准噶尔盆地永进地区侏罗系西山窑组顶部沉积相研究

刘 明， 田亚铭， 杨明林， 王小明， 黄宏业， 李 广

(1.核工业二三〇研究所，湖南 长沙 410007；2.成都理工大学 地球科学学院，四川 成都 610059；3.中国石化胜利油田分公司 勘探开发研究院，山东 东营 257015；4.湖南省核工业地质局 三一一大队，湖南 长沙 410000)

准噶尔盆地腹部永进地区侏罗系和白垩系之间普遍发育一套紫红色砂泥岩段，厚度为40～70 m，上部以紫红色泥岩为主，夹紫红色、灰色砂岩，下部为灰色砂岩与紫红色泥岩互层。随着该区深部油气勘探的实施，在永1井、永3井西山窑组顶部砂岩中获得工业油气流，其他井也见较好的油气显示，成藏条件极为有利，彰显了西山窑组顶部具有良好的勘探开发潜力。

前人对永进地区西山窑组顶部紫红色砂泥岩段沉积相进行了一定研究：贺振建(2009)根据岩芯、黏土矿物组成、泥岩氧化物比值等分析认为红层形成于半干旱半潮湿古气候、滨浅湖或辫状河三角洲前缘沉积环境；丁咸宝等(2009)利用岩芯观察、黏土矿物、微量元素等测试方法对红层沉积环境进行研究，表明红层是半干旱-半潮湿气候条件下陆上-滨湖浅水环境沉积作用形成的产物；罗洋等(2007)通过对岩芯、薄片等资料的分析认为西山窑组顶部经历了辫状河三角洲前缘-滨浅湖的沉积演化。以上研究成果显示西山窑组顶部发育一套相对浅水的辫状河三角洲前缘-滨浅湖-陆上沉积环境。利用该区永2井、永6井、永7井西山窑组顶部砂泥段岩芯资料，结合泥岩微量、稀土元素地化分析数据，对其岩性组合特征、沉积旋回特征以及沉积构造特征进行研究，以期为该区西山窑组顶部沉积相研究提供支撑，为该区下一步油气勘探提供参考。

1 地质概况

准噶尔盆地位于新疆维吾尔自治区北部，四周为褶皱山脉，西北部为哈拉阿拉特山和扎伊尔山，东北为克拉美丽山和青格里底山，南面为博格达山及伊林黑比尔根山，平面形状呈南宽北窄的近三角形，东西宽700 km，南北长370 km，面积13×104km2，平均海拔约500 m，是我国大型叠合含油气沉积盆地之一(佟殿君等，2006；王斌，2013)。

永进地区地处准噶尔盆地腹部中3区块，大地构造上位于昌吉凹陷西段、车莫古隆起南翼(图1)。受车莫古隆起在侏罗纪末期剧烈抬升的影响，永进地区侏罗系遭受了大范围的剥蚀，在区内残留了西山窑组、三工河组和八道湾组，缺失了齐古组、喀拉扎组与头屯河组，侏罗系西山窑组与上覆白垩系呈地层不整合接触(朱允辉等，2008)，如表1所示。盆地腹部侏罗系西山窑组早期沉积极为广泛，为河流沼泽相沉积，发育砂岩、砾岩、泥岩、煤层及炭质页岩，主要为含煤建造(王树华，2009)；西山窑组沉积后期在车莫古隆起周边形成一系列小型滨浅湖滩坝沉积及小型三角洲沉积(纪友亮等，2010)。永进地区西山窑组早期到末期主要经历了浅湖-沼泽-辫状河三角洲前缘—滨湖相的沉积演化(罗洋等，2007)。

图1 研究区构造位置及井位分布图

表1 永进地区侏罗系简表

2 沉积体系分析

沉积岩的原始沉积构造(层理构造、层面构造、同生变形构造)是沉积岩沉积环境及沉积相分析的重要标志，可以推断沉积时期沉积介质性质和能量条件等方面的信息(孙朕，2012)。通过对永进地区西山窑组顶部永2井取芯段(5 956.92～5 974.56 m)、永6井取芯段(6 019.00～6 050.55 m)以及永7井取芯段(6 095.00～6 103.70 m)岩性组合、沉积旋回及沉积构造特征进行研究，以期恢复该地区西山窑组顶部碎屑岩段沉积环境。

2.1 永2井取芯段沉积相研究

本次对永2井取芯段(5 956.92～5 974.56 m)岩性组合、韵律旋回、沉积构造进行分析(图2)。5 973.30～5 974.56 m段岩性组合垂向特征主要显示为两个反韵律沉积旋回，单个反韵律旋回厚约0.4 m，由底部泥岩(粉砂岩)、中部粉砂质泥岩(中砂岩)以及顶部细砂岩(砾岩)构成，发育泥岩旋转撕裂屑(图3A)、变形包卷层理(图3B)、浪成砂纹层理、上攀纹层等构造，碎屑颗粒分选性很差，局部显示出典型的碎屑流结构，可见强烈的生物扰动构造，解释为浊流水道的近端决口扇沉积。5 971.10～5 973.30 m段岩性发育波痕交错纹层、上攀纹层(图3C)、攀升层理(图3D)、波状层理、丘状交错层理和洼状交错层理(图3E)。我国部分学者将丘状交错层理作为风暴事件的指示性沉积构造，赖志云等(2010)认为丘状交错层理发育于正常浪底之下、风暴浪底之上的水域，在风暴引起的螺旋式前进的涡流作用下形成。洼状交错层理是丘状交错层理的伴生部分，在沉积序列上常位于丘状交错层理之上。该段岩芯发育的丘状交错层理、洼状交错层理、攀升层理等沉积构造指示为受风暴流影响的浊流水道沉积。5 968.30～5 971.10 m段底部灰褐色中砂岩、粉砂岩中见细砾，发育羽状交错层理、正粒序，生物扰动强烈。中部褐灰色细砂岩发育水平层理，上部可见不完整“鲍马序列”的A、B段(图3F)，其中薄的富细砾条带为片流沉积产物，该段解释为深水环境的浊流叶状体。

图2 永2井西山窑组取芯段(5 956.92～5 974.56 m)综合柱状剖面及沉积相解释图

图3 永2井西山窑组顶部典型沉积构造特征

上部(5 956.92～5 968.30 m)岩性主要为褐灰色细砂岩、中砂岩，灰褐色细砂岩。其中，褐灰色中砂岩底部含细砾、透镜状砾石条带，中部见剪切面，顶部发育底冲刷面构造。褐灰色细砂岩顶部见变形构造、强生物扰动构造，局部发育小型反韵律沉积序列。该段整体解释为浊流水道、叶状体及砂质滑塌沉积。

2.2 永6井取芯段沉积相研究

对永6井取芯段深度6 019.00～6 050.55 m段岩性组合特征、结构、沉积构造特征进行观察、分析(图4)。6 049.00～6 050.55 m段砂岩中见小型泥质纹层(图5A)、强生物扰动构造、羽状交错层理、小型浪成砂纹层理以及底冲刷面构造、泥砾(图5B)，指示出该段为砂质碎屑流沉积。6 041.00～6 049.00 m段灰褐色细砂岩见变形构造、底冲刷构造、风暴沉积、脉状层理、透镜状层理、大型板状交错层理、含泥砾、砾石及浪成砂纹层理等(图5C)，解释为风暴引起的稠密流沉积。6 019.00～6 041.00 m取芯段最大特征见多个砂岩、泥岩接触的剪切面(图5D)、变形构造以及砂球构造(图5E)，是沉积物块体砂质滑塌的表现。此外，砂岩含细砾，分选极差，含多个反粒序沉积(图5F)，为砂质碎屑流沉积。上部褐红色泥岩中含漂浮状态的砾石(图5G)，为泥流沉积。综上分析表明永6井取芯段总体属于前三角洲深水块体搬运沉积，包括砂质碎屑流、砂质滑塌，局部为事件性风暴稠密流沉积。

图5 永6井西山窑组顶部典型沉积构造特征

2.3 永7井取芯段沉积相研究

永7井取芯段深度为6 095.00～6 103.70 m，取芯综合柱状剖面及沉积相解释如图6所示。岩芯段中部(6 098.00～6 102.00 m)主要发育一套含砾中砂岩，砾径为3～23 mm，分选差，磨圆度为棱角状-次圆状，灰褐色泥砾多受挤压变形呈不规则形态分布在砂岩中(图7A)。岩芯段(6 096.00～6 098.00 m)表现为细砂岩沉积，发育指示砂质碎屑流沉积的典型构造，可见变形包卷层理、洼状交错层理、密度流成因呈漂浮状态的砾石颗粒等(图7B～D)。该段岩性组合及沉积构造特征分析表明为深水环境砂质碎屑流沉积。

图6 永7井西山窑组取芯段(6 095.00～6 103.70 m)综合柱状剖面及沉积相解释图

图7 永7井西山窑组顶部典型沉积构造特征

2.4 取芯段沉积相对比研究

在对永进地区永2井、永6井、永7井西山窑组顶部取芯段沉积相研究的基础上，分析各沉积相在纵向、横向上发育情况，明确各微相类型在纵向演化及横向分布特征。取芯段下部：永2井地区发育浊流水道、浊流水道近端决口扇沉积，向永6井地区相变为砂质碎屑流、风暴稠密流微相，砂体发育，永7井地区发育砂质碎屑流沉积；取芯段中部：永2井地区发育浊流叶状体、砂质滑塌，永6井地区往东南方向过渡为泥流、砂质滑塌、砂质碎屑流，永7井地区为砂质碎屑流沉积；取芯段上部：永2井地区发育浊流水道、浊流叶状体以及砂质滑塌，永6井地区以泥流沉积为主，局部为砂质碎屑流及砂质滑塌沉积，永7井地区继续发育砂质碎屑流沉积(图8)。

图8 永2井-永6井-永7井西山窑组顶部岩心段沉积相对比图

3 古氧化还原条件研究

在沉积过程中，沉积物会吸附某些元素或者会与水介质中的元素进行交换，这种吸附和交换作用往往受到沉积介质物理化学条件的影响(钱利军等，2012)。因此，可以利用沉积物中特定微量元素及稀土元素地化指标值来研究古介质环境。

本次研究重点对永2井(5 957.07～5 997.00 m)、永6井(6 010.80～6 039.21 m)及永7井(6 120.63 m)西山窑组顶部红色泥岩进行采样，取样位置见图2、图4。分析测试工作在成都理工大学材料与化工学院完成，测试过程中采用标样和平行样进行质量检验和控制，微量、稀土元素分析误差控制在5%，分析结果见表2。总结前人(任文林等，2017；黄静等，2015；饶耕玮，2018)分析古水体氧化还原条件常用的一些地化指标(表3)，结合本次泥岩测试分析结果，对相应地化指标进行统计对比分析(表4)，结果均指示永进地区西山窑组顶部红色泥岩原始物质沉积于相对深水的还原水体环境中。

表3 泥岩古水体地化分析指标判定值

表4 永进地区西山窑组顶部红色泥岩古水体地化指标

图4 永6井西山窑组取芯段(6 019.00～6 050.55 m)综合柱状剖面及沉积相解释图

表2 永进地区西山窑组顶部红色泥岩微量元素、稀土元素测试分析表

4 讨论

基于对永进地区侏罗系西山窑组顶部岩芯观察、分析，显示该段地层深水相沉积发育，具有砂质滑塌、砂质碎屑流、浊流以及悬浮堆积的深水泥沉积，为该区西山窑组顶部发育的典型沉积类型。将砂质滑塌、砂质碎屑流沉积过程归为深水块体搬运沉积(图9)。深水块体搬运沉积主要分为砂质滑动、砂质滑塌以及砂质碎屑流三类，该类沉积在深水环境中普遍发育，主要受沉积速率、古地形坡度、构造运动等因素所诱发，尤其是高沉积速率的三角洲前缘，沉积厚度大同时受自身重力或者构造运动等作用，最容易在三角洲前缘-前三角洲过渡部位形成深水块体搬运沉积。区域上车莫古隆起的幕式构造运动为永进地区西山窑组后期该沉积的发育提供了良好的条件，永进地区永2井、永6井及永7井西山窑组顶部岩芯中含有丰富的深水块体搬运沉积形成的沉积构造标志(图3，5，7)，如永2井5 974.43 m岩芯显示深水砂岩中的变形泥岩构造，泥岩受挤压变形、撕裂旋转、断裂成不连续、不规则形态的泥岩碎屑分散在砂岩中(图3A)，指示未完全固结成岩的泥岩经历了快速挤压搬运沉积过程。

图9 深水块体搬运沉积模式图(Shanmugam，2011)

准噶尔盆地腹部永进地区西山窑组顶部深水块体搬运沉积的标志性构造显示该沉积作用类型在西山窑组后期普遍发育，具有一定的对比性。这与顶部红色泥岩古氧化还原地化指标指示的还原深水环境相吻合。

5 结论

(1)通过对永进地区西山窑组顶部取芯段岩性组合、沉积旋回及沉积构造特征的研究，显示该段地层为深水相沉积，包括砂质滑塌、砂质碎屑流、浊流以及呈悬浮堆积的深水泥。其中，砂质滑塌、砂质碎屑流沉积过程为深水块体搬运沉积。

(2)永进地区西山窑组顶部红色泥岩微量、稀土元素测试分析显示：Th/U值为3.67～5.58，平均值为4.32；V/(V+Ni)值为0.49～0.60，平均值为0.55；Ce异常值为-0.06～0，平均值为-0.03。泥岩地化指标均指示沉积于相对深水的还原水体环境中。