準(zhǔn)噶爾盆地南緣上侏羅統(tǒng)喀拉扎組沉積儲(chǔ)層研究進(jìn)展

張昌民，付文俊，冀東升，趙康，張祥輝

1.長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100

2.中國(guó)石油新疆油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆 烏魯木齊 830013

在準(zhǔn)噶爾盆地南緣，一條橫亙東西的礫巖“城墻”構(gòu)成了北疆獨(dú)特的美景，吸引了眾多地質(zhì)工作者的眼球。1935年，俄國(guó)地質(zhì)學(xué)家M.H.沙依道夫在新疆昌吉河?xùn)|喀拉扎山考察，將這堵“城墻”命名為喀拉扎巖系［1-2］；斯行健、周志炎［3］在《中國(guó)中生代陸相地層》一書(shū)中首次提出喀拉扎組。之后，對(duì)喀拉扎組的研究越來(lái)越多，但是對(duì)喀拉扎組的分布及其沉積成因一直存在爭(zhēng)議。傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為，喀拉扎組主要分布在準(zhǔn)噶爾盆地南緣中部及東部地區(qū)，在準(zhǔn)噶爾盆地南緣西部四棵樹(shù)凹陷等地區(qū)缺失喀拉扎組［4-8］，近年來(lái)隨著露頭調(diào)查和勘探發(fā)現(xiàn)的不斷深入，有學(xué)者對(duì)這一觀點(diǎn)提出了質(zhì)疑［9-11］。2018年，新疆油田在四棵樹(shù)凹陷布置的高探1井鉆遇一套粗碎屑巖系，獲得了高產(chǎn)的工業(yè)油氣流［12-14］；2020年沙灣凹陷呼探1井再次在粗碎屑巖系中獲得了高產(chǎn)工業(yè)油氣流，從而揭開(kāi)了準(zhǔn)噶爾盆地南緣新一期油氣勘探的序幕，顯示了上侏羅統(tǒng)喀拉扎組-下白堊統(tǒng)清水河組粗碎屑巖系良好的油氣勘探潛力。但由于該區(qū)的侏羅系和白堊系埋深大，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，對(duì)所鉆地層年代歸屬、區(qū)域分布、物源方向、沉積相類(lèi)型、沉積體系展布還沒(méi)有形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，影響了油氣勘探的進(jìn)程。為此，筆者系統(tǒng)梳理了有關(guān)喀拉扎組沉積儲(chǔ)層方面的研究報(bào)告和論文，對(duì)喀拉扎組的研究歷史進(jìn)行了回顧與總結(jié)，對(duì)喀拉扎組的區(qū)域分布、物源方向、沉積相類(lèi)型、沉積體系展布、沉積模式和儲(chǔ)層研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述和分析，以期能全面介紹喀拉扎組的沉積儲(chǔ)層研究現(xiàn)狀，為開(kāi)展喀拉扎組的研究提供較為全面和系統(tǒng)的參考資料，為準(zhǔn)噶爾盆地南緣油氣勘探提供新的信息。

1 喀拉扎組的研究歷程

1935年，俄國(guó)地質(zhì)學(xué)家M.H.沙依道夫?qū)⒉訓(xùn)|喀拉扎山的一套紅色粗碎屑巖沉積命名為喀拉扎組巖，此后眾多學(xué)者對(duì)喀拉扎組及其沉積特征開(kāi)展了廣泛研究。調(diào)研表明，喀拉扎組的研究可劃分為3個(gè)階段：建組定名階段(1935—1962年)、地層學(xué)研究階段(1963—2006年)、沉積儲(chǔ)層研究階段(2007年—現(xiàn)在)。

1.1 建組定名階段(1935—1962年)

20世紀(jì)40—60年代，部分學(xué)者根據(jù)準(zhǔn)噶爾盆地南緣的露頭研究，結(jié)合古生物資料與區(qū)域中生代不整合面、褶皺斷裂構(gòu)造、巖漿侵入和噴溢規(guī)律，提出了該區(qū)地層命名及時(shí)代劃分方案(見(jiàn)表1)［15］。黃汲清等［16］提出克拉扎組(Kelazha Fm)的名稱(chēng)，并將之劃歸上侏羅統(tǒng)；《中國(guó)區(qū)域地層表(草案)》將其命名為下白堊統(tǒng)哈拉扎組［17］；新疆石油管理局地調(diào)處稱(chēng)之為喀拉扎統(tǒng)，時(shí)代為晚侏羅世。1959年第一屆全國(guó)地層會(huì)議之后，新疆地調(diào)處于次年正式命名為上侏羅統(tǒng)喀拉扎組。顧知徽［18］、斯行健等［3］公開(kāi)引用并改稱(chēng)喀拉扎組，這一命名稱(chēng)及其年代歸屬方案得到了學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)可，沿用至今。

表1 準(zhǔn)噶爾盆地南緣喀拉扎組地層沿革表

1.2 地層學(xué)研究階段(1963—2006年)

最初的喀拉扎組指喀拉扎山紅色的碎屑巖層［1］。20世紀(jì)50年代部分學(xué)者根據(jù)喀拉扎組的膠結(jié)物成分與顏色，將巨厚的礫巖層一分為二，分別劃歸晚侏羅世喀拉扎組紅色礫巖和早白堊世吐谷魯群灰綠色底礫巖。雍天壽［19］和周經(jīng)才等［20］認(rèn)為齊古組頂部的不整合是白堊系與侏羅系之間構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的標(biāo)志，從地層對(duì)比和侏羅系的沉積旋回特征來(lái)看，應(yīng)該把巨厚的礫巖層看成一個(gè)整體，齊古組以上的礫巖沉積都是白堊系底礫巖。但后續(xù)的一些研究認(rèn)為齊古組與喀拉扎組之間的不整合并不具備區(qū)域性分布的特征［20-23］，根據(jù)齊古組和清水河組下部發(fā)現(xiàn)的古生物類(lèi)型，將喀拉扎組劃分為上侏羅統(tǒng)為宜［24-25］。時(shí)至當(dāng)前，對(duì)于喀拉扎組與清水河組的分界線所做的地層學(xué)研究仍然較少，對(duì)這套礫巖的地層學(xué)歸屬仍未確定，不僅造成了喀拉扎組區(qū)域地層對(duì)比和沉積體系研究上的困難，而且造成了油氣勘探目標(biāo)層系選擇的障礙。

1.3 沉積儲(chǔ)層研究階段(2007年—至今)

2007年之后，隨著對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地南緣油氣勘探開(kāi)發(fā)的部署轉(zhuǎn)向深部地層，喀拉扎組作為準(zhǔn)噶爾盆地南緣下部成藏組合重要的勘探目的層系受到重視［26］，大量研究認(rèn)為喀拉扎組具備良好的儲(chǔ)集層條件，由此開(kāi)啟了喀拉扎組的沉積儲(chǔ)層研究［4,12,14,27-30］。對(duì)喀拉扎組物源的研究分析，推動(dòng)了喀拉扎組源匯體系和盆地演化研究的發(fā)展［31-32］，研究者通過(guò)對(duì)野外露頭的研究，提出了喀拉扎組的沉積相及沉積模式［26,33-35］。

2 喀拉扎組的區(qū)域分布

關(guān)于喀拉扎組的區(qū)域分布問(wèn)題至今尚未形成統(tǒng)一的意見(jiàn)［36］。目前主流的觀點(diǎn)是依據(jù)20世紀(jì)50年代區(qū)域地質(zhì)調(diào)查獲得的認(rèn)識(shí)，認(rèn)為喀拉扎組與上覆吐谷魯群為不整合或平行不整合接觸，與下伏齊古組為整合或平行不整合接觸［1-2］。由此將準(zhǔn)噶爾盆地南緣的喀拉扎巖系一分為二，其主體劃歸上侏羅統(tǒng)喀拉扎組，頂部劃歸下白堊統(tǒng)清水河組，作為清水河組底礫巖。根據(jù)這一觀點(diǎn)，將四棵樹(shù)凹陷高探1井和沙灣凹陷呼探1井鉆遇的粗碎屑巖系劃歸清水河組［5-6,35］。但據(jù)方世虎等［37-38］的研究，清水河組底礫巖主要分布于盆地邊緣及中央低凸起(車(chē)排子凸起—莫索灣凸起)周?chē)且惶仔纬捎卩徑叩馗浇膭兾g產(chǎn)物或沖積產(chǎn)物(見(jiàn)圖1)，厚度平均在10～30 m左右。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地南緣喀拉扎組及清水河組底礫巖平面分布圖(據(jù)文獻(xiàn)[36-37]修改)

一般認(rèn)為喀拉扎組僅分布在準(zhǔn)噶爾南緣的中東部，準(zhǔn)噶爾南緣西部四棵樹(shù)等地區(qū)缺失喀拉扎組(見(jiàn)圖1)，發(fā)育的同層位礫巖屬于清水河組底礫巖［4,7-8,36,39］，但新近的一些研究對(duì)這一觀點(diǎn)提出了質(zhì)疑。關(guān)旭同等［34］在四棵樹(shù)河剖面和阿爾欽溝剖面野外調(diào)查中，識(shí)別出了厚層褐紅色礫巖和橘紅色塊狀礫巖沉積，礫巖分選差、磨圓為次圓-次棱狀，雜基支撐，分層較好(見(jiàn)圖2(a))，在夾雜的砂泥巖中可見(jiàn)不典型的泥裂現(xiàn)象，認(rèn)為這些清水河組礫巖應(yīng)該歸屬于喀拉扎組(見(jiàn)圖2(b))。FANG等［40］認(rèn)為在盆地邊緣喀拉扎組和清水河組之間呈逐漸過(guò)渡型，喀拉扎組沖積扇礫巖與盆地內(nèi)的清水河組底部河流相粗砂巖為同一層位。周彥希等［11］對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地南緣的地震剖面進(jìn)行加密解釋?zhuān)@示四棵樹(shù)地區(qū)存在厚20 m左右的喀拉扎組。筆者在南安集海剖面觀察到一段厚22.4 m的灰色、灰綠色細(xì)礫-中礫巖(見(jiàn)圖2(c))，其巖性與齊古斷褶帶喀拉扎組相同，顯示為一套干旱氣候條件下的沖積扇或扇三角洲沉積。這套礫巖下部與齊古組突變接觸，上部逐漸過(guò)渡到以清水河組為主體的濱淺湖沉積(見(jiàn)圖2(c))，地層結(jié)構(gòu)和沉積相演變特征與四棵樹(shù)剖面(見(jiàn)圖2(b))、雀爾溝剖面(見(jiàn)圖2(f)、(g))、紅溝剖面(見(jiàn)圖2(i))具有相似性，僅在礫巖的厚度和沉積微相方面有一定的差異(見(jiàn)圖2(e)、(h))。這些現(xiàn)象表明，喀拉扎組廣泛分布在準(zhǔn)噶爾盆地南緣廣大地區(qū)，但不同地區(qū)的地層厚度和沉積相有所差別。在頭屯河地區(qū)沉積的喀拉扎組最厚，并向東西減薄，至四棵樹(shù)地區(qū)逐漸尖滅，盆地邊緣發(fā)育的厚層沖積扇礫巖向盆地內(nèi)過(guò)渡，粒度逐漸變細(xì)，轉(zhuǎn)為河流相的砂巖沉積。

一些學(xué)者提出了新的觀點(diǎn)。楊勇等［41］認(rèn)為清水河組直接與齊古組不整合接觸，區(qū)域上發(fā)育的礫巖都為清水河組底礫巖。根據(jù)這一觀點(diǎn)，喀拉扎組整體屬于下白堊統(tǒng)，由此解決了沉積相演化的連續(xù)性和地層年代的間斷性之間的矛盾，為研究喀拉扎組的地層歸屬和區(qū)域分布提供了新觀點(diǎn)，但與生物地層學(xué)認(rèn)為喀拉扎組屬于晚侏羅統(tǒng)的意見(jiàn)產(chǎn)生了新的矛盾［24-25,42］。也有學(xué)者通過(guò)識(shí)別出的震積構(gòu)造，認(rèn)為喀拉扎組除了包含全部礫巖地層之外，還包含24.6 m液化卷曲的青灰色長(zhǎng)石砂巖［43］，這一觀點(diǎn)雖然主張礫巖為同一時(shí)代的地層，但將上覆長(zhǎng)石砂巖劃歸喀拉扎組可能難以令人認(rèn)同。要解決喀拉扎組的地層歸屬和分布問(wèn)題還需要大量的年代地層學(xué)和沉積學(xué)證據(jù)。

3 喀拉扎組物源問(wèn)題

物源問(wèn)題是喀拉扎組沉積儲(chǔ)層研究的重點(diǎn)之一。侏羅世晚期準(zhǔn)噶爾盆地南緣構(gòu)造活動(dòng)復(fù)雜，區(qū)域地層沉積厚度變化大，為確定沉積物的來(lái)源帶來(lái)了困難。目前主要采用古流向分析、礫石組分分析、碎屑鋯石年代學(xué)分析、重礦物分析、地層厚度分析等多種沉積學(xué)和地球化學(xué)方法，研究?jī)?nèi)容集中于喀拉扎組的母巖性質(zhì)、物源和古水流方向等方面。

查顯峰等［43］對(duì)雀兒溝剖面喀拉扎組礫石成分分析的結(jié)果顯示，大部分物源(>60%)為火山碎屑物質(zhì)，認(rèn)為其主要物源來(lái)自北天山石炭紀(jì)的火山—碎屑巖系。司學(xué)強(qiáng)等［35］研究了南緣喀拉扎組的重礦物組合類(lèi)型及其分布，認(rèn)為研究區(qū)喀拉扎組存在3種類(lèi)型重礦物組合，分別對(duì)應(yīng)北天山和博格達(dá)山2大物源區(qū)。李忠等［44］通過(guò)碎屑鋯石同位素年代學(xué)分析認(rèn)為晚侏羅世-早白堊世，天山區(qū)域整體抬升剝露，天山主分水嶺北移，武富禮等［45］認(rèn)為此時(shí)盆地的物源來(lái)自北天山，章惠等［46］認(rèn)為博格達(dá)山在西山窯組晚期就開(kāi)始了局部隆升，喀拉組時(shí)期博格達(dá)山為準(zhǔn)噶爾盆地南緣東部提供了物源。周天琪等［32］研究認(rèn)為齊古斷褶帶中段與東段頭屯河地區(qū)以北天山為物源，阜康斷裂帶以博格達(dá)山為物源。但這些研究還難以對(duì)沉積物源通道進(jìn)行有效刻畫(huà)，對(duì)定量化預(yù)測(cè)沉積搬運(yùn)距離還沒(méi)有展開(kāi)。

目前對(duì)于準(zhǔn)噶爾盆地南緣中段和東段的喀拉扎組物源方向意見(jiàn)較為統(tǒng)一，但對(duì)四棵樹(shù)地區(qū)的物源認(rèn)識(shí)存在分歧，部分學(xué)者認(rèn)為南北2個(gè)物源單獨(dú)為四棵樹(shù)凹陷提供碎屑成分［47-50］；也有學(xué)者認(rèn)為二者同時(shí)為四棵樹(shù)凹陷供應(yīng)物源［51-52］。FANG等［53-54］、周天琪等［32］綜合傳統(tǒng)沉積學(xué)、地球化學(xué)、碎屑鋯石年代學(xué)、重礦物等方法，研究認(rèn)為晚侏羅世-早白堊世四棵樹(shù)凹陷地區(qū)古流向?yàn)槟媳彪p向，其中北天山提供了主要物源，扎伊爾山物源影響到了四棵樹(shù)凹陷南部地區(qū)，物源的交匯區(qū)可能在高泉地區(qū)一帶(見(jiàn)圖3)。這些研究為四棵樹(shù)地區(qū)喀拉扎組的物源分析提供了借鑒，但是這些研究測(cè)量的數(shù)據(jù)有限、不系統(tǒng)，覆蓋的區(qū)域不全面，難以有效表征該地區(qū)晚侏羅世的物源方向。

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地南緣喀拉扎組古流向分布圖(據(jù)文獻(xiàn)[10]修改)

在古水流方向研究方面，李瑋等［55］、宋燕等［56］、張琴等［57］、德勒恰提·加娜塔依等［58］、高志勇等［59］對(duì)博格達(dá)山山前古水流的斜層理和礫石的產(chǎn)狀進(jìn)行了測(cè)量，認(rèn)為侏羅世晚期古流向總體向北，博格達(dá)山此時(shí)為喀拉扎組的沉積提供主要物源(見(jiàn)圖3)；方世虎等［60］研究后峽地區(qū)侏羅系的古流向主要是北-西北方向，魯彬等［31］對(duì)頭屯河剖面喀拉扎組兩組定向礫石排列數(shù)據(jù)顯示其古流向?yàn)樽阅隙?見(jiàn)圖3)，水流大多來(lái)自北天山山前，這與查顯峰等［43］在雀兒溝剖面測(cè)量的礫巖中細(xì)砂巖夾層中發(fā)育的斜層理顯示的古流向基本一致。

4 沉積相類(lèi)型

準(zhǔn)噶爾盆地南緣的油氣勘探促進(jìn)了對(duì)喀拉扎組沉積相與沉積體系分布的研究，隨著研究成果的積累，對(duì)沉積相、沉積體系的特征及其展布的認(rèn)識(shí)愈加明了。

大面積分布的喀拉扎組粗碎屑沉積與沖積扇作用有關(guān)，發(fā)育多種巖石相和沉積微相。單新等［33］通過(guò)對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地南緣水磨溝剖面喀拉扎組露頭沉積特征的分析研究，劃分了7種巖相類(lèi)型，認(rèn)為該地區(qū)喀拉扎組發(fā)育碎屑流與辮狀河混合型沖積扇沉積，并將其劃分為扇根、扇中、扇緣3個(gè)亞相；扇根以碎屑流沉積作用為主，扇中以砂、礫混合型辮狀河沉積作用為主，扇端以砂質(zhì)辮狀河沉積作用為主，且扇體多期疊覆向前堆積，形成上粗下細(xì)的序列。吳朝東［10］認(rèn)為，準(zhǔn)噶爾盆地南緣四棵樹(shù)凹陷野外露頭的喀拉扎組-清水河組褐紅色塊狀礫巖層面平直，主要為沖積扇片流沉積，局部可以識(shí)別出碎屑流沉積。司學(xué)強(qiáng)等［35］在露頭剖面觀測(cè)基礎(chǔ)上，結(jié)合錄井、微量元素及重礦物資料，認(rèn)為喀拉扎組在齊古斷褶帶中段主要發(fā)育沖積扇沉積，與傳統(tǒng)觀點(diǎn)不同的是，他認(rèn)為沉積動(dòng)力是牽引流而非重力流，按相帶劃分主要屬于扇中亞相，進(jìn)而又可劃分為河道沉積、漫流沉積和篩積物微相。于興河等［61］在水磨溝喀拉扎組下部發(fā)現(xiàn)了湖相泥巖，認(rèn)為水磨溝剖面的扇體已部分沉入水下，可能遭受了湖泊波浪作用影響，形成扇三角洲；而紅溝剖面的喀拉扎組主要屬于陸上部分，礫石多具定向性，且多發(fā)育“V”字形干裂構(gòu)造，反映沉積時(shí)期該套沉積物時(shí)常暴露出水面，因此沉積相類(lèi)型為扇三角洲平原水道沉積。然而這些證據(jù)的可靠性值得進(jìn)一步驗(yàn)證，一方面礫石的定向性與是否是扇三角洲沉積沒(méi)有必然的關(guān)系，另一方面波浪改造的礫巖不一定都是扇三角洲上的產(chǎn)物，也可能為礫質(zhì)湖灘沉積。關(guān)旭同等［34］等整合10條剖面，將準(zhǔn)噶爾盆地南緣巨厚礫巖層劃分為喀拉扎組褐紅色沖積扇礫巖、清水河組褐色湖水改造沖積扇礫巖和清水河組濱湖礫巖沉積，并區(qū)分出Gm1、Gm2兩種巖相，認(rèn)為地層下部發(fā)育喀拉扎組扇三角洲沉積，上部發(fā)育清水河組濱淺湖沉積(見(jiàn)圖4和表2)。

圖4 準(zhǔn)噶爾盆地南緣喀拉扎組沉積相平面圖(據(jù)文獻(xiàn)[10]修改)

表2 準(zhǔn)噶爾南緣典型露頭喀拉扎組地層特征對(duì)比

以上研究進(jìn)展表明，目前對(duì)喀拉扎組沉積環(huán)境和沉積相研究還處于零星的局部描述階段。大多數(shù)學(xué)者主要依靠個(gè)別山前露頭進(jìn)行沉積相分析，對(duì)喀拉扎組地下分布及其沉積相與沉積體系的研究還沒(méi)有文獻(xiàn)報(bào)道，需要深入分析典型沉積體系和沉積相進(jìn)行地面-地下對(duì)比，重建不同時(shí)期的沉積體系分布模式，進(jìn)而對(duì)沉積體系規(guī)模及其分布進(jìn)行定量化的預(yù)測(cè)。

5 沉積模式與沉積體系

喀拉扎組的沉積模式研究主要建立在野外露頭考察的基礎(chǔ)上，早期學(xué)者認(rèn)為喀拉扎組是干旱環(huán)境下發(fā)育沖積扇沉積［19］。近年以來(lái)隨著沉積儲(chǔ)層研究的深入，一些學(xué)者針對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地南緣喀拉扎組建立了沖積扇、扇三角洲、辮狀河三角洲等多種沉積模式［9,26,33,35］，有效地指導(dǎo)了油氣勘探和開(kāi)發(fā)實(shí)踐。

有觀點(diǎn)提出，喀拉扎組沉積期氣候干旱到達(dá)頂峰，湖平面降到了侏羅紀(jì)以來(lái)的最低點(diǎn)［34,62-63］，喀拉扎組主要發(fā)育沖積扇沉積。王陸新［64］認(rèn)為石場(chǎng)-瑪納斯河和阜康白楊溝地區(qū)沉積形成了2個(gè)喀拉扎組沖積扇群，可識(shí)別出5～6期扇體沉積，整體為向上變粗粒序，具有干旱型沖積扇特征。單新等［33］通過(guò)水磨溝剖面的研究，提出了喀拉扎組混合型沖積扇的沉積模式，該模式的扇中和扇端發(fā)育了大量辮狀河道和辮流壩沉積(見(jiàn)表2)。

也有人認(rèn)為喀拉扎組沉積期氣候相對(duì)于齊古組沉積期相對(duì)濕潤(rùn)［54］，將喀拉扎組認(rèn)定為一套扇三角洲沉積。于興河等［61］認(rèn)為，準(zhǔn)噶爾南緣不同部位發(fā)育的扇三角洲沉積模式有所差異，呼圖壁河剖面喀拉扎組為一套水退型扇三角洲沉積，地形坡度較陡，以片流和河流復(fù)合型的沉積作用為主，后期受波浪作用改造，三角洲砂體多為反粒序，扇三角洲進(jìn)積特征明顯；水磨溝扇三角洲與前者類(lèi)似，其地形坡度中等，搬運(yùn)機(jī)制為河流；紅溝扇三角洲發(fā)育山前，地形坡度陡，物源供給充足，以片流搬運(yùn)為主(見(jiàn)表2)。張馳等［26］認(rèn)為喀拉扎組沉積期水體含砂量高，扇體半徑小，扇三角洲平原碎屑水道穩(wěn)定性差，形成垂向切割疊置型朵葉狀幕式沉積；扇三角洲前緣水體密度降低，牽引流更發(fā)育，砂體側(cè)向切割，多層河道砂體疊合，為大面積砂體疊加連片提供了重要條件。以上研究為分析喀拉扎組的形成與分布提供了理論基礎(chǔ)，但大多模式都簡(jiǎn)單地將扇三角洲的水上部分等同于沖積扇，將水下部分等同于三角洲前緣，過(guò)度擴(kuò)大了三角洲的范圍。即便如此，這些模式在扇體類(lèi)型、扇體規(guī)模、扇體疊置關(guān)系研究方面仍然表現(xiàn)出了一定的創(chuàng)新性。

在沉積體規(guī)模研究方面，司學(xué)強(qiáng)等［35］認(rèn)為齊古斷褶帶中段發(fā)育觀音溝沖積扇、清水河沖積扇和雀爾溝沖積扇，主扇體東西寬度為15～25 km，砂礫巖厚度為180～240 m，主扇體之間區(qū)域砂礫巖厚度約150 m，在盆地內(nèi)部霍瑪吐背斜帶演化為辮狀河三角洲沉積；齊古斷褶帶東段喀拉扎組發(fā)育大型辮狀河三角洲，東西寬約50 km，延伸距離可能超過(guò)100 km，辮狀河三角洲前緣沉積形成的砂體分選好，分布面積廣，大面積砂體疊加連片，具備形成深層大規(guī)模有效儲(chǔ)集層的潛力。

喀拉扎組的沉積模式研究還處于起步階段，現(xiàn)有的沉積模式類(lèi)型眾多，但沒(méi)有形成統(tǒng)一的共識(shí)。在沉積體系的成因類(lèi)型、結(jié)合形態(tài)、歷史演化和相互關(guān)系方面還缺少深入的分析，沖積扇和扇三角洲的觀點(diǎn)在一定程度上限制了沉積相模式研究的創(chuàng)新。分支河流體系是近年來(lái)引入的一個(gè)新概念，指河流從某一頂點(diǎn)進(jìn)入盆地并呈放射狀展布的沉積體系，其表征的沉積規(guī)模更大、意義更廣。侏羅世末期氣候干旱炎熱，燕山運(yùn)動(dòng)活動(dòng)強(qiáng)烈，古地形地貌形態(tài)復(fù)雜，在其控制下沉積環(huán)境變化快，發(fā)育的沉積體系類(lèi)型眾多。通過(guò)野外實(shí)地考察發(fā)現(xiàn)，喀拉扎組在天山山前主要為沖積扇沉積，一些大的扇體入湖或者湖沼地區(qū)，形成扇三角洲沉積。在河流末端發(fā)育一些小型的湖泊三角洲和末端扇。采用分支河流體系的觀點(diǎn)，能夠?qū)⑦@些沉積相視為一個(gè)整體，方便定量預(yù)測(cè)各類(lèi)儲(chǔ)層的分布，可能會(huì)打開(kāi)對(duì)喀拉扎組沉積模式認(rèn)識(shí)的新思維(見(jiàn)圖5)［65-70］。

圖5 準(zhǔn)噶爾盆地南緣喀拉扎組沉積模式圖

6 儲(chǔ)集層研究

隨著瑪湖凹陷礫巖油氣藏的發(fā)現(xiàn)，砂礫巖儲(chǔ)集層的研究開(kāi)始成為熱點(diǎn)［65］。喀拉扎組作為準(zhǔn)噶爾盆地南緣下部油氣成藏組合的重要儲(chǔ)集巖系，其砂礫巖厚度超過(guò)100 m，被認(rèn)為具備形成規(guī)模油氣藏的儲(chǔ)集條件［14,27,36,71-73］。但是由于目標(biāo)層位井網(wǎng)稀疏，難以識(shí)別儲(chǔ)集相帶的展布規(guī)律，缺乏對(duì)儲(chǔ)層的系統(tǒng)性研究，造成目前對(duì)儲(chǔ)層物性的區(qū)域分布認(rèn)識(shí)還不夠深入。

總體特征顯示，喀拉扎組以大套厚層礫巖和中粗砂巖為主，成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度低。巖石成分以石英巖碎屑、花崗巖碎屑、生物碎屑及灰?guī)r碎屑為主，儲(chǔ)集空間主要為粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔、裂縫以及原生孔隙，屬于中低孔、中低滲透儲(chǔ)層［14,72］。其中齊古斷褶帶石英含量高達(dá)37.00%，膠結(jié)物含量少、顆粒分選好，儲(chǔ)集性能最好［28］。

喀拉扎組儲(chǔ)層發(fā)育以原生孔隙為主、次生孔隙為輔的復(fù)合孔隙類(lèi)型，次生孔隙主要表現(xiàn)為長(zhǎng)石和巖屑顆粒內(nèi)溶孔以及方解石、方沸石膠結(jié)物溶蝕孔［30］，碎屑溶蝕孔可以改善儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能。長(zhǎng)山1井喀拉扎組不等粒砂巖中發(fā)育粒間孔、方解石溶孔，巖心最大孔隙度為23.40%，滲透率為22.00 mD［12］；頭屯河地區(qū)平均孔隙度為17.69%，滲透率為259.80 mD?？M的平均孔隙度平均在16%～19%，滲透率在100～260 mD［72］。

沉積相對(duì)儲(chǔ)層物性具有明顯的控制作用，但受成巖作用影響顯著?？M主要發(fā)育沖積扇、辮狀河、扇三角洲等沉積。辮狀水道、前緣水下分流河道砂巖分選好、物性好［30,36］。相同沉積相帶下，砂體儲(chǔ)集物性主要受成巖作用影響。研究區(qū)喀拉扎組處于早成巖階段，早期淺埋、晚期深埋的成巖過(guò)程和干旱條件下堿性的成巖環(huán)境，致使喀拉扎組成巖作用較弱，從而保存了較多的原生粒間孔，是形成良好儲(chǔ)集層物性重要因素［71］(見(jiàn)圖6)。

圖6 準(zhǔn)噶爾盆地南緣上侏羅統(tǒng)喀拉扎組成巖演化模式圖

地震活動(dòng)使得喀拉扎組儲(chǔ)層產(chǎn)生多級(jí)裂縫和同沉積斷層，為油氣運(yùn)移提供了良好的通道，同時(shí)產(chǎn)生的微裂縫也增大了有效孔隙度和滲透率，極大改善了喀拉扎組的儲(chǔ)集層條件［44］。毛哲等［73］通過(guò)野外露頭觀測(cè)、巖心、薄片等資料，對(duì)侏羅系儲(chǔ)層裂縫發(fā)育特征、控制因素及有效性進(jìn)行了分析，研究表明喀拉扎組主要發(fā)育構(gòu)造縫，其次是成巖縫和異常高壓縫，喀拉扎組裂縫平均線密度為0.60 條/m，有效裂縫比例占85%以上。

7 結(jié)論及建議

1)準(zhǔn)噶爾盆地南緣上侏羅統(tǒng)喀拉扎組的研究經(jīng)歷了1935—1962年的建組定名階段、1962—2006年的地層學(xué)階段和2007年—現(xiàn)在的沉積儲(chǔ)層研究階段。油氣勘探開(kāi)發(fā)的持續(xù)要求推動(dòng)了喀拉扎組沉積儲(chǔ)層研究不斷深入。

2)對(duì)喀拉扎組的區(qū)域分布存在不同觀點(diǎn)。以前認(rèn)為喀拉扎組僅分布在準(zhǔn)噶爾盆地南緣的中東部，準(zhǔn)噶爾盆地南緣西部四棵樹(shù)等地區(qū)缺失喀拉扎組的觀點(diǎn)受到質(zhì)疑?？M可能廣泛分布在準(zhǔn)噶爾盆地南緣廣大地區(qū)，在頭屯河地區(qū)沉積的喀拉扎組最厚，并向東西減薄，至四棵樹(shù)地區(qū)逐漸尖滅。

3)喀拉扎組物源研究集中在母巖性質(zhì)、物源和古水流方向等3個(gè)方面。喀拉扎組主要物源來(lái)自北天山石炭紀(jì)的火山—碎屑巖系。天山和博格達(dá)山構(gòu)成喀拉扎組2大物源區(qū)，并沿著北天山發(fā)育沖積扇-扇三角洲沉積體系。目前對(duì)喀拉扎組碎屑巖沉積體系的形成過(guò)程和分布規(guī)律還缺乏明確的認(rèn)識(shí)，對(duì)喀拉扎組沉積環(huán)境和沉積相研究還處于零星的局部描述階段，需要開(kāi)展地面-地下對(duì)比，對(duì)沉積體系規(guī)模及其分布進(jìn)行定量化預(yù)測(cè)。

4)目前已經(jīng)建立了喀拉扎組的沖積扇、扇三角洲、辮狀河三角洲等多種沉積模式。現(xiàn)有的沉積模式類(lèi)型眾多，沒(méi)有統(tǒng)一的共識(shí)。在沉積體系的成因類(lèi)型、幾何形態(tài)、歷史演化和相互關(guān)系方面研究較少。沖積扇和扇三角洲的觀點(diǎn)在一定程度上限制了沉積相模式研究的創(chuàng)新，建議采用分支河流體系的新概念建立新的沉積模式。

5)喀拉扎組以大套厚層礫巖和中粗砂巖為特征，成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度低。巖石成分以石英巖碎屑、花崗巖碎屑、生物碎屑及灰?guī)r碎屑為主，處于早成巖期，儲(chǔ)集空間主要為粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔、裂縫以及原生孔隙，屬于中低孔、中低滲透儲(chǔ)層。地震活動(dòng)造成多級(jí)裂縫和同沉積斷層，為油氣運(yùn)移提供了良好的通道，改善了喀拉扎組的儲(chǔ)集層條件。