准噶尔盆地二叠系风城组沉积相与沉积演化分析

李汉林

（长安大学地球科学与资源学院，陕西 西安 710054）

准噶尔盆地是中国西北部大型含油气叠合盆地，二叠纪发育的三角洲相砂岩是储集层，滨浅湖和半深湖泥岩为该地区烃源岩地层[1-4]。玛湖凹陷位于准噶尔盆地西北缘，如图1所示，是该地区有机质含量最高的富烃凹陷，而风城组是该盆地最重要的烃源岩地层之一[5]，形成传统的构造-岩性圈闭气藏以及非常规致密页岩油气藏[6-9]。前人依据岩性组合、沉积环境特征、储层、构造、火山作用以及岩石成因，将风城组划分为3个段[10-11]，但对风城组地层特征及沉积充填过程的研究却少之又少。

图1 玛湖凹陷位置图及连井位置

1 地质背景

准噶尔盆地位于新疆北部，是中亚造山带重要组成部分[12]。准噶尔盆地是晚古生代、中生代和新生代叠合盆地，呈三角形，面积为1.3×105km2，西北部是扎伊尔山和哈拉阿拉特山[13-15]。玛湖凹陷是准噶尔盆地一个二级构造单元，位于盆地西北缘，呈东南向单斜的缓坡构造[16]。克拉玛依-百口泉断裂、乌尔禾-夏子街断裂是控制二叠系—三叠系地层的主要因素[17]。晚石炭世以来，准噶尔盆地历经多次板内构造变形，玛湖凹陷基地为晚石炭世弧盆体系，石炭系地层依次上覆上二叠系佳木河组（P1j）、风城组（P1f）、夏子街组（P2x）、下乌尔禾组（P2w）、上乌尔禾组（P3w）、三叠系百口泉组、克拉玛依组、白碱滩组[18-20]。风1段主要为镁铁质火山岩、粗碎屑岩、富有机质泥岩及白云质泥岩、凝灰岩等，风2段由富有机质泥岩和白云质泥岩组成，风3段下部为白云质泥岩，上部为陆源碎屑岩[7]。风城组广泛发育碱性岩及含盐岩，是碱湖沉积最为典型的沉积岩类，如硅硼钠石、钠碳酸盐岩、钠钙碳酸盐岩、钠镁碳酸盐岩等[21-25]。

2 研究方法

依据前人在研究区的地层钻井数据、岩心描述、沉积相标志等，建立连井剖面图，研究其沉积特征、层序地层以及沉积充填过程。

层序界面识别是层序地层学的基础，基准面是形成沉积层序的首要标志，地层层序又是沉积环境变化的响应，如今岩性特征及测井曲线变化是表征地层层序的主要手段[26-27]。通常情况下，沉积序列的单一研究不能准确测定层序界面，因此，综合前人各类研究数据是必要手段。玛湖凹陷与其他沉积盆地不太一样的地方在于露头稀少而缺失地表层序地层标志，如风化壳等。综上，在前人研究的基础上，以钻井数据、岩心描述、沉积相标志为依据，建立连井剖面，追索层序边界，研究沉积充填，画出沉积相图。

3 沉积相分析

3.1 地层对比

风城组与下伏佳木河组呈不整合接触，佳木河组底部由火山碎屑岩、安山岩、砂岩组成。风城组与上覆夏子街组同样呈不整合接触，夏子街组主要岩性是灰色-棕色砂砾岩，存在棕灰色泥岩与砂岩。

风1段南部靠近沉积中心，北部受造山带影响较大，因此沉积两类岩性。靠近沉积中心岩性粒度较细，以沉积岩为主，主要是灰色-深灰色薄层凝灰岩、白云质泥岩、泥质白云岩；造山带附近以火山岩或火山碎屑岩为主，主要是砂砾岩、火山角砾岩和玄武岩，以及夹层中含有少量凝灰岩与粉砂岩。风2段与风1段类似，沉积中心附近与造山带附近沉积2套岩性，风2段较风1段而言，岩性整体较细，沉积中心附近岩性为深灰色-灰黑色泥质白云岩和白云质泥岩；造山带附近岩性主要是凝灰岩与砾岩夹薄层泥岩和砂岩。风3段沉积时，凝灰质与白云质组分减少，含沙量增加，风3段底部由白云质泥岩及互层的泥岩和粉砂岩组成，顶部由粗砂岩和砂质砾岩组成。风城组各井岩性示意图如图2所示。

图2 风城组各井岩性示意图

3.2 沉积相与火山活动分析

风尘组沉积时，玛湖凹陷历经复杂的构造运动和强烈的火山活动，物源杂乱，成岩作用复杂，形成的岩相种类较多[12-15]。依据前人研究及岩石特征和沉积相标志，可将风城组划分为湖泊相和扇三角洲相2类，湖泊相可进一步细分为半深湖-深湖亚相及滨浅湖亚相沉积，扇三角洲相则可细分为扇三角洲前缘亚相和扇三角洲平原亚相沉积[10-12]。

3.2.1 半深湖-深湖亚相

半深湖-深湖亚相在岩相上主要表现为以深灰色泥岩、灰-黑色泥岩及灰白色白云质粉砂岩为主。据前人研究，在半深湖-深湖亚相岩相中发现植物碎片化石；在部分钻井白云质泥岩岩心样本中发现其裂缝发育，并被高质量浓度的重油浸染[27]。

3.2.2 滨浅湖亚相

滨浅湖亚相沉积广泛分布于玛湖凹陷处，岩性主要沉积有灰白色白云质泥岩、灰绿色细砂岩、泥岩。白云质泥岩中发现软沉积变形与褶皱，灰绿色细砂岩发育钙质薄层。砂岩中常见波状层理、滑塌变形构造。

3.2.3 扇三角洲

扇三角洲指凹陷边缘上，邻近山区河流或洪流携带沉积物的高能流体，在同沉积断层附近由于水动力条件突然变缓，沉积物沉降，形成向湖泊等稳定水体堆积推进的扇体。扇三角洲与正常三角洲的区别在于，扇三角洲受物源区影响更大，物源沉降速度更快，受到波浪和潮汐作用影响更小。扇三角洲前缘由砂砾岩和白云质砂岩组成，白云质砂岩中发育褶皱，白云石在成岩作用影响下，呈现出不规则团块状，砂砾岩中砾石组分分选性中等。扇三角洲平原亚相岩石类型主要是砂砾岩，砂砾组分自细—中粒到块状都有沉积。

3.2.4火山活动

玛湖凹陷在风1段和风2段发育大量火山岩，岩性主要是熔融角砾岩、玄武岩、角砾凝灰岩和深灰色火山熔岩等。深灰色火山熔岩中含有大量火山砾石，平均直径为1 cm，最大直径为2 cm，孔隙不发育。玄武呈隐晶质结构，火山岩中常见方解石条带，明显受到不同程度的后期成岩作用影响。

准噶尔盆地玛湖凹陷风城组沉积相分布变化图如图3所示。

图3 准噶尔盆地玛湖凹陷风城组沉积相分布变化图（改自参考文献[9][11]和[27]）

4 沉积演化过程

4.1 层序边界形成

层序界面由岩心、沉积相标志、地层接触关系、岩性组合确定。风1段至风2段层序界面，是将风1段退积模式与风2段进积模式的转变区分标志。风2段至风3段的层序界面，大规模碱性蒸发与扇三角洲沉积在此处区分开来，属于半地堑式结构。依据前人研究结论，在风城组沉积时，存在3个洪泛面，构成海进体系的上边界。

4.2 沉积演化与古地理

通过岩相描述与层序边界确立、连井剖面，分析风城组沉积演化过程，复原出古地理沉积相图（图3）。风1段底部的石灰岩、泥岩和砂岩表明，风1段刚开始沉积时，水体应为半深湖-深湖环境，水动力较弱，火山活动较弱；而后在风1段中部出现大量火山岩及较细的泥岩和粉砂岩，这些沉积特征表明风1段应处于火山活动期，沉积相以滨浅湖相沉积为主。风2段沉积时，沉积粒度进一步变细，凝灰岩含量增加，水体深度变深，水动力环境变弱，火山活动增强，而碱性湖相沉积与膏泥岩的出现，反映沉积物处于一个干旱、水体深度浅、水体咸度较大的沉积环境。风3段沉积时，凝灰岩变少，砂质砾岩含量变多，表明火山活动几乎停止，扇三角洲扩张，玛湖凹陷在此时处于水体退积期，沉积物更多的来源于山区；风3段早期岩性主要是湖相白云岩，晚期以陆源碎屑岩为主，进一步证明湖相范围缩小，扇三角洲推进发育，风城地区应为风城组的沉积中心。

4.3 沉积物充填过程

依据沉积相图（图3），风城组沉积北部受古地貌和断裂控制，沉积中心位于玛湖凹陷风城地区。风1段是以风城地区为沉积中心的湖相沉积，只有北部邻近哈拉阿拉特山及西部靠近扎伊尔山的小范围地区呈现扇三角洲沉积相。风2段北部扇三角洲沉积区域变小，西部扇三角洲沉积范围变大，湖相范围持续向东及向南扩张，整体而言，沉积粒度变细。据前人研究，由频繁地震产生的沉积物变形构造推断沉积中心的盆地边界为正常断层活动，这为盆地沉积创造了极大的沉积空间；由碱性矿物推断风2段应处于高盐度的碱性湖盆环境中。风3段沉积时，北部哈拉阿拉特山及西部扎伊尔山发育的扇三角洲沉积范围扩张，东部零星出现三角洲沉积雏形，这都表明湖相沉积分布范围缩小，水体深度变浅，由风2段的半深湖-深湖沉积变为滨浅湖沉积。

风城组自风1段开始沉积，到风3段沉积结束，沉积相自湖相向三角洲相沉积变化，沉积补给速率应高于盆地沉降速率，而湖相沉积分布范围的变化是自靠近造山带附近开始转变为三角洲相沉积，说明玛湖凹陷的沉积充填受造山带控制，具体则是受到盆地边缘断层活动的控制。

5 结论

综上所述，风城组的沉积环境历经多次变化，具体如下：风1段为半深湖-深湖相沉积过渡到滨浅湖相沉积，扇三角洲只分布在北部哈拉阿拉特山及西部扎伊尔山附近，这个时期的火山活动逐渐变强；风2段沉积时，大范围分布滨浅湖相沉积，但是古气候应为干旱气候，水体深度较浅，水体应为高盐度碱湖环境，火山活动持续增强，扇三角洲沉积分布范围减少；风3段沉积时，由于受造山带活动影响，北部哈拉阿拉特山和西部扎伊尔山附近的扇三角洲沉积范围扩大，东部和南部受到活动断层影响，零星出现三角洲沉积雏形，火山活动几乎停止。