准噶尔盆地早二叠世构造-沉积格局及石油地质意义_张关龙.pdf
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1、第30卷第1期油气地质与采收率Vol.30,No.12023年1月Petroleum Geology and Recovery EfficiencyJan.2023收稿日期:2022-02-26。作者简介:张关龙(1980),男,河南信阳人,研究员,博士,从事油气勘探研究工作。E-mail:ZHANGGL。基金项目:中国石化科技攻关项目“准噶尔盆地山前构造带勘探潜力及突破方向研究”(P22079)和“准噶尔盆地石炭二叠系潜力评价与目标优选”(P21077-1)。文章编号:1009-9603(2023)01-0035-14DOI:10.13673/37-1359/te.202202022准噶尔盆
2、地早二叠世构造-沉积格局及石油地质意义张关龙,王越(中国石化胜利油田分公司 勘探开发研究院,山东 东营 257015)摘要:准噶尔盆地下二叠统风城组为一套重要的烃源岩,对该时期沉积环境的认识存在海相与湖泊相的争议。根据研究区及邻区露头、地震、钻测井及岩心等资料,明确了准噶尔盆地南缘博格达山的形成时期与盆内地质结构,恢复了盆地早二叠世构造-沉积格局,并分析了风城组的石油地质特征。研究结果表明:石炭纪末期,东博格达山与伊林黑比尔根山东缘分隔了准噶尔盆地与吐哈盆地,准噶尔盆地由残留海闭塞形成了海迹湖。风城组沉积时期,盆地北部石西凹陷与石钱滩凹陷主要发育冲积扇;西北缘、中央坳陷与博格达地区为海迹湖沉积
3、环境,继承了海洋的咸水环境与生物;受盆内凸起与水下低隆的控制,准噶尔盆地形成4个沉积中心,半深湖-深湖亚相在咸水环境下发育较好的烃源岩。准噶尔盆地腹部各凹陷与博格达山周缘下二叠统广泛分布,深埋藏条件下可能蕴含极其丰富的天然气资源,为下一步有利的勘探方向。关键词:早二叠世;海迹湖;构造格局;沉积环境;博格达山;准噶尔盆地中图分类号:TE121文献标识码:ATectono-sedimentary framework of Early Permian in JunggarBasin and its petroleum geological significanceZHANG Guanlong,WAN
4、G Yue(Exploration and Development Research Institute,Shengli Oilfield Company,SINOPEC,Dongying City,Shandong Province,257015,China)Abstract:Fengcheng Formation of the Lower Permian in Junggar Basin is a set of important source rocks.The understanding of the sedimentary environment in this period is
5、controversial in that it is understood as marine facies by some researchers and as lacustrine facies by others.This paper utilizes the outcrop,seismic,drilling,logging,and core data in the studyarea and its adjacent areas to identify the formation period of Bogda Mountains at the southern margin of
6、Junggar Basin andthe geological structures in the basin,restores the tectono-sedimentary framework of the Early Permian in Junggar Basin,and analyzes the petroleum geological characteristics of Fengcheng Formation.The results show that the East Bogda Mountains and the east margin of Eren Habirga Mou
7、ntains separated Junggar Basin from Tuha Basin,and Junggar Basin becamea lake with marine vestiges due to residual sea occlusion at the end of the Carboniferous.Shixi Sag in the north of the basinand Shiqiantan Sag mainly developed the alluvial fans during the sedimentation of Fengcheng Formation.Th
8、e northwesternmargin,the central depression,and Bogda area,as lakes with marine vestiges in terms of sedimentary environments,inherited the marine saline water environment and marine organisms.Four sedimentary centers were developed in the basin,andfavorable source rocks were developed in the semi-d
9、eep to deep lacustrine subfacies in saline water environments underthe control of the uplifts and underwater low upheavals in Junggar Basin.The various sags in the hinterland of Junggar Basin and the periphery of Bogda Mountains,where the Lower Permian is widely distributed and incredibly rich natur
10、al gas resources might exist in deep burial environments,are favorable exploration directions for the next step.Key words:Early Permian;lake with marine vestiges;tectono framework;depositional environment;Bogda Mountains;Junggar Basin 36 油气地质与采收率2023年1月准噶尔盆地玛湖凹陷下二叠统风城组发育一定规模的烃源岩1-2,为玛湖油田的主力生油层段。目前,对
11、于准噶尔盆地风城组的沉积环境存在很多争议。早期学者认为风城组属于海相沉积环境,鲜继渝依据海相生物化石和海绿石等证据提出了风城组具有海湾-泻湖沉积特征3;尤兴弟等认为风城组为一套残留海相沉积4-5;张义杰等认为风城组形成于陆缘近海湖泊环境,具有海水的盐度特征6。近年来,随着勘探程度的不断提高,对于风城组为湖泊相沉积环境的认识越来越多,冯有良等认为风城组沉积时期为咸水湖泊蒸发环境7;余宽宏等认为玛湖凹陷风城组为典型的碳酸盐型咸化湖盆8;曹剑等认为玛湖凹陷在碱湖环境下发育了富有机质泥岩、云质岩类及碱性矿物等9-10。综上所述,前期对风城组沉积环境的研究主要依据古生物化石、岩石矿物及古盐度分析等,缺少
12、区域上构造-沉积格局的系统分析,同时准噶尔盆地早二叠世整体的沉积环境不明确,也限制了油气资源的预测。在系统调研前人研究成果的基础上,笔者根据露头、地震、钻测井及岩心等资料,明确了准噶尔盆地南缘博格达山的形成时期与盆内地质结构,识别了风城组沉积时期主要的沉积相类型,恢复了盆地早二叠世构造-沉积格局,进一步分析了风城组石油地质特征,从而为下一步油气资源预测提供依据。1区域地质概况准噶尔盆地夹持于塔里木板块、哈萨克斯坦板块与西伯利亚板块之间,位于中亚造山带的核心部位,四周被褶皱山系所包围,西北边界为扎伊尔山、哈拉阿拉特山与德伦山,东北边界为青格里底山与克拉美丽山,南部边界为伊林黑比尔根山与博格达山。
13、盆地由西部隆起、陆梁隆起、东部隆起、乌伦古坳陷、中央坳陷和南缘冲断带6个一级构造单元及45个二级构造单元构成(图1)。准噶尔盆地二叠系具有3个地层分区。博格达山周缘各凹陷地层自下而上依次为下二叠统石人子沟组(P1s)、塔什库拉组(P1t),中二叠统乌拉泊组(P2w)、井井子沟组(P2j)、芦草沟组(P2l)、红雁池组(P2h),上二叠统泉子街组(P3q)、梧桐沟组(P3wt)。中央坳陷地层自下而上依次为下二叠统佳木河组(P1j)、风城组(P1f),中二叠统夏子街组(P2x)、下乌尔禾组(P2w),上二叠统上乌尔禾组(P3w)。克拉美丽山山前各凹陷地层自下而上依次为下二叠统金沟组(P1j),中二
14、叠统将军庙组(P2j)、平地泉组(P2p),上二叠统泉子街组(P3q)、梧桐沟组(P3wt)。中央坳陷下二叠统风城组与博格达山周缘各凹陷下二叠统塔什库拉组、克拉美丽山山前各凹陷的金沟组上部图1准噶尔盆地构造单元划分(据文献 11 修改)Fig.1Tectonic unit division of Junggar Basin(Modied by Reference 11)第30卷第1期张关龙等.准噶尔盆地早二叠世构造-沉积格局及石油地质意义 37 相当12。2盆缘造山带演化特征石炭纪末期准噶尔盆地及邻区增生造山结束,盆缘北天山、扎伊尔山哈拉阿拉特山、伊林黑比尔根山与克拉美丽山造山就位13-15。
15、通过对博格达山周缘露头进行详细踏勘与地层接触关系、古流向特征分析,明确了博格达山的形成时期。2.1地层接触关系早石炭世,东博格达山地区开始裂离形成裂谷,沉积了巨厚的陆源碎屑岩夹双峰式火山岩16;晚石炭世早期,西博格达山地区才开始明显裂离,沉积了一套海相火山岩、碎屑岩与碳酸盐岩建造17;晚石炭世晚期,准噶尔盆地与吐哈盆地形成统一的海相沉积环境18。受西伯利亚板块与塔里木板块碰撞作用的影响,博格达裂谷于晚石炭世末期开始由东向西闭合19,导致吐哈盆地北缘下二叠统与上石炭统呈明显不整合接触关系(图2)。其中天山乡、七角井及照壁山等地区下二叠统依尔稀土组(P1y)与上石炭统呈明显的角度不整合接触关系,反
16、映了博格达裂谷东段闭合过程中有一定程度的隆升。桃树园、桃西沟地区下二叠统与上石炭统呈平行不整合接触关系(图2,图3a),上石炭统奥尔吐组(C2o)以厚层灰绿色含砾粗砂岩为主,砾石岩性以灰绿色凝灰岩、硅质岩为主,呈棱角状、次棱角状,粒径一般为24 cm,最大约为6 cm,分选较差。下二叠统依尔稀土组下部主要发育杂色砾岩,由灰岩砾石、凝灰岩砾石和安山岩砾石混杂堆积构成(图3b,图3c),灰岩砾石内部常夹有海相生物化石如海百合茎(图3d)。吐哈盆地西北缘葫杨沟、艾维尔沟地区,下二叠统与上石炭统呈明显的角度不整合接触关系,反映了石炭纪末期伊林黑比尔根山东缘也存在构造隆升。博格达裂谷西段因基底未经显著减
17、薄和软化而对挤压应力响应迟缓,当时可能形成了水下低隆17,博格达地区早二叠世与晚石炭世为连续的水下沉积环境(图4a)。准噶尔盆地井井子沟剖面下二叠统石人子沟组底部发育厚层的灰绿色砾岩,岩性主要为灰岩、砂岩与火山岩,其中灰岩砾石粒径最大约为 5 m,砂岩砾石粒径最大约为 0.5 m(图4b)。上石炭统奥尔吐组发育深灰色泥质粉砂岩、粉砂岩夹灰绿色细砂岩(图4c),砂岩内偶见一层厚度约为10 cm的海相生物碎屑化石。上石炭统祁家沟组(C2q)以生物碎屑灰岩为主(图4d),夹有灰绿色枕状玄武岩,生物碎屑灰岩中含有大量的海百合与珊瑚化石和少量的苔藓虫、腕足类与植物碎屑化石。孙国智等认为西博格达山在晚二叠
18、世初次隆升,山前地区上二叠统泉子街组沉积了一套磨拉石建造21-22。2.2古流向特征受石炭纪末期博格达裂谷碰撞闭合的影响,博格达山周缘下二叠统底部普遍发育一套底砾岩。准噶尔盆地白杨沟剖面下二叠统底部可见灰白色灰岩砾石、灰绿色砂岩砾石及火山岩砾石等,灰岩内见腕足类和珊瑚类化石,其母岩为下伏上石炭统祁家沟组与奥尔吐组岩石。白杨沟剖面灰岩砾石粒径最大约为200 m(图5a),向北至祁家沟剖面灰图2吐哈盆地北缘下二叠统依尔稀土组岩性特征及沉积相类型Fig.2Lithological characteristics and sedimentary facies types of Lower Permia
19、n Yierxitu Formation at northern margin of Tuha Basin 38 油气地质与采收率2023年1月图3吐哈盆地桃西沟剖面二叠系与石炭系接触关系及岩性特征Fig.3Contact relationships between Permian and Carboniferous and lithological characteristics at Taoxigou profile of Tuha Basin图4准噶尔盆地井井子沟剖面二叠系与石炭系接触关系及岩性特征Fig.4Contact relationships between Permian an
20、d Carboniferous and lithologicalcharacteristics at Jingjingzigou profile of Junggar BasinP1sP1sC2oC2oC2qC2q图c图b图dSE第30卷第1期张关龙等.准噶尔盆地早二叠世构造-沉积格局及石油地质意义 39 岩砾石粒径最大约为10 m(图5b),井井子沟剖面灰岩砾石粒径最大约为5 m(图5c),反映了下二叠统底部砾石由南向北搬运。白杨沟剖面下二叠统硅质岩段发育大量的软沉积物变形构造(图5d),多为不对称褶皱,属于水下滑塌变形构造,指示古斜坡的倾向为NW向(图5e)。吐哈盆地北缘下二叠统底部可见灰
21、岩砾石、砂岩砾石与火山岩砾石(图5f)。桃树园剖面下二叠统底部灰岩砾石粒径最大约为10 m,砂岩砾石粒径最大约为8 m(图5g5i)。桃西沟剖面灰岩砾石粒径一般为520 cm,主要为生物碎屑灰岩,可见海百合茎化石。通过统计40个稳定砾石的排列方式,多数砾石的迎水面方向为NW向,a巨型灰岩砾石,石人子沟组,白杨沟剖面;b灰岩砾石,石人子沟组,祁家沟剖面;c灰岩砾石,石人子沟组,井井子沟剖面;d滑塌变形构造,石人子沟组,白杨沟剖面;e滑塌变形构造指示古流向;f灰岩砾石、砂岩砾石与火山岩砾石混杂堆积,依尔稀土组,七角井剖面;g灰岩砾石与砂岩砾石,依尔稀土组底部,桃树园剖面;h砂岩砾石中的小型流水波痕
22、,依尔稀土组,桃树园剖面;i泥晶灰岩砾石,依尔稀土组,桃树园剖面;j砾石排列方式指示古流向为SE向,依尔稀土组,桃西沟剖面;k博格达山南北两侧早二叠世古水流样式图5博格达山南北两侧下二叠统岩性与古水流特征Fig.5Lithological and paleocurrent characteristics of Lower Permian on both of north and south sides of Bogda Mountainshi 40 油气地质与采收率2023年1月反映了古流向优势方位为SE向(图5j)。吐哈盆地北缘早二叠世古流向优势方位为S向和SE向,柴窝堡凹陷早二叠世古流向优
23、势方位为NW向(图5k)。古水流分析结果表明,石炭纪末期博格达裂谷东段碰撞隆升形成东博格达山,与伊林黑比尔根山东缘分隔了吐哈盆地与准噶尔盆地。东博格达山隆升导致上石炭统遭受剥蚀,下二叠统底部沉积了大量的火山岩砾石、生物碎屑灰岩砾石与砂岩砾石。吐哈盆地下二叠统依尔稀土组主要发育冲积扇、河流和湖泊相(图2),西博格达山周缘下二叠统石人子沟组与塔什库拉组则以水下沉积为主。此外,博格达山南北两侧下二叠统均发育了以玄武岩、玄武安山岩为主的双峰式火山岩,其具有稀土元素总量中等、轻稀土元素适度富集、无铕负异常的特征,反映了石炭纪末期博格达山地区碰撞造山后,其南北两侧形成了伸展裂谷环境17,23。3盆内地质结
24、构特征根据准噶尔盆地地震资料分析了各凹陷的地质结构,明确了控制早二叠世构造格局的凸起及其分布范围。石钱滩凹陷表现为东厚西薄的地质结构,下二叠统由东向西逐层超覆到黄草湖凸起之上(图6a),反映了凸起已经形成。东道海子凹陷下二叠统具有东断西超的地质结构,反映了早二叠世的后碰撞伸展裂谷环境(图6b)。沙湾凹陷下二叠统向东北超覆尖灭于莫索湾凸起(图6c),表明该时期沙湾凹陷与东道海子凹陷相分隔。沙湾凹陷向北超覆到中拐凸起之上(图6d),与盆1井西凹陷具有一定的分隔性。玛湖凹陷下二叠统表现为西北厚、东南薄的特征,向东南超覆尖灭于夏盐凸起(图6e)。玛15井附近地区具有半地堑结构,断层下盘厚度明显大于上盘
25、,指示早期正断层属性。玛湖凹陷与盆 1井西凹陷风城组向达巴松凸起超覆减薄(图6f),反映出达巴松凸起为分隔两侧凹陷的水下低隆。从地震剖面推测早二叠世石西凹陷具有东断西超的地质结构,晚期抬升,下二叠统遭受剥蚀(图6g)。4盆地构造-沉积格局4.1沉积环境晚石炭世晚期,准噶尔盆地北部隆升由海相转为陆相沉积,海水退至盆地南部至北天山地区形成残留海盆,北天山山前发育半深海-深海沉积13。此时,准噶尔盆地与吐哈盆地为连通的海相沉积,博格达地区与吐哈盆地北缘发育滨浅海、半深海沉积18,24。石炭纪末期,东博格达山隆升分隔了准噶尔盆地与吐哈盆地,准噶尔盆地西北缘、中央坳陷与博格达地区由残留海闭塞形成了海迹湖
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