湖盆类型控制下的层序充填特征和储盖组合分布:以准噶尔盆地玛湖凹陷风城组和百口泉组为例
doi: 10.19762/j.cnki.dizhixuebao.2024374
张宝1,2 , 严德天1 , 唐勇3 , 郑孟林3 , 常秋生3 , 魏小松1 , 张磊3 , 白雨3 , 余兴3
1. 中国地质大学(武汉),湖北武汉, 430074
2. 中国石油化工股份有限公司江汉油田分公司勘探开发研究院,湖北武汉, 430223
3. 中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院,新疆克拉玛依, 834000
基金项目: 本文为国家自然科学基金项目(编号41690131)和中国石油前瞻性基础性重大科技项目(编号2021DJ0405)联合资助的成果
Sequence-stratigraphy-filling and reservoir-cap rock assemblage distribution under the control of lake basin types: A case study of the Fengcheng and Baikouquan formations in the Mahu sag, Junggar basin
ZHANG Bao1,2 , YAN Detian1 , TANG Yong3 , ZHENG Menglin3 , CHANG Qiusheng3 , WEI Xiaosong1 , ZHANG Lei3 , BAI Yu3 , YU Xing3
1. China University of Geosciences (Wuhan), Wuhan, Hubei 430074 , China
2. Exploration and Development Research Institute, SINOPEC Jianghan Oilfield Company, Wuhan, Hubei 430223 , China
3. Research Institute of Exploration and Development, Xinjiang Oilfield Company, PetroChina, Karamay, Xinjiang 834000 , China
摘要
准噶尔盆地作为中国重要的油气产区之一,蕴藏着丰富的石油资源。但该地区湖盆演化过程的研究相对较少,特别是二叠系至三叠系沉积期湖盆类型与储盖组合的关系尚未得到深入探讨。本文基于层序地层格架,结合构造演化和古气候特征,系统分析了准噶尔盆地湖盆类型对层序充填和储盖组合分布的控制作用。研究表明,准噶尔盆地西北缘二叠系—三叠系可划分为3个二级层序(SSQ1~SSQ3)和8个三级层序(SQ1~SQ8)。SQ2分为裂谷初始体系域、深陷体系域和后裂谷体系域三个体系域,SQ6分为强制水退体系域、低位体系域、湖扩体系域和高位体系域四个体系域。SQ2时期为典型的欠充填排放型湖盆,优质储层主要发育在深陷体系域的砾岩和砂岩中,储集空间由剩余粒间孔和粒内溶孔组成。烃源岩具有高生产力和高还原保存条件特征。热液流体输入及干旱气候影响了风城组储层和烃源岩的分布。SQ6时期为典型的过充填湖盆,优质储层主要分布在强制水退和湖扩体系域中的砂岩,湖浪的持续改造和间断暴露增加了孔隙度,烃源岩来自SQ5沉积时期,表现出较高生产力和较强稀释条件。本研究揭示了准噶尔盆地西北缘二叠系至三叠系的沉积演化规律,特别是湖盆类型控制下的层序充填特征和储盖组合分布特征,为类似构造和气候背景的湖泊盆地研究提供了重要参考,具有重要的油气勘探指导意义。
Abstract
The Junggar basin, one of China's most significant oil and gas production areas, boasts abundant petroleum reserves. However, research on the basin's lake evolution remains relatively limited, particularly regarding the relationship between lake basin types and the distribution of reservoir-cap rock assemblages during the Permian to Triassic depositional periods. This study utilizes sequence stratigraphy frameworks, integrating structural evolution and paleoclimatic characteristics, to systematically analyze the influence of lake basin types on sequence-stratigraphic filling and reservoir-cap rock assemblage distribution in the Junggar basin. The results show that the Permian-Triassic sequence on the northwestern margin of the Junggar basin can be divided into three supersequences (SSQ1~SSQ3) and eight third-order sequences (SQ1~SQ8). SQ2 is further subdivided into the rift initiation system, rift climax system, and post-rift system tracts, while SQ6 is subdivided into the falling-stage systems, lowstand system, expansion system, and highstand system tracts. During the deposition of SQ2, the basin was characterized by a typical underfilled discharge (UF-D) lake basin. High-quality reservoirs mainly developed in the rift climax system tract, characterized by conglomerates and sandstones with residual intergranular pores and dissolution pores, resulting in relatively high porosity. The source rocks exhibited high productivity, strong anoxic preservation conditions, and weak dilution. The distribution of reservoirs and source rocks in the Fengcheng Formation was controlled by fault activities accompanied by hydrothermal fluid input and arid conditions induced by the Late Paleozoic glaciation. In contrast, the SQ6 deposition period represents a typical overfilled lake basin. High-quality reservoirs mainly developed in the forced regressive and lake expansion system tracts, primarily composed of sandstones. Continuous wave reworking and intermittent exposure increased porosity. The primary hydrocarbon source was the SQ5 source rock, characterized by high productivity, poor preservation conditions, and strong dilution. The distribution of reservoirs in the Baikouquan Formation was controlled by tectonic uplift during the late Hercynian orogeny, the arid Permian-Triassic transitional paleoclimate, and subsequent continuous lake transgression. This study reveals the sedimentary evolution patterns of the Permian to Triassic strata in the northwestern Junggar basin, particularly the sequence-stratigraphic filling characteristics and reservoir-cap rock assemblage distribution controlled by lake basin types. The findings provide valuable insights for studying lake basins with similar structural and climatic settings and offer significant implications for oil and gas exploration.
中国陆相油气地质理论在国际石油地质学界和石油工业中具有重要地位,这主要源于我国陆相含油气盆地的广泛分布及其丰富的石油资源(孙龙德等,2015; 朱如凯等,2017; 邹才能等,2023)。在这一背景下,陆相盆地沉积与储集层理论和陆相生油理论作为陆相油气地质的核心分支,分别聚焦于不同类型湖盆的沉积体系与储层特征,以及咸化湖盆中干酪根的生烃理论(赵梦等,2017; 曹剑等,2023)。其中,湖盆的演化过程中储层发育特征和烃源岩形成模式是其关键研究领域,这些研究对于深化我国陆相油气资源的勘探和开发具有重要意义。
湖泊与海洋沉积体系在多个关键方面存在显著差异,影响了层序地层模型的应用。首先,湖泊沉积对可容纳空间变化和气候波动更加敏感,水位变化较海平面更剧烈且迅速(Haberyan et al.,1987; Carroll et al.,1999; Mouhamed et al.,2023)。此外,湖泊水化学和生态系统在短期内的变化显著影响烃源岩与盖层的特征(Khodzher et al.,2018; Chen Jie et al.,2020)。其次,湖泊水位和沉积物供给之间存在直接联系(Huang Chunju et al.,2020),尤其在封闭水文湖泊中表现得尤为明显。这些差异使得海相层序地层模型不能直接应用于湖泊沉积体系(Catuneanu,2019),应具备更大多样性(Andrews et al.,2015; Zhang Xuewei et al.,2015; Vallati et al.,2023; Vranjković et al.,2024)。前人基于可容纳变化率、沉积物与水的供给率将湖盆分为过满型、平衡填充型和欠满型湖盆模型(LBT1.0)(Jin Siding et al.,2020)。然而,LBT1.0未充分考虑地下水与地表径流的不同作用及水深对湖泊行为的影响。为弥补此不足,Benavente et al.(2017)提出结合LBT1.0与内陆盐湖水文学模型(Rosen,1994),形成了基于水源路径和沉积物与水比例的湖盆亚类型模型(LBT2.0),特别关注地下水主导的湖泊系统(Benavente et al.,2024)。其中,水源路径包括直接降水、地表径流和地下水,决定了湖泊沉积物和溶质的供应以及热量平衡,对湖盆沉积具有重要控制作用。
复杂的构造格局、幕式的构造作用、多物源和近物源的供源方式、快速的相变、多沉积中心共存和不同频次的气候变化导致了陆相断陷盆地层序构型的多样性、特殊性和层序构成的复杂性(朱红涛等,2022; 朱筱敏等,2023)。在构造背景与气候条件的共同影响下,不同填充状态的湖盆表现出特定的烃源岩与沉积体系发育模式,反映了独特的层序叠加样式和油气成藏特征(张自力等,2020; 方正等,2023; 龚承林等,2023; 徐万兴等,2023; 康婷婷等,2024)。近年来,准噶尔盆地玛湖凹陷三叠系百口泉组(单祥等,2016; 张坦等,2018; 蒋庆平等,2020; 秦国省等,2020; 代超等,2024; 钟厚财等,2024)、克拉玛依组及二叠系上乌尔禾组、风城组(何衍鑫等,2018; 王力宝等,2020; 冯有良等,2023; 唐勇等,2023; 王然等,2023)等层系岩性地层油气藏的系列发现,充分展示了其巨大的勘探潜力。研究者们在准噶尔盆地层序地层、沉积充填构造、古气候及构造特征等方面进行了大量深入研究(赵研等,2020; 董雪梅等,2023; 谢媛等,2024; 赵伟全等,2024)。然而准噶尔盆地西北缘玛湖凹陷湖盆类型的争议仍然存在(李玮等,2007; 耳闯等,2009; 李建忠等,2022; 刘海磊等,2022; 倪敏婕等,2023; 任海姣等,2023)。一方面,玛湖凹陷二叠系表现出前陆盆地的典型特征,例如盆缘断裂带向盆地内部前展式迁移(Imin Ablimiti et al.,2020)或早二叠世发育于伸展构造背景,晚二叠世至中三叠世出现冲断活动(Tang Wenbin et al.,20212022),构造活动识别的差异直接影响对湖盆类型的判断。另一方面,关于风城组沉积时期是否受到晚古生代大冰期(Cao Jian et al.,2020; Wang Tingting et al.,2022; Xia Liuwen et al.,2023b)或间冰期的影响(Gong Deyu et al.,2024)的讨论仍未达成一致。玛湖凹陷风城组的沉积环境与成因也存在不同观点,争议集中于其是否为残留海相沉积或咸化湖盆,以及其沉积年代究竟是早二叠世晚期(Wang Tingting et al.,2022)还是石炭纪晚期(Gong Deyu et al.,2024)。此外,学者们对风城组的古水深和古盐度变化也提出了不同的解释(支东明等,2024),这进一步增加了湖盆沉积类型识别的复杂性。
针对这些问题,本文通过详细的沉积学和层序地层学分析分析,建立了玛湖凹陷二叠系—三叠系湖泊类型演化模式。研究表明,玛湖凹陷可分为两种湖盆类型,每种类型具有独特的岩相组合和地层堆积模式,并展现出可预测的烃源岩生成特征。这一研究为准噶尔盆地的油气勘探提供了新的约束,并为邻近湖盆类型的识别与分析提供了重要参考。
1 区域地质概况
准噶尔盆地西部油气资源丰富,其油气分布受控于复杂的构造演化过程(唐勇等,2022; 冯有良等,2023; 宋永等,2024)。石炭纪末的构造事件为车排子、中拐凸起和玛湖、沙湾、四棵树凹陷的形成奠定了基础。早二叠世为伸展构造环境,形成玛湖、沙湾及四棵树3个沉降、沉积中心,盆地西部重要烃源岩形成。中二叠世形成坳陷型盆地,沉积、沉降中心由山前向盆地内迁移(图1)。中二叠世末构造运动导致了西部山前沉积地层反转与隆升剥蚀,断裂向盆地逆冲。晚二叠世—三叠纪大型坳陷盆地的沉积、沉降中心在沙湾凹陷,受车排子凸起北翼断裂控制,地层向北、西超覆沉积,相继将中拐凸起、玛湖凹陷及山前断裂带埋藏。
风城组与佳木河组整合接触,在玛湖凹陷区为含碱性矿层的白云质泥岩和泥质白云岩,向凹陷边缘变粗为白云质砂岩、砾岩,底部在玛北地区广泛发育中基性和中酸性火山岩,在玛西地区的大侏罗沟断裂南侧风城组二段发育玄武岩。百口泉组与上乌尔禾组整合接触,为一套砾岩、砂岩、泥岩,自南向北、向西减薄,分布在西北缘断裂带下盘,向断裂带和陆梁隆起方向减薄,厚度为0~250 m。
通过对钻井、测井和反射地震剖面资料的分析,准噶尔盆地西北缘划分了3套构造层,分别是下二叠统构造层、中二叠统构造层和上二叠统—三叠系构造层(图23)。受晚海西期和印支期构造运动的影响,准噶尔盆地西北缘经历了了早二叠世伸展断陷(早二叠世末期挤压反转)(图3)、中二叠世弱伸展坳陷、中二叠世末期开始进入挤压环境、晚二叠世为挤压高峰及三叠纪挤压活动逐渐减弱(图2)的三个构造演化阶段。这三个构造演化阶段中所形成的地层序列的分界面可以作为二级层序界面。早—中二叠世,在盆地周缘造山后的应力松弛环境下,沉积一套咸化湖相的由碎屑岩、碳酸盐岩组成的混积岩系,晚二叠世—三叠纪,大型的坳陷盆地形成,为一套由粗变细的碎屑岩建造,将早一中二叠世盆地叠合埋藏。
1准噶尔盆地构造单元划分图(a)、玛湖凹陷构造单元划分图(b)及岩性综合柱状图(c)(据冯有良等,2023
Fig.1Structural unit division map of the Junggar basin (a) , tectonic division map of the Mahu sag (b) , and comprehensive lithological column of the Mahu sag (c) (after Feng Youliang et al., 2023)
将研究区二叠系—三叠系划分为3个二级层序(SSQ1~SSQ3)和8个三级层序(SQ1~SQ8)。SQ1对应佳木河组,SQ2对应风城组,SQ3夏子街组,SQ4对应下乌尔禾组,SQ5对应上乌尔禾组,SQ6对应百口泉组,SQ7对应克拉玛依组,SQ8对应白碱滩组。SSQ1由SQ1和SQ2组成,SSQ2由SQ3和SQ4组成,SSQ3由SQ5、SQ6、SQ7和SQ8组成。
2过南缘冲断带—中央凹陷—陆梁隆起 NS 向地震地质综合解释格架剖面
Fig.2NS-oriented integrated seismic-geological interpretation framework cross-section of the southern margin thrust belt, central sag, and Luliang uplift
(a)—拉平T3b;(b)—拉平P2w;剖面位置见图1 A—A′
(a) —flattened on the T3b; (b) —flattened on the P2w; the location of the cross-section A—A′ is shown in Fig.1
2 方法
以丰富的地质数据,从点(岩芯、测井)、线(剖面图)、面(平面图)、体(三维地震数据分析)、时(体系域划分和沉积相展布),用于识别湖盆类型,分析优势岩相展布特征以及构造活动和古气候约束下的湖盆演化规律。数据来源于新疆油田。
岩芯和测井数据:根据岩性描述沉积微相(包括岩相、粒度和沉积结构),测井相和33.86 m的含油储层岩芯观察描述。标准的测井数据包括自然伽马曲线(GR)、地层真电阻率曲线(RT)、声波时差曲线(AC)、密度曲线(DEN)。
三维地震数据:三维地震数据覆盖了1312 km2的区域,有效频带在10~60 Hz,垂直采样间隔为2 ms双程时间(TWT),水平二次采样面元为12.5 m×12.5 m。本研究中,根据百口泉组40 Hz的主导频率和3676 m/s的速度,估计数据的垂直分辨率约为23 m。地震数据的极性为SEG正。二维地震资料:二维地震剖面大约长170 km,双程反射时间(TWT)的长度为7500 ms。地震数据的主导频率和探测深度分别为28 Hz和8 ms。二维地震线的相位和极性与三维数据相似(零相位和SEG正常极性)。目标层段百口泉组和风城组的二维地震数据质量良好。
连井对比:利用88口井的岩性数据和测井曲线,用于确定连续横向相关的沉积结构和构造,并对井间区域进行沉积物源分析。
薄片在尼康Eclipse显微镜下以5、10、20和50倍放大倍数观察,以确定矿物组成和特定沉积特征。选取上乌尔禾组和风城组的2个烃源岩样品进行生物标志物分析。采用Thermal Finnigan Trace-DSQ质谱仪与HP 6890气相色谱仪联用,对饱和烃进行气相色谱-质谱(GC-MS)分析。气相色谱柱温程序为:初始温度设为50℃,以20℃/min的速率升至120℃,再以4℃/min的速率升至250℃,接着以3℃/min的速率升至310℃,并在310℃保持30 min。
3过盆1井西凹陷—东道海子凹陷E-W向地震地质综合解释格架剖面(拉平P2w,剖面位置见图1 B—B′)
Fig.3E-W-oriented integrated seismic-geological interpretation framework cross-section of the Penyijingxi sag, and Dongdaohaizi sag (flattened on P2w, the cross-section location is shown in Fig.1 B—B')
3 层序堆叠样式
多种异源因素和自生过程的相互作用,构成了沉积记录的地层结构,可容纳空间和沉积作用是控制层序堆叠样式的主导因素。Catuneanu(2019)提到“更小周期的嵌套体系结构可能在时间和物理尺度上对每个单独盆地是独特的”,因此需要根据具体情况定义层序堆叠样式。SSQ1为典型的伸展断陷阶段,SSQ2为弱伸展拗陷阶段,SSQ3为典型的坳陷湖盆。因此SSQ1适用于断陷湖盆层序发育模型及叠置样式,其中SQ2为典型的断陷湖盆,通常具有四个演化阶段,分别为裂谷初始期、深陷期、后裂谷早期和后裂谷晚期(Tillmans et al.,2021; Nutz et al.,2022; Strugale and Cartwright,2022)。SSQ3为典型的坳陷湖盆,沉积基准面的旋回变化直接控制盆地沉积体系的发育演化,因此适用于(Catuneanu et al.,2019; Zecchin et al.,2022)针对大陆被动边缘的层序发育模型及叠置样式。SQ6通过GR曲线组合变化、短偏心率曲线变化、沉积噪声曲线变化、岩性组合变化确定最大湖泛面、湖扩侵蚀面、相关整合面、强制水退底面和异常暴露不整合面确定不同体系域的边界,分别为强制水退体系域、低位体系域、湖扩体系域和高位体系域。准噶尔盆地西北缘SQ2主要发育火山岩相,扇三角洲-碱性湖泊沉积体系,SQ6主要发育扇三角洲-湖泊沉积体系。
3.1 风城组湖盆层序地层堆叠样式
断陷湖盆通常具有四个演化阶段,分别为裂谷初始期、深陷期、后裂谷早期和后裂谷晚期(Marín et al.,2018)。研究区后裂谷晚期体系域被后续构造事件所掩盖,SQ2沉积表现出三种沉积填充特征,分别为裂谷初始体系域、深陷体系域和后裂谷体系域(图4)。
在裂谷初始体系域的地震反射特征中,显示出完整的楔形几何形态,其内部反射特征通常表现为丘状和不连续的反射。丘状的不连续反射表明纵向存在沟槽系统,楔形几何形态则是由相互叠加的沉积作用形成,而非早期凹陷的简单填充。深陷体系域的特征在地震剖面上表现为沉积量的增加,并伴随着沉积过程中上盘持续倾斜所导致的发散形态的发育。靠近断块的混乱反射可能代表了粗粒的坡积扇,表现为无层理的沉积特征。
后裂谷体系域标志着盆缘断裂活动的终止,地震相特征显示了残余裂谷地形的楔形几何形态,随着凹陷逐渐被填满,沉积特征表现出持续进积;同时,地震反射变为更为连续的平行反射。盆地填充主要受到沉积物快速堆积的影响,随着沉降速率的减小,盆地逐渐被填满变浅,主要沉积细粒的湖相泥岩。
4玛湖凹陷风城组沉积层序(SQ2)的典型地震剖面(剖面位置见图1 C—C′)
Fig.4Typical seismic section of the stratigraphic sequence of the Fengcheng Formation in the Mahu sag (the location of seismic profile is shown in Fig.1 C—C′)
3.2 百口泉组湖盆层序地层堆叠样式
晚二叠世—三叠纪准噶尔盆地的西北边缘经历了逐渐加深的盆地演化过程和相对稳定的构造阶段。气候由干旱过渡到湿润,形成了以湖相和扇三角洲相沉积为主的硅质碎屑沉积环境。百口泉组湖盆沉积主要受到相对湖平面的控制,因此我们使用了 Catuneanu(2019)的层序地层学概念、术语来定义层序地层界面和体系域。在研究区域SQ6沉积表现出四种沉积填充特征(图5)强制水退体系域(FSST)、低位体系域(LST)、湖扩体系域(EST)和高位体系域(HST)。FSST地震反射特征主要显示出低频、中等振幅的反射,在盆地中心表现为明显的下切谷反射,其内部呈现平行填充的地震反射结构。岩芯观察显示FSST主要是砾岩和红色泥岩,具有突变接触的冲刷面,在相对湖平面下降期间,异常暴露不整合(SU)向陆地方向发育。LST地震反射主要在盆地中心为低频、低振幅特征,发育典型S形前积反射特征,广泛发育褐色砂砾岩,而在盆地边缘则是杂乱的反射。EST地震反射以似平行、中频、中振幅的地震反射为特征,表明湖泊受到湖侵控制,水位不断上升,广泛发育灰色砂岩砾岩和泥岩交互层,代表着发育三角洲前缘亚相,而盆地边缘的地震反射主要显示出低频、弱振幅和杂乱的扇三角洲平原亚相的地震反射。由于大的地形梯度,SU继续向陆地发展,一些区域出现了类似FSST发育的SU,但是起伏较低。HST地震反射特征以亚平行、中频、低振幅的反射为主,在清晰反射背景中表现出良好的连续性,岩芯观察表明广泛发育泥岩和细到粗砂岩,盆地边缘部分发育了扇三角洲前缘亚相,向盆地中心逐渐过渡到浅湖相沉积环境。
4 烃源岩发育特征
准噶尔盆地西北缘的主要烃源岩分布于玛湖、盆 1 井西、沙湾和四棵树等凹陷区域。玛湖凹陷风城组二段发育了准噶尔盆地目前最古老的碱湖型烃源岩,具有纹层沉积结构,富含有机质和分散状黄铁矿,厚度大(50~300 m),有机质丰度高。风城组沉积伴随着大量碱湖沉积,富含硅硼钠石、碳酸钠钙石和苏打石等碱类矿物,表明其形成于高盐度、闭塞性的湖泊环境,并受到深部热液作用的影响,提供了有机质发育的营养物质。藻类和细菌是其主要的母质类型,有机质丰度高(TOC>2.0%),类型为Ⅰ-Ⅱ1 型。烃源岩的岩石热解氢指数(HI)平均值为279 mg/g,生烃潜力高,属于良好的烃源岩。玛湖凹陷边缘隆起带的镜质体反射率(Ro值为0.59%~1.14%),前人基于现今构造等深图和井下样品深度与Ro的关系,模拟凹陷中心的Ro值约为2.20%(支东明等,2024),具备大量生成高成熟油和天然气的条件。
下乌尔禾组的厚度变化较大(200~1000 m不等),向盆地方向逐渐增厚,岩性主要为灰绿色和灰色砂岩与泥岩互层,泥质含量较高。达探1井位于湖盆中心区域,主要为半深湖至深湖沉积,深灰色泥岩紧邻下乌尔禾组最大湖泛面。西部坳陷下乌尔禾组烃源岩的O/C原子比为0.03~0.76(平均0.20),H/C原子比为0.33~1.12(平均0.59),表明主要由Ⅲ型干酪根组成,是一套倾气型烃源岩。N/C原子比为0.01~0.08(平均0.03),显示陆源高等植物输入占绝对优势。下乌尔禾组烃源岩的HI值为15~167 mg/g,大多小于100 mg/g,有机质类型较差,主要为Ⅲ型干酪根。有机质镜下观察表面镜质组体积分数最高(31.7%~48.5%,平均39.4%),其次为壳质组(8.4%~51.6%,平均28.9%),腐泥组和惰质组含量较低(分别为14.2%和17.5%),反映出下乌尔禾组烃源岩具有生烃潜力,但有机质类型不及风城组,主要生成气体。
5玛湖凹陷百口泉组典型的层序地震剖面
Fig.5Typical seismic section of the stratigraphic sequence
(a)—在时间域中未解释的地震剖面D—D′;(b)—在时间域中解释的地震剖面D—D′;(c)—地震剖面展示了地层反射、体系域的叠置样式,拉平百口泉组顶部,SQ6三级层序随后被细分为四个不同的体系域(FSST、LST、EST和HST;(d)—简化的界面剖面显示了不同体系域之间的关系,显示了四个系统层序(FSST、LST、EST和HST);(e)—SQ6相对应的横向连井剖面;地震剖面位置如图1D—D′所示;SU—异常暴露不整合;SQ—三级层序; SU—异常暴露不整合
(a) —uninterpreted seismic profiles D—D′ in the time domain; (b) —interpreted seismic profiles D—D′ in the time domain; (c) —seismic section showing strata terminations, stacking patterns of system tracts, and the configuration of stratigraphic surfaces; the third-order sequence is subdivided into four distinct system tracts (FSST, LST, EST, and HST) , with horizons flattened to the top of the Baikouquan Formation; (d) —a simplified section illustrating the relationships between the different system tracts (FSST, LST, EST, and HST) ; (e) —well correlation section showing the facies of SQ6; the locations of the seismic sections are shown in Fig.1a D—D′; SQ—sequences; SU—subaerial unconformities
Pr/Ph值指示氧化-还原环境,Pr/Ph值小于1.00指示缺氧环境,大于1.00指示含氧量增加。下乌尔禾组烃源岩的Pr/Ph值为1.28~2.25(平均1.66),反映弱氧化环境;而风城组烃源岩的Pr/Ph值为0.37~1.24(平均0.77),以还原环境为主,更有利于有机质保存(图6)。
β-胡萝卜烷常用来指示缺氧、盐湖相或高局限性海相环境。下乌尔禾组烃源岩几乎不含β-胡萝卜烷,β-胡萝卜烷/nC25值平均仅为0.02,指示偏淡水氧化环境;风城组烃源岩β-胡萝卜烷丰度较高,β-胡萝卜烷/nC25值平均为1.91,指示典型的高盐、缺氧环境。
C19和C20三环萜烷主要来源于高等植物,与C23三环萜烷的比值可反映烃源岩生源类型。下乌尔禾组C19/C23三环萜烷和C20/C23三环萜烷值分别为0.14~0.38(平均0.21)和0.60~2.16(平均1.09),指示陆源高等植物输入为主;风城组C19/C23和C20/C23值分别为0.04~0.20(平均0.10)和0.30~0.97(平均0.65),反映陆源输入较少,以水生菌藻类为主。风城组烃源岩具有更低的C27规则甾烷相对丰度和更高的C29规则甾烷相对丰度,一般认为C27甾烷主要来自浮游生物和红藻类,C29 甾烷代表高等植物的输入,但(支东明等,2024)在该研究区风城组烃源岩中观察出蓝藻、红藻、绿藻、褐藻等藻群和无定形体,认为在缺乏陆源有机质输入的情况下,C29甾烷的富集可能与蓝藻水华相关。
伽马蜡烷可反映盐度变化导致的水体分层。下乌尔禾组烃源岩伽马蜡烷含量低,伽马蜡烷/(伽马蜡烷+C30藿烷)值为0.15~0.26(平均0.20),指示淡水环境;风城组烃源岩伽马蜡烷含量较高,值为0.26~0.49(平均0.34),反映典型的咸化湖盆特征。
Ts/Tm值通常用来反映碳酸盐输入量,值越小表明碳酸盐输入量越大。下乌尔禾组和风城组烃源岩的Ts/Tm值分别为0.35~0.55(平均0.44)和0.01~0.30(平均0.07),与其岩性特征相吻合。下乌尔禾组烃源岩为纹层不明显的泥岩沉积,而风城组则为复杂的湖相混积岩,碳酸盐含量较高。
6玛湖凹陷上乌尔禾组和风城组烃源岩特征
Fig.6Characteristics of the source rocks in the Upper Wuerhe Formation and Fengcheng Formation, Mahu sag
5 玛湖凹陷湖盆类型特征
前人基于湖泊系统地层沉积记录提出湖泊类型平衡理论(LBT1.0),将湖盆类型与岩相组合相对应。过满型湖盆以物理沉积结构为主,岩相组合包括煤、泥岩、砂岩等,生物以淡水生物和陆生植物为主,生物多样性中等;平衡填充型湖盆混合了物理和生物沉积结构,岩石类型为碳酸盐岩、泥岩、粉砂岩,有机质含量中等至高,生物多样性高;欠充填型湖盆以蒸发岩和碳酸盐岩为主,沉积结构复杂无序,生物多样性低,盐生植物、藻类为主,有机质含量变化大。LBT2.0进一步细化了湖盆类型,特别是地下水主导的湖泊系统(Benavente et al.,2024)。LBT2.0模型明确纳入了三种地下水流路径:补给(recharge)、穿流(throughflow)和排放(discharge)(图7),这些路径对湖泊的水化学演变、生态系统结构和沉积记录产生重要影响。水源供应路径包括直接降水(大气降水)、地表水(地表径流)和地下水(地下水流动)。水文特征(地表水流动)对地层学、层序叠置样式以及沉积物的组成具有重要影响。水文过程(地下水流动)对蒸发岩和泥炭/煤的保存、化学沉积物的组成等具有显著影响。在某些情况下直接降水(大气降水)水源供应可以使地下水位保持足够高,从而在没有大量地下水排出的情况下保存泥炭/煤。
在SQ2沉积时期,湖盆表现为典型的欠充填排放型湖盆(underfilled discharge lake basins),其特征为地表水间歇性涌入,地表径流封闭,并伴有持续的地下水流入至盆地最低区域,几乎没有地下水流出。此时,水文系统是封闭的,当地下水流入至盆地最低区域富集了大量富含阳离子的溶质,促进了碱性矿物的沉淀和保存,从而沉积了大量蒸发岩。这些蒸发岩包括较厚的水下层状形式,具有在湖水低位期形成以及底部生长的特征;在湖水高位期很少见到层状蒸发岩。有机质主要由低多样性的水生“藻类”和细菌,其中含有大量的β-胡萝卜烷,为咸化湖盆。晚古生代大冰期的持续风化作用使碱性火山岩为风城组的沉积提供物质来源。同时岩相学和沉积学证据表明,如特征热液矿物硅硼钠石以及前人的重N同位素(Xia Liuwen et al.,20202022),断陷湖盆中的热液流体输入也是其重要来源。风城组沉积时期盆地边缘发育典型断陷湖盆中的重力流沉积,其中沉积大量的砾岩或砂砾岩,为优质储层。
在SQ4和SQ6沉积时期,湖盆表现为典型的过充填湖盆。具体依据包括:① 丰富的沉积物供应和充足的可容纳空间使其层序样式与浅海硅质碎屑沉积层序相似。在顺物源剖面中,SQ6的强制水退体系域(FSST)和低位体系域(LST)发育了明显的S型前积反射,湖水位下降时产生了广泛的侵蚀和下切谷,沉积物主要为砂砾岩,表明沉积物在山前的快速堆积。② 下乌尔禾组干酪根类型较差,主要为Ⅲ型干酪根,具有较高的C27规则甾烷相对丰度和较低的C29规则甾烷相对丰度,反映了以陆源高等植物为主的输入。
7湖盆类型2.0模式图(修改自Benavente et al.,2024
Fig.7Lake-basin-type model2.0 phase diagram (after Benavente et al., 2024)
展示了大陆沉积体系、河流和湖盆类型之间的关系,这些关系是基于潜在的沉积空间与沉积物+水供给速率的相对关系;第三个轴表示沉积物:水的比例与湖水深度的关系;湖泊系统的类型包括:BF-R/D—平衡填充补给/排放;BF-T—平衡填充流通;OF-T—过填充流通;UF-D—未填充排放;UF-R—未填充补给;UF-T—未填充流通
It shows the the relationships among continental depositional systems, fluvial-channel stacking, and lake-basin subtypes; these relationships are defined in terms of potential accommodation rates relative to sediment and water supply; the third axis represents the sediment-to-water ratio in relation to lake-water depth; lake-system subtypes include: BF-R/D—balanced-fill recharge/discharge; BF-T—balanced-fill throughflow; OF-T—overfilled throughflow; UF-D—underfilled discharge) ; UF-R—underfilled recharge) ; UF-T—underfilled throughflow
6 盆地类型控制下的储层和烃源岩分布
6.1 欠充填排放型湖盆有利储层分布和烃源岩发育特征
准噶尔盆地玛湖地区风城组沉积过程中物源供给稳定,构造活动强烈,并伴随多期火山活动。热液作用导致封闭湖盆矿化度升高,化学沉积作用增强。陆源碎屑、内源化学沉淀以及火山物质共同作用,形成了玛湖凹陷风城组咸水深湖环境下的混源沉积模式(冯有良等,2023; 王然等,2023; 唐勇等,2024)。根据流体供应能力和含泥量的不同,风城组岩相在盆地边缘到湖盆中心呈现出明显的变化。岩相可分为粗碎屑岩相、中碎屑岩相和细粒沉积岩相(图8)。
粗碎屑岩相包括富泥砾岩相(泥质含量>7%)、含泥砾岩相(泥质含量3%~7%)和贫泥砾岩相(泥质含量<3%)。富泥砾岩相以多级颗粒砂泥填隙的砾岩为主,储集体为杂基微孔,孔隙度低(孔隙度<5%,渗透率<0.296 μm2);含泥砾岩相则包括同级砾石支撑泥砂填隙砾岩相、多级砾石支撑砾泥砂填隙岩相和含泥砂质支撑漂浮砾岩相,储集体以颗粒溶孔及压碎缝为主,孔隙度中等(孔隙度5%~9%,渗透率0.296~9.869 μm2);贫泥砾岩相则主要表现为同级砾石支撑砂质填隙砾岩相和多级砾石支撑砂质填隙砾岩相,储集体为剩余粒间孔及颗粒溶孔,孔隙度较高(孔隙度9%~15%,渗透率>9.869 μm2),属于优质储层类型。
中碎屑岩相包括粗砂岩相、云质中砂岩相和云质细砂岩相,储集体为微米及孔隙及颗粒溶孔、裂缝,孔隙度介于5%~9%,渗透率小于0.987 μm2,属于储层效能较好的类型。
细粒沉积岩相则分为粉砂岩相、泥页岩相、碳酸盐岩相和蒸发岩相,储集体为微纳米孔及颗粒溶孔、裂缝,孔隙度低于5%,渗透率小于0.987 μm2,属于第三类储层。
在早二叠世晚期SQ2沉积时期,准噶尔盆地西北缘处于后碰撞伸展阶段,广泛发育了由边界断裂控制的断陷和岛弧地体之间的凹地。玛湖凹陷受乌夏断裂带的控制,成为沉积物堆积的重要场所,并为该区风城组烃源岩的沉积提供了可容纳空间。该烃源岩形成于晚古生代大冰期,在干旱气候的作用下,玛湖凹陷的风城组整体表现为咸化湖特征,尤其是在风城组二段,白云质岩、钠碳酸盐岩和暗色页岩的互层广泛发育。这一时期的湖盆属于典型的UF-D型湖盆,具有较高的初级生产力,现代浅盐湖表层沉积物中总有机碳(TOC)含量超过6%,为特定菌藻类的繁殖提供了有利环境(C19/C23和C20/C23值分别为0.04~0.20,平均0.10,以及0.30~0.97,平均0.65,表明陆源输入较少,以水生菌藻类为主)。湖泊水体具有明显的分层特征,还原环境有助于有机质的保存(Pr/Ph值为0.37~1.24,平均0.77;β-胡萝卜烷/nC25值平均为1.91),指示高盐、缺氧的环境,有利于有机质的保存。此外,由于大多数细粒碎屑物质集中在湖泊近岸环境,有机质的稀释作用较小。因此,高生产力、强还原保存条件和低稀释效应共同构成了风城组优质烃源岩形成的有利生态环境。
6.2 过充填湖盆有利储层分布和烃源岩发育特征
研究区百口泉组的主要孔隙类型由溶蚀孔组成,其次是颗粒支撑且黏土含量较低的原生孔隙,最不常见的孔隙类型是微裂缝。其中,原生孔隙存在于颗粒支撑低黏土含量较低的砂砾岩中,例如FSST的区域复合冲刷面,其孔径通常>100 μm,孔隙互相连接良好。溶蚀孔广泛存在于各种岩相中,特别是在EST河流间歇暴露面中发育明显的粒内溶孔,长石溶解强烈,形成了小于30 μm的孔隙,并部分填充了自生黏土矿物(图9)。
在FSST沉积期间,盆地中心远端沿物源方向发育扇三角洲平原相,而近端发育三角洲前缘相。盆地中心发育三角洲前缘相和浅湖相。扇三角洲平原亚相的地震反射特征为低频、弱振幅、杂乱反射,结合岩芯观察,FSST扇三角洲前缘亚相的岩性主要由灰色砂砾岩和含砾粗砂岩组成,为优质的砂砾岩储层。扇三角洲前缘亚相的地震反射特征为中频、中振幅、相对连续的反射,主要发育大量夹层泥岩的灰色砂岩,预测发育优质砂岩储层。在玛湖凹陷的斜坡区域,百口泉组主要由扇三角洲组成。优质储层主要分布在水下分流河道和河口坝中。扇三角洲平原的辫状河道岩相的储层特征相对较差。受持续的湖侵控制,扇三角洲前缘河道砂体通常表现为退积地层。FSST的地层主要发育在扇三角洲前缘相中,直接与P/T不整合接触。前缘相中的优质储层形成了大规模的地层圈闭。对于LST和EST中的优质储层,需要通过断层向上或低阶SU侧向迁移来促进油气聚集。此外,随着湖泊横向扩张的持续发展,扇三角洲平原岩相进一步收缩,导致砂体的发育相对减少,形成小规模的岩性圈闭。在玛中地区,FSST优质储层表现出低孔隙度和低渗透率的特征。孔隙度范围为3.2%~13.9%,平均为9.14%。粒间残余孔相对较大,呈规则形状,通常是三角形或多边形,原生粒间孔连通性良好。玛湖北部EST中的优质储层是第二好的储层,因其具有颗粒支撑结构、溶蚀孔隙但原生粒间孔不发育。孔隙度主要为5%~13%,平均为8%。粒内溶孔主要表现在长石颗粒内部,呈蜂窝状。粒内溶孔的孔喉比例局部可达到3%~5%。
8玛湖凹陷风城组典型储层岩相储层分类
Fig.8Classification of typical reservoir lithofacies in the Fengcheng Formation, Mahu sag
9玛湖凹陷三叠系百口泉组砾岩储层的孔隙和孔喉结构特征
Fig.9Characteristics of pores and pore-throat structures in the conglomerate reservoirs
(a)—剩余粒间孔:AH1井,3859.75 m,砂质细砾岩,FSST;(b)—剩余粒间孔、粒内溶孔:M18井,LST,3917.28 m,含砾粗砂岩;(c)—粒内溶孔:M18井,3858.84 m,含砾粗砂岩,EST;(d)—粒内溶孔:AH1井,3822.79 m,砂质中砾岩,EST
(a) —residual intergranular pores, AH1, 3859.75 m, FSST; (b) —intercrystalline pores and residual intergranular pores, M18, 3917.28 m, LST; (c) —intercrystalline pores, M18, 3858.84 m, EST; (d) —intercrystalline pores, AH1, 3822.79 m, EST
在百口泉组沉积期间,玛湖凹陷主要发育了退覆式扇三角洲沉积体系。沉积相由扇三角洲平原亚相逐渐过渡至扇三角洲前缘亚相,进一步过渡至浅湖亚相。湖侵期间,多个砂体被覆盖,在斜坡和凹陷地区形成了多个独立的储层。主要储集层段主要发育在FSST、LST和EST。HST受湖侵沉积环境控制,主要发育在一套浅湖亚相的暗色湖相泥岩中,整个区域稳定发育,为储层提供了最直接的区域顶盖条件。在研究区内,二叠系上乌尔禾组发育了与百口泉组浅湖相的暗色泥岩层,作为区域底板条件。区域泥岩顶板和底板的稳定分布为三叠系百口泉组大型岩性油气储层的形成提供了有利的保存条件。
中晚二叠世SQ5沉积期准噶尔盆地初步形成了统一的准噶尔湖盆。玛湖凹陷沉积主要以浅湖—半深湖相为主。在湖盆中心区域,以达探1井为例,该井深灰色泥岩位于下乌尔禾组最大湖泛面附近,属于半深湖—深湖相沉积。过充填湖盆具有丰富的陆源植物输入(C19/C23三环萜烷和C20/C23三环萜烷值分别为0.14~0.38,平均0.21,以及0.60~2.16,平均1.09)。然而,有机质的富集主要受限于保存条件和陆源稀释。Pr/Ph值为1.28~2.25(平均1.66),反映出弱氧化环境,不利于有机质的长期保存。良好的有机质保存需要水体分层,但在未与海洋连接的条件下,由溶质控制的密度分层在持续开放的水文环境中难以形成(伽马蜡烷/(伽马蜡烷+C30藿烷)值为0.15~0.26,平均0.20,指示淡水环境)。由于河流强烈影响,有机质稀释现象普遍存在。因此,下乌尔禾组的有机质富集主要发生在洪泛面以上的区域(纵向上集中于SQ5的HST,平面上则以湖盆中心的达探1井区域为主),特别是在最大洪泛面附近。
7 玛湖凹陷湖泊类型演化的控制因素
LBT2.0湖盆模型强调了湖盆沉积体系中沉积物和水供应以及潜在可容纳空间的多维因素。沉积物和水的供应不仅受构造活动的影响,还受到气候、火山活动、古地貌及河流演化的共同作用。构造隆升可以通过增加地形梯度和改变降水模式,进而增加沉积物和水的供应(如SQ6中FSST沉积SU1)。气候变化对湖盆沉积的优势岩性有显著影响,并且变化频繁(例如SQ2沉积期碱性矿物的消亡)。火山活动则可以迅速且显著增加沉积物供应(例如风城组沉积期的大量碱性溶质)。古地貌的演化通过自发的河流侵蚀、流域阻塞和改道等过程,进一步影响沉积物和水的供应(如SQ6中EST沉积SU2)。在风城组沉积时期,盆地处于后碰撞伸展阶段,拥有大量可容纳空间,但受到晚古生代大冰期的持续干旱气候影响,湖盆沉积物供应减少,形成典型的欠充填排放型湖盆。而在百口泉组沉积时期,盆地逐渐转变为统一的准噶尔坳陷湖盆,构造隆升增加了地形坡度,使丰富的沉积物在湖盆中堆积,同时潮湿气候引发的大气降水发生持续湖侵,使凹陷区间相互连通,形成“山高水足”的典型过充填湖盆特征。
7.1 伸展断陷阶段伴随着冰期控制的干旱气候
早二叠世,风城组沉积在一个以板块俯冲晚期、剧烈构造运动和火山活动为特征的区域构造环境中(Hou Maoguo et al.,2022; Tang Wenbin et al.,2023)。强烈的构造运动和火山活动,加上整体干旱至半干旱的气候,导致火山灰和温室气体(如CO2、SO2和水蒸气)大量物质输入大气(Lamair et al.,2018; Liu Yin et al.,2019; Mercedes-Martín et al.,2019)。增加大气压力,并促进了湖底碱性基岩的溶解。此外,大气中的二氧化碳(Xia Liuwen et al.,2023a)以及大气降水共同作用诱导了周围基岩和同时代的火山岩和火山碎屑岩中钠长石和钙长石的溶解,导致了Na+和Ca2+输入到盆地中(图10 a、11a)。
在丰富的溶质来源存在的情况下,碱性湖主要受到研究区古气候变化和火山活动的影响。由于玛湖凹陷气候变化导致湖面频繁波动,碱湖的演化可分为四个阶段。在裂谷初始体系域,火山喷发和陆源物质供应的影响导致大量火山碎屑岩和火山岩的发育。由于火山活动,富含各种阴离子和阳离子的非饱和水进入盆地。然后,碱湖蒸发浓缩,导致碱性湖中央同时沉淀白云质泥岩。在深陷体系域,干旱气候导致湖面降低,盆地收缩。进一步的蒸发和干旱条件导致湖面缩小,从而导致碱性湖中央碱度达到最大值。在这个阶段,Ca2+和Mg2+几乎完全被消耗,而Na+离子的浓度增加。碱湖的盐碱化程度趋于最大值,卤水转变为Na+-CO2-3型水体,成为相对于纳离子的饱和溶液(Renaut et al.,2020)。由于火山喷发的影响,碱性湖中央地区的Mg2+出现缺乏,大量富含硼的热液流体注入盆地,导致了热液矿物硅硼钠石的沉淀。
10构造和古气候控制下玛湖凹陷不同湖盆类型典型烃源岩和储层演化特征
Fig.10Evolutionary characteristics of typical source rocks and reservoirs in different types of lake basins in the Mahu sag under the control of tectonics and paleoclimate
(a)—欠充填排放型湖盆;(b)—过充填湖盆
(a) —underfilled discharge lake-basin subtypes; (b) —overfilled throughflow lake-basin subtypes
11玛湖凹陷不同湖盆类型典型烃源岩和储层分布特征
Fig.11Distribution characteristics of typical source rocks and reservoirs in different types of lake basins in the Mahu sag
(a)—欠充填排放型湖盆;(b)—过充填湖盆
(a) —underfilled discharge lake-basin subtypes; (b) —overfilled throughflow lake-basin subtypes
在后裂谷早期体系域,干旱气候条件向湿润气候条件的转变,风城组湿度逐渐增加。水成为湖泊沉积物的主要运输介质。黏土碎屑由悬浮和拖曳方式运输,由于重力分选,细粒黏土悬浮并被输送到次级湖盆(Zheng Mianping et al.,2016)。在封闭盆地中,季节性温度变化导致季节性分层。由于干湿季节和长期周期性波动的影响,风城组泥岩沉积物经常表现出碱性和碎屑层互层的结构(Kirillin and Shatwell,2016; Olson et al.,2023)。在后裂谷晚期,湖平面再次上升,气候变得寒冷潮湿。水体盐度逐渐降低,导致泥岩和白云质泥岩的沉积,陆源碎屑物质的输入增加,稀释了有机质以及碱性卤水,有机质丰度减少。沉积晚期以陆相碎屑物质为主,偶有类似深陷体系域碱性矿物层悬浮沉积。
7.2 大型坳陷演化阶段与持续湖侵
晚二叠世准噶尔盆地经历了东西向的挤压和变形(Tang Wenbin et al.,2020; Tang Wenbin et al.,2021)。这些地质过程导致了玛湖凹陷整体的抬升。凹陷北部上乌尔禾组的缺失表明了在沉积后的(P3/T1)不整合后的侵蚀。此外,早期(P2/P3)不整合在北部地区的差异演化,与南部地区的间断相结合,导致了上乌尔禾组的普遍缺失。百口泉组显示出类似的地层厚度和垂直沉积序列趋势。这两个不整合在凹陷北部叠加,形成了P/T不整合面。该面作为FSST和更高级别SU的基底面(图10b、11b)。在这种情况下,玛湖凹陷地形梯度和地形的变化可以归因于两种相互影响的因素。首先,构造抬升导致地形梯度的净增加,这些抬升条件进一步促进了已沉积的FSST异常陆上不整合SU1的发育。其次,持续的湖泊侵蚀伴随着波浪侵蚀导致形成了相对平坦的波浪侵蚀面SU2。
百口泉组内SU的形成发生在相对湖平面变化下降和上升阶段。这些不整合是由FSST和EST中交替的侵蚀和沉积阶段形成的。这些不整合的形成主要受到地形梯度的影响,在大多数情况下,FSST期间湖岸线轨迹表现为向下定向移动,其坡度比之前上乌尔禾组的地形梯度更陡。在相对湖平面下降期间,河流在地貌中切割并形成新的平衡剖面。与FSST相比,EST中形成异常陆上不整合通常更具挑战性。晚海西斯运动导致的盆地广泛抬升导致了基准面的变化,进而促使沉积过程通过沉积或侵蚀来达到平衡。百口泉组FSST期间的湖岸线轨迹比上乌尔禾组的沉积物更陡。EST期间持续的湖泊侵蚀伴随着波浪侵蚀,导致形成相对平坦的波浪侵蚀表面。
在下三叠统百口泉组FSST沉积期间,沉积主要呈红色泥岩,黏土矿物主要为伊蒙混层,没有高岭石,表明气候为干旱—半干旱型。在LST中,黏土矿物由伊蒙混层和绿泥石组成,表明干旱气候逐渐减弱。EST中的泥岩主要呈灰绿色泥岩,黏土矿物中含有大量的高岭石,表明潮湿的古环境。泥岩颜色和自生成因黏土矿物的差异表明,在百口泉组的沉积期间,古气候由干旱向潮湿转变。在二叠纪—三叠纪转折期间,全球古气候以长时间的干旱条件为特征(Liu Dongdong et al.,2017)。准噶尔盆地的古气候响应了这一全球背景,经历了晚二叠世—早三叠世的干旱事件,随后是中晚三叠世的湿润事件。
干旱炎热的古气候背景对不整合面形成产生了两个主要方面的重要影响:① 湖泊的蒸发速率超过了流入量,导致沉积物面积的减少,导致广泛的陆上不整合区域的暴露。② 在干燥炎热的条件下,基岩经历了长时间的风化,有助于不整合面的形成。此外,炎热气候下频繁的季节性洪水加速了沉积物的侵蚀。百口泉组EST的岩性过渡为灰绿色泥岩,孢粉组合主要由蕨类孢子组成,表明植被以针叶林、灌木和草本植物为主,指示了湿润的温暖温带气候。简而言之,EST内的陆相不整合的形成主要与干旱气候无关。高地形梯度显著影响了EST内SU的形成。
强制水退导致广泛地区的陆相暴露,增加了大气降雨的范围。由于多种因素的作用,由陆相暴露引起的侵蚀不整合常常成为溶蚀的场所:大气和土壤中的孔隙水通常呈酸性,对碎屑长石和黑云母的溶解度较低。此外,植物根系释放的有机酸可作为溶解的强效剂(de Castro et al.,2023)。长时间暴露在不整合下方的砂岩可以与向下渗透的酸性大气水的大量接触而发生的溶解和淋滤(Al-Ramadan,2021)作用。隆起的砂岩通常表现出断裂和节理,这些断裂和节理可作为大气降雨向更深区域渗透的通道。
8 结论
(1)通过对钻井、测井和地震资料的分析将准噶尔盆地西北缘二叠系—三叠系划分为3个二级层序(SSQ1~SSQ3)和8个三级层序(SQ1—SQ8)。SSQ1代表早二叠世裂陷构造;SSQ2为中二叠世构造后期—中二叠世坳陷盆地形成和隆起转换,SSQ3代表晚二叠世—三叠纪大型坳陷盆地的形成和演化。
(2)通过地震相特征,GR曲线变化等将SSQ1中的SQ2划分裂谷初始体系域、深陷体系域、后裂谷体系域三个体系域;将SSQ3中的SQ6划分为强制水退体系域、低位体系域、湖扩体系域和高位体系域四个体系域。
(3)SQ2沉积时期盆地处于后碰撞伸展阶段,拥有大量可容纳空间,但受到晚古生代大冰期的持续干旱气候影响,湖盆沉积物供应减少,形成典型的欠充填排放型湖盆。SQ6沉积时期沉积时期,盆地逐渐转变为统一的准噶尔坳陷湖盆,构造隆升增加了地形坡度,同时潮湿气候引发的大气降水发生持续湖侵,凹陷相互连通,形成“山高水足”的典型过充填湖盆特征。
(4)SQ2沉积时期为典型的欠充填排放型湖盆,优质储层主要发育在深陷体系域的砾岩,烃源岩表现为高生产力,高还原保存条件和弱稀释条件的特征;裂谷盆地中断层的活动伴随着热液流体的输入,晚古生代冰期诱发的干旱共同控制着风城组储层和烃源岩的分布。
(5)SQ6沉积时期为典型的过填充湖盆,优质储层主要发育在FSST和EST,湖浪的持续改造和间断暴露增加了孔隙度,油源主要为SQ5沉积时期的烃源岩,为较高生产力,高保存条件和强稀释条件的特征;晚海西运动的构造抬升和二叠—三叠纪转折期干旱的古气候条件和随后的持续湖侵共同控制百口泉组储层分布。
1准噶尔盆地构造单元划分图(a)、玛湖凹陷构造单元划分图(b)及岩性综合柱状图(c)(据冯有良等,2023
Fig.1Structural unit division map of the Junggar basin (a) , tectonic division map of the Mahu sag (b) , and comprehensive lithological column of the Mahu sag (c) (after Feng Youliang et al., 2023)
2过南缘冲断带—中央凹陷—陆梁隆起 NS 向地震地质综合解释格架剖面
Fig.2NS-oriented integrated seismic-geological interpretation framework cross-section of the southern margin thrust belt, central sag, and Luliang uplift
3过盆1井西凹陷—东道海子凹陷E-W向地震地质综合解释格架剖面(拉平P2w,剖面位置见图1 B—B′)
Fig.3E-W-oriented integrated seismic-geological interpretation framework cross-section of the Penyijingxi sag, and Dongdaohaizi sag (flattened on P2w, the cross-section location is shown in Fig.1 B—B')
4玛湖凹陷风城组沉积层序(SQ2)的典型地震剖面(剖面位置见图1 C—C′)
Fig.4Typical seismic section of the stratigraphic sequence of the Fengcheng Formation in the Mahu sag (the location of seismic profile is shown in Fig.1 C—C′)
5玛湖凹陷百口泉组典型的层序地震剖面
Fig.5Typical seismic section of the stratigraphic sequence
6玛湖凹陷上乌尔禾组和风城组烃源岩特征
Fig.6Characteristics of the source rocks in the Upper Wuerhe Formation and Fengcheng Formation, Mahu sag
7湖盆类型2.0模式图(修改自Benavente et al.,2024
Fig.7Lake-basin-type model2.0 phase diagram (after Benavente et al., 2024)
8玛湖凹陷风城组典型储层岩相储层分类
Fig.8Classification of typical reservoir lithofacies in the Fengcheng Formation, Mahu sag
9玛湖凹陷三叠系百口泉组砾岩储层的孔隙和孔喉结构特征
Fig.9Characteristics of pores and pore-throat structures in the conglomerate reservoirs
10构造和古气候控制下玛湖凹陷不同湖盆类型典型烃源岩和储层演化特征
Fig.10Evolutionary characteristics of typical source rocks and reservoirs in different types of lake basins in the Mahu sag under the control of tectonics and paleoclimate
11玛湖凹陷不同湖盆类型典型烃源岩和储层分布特征
Fig.11Distribution characteristics of typical source rocks and reservoirs in different types of lake basins in the Mahu sag
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