前陆盆地系统的概念由DECELLES等在1996年提出^[1]，随后地质学家沿用该概念开展了大量的前陆盆地构造演化、沉积特征等方面的研究^[2-5]。前人对前陆盆地前渊带的岩石学和沉积学特征进行了系统的研究，成果丰富，但对于隆后盆地的沉积特征研究较少。隆后盆地常处于盆地腹部，紧邻生油母岩，勘探潜力巨大。近年来，隆后盆地的勘探成果越来越多，已经成为研究热点和重点勘探目标区。准噶尔盆地腹部位于前陆盆地系统的隆后盆地，油气资源丰富，该区侏罗系三工河组获得了重大油气勘探突破^[6-8]，中国石油新疆油田公司先后在该区W36、W21、W13等井区发现气藏，W41、W43、W46等井区发现油藏。

该隆后盆地三工河组岩性简单，但该组厚度和岩性横向变化较快，且规律性不强，前人对三工河组沉积相做过一定的研究，但认识并不统一^[9-11]。目前，对于该隆后盆地沉积特征的认识存在两方面争议：(1)沉积相类型、沉积相控制因素；(2)物源分布及其对沉积相的影响。随着该隆后盆地油气勘探的不断深入，这些问题成为制约勘探进程的主要因素^[12-14]。何登发等^[12]认为准噶尔盆地腹部三工河组为辫状河三角洲平原和前缘亚相，三工河组沉积期水体较浅，为浅水型三角洲。鲍志东等^[13]划分了盆1井西凹陷东南缘三工河组基准面旋回，并认为三工河组广泛发育滨浅湖，三工河组储层主要形成于滨浅湖滩坝。孙靖等^[14]认为准噶尔盆地中部三工河组中段沉积受古地貌的影响，水下古沟槽主要为三角洲水下分流河道沉积，古隆起为支流间湾沉积，而非物源区。近年来，随着钻井、地震、岩心以及分析测试资料的不断丰富，对三工河组的沉积相认识越发清晰。本文在梳理前人对三工河组沉积相研究的基础上，依据地球物理、岩心和野外地质剖面等资料，明确了隆后盆地三工河组沉积相类型及其分布特征，并分析了隆后盆地三工河组沉积期的物源特征，讨论了前陆盆地前渊带和隆后盆地在沉积、物源和油气藏类型等方面的差异性。

1.   区域地质概况

准噶尔盆地南邻北天山，北接阿尔泰山，勘探面积近13×10⁴ km²，是我国重要的含油气盆地^[15-17]。构造位置上，盆地夹持于塔里木板块、西伯利亚板块和哈萨克斯坦板块之间，形似三角形^[18]。侏罗纪准噶尔盆地西缘受哈萨克斯坦板块的挤压，在盆地西缘和西北缘形成前陆盆地，玛湖凹陷为前渊带，向东过渡为前隆和隆后盆地(图 1a-b)。准噶尔盆地腹部属该前陆盆地系统的隆后盆地，位于中央坳陷二级构造单元西北部，进一步划分为石西凸起、莫北凸起、盆1井西凹陷等3个三级构造单元^[19-20](图 1a)。3个构造单元的三工河组均有良好的油气显示，勘探实践证明，三工河组是腹部重要的油气产层。

图  1  准噶尔盆地腹部研究区构造位置(a-b)及其侏罗系三工河组岩性—沉积相综合柱状图(c)

a.研究区位置；b.研究区隆后盆地构造位置；c.三工河组综合柱状图。

Figure  1.  Structural location of hinterland of Junggar Basin in study area (a-b) and composite column of lithology and sedimentary facies in Jurassic Sangonghe Formation (c)

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2.   三工河组岩性特征

准噶尔盆地腹部三工河组与下伏八道湾组和上覆西山窑组均为整合接触^[21-23]。三工河组可划分为下段、中段和上段，其中下段是三工河组粒度最粗的层段，岩性以灰色、棕色厚层砾质砂岩、含砾细砂岩、细砂岩为主，夹薄层泥岩(图 1c)。平面上，粒度较粗的砂岩主要分布在研究区东北部、东部，而西北部、西部、南部粒度较细。中段以灰色块状泥岩为主，夹薄层泥质粉砂岩；上段以灰色细砂岩、泥质粉砂岩为主，顶部还发育厚约4 m的煤层。

岩石薄片鉴定表明，三工河组样品平均石英含量为26.8%，岩屑含量为38.1%，长石含量为35.1%，因此，三工河组多为长石岩屑砂岩(图 2，图 3)。砂岩中岩屑多为火山岩岩屑，具体包括安山岩岩屑和凝灰岩岩屑。除了石英、长石、岩屑等主要造岩矿物外，研究区砂岩中还含有少量的其他组分，如霏细岩、千枚岩、高岭石、花岗岩碎屑、硅质岩碎屑、云母石英片岩、菱铁矿团块、安山岩、硅质岩等。虽然这些组分含量相对较少，但对三工河组沉积物来源有一定的指示作用。砂岩中碎屑颗粒多呈次棱角状，分选中等，因此，三工河组砂岩成分成熟度和结构成熟度均较低。

图  2  准噶尔盆地腹部侏罗系三工河组岩矿三端元图

Figure  2.  Ternary diagram of rock-mineral composition in Jurassic Sangonghe Formation, hinterland of Junggar Basin

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图  3  准噶尔盆地腹部侏罗系三工河组长石岩屑砂岩镜下特征

a.W58井，2 755.7 m；b.W50井，3 128.6 m；c.W50井，3 144.5 m；d.W50井，3 161.8 m。

Figure  3.  Microscopic characteristics of feldspar lithic sandstone in Jurassic Sangonghe Formation, hinterland of Junggar Basin

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3.   沉积相类型

根据岩心、野外剖面和测井资料分析，三工河组沉积相类型包括辫状河三角洲相、湖泊相和湖底扇相等，其中辫状河三角洲相进一步划分为平原和前缘2个亚相。

3.1   辫状河三角洲平原亚相

辫状河三角洲平原亚相进一步划分出分支河道微相和河道间微相。分支河道微相岩性以棕色、紫红色砾质砂岩、含砾砂岩(图 4a-b)、中—细砂岩为主，夹棕色泥岩(图 4c)。砂砾岩中常见冲刷面，冲刷面之上常被灰色、棕色泥砾以及灰白色、灰色火山岩砾石充填(图 4a)。分支河道微相的测井相多呈齿化钟形(表 1)。河道间微相岩性粒度较细，以灰色块状泥岩、粉砂质泥岩为主，可见砂纹层理，测井曲线齿化严重(表 1)。

图  4  准噶尔盆地腹部三工河组辫状河三角洲和湖底扇相岩心特征

a.具冲刷面含砾中、细砂岩，W58井，3 192.48 m；b.含棕色泥砾和碳屑细砂岩，W58井，3 032.62 m；c.棕色泥岩，W58井，3 234.51 m；d.滑塌变形构造，W50井，4 045.59 m；e.波状层理，W50井，4 047.18 m；f.砂纹层理与脉状层理，W50井，3 311.32 m；g.鲍马序列“A”段，W35井，4 016.07 m；h.鲍马序列“A-B”段，W46井，4 225.74 m。

Figure  4.  Core characteristics of braided river delta and sublacustrine fan facies in Sangonghe Formation, hinterland of Junggar Basin

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表  1  准噶尔盆地腹部侏罗系三工河组沉积相划分方案及特征

Table  1.  Classification scheme and characteristics of sedimentary facies in Jurassic Sangonghe Formation, hinterland of Junggar Basin

相	亚相	微相	岩性特征	沉积构造及沉积韵律	电性特征	测井曲线
辫状河三角洲	平原	分流河道	棕色砾质砂岩、含砾砂岩、中一细砂岩	平行层理、板状交错层理，正韵律	GR值低-中，Rt值高，测井相为箱形和钟形
		河道间	灰绿色泥岩、粉砂岩、粉砂质泥岩	砂纹层理，水平层理	GR值中-高值，Rt值低，齿化严重
	前缘	水下分流河道	灰色细砂岩、粉砂岩	滑塌变形构造、波状层理、脉状层理，正韵律	GR值低-中，Rt值高，测井相为箱形和钟形
		河口砂坝	灰色细砂岩、粉砂岩	波状层理、平行层理，逆韵律	GR值低-中，Rt值高，测井相为漏斗形
		支流间湾	灰色泥岩	砂纹层理，水平层理	GR值中-高值，Rt值低，齿化严重
湖底扇	扇根-扇中	浊流、分流河道	灰色细砂岩、粉砂岩	鲍马序列，正韵律	GR值中，Rt值中-高，测井相为齿化钟形
湖泊	滨浅湖		灰色粉砂岩、泥质砂岩	砂纹层理，透镜状层理	GR值中-高值，Rt值较低，测井相为指状
	半深湖		灰色泥岩夹泥质砂岩	水平层理	GR值高值，Rt值低，测井曲线弱齿化

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3.2   辫状河三角洲前缘亚相

辫状河三角洲前缘亚相进一步细分出水下分流河道、河口砂坝和支流间湾等微相。水下分流河道微相粒度较细，以灰色细砂岩、粉砂岩为主，岩心中可见滑塌变形构造、波状层理、砂纹层理、脉状层理等(图 4d-f)。与陆上分支河道相比较，水下分流河道岩石粒度较细，层理的规模较小，沉积物颜色以灰色为主，少见棕色、紫色等自生氧化色。河口砂坝微相分布在河口末端，岩性为细砂岩和粉砂岩，岩性组合常见下细上粗的逆韵律，测井相多呈漏斗形(表 1)。

3.3   湖底扇相及湖泊相

湖底扇相以灰色含砾砂岩、细砂岩为主，岩心中可见鲍马序列(图 4g-h)。鲍马序列多发育不全，以“A”段(粒序层理段)最为常见(4g-h)，其次为“B”段(平行层理)。粒序层理段以细砂岩为主，垂向上呈正韵律；平行层理段以细砂岩、粉砂岩为主，湖底扇测井相多为齿化钟形(表 1)。湖泊相划分为滨浅湖和半深湖亚相，滨浅湖以灰色、深灰色泥岩为主，夹薄层状粉砂岩、泥质粉砂岩，测井相呈指状；半深湖以灰色泥岩为主，夹薄层粉砂岩、泥质粉砂岩，测井曲线具有高伽马低电阻的特点，且齿化严重(表 1)。

4.   沉积相演化

4.1   沉积相平面分布特征

通过三工河组沉积相连井对比分析，明确沉积相横向变化和平面分布特征。三工河组下段沉积相类型变化较大，南北向剖面分析表明，剖面北部沉积物粒度较粗，以棕色、灰绿色含砾砂岩为主，为辫状河三角洲平原亚相；向南变为灰色、深灰色细砂岩、粉砂岩，常见逆韵律，为前缘亚相；至W35、W36井则变为厚度较大的具鲍马序列灰色细砂岩，对应的沉积相类型为湖底扇相(图 5)。东西向剖面分析表明，剖面东部发育辫状河三角洲前缘亚相，测井相包括齿化钟形和齿化漏斗形，向西相变为湖底扇相(图 6)。湖底扇相测井相以齿化钟行为主，沉积物粒度较前缘亚相粗，以含砾粗砂岩、中砂岩为主。地震剖面中，辫状河三角洲前缘为前积反射结构，湖底扇分布区多为透镜状、丘状反射结构，横向连续性较差(图 7)。

图  5  准噶尔盆地腹部侏罗系三工河组沉积相南北向对比剖面

剖面位置见图 8。

Figure  5.  Comparison of north-south trending sedimentary facies in Jurassic Sangonghe Formation, hinterland of Junggar Basin

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图  6  准噶尔盆地腹部侏罗系三工河组沉积相东西向对比剖面

剖面位置见图 8。

Figure  6.  Comparison of east-west trending sedimentary facies profiles in Sangonghe Formation, hinterland of Junggar Basin

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图  7  准噶尔盆地腹部侏罗系三工河组下段湖底扇透镜状反射构造

剖面位置见图 8。

Figure  7.  Lens-shaped reflective structure of sublacustrine fan in lower section of Jurassic Sangonghe Formation, hinterland of Junggar Basin

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根据三工河组沉积相对比分析可知，平面上，辫状河三角洲平原亚相分布在研究区西北部，并向盆地方向相变为前缘亚相。湖底扇相分布在盆地深水区，可识别出W46和W37等2个大型湖底扇(图 8)。

图  8  准噶尔盆地腹部侏罗系三工河组沉积相平面分布

Figure  8.  Planar distribution of sedimentary facies in Jurassic Sangonghe Formation, hinterland of Junggar Basin

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4.2   沉积相演化

三工河组下段沉积期砂地比不断减少，属湖平面不断上升期的退积沉积，该期物源供应充分，辫状河三角洲广泛分布在盆地周缘，而盆地深水区发育湖底扇。中段沉积期，研究区以泥岩为主，湖平面达到最大，广泛发育半深湖—深湖，自然伽马值也达到最大值(图 5)，物源对研究区的影响最小。实际上，三工河组沉积期是准噶尔盆地侏罗纪湖平面最高的时期，不仅研究区沉积厚层泥页岩，盆地边缘也广泛发育滨浅湖泥岩^[24]。如准噶尔盆地西缘吐孜阿克内沟三工河组剖面中可见三工河组中段发育厚层泥岩，而三工河组上段砂地比逐渐增大，表明三工河组上段沉积期湖平面不断下降(图 9)。多井测井相统计也表明，三工河组上段以砂泥岩组成的反韵律为主，体现了物源供应变得充分，三角洲不断向盆地进积，同时，湖平面不断下降。因此，三工河组沉积期湖平面先上升后下降，沉积相类型由辫状河三角洲前缘(平原)相变为半深湖—深湖相，最后复变为辫状河三角洲前缘(平原)亚相。

图  9  准噶尔盆地吐孜阿克内沟侏罗系三工河组中段和上段地质剖面特征

Figure  9.  Geological profile characteristics of middle and upper sections of Jurassic Sangonghe Formation in Tuziakneigou, Junggar Basin

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4.3   沉积相主要影响因素

4.3.1   古地貌

三工河组沉积相类型及其展布主要受到古地貌和物源的影响。古地貌受控于坡折带类型和分布，三工河组沉积期，研究区坡折带以正断层形成的构造坡折带为主。研究区北部和东部发育多条同沉积正断层，这些正断层是形成断层坡折带的主要因素。整体来看，正断层坡折带分为两级，其中盆地边缘外侧的正断层规模较大，活动性较强，控制着研究区的Ⅰ级坡折带。盆地边缘内侧的正断层控制着研究区的Ⅱ级坡折带(图 10)。根据地震剖面解释发现，控制Ⅰ级坡折带的断裂早期活动性较强，尤其在三工河组下段沉积期活动性最强，同时，该期湖底扇也最发育。

图  10  准噶尔盆地腹部地震剖面侏罗系三工河组二级坡折带特征

剖面位置见图 8。

Figure  10.  Seismic profile showing characteristics of secondary slope-break zone in Jurassic Sangonghe Formation, hinterland of Junggar Basin

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沉积相类型及其展布与坡折带匹配关系表明，坡折带之上是构造高部位，属浅水区，沉积相类型以辫状河三角洲平原和前缘为主；坡折带之下为构造低部位，属深水区，以半深湖—深湖和湖底扇为主。地震剖面中，坡折带之下可见清晰的前积反射结构，再往盆地沉降中心可见丘状反射结构。坡折带成为连接辫状河三角洲和湖底扇的“纽带”，起到输送沉积物的作用。

4.3.2   物源

研究区位于准噶尔盆地腹部，三工河组沉积期研究区周围分布多个方向的物源，这些物源对三工河组沉积相类型及其分布的影响不同^[14]。目前对于不同物源方向及其影响范围的研究较弱，这也制约着三工河组的油气勘探和开发工作。通过重矿物平面分布可以明确三工河组沉积期研究区周缘分布着准噶尔盆地西北、东北和东南等3个物源，而非前人认为的仅存在西北和东北2个方向的物源。

重矿物组合特征能够指示物源分布特征^[25]。选取锆石、石榴子石、电气石、白钛石、钛铁矿、磁铁矿、褐铁矿、黑云母、绿泥石等矿物分析三工河组物源。根据18口井340余块样品重矿物分析表明，西北物源重矿物组合为：白钛石—锆石—钛铁矿—电气石—石榴子石组合。W37井区湖底扇受到东北物源的影响，重矿物组合为：白钛石—锆石—磁铁矿—石榴子石—黑云母组合。W46井区湖底扇受到东南物源的影响，其重矿物组合为：锆石—白钛石—磁铁矿—钛铁矿—石榴子石组合(图 11)。

图  11  准噶尔盆地腹部侏罗系三工河组重矿物组合特征

Figure  11.  Heavy mineral assemblage characteristics of Jurassic Sangonghe Formation, hinterland of Junggar Basin

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5.   讨论

准噶尔盆地西缘前陆盆地凹陷区包括了前渊带和隆后盆地等2个区域，虽然同为洼陷区，但前渊带与隆后盆地沉积特征和油气藏类型等方面存在差异。

该前陆盆地的前渊带包括了玛湖凹陷的全部区域，前人对该凹陷沉积特征的研究较多。三工河组沉积期，该前渊带沉积相类型包括扇三角洲相、辫状河三角洲相、湖泊相等。扇三角洲相沉积物以砾岩为主，平均厚度约为150 m，辫状河三角洲相沉积物以砾质砂岩和中—粗砂岩为主，向前渊带深水区相变为半深湖—深湖相^[13，26]。另外，三工河组下伏八道湾组岩性亦为砾岩，其分布面积和厚度远较三工河组大^[27]。因此，整体上来看，该区域沉积物粒度较粗，厚度大，符合山前沉积的特征。准噶尔盆地腹部位于前陆盆地的隆后盆地区，沉积物的粒度明显较前渊带细。隆后盆地沉积相类型以辫状河三角洲、湖底扇、湖泊相为主。辫状河三角洲主要发育前缘亚相，沉积物以细砂岩和粉砂岩为主；湖底扇分布在隆后盆地坡折带之下的半深湖—深湖区，沉积物以细砂岩和粉砂岩为主；湖泊相以半深湖—深湖为主，沉积物以暗色泥岩、砂质泥岩为主。因此，前陆盆地前渊带和隆后盆地区在沉积相类型、沉积物类型等方面存在较大差异(图 12)。隆后盆地中其他层位在沉积物类型和沉积相特征等方面与三工河组类似^[28]，表明区域构造背景和古地貌对沉积环境具有重要影响。

图  12  前陆盆地系统中前渊带与隆后盆地沉积特征

Figure  12.  Sedimentary characteristics of foredeep zone and post-uplift basin in foreland basin system

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在油气藏类型方面，两类凹陷也存在一定差异，油气勘探实践表明，前渊带以构造油气藏为主，如在克乌断裂带逆断层上盘发育我国最大的砂砾岩构造油气藏；隆后盆地以岩性油气藏和构造—岩性油气藏为主，如在盆1井西凹陷发育湖底扇砂砾岩形成的岩性油气藏。

在隆后盆地的西部和西南部不发育辫状河三角洲，且以滨浅湖和半深湖为主(图 8)，沉积物粒度较细，以泥岩和粉砂岩为主。因此，可以推断在三工河组沉积期前陆盆地的前隆带为水下低凸起，并没有为隆后盆地提供物源，且逆冲推覆带(造山带楔状体)物源也没有对隆后盆地造成影响，这与前述沉积相及物源分析结果一致。

6.   结论

(1) 准噶尔盆地腹部侏罗系三工河组沉积相类型包括辫状河三角洲相、湖底扇相和湖泊相。辫状河三角洲相是主要沉积相类型，划分为平原和前缘2个亚相，其中，前缘亚相分布最广泛。湖底扇相以发育鲍马序列为主要特征，分布在研究区深水区，即盆1井西凹陷。

(2) 坡折带是控制三工河组沉积相类型和展布的主要因素。三工河组沉积期坡折带为正断层坡折带，坡折带之上为浅水区，广泛分布辫状河三角洲平原和前缘亚相；坡折带之下为深水区，以湖底扇和半深湖—深湖沉积为主。三工河组沉积期，湖平面先上升后下降。

(3) 三工河组沉积期，研究区存在3个物源，分别为北部、东北部和东南部等物源，其中北部物源影响石西地区；东北物源影响着莫北地区辫状河三角洲和W36井区湖底扇沉积；东南物源影响研究区南部辫状河三角洲和W46井区湖底扇沉积。

(4) 前陆盆地前渊带和隆后盆地沉积特征差异较大，前渊带沉积物粒度粗、厚度大，符合山前沉积的特征；隆后盆地沉积物粒度细，沉积相类型以辫状河三角洲、湖底扇和湖泊相为主。另外前渊带油气藏类型以构造油气藏为主，而隆后盆地以构造—岩性和岩性油气藏为主。