石钱滩凹陷二叠系平地泉组层序沉积特征及石油地质意义

王 越，于洪州，熊 伟，王千军，张关龙，肖雄飞，薛 雁，汪誉新

（中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院，山东东营 257015）

准噶尔盆地东部中二叠统广泛发育一套深湖相暗色泥页岩与云质岩互层（暗色泥页岩为主力烃源岩，云质岩是致密油主要的储集岩）［1］，主要层位为克拉美丽山前凹陷的平地泉组（P2p）［2-3］与吉木萨尔凹陷、博格达山山前凹陷的芦草沟组（P2l）［4-7］。五彩湾凹陷、沙帐断褶带和石树沟凹陷平地泉组发育辫状河三角洲-湖泊沉积体系，平一段和平二段半深湖相的深灰色、灰黑色泥岩为好烃源岩，形成了3 个生烃中心［8］。目前，沙帐断褶带发现了火烧山油田［9］，累积探明石油地质储量达7 600×104t［1］，石树沟凹陷也取得了一定的产量［8］。石钱滩凹陷钱1 井在平地泉组油气显示若干层，反映了该区具有良好的勘探潜力。石钱滩凹陷是否发育半深湖-深湖相烃源岩、具有独立的生烃中心，目前尚无清楚的认识，制约了下一步的油气勘探方向。

前人针对克拉美丽山前平地泉组的盆地演化［10-12］、层序地层［13-15］和沉积储层特征［16-19］开展了一定的研究工作。易泽军等认为准噶尔盆地东部二叠纪是北西向压扭性前陆盆地，内部发育北东向拉分断陷［10-11］；张磊等认为克拉美丽山前早石炭世早期为挤压前陆阶段，早石炭世中期-早二叠世为断陷-拗陷阶段，中二叠世晚期-三叠纪为前陆盆地阶段［12］；李德江等将准噶尔盆地二叠系划分为2 个二级层序，7 个三级层序，平地泉组对应一个三级层序［13］；肖红吉将中二叠统将军庙组与平地泉组划分为一个三级层序，石钱滩凹陷发育辫状河、辫状河三角洲与滨浅湖沉积［14］；关键等认为平地泉组沉积时期克拉美丽山前为统一的沉积坳陷，山前发育冲积扇、扇三角洲与半深湖沉积［17］。冯陶然研究认为石钱滩凹陷位于湖盆边缘，整体以扇三角洲相的粗粒沉积为主［19］。总体来看，前期的研究主要是针对五彩湾凹陷、帐北断褶带和石树沟凹陷，而石钱滩凹陷地质研究较少，且主要是以平地泉组为一个等时地层单元开展沉积特征研究。石钱滩凹陷发育碳酸盐岩、碳质泥岩、煤层及砂砾岩等多种岩性，横向上与纵向上变化复杂，在精细地层格架内开展沉积特征研究有利于分析该区是否发育半深湖-深湖相烃源岩以及源储配置关系。

在充分调研前人研究成果的基础上，笔者根据石钱滩凹陷最新采集的二维地震、钻井、测井以及岩心资料，结合在研究区北部双井子剖面二叠系露头开展的系统研究工作，对平地泉组开展精细层序地层单元划分，详细分析各层序单元的沉积相以及沉积体系分布特征，建立层序沉积充填模式，进一步分析石油地质特征，预测有利勘探方向，以期为实现该区油气勘探突破奠定重要的地质基础。

1 区域地质概况

准噶尔盆地位于新疆北部，夹持于塔里木板块、哈萨克斯坦板块与西伯利亚板块之间，四周被褶皱山系所包围（图1a），西北边界为扎伊尔山与哈拉阿拉特山，东北边界为青格里底山与克拉美丽山，南部边界为伊林黑比尔根山与博格达山。准噶尔盆地为大型复合叠加盆地，经历了海西期、印支期、燕山期与喜马拉雅期4期构造演化，形成了西部隆起区、陆梁隆起区、东部隆起区、乌伦谷坳陷、中央坳陷和北天山山前冲断带6个一级构造单元。东部隆起区进一步划分为15 个二级构造单元，包括8个凸起和7个凹陷（图1b）。石钱滩凹陷位于东部隆起区的北部，被克拉美丽山、黑山凸起、沙奇凸起与黄草滩凸起所围。

图1 准噶尔盆地东部构造单元划分与露头、钻井分布Fig.1 Division of tectonic units and distribution of outcrops and drilling wells in eastern Junggar Basin

石钱滩凹陷二叠系自下而上发育下二叠统金沟组（P1j）、中二叠统将军庙组（P2j）和平地泉组（P2p）与上二叠统梧桐沟组（P3w）。石钱滩凹陷北部下二叠统金沟组和中二叠统将军庙组发育紫红色、褐红色厚层砾岩与砂砾岩，向南过渡为紫红色、杂色厚层泥岩夹薄层的中细砂岩。中二叠统平地泉组发育碎屑岩、碳酸盐岩以及煤层。依据岩性特征将平地泉组自下而上划分为四段（P2p1，P2p2，P2p3与P2p4），进一步划分为8 个亚段（图2）。平一段下亚段（P2p11）发育灰绿色、灰色泥岩与粉砂质泥岩，上亚段（P2p12）发育灰色泥晶灰岩夹灰绿色泥岩。平二段下亚段（P2p21）发育灰色泥岩、碳质泥岩夹薄层细砂岩，上亚段（P2p22）发育灰黑色碳质泥岩、煤层与灰色泥岩、粉砂质泥岩。平三段下亚段（P2p31）发育厚层砾岩、砂砾岩与灰色泥岩、粉砂质泥岩，上亚段发育灰色砂砾岩与厚层灰色泥岩、粉砂质泥岩。平四段下亚段（P2p41）发育灰色粉砂质泥岩、泥岩夹薄层粉砂岩，上亚段（P2p42）发育厚层灰色泥岩夹薄层粉细砂岩。上二叠统梧桐沟组（P3w）发育灰色砾岩、灰黄色细砂岩与灰色泥岩互层。

2 层序地层格架

2.1 三级层序界面

石钱滩凹陷西北部地层反射特征明显，平地泉组顶界面（SB1）与底界面（SB3）可见明显的下削上超现象（图3），与上、下地层为不整合接触关系。不整合面主要分布在盆地边缘，属于三级层序界面。平地泉组内部存在2 条强反射轴，上部强反射轴位于平二段碳质泥岩、煤层与平三段砂砾岩分界面附近，下部强反射轴位于平二段碳质泥岩、煤层与平一段碳酸盐岩分界面附近。将平二段顶界面进行拉平后发现其为一个顶超面（SB2）（图4），代表了一种时间不长、与沉积作用差不多同时发生的过路冲蚀现象，露头上可以见到明显的冲刷面（图5a）。该界面（SB2）之下的碳质泥岩、煤层也代表了当时为暴露环境，反映平二段与平三段之间存在沉积间断，界面上下存在岩性突变（图5b）。综合分析认为，平二段顶界面为三级层序界面，将中二叠统平地泉组自下而上划分为两个三级层序，分别为层序1与层序2。

2.2 体系域界面

依据钻井、测井、地震、露头、小波变换以及元素分析等资料，通过识别首次湖泛面与最大湖泛面，将层序1自下而上划分为低位域、湖侵域与高位域；层序2自下而上划分为低位域与湖侵域，高位域不发育（图2）。从南北向3 号线地震剖面上观察到由北向南存在地层超覆现象（图4），平一段下亚段顶部的反射轴为越过坡折带的第1 个上超点，为首次湖泛面，反映了相对湖平面由相对稳定到开始缓慢上升。该界面之下为灰绿色泥岩、粉砂质泥岩，界面之上过渡为灰色泥晶灰岩，反映了湖域范围扩大导致陆源碎屑输入减少。平一段顶界面附近存在一个地震反射强轴，连续性好、振幅强、分布广泛，为一个下超界面。该界面之下发育厚层的深灰色泥页岩（图5c，5d），富含有机质，具有高V/（V+Ni）值、高Sr/Ba 值（图2），反映了深水稳定的强还原、高盐度环境。该界面之上发育薄层灰岩、灰绿色泥岩，有机质丰度降低，具有低V/（V+Ni）值、低Sr/Ba值，反映了水体环境变浅。综合分析认为，平一段上部深灰色泥岩的顶界为最大湖泛面（图2），反映了层序1的湖域分布范围达到最大。根据相同方法分析出平三段与平四段顶界面分别为首次湖泛面、最大湖泛面。

图2 石钱滩凹陷钱1井中二叠统平地泉组层序地层划分Fig.2 Sequence stratigraphic division of Middle Permian Pingdiquan Formation in Well Qian1 of Shiqiantan Sag

图3 石钱滩凹陷1号线与2号线拼接地震剖面层序分析Fig.3 Sequence analysis of the spliced seismic profile of Line1 and Line2 in the Shiqiantan Sag

图4 石钱滩凹陷3号线地震剖面层序分析Fig.4 Sequence analysis of seismic profile of Line3 in Shiqiantan Sag

3 沉积特征

3.1 沉积相类型

在平地泉组沉积时期，石钱滩凹陷主要发育扇三角洲、三角洲和湖泊3种沉积相。

扇三角洲 露头与岩心综合分析结果表明，扇三角洲主要在石钱滩凹陷北部发育，以扇三角洲平原与扇三角洲前缘沉积为主。扇三角洲平原以厚层杂色中砾岩、砂砾岩沉积为主，夹薄层灰绿色、灰色泥岩与粉砂质泥岩，根据岩性组合特征与沉积构造划分为分流河道与分流间湾2个微相。分流河道由多期次的砂砾岩体在垂向上叠置构成，单层厚度为2～6 m（图5a），累积厚度最大约为25 m，主要发育块状层理和粒序层理（图6a），底部可见大型的冲刷面。砾岩以石英岩砾石和凝灰岩砾石为主，粒径主要为2～5 cm，最大可到35 cm（图6b），呈棱角状、次棱角状，与泥级、砂级碎屑颗粒混杂堆积，为近源快速沉积的产物，以重力流搬运机制为主。分流间湾以灰色粉砂质泥岩、泥岩为主，厚度一般为5～10 m，反映了安静的水体环境。

图5 双井子剖面平地泉组层序界面与体系域界面特征Fig.5 Characteristics of sequence boundary and system tract boundary of Pingdiquan Formation in Shuangjingzi Section

扇三角洲前缘以灰色细砾岩（图6c）、砂砾岩（图6d）、中粗砂岩和深灰色粉砂质泥岩、泥岩的不等厚互层为主，进一步划分为水下分流河道和水下分流间湾2个微相。水下分流河道发育的砂砾岩体厚度一般为1～4 m，累积厚度最大约为15 m，主要发育块状层理和粒序层理，测井相模式表现为中高幅箱形（图2），反映了较强的水动力条件。砾石粒径主要为0.5～2 cm，最大约为3 cm，呈次棱角状、次圆状，多呈稳定状堆积（图6c）。水下分流间湾以深灰色粉砂质泥岩、泥岩为主，厚度一般为5～15 m，自然电位曲线基于平直（图2）。

三角洲 主要在石钱滩凹陷南部层序1 发育，以三角洲平原和三角洲前缘沉积为主。三角洲平原主要发育沼泽微相，以深灰色碳质泥岩与泥岩为主（图2），石参1 井、大5 井发育1～5 层煤层，单层厚度为2～5 m，反映了当时在湿润气候条件下植物繁茂。三角洲前缘主要以水下分流河道和水下分流间湾沉积为主，水下分流河道主要发育灰色中细砂岩，单层厚度为1～2 m，测井相模式表现为中低幅钟形（图2），在南北向和东西向地震剖面上层序1高位域形成明显的三角洲前积层（图6e）。水下分流间湾主要发育灰色、灰绿色粉砂质泥岩与泥岩，单层厚度为2～5 m，自然电位曲线基于平直。

湖相 在石钱滩凹陷层序1 和层序2 的湖侵域分布相对广泛，发育滨湖、浅湖以及半深湖-深湖亚相。滨湖亚相主要以灰绿色、灰色泥岩与粉砂质泥岩为主，夹薄层的灰黑色碳质泥岩（图6f）。浅湖亚相发育泥坪、砂坪和灰坪3 个微相。泥坪以灰色粉砂质泥岩与泥岩为主；砂坪以薄层灰色粉砂岩、泥质粉砂岩为主（图2），发育平行层理和浪成沙纹层理；灰坪主要以灰色泥晶灰岩为主（图6g），主要由泥晶方解石和少量的陆源碎屑构成（图6h），单层厚度为1～3 m。通过Th/U 与Sr/Ba 对灰岩沉积环境进行分析，结果指示为微咸水和半咸水环境（图6i）。综合分析认为，灰坪形成于安静的咸化环境，该环境下碳酸钙通过化学结晶的方式形成了泥晶方解石，混有零星输入的陆源碎屑。早期形成的泥晶灰岩在未固结或半固结的条件下受波浪改造可形成粉砂质砂屑灰岩（图6j）。半深湖-深湖亚相主要在层序1湖侵域发育，露头可见厚层的深灰色泥页岩，夹有少量薄层的泥晶灰岩（图6k）。

图6 石钱滩凹陷中二叠统平地泉组典型沉积特征Fig.6 Typical sedimentary characteristics of Middle Permian Pingdiquan Formation in Shiqiantan Sag

3.2 沉积相对比

在系统分析沉积相类型的基础上，对石钱滩凹陷近南北向露头、钻井沉积特征进行了对比分析。此剖面自北向南经过胜利沟、双井子、钱1井和大井1 井（图7），为近似顺物源方向。层序1 低位域沉积时期，石钱滩凹陷南部紧邻沙奇凸起发育三角洲前缘沉积，北部紧邻克拉美丽山发育扇三角洲前缘沉积。层序1湖侵域沉积时期，湖域面积扩大，在双井子剖面附近发育半深湖-深湖沉积，三角洲与扇三角洲分布范围有所减小。层序1 高位域沉积时期，南部三角洲分布范围扩大，北部扇三角洲分布范围变化不大，湖泊分布范围减小，双井子剖面附近发育滨浅湖沉积。层序2 低位域沉积时期，石钱滩凹陷自南向北发育大规模扇三角洲沉积，胜利沟、双井子剖面附近以扇三角洲平原沉积为主，向南过渡为扇三角洲前缘与滨浅湖沉积。层序2湖侵域沉积时期，湖泊分布范围扩大，扇三角洲往湖盆边缘收缩。综合分析，层序1沉积时期，石钱滩凹陷南北两侧分别发育三角洲与扇三角洲沉积，沉积中心位于凹陷北侧；层序2沉积时期，克拉美丽山供给能力增强，凹陷北部发育大规模扇三角洲沉积，沉积中心向南迁移。

图7 石钱滩凹陷大井1井—胜利沟剖面平地泉组沉积相对比(剖面位置见图1，大井1井数据引自文献［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 沉积体系分布

根据石钱滩凹陷已有的露头、钻井以及地震资料，恢复了层序1 和层序2 各体系域沉积体系。层序1 沉积时期，石钱滩凹陷南北两侧存在沙奇凸起和克拉美丽山两大物源区。低位域沉积时期，紧邻沙奇凸起发育小规模三角洲沉积，克拉美丽山前发育小规模的扇三角洲沉积（图8a）。湖侵域沉积时期，石钱滩凹陷的东北部形成一个沉积中心，广泛发育了半深湖-深湖沉积（图8b），露头上可以见到厚层深灰色泥页岩（图6k），地震剖面上也可见到这套深灰色泥页岩形成的强反射轴连续分布（图4，图6e）。石钱滩凹陷南北两侧三角洲与扇三角洲规模有所减小，钱1 井、大5 井附近地势相对平缓、沉积环境稳定，发育浅湖灰坪沉积。高位域沉积时期，凹陷南部发育较大规模的三角洲沉积（图8c），南北向和东西向地震剖面上均可见到明显的前积层，推测沉积中心向东北方向迁移；凹陷北部发育小规模的扇三角洲沉积，局部发育浅湖灰坪沉积。

层序2 沉积时期，克拉美丽山成为石钱滩凹陷主要物源区，沙奇凸起分布范围减小成为汇水区。低位域沉积时期，凹陷北部发育大规模扇三角洲相的砂砾岩体，沉积中心向南迁移（图8d）。湖侵域沉积时期，滨浅湖分布范围扩大，扇三角洲分布范围明显减小（图8e）。

图8 石钱滩凹陷平地泉组各层序单元沉积体系分布Fig.8 Sedimentary system distribution in each sequence unit of Pingdiquan Formation in Shiqiantan Sag

4 层序沉积充填模式

在系统分析层序格架内沉积特征的基础上，建立石钱滩凹陷平地泉组层序地层充填模式。层序1沉积时期，沙奇凸起与克拉美丽山为石钱滩凹陷主要物源区，2 个物源区之间存在1 个沉积中心（图9）。石钱滩凹陷南部地形高差较小，沙奇凸起供给碎屑沉积物的能力有限，紧邻凸起发育小规模三角洲相的粉细砂岩。石钱滩凹陷北部地形高差较大，克拉美丽山供给碎屑沉积物的能力较强，其南侧发育扇三角洲相砂砾岩，砂体纵向厚度大、横向延伸范围较小。经过层序1 沉积时期的填平补齐作用，层序2沉积时期石钱滩凹陷地形变得较为平缓。层序1 沉积末期，石钱滩凹陷应该存在一期较弱的构造抬升，形成了区域分布的沉积间断面。层序2沉积时期，石钱滩凹陷整体转变为北高南低的地形，克拉美丽山成为主要物源区，自北向南发育大规模分布的扇三角洲沉积，与层序1之间存在沉积相突变。

图9 石钱滩凹陷中二叠统平地泉组层序沉积充填模式Fig.9 Sequence sedimentary filling model of Middle Permian Pingdiquan Formation in Shiqiantan Sag

5 石油地质意义

建立石钱滩凹陷平地泉组层序地层模式对油气勘探具有十分重要的指导意义，主要体现在3 个方面。

在平地泉组精细层序地层格架内发现了一套具有一定规模的烃源岩，落实了烃源岩纵向发育位置和横向分布范围。层序1 湖侵域沉积时期，石钱滩凹陷发育半深湖-深湖亚相暗色泥页岩，最厚可达到50 m，总有机碳含量为1.87%～4.49%，平均为3.15%，生烃潜力为2.45～5.45 mg/g，平均为3.35 mg/g，为一套较好的烃源岩，镜质组反射率为0.75%～1.18%，表明其属于成熟阶段，具备较强的生烃能力。

厘定了平地泉组源储配置关系，明确了油气优势运移方向。层序1湖侵域烃源岩与湖侵域、高位域的灰岩、砂岩及砂砾岩构成了良好的生储组合。钱1 井层序1 湖侵域灰岩与高位域砂岩已见到明显的油斑（图10a）和荧光显示（图10b），湖侵域灰岩测井解释油层4.6 m/3 层，试油采油量为500 mL。此外，层序2 低位域底部的砂砾岩也见到荧光显示，反映了油气在横向和纵向上均发生了一定距离的运移。

图10 石钱滩凹陷中二叠统平地泉组灰岩油气显示Fig.10 Oil and gas shows in Middle Permian Pingdiquan Formation Limestone of Shiqiantan Sag

明确了石钱滩凹陷平地泉组有利沉积相带，预测了有利油气勘探方向。从源储配置关系分析来看，层序1 湖侵域灰坪、扇三角洲前缘与高位域灰坪、三角洲前缘、扇三角洲前缘紧邻烃源岩，为石钱滩凹陷平地泉组最有利沉积相带，钻井上也见到了丰富的油气显示。从南北向和东西向地震剖面来看，层序1的高位域发育多期三角洲前缘前积砂体，其下伏烃源岩形成的反射强轴（最大湖泛面）向北、向东稳定分布（图4，图6e），两者构成了紧密相邻的生储组合，三角洲前缘前积砂体可能形成多个岩性油气藏，为平地泉组较有利的勘探方向。

6 结论

石钱滩凹陷中二叠统平地泉组自下而上划分为层序1 和层序2，层序1 发育低位域、湖侵域和高位域，层序2发育低位域和湖侵域，高位域缺失。层序1 与层序2 主要发育扇三角洲、三角洲与湖泊沉积。层序1 低位域沉积时期，石钱滩凹陷南北两侧分别发育三角洲、扇三角洲沉积，周边以滨浅湖沉积为主；湖侵域沉积时期，三角洲与扇三角洲砂体规模减小，发育分布较广的半深湖-深湖亚相暗色泥页岩；高位域沉积时期，三角洲与扇三角洲砂体规模增大，湖域分布范围减小。层序2沉积时期，石钱滩凹陷自北向南发育扇三角洲、滨浅湖沉积体系。

层序1 湖侵域半深湖-深湖亚相暗色泥页岩为一套较好的烃源岩，与湖侵域扇三角洲前缘、灰坪以及高位域扇三角洲前缘、三角洲前缘、灰坪组成了良好的生储组合，其中高位域三角洲前缘前积砂体可能形成多个岩性油气藏，为平地泉组较有利的勘探方向。