准噶尔盆地克夏地区二叠系风城组沉积相及沉积模式

贾凡建

（中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院西部分院，山东 东营 257000）

准噶尔盆地克夏地区二叠系风城组沉积相及沉积模式

贾凡建

（中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院西部分院，山东 东营 257000）

根据钻井、测井、地震和分析化验等资料，对准噶尔盆地西北缘克夏地区二叠系风城组沉积相特征进行了研究，认为风城组是一套海退背景下的沉积产物，发育扇三角洲相、海相和火山碎屑岩相，并可进一步划分为6种亚相和8种微相。其中，扇三角洲相主要分布在克百地区，夏子街地区则主要发育火山碎屑岩相，浅海相集中在哈山和风城地区，滨海相发育在扇三角洲侧翼。风城组沉积期，海水不断退出，扇三角洲相沉积范围不断扩大，哈山东部地区也由浅海相逐渐演化为扇三角洲相，说明哈山作为和什托洛盖盆地和准噶尔盆地的分界是后期构造运动的结果。

沉积相；沉积模式；风城组；二叠系；克夏地区；准噶尔盆地

0 引言

准噶尔盆地西北缘紧邻玛湖生烃凹陷，油气资源丰富［1-2］，根据准噶尔盆地油气资源评价结果，该区资源量达49.7亿多吨。经过50多年的勘探，该区白垩系、侏罗系和三叠系已进入高成熟勘探阶段，但二叠系的勘探程度还很低［3］。自20世纪80年代初，风3、风5和风7等井在下二叠统风城组（P1f）白云质泥岩和泥质白云岩储层中获得工业油流以来［4-6］，风城组作为重要的勘探目的层系开始受到极大重视。2009年，中石油在风城1井区块风城组一段和三段云质粉砂岩储层中上报石油控制储量数千万吨［6］。2012年中石化在哈山地区钻遇了风城组优质烃源岩层，多口井试油见到油流［7］。说明准西北缘下二叠统风城组勘探潜力巨大，是重要增储领域。关于准西北缘下二叠统风城组沉积相特征，前人虽然开展了大量的研究工作［4-14］，但认识不一。刘敬奎等［7］认为是泻湖或封闭、半封闭的海湾相沉积，尤兴第等［4，9］认为是残留海相沉积，刘文彬等［10-12］则认为是咸化湖泊的陆相沉积，而张义杰等认为它是陆缘近海湖泊沉积［13-14］。针对这一认识上的矛盾，笔者结合前人勘探成果和认识，利用钻井、录井、测井、地震及分析化验等资料对准噶尔盆地西北缘风城组的沉积环境和沉积相进行了再研究。

1 区域地质概况

准噶尔盆地西北缘克夏地区，北以达尔布特断裂为界，西至扎伊尔山，东到夏子街、红旗坝地区，南与玛湖凹陷相连，包括西部隆起、克百断裂带北段和乌夏断裂带，东西长约80 km，南北宽约70 km，面积约2 000 km2。准噶尔盆地西北缘经历了海西、印支、燕山和喜马拉雅等多期构造活动，形成了复杂的叠加断褶带［14-26］。在早石炭世末期，准噶尔盆地发生洋—陆转换，初始洋盆闭合，板块碰撞拼合［14-19］。早二叠世，准噶尔盆地处于造山后伸展作用阶段［14-15］，发育了佳木河组和风城组。钻井资料显示，该区二叠系风城组自下而上可划分为风一段、风二段和风三段。

2 沉积环境分析

2.1 岩性标志

哈山1井、哈浅6井在哈山地区钻揭风城组856～ 1 500m。经岩心观察及薄片鉴定发现，岩性主要为深灰色的泥岩、白云质泥岩、泥质白云岩，见微波状层理、纹层理（见图1a）及水平层理（见图1b）；自然电位曲线呈光滑似直线形或微齿直线形，异常幅度低，或无异常，自然伽马曲线呈线形-指形复合型，显示低能深水沉积环境。暗色泥岩样品地化分析表明，哈山1井、哈浅6井发育优质烃源岩，井区附近风城组具有强还原、咸水—半咸水、腐泥型母质来源沉积环境特征。风7井3 173.20～3 252.55m、风9井3 161.35m、重23井588.70m等风城组地层中见到自生矿物海绿石。乌40井3 200m和3 212～3 238m井段的岩石薄片中，发现棘皮、有孔虫、腕足类化石碎片，以及葛万藻、管状藻和伊万诺夫藻等海相生物化石［8］，反映海相沉积环境。

2.2 地球化学标志

地球化学指标根据水体的咸化程度来判识海相和陆相，虽然存在多解性和局限性，但结合多方面因素综合分析，则具有很好的指相意义。在此选用相当硼含量（质量分数）、硼镓比值w（B）/w（Ga）、锶钡比值w（Sr）/w（Ba）和钒镍比值w（V）/w（Ni）等作为判断风城组沉积环境的标志。

图1 克夏地区风城组岩心特征

2.2.1 相当硼含量

研究认为，“相当硼含量”可有效反映沉积水体的古盐度。在海相沉积环境中相当硼含量大于200.0×10-12g/g，陆相沉积环境小于200.0×10-12g/g。本区风城组泥岩样品的相当硼含量均大于200.0×10-12g/g，最大可达925.0×10-12g/g，平均值394.4×10-12g/g。

2.2.2 硼镓比值w（B）/w（Ga）

国内外对沉积环境的研究表明，海相碎屑岩中w（B）/w（Ga）比值大于4.50，陆相碎屑岩中w（B）/w（Ga）比值小于3.30。研究区风城组段泥岩样品的w（B）/w（Ga）比值为3.80～13.86，平均为8.83。

2.2.3 锶钡比值w（Sr）/w（Ba）

根据前人研究，在海相沉积环境中，Ca，Sr的含量较高，Ba的含量较低，而陆相沉积环境则相反。一般认为，沉积岩中w（Sr）/w（Ba）比值大于1，则为海相沉积环境，w（Sr）/w（Ba）比值小于1，则属陆相沉积环境。研究区风城组段泥岩样品的w（Sr）/w（Ba）比值为0.85～1.63，平均为1.51。

2.2.4 钒镍比值w（V）/w（Ni）

微量元素w（V）/w（Ni）比值是判别沉积相和沉积环境的一个良好指标，海相沉积物的w（V）/w（Ni）比值大于陆相沉积物的，一般w（V）/w（Ni）≥3为海相环境，w（V）/w（Ni）＜3为陆相环境。研究区风城组泥岩样品中w（V）/w（Ni）比值范围为7.30～11.68，平均8.26。

2.3 黏土矿物组合

通过X射线衍射分析发现，风城组黏土矿物组合中蒙脱石含量较高。蒙脱石形成于富盐基、贫钾（K+）、富镁（Mg2+）和钙（Ca2+）的碱性介质中。说明风城组沉积时环境较为碱性，Mg2+，Ca2+离子的含量较高，与海洋环境相似，这也与地球化学标志相一致。

综合以上分析，准噶尔盆地西北缘克夏地区风城组沉积期属于海相沉积环境。

3 沉积相类型及特征

应用野外露头、钻井、古生物、地震和地化分析等资料，结合区域构造演化分析，对克夏地区二叠系风城组沉积特征进行了研究。认为该区风城组主要发育扇三角洲相、海相和火山碎屑岩相，并进一步可划分为6种亚相和8种微相（见表1、图2）。

表1 克夏地区风城组沉积相类型

图2 克夏地区风城组岩心显微特征

3.1 扇三角洲相

3.1.1 扇三角洲平原亚相

该亚相是位于平均枯水面以上扇三角洲沉积体系的近物源部分，主要发育分流河道和分流河道间沉积。岩性主要为杂色、棕褐色砾岩和砂砾岩为主，其次为棕褐色、棕红色泥岩和粉砂质泥岩。

分流河道微相是扇三角洲平原亚相的主体，岩性主要为杂色砾岩、块状或韵律层理砂砾岩组成 （见图1c）。砾石分选磨圆较差，呈棱角状—次棱角状，颗粒支撑（见图2a），底部多见河床侵蚀冲刷面。河道横剖面上多呈不规则透镜状。自然电位曲线以高幅微齿化钟形、箱形为主，底部曲线突变，顶部曲线渐变。

分流河道间微相是洪水期发生决口时沉积，岩性主要为棕红色、棕褐色泥岩和粉砂质泥岩，发育平行层理、块状层理和递变层理（见图1d）。自然电位曲线为中低振幅锯齿化直线形或指状。

3.1.2 扇三角洲前缘亚相

该亚相位于平均低潮面与风暴浪基面之间，主要发育水下分流河道、水下分流河道间、河口坝等微相。岩性主要为灰色、深灰色、灰白色厚层状含砾砂岩和砂砾岩，其次为灰色、灰绿色泥岩、粉砂质泥岩、泥灰岩。

水下分流河道微相为扇三角洲前缘亚相的主体，是陆上辫状河道在水下的延伸，从盆缘到盆内分支逐渐增多。岩性主要为灰色、深灰色细砾岩、含砂砾岩、中粗砂岩，颗粒分选较好，磨圆中等—较差，呈次棱角—次圆状（见图2b）。底部见明显河床侵蚀面（见图1e），上部有较多砾石顺层分布，亦有少量泥质砾石夹于砂体中，主要发育平行层理、交错层理（见图1f）及微波状层理。砂体单层厚度1.5～3.5m，最大厚度12.0m，砂体宽4～10m。自然电位曲线多呈箱形、钟形及其复合型。

水下分流河道间微相是突发性洪水或季节性洪水期水下分流河道漫溢沉积形成的。沉积物粒度明显小于水下分流河道沉积，岩性主要为灰色、灰绿色泥岩、粉砂质泥岩夹薄层细砂岩，沉积构造主要为微波状层理和水平层理，常以断续薄夹层的形式产出。自然电位曲线呈低幅齿状、指状或小型齿化钟形，电阻率较低。

河口坝为分流河道所携带的碎屑物质在河口处因流速降低堆积而成。岩性主要为中砂岩、细砂岩和粉砂岩，砂体淘洗干净，杂基较少，物性较好，具有很好的油气储集性能。发育平行层理、波状交错层理和透镜状层理（见图1g）。自然电位曲线呈中低幅漏斗形和箱形。剖面上为底平顶凸透镜状，平面上常为不规则椭圆形。

席状砂微相岩性为灰色中细砂岩夹薄层粉砂岩，成分成熟度及结构成熟度均较高（见图2c），发育低角度斜层理（见图1h）、平行层理、沙纹交错层理和波状层理。自然电位曲线呈微齿箱形、漏斗形。

3.1.3 前扇三角洲亚相

该亚相主要由灰色、深灰色、灰黑色泥岩、白云质泥岩、灰质泥岩夹薄层状白云质粉砂岩及细砂岩组成，发育水平层理、微波状层理，见植物碎屑、生物扰动构造。受季节性洪水作用，加之距离较短、坡度较大，重力流中的碎屑物质可直接经扇三角洲前缘进入到前三角洲，从而导致砂质泥岩和薄层粉细砂岩较为发育，形成CDE段发育较好、AB段缺少的不完整鲍马沉积序列。

3.2 海相

3.2.1 滨海相

滨海相主要分布于盆地边缘，发育泥滩微相。岩性主要灰色、深灰色泥岩、白云岩夹泥质粉砂岩、泥灰岩薄层，横向分布相对稳定，发育微波状层理和生物扰动构造。电测曲线泥岩线呈微齿直线形。

3.2.2 浅海相

浅海相沉积主要发育在哈山和玛湖地区，岩性主要为深灰色、灰黑色泥岩、白云质泥岩（见图2c）、泥质白云岩等，可见水平层理、块状层理、微波纹层理，发育软沉积构造（见图1i）和滑动变形构造。自然电位曲线呈柱状、指状。

3.3 火山碎屑岩相

风城组沉积期，夏子街地区火山活动频繁，根据岩性特征、结构构造等标志，夏子街地区火山岩相可划分为爆发相。爆发相形成于火山喷发的早期和晚期，是研究区分布最广的火山岩相，构造类型繁多，易于与正常沉积岩混淆。岩性类型为含岩屑、晶屑和玻屑的凝灰岩，具有典型凝灰结构（见图2e）、火山碎屑结构，成分多为安山质，次为英安质，气孔发育（见图2f）。具交错层理和平行层理。它们是火山喷出的气-固-液态多相火山物质在重力作用下悬浮搬运沉积、经压实固结成岩作用的产物。

4 沉积相展布及演化

在沉积环境判识和沉积相类型研究的基础上，结合单井相分析和连井剖面，预测绘制了风城组各段沉积相（见图3、图4）。从图中可以看到，风城组沉积相类型较为丰富，在时空演化上具有一定的规律性。

风一段沉积时期，海泛范围最大，扇三角洲相仅在克拉玛依地区发育，物源主要来自扎伊尔山。百口泉、哈山、风城地区属于浅海相沉积，发育优质烃源岩，烃源岩层厚500～1 000m。夏子街地区则发育火山碎屑岩沉积，往西延伸到风南2井区。

图3 白22—克89—克87—百56—百泉1井沉积相连井剖面

图4 风城1—风南1—夏72—夏76—新1井沉积相连井剖面

风二段沉积期开始海退，海水逐渐从西北方向往东南方向退出。此时扇三角洲沉积相范围有所扩大，往北扩展到百口泉地区，在哈山东部也有部分扇三角洲前缘发育。砂体厚度较薄，砂地比较低，反映物源区较远。夏子街地区火山碎屑岩发育范围缩小，说明火山活动减弱。浅海相沉积范围缩至哈山西部及风城地区。

风三段沉积时期，海退进一步发展。此时扇三角洲相沉积范围达到最大，在克百地区，在风二段的基础上又往北、往玛湖方向有所推进。在哈山东部也有所扩大。而夏子街地区则基本不发育火山岩相，取而代之的是扇三角洲相，说明在风三段时期，夏子街地区的火山活动基本停止，转而供应物源。浅海相沉积再次缩小，集中在风城和哈浅6井区附近。

5 沉积模式及古地理意义

风城组沉积期，准噶尔盆地虽然已经进入陆内盆地演化阶段，但是海水依然可以从准噶尔盆地南缘进入到研究区。后期，随着海水的逐渐退出，扇三角洲相发育范围不断扩大，砂体逐渐增厚。而哈山和风城地区则始终发育浅海相沉积，形成一套优质烃源岩层，说明哈山作为现今和什托洛盖盆地与准噶尔盆地的分界是后期构造演化的结果。夏子街地区发育的火山碎屑岩相则是板块碰撞造山活动后由伸展作用所形成的火山活动的体现（见图5）。

图5 克夏地区风城组沉积模式

6 结论

1）准噶尔盆地西北缘克夏地区二叠系风城组属于海相沉积环境，发育了扇三角洲相、火山碎屑岩相和海相，并可进一步划分为6种亚相和8种微相。其中，扇三角洲相主要分布在百口泉、乌尔禾一带，哈山和风城地区则主要发育浅海相，火山碎屑岩相主要集中在夏子街地区。

2）风一期至风三期，克夏地区海水逐渐由西北方向往东南方向退出，克百地区扇三角洲相沉积范围逐渐扩大，而哈山和风城地区则始终发育浅海相沉积，形成一套优质烃源岩，说明哈山作为现今和什托洛盖盆地与准噶尔盆地的分界是后期构造演化的结果。夏子街地区发育的火山碎屑岩相则体现造山后伸展作用所形成的火山活动。

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（编辑 王淑玉）

Sedimentary facies and depositional model of Permian Fengcheng Formation in Kexia Area of northwest margin of Junggar Basin

JIA Fanjian
(Western Branch of Research Institute of Exploration and Development,Shengli Oilfield Company,SINOPEC, Dongying 257000,China)

Based on the drilling,logging,seismic and chemical analysis data,the sedimentary facies of the Permian Fengcheng Formation in Kexia Area of the northwest margin of Junggar Basin is analyzed,It is considered that the Fengcheng Formation is formed under marine regression background with developed fan delta facies,marine facies and volcano clastic facies,which can be further divided into 6 subfacies and 8 microfacies.Among them,fan delta facies are mainly distributed in Kebai Area,volcano clastic facies in Xiazijie Area,bathyal-abyssal facies in Hassan and Fencheng areas,shore shallow marine facies in the fan delta wing.During the sedimentary period of Fengcheng Formation,with the gradual recession of the sea and the expansion of fan delta facies,the bathyal-abyssal facies evolved into fan delta facies in the eastern region of Hassan Area,reflecting Hassan as the boundary between Heshentuoluogai Basin and Junggar Basin is the result of the late tectonic movement.

sedimentary facies;depositional model;Fengcheng Formation;Permian;Kexia Area;Junggar Basin

国家科技重大专项课题“准噶尔盆地碎屑岩层系大中型油气田形成规律与勘探方向”（2011ZX05002-002）

TE121.3

A

10.6056/dkyqt201606001

2016-04-21；改回日期：2016-09-20。

贾凡建，男，1984年生，工程师，主要从事层序地层及沉积相研究。E-mail：jiafanjian.slyt@sinopec.com。

贾凡建.准噶尔盆地克夏地区二叠系风城组沉积相及沉积模式［J］.断块油气田，2016，23（6）：681-686.

JIA Fanjian.Sedimentary facies and depositional model of Permian Fengcheng Formation in Kexia Area of northwest margin of Junggar Basin［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2016，23（6）：681-686.