2019年以来, 新疆准噶尔盆地南缘（简称准南）深层油气勘探获得重大发现, 在西段高泉背斜高探1井埋深5 770 m的白垩系清水河组, 获得日产原油1 213 m³、日产天然气32.17×10⁴ m³的高产油气流^[1]; 在中段呼图壁背斜呼探1井的白垩系清水河组获得日产原油106.3 m³、日产天然气61×10⁴ m³的重大突破, 表明准南侏罗系—白垩系深层具有巨大油气勘探潜力。深层油气规模储量的发现需要规模储集体作保障。准南下组合（中生界）油气勘探程度低, 野外露头研究表明, 侏罗系—白垩系砂体分布面积广、厚度大、储集性能好^[2], 但由于深层下组合埋深大、钻井揭示少、地震成像复杂且多解性强^{[3, 4]}, 致使应用地震相结合岩心与野外露头开展沉积砂体展布预测研究困难, 这也是制约准南深层—超深层领域大规模油气勘探突破的关键问题之一。

关于准南沉积相类型及有利储集体分布前人已开展了研究, 但由于受到钻井少、地震成像复杂且多解性强等条件限制, 前人的成果具如下3方面不足：①主要针对造山带野外露头开展了个别层系的沉积相与砂体构型研究^{[5, 6, 7, 8, 9, 10]}, 研究程度低; ②虽开展包括深层在内的全区沉积相及砂体展布研究^{[11, 12, 13]}, 但是盆地内砂砾岩体展布范围以推测为主, 可信度较低; ③研究区面积达3×10⁴km^2[6], 多数的沉积相图中以盆地边缘线为湖岸线, 且自西向东以广泛的辫状河三角洲前缘、扇三角洲前缘等类型砂体为主, 而原型盆地的岩相古地理特征研究成果非常少。因此, 针对上述原型盆地岩相古地理研究困难且成果少、沉积砂体展布范围可信度低等不足, 笔者开展热年代学研究确定宏观物源区的位置, “ 将今论古” 运用平均砾径（$\bar{d}$）与沉积搬运距离关系、构造缩短量等参数恢复物源区范围和湖岸线演化位置, 分析钻井岩心和野外露头的沉积岩石学和沉积构造, 编制岩相古地理演化与砂砾岩体分布范围系列图件, 以期建立前陆造山带岩相古地理研究的新方法, 进而明确侏罗系—下白垩统大面积砂砾岩体展布特征, 为准南深层下组合油气勘探提供地质依据。

盆地内沉积物来源于山体的剥蚀暴露, 恢复沉积时期山体范围可在宏观上确定物源区范围。位于准噶尔盆地南部的天山山脉东西长1 700 km, 宽250~350 km, 东、西段均形成南北分枝^{[6, 14]}, 盆地西北部分布着扎伊尔山和哈拉阿拉特山。笔者通过磷灰石裂变径迹测年分析天山、扎伊尔山和哈拉阿拉特山的隆升时间^{[14, 15, 16, 17]}, 绘制了早侏罗世—早白垩世盆地周缘山体隆升顺序与范围平面图（见图1）：①早侏罗世（距今180~200 Ma）, 盆地南部的山体隆升地点主要在昭苏—伊犁一线的中天山、奎屯南部等地区（见图1中绿色范围）, 隆升范围较小, 盆地西北部几乎未见山体隆升; ②晚侏罗世—早白垩世（距今100~150 Ma）, 盆地南部隆升地点位于中天山琼博拉森林公园、北天山玛纳斯河上游—博格达山、南天山独库公路欧西达坂等地区, 以及塔里木盆地北缘的库鲁克塔格山北部, 该时期山体隆升范围较大。盆地西北部的扎伊尔山及哈拉阿拉特山已经隆升（见图1中橙色范围）。由此可知, 准噶尔盆地周缘宏观物源区分布具有如下演化特征：①距今180~200 Ma, 天山主分水岭位于天山南部, 中天山南缘及南天山的隆升高度大于中天山北缘及北天山, 南天山古地势高于中天山和北天山, 南天山可以向北麓提供物源^{[18, 19]}。准南西段物源区分布在精河—奎屯一线以南地区, 区内地形与现今相比平缓得多, 古天山可能处于中低山、丘陵状态。准噶尔盆地呈北浅南深的箕状盆地^[20], 盆地内主要发育冲积扇、扇三角洲等沉积; 准南中段即奎屯—乌鲁木齐一线广大地区, 主要发育河流、三角洲等远源沉积, 物源来自于现今的中天山地区。②距今100~150 Ma, 天山主分水岭由南天山逐渐移至北天山^{[18, 19]}。西段物源区变化较小, 盆地内仍以扇三角洲等沉积为主。随着奎屯—乌鲁木齐一线以南的北天山、博格达山等大规模隆升, 中段盆地内由远源河流、三角洲沉积逐渐演变为近源冲积扇、扇三角洲等沉积。该时期, 扎伊尔山和哈拉哈特山也大范围隆升, 为西北缘提供砂砾质等沉积。

图1

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	图1 早侏罗世—早白垩世天山及扎伊尔山隆升范围与分布特征

基于磷灰石裂变径迹年龄确定宏观物源区范围, 依据砾石径与沉积搬运距离关系及构造缩短量等参数恢复湖岸线位置, 以及20余口钻井资料与10余条野外露头（见表1）沉积特征分析, 结合前人^{[29, 31, 32, 33, 34]}认识, 恢复了准南早侏罗世—早白垩世岩相古地理特征（见图7）, 认为其具有物源区范围由南向北逐步扩大, 湖盆经历扩张—萎缩—扩张, 古气候经历潮湿—干旱—潮湿的整体演化特征：①古物源。早—中侏罗世准噶尔盆地发育大型陆相坳陷盆地, 该时期准南地区以来自古天山的物源为主, 具有西段一直发育近源（见图1）, 中东段由远源到近源演化特征; 西段与中段物源区的分界线推测为红车断裂带, 原因在于红车断裂带呈近南北走向, 长80 km, 宽20 km, 是三叠纪—侏罗纪形成的断裂带, 受海西—燕山早中期运动影响, 西部山体向东推覆, 形成多条南北向逆断裂^[35]。红车断裂带是南缘西—中段最大的横向断裂构造带, 将准噶尔—北天山的盆山过渡带分割为西段和中段, 各段之间在基底性质、变形特征上都有显著不同^[36]; 晚侏罗世—早白垩世, 准南地区逐步演化为南部古天山, 西北部、北部车排子—莫索湾古隆起的多向物源特征。准南西北部的车排子凸起隆升时间为晚侏罗世^[37], 何登发等^[38]认为侏罗纪末期是车排子—莫索湾古隆起发育的鼎盛时期, 燕山中期为古隆起发育并定型阶段, 与图1中准噶尔盆地西北部山体隆升时间相一致。②古湖岸线。恢复的侏罗纪—早白垩世砂砾岩体向盆地内延伸范围最大时期的湖岸线, 与现今盆地边缘线呈向西北方向敞开的夹角。早侏罗世早期湖岸线远离物源区, 沿卡6井北部—奎屯北部—沙湾北部—石河子—呼图壁南部—昌吉—阜康北部一线分布, 湖水面影响范围较小。早侏罗世晚期—中侏罗世, 湖平面大幅度上升, 湖岸线向南部大范围迁移, 沿卡6井东部—西湖1井—沙湾南部—齐古1井—乌鲁木齐南部—阜康南部一线分布, 湖盆面积大。晚侏罗世, 随着博格达山与车排子—莫索湾古隆起隆升, 湖平面下降, 湖岸线向北发生迁移, 沿奎屯东部—沙湾南部—石河子南部—齐古1井北部—昌吉南部—乌鲁木齐北部—阜康一线分布。早白垩世, 车排子—莫索湾古隆起整体下沉, 湖岸线向南迁移至现今盆地边缘线位置, 沿高探1井西部—独山1井南部—齐古1井南部—乌鲁木齐南部—阜康东南部一线分布, 湖盆接受白垩系沉积。③古气候。早—中侏罗世中期准噶尔盆地气候温暖湿润, 自中侏罗世晚期古气候变化为半湿润—半干旱气候, 植物大量减少。自早白垩世始, 又转变为温暖湿润气候环境^[20], 植被发育。

图7

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	图7 准噶尔盆地南缘早侏罗世—早白垩世岩相古地理图

在古物源、古湖岸线、古气候分析基础上, 恢复了在南部自西向东发育古四棵树河、古安集海河、古玛纳斯河—古呼图壁河、古头屯河、古三工河等6大古水系, 北部发育莫索湾古水系影响下的岩相古地理特征。

下侏罗统八道湾组（见图7a）：①西段发育近源扇三角洲平原—前缘沉积, 艾4井—独山1井一线分布古四棵树河等古水系影响下的扇三角洲沉积; 中东段自西向东发育古安集海河、古玛纳斯河—古呼图壁河、古头屯河、古三工河等古水系影响下的远源辫状河—辫状河三角洲沉积。北部发育莫索湾古水系影响下的远源河流三角洲沉积。②现今的头屯河—郝家沟剖面距恢复的湖岸线约28 km, 沉积时该剖面南距湖岸线50~60 km; 安集海河剖面距恢复的湖岸线约45 km, 沉积时南距湖岸线65~70 km。湖岸线沿卡6井北部—奎屯北部—沙湾北部—石河子—呼图壁南部—昌吉—阜康北部一线分布。八道湾组整体上为辫状河、辫状河三角洲、滨浅湖沉积, 气候潮湿, 形成含煤的粗碎屑沉积, 中晚期湖水变深, 凹陷中央发育半深湖—深湖相。

下侏罗统三工河组沉积时期, 准噶尔盆地经历了两次大规模的湖侵, 是湖侵范围最大时期, 以湖泊和辫状河三角洲沉积为主^{[2, 11, 12]}。随着快速湖侵, 湖平面迅速上升, 煤层不发育, 盆地大部分地区被湖泊覆盖, 物源供给较少, 局部地区发育泛滥平原。

中侏罗统西山窑组沉积时期, 湖平面下降, 车排子—莫索湾低凸起隆升构成相对高地, 此时气候温湿, 是植物最为繁茂的时期, 形成大面积的泛滥沼泽、滨湖沼泽、河流沼泽环境, 成为煤层发育的极盛时期^{[2, 11, 12, 13]}。

中侏罗统头屯河组（见图7b）：①西段沿卡6井—卡10井—高探1井—西湖1井一线, 发育古四棵树河古水系影响下的近源扇/辫状河三角洲平原—前缘沉积体系; 中段为古安集海河、古玛纳斯河—古呼图壁河、古头屯河等古水系影响下的远源辫状河—河流三角洲沉积体系。随着博格达山的隆升, 准南东段发育古三工河水系影响下的辫状河三角洲沉积; 北部发育莫索湾水系影响下的远源河流三角洲沉积。②南部古天山物源区范围较八道湾组沉积时期向天山内（向南）后退。③现今头屯河—郝家沟剖面距恢复的湖岸线约13 km, 沉积时该剖面南距湖岸线约50 km; 安集海河剖面距恢复的湖岸线约30 km, 沉积时南距湖岸线50~65 km。湖岸线沿卡6井东部—西湖1井—沙湾南部—齐古1井—乌鲁木齐南部—阜康南部一线分布。头屯河组颜色呈灰绿色、灰色与紫红、褐红色的交替, 反映了温湿与干热气候交替的沉积背景, 自下而上红色条带增多, 显示沉积环境逐渐变得干旱。

上侏罗统齐古组发育河流—滨浅湖沉积^{[2, 7, 9]}, 中段主要为曲流河沉积, 头屯河剖面和玛纳斯剖面发育明显的砂薄泥厚的“ 二元结构” 。沉积物颜色呈紫红色、暗红色, 反映干热气候环境。

上侏罗统喀拉扎组（见图7c）：①车排子—莫索湾凸起持续活动, 其与北天山共同为西段提供物源。西段由于受南部古天山、北部车排子凸起的双向加持作用, 古水系转换为南北双向近源为辅、北西向轴部长源方向为主特征, 发育冲积扇—河流等陆上沉积体系; ②中东段物源区大幅度向北部、西北部迁移, 受自西向东的古安集海河、古玛纳斯河—古呼图壁河、古头屯河、古三工河等古水系控制, 发育近源的冲积扇—扇三角洲和辫状河三角洲等沉积; 北部发育莫索湾水系影响下的远源河流三角洲沉积; ③现今的头屯河—郝家沟剖面距恢复的湖岸线约23 km, 安集海河剖面距恢复的湖岸线约40 km。湖岸线沿奎屯东部—沙湾南部—石河子南部—齐古1井北部—昌吉南部—乌鲁木齐北部—阜康一线分布。整体上表现为快速剥蚀和快速沉积特征, 以紫红色、暗红色、红色沉积物为主, 反映干热的气候环境。

下白垩统清水河组（见图7d）：①西段车排子—莫索湾古隆起下沉接受沉积, 四棵树凹陷发育南部北天山古四棵树河水系影响下的扇三角洲沉积, 以及来自北部车排子低凸起的远源河流三角洲沉积。中东段物源区范围与喀拉扎组沉积时期相近, 或稍有北移, 发育自西向东古安集海河、古玛纳斯河—古呼图壁河、古头屯河、古三工河等古水系影响的冲积扇-扇三角洲和辫状河三角洲沉积; 北部发育莫索湾水系影响下的远源河流三角洲沉积。②现今的头屯河—郝家沟剖面距恢复的湖岸线约3 km, 安集海河剖面距恢复的湖岸线约8 km。湖岸线沿高探1井西部—独山1井南部—齐古1井南部—乌鲁木齐南部—阜康东南部一线分布。随着湖盆沉降幅度加大和气候由炎热干燥向潮湿转变, 湖盆不断扩大, 湖水向北、向东推进, 至早白垩世晚期, 盆地大部分地区被浅水湖泊所占据^{[1, 5, 6]}。

准南侏罗系—下白垩统受后期强烈的构造运动影响, 发生了明显剥蚀作用^[38]。现今地层剥蚀线、盆地边缘线限定了盆地内砂砾岩体的分布范围, 在此范围内, 恢复出的湖岸线控制了其两侧三角洲平原相带与前缘相带砂砾岩体的非均质性特征。深层砂砾岩储集体分布具如下特征：①头屯河组在南部天山6大古水系影响下, 西段发育扇三角洲砂砾岩体, 中东段发育辫状河—河流三角洲砂体。头屯河组剥蚀线自西向东沿四参1井北部—卡11井—西湖1井北部至奎屯之间—沙湾—石河子北部—莫索湾北部一线分布。在地层剥蚀线、盆地边缘线范围内, 沿湖岸线即呼图壁河剖面—奎屯一线以西、以南地区, 盆缘—盆地内艾4井区分布河流冲积平原、三角洲平原砂砾岩体, 厚度由300 m左右减薄至100 m左右, 分流河道与河道间泥质发育, 储集层非均质性强; 湖岸线以东、以北地区, 由盆缘至石河子以北地区, 发育三角洲前缘砂砾岩体, 厚度由约300 m减薄至小于100 m, 水下分流河道及砂坝发育, 砂岩储集层分选及物性较好（见表1）。莫索湾南部地区分布厚层三角洲前缘砂体（见图8a）。②喀拉扎组在来自南部天山和西北部车排子凸起古水系的共同控制下, 西段发育冲积扇—河流沉积砂砾岩体, 中东段发育冲积扇—扇三角洲和辫状河三角洲砂砾岩体。喀拉扎组剥蚀线自西向东沿安5井南部—沙湾南部—石河子—玛纳斯—呼图壁与芳草1井之间—阜康北部一线分布, 遭大面积剥蚀。在地层剥蚀线、盆地边缘线范围内, 沿乌鲁木齐—沙湾一线的湖岸线以西、以南地区, 盆缘—盆地内分布扇三角洲—辫状河三角洲平原砂砾岩体, 厚度由约300 m减薄至200 m, 储集层非均质性较强; 在湖岸线以东、以北地区, 自盆缘至盆地内芳草1井南部地区, 发育辫状河三角洲前缘砂砾岩体, 厚度由约300 m减薄至约100 m。莫索湾南部地区分布厚层三角洲前缘砂体（见图8b）。③清水河组恢复的湖岸线与现今盆地边缘线位置接近重合, 地层剥蚀不明显。西段发育以北部车排子凸起为物源的三角洲前缘砂体, 厚度由100 m左右向东南减薄至25 m左右; 以南部天山为物源的扇三角洲前缘砂砾岩体, 自盆缘向北至奎屯南部, 厚度由80 m左右减薄至10 m左右; 中东段以南部天山物源为主, 发育扇三角洲、三角洲前缘砂砾岩体, 由盆缘至石河子、呼图壁一线, 砂砾岩体厚度由50 m减薄至10 m。莫索湾及其南部地区有大面积三角洲前缘砂体分布, 储集层物性较好（见表1、图8c）。

图8

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	图8 准南深层头屯河组—清水河组砂砾岩储集体分布图

准南早侏罗世—早白垩世清水河组沉积时期, 物源区范围由南向北扩大, 湖盆经历扩张—萎缩—扩张、古气候经历潮湿—干旱—潮湿的演化过程。早—中侏罗世, 以来自南部古天山物源为主, 自西向东发育古四棵树河、古安集海河、古玛纳斯河—古呼图壁河、古头屯河、古三工河等6大沉积体系。西段发育近源扇三角洲—辫状河三角洲沉积体系; 中段与东段物源区由远到近演化, 发育冲积扇、河流、河流—三角洲、辫状河三角洲等沉积体系; 推测西段与中段物源区的分界线为红车断裂带。晚侏罗世—早白垩世, 随着车排子—莫索湾古隆起的发育, 西段由南部单一物源演化为南北双向物源, 由河流三角洲演变为近源扇三角洲沉积; 中段与东段发育近源辫状河三角洲—扇三角洲沉积。

恢复的古湖岸线与现今盆地边缘线呈向西北敞开的夹角, 在现今盆地边缘线北部数十千米范围内迁移。恢复的湖岸线控制了其两侧三角洲平原与前缘储集体的非均质性, 湖岸线与现今地层剥蚀线、盆地边缘线限定了砂砾岩储集体的类型与范围。头屯河组在呼图壁河剖面—奎屯一线以西、以南地区, 分布河流冲积平原、三角洲平原砂砾岩体, 非均质性较强; 以东、以北地区, 发育三角洲前缘水下分流河道及砂坝砂体, 砂体分选及物性好。喀拉扎组在乌鲁木齐—沙湾一线以西、以南地区, 发育扇三角洲—辫状河三角洲平原砂砾岩体, 以东、以北地区分布辫状河三角洲前缘砂砾岩体, 物性较好。清水河组南部天山物源的扇三角洲前缘砂体主要分布在四棵树凹陷和玛纳斯—呼图壁背斜带; 北部车排子物源的三角洲前缘砂体储集性也较好。

上述认识为准南深层下组合油气勘探提供了地质依据。同时, 在现今前陆冲断带内恢复出大面积砂砾岩体, 为前陆冲断带下盘深层油气勘探提供了可能性。

致谢：翟羿程、樊小容、朱利江、付强等同志参与了本文野外露头地质调查与沉积特征研究等工作; 钻井与岩心沉积相研究等得到了中国石油新疆油田公司李学义教授、张健高级工程师、魏凌云高级工程师的大力支持, 在此一并致谢！

（编辑 魏玮）