準噶爾盆地哈山南緣下侏羅統重礦物特征及地質意義

劉椏穎

(中國石化勝利油田西部新區研究中心，山東 東營 257015)

相對密度大于2.86的礦物稱為重礦物，它在巖石中的含量很少，一般不超過1%。重礦物耐磨蝕、穩定性強，能較多地保留其母巖的特征，因此在盆地分析中，用于物源分析、古構造活動、地層對比和巖相古地理恢復等多項研究［1-7］。比如重礦物特征指數可以研究物源方向和沉積物搬運距離的長短，利用重礦物組成恢復母巖，利用黃鐵礦、褐鐵礦對沉積環境和古氣候進行分析［7-12］。

哈拉阿拉特山(哈山)南緣地理上位于新疆維吾爾自治區克拉瑪依市烏爾禾區西北部，構造上位于準噶爾盆地與和什托洛蓋盆地結合部，處于哈德構造帶的西段，北倚哈山，南接瑪湖凹陷。截止目前，油氣勘探取得了豐碩的成果，發現了烏爾禾、風城等油田，并在山前多口探井淺層見油氣顯示。侏羅系是該區的重要勘探層系，但是由于構造運動，地層剝蝕嚴重，殘余地層主要為侏羅系八道灣組(J1b)和三工河組(J1s)。對殘余的下侏羅統地層沉積相研究一直存在爭議，目前關于該區侏羅系物源、沉積環境等方面的研究很少。本文以期通過對研究區10口井136個樣品的重礦物特征分析，為侏羅系沉積相、沉積體系的研究提供指導意見，從而為不斷深入的勘探開發工作奠定基礎。

1 重礦物特征

研究區侏羅系砂巖樣品中鑒定出重礦物有20多種，包括鋯石、電氣石、石榴石、磁鐵礦、輝石、角閃石、藍晶石、榍石、十字石、尖晶石、黃鐵礦、褐(赤)鐵礦、金紅石、白鈦礦、板鈦礦、鈦鐵礦、綠簾石、褐簾石、陽起石、剛玉、透輝石、紅簾石等。其中以鋯石、電氣石、石榴石、黃鐵礦和氧化鈦礦物為主，參見表1。

穩定重礦物組合，包括TiO2礦物(金紅石、銳鈦礦、板鈦礦和白鈦礦)、鋯石、電氣石。不穩定礦物組合主要是褐簾石、綠簾石、黝簾石、黑云母、黃鐵礦、普通輝石和普通角閃石。研究區重礦物含量隨著深度不同層位呈現一定規律性(圖1)。鋯石和石榴石含量隨深度自下而上，由低變高再變低，黃鐵礦含量由高變低再變高。褐簾石、綠簾石等簾石含量整體偏低，在石榴石含量低值時顯示高值。

2 地質意義

2.1 對構造演化的啟示

每一期的構造運動都會對同沉積的沉積重礦物成分有所影響。當構造活動強烈時，地形高差大，沉積物剝蝕和沉積速率大，碎屑物從剝蝕到沉積經歷的時間短;風化作用弱，不穩定重礦物易保存，穩定重礦物含量相對少。反之，遭受風化作用強，穩定重礦物含量就會增加。ZTR指數，即電氣石、鋯石和金紅石三種礦物占總重礦物的百分含量，作為重礦物組合成熟度的一個度量。其值越大，礦物的成熟度越高。礦物成熟度高表明構造活動弱，風化作用強。

表1 哈山南緣下侏羅統重礦物含量統計Table 1 Statistics of the heavy mineral contents in the Lower Jurassic strata in southern Mt.Hala’alate，Junggar Basin

圖1 哈山南緣淺層重礦物分布特征Fig.1 Distribution of the heavy minerals from the Lower Jurassic strata in southern Mt.Hala’alate，Junggar Basin

根據圖1，侏羅系八道灣組(J1b)穩定重礦物鋯石平均含量低于三工河組(J1s)，白堊系的鋯石含量最低。次穩定重礦物石榴石含量也具有相同趨勢;不穩定重礦物綠簾石、黝簾石等含量趨勢與鋯石、石榴石的含量相反。鋯石和石榴石含量高時，簾石含量低。ZTR指數在去掉幾個異常高值后，也表現出了八道灣組比三工河組值低，白堊系整體最低的特征。由此推斷在八道灣組沉積時期構造活動相對三工河組時期強，在早白堊世之前哈山進一步隆升，地層剝蝕為下白堊統的沉積提供豐富的物源，造成了ZTR指數低值，重礦物組合近源特征。

2.2 對物源分析的指示

重礦物作為砂巖碎屑物質的重要組成部分，隨其它碎屑物質一起從物源區剝蝕、搬運、沉積。在搬運過程中，不穩定的重礦物隨著搬運距離的增大而減少，而穩定重礦物的相對含量升高，ZTR值也會變大［6］。

圖2 準噶爾盆地哈山南緣早侏羅世物源分析Fig.2 Provenance analysis of the Lower Jurassic strata in southern Mt.Hala’alate，Junggar Basin

表2 哈山南緣重35、重29、重33、重34井下侏羅統砂巖重礦物組成及相對含量(%)Table 2 Heavy mineral compositions and contents in the Lower Jurassic sandstones from the wells 35，29，33 and 34 in southern Mt.Hala’alate，Junggar Basin

對研究區現有的重礦物資料進行分析，發現穩定重礦物含量/不穩定重礦物含量從哈山向盆內逐漸增大，ZTR值的變化也指示相同的規律，表明物源方向由西北向東南方向(圖2)。

不同類型的母巖其礦物組分不同，經風化破壞后會產生不同的重礦物組合，因此可以利用重礦物恢復母巖。例如:晶型完好的鋯石、電氣石和磷灰石伴有少量黑云母的礦物組合指示母巖為花崗巖;石榴石、鋯石、綠簾石、十字石、藍晶石組合表明母巖為變質巖;而磁鐵礦、鈦鐵礦、輝石和角閃石則是基性火山巖的標志;磷灰石、金紅石、電氣石(粉紅色變種)和錫石表明母巖具有酸性巖漿巖的特征［6-7］。從重礦物組成看，重35井區以鋯石+鈦鐵礦+黃鐵礦為主，含量約占86%，其余為磁鐵礦、白鈦石、普通輝石等，表現母巖為中性及基性巖漿巖。重29、重33重34井區重礦物以鋯石+白鈦石+石榴石為主，約占61.7%，十字石、藍晶石、黑云母、電氣石含量的增加，表現出母巖含有變質巖的特征(表2)。由此推測研究區可能存在兩個不同母巖區的物源，重29井區和重35井區的物源可能不同。

2.3 對古氣候的指示

沉積礦物學是目前分析陸緣海環境的主要手段。前人總結了多種示蹤沉積環境的礦物學指標，其中包括用海綠石、自生黃鐵礦、鐵錳氧化物等揭示氧化-還原環境［12］。

據表1，研究區各井侏羅系八道灣組重礦物組分赤(褐)鐵礦含量不均，平均3.7%，反映了早侏羅世氣候溫熱。其中重30井褐鐵礦含量最高(50.4%)、重19井(34.2%)、重33 井(20.3%)、重29井(14.3%)高褐鐵礦的含量表明沉積時曾暴露地表或氣候干燥，其余各井其含量低于10%。

據前人研究，自生黃鐵礦大量形成于強還原環境，一般為淺海的強還原帶［8-12］。研究區自生黃鐵礦的含量很高，均值為56.4%，含量超過70%的樣品占總樣品數的52%，表明水體循環不暢的缺氧還原環境分布范圍比較廣。其中重3井自生黃鐵礦含量均值為74%，最高可達100%，表明沉積環境為強還原環境。重35井黃鐵礦含量為37.8%～89.1%，富集的黃鐵礦表明了穩定的沉積水體的存在。重34井自生黃鐵礦含量均偏低，為0.6% ～24%，由于黃鐵礦為不穩定重礦物，含量少，可能是由于遠離物源或是沉積環境為陸上。其它井不同深度樣品黃鐵礦含量為0～98%，變化很大，推測由于季節性洪水、暫時性水流造成沉積水體的快速變化，水平面升降頻繁。

綜合分析認為哈山山前下侏羅統地層沉積時期，氣候溫暖潮濕，季節性洪水充沛，水體變化較快，湖平面上升和下降交互。推測重19、重28、重33井區處于海陸交互相，重30井區為陸上沉積，重35井區為水下沉積。

2.4 對沉積相的指示意義

研究區位于準噶爾盆地西北部烏夏斷階的哈拉阿拉特山近岸帶，地形高低起伏。在這些山前隆起斷裂造成的陡坡帶，易形成沖積扇、扇三角洲、辮狀河等粗粒沉積。該區侏羅系八道灣組是以大段灰色、灰綠色中粗礫巖、砂礫巖、砂巖為主，夾泥巖、煤層的沉積。結合前述分析結果，兩個以上豐富的物源供給，氣候溫暖潮濕，充沛的雨量，地形高差大的陡坡帶，都是形成沖積扇的有利條件。沖積扇攜帶沉積物的水流，從沖積扇上的河道末端漫出，形成寬闊的淺水帶，在扇間凹地、地勢低洼的地方淤積形成濕地(一種地形平坦，地面常年潮濕，有很淺積水(水深通常小于2m)，被繁茂植物廣泛覆蓋的沉積環境［13］)或沼澤化湖泊。濕地、沼澤、封閉的淺水有利于自生黃鐵礦的形成，提供封閉的還原環境和高硫化氫環境。辮狀河長期穩定的水流和發育良好的水道，不易形成雜亂堆積礫石混雜的粗碎屑沉積，加之黃鐵礦為不穩定重礦物，易風化，發育穩定的水道不易保存。扇三角洲前緣是沖積扇入湖(海)部分，遠離哈山的重19井高褐鐵礦的含量表明暴露地表陸上沉積的特征。因此推測哈山南緣侏羅系八道灣組以沖積扇沉積為主。這與雷振宇(2005)提出的準噶爾西北緣扇體群發育的描述相符［14］。

3 結論與認識

(1)準噶爾盆地哈山在侏羅系八道灣組沉積時期構造活動比三工河組沉積時期強烈，最強烈時期在早白堊世沉積前，地層剝蝕嚴重。

(2)準噶爾盆地哈山南緣早侏羅世物源方向西北，存在兩個不同母巖區的物源。母巖類型以中基性巖漿巖為主，另一物源含有變質巖母巖特征。

(3)準噶爾盆地哈山南緣早侏羅世，氣候溫暖潮濕，洪水期和平水期交互，湖平面上升下降頻繁，常有洪水作用并攜帶大量碎屑物，形成了侏羅八道灣組粗粒沉積。

(4)研究區侏羅系八道灣組以沖積扇沉積為主，多個物源供給，多個扇體疊合連片，組成了準噶爾盆地西北緣的扇體群。

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