准噶尔盆地腹部二叠系地震波组特征及其地质意义*

殷树铮 张奎华 于洪洲 张 磊

（1.中国地质大学（北京）能源学院 北京 100083；2.中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院 山东东营 257015；3.中国石化石油勘探开发研究院 北京 100083）

准噶尔盆位于中国西北地区，四周被褶皱山系所围限，是我国重要的大型含油气叠合盆地（何登发等，2004a，2004b，2018；况军等，2006）。随着大规模油气勘探和研究工作的进行，实践证明二叠系不但是盆地内主力烃源岩发育层系，也是重要的含油层系（曹剑等，2015；沈扬等，2015；郭华军等，2018）。此外，二叠纪是准噶尔盆地由海相进入陆相演化的关键变革期（Han and Zhao，2018），且目前对于准噶尔盆地二叠纪盆地性质的认识存在争议，即前陆盆地还是裂陷—坳陷盆地（赵白，1992；蔡忠贤等，2000；陈书平等，2001；陈业全等，2004；陈发景等，2005；曲国胜等，2009）。基于以上现状，准噶尔盆地二叠纪盆地研究应从地质结构入手，进而研究其构造及沉积演化。盆地内钻井和地震测线广布，为开展地质结构的研究提供了良好的资料基础，但钻井主要分布在隆起和凹陷的斜坡位置，凹陷内部钻井资料较少，且石炭系—二叠系断裂发育，地层横向上连续性较差或不连续；此外下二叠统以火山岩和火山碎屑岩沉积为主，在地震剖面连续追踪存在一定困难。因此以准噶尔盆地二叠系地震波组为主要研究对象，讨论其地震反射的波组特征，为横向上的地层追踪和地层展布的研究提供依据，并阐述二叠系地震波组的地质属性以探讨其地质含义，对开展二叠系地质结构及构造和沉积演化的研究具有重要的意义。在近几年的研究中，新疆油田在准噶尔盆地布置了大量的地震宽频测线，较之于以前的地震资料，其清晰度有了极大提升，能够较好地揭示深部地震反射特征，为本次研究提供了较好的资料基础。

1 地质概况

1.1 区域地质概况

准噶尔盆地位于中亚造山带腹部南侧，处于西伯利亚板块、哈萨克斯坦板块和塔里木板块、华北板块的交汇部位（图1），构造上属于哈萨克斯坦板块，其基底由古老结晶岩系和古生代褶皱系组成，并受幔源岩浆作用的改造（何国琦等，1994；韩宝福等，1999；曲国胜等，2008；邵学钟等，2008）。古生代的活动陆缘与板块俯冲碰撞围绕准噶尔盆地分布，前寒武纪微陆块、古生代板块及相关岛弧增生拼贴形成了现今准噶尔及北疆地区的构造及地理格局（Windley et al.，2007；Xiao et al.，2008）。准噶尔盆地内沉积盖层则以二叠系—第四系陆相沉积为主。

图1 准噶尔盆地构造单元及二叠系重点井分布图Fig.1 Structural units and distribution of key wells in the Junggar Basin

准噶尔地区经历了自石炭纪以来古亚洲洋的俯冲消减和岛弧与地体的碰撞拼贴，至二叠纪进入陆内演化阶段，先后经历了多期的构造演化（晚海西期、印支期、燕山期、喜山期等）。其中晚海西期的构造运动对盆地构造格局的形成至关重要，后期的构造运动对准噶尔盆地的构造格局进行了强烈改造，形成了盆地现今复杂的构造格局。新疆油田结合盆晚海西期盆地形成的盆地格局，对盆地内的构造单元进行了划分，其中一级构造单元有6 个，分别是西部隆起、陆梁隆起、东部隆起、乌伦古坳陷、中央坳陷和南缘冲断带，二级构造单元有44 个（杨海波等，2004）（图1）。本文的研究区准噶尔盆地腹部包括：玛湖凹陷、盆1 井西凹陷、沙湾凹陷、东道海子凹陷、阜康凹陷、白家海凸起、达巴松凸起、莫北凸起、莫索湾凸起、莫南凸起等二级构造单元。

1.2 地层系统

晚古生代为准噶尔盆地形成时期，准噶尔地区处于洋陆转换阶段，至晚石炭世变为南海北陆，石炭系沉积以海相的火山岩和碎屑岩及火山碎屑岩为主；二叠系是盆地内早期的沉积盖层，表现为石炭纪末期伸展—挤压构造背景下的沉积充填特征。受海西晚期构造运动影响，二叠系内部发育多期规模不同的不整合，三叠系为较稳定环境下的一套坳陷沉积，经过二叠纪的填平补齐，盆地古地形高差大大减少，沉积基底比较平缓，至此基本形成了统一的沉积盆地。

准噶尔盆地二叠系地层划分方案有3 套，分别为南缘、东部和腹部，其中西北缘与腹部采用同一套岩石地层划分方案（图2），不同的划分方案代表了不同的沉积环境和岩石组合，但总体上二叠系为陆相碎屑岩沉积。其中下二叠统在盆地南缘表现为海陆交互相沉积，西北缘和腹部为火山碎屑岩夹砂砾岩沉积，下二叠统佳木河组（P1j）以玄武岩、安山岩和火山碎屑岩及正常沉积的砂砾岩为主，下二叠统风城组（P1f）则在玛湖凹陷发育以泥质白云岩和云质粉砂岩及盐岩等为主，在盆地其它区域为砂砾岩沉积，偶见火山岩；中二叠统夏子街组（P2x）和下乌尔禾（P2w）组以细粒的泥质、粉砂质沉积为特征，见粗粒的砂砾岩沉积；上二叠统上乌尔禾组（P3w）底部以发育砂砾岩为特征，上部为泥质，自下而上粒度有变细趋势。

图2 准噶尔盆地腹部地层系统（据方世虎等，2006；王家林等，2016 修改）Fig.2 Stratigraphic system in the hinterland of the Junggar Basin（modified after Fang et al.，2006;Wang et al.，2016）

2 合成地震记录与波组特征

2.1 合成地震记录

合成地震记录是将时间域地震记录与深度域测井资料联系起来的桥梁，以钻、测井分层资料指导地震层位解释。为精细刻画准噶尔腹部二叠系地震反射特征，本次研究共选取盆地腹部包括玛东1、玛湖1、艾克1、莫深1 井、沙探1、沙探2、家探2 等盆地腹部及盆内其他地区深钻井共32 口进行合成地震记录的制作及地震层位标定。

值得指出的是石炭系顶部与二叠系底部为区域性的不整合面，削蚀关系明显，在全盆地都可以观察到，因此这个界面可作为标志性界面。文章选取了玛湖1 井、沙探2井、家探2 井共3 口具代表性的深井及合成地震记录，展示合成记录制作及层位标定过程，并结合其余井、震标定结果，进行地震剖面追踪，并阐述准噶尔盆地腹部二叠系地震反射特征。

玛湖1 井为玛湖凹陷代表井，完钻深度为4 486 m，钻揭二叠系风城组（P1f）、夏子街组（P2x）、下乌尔禾组（P2w）和上乌尔禾组（P3w），未钻至下二叠统佳木河组（P1j），沙探2 井为沙湾凹陷代表井，完钻深度为5 838 m，钻揭佳木河组（P1j）、风城组（P1f）、夏子街组（P2x）和上乌尔河组（P3w），井上缺失下乌尔河组（P2w），家探2 井为白家海凸起代表井，其完钻深度为5 030 m，钻至下石炭统松喀尔苏下亚组，钻揭中二叠统平地泉组（P2p）和上二叠统梧桐沟组（P3wt）。

家探2井钻揭的上石炭统巴山组（C2b）岩性以深灰色玄武岩为主，波速Vp≈4 167～5 524 m/s，上覆平地泉组（P2p）以泥岩与泥质粉砂岩为主要岩性，波速为Vp≈3 717～4 219 m/s，二者岩性及波速差异明显，且界面处（T5）岩性突变，界面之下巴山组为深灰色玄武岩，界面之上为泥质粉砂岩与泥岩，不整合特征清晰，波阻抗差异明显（图3）。中二叠统平地泉组（P2p）与上二叠统梧桐沟组（P3wt）岩性差异较小，但界面处（T4）波阻抗变化明显，且测井曲线上平地泉组（P2p）的GR值明显高于梧桐沟组（P3wt）。下三叠统韭菜园组（T1j）岩性为砂、泥不等厚互层，下覆梧桐沟组（P3wt）岩性为上细下粗，顶部为厚层灰色泥岩，二者岩电特征差异明显，且界面处（T0）波阻抗差别较大。

图3 白家海凸起家探2 井二叠系合成地震记录（井位见图1，岩性见图2）Fig.3 Synthetic seismograms of the Permian sequences in well Jiatan-2，Baijiahai Uplift，Junggar Basin（see Fig.1 for well location）

玛湖1 井和沙探2 井均未钻穿二叠系，玛湖1 井钻揭的风城组（P1f）主要为灰色云质细砂岩和灰黑色玄武岩，波速Vp≈5 813～6 858 m/s，与中二叠统夏子街组（P2x）的云质细砂岩，波速Vp≈4 202～5 155 m/s，波速差异大，二者界面（T3）之上的夏子街组（P2x）底部以云质细砂岩与界面之下风城组（P1f）顶部的灰黑色玄武岩相区别；夏子街组（P2x）与下乌尔禾组（P2w）岩性差异不大，但二者界面（T2）上—下的砂砾岩与含砾泥岩岩性差较大，波速及波阻抗变化显著（图4）。下乌尔河组（P2w）以细砂岩、含砾细砂岩与泥质细砂岩与泥岩互层发育为特征，上乌尔禾组（P3w）则为下粗上细的砂砾岩与泥岩为主要特征，二者整体上岩性差异显著，且界面（T1）由上到下的岩性从泥岩变为砂砾岩，自然电位和和伽马曲线在界面上下特征差比较大，导致波阻抗变化也十分显著（图4）。上乌尔河组（P1w）与上覆下三叠统百口泉组（T1b）界面处（T0）岩性从厚层的褐色泥岩突变为灰色砂砾岩，波阻抗在界面处发生跳跃。而沙探2 井钻揭的佳木河组（P1j）以砂砾岩为主要特征，波速Vp≈4 200～4 831 m/s，上覆风城组（P1f）岩性以砂砾岩夹泥岩为主，波速Vp≈4 115～5 025 m/s，波速差异不明显，且二者界面处（T4）岩性变化接近，波阻抗差异也较小（图5），但佳木河组阵列感应曲线特征与风城组差别较大，两者电性特征变化明显。T3、T2与T0界面处的岩性、电性和波阻抗值的变化特征与玛湖1 井类似。

图4 玛湖凹陷玛湖1 井合成地震记录（井位见图1，岩性见图2）Fig.4 Synthetic seismograms of the Permian sequences in well Mahu-1，Mahua Sag，Junggar Basin（see Fig.1 for well location）

图5 沙湾凹陷沙探2 井合成地震记录（井位见图1，岩性见图2）Fig.5 Synthetic seismograms of the Permian sequences in well Shatan-2，Shawan Sag，Junggar Basin（see Fig.1 for well location）

典型井的合成记录和测井曲线表明，二叠系内部与上下地层之间存在4 个清晰的反射界面，分别是T0、T1、T3与T5，T5界面上下岩性变化最为明显，一般下部石炭系为火山岩，上部二叠系佳木河组为碎屑岩，代表了区域性的不整合特征，此外测井曲线上电性和放射性伽马值变化也十分明显。T1与T3界面处岩性变化一般为细粒的碎屑岩与粗粒碎屑岩（砂砾岩）之间的突变，其电性和放射性伽马值及波阻抗值变化也较为显著，可能是明显的区域性不整合面。界面T2与T4上下有时岩性及波阻抗变化并不明显，只在电性曲线上能看到明显的不同，可能存在次级的不整合。

2.2 地震波组特征对比

地震波组特征包括：振幅、频率、同相轴连续性及其几何形态。以盆地腹部3 口重点井的地震合成记录为基础，结合盆地其它29 口深钻井和相关的过井或井旁地震剖面，厘定了准噶尔盆地腹部二叠系地震波组特征，并将它们进行归纳总结与对比。整体上来讲，准噶尔盆地腹部二叠系地震反射特征以中—强振幅、中等频率、连续性较好，平行—亚平行结构为特征，波形较为稳定（表1）。

表1 准噶尔盆地腹部地震波组特征对比Table 1 Comparison of the seismic wave groups of the Permian in the central Junggar Basin

T5/T4：整体上反射中—强振幅，中—低频、中等连续，波形稳定，内部反射结构呈平行—亚平行。玛湖、沙湾凹陷等凹陷内该反射层由几十个波峰和波谷组成，代表了两个凹陷内的地层沉积厚度大，向盆地急剧减薄，此外还可见丘状反射的特征。

T4/T3：整体上反射波振幅中—强，局部弱振幅，中—低频，中—高连续，内部反射结构呈平行—亚平行，盆地内厚度最大处由数个到数十个波峰和波谷组成。

T3/T2：整体上反射波振幅中—强，局部弱振幅，中等或较高频率，连续性中—差，内部反射结构呈平行—亚平行，盆地腹部范围由数个到数十个波峰和波谷组成，平面上延伸范围较大。

T2/T1：整体上反射波振幅中—强，中等或较高频率，中等连续，局部连续性差，内部反射结构呈平行—亚平行，该反射层由数个到数十个波峰或波谷组成。

T1/T0：整体上反射波振幅强，中—低频、中—高连续，内部反射结构呈平行—亚平行结构，该反射层由3～6 个波峰和波谷组成，在盆地内广泛分布。局部见明显削截现象。

3 波组特征的地质属性

地震剖面是年代地层的沉积和构造模式的记录。存在振幅强、横向连续稳定和振幅弱、横向不连续两种基本形态的反射界面。地震反射界面与波阻抗界面相对应，波阻抗界面又与地质界面相对应。振幅强、横向上连续稳定的地震反射界面对应重大的地质界面，而断续的地震反射界面则与局限分布的岩层（体）相对应（陈茂山，2014）。

地震反射波组特征是地层内部结构的客观反映，与岩层的成分、粒度、密度、岩层面结构与产状等因素密切相关（张磊等，2018），通过对准噶尔盆地腹部地震波组特征的研究，能够从地球物理的角度反映出二叠系的地质结构信息。同相轴的强弱与上下地层的波阻抗差有关，波阻抗差异越大，同相轴越强，反应在地震剖面上就越清晰，此外，同相轴在平面上的展布和结构则反映了地层的展布和结构（陆基孟等，2009）。

二叠系底部与下伏石炭系反射界面（T5）清晰原因有两个：一是上下地层岩性差异大，导致界面附近波阻抗差异明显；二是上下地层的产状不同，二叠系与下伏石炭系呈现角度不整合接触，石炭系顶部有明显的削蚀现象（图6）。T4/T5之间的地震地层在凹陷处厚度大，向凸起部位急剧减薄，正是由于其对应的下二叠统在凹陷内沉积厚度大，在斜坡上沉积厚度小的缘故。

二叠系底部与石炭系顶部界面（T5）及二叠系内部界面（T1、T3）则是界面上下岩性差异较大，导致波阻抗差明显，地震剖面上表现为界面清晰稳定的反射界面，而T2与T4界面上下有时岩性差异不大，仅存在明显的电性差异，因此不如其他界面稳定，在地震剖面上表现为反射波不清晰，且同相轴连续性中等或较差，如盆1 井西和沙湾凹陷内T4界面反射波的清晰度和稳定性较差（图6）。

图6 准噶尔盆地腹部A-A'地震地质结构剖面（剖面位置见图1）Fig.6 Seismic profile A-A'and its geological interpretation in the central Junggar Basin（see Fig.1 for profile location）

4 讨 论

在层位标定和同相轴追踪的基础上，开展对盆地内地震剖面的精细解释工作，选取过玛湖凹陷、达巴松凸起、盆1 井西凹陷、莫北凸起、东道海子凹陷白家海凸起和阜康凹陷的地震剖面，在层位标定的基础上对其进行构造解释，简要讨论准噶尔盆地腹部二叠纪盆地的发育特征及演化过程。

地震剖面显示腹部下二叠统分布较为局限，靠近断陷处地层厚度有加大的趋势（图6），钻井揭示最厚处千余米，但在平面上多不连续。玛湖1 井风城组（P1f）发育安山岩，结合盆地西部佳木河组（P1j）发育的双峰式火山岩（何登发等，2018），推断早二叠世准噶尔盆地处于伸展环境，同沉积断裂控制了盆内下二叠统的发育。在现今划分的同一构造单元内其岩性特征大致相同，但不同构造单元内岩性有所差异，如下二叠统风城组（P1f）在玛湖凹陷内表现为咸化湖盆（或碱湖）环境下的云质岩类沉积，构成了准噶尔盆地重要的烃源岩，但在沙湾凹陷如沙探2 井揭示风城组（P1f）则主要为正常水体环境下的砂砾岩夹薄层的泥岩，此外地层沉积厚度也存在明显差异，表现为向盆地内部减薄。

中二叠统在盆地腹部为夏子街组（P2x）和下乌尔禾组（P2w），对应盆地东部及南部的将军庙组（P2j）、平地泉组（P2p）和井井子沟组（P2jj）、芦草沟组（P2l）（图1）。中二叠统沉积物粒度普遍较细，在南缘表现为泥页岩沉积为主，在盆地东部则以泥质粉砂岩和粉砂质泥岩沉积为主，盆地西部特别是靠近西部隆起带，钻井揭示为灰色砂砾岩夹泥岩的扇三角洲沉积，推测该时期西部的玛湖及沙湾凹陷邻近西部物源，盆地中部及南缘远离物源区。且中二叠统在横向上分布范围较大，并以连续分布为特征，几乎覆盖了整个盆地腹部，具凹陷沉积的特征（图6，图7），推测中二叠世准噶尔盆地构造稳定，盆缘地区发育粗粒沉积，向盆地内部过渡为细粒沉积，可能为凹陷湖盆发育阶段。

上二叠统底部则以砂砾岩沉积为显著特征，一般具下粗上细的正旋回，与下伏中二叠统为区域性的不整合接触（图7），平面上分布范围大，但是钻井及地震反射剖面显示其地层厚度普遍较小，推测可能该时期的早期存在挤压环境，致使沉积区与物源区地形高差变大，后期挤压减弱，在剥蚀夷平过程中地形高差减小，沉积物粒度逐渐变细，形成正旋回的沉积粒序。

图7 准噶尔盆地腹部年代地层格架（据剖面A-A'）Fig.7 Chronologic stratigraphic framework of the central Junggar Basin（based on profile A-A'）

5 结 论

在合成记录标定和地震剖面追踪的基础上，结合盆地内钻/测井分析，得出以下结论：

（1） 在二叠系共识别出 6 个地震反射界面：T0、T1、T2、T3、T4、T5。T0、T3界面反射波振幅强，连续性好，波形稳定，为盆地内主要的区域性不整合面和可对比的关键性标志层。其中T0与T1之间整体上反射波振幅强，中—低频、中—高连续；T4与T5之间反射波呈中—强振幅，中—低频、中等连续的特征，二者内部均呈平行、亚平行结构。界面两侧的岩性差异大和上下地层的产状不一致是T0与T5界面反射特征清晰的主要原因。

（2）地震反射特征揭示了盆地内二叠系的发育特征：下二叠统受断陷控制明显，分布范围较小，且在玛湖和沙湾西部发育厚度最大，向盆地内减薄；中二叠统较下二叠统横向上连续性好，分布范围更广，但反射波同相轴的强度和连续性较下二叠统稍差；上二叠统延伸远，分布范围最大，但厚度普遍较小，且反射波同相轴相对不清晰中下二叠统在断陷内沉积较厚，向凸起方向逐渐发生超覆，地层减薄，上二叠统分布范围较中、下二叠统广泛。

（3）整体上，二叠系地层的分布受石炭系断裂、构造背景控制，早二叠世继承了石炭纪的断陷特征，盆地处于伸展环境，在西北缘下二叠统见双峰式火山岩，断陷发育。中二叠世盆地进入裂后热坳陷阶段，先存的断陷内沉积了厚层的中二叠统泥岩，晚二叠世盆地由伸展转变为挤压，剥蚀夷平作用较为强烈，广泛发育砂砾岩沉积，局部可导致上石炭统和中下二叠统的地层被剥蚀。