石錢灘凹陷二疊系平地泉組層序沉積特征及石油地質意義

王 越，于洪州，熊 偉，王千軍，張關龍，肖雄飛，薛 雁，汪譽新

（中國石化勝利油田分公司勘探開發研究院，山東東營 257015）

準噶爾盆地東部中二疊統廣泛發育一套深湖相暗色泥頁巖與云質巖互層（暗色泥頁巖為主力烴源巖，云質巖是致密油主要的儲集巖）［1］，主要層位為克拉美麗山前凹陷的平地泉組（P2p）［2-3］與吉木薩爾凹陷、博格達山山前凹陷的蘆草溝組（P2l）［4-7］。五彩灣凹陷、沙帳斷褶帶和石樹溝凹陷平地泉組發育辮狀河三角洲-湖泊沉積體系，平一段和平二段半深湖相的深灰色、灰黑色泥巖為好烴源巖，形成了3 個生烴中心［8］。目前，沙帳斷褶帶發現了火燒山油田［9］，累積探明石油地質儲量達7 600×104t［1］，石樹溝凹陷也取得了一定的產量［8］。石錢灘凹陷錢1 井在平地泉組油氣顯示若干層，反映了該區具有良好的勘探潛力。石錢灘凹陷是否發育半深湖-深湖相烴源巖、具有獨立的生烴中心，目前尚無清楚的認識，制約了下一步的油氣勘探方向。

前人針對克拉美麗山前平地泉組的盆地演化［10-12］、層序地層［13-15］和沉積儲層特征［16-19］開展了一定的研究工作。易澤軍等認為準噶爾盆地東部二疊紀是北西向壓扭性前陸盆地，內部發育北東向拉分斷陷［10-11］；張磊等認為克拉美麗山前早石炭世早期為擠壓前陸階段，早石炭世中期-早二疊世為斷陷-拗陷階段，中二疊世晚期-三疊紀為前陸盆地階段［12］；李德江等將準噶爾盆地二疊系劃分為2 個二級層序，7 個三級層序，平地泉組對應一個三級層序［13］；肖紅吉將中二疊統將軍廟組與平地泉組劃分為一個三級層序，石錢灘凹陷發育辮狀河、辮狀河三角洲與濱淺湖沉積［14］；關鍵等認為平地泉組沉積時期克拉美麗山前為統一的沉積坳陷，山前發育沖積扇、扇三角洲與半深湖沉積［17］。馮陶然研究認為石錢灘凹陷位于湖盆邊緣，整體以扇三角洲相的粗粒沉積為主［19］。總體來看，前期的研究主要是針對五彩灣凹陷、帳北斷褶帶和石樹溝凹陷，而石錢灘凹陷地質研究較少，且主要是以平地泉組為一個等時地層單元開展沉積特征研究。石錢灘凹陷發育碳酸鹽巖、碳質泥巖、煤層及砂礫巖等多種巖性，橫向上與縱向上變化復雜，在精細地層格架內開展沉積特征研究有利于分析該區是否發育半深湖-深湖相烴源巖以及源儲配置關系。

在充分調研前人研究成果的基礎上，筆者根據石錢灘凹陷最新采集的二維地震、鉆井、測井以及巖心資料，結合在研究區北部雙井子剖面二疊系露頭開展的系統研究工作，對平地泉組開展精細層序地層單元劃分，詳細分析各層序單元的沉積相以及沉積體系分布特征，建立層序沉積充填模式，進一步分析石油地質特征，預測有利勘探方向，以期為實現該區油氣勘探突破奠定重要的地質基礎。

1 區域地質概況

準噶爾盆地位于新疆北部，夾持于塔里木板塊、哈薩克斯坦板塊與西伯利亞板塊之間，四周被褶皺山系所包圍（圖1a），西北邊界為扎伊爾山與哈拉阿拉特山，東北邊界為青格里底山與克拉美麗山，南部邊界為伊林黑比爾根山與博格達山。準噶爾盆地為大型復合疊加盆地，經歷了海西期、印支期、燕山期與喜馬拉雅期4期構造演化，形成了西部隆起區、陸梁隆起區、東部隆起區、烏倫谷坳陷、中央坳陷和北天山山前沖斷帶6個一級構造單元。東部隆起區進一步劃分為15 個二級構造單元，包括8個凸起和7個凹陷（圖1b）。石錢灘凹陷位于東部隆起區的北部，被克拉美麗山、黑山凸起、沙奇凸起與黃草灘凸起所圍。

圖1 準噶爾盆地東部構造單元劃分與露頭、鉆井分布Fig.1 Division of tectonic units and distribution of outcrops and drilling wells in eastern Junggar Basin

石錢灘凹陷二疊系自下而上發育下二疊統金溝組（P1j）、中二疊統將軍廟組（P2j）和平地泉組（P2p）與上二疊統梧桐溝組（P3w）。石錢灘凹陷北部下二疊統金溝組和中二疊統將軍廟組發育紫紅色、褐紅色厚層礫巖與砂礫巖，向南過渡為紫紅色、雜色厚層泥巖夾薄層的中細砂巖。中二疊統平地泉組發育碎屑巖、碳酸鹽巖以及煤層。依據巖性特征將平地泉組自下而上劃分為四段（P2p1，P2p2，P2p3與P2p4），進一步劃分為8 個亞段（圖2）。平一段下亞段（P2p11）發育灰綠色、灰色泥巖與粉砂質泥巖，上亞段（P2p12）發育灰色泥晶灰巖夾灰綠色泥巖。平二段下亞段（P2p21）發育灰色泥巖、碳質泥巖夾薄層細砂巖，上亞段（P2p22）發育灰黑色碳質泥巖、煤層與灰色泥巖、粉砂質泥巖。平三段下亞段（P2p31）發育厚層礫巖、砂礫巖與灰色泥巖、粉砂質泥巖，上亞段發育灰色砂礫巖與厚層灰色泥巖、粉砂質泥巖。平四段下亞段（P2p41）發育灰色粉砂質泥巖、泥巖夾薄層粉砂巖，上亞段（P2p42）發育厚層灰色泥巖夾薄層粉細砂巖。上二疊統梧桐溝組（P3w）發育灰色礫巖、灰黃色細砂巖與灰色泥巖互層。

2 層序地層格架

2.1 三級層序界面

石錢灘凹陷西北部地層反射特征明顯，平地泉組頂界面（SB1）與底界面（SB3）可見明顯的下削上超現象（圖3），與上、下地層為不整合接觸關系。不整合面主要分布在盆地邊緣，屬于三級層序界面。平地泉組內部存在2 條強反射軸，上部強反射軸位于平二段碳質泥巖、煤層與平三段砂礫巖分界面附近，下部強反射軸位于平二段碳質泥巖、煤層與平一段碳酸鹽巖分界面附近。將平二段頂界面進行拉平后發現其為一個頂超面（SB2）（圖4），代表了一種時間不長、與沉積作用差不多同時發生的過路沖蝕現象，露頭上可以見到明顯的沖刷面（圖5a）。該界面（SB2）之下的碳質泥巖、煤層也代表了當時為暴露環境，反映平二段與平三段之間存在沉積間斷，界面上下存在巖性突變（圖5b）。綜合分析認為，平二段頂界面為三級層序界面，將中二疊統平地泉組自下而上劃分為兩個三級層序，分別為層序1與層序2。

2.2 體系域界面

依據鉆井、測井、地震、露頭、小波變換以及元素分析等資料，通過識別首次湖泛面與最大湖泛面，將層序1自下而上劃分為低位域、湖侵域與高位域；層序2自下而上劃分為低位域與湖侵域，高位域不發育（圖2）。從南北向3 號線地震剖面上觀察到由北向南存在地層超覆現象（圖4），平一段下亞段頂部的反射軸為越過坡折帶的第1 個上超點，為首次湖泛面，反映了相對湖平面由相對穩定到開始緩慢上升。該界面之下為灰綠色泥巖、粉砂質泥巖，界面之上過渡為灰色泥晶灰巖，反映了湖域范圍擴大導致陸源碎屑輸入減少。平一段頂界面附近存在一個地震反射強軸，連續性好、振幅強、分布廣泛，為一個下超界面。該界面之下發育厚層的深灰色泥頁巖（圖5c，5d），富含有機質，具有高V/（V+Ni）值、高Sr/Ba 值（圖2），反映了深水穩定的強還原、高鹽度環境。該界面之上發育薄層灰巖、灰綠色泥巖，有機質豐度降低，具有低V/（V+Ni）值、低Sr/Ba值，反映了水體環境變淺。綜合分析認為，平一段上部深灰色泥巖的頂界為最大湖泛面（圖2），反映了層序1的湖域分布范圍達到最大。根據相同方法分析出平三段與平四段頂界面分別為首次湖泛面、最大湖泛面。

圖2 石錢灘凹陷錢1井中二疊統平地泉組層序地層劃分Fig.2 Sequence stratigraphic division of Middle Permian Pingdiquan Formation in Well Qian1 of Shiqiantan Sag

圖3 石錢灘凹陷1號線與2號線拼接地震剖面層序分析Fig.3 Sequence analysis of the spliced seismic profile of Line1 and Line2 in the Shiqiantan Sag

圖4 石錢灘凹陷3號線地震剖面層序分析Fig.4 Sequence analysis of seismic profile of Line3 in Shiqiantan Sag

3 沉積特征

3.1 沉積相類型

在平地泉組沉積時期，石錢灘凹陷主要發育扇三角洲、三角洲和湖泊3種沉積相。

扇三角洲 露頭與巖心綜合分析結果表明，扇三角洲主要在石錢灘凹陷北部發育，以扇三角洲平原與扇三角洲前緣沉積為主。扇三角洲平原以厚層雜色中礫巖、砂礫巖沉積為主，夾薄層灰綠色、灰色泥巖與粉砂質泥巖，根據巖性組合特征與沉積構造劃分為分流河道與分流間灣2個微相。分流河道由多期次的砂礫巖體在垂向上疊置構成，單層厚度為2～6 m（圖5a），累積厚度最大約為25 m，主要發育塊狀層理和粒序層理（圖6a），底部可見大型的沖刷面。礫巖以石英巖礫石和凝灰巖礫石為主，粒徑主要為2～5 cm，最大可到35 cm（圖6b），呈棱角狀、次棱角狀，與泥級、砂級碎屑顆粒混雜堆積，為近源快速沉積的產物，以重力流搬運機制為主。分流間灣以灰色粉砂質泥巖、泥巖為主，厚度一般為5～10 m，反映了安靜的水體環境。

圖5 雙井子剖面平地泉組層序界面與體系域界面特征Fig.5 Characteristics of sequence boundary and system tract boundary of Pingdiquan Formation in Shuangjingzi Section

扇三角洲前緣以灰色細礫巖（圖6c）、砂礫巖（圖6d）、中粗砂巖和深灰色粉砂質泥巖、泥巖的不等厚互層為主，進一步劃分為水下分流河道和水下分流間灣2個微相。水下分流河道發育的砂礫巖體厚度一般為1～4 m，累積厚度最大約為15 m，主要發育塊狀層理和粒序層理，測井相模式表現為中高幅箱形（圖2），反映了較強的水動力條件。礫石粒徑主要為0.5～2 cm，最大約為3 cm，呈次棱角狀、次圓狀，多呈穩定狀堆積（圖6c）。水下分流間灣以深灰色粉砂質泥巖、泥巖為主，厚度一般為5～15 m，自然電位曲線基于平直（圖2）。

三角洲 主要在石錢灘凹陷南部層序1 發育，以三角洲平原和三角洲前緣沉積為主。三角洲平原主要發育沼澤微相，以深灰色碳質泥巖與泥巖為主（圖2），石參1 井、大5 井發育1～5 層煤層，單層厚度為2～5 m，反映了當時在濕潤氣候條件下植物繁茂。三角洲前緣主要以水下分流河道和水下分流間灣沉積為主，水下分流河道主要發育灰色中細砂巖，單層厚度為1～2 m，測井相模式表現為中低幅鐘形（圖2），在南北向和東西向地震剖面上層序1高位域形成明顯的三角洲前積層（圖6e）。水下分流間灣主要發育灰色、灰綠色粉砂質泥巖與泥巖，單層厚度為2～5 m，自然電位曲線基于平直。

湖相 在石錢灘凹陷層序1 和層序2 的湖侵域分布相對廣泛，發育濱湖、淺湖以及半深湖-深湖亞相。濱湖亞相主要以灰綠色、灰色泥巖與粉砂質泥巖為主，夾薄層的灰黑色碳質泥巖（圖6f）。淺湖亞相發育泥坪、砂坪和灰坪3 個微相。泥坪以灰色粉砂質泥巖與泥巖為主；砂坪以薄層灰色粉砂巖、泥質粉砂巖為主（圖2），發育平行層理和浪成沙紋層理；灰坪主要以灰色泥晶灰巖為主（圖6g），主要由泥晶方解石和少量的陸源碎屑構成（圖6h），單層厚度為1～3 m。通過Th/U 與Sr/Ba 對灰巖沉積環境進行分析，結果指示為微咸水和半咸水環境（圖6i）。綜合分析認為，灰坪形成于安靜的咸化環境，該環境下碳酸鈣通過化學結晶的方式形成了泥晶方解石，混有零星輸入的陸源碎屑。早期形成的泥晶灰巖在未固結或半固結的條件下受波浪改造可形成粉砂質砂屑灰巖（圖6j）。半深湖-深湖亞相主要在層序1湖侵域發育，露頭可見厚層的深灰色泥頁巖，夾有少量薄層的泥晶灰巖（圖6k）。

圖6 石錢灘凹陷中二疊統平地泉組典型沉積特征Fig.6 Typical sedimentary characteristics of Middle Permian Pingdiquan Formation in Shiqiantan Sag

3.2 沉積相對比

在系統分析沉積相類型的基礎上，對石錢灘凹陷近南北向露頭、鉆井沉積特征進行了對比分析。此剖面自北向南經過勝利溝、雙井子、錢1井和大井1 井（圖7），為近似順物源方向。層序1 低位域沉積時期，石錢灘凹陷南部緊鄰沙奇凸起發育三角洲前緣沉積，北部緊鄰克拉美麗山發育扇三角洲前緣沉積。層序1湖侵域沉積時期，湖域面積擴大，在雙井子剖面附近發育半深湖-深湖沉積，三角洲與扇三角洲分布范圍有所減小。層序1 高位域沉積時期，南部三角洲分布范圍擴大，北部扇三角洲分布范圍變化不大，湖泊分布范圍減小，雙井子剖面附近發育濱淺湖沉積。層序2 低位域沉積時期，石錢灘凹陷自南向北發育大規模扇三角洲沉積，勝利溝、雙井子剖面附近以扇三角洲平原沉積為主，向南過渡為扇三角洲前緣與濱淺湖沉積。層序2湖侵域沉積時期，湖泊分布范圍擴大，扇三角洲往湖盆邊緣收縮。綜合分析，層序1沉積時期，石錢灘凹陷南北兩側分別發育三角洲與扇三角洲沉積，沉積中心位于凹陷北側；層序2沉積時期，克拉美麗山供給能力增強，凹陷北部發育大規模扇三角洲沉積，沉積中心向南遷移。

圖7 石錢灘凹陷大井1井—勝利溝剖面平地泉組沉積相對比(剖面位置見圖1，大井1井數據引自文獻［19］)Fig.7 Comparison between Pingdiquan Formation sedimentary facies of Well Dajing1-Shengligou Section in Shiqiantan Sag（See Fig.1 for profile position and Reference［19］for data of Well Dajing1）

3.3 沉積體系分布

根據石錢灘凹陷已有的露頭、鉆井以及地震資料，恢復了層序1 和層序2 各體系域沉積體系。層序1 沉積時期，石錢灘凹陷南北兩側存在沙奇凸起和克拉美麗山兩大物源區。低位域沉積時期，緊鄰沙奇凸起發育小規模三角洲沉積，克拉美麗山前發育小規模的扇三角洲沉積（圖8a）。湖侵域沉積時期，石錢灘凹陷的東北部形成一個沉積中心，廣泛發育了半深湖-深湖沉積（圖8b），露頭上可以見到厚層深灰色泥頁巖（圖6k），地震剖面上也可見到這套深灰色泥頁巖形成的強反射軸連續分布（圖4，圖6e）。石錢灘凹陷南北兩側三角洲與扇三角洲規模有所減小，錢1 井、大5 井附近地勢相對平緩、沉積環境穩定，發育淺湖灰坪沉積。高位域沉積時期，凹陷南部發育較大規模的三角洲沉積（圖8c），南北向和東西向地震剖面上均可見到明顯的前積層，推測沉積中心向東北方向遷移；凹陷北部發育小規模的扇三角洲沉積，局部發育淺湖灰坪沉積。

層序2 沉積時期，克拉美麗山成為石錢灘凹陷主要物源區，沙奇凸起分布范圍減小成為匯水區。低位域沉積時期，凹陷北部發育大規模扇三角洲相的砂礫巖體，沉積中心向南遷移（圖8d）。湖侵域沉積時期，濱淺湖分布范圍擴大，扇三角洲分布范圍明顯減小（圖8e）。

圖8 石錢灘凹陷平地泉組各層序單元沉積體系分布Fig.8 Sedimentary system distribution in each sequence unit of Pingdiquan Formation in Shiqiantan Sag

4 層序沉積充填模式

在系統分析層序格架內沉積特征的基礎上，建立石錢灘凹陷平地泉組層序地層充填模式。層序1沉積時期，沙奇凸起與克拉美麗山為石錢灘凹陷主要物源區，2 個物源區之間存在1 個沉積中心（圖9）。石錢灘凹陷南部地形高差較小，沙奇凸起供給碎屑沉積物的能力有限，緊鄰凸起發育小規模三角洲相的粉細砂巖。石錢灘凹陷北部地形高差較大，克拉美麗山供給碎屑沉積物的能力較強，其南側發育扇三角洲相砂礫巖，砂體縱向厚度大、橫向延伸范圍較小。經過層序1 沉積時期的填平補齊作用，層序2沉積時期石錢灘凹陷地形變得較為平緩。層序1 沉積末期，石錢灘凹陷應該存在一期較弱的構造抬升，形成了區域分布的沉積間斷面。層序2沉積時期，石錢灘凹陷整體轉變為北高南低的地形，克拉美麗山成為主要物源區，自北向南發育大規模分布的扇三角洲沉積，與層序1之間存在沉積相突變。

圖9 石錢灘凹陷中二疊統平地泉組層序沉積充填模式Fig.9 Sequence sedimentary filling model of Middle Permian Pingdiquan Formation in Shiqiantan Sag

5 石油地質意義

建立石錢灘凹陷平地泉組層序地層模式對油氣勘探具有十分重要的指導意義，主要體現在3 個方面。

在平地泉組精細層序地層格架內發現了一套具有一定規模的烴源巖，落實了烴源巖縱向發育位置和橫向分布范圍。層序1 湖侵域沉積時期，石錢灘凹陷發育半深湖-深湖亞相暗色泥頁巖，最厚可達到50 m，總有機碳含量為1.87%～4.49%，平均為3.15%，生烴潛力為2.45～5.45 mg/g，平均為3.35 mg/g，為一套較好的烴源巖，鏡質組反射率為0.75%～1.18%，表明其屬于成熟階段，具備較強的生烴能力。

厘定了平地泉組源儲配置關系，明確了油氣優勢運移方向。層序1湖侵域烴源巖與湖侵域、高位域的灰巖、砂巖及砂礫巖構成了良好的生儲組合。錢1 井層序1 湖侵域灰巖與高位域砂巖已見到明顯的油斑（圖10a）和熒光顯示（圖10b），湖侵域灰巖測井解釋油層4.6 m/3 層，試油采油量為500 mL。此外，層序2 低位域底部的砂礫巖也見到熒光顯示，反映了油氣在橫向和縱向上均發生了一定距離的運移。

圖10 石錢灘凹陷中二疊統平地泉組灰巖油氣顯示Fig.10 Oil and gas shows in Middle Permian Pingdiquan Formation Limestone of Shiqiantan Sag

明確了石錢灘凹陷平地泉組有利沉積相帶，預測了有利油氣勘探方向。從源儲配置關系分析來看，層序1 湖侵域灰坪、扇三角洲前緣與高位域灰坪、三角洲前緣、扇三角洲前緣緊鄰烴源巖，為石錢灘凹陷平地泉組最有利沉積相帶，鉆井上也見到了豐富的油氣顯示。從南北向和東西向地震剖面來看，層序1的高位域發育多期三角洲前緣前積砂體，其下伏烴源巖形成的反射強軸（最大湖泛面）向北、向東穩定分布（圖4，圖6e），兩者構成了緊密相鄰的生儲組合，三角洲前緣前積砂體可能形成多個巖性油氣藏，為平地泉組較有利的勘探方向。

6 結論

石錢灘凹陷中二疊統平地泉組自下而上劃分為層序1 和層序2，層序1 發育低位域、湖侵域和高位域，層序2發育低位域和湖侵域，高位域缺失。層序1 與層序2 主要發育扇三角洲、三角洲與湖泊沉積。層序1 低位域沉積時期，石錢灘凹陷南北兩側分別發育三角洲、扇三角洲沉積，周邊以濱淺湖沉積為主；湖侵域沉積時期，三角洲與扇三角洲砂體規模減小，發育分布較廣的半深湖-深湖亞相暗色泥頁巖；高位域沉積時期，三角洲與扇三角洲砂體規模增大，湖域分布范圍減小。層序2沉積時期，石錢灘凹陷自北向南發育扇三角洲、濱淺湖沉積體系。

層序1 湖侵域半深湖-深湖亞相暗色泥頁巖為一套較好的烴源巖，與湖侵域扇三角洲前緣、灰坪以及高位域扇三角洲前緣、三角洲前緣、灰坪組成了良好的生儲組合，其中高位域三角洲前緣前積砂體可能形成多個巖性油氣藏，為平地泉組較有利的勘探方向。