刘 慧，张金亮，赵乐强

(1.中国石化胜利油田分公司，山东 东营 257000；2.北京师范大学，北京 100875)

0 引 言

准噶尔盆地与吐哈盆地是中国西部两大油气富集盆地，被天山造山带分割而位于其南北两侧。目前关于中生代和新生代天山南北两侧盆地性质的观点大同小异，主要为陆内坳陷(J—K)、前陆盆地(E—Q)，而对早二叠世盆地构造属性的研究争议颇多。新疆北部多个盆地由于晚古生代海西运动，盆缘海槽在不同时间逐渐封闭，同时伴随有剧烈的火山活动[1]，导致研究区早二叠世构造演化复杂多变，不同地区沉积环境差异性较大。关于早二叠世天山两侧盆地构造属性主要归纳为2种观点：挤压背景下“前陆盆地论”[2-5]以及基于大量石炭纪—二叠纪花岗岩和镁铁质、超镁铁质侵入岩建立的“伸展断陷盆地论”[6-8]。而盆地构造背景决定了盆地地层充填序列及生储盖组合配置关系，进而决定了不同的油气勘探领域和目标，因此，准确认识早二叠世构造沉积背景对于研究区油气勘探具有重要的启示作用。

目前，对研究区构造环境的判识主要依据火山岩岩石学及地球化学特征[9-10]，而通过沉积岩元素地球化学特征判别古环境等方面研究较少。不同构造属性的盆地沉积岩岩石序列特征存在差异，沉积岩的常量元素、微量元素组分含量和某些元素的比值已经在判别古环境、母岩、物源区和储层成岩作用等方面得到广泛的应用[11-13]。基于上述认识，通过对准噶尔盆地南缘(准南缘)柴窝堡及吐哈西北缘大河沿地区下二叠统露头岩石组合及碎屑组分分析，建立不同地层分布区域的沉积相柱状剖面，判断所发育的沉积体系类型，分析砂岩常量元素地球化学特征，进一步探讨准南缘与吐哈西北缘早二叠世的构造沉积特征，旨在为研究区早二叠世油气勘探提供沉积学证据。

1 研究区概况

柴窝堡与大河沿地区处于准噶尔及吐哈两大盆地边缘，被东天山造山带伊林哈比尔尕山(伊山)所分隔，目前中石化胜利油田在该地区有2个矿权区块(图1)。其中，柴窝堡区块位于伊山北端，呈由东向西延伸的长条带，下二叠统露头主要分布在该地区北端靠近博格达山南麓，自乌鲁木齐东南石人子沟向西至黑沟—锅底坑—大干沟—泉水沟等地区呈条带状广泛发育(图1)，自下而上划分为石人子沟组(P1sh)和塔什库拉组(P1t)，与下伏上石炭统祁家沟组(C2qj)呈不整合接触。大河沿地区位于伊山南端、吐哈盆地西北缘，该地区下二叠统露头零星分布，由东向西主要分布在塔尔朗沟—后沟—艾维尔沟等地区(图1)，下二叠统岩石地层单位为伊尔希土组(P1y)，与上石炭统奥尔吐组火山岩(C2o)呈不整合接触。

图1 柴窝堡与大河沿地区野外地质调查剖面分布

2 构造环境分析

此次研究对柴窝堡和大河沿地区下二叠统沉积岩岩石学特征和元素地球化学特征进行分析。岩石学特征主要从岩石碎屑组分、碎屑岩成分成熟度、结构成熟度等方面进行阐述，从而为该区的物源分析提供依据；元素地球化学主要分析常量元素及其组合特征，对柴窝堡和大河沿地区早二叠世构造环境进行综合判识。

2.1 岩石学及碎屑矿物类分析法

研究区主要沉积岩石类型为碎屑岩，其碎屑组分含量、结构成熟度等因搬运距离的不同而具有差异，是沉积特征分析的重要方面，也是确定沉积物源背景的重要依据。对研究区不同剖面砂岩样品中的石英、长石、岩屑含量进行统计，利用Q-F-R岩石类型三角图及Dickinson碎屑骨架三角图进行投值[14]，确定研究区的沉积物源构造背景。

根据薄片分析显示可知，研究区下二叠统砂岩主要为岩屑砂岩，少量为岩屑长石砂岩，具有低石英含量、高岩屑和高长石含量(岩屑和长石占90%左右)的特征(图2a)。石英晶体可见到不规则弧状熔蚀结构，显示来自火山岩源区；其次，砂岩碎屑磨圆度差，呈次棱角状及次棱角—次圆状，分选性为差—中等，具有较低的成分及结构成熟度，碎屑组分特征说明研究区为近物源区沉积，推测主要来自于伊山及北部博格达山。从Dickinson三角图中(图2b)可以看出，样品主要落入火山弧物源区，与镜下薄片显示特征相一致，少部分为大陆块物源区及其混合环境，反映研究区早二叠世构造背景为活动大陆边缘和岛弧。

图2 柴窝堡及大河沿地区碎屑组分及元素分析投点

2.2 地球化学元素分析

碎屑岩常量元素主要包含Si、O、K、Na、Al、Ca等，根据砂岩中SiO2的含量、K2O与Na2O的比值，可以区分出火山岛弧区贫石英砂的砂岩系列(SiO2平均值为58%，K2O与Na2O比值不大于1)、活动边缘(安第斯型)中等含石英砂的砂岩系列(SiO2平均值为68%～74%，K2O与Na2O比值大于1)、被动陆缘高含量石英砂的石英砂岩系列(SiO2平均值为89%,K2O与Na2O比值小于1)[15]。基于此，对柴窝堡和大河沿地区砂岩中常量元素进行分析，由图2c可以看出，柴窝堡和大河沿地区下二叠统砂岩构造环境主要为岛弧和活动大陆边缘，这与岩石学及碎屑矿物类分析法判识结果相一致。

3 沉积相及沉积环境分析

3.1 准南缘柴窝堡地区

柴窝堡地区大干沟及黑沟地区下二叠统剖面较为典型。其中，下二叠统石人子沟组(P1sh)下部由熔岩与火山碎屑岩互层构成，中上部沉积岩主要由较粗的凝灰岩和凝灰质砂砾岩的互层层序组成，局部有火山岩穿插，呈现出类复理石沉积特征，显示出重力流沉积序列。其中，大干沟剖面砂砾岩显示的鲍马序列较为完整(图3)，序列底部粗粒段显示递变层理，主要由凝灰质砂砾岩组成，底面可见侵蚀冲刷、槽模构造，与下伏地层呈突变接触，构成鲍马序列的A段，沉积厚度约为10 cm，反映高流态的湍流特点；向上主要为凝灰质细砂岩和中砂岩，含少量泥质，比下伏沉积物细且平行层理发育较好，可推测对应鲍马序列的B段；向上发育良好的鲍马序列C段水流波纹层理，以凝灰质粉砂岩为主，少量细砂和泥质，出现包卷层理、波痕构造，明显受到水流及重力流的作用，与下部岩层呈连续过渡沉积；粉砂和泥质纹层的互层形成了似鲍马层序的DE段，厚度为3～10 cm，泥质纹层呈断续状态，这是由于底部边界层切应力的增大，粉砂颗粒从黏土絮状层中沉积分选出来而形成的；在鲍马序列的层序顶部会出现一个非常均质的单元，由最细的粉砂和泥组成，在该地区露头剖面中发育厚度不明显，可见水平层理，表明水动力强度明显变弱，导致细粒碎屑及泥质由于悬浮作用缓慢沉积。塔什库拉组(P1t)中下部沉积岩整体上为一套较细的凝灰质砂岩与粉砂质泥岩互层，单层层序较薄，一般为5～15 cm，复合厚度大且横向延伸稳定，由下至上呈多个正旋回且泥岩比例逐渐增多，具有碎屑结构和层理构造，显示浊流沉积的复理石建造，与石人子沟组上部具有继承性沉积特征；塔什库拉组上部出露较薄且未见顶，主要为细砂岩与粉砂岩、泥岩的互层层序，每层厚度约为30 cm，可见三角洲前积层典型特征，发育波痕、小层槽状交错层理构造，可推测塔什库拉组上部已进入了三角洲相沉积。

图3 柴窝堡地区大干沟剖面下二叠统鲍马序列

从上述分析可知，柴窝堡地区早二叠世早期(石人子沟组下部)火山岩较发育，中期(石人子沟组中上部—塔什库拉组中下部)为一套稳定的滨浅海斜坡相—半深海相沉积，并且该套沉积横向上延伸较远且稳定，在石人子沟及锅底坑剖面中也均可见发育，晚期(塔什库拉组上部)为三角洲相沉积。整体上柴窝堡地区下二叠统由下至上为一个海进—海退旋回，局部发生火山岩侵入。

3.2 吐哈西北缘大河沿地区

大河沿地区下二叠统与柴窝堡地区差异较大。后沟剖面下二叠统底部与石炭系流纹斑岩不整合接触，中上部为由红色粗碎屑剖面组成的正旋回层序，厚度达100 m，主要由无组构混杂砾岩及叠瓦状砾岩、砂砾岩组成(图4a、b)，分选磨圆度低，主要为次圆状和次棱角状，可见板状交错层理及递变层理，为陆上洪积扇或冲积扇沉积，此套地层明显为陆地边缘相沉积，可推测大河沿在早二叠世已经为吐哈盆地西北缘边界。艾维尔沟与塔尔朗沟下二叠统沉积特征十分相似，地层层序具有可对比性；下部与后沟剖面沉积面貌相似，具有典型旱地扇的沉积特征(图4c)；中部为砂砾岩体发育良好的前积层，由200～300 m厚的碎屑支撑的砾岩、分选稍好的砾岩、砂岩互层组成，单个前积层坡度一般为20～25 °，未发现深切河道，露头交错层理、平行层理等强动力条件的沉积构造较发育(图4d)；上部主要为灰色—灰黑色粉砂岩和泥岩的互层沉积，存在砾石和中粗砂混杂定向排列(图4e、f)，显示冲积扇与扇三角洲过渡的沉积特征。

根据上述分析，大河沿地区下二叠统主要发育冲积扇—扇三角洲相沉积，冲积扇扇根亚相在后沟地区特征最为明显，扇中亚相在后沟—塔尔朗沟—艾维尔沟地区发育，扇端亚相及扇三角洲相仅在艾维尔沟与塔尔朗沟发育，后沟未见发育(图5)。

图4 大河沿地区后沟—塔尔朗沟—艾维尔沟下二叠统野外沉积构造现象

综上所述，虽然柴窝堡和大河沿地区早二叠世大的构造背景均为活动大陆边缘和岛弧，但沉积特征差异非常明显(图5)，柴窝堡地区为滨浅海斜坡相—半深海相沉积，而大河沿地区为陆上冲积扇—扇三角洲相沉积。根据调研分析，研究区沉积演化特征与构造运动关系密切，晚石炭世西伯利亚板块和塔里木板块挤压碰撞形成研究区岛弧造山带，早二叠世研究区处于碰撞期后张裂阶段，在博格达山西段形成深水地槽型盆地[16-18]。因此，在柴窝堡黑沟—大干沟等剖面可见海相复理石建造，而吐哈盆地在该碰撞应力作用下湖盆萎缩进入陆相沉积阶段，这种构造背景决定了早二叠世准南缘与吐哈西北缘沉积环境不同——准南缘为海相盆地、吐哈西北缘为陆相盆地。

4 油气勘探启示

准南缘柴窝堡地区下二叠统发育半深海相沉积环境，是海相—陆相过渡的最大水进层序，为烃源岩发育的良好环境，其沉积的泥岩可作为良好的生油岩，夹于其中的重力流砂体可作为储集层，上部的细碎屑岩可作为有利盖层，生储盖组合在剖面上配置关系较好，可形成浊积岩体岩性圈闭。在晚石炭世挤压至早二叠世张裂转换阶段，断裂及裂缝较为发育，油气可由下部泥岩沿断裂或裂缝垂向输导至上部重力流砂体中成藏，这种有利的生储盖组合可使滨浅海—半深海相沉积具有良好的含油气性。目前，准噶尔盆地南缘柴窝堡地区柴参1井(地)、达1井在中二叠统已经试获工业油气流，此次研究认为在下二叠统同样具备形成油气藏的地质条件。

图5 准南缘柴窝堡与吐哈西北缘大河沿地区早二叠世地层对比

吐哈西北缘大河沿地区下二叠统以退覆式冲积扇—扇三角洲沉积为主，根据相序推测，从大河沿盆缘区向盆内延伸地带可发育前缘相，其所沉积的砂岩可形成良好的储层。目前已证实吐哈盆内凹陷带发育二叠系深湖相烃源岩，多期构造运动叠合演化形成的断裂纵向沟通，可作为油气垂向运移的良好通道，油气可沿不整合面和砂体横向运移，大河沿矿权又位于盆缘凸起构造高部位，即盆内生成的油气可侧向运移至大河沿地区下二叠统前缘相带有利砂岩中。目前大河沿工区东部已经发现七泉湖及雁木西油田，另外大河沿工区内吐参1井下二叠统上部已发现含油气层，进一步证实了油气已经运移至工区及其附近。因此，盆缘大河沿区块处于二叠系源岩油气运移的有利指向区，晚二叠世湖相泥岩可作为盖层，早期扇根致密砂砾岩可形成侧向封堵条件，易形成地层-岩性类油气藏。综上分析可知，大河沿地区下二叠统具备较好的油气成藏条件。

根据上述沉积背景分析来看，柴窝堡和大河沿矿权区均具备一定的油气勘探潜力，其中柴窝堡地区下二叠统浊积岩易形成岩性油气藏，大河沿地区扇三角洲易形成地层-岩性油气藏，其勘探关键是要落实优质的砂岩储集体，这对于浊积岩及扇三角洲前缘相带的油气勘探来说尤为重要。

5 结论及建议

(1) 早二叠世柴窝堡和大河沿地区大的构造背景均为活动大陆边缘和岛弧环境。

(2) 准南缘柴窝堡地区早二叠世为海相环境，而吐哈西北缘大河沿地区为陆相环境，二者构造属性相同而沉积环境不同，在大河沿后沟剖面可见到盆地边缘相沉积，推测该时期准噶尔盆地与吐哈盆地已存在明显分割性。

(3) 准南缘柴窝堡与吐哈西北缘大河沿地区下二叠统具有形成良好生储盖组合的沉积背景，由断裂纵向沟通，砂体横向输导，可形成有利的油气运移通道，具备较好的油气成藏条件，关键是要落实优质的砂岩储集体。