准噶尔盆地西北缘哈山地区二叠系风城组沉积体系

于洪洲，王越，周健，薛雁

（中国石化 胜利油田分公司 勘探开发研究院，山东 东营 257015）

准噶尔盆地玛湖凹陷下二叠统风城组发育碱湖优质烃源岩[1]，是盆地西北缘百里油区形成的重要物质基础[2]。

2011 年，在风南7 井和风南14 井风城组白云质岩储集层中压裂获得工业油流。2018 年，在斜坡区部署玛页1 井，针对风城组细粒白云岩段进行直井多层压裂后试油，最高日产油量为50.6 m3[3]。在哈拉阿拉特山（简称哈山）地区部署的哈山11 井，风城组白云质岩段日产油量峰值为2.26 m3。整体来看，准噶尔盆地西北缘风城组具有良好的油气勘探开发前景。前人针对盆地西北缘原型盆地、沉积充填、构造演化等开展了研究，认为西北缘早二叠世为同沉降阶段[4]，哈山山前地区发育扇三角洲[5]，玛湖凹陷发育半深湖—深湖[6-7]；也有学者认为风城组为残留海封闭后的咸湖沉积[8]，发育巨厚暗色泥岩，富菌藻类有机质，生烃能力强[9]；早二叠世后，哈山地区经历多期逆冲推覆[10]，晚二叠世逆冲推覆变形最强烈，导致该区石炭系—中二叠统推覆叠加[11-12]。前人对风城组沉积体系的研究主要集中在西北缘斜坡带和玛湖凹陷，哈山地区下二叠统风城组逆冲推覆叠加，其原始沉积体系特征尚不明确，制约了该区油气勘探。

本文综合哈山地区和乌夏地区三维地震资料，对该区下二叠统进行构造演化分析，落实地层原始分布范围，进行沉积相类型分析及对比，明确风城组原始沉积体系分布，为该区油气勘探提供依据。

1 区域地质概况

哈山地区位于准噶尔盆地西北缘，北部与和什托洛盖盆地相接，南部与玛湖凹陷相邻，由北向南可划分为逆冲推覆带、乌夏断褶带和南部单斜带[13-14]（图1）。

哈山地区二叠系自下而上发育佳木河组、风城组、夏子街组和下乌尔禾组，风城组自下而上划分为风一段、风二段和风三段。风一段主要发育深灰色白云质泥岩、泥质白云岩和白云质粉砂岩，局部发育火山碎屑岩；风二段发育厚层泥质白云岩和凝灰质白云岩，夹有薄层深灰色白云质泥岩，为白云质岩集中发育段；风三段主要发育灰色砾岩、砂砾岩、含砾粗砂岩等粗碎屑岩，局部发育火山碎屑岩和泥质白云岩。

2 构造特征

准噶尔盆地西北缘石炭纪洋壳俯冲碰撞[15]，达尔布特断裂形成[16]。晚石炭世，达尔布特断裂活动，古生界抬升，形成低矮的加依尔山和哈拉阿拉特山[17]，控制了研究区二叠系沉积。下二叠统风城组沉积时期，研究区为伸展裂陷环境[18-19]，之后经历晚二叠世—三叠纪强烈逆冲推覆阶段、侏罗纪—白垩纪弱挤压逆冲阶段和新生代挤压抬升兼走滑调整阶段。哈山逆冲推覆带主要形成于晚二叠世，与三叠纪—侏罗纪的逆冲推覆相比，二叠纪推覆距离长，缩短量大，不同区域构造变形特征具有显著差异。哈山地区西部整体以推覆叠加为主，地层主要沿风城组膏泥岩顺层滑脱（图2a）；中部整体具有冲断叠加特征，发育4 条主干断层，断层倾角较大（图2b）；东部以冲断褶皱为主，构造活动明显弱于西部和中部，断层倾角较小（图2c）。

3 地层恢复

利用2D-move 软件开展哈山各区域构造演化分析，计算下二叠统变形缩短距离，从而确定地层的原始分布范围，计算各井钻遇地层的推覆移动距离（图3）。研究表明，哈山地区晚二叠世为强烈逆冲推覆阶段，通过典型剖面构造演化分析计算，哈山地区西部、中部和东部下二叠统的变形缩短距离分别为30.0 km、25.2 km 和15.0 km（图4），从西向东地层缩短量减小，反映了挤压作用由西向东逐渐减弱。此外，通过对哈山地区其余多条地震剖面进行构造演化分析，计算出哈山地区下二叠统从早二叠世至现今的缩短距离，西部、中部和东部分别为33.0～40.0 km、25.0～30.0 km 和15.0～20.0 km。

4 沉积体系

4.1 沉积相类型

（1）扇三角洲 扇三角洲主要在哈山地区北部和加依尔山前发育，发育扇三角洲平原和扇三角洲前缘亚相。扇三角洲平原以分流河道沉积为主，主要为褐红色砾岩和砂砾岩，单砂体厚度为5～10 m，自然伽马曲线呈中—高幅箱形或漏斗形，具有底部突变的特征，反映了强烈的冲刷作用（图5a）；块状层理和粒序层理发育，砾石为棱角状—次棱角状，分选较差。砂砾岩粒度概率累计曲线呈宽缓上拱形，滚动总体、跳跃总体与悬浮总体无明显的转折，具有典型重力流沉积特征（图6a）。

扇三角洲前缘发育水下分流河道和水下分流间湾，水下分流河道主要发育灰色—灰绿色砾岩、砂砾岩和含砾粗砂岩，单砂体厚度为5～16 m，自然伽马曲线为中—低幅齿化箱形或漏斗形（图5b），反映水动力减弱，发育块状层理和粒序层理（图7a、图7b），砾石最大粒径达7.5 cm，呈棱角状—次棱角状。砂砾岩中滚动总体约占70%，分选一般；跳跃总体与滚动总体约交于粒度ϕ值为-2 处，跳跃总体约占30%，分选较差（图6b）。水下分流间湾以灰绿色、灰色粉砂质泥岩和泥岩为主，单层厚度为1～2 m。

（2）滩坝 哈山地区风城组局部发育小规模的滩坝，以灰色—灰绿色灰质粉砂岩、泥质粉砂岩与泥岩的薄互层为主，自然电位曲形态线近于平直，自然伽马曲线为中—低幅齿化箱形，具有顶部和底部突变的特征（图5c），为波浪的频繁改造所致。灰质粉砂岩碎屑颗粒主要为石英，含有少量的泥晶方解石胶结物，碎屑颗粒磨圆度较高，大多呈次棱角状—次圆状，分选较好（图7c）。

（3）湖泊 湖泊在哈山地区分布较为广泛，以滨浅湖和半深湖为主。哈山地区中—东部滨浅湖主要为灰绿色泥岩，夹有薄层灰绿色粉砂岩和泥质粉砂岩；中—西部滨浅湖主要为灰绿色和灰色泥岩，夹有薄层泥质白云岩和泥晶白云岩。半深湖主要发育深灰色白云质泥岩，夹有薄层凝灰质白云岩和泥质白云岩（图7d），自然伽马曲线和电阻率曲线的波动均十分显著（图5d）。白云岩中的白云石多呈自形或他形，粒径为50～400µm（图7e、图7f）

4.2 沉积相对比

在平行物源方向（南北向）上，哈山地区北部风城组厚度大，南部厚度小，反映了北低南高的古地貌特征。风一段沉积时期，研究区以滨浅湖和半深湖沉积为主，风南1 井和风南4 井附近发育小规模火山岩喷发相，以灰色凝灰岩和流纹岩为主。风二段沉积时期，半深湖广泛分布，发育大规模深灰色白云质泥岩夹泥质白云岩。风三段沉积时期，研究区北部发育扇三角洲前缘和滨浅湖，南部发育滨浅湖和小规模滩坝砂体（图8a）。

在垂直物源方向（东西向）上，风一段沉积时期，研究区东部火山活动强烈，发育厚层灰色凝灰岩，与滨浅湖亚相的灰色、灰绿色凝灰质泥岩互层；中部主要发育半深湖相白云质泥岩和白云质岩；西部有薄层灰色凝灰岩发育。风二段沉积时期，东部火山活动减弱，薄层滩坝砂体发育；中部仍以半深湖沉积为主，发育厚层灰色泥质白云岩，夹薄层深灰色白云质泥岩；西部有厚层凝灰岩发育。风三段沉积时期，东部早期发育薄层凝灰岩，中—晚期以滩坝和滨浅湖沉积为主；中—西部广泛发育扇三角洲前缘和滨浅湖（图8b）。

4.3 沉积体系分布

风城组沉积时期，哈山地区西部的物源区为加依尔山，中部和东部的物源区为哈山[20-21]。风一段沉积时期，哈山地区北部发育大规模扇三角洲，加依尔山前发育小规模扇三角洲、滨浅湖—半深湖及火山岩；该时期火山喷发强烈，中部广泛发育的滨浅湖和半深湖中均有大面积火山岩分布；南部火山活动较弱，火山岩分布面积较小（图9a）。风二段沉积时期，哈山地区发生大规模湖侵，北部和西部的扇三角洲分布范围减小，滨浅湖和半深湖分布范围显著增大，半深湖发育的深灰色白云质泥岩为该区重要的烃源岩；中部和东部有火山岩发育；此外，零星分布若干滩坝砂体（图9b）。风三段沉积时期，物源供给能力持续增强，扇三角洲不断向湖盆内推进，发育大规模连片分布的砂砾岩，在扇三角洲前缘附近发育若干滩坝砂体，沿着平行湖岸线的方向分布，滨浅湖和半深湖分布范围显著减小，半深湖在研究区西部呈带状分布，该时期火山活动持续减弱，仅在局部发育火山岩（图9c）。

5 结论

（1）哈山地区晚二叠世发生强烈逆冲推覆，三叠纪至现今发生弱挤压变形，西部下二叠统总挤压缩短距离为33.0～40.0 km，中部为25.0～30.0 km，东部为15.0～20.0 km。

（2）哈山地区风城组为水进到水退的沉积。风一段沉积时期，物源供给能力强，哈山地区北部发育大规模扇三角洲，中—东部在强火山活动作用下火山岩发育，中—西部发育小规模的半深湖—深湖和滩坝沉积；风二段沉积时期，发生大规模湖侵，扇三角洲分布范围明显变小，半深湖分布范围扩大；风三段沉积时期，物源供给能力增强，发育大规模扇三角洲，半深湖分布范围变小。