北三臺地區(qū)北83井二疊系梧桐溝組沉積物源分析

任 堯，德勒恰提，譚 強，許學龍，李 玲

(1.新疆大學地質(zhì)與礦業(yè)工程學院，新疆 烏魯木齊 830047；2.中國石油新疆油田公司準東采油廠，新疆 阜康 831500)

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北三臺地區(qū)北83井二疊系梧桐溝組沉積物源分析

任 堯1，德勒恰提1，譚 強2，許學龍2，李 玲1

(1.新疆大學地質(zhì)與礦業(yè)工程學院，新疆 烏魯木齊 830047；2.中國石油新疆油田公司準東采油廠，新疆 阜康 831500)

摘要：為了弄清準噶爾盆地北三臺凸起南斜坡帶北83井區(qū)二疊系梧桐溝組物源與其沉積體系展布特征，對研究區(qū)地層厚度、砂巖碎屑組分組成特征、重礦物組合及ZTR指數(shù)以及粒度分布特征等方面的資料進行了分析，分析結果顯示出母巖區(qū)類型以火成巖為主，存在南部、北部兩個方向的主要物源。在南部物源的控制下，發(fā)育有辮狀河三角洲前緣沉積，而在北部物源的影響下，工區(qū)北部發(fā)育湖底扇沉積。通過對工區(qū)梧桐溝組沉積物來源、沉積特征、砂礫巖百分含量等值線、泥巖百分含量等值線、沉積相劃分、儲層物性統(tǒng)計分析，可知油氣分布基本上受控于沉積相，主要為巖性油氣藏。

沉積物物源分析是盆地分析當中的重要組成部分之一，其主要任務是確定沉積物的來源方向、侵蝕區(qū)或母巖區(qū)的位置、沉積物搬運的路徑、距離以及母巖的性質(zhì)等方面的內(nèi)容[1]。此外，與物源相關方面的信息也影響著沉積體系的展布特征及規(guī)模大小[2]。隨著現(xiàn)代分析手段的提高，比如目前應用較多的重礦物法、碎屑巖類分析法、沉積法、裂變徑跡法、地球化學法和同位素法等[3]，其分析方法日趨增多，并不斷地互相補充和完善。它們在單獨應用的時候都有其應用條件的局限性，必須要在用這些方法的同時還要考慮構造抬升、剝蝕作用和化學風化等構造和沉積作用對物源區(qū)判定的影響。所以，在物源分析時應注意將多種方法相結合，揚長補短，綜合考慮，才能得出合理的結論[4]。

圖1　北83井區(qū)構造單元及研究區(qū)位置圖

準噶爾盆地北三臺地區(qū)位于準噶爾盆地的東部，經(jīng)歷了多期構造運動的改造，地層厚度變化較大[5]，近年來對本區(qū)域物源方向的爭議較多。有前人研究指出，整個北三臺地區(qū)梧桐溝組由多個物源提供碎屑物質(zhì)，共同控制區(qū)域內(nèi)的砂體格局[6]。但是北三臺地區(qū)范圍較大，在如今需要加大勘探開發(fā)力度的現(xiàn)實要求下，必須要進一步進行精細研究。所以，在這個大的背景下，將工區(qū)范圍縮小，對北三臺地區(qū)中的北83井區(qū)進行沉積物源分析。

在研究過程中，利用地層厚度分布、砂礫巖厚度及百分含量、重礦物分析資料、碎屑組分及粒度分布等資料對工區(qū)的物源性質(zhì)做了進一步綜合性的分析，認為該區(qū)域受到兩個主要物源的控制。

1　地質(zhì)概況

研究區(qū)位于博格達山山前，處于地質(zhì)力學上所稱的“博格達弧形構造”的東側[7]，是準噶爾盆地東部帳北斷褶帶的重要組成部分。其位于北三臺凸起的南部，吉木薩爾凹陷與阜康斷裂帶之間，面積約1 000km2。研究區(qū)經(jīng)歷了三期強烈構造運動，分別為海西期、燕山期和喜馬拉雅期[8]，造成了工區(qū)復雜的地層構造。

北83井區(qū)二疊系梧桐溝組構造原型為一近南北向短軸狀背斜[9]，由于北西西走向的B502井東斷裂和B502井南斷裂的切割作用形成南北兩個斷鼻，北邊為一向北傾沒的斷鼻，南陡北緩，閉合度約240m。北83井區(qū)塊二疊系梧桐溝組油藏位于該斷鼻的西北翼上，該區(qū)斷裂發(fā)育，主要斷裂有西地斷裂、B502井南斷裂、北84井東斷裂、B502井東斷裂[10]（圖1）。

表1　北83井區(qū)梧桐溝組重礦物類型和體積分數(shù)統(tǒng)計表

2　重礦物

2.1重礦物類型及組合

重礦物指的是相對密度大于2.86g/cm3的陸源碎屑類礦物，它的種類多種多樣，有穩(wěn)定重礦物(比較常見的有石榴石、鋯石、電氣石、金紅石、榍石、十字石等)和不穩(wěn)定重礦物(如輝石、角閃石、綠簾石等)之分[2]。前者的抗風化能力比較強，并且分布較廣泛，能夠長距離搬運；后者容易風化，僅在物源區(qū)的附近可以見到，這一點可以用來判斷古水流的方向。重礦物分析應用于物源判斷是一種重要并且應用廣泛的技術[11]。

圖2　北83井區(qū)梧桐溝組ZTR等值線圖

根據(jù)對研究區(qū)7口井目的層取心井段進行的取樣分析，得出該區(qū)域的重礦物種類主要有鋯石、電氣石、綠簾石、白鈦礦、鈦鐵礦、褐鐵礦等，并且通過對68個重礦物數(shù)據(jù)的分析，穩(wěn)定重礦物的體積分數(shù)遠大于不穩(wěn)定重礦物的體積分數(shù)，說明搬運距離較遠，在物源方向判斷上誤差較小。

在穩(wěn)定重礦物中，以鈦鐵礦為主，褐鐵礦次之，因此研究區(qū)重礦物組合是鈦鐵礦—褐鐵礦—綠簾石，判斷其母巖類型以中性、基性巖漿巖與變質(zhì)巖為主（表1），為研究母巖性質(zhì)提供了依據(jù)。

表2　北83井區(qū)梧桐溝組ZTR指數(shù)及綠簾石百分含量表

2.2ZTR指數(shù)分析

在重礦物當中，化學成分最穩(wěn)定的鋯石、金紅石和電氣石，這三類重礦物在透明重礦物之中所占的比例，稱為ZTR指數(shù)。它代表重礦物的成熟度，是判別礦物成熟度的指標[12]。同一個剝蝕物源區(qū)的、相同年代、同一條河流沉積物的重礦物樣品，通常都具有相同或相似的重礦物組合及其相對百分含量，并且從上游至下游隨著搬運距離的增加及改造程度的加劇，樣品之中不穩(wěn)定重礦物數(shù)量將逐漸減少，而穩(wěn)定重礦物的數(shù)量將相對增多，穩(wěn)定系數(shù)及ZTR指數(shù)也相應依次逐漸增大。所以，ZTR指數(shù)可以定量的判斷物源方向，是重要的依據(jù)。

為了明確研究區(qū)物源的大致方向，通過對重礦物成分的分析，計算出了ZTR指數(shù)（表2）。由于取心井較少，無法做出詳細的ZTR指數(shù)等值線圖（圖2），但是根據(jù)近源ZTR指數(shù)小，越遠離物源ZTR指數(shù)高，能大致體現(xiàn)出本區(qū)主要有南北兩個方向的物源。

2.3不穩(wěn)定重礦物分布

對于不穩(wěn)定重礦物，在分析了工區(qū)內(nèi)綠簾石的含量后，通過近物源區(qū)，綠簾石的含量高，而遠離物源區(qū)綠簾石的含量低的特性，通過表2，結合ZTR等值線圖，可以看出綠簾石含量從南北兩側向工區(qū)中間逐漸減小，也可以大致推斷出本區(qū)的物源方向[13]。

圖3　北83井區(qū)梧桐溝組碎屑砂巖分類圖

3　砂巖碎屑組分組成特征

根據(jù)工區(qū)9口井的薄片鑒定統(tǒng)計，研究區(qū)內(nèi)石英長石的含量較低，巖屑含量普遍很高（圖3）。在梧桐溝組樣品中，巖屑含量為68%～95%，平均86.4%;石英含量為2%～12%，平均5.2%；長石含量為3%～ 20%，平均8.4%。在北83井附近，砂巖中石英和長石極不發(fā)育，巖石類型為巖屑砂巖，對應了在該區(qū)梧桐溝沉積早期湖盆抬升，陸源碎屑快速堆積，研究區(qū)北部北三臺凸起提供物源。臺48井、臺42井附近，長石和石英的含量普遍不高，而巖屑含量極高，巖屑含量幾乎都在80%以上，說明該區(qū)物源較近，搬運距離短，推測研究區(qū)有一個來自南部的物源[14]。

表3　北83井區(qū)梧桐溝砂巖中巖屑組分及含量

表4　北83井區(qū)梧桐溝組砂巖段儲層碎屑成分

4　母巖性質(zhì)

巖屑是母巖的碎塊，它們保持著母巖的結構，是判斷物源最直接的證據(jù)[15]。如表3所示，工區(qū)中火山巖巖屑含量普遍較高。研究區(qū)的火山巖巖屑主要為安山巖、硅化巖、霏細巖、凝灰?guī)r等。沉積巖巖屑則主要為泥巖和硅質(zhì)巖屑。晚石炭世，由于哈薩克斯坦-準噶爾板塊向北與西伯利亞板塊碰撞，克拉美麗洋閉合，出現(xiàn)大規(guī)模的火山噴發(fā)，形成了一套對比良好的區(qū)域性火山巖建造。中石炭世，在博格達山和東黃山地區(qū)除發(fā)育巨厚的以中性、中基性為主的火山巖及火山碎屑巖外，還發(fā)育源自地幔的輝長、輝綠巖類及輝石-角閃橄欖巖等超基性雜巖體[16]。準噶爾盆地南緣和博格達山中、晚石炭世火山巖的巖石組合主要為玄武巖-玄武安山巖-英安巖-流紋巖組合和橄欖安粗巖-安粗巖-粗面巖組合。晚二疊世梧桐溝早期，受構造作用的影響，北三臺凸起抬升，作為剝蝕區(qū)，向其周緣沉積區(qū)提供物源，沉積物的類型以泥巖和燧石等為主[17]。從表4中可以看出，北32井火成巖巖屑含量很高，向北83井方向有減少趨勢，成分成熟度有些提高。由此可以判斷，研究區(qū)有兩個方向的物源。來自北部和南部的沉積物以火山巖為主，具有雙向供源的特征。這一特點與ZTR指數(shù)變化趨勢相一致。

5　沉積法分析

沉積法主要是根據(jù)盆地測井、鉆井、地震等資料，結合巖性、成分、粒度、沉積體形態(tài)、沉積構造、古流向及植物微體化石等資料，做出某時期的沙巖百分含量等值線圖、礫巖百分含量等值線圖、地層等厚圖等相關圖件來推測物源區(qū)的相對位置[18]。地層厚度的變化可以反映湖泊沉降幅度和古地形的基本輪廓[19]，沙礫巖百分含量等值線圖最能反映物源的方向，因為其含義為沙礫巖厚度與地層厚度的相對比值，其受古地形、后期的剝蝕和構造抬升作用是均等的[20]。

圖4　北83井區(qū)梧桐溝組砂礫巖厚度（a、b）及百分含量（c、d）圖

圖5　北83井區(qū)梧桐溝組泥巖厚度（a、b）及地層厚度（c、d）圖

5.1砂礫巖厚度及百分含量

通過對工區(qū)錄井、測井資料進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，并計算出所有單井的砂礫巖厚度及其百分含量，據(jù)此完成了梧一段與梧二段的砂礫巖厚度圖及其百分含量等值線圖。結合梧桐溝組砂礫巖厚度圖（圖4a、4b）及其百分含量等值線圖來看（圖4c、4d），梧一段砂礫巖厚度最高值在北7井、北23井與臺1井附近，砂礫巖百分含量從工區(qū)南北兩個方向逐漸向工區(qū)中部減小；同時，從梧二段砂巖厚度圖及其百分含量等值線圖中可以看出砂礫巖分布范圍有所增加，從厚度上看，認為來自北部的物源強度增加，而南部的物源強度減小。這種變化趨勢說明梧二段與梧一段有良好的繼承性，物源方向變化不大，很好的驗證了前兩點所推測出的物源方向。

5.2沉積中心及沉降中心

通過研究區(qū)泥巖厚度的統(tǒng)計，從梧一段及梧二段泥巖厚度圖（圖5a、5b）中可以看出，在梧一段時期，只有一個沉降中心，在西地2井附近，表明此處水體較深；而到梧二段時期，有三個沉降中心，一個是西地2井附近，另外兩個是臺5井附近與馬莊1井附近，表明整個盆地在梧二段時期水體逐漸變深。

從梧桐溝組梧一段與梧二段地層厚度圖（圖5c、5d）來看，梧一段時期，沉積中心在工區(qū)的南北兩側，表明南北方向各有一個物源；到梧二段時期，基本沒有什么變化，只不過南北兩側的物源均向沉降中心臺8井、西地2井、馬莊1井供源，使整個工區(qū)地層厚度均有所變大[21]。

5.3粒度分布特征

通過碎屑顆粒結構特征的研究，從粒度概率累積曲線方面進行分析也可大致確定物源的方向：近物源區(qū)粒度概率曲線特征應是以一段式為主的重力流，而較遠處應是二段式與三段式的牽引流。對研究區(qū)粒度概率累計曲線的分析，也符合以上規(guī)律（圖6）。臺48井的粒度概率累積曲線呈一段式，是典型的一段式重力流，而北83井則呈現(xiàn)二段式牽引流的特征，可以大致判定有一個來自南部方向的物源[22]。

圖6　臺48井、北83井粒度概率累積曲線

6　結論

通過系統(tǒng)的對北83井區(qū)二疊系梧桐溝組的砂巖碎屑類型及含量變化、重礦物組合、ZTR指數(shù)、沙礫巖厚度及百分含量、泥巖厚度及地層厚度、粒度分布特征等資料的綜合性研究，得出以下幾點認識：

1）研究區(qū)二疊系梧桐溝組巖石類型主要為巖屑砂巖。

2）研究區(qū)梧桐溝組穩(wěn)定重礦物主要有鋯石、電氣石、白鈦礦、鈦鐵礦、褐鐵礦，而不穩(wěn)定穩(wěn)定重礦物主要為綠簾石，研究區(qū)重礦物組合是鈦鐵礦—褐鐵礦—綠簾石。

3）研究區(qū)梧桐溝組為兩大物源所控制，南部由博格達山提供物源；北部物源在梧桐溝組早期主要由北三臺凸起提供，而在梧桐溝組晚期由于構造運動的影響，整個準噶爾盆地進入較穩(wěn)定的大型陸內(nèi)凹陷發(fā)育階段，北三臺凸起沉沒于水中[23]，推測由北三臺地區(qū)北部的克拉美麗山提供物源。

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Provenance Analysis of the Permian Wutonggou Formation in North 83 Well Block at Beisantai,Junggar Basin

REN Yao1DELE Qiat1TAN Qiang2XU Xue-long2LI Ling1
(1-College of Geology and Mining Engineering,Xinjiang University,ürümqi 830047; 2-Zhundong Production Plant,Xinjiang Oilfield Company,PetroChina,Fukang,Xinjiang 8315000)

Abstract:Data on formation thickness,sandstone detrital components,heavy mineral assemblage,ZTR index and particle size distribution show that the provenance of the Permian Wutonggou Formation in north 83 well block at Beisantai,Junggar Basin is igneous rock in south and north.Under the control of the southern provenance,braided river delta front deposit was developed,while under the influence of the northern provenance,sublacustrine fan deposit was developed.The study indicates that distribution of oil and gas,mainly lithologic oil and gas reservoir,is controlled by sedimentary facies.

Key words:provenance analysis; Beisantai prominence; detrital components; heavy mineral

作者簡介：任堯（1990-）男，山東東營人，碩士研究生，研究方向：沉積學

基金項目：新疆油田公司《北83井區(qū)二疊系梧桐溝組儲層特征及沉積相研究》科研項目基金（編號：zdcyc-2013Jz274）

收稿日期：2015-02-25

DOI：10.3969/j.issn.1006-0995.2016.01.012

中圖分類號：P618.130.1

文獻標識碼：A

文章編號：1006-0995（2016）01-0054-06

關鍵字：物源分析；碎屑組分；重礦物；北三臺凸起