准南芦草沟组沉积特征及油气勘探前景

王正和，丁邦春，闫剑飞，门玉澎，张海全

(1.中国地质调查局 成都地质调查中心,四川 成都 610081;2.川庆钻探工程公司 测井公司,重庆 400021)



准南芦草沟组沉积特征及油气勘探前景

王正和1，丁邦春2，闫剑飞1，门玉澎1，张海全1

(1.中国地质调查局 成都地质调查中心,四川 成都 610081;2.川庆钻探工程公司 测井公司,重庆 400021)

摘要：为了进一步促进芦草沟组非常规油气勘探，在详细的野外地质调查基础上，结合前人研究成果及已有页岩气调查井钻探成果对芦草沟组岩性岩相组合特征、沉积演化进行了深入研究，结果表明：芦草沟组岩性岩相组合特征所呈现出的三段性特征明显，因此，将芦草沟组分为上、中、下3个岩性组合段。芦草沟组包含了扇三角洲及湖相沉积体系。上段为前扇三角洲至半深湖-深湖亚相沉积，以灰黑色炭质泥页岩夹碳酸盐岩夹层为显著特征，是最优质的区域性重点烃源岩，具较好页岩气勘探潜力。中段为扇三角洲前缘-前扇三角洲沉积，以灰黑色炭质泥岩与灰色中厚层状粉砂岩互层为显著特征，可构成具良好勘探潜力的致密储层；下段为扇三角洲平原-前扇三角洲沉积，岩性组合横向变化较大，由砂砾岩、粗细砂岩过渡为粉砂岩及灰黑色炭质粉砂质泥岩，既是常规油气目标层，又具非常规勘探潜力。芦草沟组自下而上整体呈现为一个相对湖平面上升的湖扩过程。

关键词：芦草沟组；沉积特征；非常规油气；准噶尔南部

王正和，丁邦春，闫剑飞，等.准南芦草沟组沉积特征及油气勘探意义[J].西安石油大学学报(自然科学版)，2016，31(2)：25-32.

WANG Zhenghe,DING Bangchun,YAN Jianfei，et al.Depositional characteristics and petroleum exploration significance of Lucaogou Formation in south Junggar Basin [J].Journal of Xi'an Shiyou University (Natural Science Edition),2016,31(2):25-32.

引言

准噶尔盆地晚二叠世芦草沟组(P3l)因沉积相时空演化所形成的独特岩性、岩相组合特征决定了其在油气勘探中独一无二的地位。在准噶尔盆地中，芦草沟组是集烃源岩、储层、盖层三位于一体的重要层系，而且既是常规油气勘探目标，又是页岩气、页岩油、致密油藏油等非常规油气重点勘探目标[1-2]。

目前，前人针对芦草沟组沉积方面的研究成果涵盖了层序地层划分[3-6]、白云岩成因[7-8]、古气候[9]及沉积环境[6,10-12]等方面。本文结合大量的野外地质调查、前人研究成果及已有钻井资料，以单剖面纵向岩性岩相组合特征与变化及横向沉积剖面对比为基础，对准噶尔盆地南缘芦草沟组岩性岩相特征及沉积时空演化进行精细研究，最终以上、中、下3个岩性段为编图单元对芦草沟组沉积相进行编制，以期有益于对芦草沟组沉积特征的进一步认识，并为芦草沟组页岩气、页岩油及致密油藏油等非常规油气勘探与预测提供参考。

1区域地质背景

准噶尔盆地位于欧亚构造域边缘，与特提斯构造域相邻[13]，夹持于哈萨克斯坦板块、西伯利亚板块、阿尔泰褶皱造山带和天山褶皱造山带之间，是我国大型含油气盆地之一，为一复合叠加盆地，经历了多期构造运动[14-18]。

准噶尔盆地在前寒武纪结晶基底上沉积了寒武系—石炭系海相及海陆交互相地层。后经海西期周缘海槽褶皱形成盆地褶皱基底，构成准噶尔盆地前寒武纪结晶基底与海西褶皱基底的双层基底结构，成盆后接受二叠纪至今的盖层沉积。沉积环境也由早中二叠世之前的海相逐渐过渡到之后的陆相。据前人研究，芦草沟组为晚二叠世温暖气候条件下的湖相沉积[9,19]，以陆源碎屑岩沉积为主，夹少量内源岩夹层，且以厚度较大的炭质泥页岩发育为显著特征。此外，芦草沟组沉积时期，柴窝铺凹陷与准噶尔盆地同属一个盆地[20]。

现今，芦草沟组主要出露于博格达山北缘山前带(图1)，其横向相变快，厚度变化明显，最大厚度可达1 200余米。在博格达北缘西段(指博格达山北缘天池以西的区域)，芦草沟组露头岩性岩相组合特征三分性明显。

图1　研究区位置及芦草沟组露头分布(灰色区域为芦草沟组出露区)Fig.1　Location of the study area and the outcrop distribution of Lucaogou Formation (The gray area is the outcrop distribution area)

2芦草沟组沉积特征

2.1芦草沟组岩性岩相特征

在准噶尔盆地南缘博格达山北缘西段，芦草沟组纵向上的岩性、岩相变化特征呈现出明显的三分性，自下而上可划分为3个截然不同的岩性组合段(图2)。这3个岩性组合段各自的特征在榆树沟向东至水磨河一带最为清楚与典型，并形成迥然相异的地貌特征(图3)。

2.1.1芦草沟组下段岩性岩相特征芦草沟组下段总厚度约460 m，岩性主要为灰黑色含炭质钙质泥岩与灰黑色-深灰色泥质粉砂岩及粉砂岩(图4(a))，砂泥比约为1∶1.5。从区域上看，下段岩性横向变化较为明显，从柴窝堡往红雁池至石人沟，岩性明显有由粗变细的趋势，而且在柴窝堡一带，下段以砂岩为主体，泥岩较少，而往北东至三工河一带，则演变为以灰黑色炭质泥岩为主。该段在榆树沟一带的露头上局部可见厘米级叠层石构造夹杂在细碎屑岩中。在红雁池附近的露头上可见下段中发育有较多砾岩(图4(b))及粉砂岩至粗砂岩，岩性总体上偏粗；在石人沟剖面中，芦草沟组下段则基本为粉-细砂岩及粉砂质炭质泥岩，岩性总体上偏细。在红雁池剖面芦草沟组下段中可见正粒序层理(图4(c))、交错层理、液化变形层理(图4(d))及非对称性单向水流波痕等沉积构造。结合前人研究，并综合所有沉积构造以及纵向上岩性岩相组合特征认为，芦草沟组下段为扇三角洲前缘相沉积。

图2　准噶尔盆地南缘乌鲁木齐葛家沟剖面芦草沟组沉积柱状图Fig.2　Lithologic and sedimentary section of Loucaogou Formation on Urumchi Gejiagou profile in the south margin of Junggar Basin

图3　芦草沟组上、中、下三段地貌特征Fig.3　Geomorphological features of upper member,middle member and lower member of Lucaogou Formation

图4　准南芦草沟组沉积与岩性特征Fig.4　Sedimentary and lithologic characteristics of Loucaogou Formation

2.1.2芦草沟组中段岩性岩相特征总厚度约130 m，岩性主要为灰-浅灰色粉砂岩及灰黑色炭质泥岩，呈互层状；砂泥比为(1.5~2.0)∶1。粉砂岩多为中—厚层状，块状层理，坚硬、致密，局部可见缝合线构造；炭质泥岩中多发育水平层理(图4(f))。在石人沟至榆树沟一带，因地层近于直立，且砂岩抗风化能力强，故该段在地表通常呈现为耸立突兀的正地貌，并形成盆山过渡带最后一道山脊。而在甘沟一带，地层产出较平缓，砂岩往往呈凹进的槽状，而黑色炭质泥岩往往呈凸出的棱状(图4(g))。该段炭质泥岩中常见白云岩透镜体(图4(h))，而砂岩裂缝中偶尔可见沥青浸染。该段与下段在岩性岩相组合特征差异相当明显，主要表现为：(1)中段砂岩与泥岩成层性均很好，且呈互层状；下段砂与泥往往混杂、渐变，更具韵律特征；(2)中段砂岩均质性较强，呈中-厚层状，与泥岩均为突变接触；下段砂岩以3 cm左右薄层为主，与泥岩往往构成砂质含量逐渐变化的韵律性旋回。

2.1.3芦草沟组上段岩性岩相特征总厚度约550 m，岩性主要为灰黑色炭质泥页岩夹灰-深灰色中厚层状白云岩或泥质灰岩(图4(i))；白云岩(泥质灰岩)与泥岩厚度比约为1∶30，但越往东，比例渐小。灰黑色炭质泥页岩中可见较多顺层分布的黄铁矿(图4(j))、磷块岩结核(图4(k))，偶见较为完整的鳕鱼化石(图4(l))。这些沉积特征指示上段为较深水强还原沉积环境。另外，上段中的白云岩或泥质灰岩通常呈厚25 cm左右的中层状，其顶、底与炭质泥页岩呈突变接触，且横向上延续不远，呈现为透镜状。该段所夹的中层状碳酸盐岩夹层岩性在横向上有一定的变化，在红雁池一带，其间的夹层通常以泥质灰岩为主，其中含少量生屑和陆源碎屑,往东，则逐渐变为以白云岩为主，且鲕粒白云岩增多，至榆树沟及葛家沟一带，其间的夹层多以泥、微晶至粉晶白云岩为主。

在该段接近底部约100 m的位置发育有一套厚约1 m、横向连续性很好、可作为较好标志层的颗粒白云岩。该套白云岩因抗风化能力强，在红雁池至葛家沟一带出露地表，并形成近于直立的城墙(在GoogleEarth卫星地图上清晰可见，地表出露延伸约5.5 km，图4(m))。

该段上部自下而上是水体由深变浅的过程，其顶部发育有一层厚约30 cm的介壳层(图4(n))。其中的介壳个小、壳薄，个体多小于0.5 cm(图4(o))。这表明其沉积水体仍然是低能环境。

乌鲁木齐红雁池附近的页岩气调查井准页3井的岩心揭示该段下部主要为灰黑色炭质泥岩、灰-深灰色含炭质泥质粉砂岩及粉砂岩。岩心中发育大量水平层理、正粒序层理、液化变形层理及滑塌揉皱变形构造(图4(e))等，提供了扇三角洲前缘相沉积证据。

总体上，据芦草沟组上段岩性岩相组合及沉积构造特征可以确定其沉积环境主要为前扇三角洲至深湖亚相沉积。

2.2芦草沟组纵向沉积特征

以葛家沟剖面为例(图2)，芦草沟组下段与中段主要发育了扇三角洲沉积体系，而上段则由扇三角洲沉积体系过渡为湖相沉积体系，并以湖相沉积体系为主。芦草沟组中的砂质碎屑主要发育在中、下段的扇三角洲沉积体系中，而上段所发育的湖相沉积体系则主要以炭质泥岩为主。

总体上，芦草沟组全层段均发育有白云岩，但自下而上，白云岩呈逐渐增多的趋势。下段，白云岩多呈厚2 cm左右的条带状或透镜状；中段，白云岩多呈厚10 cm左右的条带状或透镜状；上段，白云岩则多呈40 cm左右的中-厚层状。

芦草沟组自下而上，整体上呈现为一个沉积物粒度由粗变细，相对湖平面由浅变深的湖扩展过程。从烃源岩来看，芦草沟组自下而上均发育具生烃能力的炭质泥岩，而最优质的烃源岩发育于上段，即主要发育在湖扩时期的半深湖-深湖亚相沉积。从储集层来看，在相对湖平面较低时期所沉积的扇三角洲前缘砂体往往为粉砂级，可成为潜在的致密储层；在近源的盆缘区所沉积的扇三角洲平原相沉积体往往为砂砾岩混杂体，已成为石油公司常规油气勘探的目标层系。

2.3芦草沟组沉积相

晚二叠世，柴窝堡、博格达以及准噶尔属于同一个陆内坳陷盆地，而且博格达地区处于盆地中心最深水区。南西方向的北天山地区以及北东方向的克拉美丽地区已经隆起成陆，并向盆地提供物源。

芦草沟组纵横向岩性组合变化特征表明：自南向北，柴窝堡的CC1井及邻区整体上以浅灰-灰绿色砂砾岩为主，局部夹紫红色泥岩，为扇三角洲平原相沉积。往北至D1井及其邻区，则下部为以砂砾岩为主的扇三角洲平原相沉积，上部过渡为以粗-细砂岩及泥岩为主的扇三角洲前缘相沉积。再往北至红雁池一带，从露头可见芦草沟组下部以粗-粉细砂岩为主，夹较多中厚层状细-中砾岩，且发育有单向流水波痕、交错层理、正粒序层理、液化变形及滑塌变形构造，呈现扇三角洲前缘相沉积特征。上部过渡为以灰黑色炭质泥岩夹泥灰岩夹层为主，其中的泥灰岩夹层多呈较大型的透镜状，炭质泥岩连续厚度大，且水平纹层较发育，为前扇三角洲至半深湖-深湖亚相沉积。这表明，自南向北，沉积水体逐渐加深(图5)。

图5　准南芦草沟组沉积对比剖面(CC1井-D1井-红雁池)Fig.5　Sedimentary correlation profile of Loucaogou Formation: CC1 well-D1 well-Hongyanchi outcrop,south Junggar Basin

芦草沟组沉积时期，自西向东，永丰地区X2井及邻区以扇三角洲前缘相沉积为主，而X1井至红雁池一带，扇三角洲前缘相沉积略占一半，且主要分布在下部，到上部则过渡为前扇三角洲及半深湖-深湖亚相沉积。榆树沟往东至石人沟一带以前扇三角洲及半深湖-深湖亚相沉积为主。总体上，自西向东，芦草沟组中的陆源砂级碎屑所占比重呈现出逐渐减少的趋势。这表明，自西向东，沉积水体逐渐加深(图6)。

横向沉积对比表明：芦草沟组自下而上，整体呈现为一个湖扩过程并伴随相对湖平面上升，导致中晚期炭质泥页岩尤其发育，且沉积范围更广，连续厚度最大。总体上，阜康一带大致为芦草沟组沉积时期的最深水区，且为沉积中心。在阜康一带，芦草沟组全段均发育富有机质页岩，而往西至红雁池一带，只有上段才发育富有机质泥页岩。因此，以阜康为中心向沉积盆地边缘方向，富有机质泥页岩的发育在垂向上呈现层位逐渐抬高的规律。

准噶尔盆地南缘，芦草沟组从下段到上段，沉积中心不断扩大，到上段沉积时期，半深湖-深湖亚相沉积涵盖了博格达山的大部分地区，而且扩展到柴窝堡盆地北边较大范围，从而使得柴窝堡盆地二叠系也具备了巨大的油气勘探潜力。另外，从下段到上段，扇三角洲前缘与扇三角洲平面相带不断向陆后退，展布范围也明显减小(图7)。

图6　准南芦草沟组沉积对比剖面(X2井-X1井-红雁池-榆树沟-葛家沟-石人沟)Fig.6　Sedimentary correlation profile of Loucaogou Formation:X2 well-X1 well-Hongyanchi outcrop-Yushugou outcrop-Gejiagou outcrop-Shirengou outcrop,south Junggar Basin

图7　准南芦草沟组沉积相平面图Fig.7　Sedimentary facies plane of Loucaogou Formation,south Junggar Basin

3结论

(1)博格达山北缘西段芦草沟组可划分为下段、中段和上段3个岩性岩相组合段。这3个岩性组合段岩性差异明显，会导致波阻抗差异明显，因此，在埋深相对较浅、纵向分辨率较高的情况下，这3个组的分界面在地震资料中有较好的地震反射。

(2)芦草沟组前扇三角洲至深湖亚相炭质泥页岩具有较好的页岩气、页岩油勘探潜力；夹于炭质泥页岩之中的扇三角洲前缘相粉砂级碎屑岩及碳酸盐岩可形成较好的致密储层；扇三角洲平原-扇三角洲前缘相粗碎屑的砂砾岩可形成常规油气储层。

(3)芦草沟组下段至上段，总体上是一个湖扩展伴随相对湖平面上升的过程，上段沉积时期，湖平面范围达到最大。

(4)芦草沟组横向厚度变化剧烈，岩相变化明显，滑塌变形构造及水下碎屑流形成的正粒序层理较发育，沉积底形坡度较陡，坡降可达17‰左右，且近源区砾岩较发育。表明芦草沟组沉积时期其沉积速率较大，整体上属于扇三角洲-湖相沉积体系。

参 考 文 献：

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责任编辑：王辉

Depositional Characteristics and Petroleum Exploration Significance of Lucaogou Formation in South Junggar Basin

WANG Zhenghe1,DING Bangchun2,YAN Jianfei1,MEN Yupeng1,ZHANG Haiquan1

(1.Chengdu Geological Survey Center,China Geological Survey Bureau,Chengdu 610083,Sichuan,China;2.Logging Company,Chuanqing Drilling Engineering Co.,Ltd.,400021,Chongqing,China)

Abstract:In order to promote the exploration of the unconventional oil & gas in Lucaogou Formation,the lithologic and lithofacies assemblage characteristics and the sedimentary evolution of Lucaogou Formation were studied based on the detailed geological survey,the previous research results and the shale gas well drilling results.It is shown that:the lithologic and lithofacies assemblage presents obvious three-segment feature,and therefore Lucaogou Formation can be divided into upper member,middle member and lower member.Lucaogou Formation includes fan delta and lacustrine depositional systems.There is pro-fan delta to semi-deep-deep lake sedimentary facies in upper member,the interlayer of carbonate rock in dark grey carbonaceous mudstone is the obvious feature of upper member,it is the best regional hydrocarbon source rock,and has good exploration potential to shale gas;there is fan delta front-pro-fan delta sedimentary facies in middle member,the interbed of dark grey carbonaceous mudstone with grey medium-thick layered siltstone is the obvious feature of middle member,which forms tight reservoir with good exploration potential;there is fan delta plain-pro-fan delta sedimentary facies in lower member,the lateral change of lithology combination of lower member is great,the lithology transits from sand conglomerate,coarse,fine sandstone to siltstone and dark grey carbonaceous silty mudstone,it is both conventional oil and gas target layer and has unconventional exploration potential.Lucaogou Formation presents a lake expansion process of lake level relatively rising from lower to upper.

Key words:Lucaogou Formation;depositional characteristic;unconventional oil and gas;South Junggar Basin

文章编号：1673-064X(2016)02-0025-08

文献标识码：A

DOI：10.3969/j.issn.1673-064X.2016.02.004

中图分类号：TE122

作者简介：王正和(1976-)，男，博士，主要从事油气勘探方面研究。E-mail:carbonhydro@163.com

基金项目：新疆维吾尔自治区地勘基金项目“新疆准噶尔盆地南缘重点远景区页岩气调查评价”(编号：N13-4-XJ02)

收稿日期：2015-10-28

责任编辑：王辉