春光油田晚白垩世地层研究进展

2017-06-19刘珊禄王延鹏程志伟南科为

石油地质与工程 2017年3期

关键词：排子孢粉准噶尔盆地

刘珊禄，涂黎，柯思，王延鹏，程志伟，南科为

(中国石化河南油田分公司勘探开发研究院，河南南阳 473132)

春光油田晚白垩世地层研究进展

刘珊禄，涂黎，柯思，王延鹏，程志伟，南科为

(中国石化河南油田分公司勘探开发研究院，河南南阳 473132)

利用近两年春光油田采集的大量古生物资料，首次发现并识别了春光油田的上白垩统，研究认为春光油田晚白垩世地层整体以一套间歇性半氧化半还原的水上沉积为主，其岩性以灰色细砂岩夹红色和灰色泥岩、砂质泥岩为主，其中，以东南部沉积较全，往北依次减薄，往西依次尖灭。结合准噶尔盆地的古气候及裂变径迹等相关资料的分析，认为准噶尔盆地晚白垩世末期整体以温暖的气候背景为主；受燕山晚期构造运动的影响，盆地西北缘及东缘持续隆升，水体很有可能自东部昌吉凹陷、南部四棵树凹陷迅速向研究区推进，导致区内沉积一定厚度的晚白垩世地层。

春光油田；晚白垩世；古生物；气候背景；构造背景；沉积环境

1 区域背景及生物组合

春光油田位于准噶尔盆地西北缘，区域构造上隶属准噶尔盆地西部隆起区车排子凸起东部(图1)。车排子凸起为一北西走向而向东南倾伏的三角形凸起，是一个海西晚期形成且长期继承性发育的古凸起，其地层具有东南厚、西北薄的楔状体特征。春光油田地层层序受多期隆升和沉降因素影响，在石炭系基岩之上依次发育白垩系下统吐谷鲁群，古近系，新近系沙湾组、塔西河组、独山子组及第四系。

图1 车排子凸起构造分区(朱美衡，2009)

2013—2016年，春光油田多口井的岩心、岩屑中见有数量丰富、时代特征鲜明的晚白垩世生物化石。这套生物群的出现为研究区地层层序和沉积体系的研究提供了新的依据。

经过系统分析鉴定及研究整理，发现晚白垩世介形虫化石8属11种1比较种3未定种，建立了Cyprideaavernosa-Cypridea(Pseudocypridina)gigantea-Mongolocyprisdistributa组合。

该组合介形数量丰富，化石以大个体的Cyprideacavernosa,Cypridea(Pseudocypridina)gigantea与中等个体的Talicypridea及小个体的Candona混生为主。除组合分子外，还见有：Candonabagmodica,C.altanulaensis,C.longireniformis,Candoniellalauta,C.mordvilkoi,Eucyprissp.,Cyprinotussp.，Talicyprideaamoena,T.reticulate,T.szczechurae,Timiriaseviasp.等。其中Talicypridea是我国晚白垩世陆相沉积盆地中的标志分子，多与晚白垩世的Cyprideacavernosa及Talicypridea属共生[1]。Cypridea(Pseudocypridina)gigantea首见于准噶尔盆地上白垩统红砾山组与红沙泉组[2]，在吐鲁番盆地骆驼峰上白垩统苏巴什组，青海民和盆地、乐都上白垩统民和组，四川雅安上白垩统灌口组，湖北上白垩统跑马岗组，湖南衡山、攸县上白垩统戴家坪组，广东南雄上白垩统南雄组，浙江衢县上白垩统衢江群，江苏上白垩统赤山组，泰州组，安徽宣城，郎溪上白垩统宣南组，山西左云上白垩统助马堡组，山东莱阳上白垩统王氏组上段，吉林乾安、白城上白垩统四方台组、明水组等亦有报道，是我国以及国外上白垩统的典型种。

资料显示，在准噶尔盆地Cypridea(Pseudocypridina)gigantea出现层位的下部岩组中发现了晚白垩世早-中期脊椎动物化石，同层亦有晚白垩世马斯特里赫特期腹足类化石组合、大型恐龙蛋化石以及同时期的轮藻化石组合。综合生物的分布特征及时代意义分析，春光油田该组合赋存的地层应为晚白垩世晚期红砾山组沉积，相当于Campanian-Maastrichtian期。

值得注意的是，这套典型的介形虫组合在全区大多数研究井中均有见及，其化石不仅丰度高、组合特征一致，而且如昙花一现，具有短期内爆发性出现而又快速消失的特点：向下与早白垩世异常丰富的高加索开口轮藻、中小型个体的女星介、刺星介的生物面貌呈断崖式突变；向上又被上覆地层大量新生代轮藻化石快速取代，反映了白垩纪沉积末期沉积环境的一种骤然变化，具有较强的地层划分及对比意义。

2 地层概况及分布特征

晚白垩世沉积特征在准噶尔盆地内区别较大，岩组名称也因地而异[3](表1)。以木垒-乌苏-精河一线作为南北缘分区界限，南缘自下而上分东沟组(K2d)、紫泥泉子组(K2-E2z)；西北缘和北部分艾里克湖组(K2a)、红砾山组(K2h)；东北缘为红砂泉组(K2hs)。

关于研究区上白垩统的分布，前人认为[4]：晚白垩世沉积时期，受燕山运动晚期强烈活动影响，准噶尔盆地西部的车排子地区及四棵树凹陷因构造隆升，沉积间断，遭受剥蚀，上白垩统地层在车排子外已尖灭。晚白垩世的沉积主体主要分布在凸起以东地区，为一套辫状河相、冲积扇相的红色粗碎屑沉积。

通过对春光区块系统的生物地层研究发现，春光油田的上白垩统地层分布面积较下伏吐谷鲁群更广。值得一提的是，晚白垩世类似的化石面貌在盆地南缘紫泥泉子剖面的1～6层和7层的一部分，玛纳斯河剖面下段，呼图壁河剖面25，29及31层及呼2井钻井剖面4～5层，呼西1、吐谷1、吐谷2、吐谷001等以及安集海河以西的安4井、西5井、卡6井、四参1井均有见及。在南缘覆盖区的玛纳斯一带，虽没有资料，但可以预见该区同样存在上白垩统地层。

表1 准噶尔盆地白垩系岩组划分(据杨景林2003修改)

值得一提的是，准噶尔盆地晚白垩世的生物面貌除了集中在盆地南缘呼图壁-玛纳斯地区外，近年陆续在腹部地区有相关报道，如盆地中央坳陷莫索湾凸起的芳3井(詹家祯等，2007)，除有典型的Talicypridea subbispinifera，Cypridea cavernosa晚白垩世介形类化石，还见有Gabonisporislabyrinthus，Aquilapollenitesattennatus，Jianghanpollisringens，Cranwelliaconspicuus，Yenjisapollisrotundatus，Liliaciditescreticus等典型的晚白垩世孢粉化石分子。除部分地方属种未出现外，芳3井孢粉化石的整体面貌与松辽盆地上白垩统Maastrichtian期明水组的孢粉组合较为相似，指示了相似的晚白垩世晚期的沉积背景[5]。

因此，根据生物横向分布规律分析，晚白垩世沉积晚期，春光油田与车排子凸起两侧的昌吉凹陷、四棵树凹陷很有可能已经连片成层，水面相当开阔。

3 上白垩统岩性划分及连井对比

春光油田上白垩统红砾山组的岩性主要以灰白色砂砾岩夹灰色、红色泥岩、泥质粉砂岩为主，具有高度的一致性。

从测井曲线组合特征来看，在下白垩统吐谷鲁群顶部之上，泥岩基线发生明显偏移，自然电位和自然伽马值明显偏低，岩性由下段的红色、灰色泥岩与泥质粉砂互层的细质沉积变成了以灰色细砂岩为主的粗粒沉积。岩电性在界限附近的变化反映了沉积自下而上，由早期的持续沉积变成后期的间歇性沉积，沉积环境存在明显变化。

为了更直观地反映研究区上白垩统的展布情况，本文以早、晚白垩世界线附近的生物资料为基础，结合测井、岩性特征，选取春102E-春18-1-春4-春110E连井剖面及相应的地震剖面，开展地层横向对比研究。

由图2、图3可以看出，晚白垩世地层整体沉积较薄，以东南部沉积较全，往北依次减薄，往西依次尖灭。上白垩统地层由东向西超覆于下伏地层之上，至春4井减薄尖灭。其次还可以看出在春18-1井部位有一个古隆起，分析认为可能直接影响了晚白垩世水体在研究区的分布。总的来看，上白垩统内部地震反射表现为中振幅强度，连续性中等-弱，与井上分层吻合程度较好。

隋风贵(2015)认为车排子地区进入白垩纪之后[6]，构造相对稳定，中、新生代地层频繁超剥，发育多期正序沉积旋回，且每期旋回底部都发育连续性较好的“毯砂”。研究区晚白垩世地层在东南部以灰色细砂岩夹灰色、红色泥岩、泥质粉砂岩为主，反映了一种间歇性暴露的半氧化半还原的水上沉积环境。往北，粗颗粒成分逐渐增多，说明此时沉积环境已接近水体边。

图2 春102E-春18-1-春4-春110E上白垩统连井对比

图3 过春102E-春18-1-春4-春110E地震剖面

4 白垩纪古气候及沉积背景分析

白垩纪是地史上著名的暖热时期之一[7]。资料表明，白垩纪的古地理格局虽然与现代较接近，但在气温上明显高于现今同纬度气候带。李祥辉等根据生物古地理、黏土矿物、钙质超微化石、氧同位素测定及气候模拟等资料，将全球白垩纪古海洋气候划分为：早白垩世低温气候、中白垩世温室气候及晚白垩世冰室气候三个时期[8](表2)。

气候的旋回变化控制着沉积相的展布及生物群落的富集，分析可知，受古气候的影响，准噶尔盆地在Aptian-Albian沉积时期，湖盆分布范围有限，沉积作用不活跃，春光探区大范围的缺失早白垩世晚期沉积。

晚白垩世伊始，迎来白垩纪最为干热的时期，早白垩世时期几乎覆盖了大半个盆地的大型湖盆此时已经急剧萎缩，仅少量地区发育这套河流相的红色粗碎屑沉积。资料显示[9]，目前仅在南缘头屯河至南安集海河、准中阜康水磨河以西-古牧地背斜、西北缘艾里克湖以东附近、北部德仑山、红砾山一带见有晚白垩世早期的沉积地层。春光探区也受湖盆迅速萎缩的影响，缺失同期沉积。直到晚白垩世晚期，气候出现短暂回凉，研究区受大规模湖泛影响，得以沉积同期地层。

张一勇(1999)将我国晚白垩世孢粉植物分为东北温暖中生孢粉植物区和西北-东南旱生孢粉植物两个区，后者进一步分为西北和东南两个亚区，其中西北亚区与新疆地域大致相当。近年来的研究资料表明，准噶尔盆地晚白垩世的孢粉组合虽然具有东北孢粉植物区与西北-东南孢粉植物区过渡的特点，但整体还是与东北区温暖气候较为接近[5]。

李玮(2010)通过对准噶尔盆地东西两侧造山带裂变径迹测年和热演化模拟分析后认为[10]，在燕山运动中晚期，准噶尔盆地周缘造山带存在多期隆升-剥露的热演化历史，除盆地西北缘经历了自早白垩世以来的隆升外，盆地东缘亦经历了晚白垩世(-90 Ma)至始新世(-25 Ma)的持续冷却隆升事件。持续的隆升导致晚白垩世时期，水体很有可能自东部昌吉凹陷、南部四棵树凹陷迅速向西、向北推进，在车排子地区沉积一定厚度的晚白垩世地层。

表2 白垩系气候旋回

另一方面，通过对研究区石炭系顶古地貌构造恢复后发现，斜坡边缘线以西的风化剥蚀区构造南倾，倾角约0.06°；边缘线以东的缓坡沉积区构造东倾，倾角约1.4°。受古地貌的控制，春光油田在历经早白垩世的准平原化作用后，湖岸地势更为平缓。而宽浅型湖泊的水体深度一旦发生轻微变化，将会导致湖岸线的快速迁移。以准噶尔盆地西部的艾比湖为参照，东岸地表坡度仅按0.59°计算，湖面海拔每波动1 m，湖岸线将迁移97.1 m。

因此，春光油田受古气候、古地貌、古水体的多重影响，在晚白垩世晚期湖泊水位上升，湖域扩张，沉积了红砾山组上部Campanian-Maastrichtian期的褐红色泥岩。晚白垩世沉积时期，燕山第四幕构造回返，在西准噶尔地区造成上白垩统与古近系之间的地层不整合。加之，Maastrichtian之后，气候很快转向炎热干旱，准噶尔盆地发生大规模的剥蚀和沉积间断，研究区也因此缺失古新世沉积。

5 结论

(1)根据春光油田近两年采获的古生物资料，认为研究区存在晚白垩世沉积，建立了研究区典型的晚白垩世介形组合Cyprideaavernosa-Cypridea(Pseudocypridina)gigantea-Mongolocyprisdistributa。这套介形类动物群不仅在全区分布稳定，而且具有短期内爆发性增长和快速消亡的特点，具有较好的地层划分及对比意义，化石群的首现和终止层位可作为研究区上白垩统的顶、底界线。

(2)准噶尔盆地晚白垩世的生物群落除了集中在盆地南缘呼图壁-玛纳斯地区外，在腹部地区亦有类似的组合面貌出现。根据生物横向分布规律推测，白垩纪沉积晚期，春光油田与车排子凸起两侧的昌吉凹陷、四棵树凹陷很有可能已经连片成层。

(3)研究区晚白垩世地层整体沉积较薄，其中，以东南部沉积较厚，往北依次减薄，往西依次尖灭。其岩性主要以灰色细砂岩夹红色、灰色泥岩、砂质泥岩为主，指示了一种间歇性暴露的半氧化半还原的水上沉积环境。

(4)根据生物古地理、黏土矿物、钙质超微化石、氧同位素测定以及孢粉化石指示的古气候资料，准噶尔盆地晚白垩世末期整体以温暖的气候背景为主，同时，受燕山晚期构造运动的影响，盆地西北缘及东缘持续隆升，水体很有可能自东部昌吉凹陷、南部四棵树凹陷迅速向研究区推进，导致区内沉积一定厚度的晚白垩世地层。

[1] 郑秀亮.新疆晚白垩世非海相介形类化石[J].新疆地质,2010,28(2):151-153.

[2] 郑秀亮，商华.介形类化石Cypridea(Pseudocypridina)gigantea的地层及环境意义[J].新疆石油地质，2007,28(1):64-66.

[3] 杨景林，沈一新.准噶尔盆地南缘露头区紫泥泉子组介形类动物群及时代归属[J].古生物学报，2012，51(3)：365.

[4] 杨勇，陈世悦，王桂萍，等.准噶尔盆地车排子地区古近系层序地层与岩性圈闭预测[J].科技导报，2011，29(11)：27-32.

[5] 詹家祯，师天明，周春梅，等.新疆准噶尔盆地芳3井晚白垩世孢粉组合的发现及其地质意义[J].微体古生物学报，2007,24(1):15-21.

[6] 隋风贵.准噶尔盆地西北缘构造演化及其与油气成藏的关系[J].地质学报，2015,89(4)：779-793.

[7] 刘志飞，胡修棉.白垩纪至早第三纪的极端气候事件[J].地球科学进展，2003,18(5)：861-867.

[8] 李祥辉，胡修棉，黄永建，等.白垩纪古海洋气候变化及主要问题[J].地球科学进展，2004，19(S1)：91-100.

[9] 杨勇，陈世悦，向奎，等.准噶尔盆地西北缘车排子地区下白垩统层序地层与沉积演化[J].中国石油大学学报，2011,35(5)：20-26.