準噶爾盆地莫西莊地區侏羅系三工河組層序地層學研究

崔金棟，郭建華，李群

(中南大學 地球科學與信息物理學院, 有色金屬成礦預測教育部重點實驗室，湖南 長沙，410083)

由于陸相湖盆地層本身在縱向上進行標定比較困難、而橫向上變化又比較快，再加上準噶爾盆地后期受到多期復雜構造運動的改造，使得準噶爾盆地侏羅系層序級別劃分方案具有多樣性。有的研究者將其劃分為7個三級層序，有的將其劃分為6個三級層序，有的將其劃分為4個三級層序。在體系域劃分上，各研究的方案都各不相同，不具有可比性[1-3]。以上層序劃分大部分是針對侏羅系地層開展的，而專門針對三工河組進行層序劃分的研究還不多見，為此，本文作者結合生產需要對莫西莊地區下侏羅統三工河組層序地層學進行研究,以便為尋找巖性圈閉打下理論和實踐基礎。

1 區域地質概況

準噶爾盆地處于準噶爾—吐哈地塊的核心穩定區，是1個晚石炭世到第四紀發展起來的大陸板內復合疊加盆地。準噶爾盆地腹部探區主要包括中央隆起、中央坳陷、陸梁隆起及烏倫古坳陷的主體部分。研究區位于準噶爾盆地中央坳陷帶盆1井西凹陷東南部，東部緊鄰馬橋凸起[4]，見圖1。

圖1 研究區位置Fig.1 Location of studied area

研究目的層段三工河組是盆地侏羅紀最大湖侵期沉積，以灰色泥巖、泥質粉砂巖及泥灰巖為主，夾黃綠色中、細砂巖，一般厚100～700 m，與下伏八道灣組整合接觸。三工河組在盆緣廣泛出露，南緣三工河剖面三工河組為4套巨厚的灰綠、黃綠色塊狀砂巖與大套深灰、灰綠色粉砂質泥巖，灰黃、灰綠色薄—中厚層狀細、粉砂巖互層，上下2套細粒沉積中夾有灰黑色碳質泥巖或煤線，總體上以河流—三角洲—湖泊相沉積為主體，無工業煤層。在三工河至瑪納斯河以及盆地內大部分地區井下，依巖性可分為3段：三工河一段(J1s1)、三工河二段(J1s2)和三工河三段(J1s3)[5]。

2 各類層序界面識別及依據

研究中運用Vail的經典層序地層學理論及方法，遵循層序地層研究的基本原則，在消化吸收區域沉積演化規律的基礎上，運用莫西莊地區巖芯、錄井剖面、測井曲線、野外露頭等資料，進行鉆井和露頭層序的劃分與對比。與地震資料相比，鉆、測井及露頭資料的地質含義明確且分辨率高，既可以用于識別3級層序界面，也可以用于 4～5級高分辨率層序劃分與對比[6-9]。

2.1 層序邊界的識別

莫西莊地區三工河組由底至頂共發育3個層序界面(BJ1～BJ3)，均是有明顯沉積間斷和暴露標志的Ⅰ型界面，與湖平面迅速下降速率超過“沉積濱線坡折帶”沉降速率有關，通常表現為沉積相組合的轉換界面，即由界面之下的湖相沉積轉換為河流或扇三角洲沉積，測井曲線由低幅平直向鋸齒箱型或鐘形發生突變。莫西莊地區三工河組三段主要為一套曲流河沉積，發育邊灘和河漫灘2種微相，構成典型的“二元結構”，即下部粗碎屑組分以曲流河邊灘砂體為主，呈單層樣式；上部細碎屑組分主要以河漫灘泥巖沉積為特征。三工河二段沉積期為一套扇三角洲沉積，發育扇三角洲前緣水下分流河道、水下分流河道間和水下天然堤3種微相，以水下分流河道砂巖最為發育。多期河道砂體在垂向上相互疊置，形成巨厚的砂巖復合體，底部常見沖刷面和礫石的無序堆積。

(1) 邊界 1(BJ1)。為八道灣組與三工河組的分界面，界面之下八道灣組頂部表現為深灰色、灰黑色泥巖，自然伽馬值明顯偏高，界面之上三工河組三段底部曲流河邊灘細砂巖，自然伽馬曲線為齒狀箱型，見圖2。

(2) 邊界 2(BJ2)。位于三工河組二段底部，為沉積相轉換界面，界面之下為濱淺湖泊相灰黑色泥巖，界面之上為扇三角洲前緣水下分流河道大套疊置砂巖。界面下至界面上，自然電位曲線由平直轉換為箱型負異常,見圖3。

(3) 邊界 3(BJ3)。位于三工河組頂部與西山窯組底部，為沉積相轉換界面。界面下部為濱淺湖相灰黑色泥巖，上部為曲流河相邊灘砂巖。在界面之下，自然伽馬呈現高值，界面之上自然伽馬為齒狀低值。同樣，自然電位曲線也由界面之下的平直高值突變為界面之上的箱狀低值，見圖4。

野外剖面與盆地腹部層序邊界具有較好的對應關系。以實測的石河子市瑪斯納紅溝三工河剖面為例(見圖5)，該剖面三工河組也可識別出3個三級層序邊界，同樣表現為巖性轉換界面，巖性組合與井下對應關系良好。同樣，在地震剖面中，層序邊界也有較好反映。在過莊5井的地震反演剖面中(見圖6)，BJ1為三工河組底部砂巖和八道灣組泥巖的分界面，界面為工區可追蹤對比的強反射同相軸，區內厚度較穩定；同時，局部還有明顯的超覆和削截存在。BJ2和BJ3同樣為在工區可對比的強反射同相軸。

圖2 層序邊界1識別標志Fig.2 Identification sign of sequence boundary 1

圖3 層序邊界2識別標志Fig.3 Identification sign of sequence boundary 2

圖4 層序邊界3識別標志Fig.4 Identification sign of sequence boundary 3

圖5 石河子市瑪納斯紅溝三工河組剖面Fig.5 Section of Sangonghe Formation Masinahonggou Shihezi city

2.2 最大湖泛面的識別

最大湖泛面是湖平面上升到最大時的1個相對平衡面，在陸相盆地中主要為陸源碎屑補給不足時所形成的一套準層序向陸推進的、遠離陸岸的較深水沉積。莫西莊地區最大湖泛期主要為泥巖、粉砂質泥巖等組成的湖相沉積。從沉積物粒度演變看，最大湖泛面處于粒度最小的位置，其下粒度呈向上變小趨勢，其上粒度呈向上變粗的趨勢；從地層疊置方式看，最大湖泛面處于退積式向進積式或加積式疊置方式轉變的部位；在測井曲線上，處于自然電位曲線大段的泥巖基線內以及自然伽馬曲線的峰值部位，見圖7。

2.3 初始湖泛面的識別

初始湖泛面是湖平面下降到最低點后開始快速回返的1個面，形成于湖平面開始回升、沉積物供應速率小于可容納空間產生速率時。莫西莊地區初始湖泛面表現為低可容納空間時的曲流河河道邊灘沉積或扇三角洲水下分流河道沉積向半深湖泥巖過渡，河道沉積之上出現的泥巖、碳質泥巖及孤立的天然堤砂體沉積可作為初始湖泛面的識別標志。初始湖泛面識別標志見圖8。

圖6 過莊5井的地震剖面Fig.6 Seismic section of Zhuang 5 well

圖7 最大湖泛面識別標志Fig.7 Identification sign of maximum flooding surface

圖8 初始湖泛面識別標志Fig.8 Identification sign of first flooding surface

3 準層序和準層序組的類型及特征

準層序是成因上有聯系的多個巖層或巖層組組成的地層單元，地層規模相當于6級沉積旋回。每個準層序總體上具有向上沉積水體逐漸變淺的特點[10]，在研究區突出表現為粒度向上變小，主要發育于三工河三段曲流河邊灘—河漫灘微相以及三工河二段扇三角洲水下分流河道—河道間微相中，見圖9。

圖9 莫西莊地區莊2井侏羅系三工河組地層綜合柱狀圖Fig.9 Composite columnar section of Jurassic Sangonghe Formation Zhuang 2 Well in Moxizhuang Area

準層序組是一組具清晰疊加模式的、有成因聯系的準層序系列，它以主要湖泛面及與之相對應的界面為邊界。準層序的疊加模式受控于沉積物補給速率與新增可容空間速率之比。

莫西莊地區三工河組中，可見到2種準層序以不同疊加方式垂向組合而成的準層序組，見圖9。

(1) 加積式準層序組。由一系列相似的準層序垂向疊加，準層序和砂體的厚度垂向上無明顯的變化，主要見于三工河二段和三段，反應水體相對穩定，沉積物供給速率約等于新增可容空間形成速率。

(2) 退積式準層序組。準層序逐漸向陸地方向移動，向上砂體變薄，湖盆水體逐漸變深，測井曲線的沉積響應為正粒序，在三工河三段可見，反應沉積物沉積速率小于新增可容空間速率。

(3) 進積式準層序組。準層序逐漸向盆地中心遷移，見于三工河一段和三段的上部。由于砂體供給不夠充足，主要沉積富泥的細粒物質，反粒序特征不明顯。

4 單井層序劃分及體系域特征

4.1 單井層序劃分

通過利用鉆井巖芯、錄井、測井曲線等多種方法，對研究區5口井鉆、測井剖面的各級層序邊界面進行識別，并對層序內部各級次層序單元進行分析。以莊2井為例，說明三工河組準層序劃分結果。從圖9可以看出：下侏羅統三工河組可劃分為2個三級層序，分別為Jsq1和Jsq2，均為Ⅰ型層序。每個三級層序均包括低位體系域、湖侵體系域和高位體系域，平均年限約為8 Ma[11-13]。

4.2 體系域特征

體系域是一系列同期沉積體系的集合體，每個體系域被認為與湖平面變化曲線的某一特定段有關，因此，有必要把湖平面升降變化作為劃分體系域的重要依據，并采用較直觀的沉積體系域三分法。下面對莫西莊地區三工河組各層序的低位體系域、湖侵體系域、高位體系域特征進行分析[14]。

4.2.1 低位體系域(LST)

低位體系域形成于層序發育的早期，發育在Jsq1和Jsq2層序底部，其底界與層序底界一致，頂界為初始洪泛面。主要巖相組合為曲流河邊灘砂巖以及扇三角洲前緣水下分流河道砂巖。測井曲線呈鋸齒狀箱形或鐘形，垂向上由1或幾個加積式準層序組組成，沉積物粒度向上逐漸變小，見圖9。

4.2.2 湖侵體系域(TST)

湖侵體系域形成于各層序發育的中期，其底界、頂界分別為初始湖泛面和最大湖泛面。形成時期為湖泊的擴張期，沉積水體變深，面積擴大，新增可容體積大于沉積物供給體積，形成以湖岸上超為特征的沉積體系。其巖相組合以發育半深湖相泥巖為特征，測井曲線表現為自然電位曲線平直，自然伽馬曲線齒化高值，見圖9。

4.2.3 高位體系域(HST)

高位體系域形成于各層序發育的晚期，底界為最大湖泛面，頂界為層序頂界面。形成于湖泊開始收縮、水體變淺時期，但由于該時期研究區沉積物供給減少，主要發育濱淺湖相泥巖以及灘壩砂體組合。測井曲線呈齒化漏斗形或指狀，沉積物粒度向上逐漸變粗，見圖9。

5 連井層序對比與層序地層特征

5.1 連井層序地層綜合對比

為了進一步完善單井層序和體系域劃分方案，在單井層序和體系域劃分、解釋的基礎上，選擇垂直或平行物源方向各井的連井剖面進行區域橫向對比，建立二維連井層序地層格架。

在單井層序劃分的基礎上，建立研究區近南北向、近東西向共計7條連井對比格架剖面，這些對比格架剖面為小層內的儲層追蹤和預測提供了框架。

準層序劃分與對比的最主要依據是相鄰2口井有相似的巖電組合特征，并且厚度變化平穩或有一定的變化趨勢。依據準層序劃分結果相應地劃分小層。目的層段共發育19個準層序，分別對應于19個小層。以大致平行于物源方向的莊103—莊2—莊1—莊104—莊101井剖面為例(見圖10)，對層序的發育特征進行分析?；趩尉臏y井曲線旋回和巖性旋回進行分析，這些井在三工河組沉積時期均劃分出2個三級層序、 6個體系域和19個準層序。準層序在這些井中均可進行對比，井間變化不大，可比性強，這表明三工河組沉積時期該區沉積比較穩定[15]。

5.2 層序地層特征

通過對研究區13口單井層序地層分析，由下而上依次說明2個三級層序特征。

(1) SQ1(SqJ1s3層序)。該層序對應于三工河組三段，厚約180 m，由低位、湖侵和高位體系域組成。低位體系域含有1個加積準層序組與3個向上變淺的準層序，主要是曲流河邊灘與河漫灘組成的加積式沉積；湖侵體系域含有1個退積準層序組與2個準層序，主要是湖相泥巖沉積；高位體系域由2個進積準層序組與4個準層序組成，主要是湖相泥巖夾濱淺湖灘壩砂體沉積。

圖10 莫西莊地區莊103—莊101井三工河組層序地層對比剖面Fig.10 Sequence stratigraphy of wells of Zhuang103— Zhuang101 of Sangonghe Formation in Moxizhuang area

(2) SQ2(SqJ1s2-s1層序)。該層序對應于三工河組二段—三工河組一段，厚約250 m，由低位、湖侵和高位體系域組成。低位體系域為富砂沉積，含有1個加積準層序組、1個退積式準層序組與4個向上變淺的準層序，為扇三角洲前緣水下分流河道與河道間泥巖沉積；湖侵體系域含有1個退積準層序組與1個準層序，主要是半深湖泥巖沉積；高位體系域由2個進積準層序組與5個準層序組成，主要為湖相泥巖夾濱淺湖灘壩砂體沉積?？傮w來看，當時莫西莊地區處于北部坡折帶下傾方向的斜坡背景，低水位時湖岸線靠近該區，物源比較充足而形成低位扇三角洲砂；湖侵和高位期湖岸線向陸遷移，遠離該區而沉積富泥的細粒物質。

6 層序形成與發育的控制因素

陸相盆地中構造作用是層序形成的內因，其原因是構造運動是由地球深部變化以及板塊之間甚至板塊內部構造活動引起的。構造沉降作用引起可容空間的旋回性變化，使沉積充填過程具有不同級別的旋回性，從而形成了不同級別的層序。沉積物供給條件和氣候變化是層序形成的外部條件。由于受三疊紀末期印支運動的影響，羌塘地塊與古亞洲大陸碰撞，形成昆侖山，并影響到整個新疆地區，莫西莊區塊抬升，形成了三疊系和上覆地層之間的區域不整合。侏羅系沉積時期準噶爾盆地進一步擴大，進入統一的陸內坳陷發育階段，雖然構造活動相對比較穩定，但仍有低幅度振蕩存在，燕山Ⅰ幕構造運動使中、下侏羅統在沉積初期產生波狀運動，造成短期的沉積間斷，形成了三工河組內部層序間的不整合[16]。

多物源形成的入湖沉積體系隨湖平面和沉降速率引起的可容空間變化在不同的體系域形成不同的沉積體系類型。當沉積物供應充足時，沉積物堆積為過補償或補償，可形成進積或加積式準層序組，構成低位體系域或高位體系域沉積；當沉積物供應不足時，可以產生退積式準層序組，形成湖侵體系域。莫西莊區塊主要受到來自北東方向的德倫山—陸梁物源體系的影響，形成了曲流河和扇三角洲前緣水下分流河道的低位體系域以及半深湖-深湖相、濱淺湖相的湖侵體系域和高位體系域。

由于陸相湖盆的局限性，湖泊對氣候變化的反映比較敏感，湖泊變化被作為氣候變化的良好記錄。氣候變化可以引起沉積物供應量的變化，因為氣候對剝蝕區、搬運范圍內沉積物的質和量有直接影響。莫西莊區塊三工河組湖侵體系域—高位體系域時期，處于溫潮濕性的氣候條件下，湖平面開始上升，發育深湖-半深湖相和濱淺湖相。在低位體系域時期，湖平面下降，形成了曲流河和扇三角洲沉積。

湖平面的變化是構造沉降、氣候變化、沉積物供給等因素的綜合反映，直接控制著層序和體系域的交替，形成盆地充填序列的旋回性。莫西莊三工河組在低位域時期，當湖平面相對變化較小時，沉積層序多具有加積特征。當湖平面上升時，可容空間急劇增大，沉積物供應明顯不足，此時，沉積為饑餓沉積，表現為湖侵期的退積序列；當湖平面快速下降時，沉積物供應相對較大，沉積體系向湖心推進，出現高位域的進積序列。因此，在一個完整的層序中形成了垂向上的加積—退積—進積的旋回。

莫西莊區塊層序形成的主要控制作用是構造活動，這是構造運動是由地球內部動力變化引起的。構造沉降作用引起可容空間的旋回性變化，引起湖平面的相對變化，從而形成了不同級別的層序。沉積物供給條件和氣候變化可導致沉積速率的變化，對沉積物類型和層序內部構造單元及結構特征有較大影響[17]。

7 結論

(1) 應用Vail的經典層序地層學理論和方法，對層序邊界、最大湖泛面和初始湖泛面進行識別，將三工河組劃分為2個三級層序即Jsq1和Jsq2，根據測井曲線和巖相特征進行準層序、準層序組識別，將每個層序劃分為低位體系域、湖侵體系域和高位體系域。

(2) 利用鉆井巖芯、錄井、測井曲線等多種方法對研究區5口井進行層序劃分，以準層序為小層，在單井層序劃分的基礎上，建立了南北東西向7條連井對比剖面，進行儲層追蹤與預測。

(3) 層序 1的低位體系域由曲流河邊灘與河漫灘組成，湖侵體系域由湖相泥巖組成，高位體系域由湖相泥巖夾濱淺湖灘壩砂體組成；層序2的低位體系域由扇三角洲前緣水下分流河道與河道間泥巖組成，湖侵體系域由半深湖泥巖組成，高位體系域由湖相泥巖夾濱淺湖灘壩砂體組成。

(4) 湖平面的變化是構造沉降、氣候變化、沉積物供給等因素的綜合反映，直接控制著莫西莊區塊層序和體系域的交替，而其中構造活動是層序形成的主要控制作用。

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