岩性油气藏  2025, Vol. 37 Issue (5): 122-132       PDF    
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准噶尔盆地二叠纪—侏罗纪古地貌恢复及其油气地质意义
叶慧1,2, 朱峰3, 王贵重3, 石万忠1,2, 康晓宁3, 董国宁1,2, 娜孜依曼3, 王任1,2    
1. 中国地质大学 资源学院,武汉 430074;
2. 中国地质大学 构造与油气资源教育部重点实验室,武汉 430074;
3. 中国石油集团东方地球物理公司研究院 乌鲁木齐分院,乌鲁木齐 83001
摘要: 基于对准噶尔盆地二叠纪—侏罗纪不整合面的特征识别,通过地层趋势法和沉积速率法相结合计算剥蚀量,采用印模法对古地貌形态进行了刻画,并分析了古地貌演化特征对油气成藏的影响。研究结果表明:①准噶尔盆地二叠系—侏罗系发育3个一级不整合面(C/P,P/T,J/K)和3个二级不整合面(P1/P2,P2/P3,T/J)。二叠系剥蚀区主要为中拐凸起、达巴松凸起的东南部和西北部,东部凸起带亦有少量剥蚀;三叠系剥蚀区主要为盆地西北缘;侏罗系剥蚀区主要为车排子—莫索湾古隆起带及盆地东部地区。②研究区早二叠世为断陷盆地,西部受正断层控制而尖灭,东部超覆于斜坡之上,中—晚二叠世呈隆坳相间的多沉积中心格局;三叠纪盆地整体沉降,发育3个较大的沉积中心;早—中侏罗世地形平坦,具准平原化特征;中—晚侏罗世盆地南部受构造活动影响发生剧烈沉降,呈“北高南低”格局。③研究区二叠纪—侏罗纪古地貌的演化对储层砂体和烃源岩的展布具有重要控制作用,早二叠世盆地沉积中心发育的烃源岩与隆起区砂砾岩构成了良好的近源生-储组合;中二叠世盆地范围快速东扩及形成的多个沉积中心格局为烃源岩的发育提供了有利条件;晚二叠世盆缘古隆起显著控制砂体展布;三叠纪盆地快速沉降形成深水湖盆,从而沉积了一套厚层烃源岩;中—晚侏罗世平坦地形为煤层的发育创造了有利条件。
关键词: 古地貌恢复    不整合面    剥蚀量    沉积速率法    地层趋势法    印模法    盆地演化    二叠系—侏罗系    准噶尔盆地    
Paleogeomorphy restoration of Permian-Jurassic and its hydrocarbon implications in Junggar Basin, NW China
YE Hui1,2, ZHU Feng3, WANG Guizhong3, SHI Wanzhong1,2, KANG Xiaoning3, DONG Guoning1,2, Naziyiman3, WANG Ren1,2    
1. School of Earth Resources, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China;
2. Key Laboratory of Tectonics and Petroleum Resources, of Ministry of Education, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China;
3. Urumqi Branch of BGP INC., CNPC, Urumqi 830016, China
Abstract: Based on the identification of Permian-Jurassic unconformity in Junggar Basin, the erosion amount was estimated through a combination of stratigraphic trend analysis and sedimentation rate methods. Then paleogeomorphology was characterized using impression method, and the impact of ancient landform evolution characteristics on oil and gas accumulation was analyzed. The results show that: (1)Three first-order unconformities(C/P, P/T, J/K)and three second-order unconformities(P1/P2, P2/P3, T/J)can be identified in PermianJurassic of Junggar Basin. The denudation area of Permian is mainly located in the southeast and northwest of Zhongguai uplift and Dabasong uplift, with a small amount of denudation in the eastern uplift zone. The denudation area of Triassic is mainly located in the northwest margin of the basin, while the denudation area of Jurassic is mainly located in Chepaizi-Mosowan paleo-uplift and the eastern part of the basin.(2) In the study area, Early Permian showed fault depression, normal faults controlled the west and the strata terminated, the eastern strata overlaid on the slope, and Middle-Late Permian presented a multi-depositional center pattern of uplift and depression. Triassic experienced overall subsidence, with three relatively large sedimentary centers. In Early-Middle Jurassic period, the terrain was flat with minimal topographical fluctuations. During Middle-Late Jurassic, the southern part of the basin experienced severe subsidence due to tectonic activity, resulting in a topography characterized by high in the north and low in the south.(3)The evolution of Permian-Jurassic paleogeomorphology in the study area has a significant influence on the distribution of sand bodies and source rocks. The source rocks developed in the sedimentary center of Lower Permian basin and the glutenite in the uplift area formed a good near source source-reservoir combination. During Middle Permian, the rapid eastward expansion and the pattern of multiple sedimentary centers provided favorable conditions for the development of source rocks. The paleouplifts at the basin margin in Upper Permian significantly controlled the distribution of sand bodies. In Triassic, rapid basin subsidence led to the formation of a deep-water lake basin, depositing a thick layer of source rocks. The flat terrain during Middle-Lower Jurassic provided favorable conditions for coal seam development.
Key words: paleogeomorphology restoration    unconformity    erosion amount    sedimentation rate method    stratigraphic trend method    impression method    basin evolution    Permian-Jurassic    Junggar Basin    
0 引言

准噶尔盆地是中国大型含油气叠合盆地之一,二叠系—侏罗系发育多套生-储-盖组合,聚集了盆地70% 以上的石油资源[1-2]。古地貌通过控制沉积体系的类型与空间分布,进一步制约烃源岩和优质储层的发育,对油气勘探具重要指导意义[3-5]。前人对准噶尔盆地西部坳陷、隆起区及陆梁隆起南部等地区的古地貌特征及其对沉积体系与优质储层的影响开展了系统研究[6-8],为油气勘探与开发提供了依据。近年研究表明,盆地二叠系—侏罗系存在多个含油气系统[9],但不同层位的油气系统与古地貌耦合关系尚未明确。古地貌恢复方法(如残厚法、印模法、沉积学法及层序地层学法)需根据盆地构造背景选择[10],其中,印模法因适用性强、操作简单而被广泛应用,但其对地层完整性要求较高,剥蚀量恢复的精度直接影响结果可靠性。针对准噶尔盆地车—莫古隆起、白家海凸起等地区,有学者采用古温标法、沉积速率法及地层趋势法恢复了侏罗系顶部剥蚀量[11-13],虽取得了一定的进展,但仍存在方法门槛高、研究区域与层位局限等问题。石炭纪以来,准噶尔盆地历经海西、印支、燕山和喜马拉雅等多期构造运动,盆地结构遭受强烈改造[14-16],导致不整合面广泛发育,且不同时期地层剥蚀区与剥蚀量差异显著,进一步增加了恢复难度。此外,地层岩性复杂、埋深大及资料不足等因素亦制约了盆地古地貌研究的深入开展。

基于准噶尔盆地最新地震剖面和大量钻测井资料,通过系统识别盆地边界及不整合面,确定剥蚀区分布范围,在不整合面和岩性组合的双重约束下,采用地层趋势法与沉积速率法相结合的方法,在残余地层基础上恢复各时期地层剥蚀厚度,经压实校正后,重建二叠纪—侏罗纪古地貌形态,进而深入分析不同时期古地貌演化特征及其对砂体展布与烃源岩发育的控制作用,以期为深化盆地油气地质认识和指导勘探实践提供科学依据。

1 地质概况

准噶尔盆地位于新疆北部,是中亚造山带的重要组成部分。盆地周缘被活动造山带环绕,长期接受沉积,形成了中国西部典型的封闭性盆地[14]。自晚石炭世接受沉积以来,盆地历经多期构造运动:晚海西构造运动奠定准噶尔盆地现今构造格架雏形;印支运动显著改造东部和西部地区;燕山运动影响范围涵盖盆地东部、西部及腹地,但对乌伦古地区影响较弱[15];喜马拉雅运动导致盆地南部剧烈沉降,后期地层呈现出北薄南厚的楔形特征[17]。基于晚海西期以来构造运动的叠加改造,准噶尔盆地划分为8个一级构造单元及44个二级构造单元(图 1a)。

下载原图 图 1 准噶尔盆地构造单元划分(a)及二叠系—侏罗系岩性地层综合柱状图(b) Fig. 1 Tectonic units division(a)and comprehensive stratigraphic column of Permian-Jurassic(b)of Junggar Basin

准噶尔盆地盖层自晚石炭世持续沉积,发育上古生界—新生界完整序列,鉴于区域地层组名差异,以盆地西北缘—腹部地区组名为代表进行地层描述。二叠系—侏罗系岩性组合复杂,发育多种类型,包括黑色/褐色泥岩、砂砾岩、煤层及碳酸盐岩等,下二叠统以火山岩和黑色泥页岩为主,局限分布于西部坳陷和中部隆起西缘,西部坳陷西缘下二叠统与上覆地层呈平行不整合接触,向东超覆于莫索湾凸起[18-19];中二叠统分布范围扩展至沙奇凸起西部,火山岩基本消失,以黑色泥页岩和碎屑岩互层为特征;上二叠统向西延伸至中拐凸起,发育褐色—紫红色砂砾岩;下三叠统西扩至红车断裂带,下部发育厚层砂砾岩,向上粒度变小并发育红层;中—上三叠统以灰色细粒沉积物为主,可见炭质泥岩,红层不发育;下—中侏罗统西山窑组发育多套煤系地层,与砂砾岩或泥岩互层;中—上侏罗统头屯河组以砂岩为主,喀拉扎组在盆地腹部几乎剥蚀殆尽,煤层缺失,红层再次发育(图 1b)。

2 地层不整合特征

不整合识别是恢复剥蚀厚度与重建古地貌形态的关键前提。准噶尔盆地二叠纪至侏罗纪历经多期构造运动,现今地貌受多期构造活动影响,与沉积期古地貌差异显著,不同时期地层剥蚀区范围及剥蚀量均不相同。基于地震剖面特征,在二叠系—侏罗系识别出3个一级不整合(C/P,P/T,J/K)和3个二级不整合(P1/P2,P2/P3,T/J),据此明确地层剥蚀区展布规律。

2.1 一级构造不整合

(1)石炭系与二叠系不整合(C/P不整合)

准噶尔盆地石炭系与其上覆地层在不同构造单元存在明显差异。在西部隆起、陆梁隆起及东部隆起区,二叠系缺失,石炭系直接被中—新生代地层覆盖。在坳陷区,下二叠统与下伏石炭系之间呈超覆接触(图 2a),下二叠统缺失区域,中—上二叠统与石炭系呈大面积平行不整合接触(图 2b)。

下载原图 图 2 准噶尔盆地二叠纪—侏罗纪不整合地震特征(剖面位置见图 1a Fig. 2 Seismic characteristics of unconformity of Permian-Jurassic in Junggar Basin

(2)二叠系与三叠系不整合(P/T不整合)

P/T不整合面主要发育于西部隆起和陆梁隆起过渡带。盆地西北缘及陆梁隆起南缘可见二叠系被三叠系削截,形成角度不整合(图 2c)。

(3)侏罗系与白垩系不整合(J/K不整合)

J/K不整合面在盆内广泛分布,各隆起边界发育侏罗系削蚀带,以中—上侏罗统为主,其中上侏罗统被大面积剥蚀。侏罗系自车排子凸起向NE和NNE方向形成一条剥蚀带,指示新隆起带的形成(图 2d)。盆地东部隆起可见白垩系下覆地层发生褶皱变形,与白垩系形成高陡的角度不整合(图 2e),该不整合特征表明,晚侏罗世末期,盆地构造活动东强西弱,盆地西部的构造活动出现了明显减弱,盆地南部沉降。

2.2 二级构造不整合

(1)下二叠统与中二叠统不整合(P1/P2不整合)

P1/P2不整合主要发育于中拐凸起、达巴松凸起及陆梁隆起南缘。石西凸起处可见下二叠统佳木河组、风城组与中二叠统夏子街组依次被中二叠统下乌尔禾组角度不整合削截(图 2f)。西部坳陷大部分地区中二叠统与下伏地层呈整合或平行不整合接触,夏子街组多超覆于下伏下二叠统之上或与之整合接触,而与上覆地层形成不整合界面。

(2)中二叠统与上二叠统不整合(P2/P3不整合)

P2/P3不整合在中拐凸起、陆梁隆起及盆地西北缘普遍发育,且上二叠统常同时切割下—中二叠统。中拐凸起可见佳木河组—下乌尔禾组依次被上二叠统上乌尔禾组角度不整合削截(图 2g),而盆地其他地区上乌尔禾组多与下伏地层呈整合或平行不整合接触。

(3)三叠系与侏罗系不整合(T/J不整合)

盆地西部隆起区广泛发育T/J不整合面,乌夏断裂带上盘揭示其典型特征为不整合面之下三叠系褶皱变形强烈且地层遭受严重剥蚀,而不整合面之上侏罗系产状平缓、变形微弱,与下伏三叠系呈显著角度不整合接触(图 2h)。

3 古地貌恢复

剥蚀量恢复是重建盆地古地貌的关键,基于不整合面及地层特征,将准噶尔盆地二叠系—侏罗系划分为6套层序地层,由下至上分别命名为SQ1—SQ6,分别对应下二叠统、中二叠统、上二叠统、三叠系、下—中侏罗统和中—上侏罗统,分别对6套层序地层进行剥蚀量恢复,再经压实校正后获得沉积期完整地层格架,采用印模法重建各层序沉积期的古地貌形态。

3.1 剥蚀量恢复

针对准噶尔盆地地质特征,结合前人研究成果与现有资料,采用地震地层趋势法与沉积速率法开展剥蚀量恢复,二者互为约束验证,二叠系沉积时构造活动较频繁,沉积速率变化较大,以地震趋势法为主;三叠系—侏罗系坳陷期沉积速率稳定且连续,适用沉积速率法。

地震地层趋势法主要基于地震资料,对比未剥蚀区的地层厚度,结合区域构造-沉积背景,通过剥蚀区“填平补齐”恢复原始沉积厚度[20];沉积速率法适用于同一构造层内沉积速率稳定且沉积连续的地层,通过标准井沉积速率参数重建原始沉积厚度[21],其计算公式为

$ \Delta H_{\mathrm{A}}=K \frac{H_{\mathrm{B}}}{T_{\mathrm{B}}} T_{\mathrm{A}}-H_{\mathrm{A}} $ (1)

式中:∆HA为剥蚀厚度,m;K为未遭受剥蚀或剥蚀厚度最小的标准井的沉积速率比值;HB为参考层沉积厚度,m;HA为剥蚀层沉积厚度,m;TA为剥蚀地层沉积时间,Ma;TB为参考地层沉积时间,Ma。

选取盆内侏罗系遭受剥蚀且地层齐全的11口单井,采用沉积速率法计算剥蚀量(表 1)。通过连井剖面建立剥蚀量空间分布模型(图 3),并将计算结果投影至地震剖面约束地震趋势法解译(图 4)。将所得结果与前人采用沉积速率法计算的邻近井点剥蚀量[22]对比,三者之间的差距较小,表明方法组合在研究区内具有可靠性。

下载CSV 表 1 准噶尔盆地侏罗系/石炭系不整合面剥蚀厚度统计 Table 1 Erosion thickness of unconformity of Permian-Jurassic in Junggar Basin
下载原图 图 3 准噶尔盆地二叠系—侏罗系连井剥蚀量对比分析 Fig. 3 Comparison of erosion amount among well-ties of Permian-Jurassic in Junggar Basin
下载原图 图 4 准噶尔盆地二叠系—侏罗系地震剖面剥蚀量约束图 注:图中的剥蚀量数据是根据沉积速率法计算得出。 Fig. 4 Constraints for erosion amount of seismic profile of Permian-Jurassic in Junggar Basin

基于不整合面识别,在地震剖面上恢复剥蚀区原始地层结构,重建沉积期完整地层格架(图 5图 6)。因三叠系剥蚀集中于西北缘且地层受断层破碎影响显著,不易识别与恢复,对整个盆地的古地貌恢复影响较小,故重点恢复下二叠统(SQ1)、中二叠统(SQ2)、上二叠统(SQ3)、下—中侏罗统(SQ5)及中—上侏罗统(SQ6)5套层序地层。

下载原图 图 5 准噶尔盆地中部东西向侏罗系剥蚀趋势剖面 Fig. 5 Profile of Jurassic denudation trend in east-west direction in the central of Junggar Basin
下载原图 图 6 准噶尔盆地中部南北向侏罗系剥蚀趋势剖面 Fig. 6 Profile of Jurassic denudation trend in north-south direction in the central of Junggar Basin

下二叠统剥蚀区主要分布于中拐凸起处,在中拐凸起以南,佳木河组和风城组削截于上乌尔禾组底界;在凸起以北,佳木河组往南终止于断层,风城组削截于下乌尔禾组底界。剥蚀量自凸起南北两侧边界向中部递增,最大剥蚀厚度位于中拐凸起中部,达210 m。

中二叠统剥蚀区主要位于中拐凸起、乌夏断裂带、玛湖凹陷北部、陆梁隆起及白家海凸起。自中拐凸起南北两侧向中部形成剥蚀区,剥蚀量向中部逐渐增大,中拐凸起中部剥蚀量最大153 m。自玛湖凹陷中部形成剥蚀区,剥蚀量向北往乌夏断裂带一侧增大,最大值为162 m;向西往克百断裂带一侧增大,最大值为198 m。在盆地中部,夏子街组和下乌尔禾组均削截于上乌尔禾组底界,自莫北凸起开始形成剥蚀区,剥蚀量向北增大,于石西凸起处达到最大值170 m,在陆梁隆起上保持稳定。在盆地东部,夏子街组削截于下乌尔禾组底界,下乌尔禾组削截于上乌尔禾组底界,自阜康凹陷中部形成剥蚀区,剥蚀量向北增大,于白家海凸起达到最大值211 m。

上二叠统剥蚀区主要位于中拐凸起、乌夏断裂带、玛湖凹陷及陆梁隆起。中拐凸起南部可见明显的地层减薄现象,而玛湖凹陷内可见上乌尔禾组削截于三叠系底界,剥蚀量自削截点向北增大,最大处位于乌夏断裂带,为130 m。

下—中侏罗统剥蚀区范围较大,除玛湖凹陷和阜康凹陷外,西部坳陷和东部坳陷均遭受剥蚀,车排子凸起、红车断裂带、中拐凸起和陆梁隆起东南部也遭受剥蚀。自盆地西南向东北,可见侏罗系削截于白垩系底界。下—中侏罗统中西山窑组为主要受剥蚀地层,三工河组存在局部剥蚀,八道湾组基本未受剥蚀。剥蚀量自莫索湾向车排子方向增大,最大达290 m。

中—上侏罗统在全区遭受剥蚀,上侏罗统喀拉扎组区缺失,齐古组仅在东部坳陷有残余,头屯河组则在西部坳陷北部、陆梁隆起南部、南缘冲断带、东部坳陷及东部隆起部分凹陷区有残余,东道海子凹陷可见齐古组削截点,剥蚀量分别向北部陆梁隆起和西部玛湖凹陷—克百断裂带方向增大。头屯河组在东道海子凹陷和莫南凸起可见削截点,剥蚀量向北、西2个方向增大,莫索湾凸起、盆1井西凹陷和陆梁隆起西南部剥蚀量最大,分别为547 m、530 m和578 m(图 5图 6)。

3.2 压实校正

随着埋藏深度增加,地层在上覆压力作用下发生成岩压实作用,导致原始地层厚度减小[23],因此,需要对目的层压实量进行恢复。基于测井资料,通过地层的孔隙度-深度曲线拟合建立孔-深函数模型,依据地层骨架体积守恒原理进行去压实校正,反推地层原始厚度[24]

在一定深度范围内,任意深度的碎屑岩孔隙度可表示为[8]

$ \varphi(Z)=\varphi_0 e^{-c Z} $ (2)

式中:Z为岩层埋深,m;c为压实系数,km-1φ0为地表初始孔隙度,%。

地层在埋深过程中受上覆压力作用发生压实,设现今地层顶、底界埋深分别为Z1Z2,孔隙度为φz,对应现今厚度h = Z2-Z1,则地层骨架厚度Hg可通过孔隙度函数φZ)计算:

$ H_{\mathrm{g}}=\int_{Z_1}^{Z_2}[1-\varphi(Z)] \mathrm{d} Z $ (3)

地层骨架体积守恒原理下设定Hg不受埋深影响,即

$ \int_{Z_1^{\prime}}^{Z_2^{\prime}}[1-\varphi(Z)] \mathrm{d} Z=\int_{Z_1}^{Z_2}[1-\varphi(Z)] \mathrm{d} Z $ (4)

基于某岩层确定的孔-深函数φZ),可计算出地层的原始厚度及任意埋深下的厚度。根据岩心测试与测井孔隙度数据,可得到砂岩和泥岩现今孔隙度,初始孔隙度参考未固结沉积物孔隙度(表 2),泥岩初始孔隙度取值50%,砂岩初始孔隙度取值42%,通过指数压实模型建立二叠系—侏罗系岩性压实曲线,即

$ \text { 泥岩: } \varphi\left(Z_{\mathrm{m}}\right)=50-0.0162 Z_{\mathrm{m}} $ (5)

$ \text { 砂岩: } \varphi\left(Z_{\mathrm{s}}\right)=42-0.01159 Z_{\mathrm{s}} $ (6)

下载CSV 表 2 部分未固结沉积物砂样品的实测初始孔隙度值(据文献[24]修改) Table 2 Measured initial porosity values of some uncon‐ solidated sediment sand samples

式中:ZsZm分别为砂岩和泥岩的埋藏深度,m。

基于多井数据统计,可获得该层系平均压实梯度,泥岩、砂岩的平均压实梯度分别为0.55%/100 m,0.42%/100 m。

4 古地貌演化特征及其对油气成藏的控制作用

基于盆地残余厚度特征及剥蚀量恢复结果,经过压实校正后,采用印模法重建准噶尔盆地二叠系—侏罗系6套层序沉积期的古地貌格局,据此分析古地貌演化特征及其对油气成藏的控制作用。

4.1 二叠纪(SQ1—SQ3)古地貌演化与控藏作用

下二叠统(SQ1)沉积期,盆地西部边界同沉积正断层控制凹陷结构与地层展布,沉积区主要分布于西部坳陷、莫南凸起及南缘冲断带,而车排子凸起、莫索湾凸起东缘、东部坳陷、东部隆起和陆梁隆起为剥蚀区。该时期,盆内发育“三凸三凹”古地貌格局,即中拐凸起、达巴松凸起、莫索湾凸起、玛湖凹陷、盆1井西凹陷和沙湾凹陷,其中凹陷区为沉积中心,最大沉积厚度位于沙湾凹陷西缘,大于2 000 m(图 7a)。断陷湖盆深水环境促使风城组碱湖相烃源岩发育(TOC为4.0%~8.0%,生烃潜量(S1 + S2)大于15 mg/g)[25],其生成的油气沿斜坡运移,在中拐凸起及东部隆起区砂砾岩储层中聚集成藏,如克拉玛依油田[26]

下载原图 图 7 准噶尔盆地二叠系—侏罗系沉积期古地貌 Fig. 7 Paleogeomorphology of Permian-Jurassic sedimentary period in Junggar Basin

中二叠统(SQ2)沉积范围较下二叠统显著扩张,除西部坳陷外,东至吉木萨尔凹陷,北抵三南凹陷(图 7b)。最大沉积厚度位于玛湖凹陷中部,大于1 500 m,部分凹陷边界仍受同沉积正断层控制。盆地继承性发育玛湖凹陷、盆1井西凹陷及沙湾凹陷3个沉积中心,并新增四棵树凹陷沉积中心;东部形成东道海子凹陷、吉木萨尔凹陷2个沉积中心,整体构成“西洼东隆”的隆-坳格局(图 7b)。中二叠世盆地东部平坦地形形成广阔可容纳空间,该区域下二叠统沉积了一套厚层黑色和深灰色泥岩(图 8),有机质丰度较高,TOC值为0.6%~2.0%,(S1 + S2)为2~6 mg/g,属中等—好的烃源岩[27],其中吉木萨尔凹陷烃源岩品质最佳,TOC均值达1.8%,具备亿吨级油气资源潜力,配合致密储层可形成页岩油富集区[28-29]

下载原图 图 8 准噶尔盆地东部中二叠统富有机质泥岩分布特征 Fig. 8 Distribution characteristics of organic rich mudstones of Middle Permian in eastern Junggar Basin

上二叠统(SQ3)的沉积范围较中二叠统略有扩展。玛湖凹陷与中拐凸起、陆梁隆起连为一体构成高部位,沉积中心不再发育。西部坳陷、中部隆起与东部坳陷基本相连,沉积中心主要发育于沙湾凹陷和东道海子凹陷。盆地整体沉积中心向中部迁移,呈现向统一湖盆演化的趋势(图 7c)。盆地沉降速率由快速趋于平缓,沉积类型过渡为以坳陷沉积为主,西部坳陷与东部坳陷的分异更加显著,盆地整体形成隆坳相间的构造格局。上二叠世,盆地边缘发育一系列古隆起,钻井揭示这些古隆起之上普遍发育规模砂体,且多具油气显示(图 9)。勘探实践证实,玛湖坳陷、中拐凸起、北三台凸起等地区上二叠统发育大面积岩性-地层油气藏,展现出良好的勘探前景[30]

下载原图 图 9 准噶尔盆地西部上二叠统砂体展布特征 Fig. 9 Distribution characteristics of sand bodies from Upper Permian in western Junggar Basin
4.2 三叠纪(SQ4)碟形湖盆发育

三叠纪沉积时期,盆地整体呈现四周高、中间低的碟状盆地形态,最高部位位于陆梁隆起一带。西部凹陷发育2个沉积中心,玛湖坳陷与盆1井西坳陷连为一体,形成一个大型坳陷,东部地区在阜康凹陷发育1个沉积中心,地层沉积范围在上二叠统基础上向北扩展至石英滩凸起—滴北凸起一带(图 7d)。三叠纪湖盆范围进一步扩大,早期受构造抬升影响,水体较浅,物源向盆地内部推进,发育了一套砂砾岩优质储层[31];中晚期盆地快速沉降,水深加大,沉积了一套厚层泥岩(参见图 3),构成下伏上二叠统上乌尔禾组和百口泉组砂砾岩优质储层的区域性盖层[32],同时,该套厚层泥岩具有好—极好的烃源岩潜力,TOC均为1.53%[33],在致密油和页岩油勘探领域展现出一定的潜力。

4.3 侏罗纪(SQ5—SQ6)古地貌转型

早—中侏罗世(SQ5)沉积时期,地层沉积范围较三叠纪进一步扩大。车排子凸起和盆地东部凸起区的剥蚀范围相比三叠纪时期显著增大,最大地层厚度分布于四棵树凹陷西南部;盆地中部地区连为一体,构成一个统一的坳陷区。以车排子—莫索湾凸起带为界,其北侧发育以玛湖坳陷为核部的沉积中心,地形由中心向周缘轻微抬升;南侧沿南缘冲断带则发育多个独立的沉积中心。盆地高部位与低部位之间的高差较小,呈现准平原化特征(图 7e)。这种平坦的古地貌形成的浅水环境,为早—中侏罗统广泛发育的煤系地层沉积提供了有利条件。八道湾组和西山窑组煤层呈广覆式分布,2020—2023年,相继有多口钻井在西山窑组目的层段钻遇工业气流[31],证实准噶尔盆地具备优越的煤层气成藏条件,展现出广阔的勘探前景。

中—晚侏罗世(SQ6)沉积时期,盆地南部经历强烈沉降,整个盆地仅在车排子凸起和盆地东部存在少量局部隆起区,整体地貌呈现西北高、东南低的特征。沿南缘冲断带山前发育多个相互连通的沉积中心,盆地东部则表现出隆坳相间的构造格局(图 7f)。

5 结论

(1)准噶尔盆地二叠系—侏罗系发育3个区域性一级不整合面,石炭系与二叠系(C/P)、二叠系与三叠系(P/T)、侏罗系与白垩系(J/K);3个二级局部不整合面,下二叠统与中二叠统(P1/P2)、中二叠系统与上二叠系统(P2/P3)、三叠系与侏罗系(T/J)

(2)准噶尔盆地二叠系剥蚀区主要分布于中拐凸起、达巴松凸起东南部与西北部,东部凸起带亦有少量剥蚀,中二叠世末期为主要的剥蚀期;三叠纪构造相对稳定,地层剥蚀仅见于盆地西北缘局部地区;侏罗系剥蚀区主要集中于车排子—莫索湾凸起带及盆地东部地区,剥蚀强度较大。

(3)研究区二叠纪—侏罗纪不同地质时期沉积古地貌特征差异显著。早二叠世,盆地具断陷特征,地层在西部受控于正断层而尖灭,在东部超覆于斜坡之上;中—晚二叠世,盆地呈现隆坳相间、多沉积中心并存的构造-沉积格局;三叠纪,盆地沉降速率较快,古地貌呈四周高、中间低的碟状形态,地形高差较大;早—中侏罗世,地形相显著夷平,呈现准平原化特征,广泛发育煤系地层;中—晚侏罗世,古地貌总体表现为北高南低,沉积地层呈楔状体分布。

(4)研究区二叠纪—侏罗纪古地貌对砂体与烃源岩的展布具有重要的控制作用。早二叠世,盆地沉积中心发育的优质烃源岩与邻近隆起区分布的砂砾岩储层,构成良好的近源源-储配置关系;中二叠世,盆地范围快速向东扩张及多沉积中心格局,为大面积优质烃源岩的发育提供了有利条件;晚二叠世,发育于盆地西缘和东缘古隆起区的砂砾岩储层,具有重要的勘探潜力;三叠纪,盆地快速沉降形成的深水湖盆环境沉积了一套厚层泥岩,该套泥岩不仅是区域性优质盖层,也具有烃源岩潜力;早—中侏罗世,平坦的古地形背景及其浅水环境,为煤系地层的广泛发育创造了优越条件。

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