准噶尔盆地沙湾凹陷柳树沟河沉积体系的发现及其石油地质意义.pdf
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1、第 35 卷 第 5 期2023 年 9 月岩性油气藏LITHOLOGIC RESERVOIRSVol.35 No.5Sept.2023潘树新等:准噶尔盆地沙湾凹陷柳树沟河沉积体系的发现及其石油地质意义收稿日期:2022-11-30;修回日期:2023-06-14;网络发表日期:2023-07-10基金项目:中国石油科技重大专项“中西部重点盆地源汇系统分析与沉积过程正演模拟技术研究”(编号:2021DJ0401)资助。第一作者:潘树新(1974),男,博士,高级工程师,主要从事沉积学及石油地质学研究。地址:(730020)甘肃省兰州市城关区雁儿湾路 535号。Email:。文章编号:1673-
2、8926(2023)05-0026-11DOI:10.12108/yxyqc.20230503引用:潘树新,许多年,唐勇,等.准噶尔盆地沙湾凹陷柳树沟河沉积体系的发现及其石油地质意义 J.岩性油气藏,2023,35(5):26-36.Cite:PAN Shuxin,XU Duonian,TANG Yong,et al.Discovery of Liushugou river depositional system in Shawan Sag of JunggarBasin and its petroleum geological significance J.Lithologic Reserv
3、oirs,2023,35(5):26-36.准噶尔盆地沙湾凹陷柳树沟河沉积体系的发现及其石油地质意义潘树新1,许多年1,唐勇2,曲永强1,王国栋1,董雪梅2,胡婷婷2,马永平1(1.中国石油勘探开发研究院 西北分院,兰州 730020;2.中国石油新疆油田公司,新疆 克拉玛依 834000)摘要:准噶尔盆地沙湾凹陷与玛湖凹陷具有相似的构造、沉积及成藏背景。基于对沙湾凹陷岩相古地理格局及源-汇系统的研究,提出了在凹陷中央发育有一个来自西北方向的远源大型沉积体系,即柳树沟河水系,并围绕该水系对沙湾凹陷的沉积演化特征及成藏条件进行了分析。研究结果表明:沙湾凹陷柳树沟河水系起源于扎伊尔山,流经中拐凸起
4、后,在沙湾凹陷中央形成了大型河流三角洲沉积体系,其中的曲流河点砂坝、三角洲前缘水下分流河道、河口坝和席状砂等储集体是油气规模勘探的有利目标。柳树沟河水系自二叠纪到侏罗纪继承性发育,先后经历了二叠纪水进、三叠纪早期水退与中晚期水进及侏罗纪湖盆水体震荡发育的过程,形成了中、下二叠统规模烃源岩,二叠系上三叠统大型三角洲扇体、侏罗系多期河道叠置的储集体以及晚二叠世晚期早三叠世晚期区域性盖层,构成了纵向上多套生-储-盖优势组合;多期构造运动形成的不整合面和断裂体系构建了沙湾凹陷油气运移、调整的有利输导体系。柳树沟河水系的发现改变了沙湾凹陷没有大型远源水系、仅发育近源扇三角洲的传统认识;凹陷中央及斜坡低部
5、位是寻找石油天然气规模储层的新领域。关键词:源-汇系统;三角洲扇体;多期河道叠置;凹陷中央;斜坡低部位;远源水系;二叠纪侏罗纪;柳树沟河沉积体系;沙湾凹陷;准噶尔盆地中图分类号:TE122.2;P618.13文献标志码:ADiscovery of Liushugou river depositional system in Shawan Sag ofJunggar Basin and its petroleum geological significancePAN Shuxin1,XU Duonian1,TANG Yong2,QU Yongqiang1,WANG Guodong1,DONG X
6、uemei2,HU Tingting2,MAYongping1(1.PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration&Development-Northwest,Lanzhou 730020,China;2.PetroChina Xinjiang Oilfield Company,Karamay 834000,Xinjiang,China)Abstract:Shawan Sag and Mahu Sag in Junggar Basin have similar tectonic,sedimentary and reservoir-f
7、ormingbackgrounds.Based on the study of lithofacies paleogeographic pattern and source-sink system of Shawan Sag,it was proposed that a large-scale far-source depositional system from the northwest direction was developed inthe center of the sag,namely Liushugou river system,and the sedimentary evol
8、ution characteristics and hydrocarbonaccumulation conditions of Shawan Sag were analyzed about this water system.The results show that:(1)Liushu潘树新等:准噶尔盆地沙湾凹陷柳树沟河沉积体系的发现及其石油地质意义2023 年27gou river in Shawan Sag originated from Zaire Mountain and formed a large fluvial delta depositional system inthe c
9、entral Shawan Sag after flowing through Zhongguai uplift.The large-scale reservoirs such as meandering riverpoint sand bar,delta front underwater distributary channel,estuary bar and sheet sand are formed in the sag.(2)TheLiushugou River developed inheritantly from Permian to Jurassic,experienced th
10、e processes of Permian transgression,early regression and mid-late transgression of Triassic,and lake water body shock development successively of Jurassic,forming scale source rocks of Middle-Lower Permian.Large delta fans of Permian-Early Triassic,multi-stage channel superimposed reservoirs of Jur
11、assic,and regional cap rocks of late Late Permian and late EarlyTriassic,formed multi-sets of vertically advantageous assemblages of source-reservoir-cap rock.The unconformities and fault systems formed by multi-stage tectonic movements have constructed a favorable transport systemfor oil and gas mi
12、gration and adjustment in Shawan Sag.(3)The discovery of Liushugou river system has changedthe traditional understanding that there is no large remote river system in Shawan Sag and only near-source fandelta developed.The center of Shawan Sag and the lower part of slope are new areas for searching f
13、or large-scaleoil and gas reservoirs.Key words:source-sink system;delta fan;multi-stage channel superimposition;sag center;lower part of slope;far-source water system;Permian-Jurassic;Liushugou river depositional system;Shawan Sag;Junggar Basin0引言准噶尔盆地是我国西部的一个大型叠合含油气盆地,近年来在西部坳陷玛湖凹陷、沙湾凹陷、东道海子凹陷和盆 1 井
14、西凹陷等富烃凹陷相继获得重大油气勘探突破1-3,尤其是玛湖凹陷已经发现十亿吨级砾岩大油田。同属西北缘构造带的沙湾凹陷与玛湖凹陷具有相似的构造地质背景和宏观油气成藏条件,但目前勘探程度仍然极低,仅在凹陷周缘发现了红山嘴、小拐、车排子等一批中等规模的油气田,其勘探成果与石油地质条件极不匹配。以往针对沙湾凹陷的盆地性质和演化、岩相古地理格局、沉积相类型及勘探潜力开展了一系列的研究:梁宇生等4在沙湾凹陷识别出 5 个区域不整合面,划分出自晚石炭世以来的六大构造,认为沙湾凹陷经历了晚石炭世伸展断陷、早二叠世伸展坳陷、中二叠世晚三叠世前陆盆地、侏罗纪陆内坳陷及压扭盆地、白垩纪古近纪陆内坳陷及新近纪第四纪陆
15、内前陆盆地 7 个阶段;余兴等5应用断层相关褶皱理论,建立了沙湾凹陷受背冲式基底逆断层、伸展正断层共同控制的“隆起+半地堑”古隆起模式;郑超等6基于层序地层学和沉积学综合方法,借助地震多属性分析,将沙湾凹陷下三叠统划分出 3 个三级层序,识别出 6 期湖进、湖退沉积体系;董雪梅等7将沙湾凹陷二叠系自南向北划分为北部上超削蚀带、中部鼻状隆起带和南部深凹带,并识别出2个二级不整合面,建立了不同构造带油气成藏模式;于景维等8认为沙湾凹陷上乌尔禾组发育强压实致密相、强压实中溶蚀相、中强压实方解石胶结弱溶蚀相、中强压实伊蒙混层包膜弱溶蚀相、中强压实沸石胶结弱溶蚀相 5 种类型,为优质储层预测提供了理论依
16、据;关新等9利用地震切片技术,精细刻画了沙湾凹陷上乌尔禾组滩坝砂特征及展布,拓展了新的勘探领域;杜金虎等3在统一准噶尔盆地东西部二叠系、三叠系层序地层的基础上,认为沙湾凹陷西斜坡以大型退覆式扇三角洲沉积为主,尤其是中、上二叠统与下三叠统扇三角洲前缘发育,岩性圈闭成群展布,且物性好,长期处于油气成藏的有利指向区,具备多层系立体勘探的基础地质条件;唐勇等10认为沙湾凹陷中下二叠统烃源岩层系是下一步寻找页岩油气的有利勘探领域,具有常规-非常规油气协同探索的巨大勘探前景。这些研究成果从不同领域为认识沙湾凹陷提供了参考,但对沙湾凹陷能否成为玛湖凹陷之外新的规模增储上产区,是否具备规模成藏的地质条件以及其
17、下凹勘探的潜力和勘探方向都有待进一步明确和探索,尤其是对其沉积体系宏观分布、规模储层展布、成藏主控因素等方面的研究较为薄弱,严重制约了沙湾凹陷中央以岩性-地层圈闭为主的油气勘探。基于 50 余口探井资料、近 6 500 km2三维地震和盆地新采集的二维格架地震资料,以盆地构造-沉积演化恢复、源-汇系统10刻画为基础,对沙湾凹陷的沉积充填过程和勘探潜力进行了再认识,以期为在沙湾凹陷中心部位、斜坡低部位寻找规模优质储层提供参考,同时也为其他靠山型凹陷岩相古地理的重建提供借鉴。1地质概况准噶尔盆地沙湾凹陷西接车排子凸起,北达中28岩性油气藏第 35 卷第 5 期拐凸起和拐莫低凸,东连莫索湾凸起,南邻
18、北天山山前冲断带的霍玛吐背斜带,凹陷南深北浅,东西宽约 90 km,南北长约 85 km,面积约为 6 400 km2(图1a)。沙湾凹陷以上古生界泥盆系变质岩和花岗岩为基底,沉积盖层自下而上依次发育石炭系(C),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),下三叠统百口泉组(T1b),中三叠统克拉玛依组(T2k),上三叠统白碱滩组(T3b),下侏罗统八道湾组(J1b)、三工河组(J1s),中侏罗统西山窑组(J2x)、头屯河组(J2t),下白垩统吐谷鲁群(K1tg),上白垩统(K2),古近系紫泥泉子组(E1-2z)
19、、安集海河组(E2-3a),新近系沙湾组(N1s)以及第四系(Q)(图 1b)。沙湾凹陷早期具有前陆盆地性质,中期转变为平缓坳陷结构,晚期具有掀斜结构(图 2),凹陷结构与周缘边界断裂带多期活动及车排子凸起的构造演化密切相关。从石炭纪晚期到侏罗纪,准噶尔盆地西北缘造山带向南东推覆并受到北天山阻挡作用,车排子地区向东逆冲挤出,形成了近南北走向的红车断裂带,使得车排子地区强烈隆升形成逆冲褶皱带11-12,其东侧沙湾凹陷对应形成前陆盆地。盆地自西向东依次发育前陆冲断带、前陆坳陷区和前陆隆起带(图 2a),并沉积了巨厚的二叠系、三叠系及侏罗系。前陆盆地发育过程中往往伴生好的烃源岩,尤其是下二叠统佳木禾
20、组和风城组沉积时期是西部前陆盆地剧烈发育期,形成了盆地最重要的2套烃源岩。从白垩纪开始,红车断裂带表现为右行压扭13。在压扭应力场背景下,车排子凸起之上发育正断层或逆断层。该阶段白垩系不断超覆于车排子凸起,随后,古近系从南南东向以平行不整合的方式覆盖在白垩系之上。新近纪以来,沙湾凹陷及车排子凸起完全处于北天山四棵树凹陷前陆盆地构造域14,处于前缘隆起部位的沙湾凹陷发生隆升掀斜。图 1准噶尔盆地沙湾凹陷构造区划(a)及岩性地层综合柱状图(b)Fig.1Tectonic zones division(a)and stratigraphic column(b)of Shawan Sag in Jun
21、ggar Basin图 2准噶尔盆地沙湾凹陷地震剖面Fig.2Seismic section of Shawan Sag,Junggar Basin地层界新生界古生界系侏罗系三叠系二叠系石炭系统中统下统上统中统下统上统中统下统组西山窑组三工河组八道湾组克拉玛依组百口泉组下乌尔禾组夏子街组风城组佳木河组代码层位J2tJ2xJ1sJ1bT3bT2kT1bP3wP2wP2xP1fP1jC岩性岩性简述灰白色细砂岩、砂岩互层灰白色泥岩夹灰绿色细砂岩及煤层厚层灰黑色泥岩夹薄层灰白色粉细砂岩上部为灰色中、细砂岩与泥岩互层,偶见煤层,中部为泥质粉砂岩,下部为含砾不等粒砂岩、细砂岩与砂砾岩不等厚互层厚层灰色泥岩
22、、粉砂质泥岩、偶夹泥质粉砂岩灰色、褐色砂砾岩、粉砂质泥岩及灰色、棕色泥岩夹不等厚互层上部为灰色泥岩夹砂砾岩,中部为厚层灰色砂砾岩,下部为厚层褐色砂砾岩杂色泥岩夹棕红色泥质小砾岩及泥质不等粒小砾岩、绿灰色砂砾岩顶部为厚层褐色泥岩,中上部为灰绿色、褐色砂砾岩,中下部为泥质粉砂岩与砂砾岩及含砾砂岩互层褐灰色及棕色砂质泥岩、泥质不等厚互层夹细砂岩、不等粒砂岩及砂砾岩,中部发育一套黄褐色砂砾岩上部为深灰色、暗棕色泥岩、砂质泥岩不等厚互层,中上部为白云岩及白云化的泥岩、砂岩,下部为深灰色凝灰岩、熔结凝灰岩沉积岩为主夹有火山岩的地层。沉积岩主要为杂色泥岩、砂砾岩以及砂岩等,火山岩所占比例一般不超过三分之一,
23、主要为凝灰岩、玄武岩和安山岩等深灰绿色、绿灰色玄武岩和灰褐色安山岩及凝灰岩025 km头屯河组白碱滩组上乌尔禾组构造单元界线三维地震分布范围研究区井位安山岩 玄武岩 凝灰岩 砂砾岩 凝灰质砂砾岩凝灰质中砂岩泥质白云岩含砾泥岩泥质粉砂岩含砾砂岩粉砂质泥岩粉砂岩煤层0100 kmAB(b)(a)A2 0003 0004 0005 0006 000时间/ms车排子凸起C1C2P1jP1fP2xP3wP2wTJCK+E+N+Q沙湾凹陷莫南凸起前陆冲断带前陆坳陷前陆隆起AB4 0005 0006 0007 000中拐凸起C1C2P1jP1fP2xP3wP2wTJK+E+N+QZJ2TN1BST1断层25
24、 kmSES25 km断层(a)(b)莫索湾凸起泥岩潘树新等:准噶尔盆地沙湾凹陷柳树沟河沉积体系的发现及其石油地质意义2023 年292沉积特征2.1平面展布特征学者们对准噶尔盆地的岩相古地理及沉积演化特征已经做了大量的研究。朱如凯等15、张义杰等16刻画了中国北方地区及准噶尔盆地二叠纪岩相古地理,其中准噶尔盆地中二叠世早期主要为冲积扇、河流,中期以陆缘近海湖泊为主,晚期构造抬升、湖泊范围缩小、局部遭受剥蚀,晚二叠世形成统一的大型内陆湖盆15-16;匡立春等17厘定了玛湖凹陷周缘下三叠统六大物源体系及与之对应的六大扇体之间的耦合关系,明确了扇体的发育受古地貌控制,扇三角洲前缘亚相分布范围广、厚
25、度大;邹才能等18研究了准噶尔盆地西缘前陆冲断背景下形成的二叠系三叠系扇控储层特征,认为盆地西缘大型扇三角洲发育,优质储层发育在规模展布的扇三角洲前缘亚相,储层储集空间以溶蚀孔为主;彭妙等19刻画了玛湖凹陷下三叠统百口泉组山口陡坡型、山口缓坡型、靠山缓坡型、靠山陡坡型和靠扇陡坡型 5 类扇三角洲类型;匡立春等20认为准噶尔盆地早中二叠世处于残留海封闭后的咸化湖盆沉积环境,深湖相暗色泥岩与云质岩混杂沉积大面积展布,源-储紧邻、近源成藏。综合最新研究认识及以往研究成果表明,准噶尔盆地自二叠系佳木禾组沉积期开始,尽管湖岸线和沉降中心迁移频繁,但盆地始终形成统一的汇水中心,尤其是中晚二叠世以后更是盆地
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