北三台地区北83井二叠系梧桐沟组沉积物源分析

任 尧，德勒恰提，谭 强，许学龙，李 玲

(1.新疆大学地质与矿业工程学院，新疆 乌鲁木齐 830047；2.中国石油新疆油田公司准东采油厂，新疆 阜康 831500)



北三台地区北83井二叠系梧桐沟组沉积物源分析

任 尧1，德勒恰提1，谭 强2，许学龙2，李 玲1

(1.新疆大学地质与矿业工程学院，新疆 乌鲁木齐 830047；2.中国石油新疆油田公司准东采油厂，新疆 阜康 831500)

摘要：为了弄清准噶尔盆地北三台凸起南斜坡带北83井区二叠系梧桐沟组物源与其沉积体系展布特征，对研究区地层厚度、砂岩碎屑组分组成特征、重矿物组合及ZTR指数以及粒度分布特征等方面的资料进行了分析，分析结果显示出母岩区类型以火成岩为主，存在南部、北部两个方向的主要物源。在南部物源的控制下，发育有辫状河三角洲前缘沉积，而在北部物源的影响下，工区北部发育湖底扇沉积。通过对工区梧桐沟组沉积物来源、沉积特征、砂砾岩百分含量等值线、泥岩百分含量等值线、沉积相划分、储层物性统计分析，可知油气分布基本上受控于沉积相，主要为岩性油气藏。

沉积物物源分析是盆地分析当中的重要组成部分之一，其主要任务是确定沉积物的来源方向、侵蚀区或母岩区的位置、沉积物搬运的路径、距离以及母岩的性质等方面的内容[1]。此外，与物源相关方面的信息也影响着沉积体系的展布特征及规模大小[2]。随着现代分析手段的提高，比如目前应用较多的重矿物法、碎屑岩类分析法、沉积法、裂变径迹法、地球化学法和同位素法等[3]，其分析方法日趋增多，并不断地互相补充和完善。它们在单独应用的时候都有其应用条件的局限性，必须要在用这些方法的同时还要考虑构造抬升、剥蚀作用和化学风化等构造和沉积作用对物源区判定的影响。所以，在物源分析时应注意将多种方法相结合，扬长补短，综合考虑，才能得出合理的结论[4]。

图1　北83井区构造单元及研究区位置图

准噶尔盆地北三台地区位于准噶尔盆地的东部，经历了多期构造运动的改造，地层厚度变化较大[5]，近年来对本区域物源方向的争议较多。有前人研究指出，整个北三台地区梧桐沟组由多个物源提供碎屑物质，共同控制区域内的砂体格局[6]。但是北三台地区范围较大，在如今需要加大勘探开发力度的现实要求下，必须要进一步进行精细研究。所以，在这个大的背景下，将工区范围缩小，对北三台地区中的北83井区进行沉积物源分析。

在研究过程中，利用地层厚度分布、砂砾岩厚度及百分含量、重矿物分析资料、碎屑组分及粒度分布等资料对工区的物源性质做了进一步综合性的分析，认为该区域受到两个主要物源的控制。

1　地质概况

研究区位于博格达山山前，处于地质力学上所称的“博格达弧形构造”的东侧[7]，是准噶尔盆地东部帐北断褶带的重要组成部分。其位于北三台凸起的南部，吉木萨尔凹陷与阜康断裂带之间，面积约1 000km2。研究区经历了三期强烈构造运动，分别为海西期、燕山期和喜马拉雅期[8]，造成了工区复杂的地层构造。

北83井区二叠系梧桐沟组构造原型为一近南北向短轴状背斜[9]，由于北西西走向的B502井东断裂和B502井南断裂的切割作用形成南北两个断鼻，北边为一向北倾没的断鼻，南陡北缓，闭合度约240m。北83井区块二叠系梧桐沟组油藏位于该断鼻的西北翼上，该区断裂发育，主要断裂有西地断裂、B502井南断裂、北84井东断裂、B502井东断裂[10]（图1）。

表1　北83井区梧桐沟组重矿物类型和体积分数统计表

2　重矿物

2.1重矿物类型及组合

重矿物指的是相对密度大于2.86g/cm3的陆源碎屑类矿物，它的种类多种多样，有稳定重矿物(比较常见的有石榴石、锆石、电气石、金红石、榍石、十字石等)和不稳定重矿物(如辉石、角闪石、绿帘石等)之分[2]。前者的抗风化能力比较强，并且分布较广泛，能够长距离搬运；后者容易风化，仅在物源区的附近可以见到，这一点可以用来判断古水流的方向。重矿物分析应用于物源判断是一种重要并且应用广泛的技术[11]。

图2　北83井区梧桐沟组ZTR等值线图

根据对研究区7口井目的层取心井段进行的取样分析，得出该区域的重矿物种类主要有锆石、电气石、绿帘石、白钛矿、钛铁矿、褐铁矿等，并且通过对68个重矿物数据的分析，稳定重矿物的体积分数远大于不稳定重矿物的体积分数，说明搬运距离较远，在物源方向判断上误差较小。

在稳定重矿物中，以钛铁矿为主，褐铁矿次之，因此研究区重矿物组合是钛铁矿—褐铁矿—绿帘石，判断其母岩类型以中性、基性岩浆岩与变质岩为主（表1），为研究母岩性质提供了依据。

表2　北83井区梧桐沟组ZTR指数及绿帘石百分含量表

2.2ZTR指数分析

在重矿物当中，化学成分最稳定的锆石、金红石和电气石，这三类重矿物在透明重矿物之中所占的比例，称为ZTR指数。它代表重矿物的成熟度，是判别矿物成熟度的指标[12]。同一个剥蚀物源区的、相同年代、同一条河流沉积物的重矿物样品，通常都具有相同或相似的重矿物组合及其相对百分含量，并且从上游至下游随着搬运距离的增加及改造程度的加剧，样品之中不稳定重矿物数量将逐渐减少，而稳定重矿物的数量将相对增多，稳定系数及ZTR指数也相应依次逐渐增大。所以，ZTR指数可以定量的判断物源方向，是重要的依据。

为了明确研究区物源的大致方向，通过对重矿物成分的分析，计算出了ZTR指数（表2）。由于取心井较少，无法做出详细的ZTR指数等值线图（图2），但是根据近源ZTR指数小，越远离物源ZTR指数高，能大致体现出本区主要有南北两个方向的物源。

2.3不稳定重矿物分布

对于不稳定重矿物，在分析了工区内绿帘石的含量后，通过近物源区，绿帘石的含量高，而远离物源区绿帘石的含量低的特性，通过表2，结合ZTR等值线图，可以看出绿帘石含量从南北两侧向工区中间逐渐减小，也可以大致推断出本区的物源方向[13]。

图3　北83井区梧桐沟组碎屑砂岩分类图

3　砂岩碎屑组分组成特征

根据工区9口井的薄片鉴定统计，研究区内石英长石的含量较低，岩屑含量普遍很高（图3）。在梧桐沟组样品中，岩屑含量为68%～95%，平均86.4%;石英含量为2%～12%，平均5.2%；长石含量为3%～ 20%，平均8.4%。在北83井附近，砂岩中石英和长石极不发育，岩石类型为岩屑砂岩，对应了在该区梧桐沟沉积早期湖盆抬升，陆源碎屑快速堆积，研究区北部北三台凸起提供物源。台48井、台42井附近，长石和石英的含量普遍不高，而岩屑含量极高，岩屑含量几乎都在80%以上，说明该区物源较近，搬运距离短，推测研究区有一个来自南部的物源[14]。

表3　北83井区梧桐沟砂岩中岩屑组分及含量

表4　北83井区梧桐沟组砂岩段储层碎屑成分

4　母岩性质

岩屑是母岩的碎块，它们保持着母岩的结构，是判断物源最直接的证据[15]。如表3所示，工区中火山岩岩屑含量普遍较高。研究区的火山岩岩屑主要为安山岩、硅化岩、霏细岩、凝灰岩等。沉积岩岩屑则主要为泥岩和硅质岩屑。晚石炭世，由于哈萨克斯坦-准噶尔板块向北与西伯利亚板块碰撞，克拉美丽洋闭合，出现大规模的火山喷发，形成了一套对比良好的区域性火山岩建造。中石炭世，在博格达山和东黄山地区除发育巨厚的以中性、中基性为主的火山岩及火山碎屑岩外，还发育源自地幔的辉长、辉绿岩类及辉石-角闪橄榄岩等超基性杂岩体[16]。准噶尔盆地南缘和博格达山中、晚石炭世火山岩的岩石组合主要为玄武岩-玄武安山岩-英安岩-流纹岩组合和橄榄安粗岩-安粗岩-粗面岩组合。晚二叠世梧桐沟早期，受构造作用的影响，北三台凸起抬升，作为剥蚀区，向其周缘沉积区提供物源，沉积物的类型以泥岩和燧石等为主[17]。从表4中可以看出，北32井火成岩岩屑含量很高，向北83井方向有减少趋势，成分成熟度有些提高。由此可以判断，研究区有两个方向的物源。来自北部和南部的沉积物以火山岩为主，具有双向供源的特征。这一特点与ZTR指数变化趋势相一致。

5　沉积法分析

沉积法主要是根据盆地测井、钻井、地震等资料，结合岩性、成分、粒度、沉积体形态、沉积构造、古流向及植物微体化石等资料，做出某时期的沙岩百分含量等值线图、砾岩百分含量等值线图、地层等厚图等相关图件来推测物源区的相对位置[18]。地层厚度的变化可以反映湖泊沉降幅度和古地形的基本轮廓[19]，沙砾岩百分含量等值线图最能反映物源的方向，因为其含义为沙砾岩厚度与地层厚度的相对比值，其受古地形、后期的剥蚀和构造抬升作用是均等的[20]。

图4　北83井区梧桐沟组砂砾岩厚度（a、b）及百分含量（c、d）图

图5　北83井区梧桐沟组泥岩厚度（a、b）及地层厚度（c、d）图

5.1砂砾岩厚度及百分含量

通过对工区录井、测井资料进行数据统计，并计算出所有单井的砂砾岩厚度及其百分含量，据此完成了梧一段与梧二段的砂砾岩厚度图及其百分含量等值线图。结合梧桐沟组砂砾岩厚度图（图4a、4b）及其百分含量等值线图来看（图4c、4d），梧一段砂砾岩厚度最高值在北7井、北23井与台1井附近，砂砾岩百分含量从工区南北两个方向逐渐向工区中部减小；同时，从梧二段砂岩厚度图及其百分含量等值线图中可以看出砂砾岩分布范围有所增加，从厚度上看，认为来自北部的物源强度增加，而南部的物源强度减小。这种变化趋势说明梧二段与梧一段有良好的继承性，物源方向变化不大，很好的验证了前两点所推测出的物源方向。

5.2沉积中心及沉降中心

通过研究区泥岩厚度的统计，从梧一段及梧二段泥岩厚度图（图5a、5b）中可以看出，在梧一段时期，只有一个沉降中心，在西地2井附近，表明此处水体较深；而到梧二段时期，有三个沉降中心，一个是西地2井附近，另外两个是台5井附近与马庄1井附近，表明整个盆地在梧二段时期水体逐渐变深。

从梧桐沟组梧一段与梧二段地层厚度图（图5c、5d）来看，梧一段时期，沉积中心在工区的南北两侧，表明南北方向各有一个物源；到梧二段时期，基本没有什么变化，只不过南北两侧的物源均向沉降中心台8井、西地2井、马庄1井供源，使整个工区地层厚度均有所变大[21]。

5.3粒度分布特征

通过碎屑颗粒结构特征的研究，从粒度概率累积曲线方面进行分析也可大致确定物源的方向：近物源区粒度概率曲线特征应是以一段式为主的重力流，而较远处应是二段式与三段式的牵引流。对研究区粒度概率累计曲线的分析，也符合以上规律（图6）。台48井的粒度概率累积曲线呈一段式，是典型的一段式重力流，而北83井则呈现二段式牵引流的特征，可以大致判定有一个来自南部方向的物源[22]。

图6　台48井、北83井粒度概率累积曲线

6　结论

通过系统的对北83井区二叠系梧桐沟组的砂岩碎屑类型及含量变化、重矿物组合、ZTR指数、沙砾岩厚度及百分含量、泥岩厚度及地层厚度、粒度分布特征等资料的综合性研究，得出以下几点认识：

1）研究区二叠系梧桐沟组岩石类型主要为岩屑砂岩。

2）研究区梧桐沟组稳定重矿物主要有锆石、电气石、白钛矿、钛铁矿、褐铁矿，而不稳定稳定重矿物主要为绿帘石，研究区重矿物组合是钛铁矿—褐铁矿—绿帘石。

3）研究区梧桐沟组为两大物源所控制，南部由博格达山提供物源；北部物源在梧桐沟组早期主要由北三台凸起提供，而在梧桐沟组晚期由于构造运动的影响，整个准噶尔盆地进入较稳定的大型陆内凹陷发育阶段，北三台凸起沉没于水中[23]，推测由北三台地区北部的克拉美丽山提供物源。

参考文献：

[1]柳双全，曹元婷，赵光亮,等.准噶尔盆地陆东—五彩湾地区石炭系火山岩油气藏成藏影响因素研究[J].岩性油气藏，2014,26(5):23～25.

[2]汪正江,陈洪德,张锦泉.物源分析的研究与展望[J].沉积与特提斯地质,2000,20(4):104～105.

[3]王立群，李超，李其正,等.辽东湾盆地旅大10-1油田储层沉积学研究[J].岩性油气藏，2013,25(5):24～30

[4]赵红格,刘池洋.物源分析方法及研究进展[J].沉积学报,2003,21(3):409～415.

[5]杨海波,陈磊,孔玉华.准噶尔盆地构造单元划分新方案[J].新疆石油地质,2004,25(6):686～688.

[6]贺凯,李培俊,何贤英,等.北三台地区石炭系成藏条件及勘探方向[J].新疆石油地质，2001.22(5):420～423.

[7]鲁兵,张进,李涛,等.准噶尔盆地构造格架分析[J].新疆石油地质,2008,29(3):283～289.

[8]王旭，袁洪，事兴平.准噶尔盆地东部石炭一侏罗系油气储盖层特征及评价[J].石油实验地质，1997，19(1)：12～18.

[9]贺凯.朱跃胜.谭文东.准噶尔盆地东部白垩系成藏条件及勘探前景分析[J].新疆石油学院学报,2002,14(2):6～10.

[10]吴晓智,周路,杨迪生,等.准噶尔盆地北三台凸起构造演化与油气成藏[J].地质科学,2012,47(3):653～668.

[11]姜在兴.沉积学[M].北京：石油工业出版社，2003：375～392.

[12]杜海峰，于兴河.鄂尔多斯盆地姬塬地区延长组长3油组成岩作用分析[J].岩性油气藏，2007,19(3):38～43.

[13]商琳,戴俊生,刘旭,等.准噶尔盆地北三台地区侏罗系头屯河组沉积物源分析[J].世界地质，2001，30(4)：579～584.

[14]于兴河.碎屑岩系油气储层沉积学[M].北京: 石油工业出版社,2008.

[15]冯增昭.沉积岩石学[M].北京: 石油工业出版社,1993:50～56.

[16]严世帮，胡望水，李瑞升,等.准噶尔盆地红车断裂带同生逆冲断裂特征[J].岩性油气藏，2008,20(1):64～68.

[17]李双建,石永红,王清晨.碎屑重矿物分析对库车坳陷白垩—第三纪物源变化的指示[J].沉积学报,2006,24(1):28～35.

[18]王明磊,张廷山,等.重矿物分析在古地理研究中的应用[J].中国地质,2009,36(2):456-～64.

[19]林春明,宋宁,牟荣,等.江苏盐阜拗陷晚白垩世浦口组沉积相与沉积演化[J].沉积学报,2003,19(4): 553～559.

[20]徐田武,宋海强,况昊,等.物源分析方法的综合运用—以苏北盆地高邮凹陷泰一段地层为例[J].地球学报,2009,30(1):111～118.

[21]赵澄林.油区岩相古地理[M].东营:石油大学出版社.2001:17～45.

[22]袁静,杜玉民,李云南,等.惠民凹陷古近系碎屑岩主要沉积环境粒度概率累积曲线特征[J].石油勘探与开发,2003,30(3):103～107.

[23]吴孔友,查明,曲江秀,等.博格达山隆升对北三台地区构造形成与演化的控制作用[J].石油大学学报(自然科学版),2004,28(2):l.

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

作者简介：任尧（1990-）男，山东东营人，硕士研究生，研究方向：沉积学

基金项目：新疆油田公司《北83井区二叠系梧桐沟组储层特征及沉积相研究》科研项目基金（编号：zdcyc-2013Jz274）

收稿日期：2015-02-25

DOI：10.3969/j.issn.1006-0995.2016.01.012

中图分类号：P618.130.1

文献标识码：A

文章编号：1006-0995（2016）01-0054-06

关键字：物源分析；碎屑组分；重矿物；北三台凸起