排子凸起是一个中生代前长期继承性活动的古隆起，由于不同部位岩性差异、经历风化时间和强度的差异及后期构造改造程度的不同，风化壳的岩矿、裂缝、元素地球化学及物性特征在纵向上存在较大差异。依据纵向上受风化程度的变化，将石炭系顶不整合结构划分为顶板岩石、风化粘土层和半风化岩石3层结构，其中，又将半风化岩石细分为水解层和淋滤层（图2）。

2.1  岩矿特征

在物理、化学风化作用下，石炭系岩石矿物发生蚀变、粘土化，且随着深度的增加，这种现象逐渐减弱。在遭受风化最为严重的地区，顶部岩石蚀变、粘土化严重，形成厚度不一的风化粘土层，以排60井为例，风化粘土层厚约1.5 m，粘土层缺乏层理、呈块状，同时铝土化严重。其次，受风化时间作用，石炭系风化壳厚度普遍较大，整个风化壳厚度接近100 m。在纵向上，上部水解层粘土化现象普遍，颗粒粘土化50%～80%（图3-a，b），岩石破碎成角砾状，裂缝发育，但充填严重;下部淋滤层粘土化现象明显减弱，为10%～50%（图3-c，d），局部破碎，但风化裂缝依然非常发育，与水解层不同的是下部裂缝充填不明显，有效改善了石炭系内部储集结构。

2.2  裂缝特征

纵向上裂缝发育非常明显，风化粘土层裂缝极为发育，但后期压实严重，难以辨认。以岩心观察裂缝密度统计结果来看，水解层顶部裂缝密度达30条/10 cm，呈网状分布，充填严重，多为泥质与铁质充填，部分充填沸石（图3-e）。随深度增加，裂缝密度略减少，在淋滤层裂缝密度统计约11条/10 cm，但从充填矿物分析结果来看，泥质与铁质含量极少，多为沸石和钙质充填，在流体活动过程中，极易再次形成流体运移通道（图3-f）。

2.3  元素地球化学特征

通常在遭受物理、化学风化作用过程中，伴随着易迁移矿物元素的流失，难迁移元素得以保留，造成纵向上的元素变化特征跃迁[16，17]。车排子石炭系顶部风化壳元素纵向分布特征明显，在风化淋滤过程中，Na，Al，Mg等元素流失非常明显，且越靠近风化壳顶部，流失量越大，与之相反的难迁移元素，如Ti则相对富集，Fe含量也因风化淋滤作用表现为富集现象（图2）。

2.4  物性特征

综合石炭系风化壳矿物组分、裂缝发育等特征，石炭系风化壳不同结构层物性差异非常明显，顶板砂岩作为后期沉积砂岩，物性较好，是有利的油气输导、储集层;风化粘土层则常作为盖层;水解层尽管裂缝非常发育，但因充填现象明显，物性条件反而没有下部淋滤层好，形成一套致密盖层，而风化淋滤层则因裂缝保存条件较好，有效改善了石炭系储集性能，也是一套有效的储集层。

3  不整合结构的测井特征及判识

不整合面与油气的运聚有密切关系，正确识别不整合面对未知油气田勘查具重要指导意义[18-22]。测井资料作为研究的重要基础资料之一，是研究地层不整合接触的重要手段，在不整合界面识别中具重要作用。

不整合面的发育时间及上覆和下伏地层的物质组成、地层压实和成岩作用的差异等因素形成的地质突变现象，沉积作用造成的地层缺失、风化粘土层和半风化岩石等，均可在测井资料中得到反映，使不整合面上下测井曲线具异常响应特征。排70井沙湾组（N1s）/石炭系不整合结构的顶板岩层为沙湾组（N1s）砂砾岩，半风化岩层为石炭系凝灰岩，不整合面上下地层的电阻率、三孔隙度、自然伽马曲线在不整合面处形成一个明显台阶（图4）。因此，可利用测井曲线在垂向上的异常变化进行不整合面的识别和结构的确定。

4  不整合结构展布特征

车排子地区由于地层超剥频繁，导致石炭系顶面存在多种不整合，N/C、E/C、K/C和J/C不整合面。不整合间断时间长，不整合面下原岩岩相组成复杂，既有砂岩、泥岩等碎屑岩，也有安山岩、英安岩、玄武岩等火山岩;石炭系顶面不整合类型多样，凸凹相间，古地形起伏变化大;不整合顶板沉积环境多样，不同部位分别发育冲积扇、河流、三角洲、滨浅湖、深湖半深湖等沉积类型;以上因素决定了石炭系顶不整合结构的空间发育最为复杂。综合考虑风化条件及保存条件对不整合结构的影响，认为车排子地区石炭系顶面不整合发育3层结构，均位于坡度较缓的斜坡带，凸起区、陡坡带因后期保存条件较差，不整合结构为两层结构。侏罗系顶面不整合结构基本不发育粘土层，主要为两层结构。

5  不整合结构展布与油气分布的关系

前人对于不整合结构在油气成藏中的作用做了大量研究。杨勇等认为准噶尔盆地乌尔禾-夏子街地区油藏与不整合密切相关，由削截不整合、断褶不整合形成的不整合面遮挡油气藏和超覆不整合形成的地层超覆油气藏[23]。曹剑等通过统计准噶尔盆地不整合上下油气藏，认为不整合是油气运聚的有利通道[24]。候连华等认为西北缘克百断裂带石炭系有利储层受断裂、裂缝和长时间风化淋滤控制，提出油气沿断裂带富集，改变了断裂起封堵作用的原认识，促进了克百断阶带石炭系的重新勘  探[25]。吴孔友等通过物理模拟实验，将不整合纵向上划分为3层结构：不整合面之上岩石、风化粘土层及半风化岩石。同时提出不整合不仅是油气长距离侧向运移的重要通道，而且能形成地层不整合油气藏[14]。

自排60井在石炭系钻遇油层后，先后在该区内部署一大批针对石炭系的井位，均获得良好的油气流，如排66、排661等。从显示层段来看，石炭系主要含油层段都处于不整合结构内部，但典型特点是含油层段距石炭系顶普遍大于50 m，这也充分解释了早期石炭系未能获得成功的地质成因，其次，也表明石炭系顶风化作用最强的结构层反而不是油气有利储集空间，油气主要聚集在不整合结构内的淋滤层内（图5）。从油气藏类型来看，石炭系原油均来自邻近的沙湾凹陷二叠系原油，利用地球化学示踪技术，结果表明石炭系原油均属于顶板砂岩侧向输导、风化壳顶部水解层封盖、淋滤层有效储集的方式聚集成藏，在断块作用下形成相对独立的油水系统，形成一系列的断块型油藏。

6  结论

準噶尔盆地西缘车排子地区石炭系油气富集，是油气有利的聚集区带。通过对不整合结构地质分析，表明石炭系风化壳可划分出风化粘土层和半风化岩石，其中半风化岩石上部的水解层受水岩作用影响形成区域分布的有效盖层，而下部的淋滤层则在物理、化学风化作用下保存了较好的储集空间，是目前车排子地区有利的油气储集空间，断层活动则起到调整作用，因此，深入研究车排子地区石炭系风化壳结构，对于盆缘类型地区的油气聚集成藏具有十分重要的勘探指导意义。

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Geological Characteristics and its Geological Significance of the                 Unconformity on the Top of Carboniferous in Chepaizi Area，        Western Junggar Basin

Zeng Zhiping1，Liu Xianfeng2

（1.Research Institute of Exploration and Development，Shengli Oilfield Company，Sinopec，Dongying，

Shandong，257000，China;2.School of Geosciences，Yangtze University，Wuhan，Hubei，430100，China）

Abstract：The Carboniferous system in Chepaizi area， western Junggar Basin， is the key horizon for oil and gas exploration.On the basis of single well core observation， sample test and well logging response analysis，the rock and mineral， fracture，geochemical and physical characteristics above and below the unconformity interface are analyzed，and the unconformity structure of single well is divided.Statistical analysis shows that the weathering caused by the early depositional discontinuity plays an important role in controlling the distribution of unconformity weathering crust，which can be divided by core characteristics and geophysical logging data.The development and distribution characteristics of unconformity roof are analyzed and predicted.The distribution of unconformity structure has a certain controlling effect on oil and gas accumulation.Carboniferous crude oil belongs to lateral conduction of roof sandstone，capping of hydrolytic layer at the top of weathering crust and effective reservoir formation of leachate layer，which forms relatively independent oil-water system and forms a series of fault block reservoirs.The identification method of weathering crust distribution characteristics of unconformity structure at the top of Carboniferous system and its relationship with hydrocarbon accumulation can provide geological basis for hydrocarbon exploration of Carboniferous system in similar areas.

Key words：Chepaizi Area;Unconformity structure;Weathering;Development and distribution;Hydrocarbon accumulation