張景琦，韓小鋒，楊占龍

（1.中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京102249；2.中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院，蘭州730020；3.中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，西安710054）

吐哈盆地鄯善弧形帶三間房組二段重礦物物源分析

張景琦1，2，韓小鋒3，楊占龍2

（1.中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京102249；2.中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院，蘭州730020；3.中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，西安710054）

利用重礦物的相關(guān)性分析、因子分析、Q型聚類分析、穩(wěn)定系數(shù)分析、平面組合特征分析以及古地貌地形分析等，對吐哈盆地鄯善弧形帶三間房組二段的重礦物組分進(jìn)行了統(tǒng)計研究，認(rèn)為該區(qū)母巖類型主要為沉積巖和變質(zhì)巖，分別對應(yīng)南部塔克泉凸起主要物源區(qū)和東南部了墩隆起次要物源區(qū)，其中塔克泉凸起物源區(qū)主要控制弧形帶丘陵地區(qū)辮狀河三角洲扇體展布形態(tài)，了墩隆起物源區(qū)主要控制溫吉桑地區(qū)辮狀河三角洲扇體展布形態(tài)，丘陵東部地區(qū)則為兩大物源交匯區(qū)。

重礦物；物源分析；鄯善弧形帶；吐哈盆地

0 引言

吐哈盆地位于哈薩克斯坦板塊東南端，東北側(cè)為西伯利亞板塊，南側(cè)為塔里木—中朝板塊。鄯善弧形帶位于吐哈盆地臺北凹陷中央，面積約2000km2［1］。自20世紀(jì)80年代末，吐哈油田在鄯善弧形帶先后鉆井1 200余口，分析測試了大量巖心重礦物數(shù)據(jù)，為重礦物特征分析及精細(xì)物源確定打下了堅實(shí)的資料基礎(chǔ)［2］。鄯善弧形帶三間房組二段主要發(fā)育辮狀河三角洲沉積體系，單砂層厚度較大，是一套良好的儲層，確定其物源方向，有利于查明主力砂體的展布特征，對該區(qū)巖性油氣藏進(jìn)一步勘探具有重要意義。前人研究認(rèn)為該區(qū)砂體主要受弧形帶南部單一物源的影響［3］。同時，前人在進(jìn)行物源分析時，主要以地層組為單位，針對全盆地進(jìn)行分析，但由于前期平面鉆井分布相對較少，重礦物分析手段單一（僅使用了重礦物平面組合特征分析一種方法），故早期的研究成果內(nèi)容偏宏觀，不能滿足該區(qū)精細(xì)勘探的需求。鑒于此，筆者采用目前國內(nèi)外主要的重礦物分析手段，包括重礦物相關(guān)性分析、因子分析、Q型聚類分析、穩(wěn)定系數(shù)分析和平面組合特征分析等［4］，對研究區(qū)重礦物組分作更為細(xì)致的統(tǒng)計研究，進(jìn)一步明確弧形帶物源區(qū)分布及影響范圍，以查明研究區(qū)沉積體系的平面展布特征。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

吐哈盆地受控于哈薩克斯坦板塊和塔里木板塊的離散、匯聚與拼接，同時受到西伯利亞板塊和青藏高原的影響，盆地北部山前帶的發(fā)展經(jīng)歷了多期、多階段構(gòu)造運(yùn)動的疊加和改造。鄯善弧形帶由一組多期活動的逆沖斷裂疊加復(fù)合而形成，斷裂對其形成演化具有重要的控制作用［5］（圖1）。

圖1 鄯善弧形帶構(gòu)造位置Fig.1 Structural location of Shanshan arcuate belt

鄯善弧形帶主要發(fā)育侏羅系、白堊系、古近系和新近系地層，其中侏羅系為主要含油層系，自下而上依次包括西山窯組、三間房組和七克臺組，三間房組是目前最重要的勘探目的層系。結(jié)合地震、測井、巖心及露頭資料，對弧形帶進(jìn)行了四級層序地層劃分與對比，將三間房組劃分為5個層段。

通過沉積微相等分析發(fā)現(xiàn)，三間房組一段至五段具有一定的繼承性，但是在不同層序發(fā)育期，由于局部構(gòu)造活動及物源供給的影響，弧形帶砂體展布特征有一定程度的變化，因此對弧形帶三間房組分層段進(jìn)行物源分析及砂體展布特征研究就顯得十分必要。通過層序劃分和對比及沉積微相研究，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)區(qū)域性蓋層對油氣聚集控制作用明顯。三間房組二段發(fā)育辮狀河三角洲沉積體系，單砂層厚度大，底部發(fā)育一套優(yōu)質(zhì)的泥質(zhì)烴源層，靠近生烴中心，同時受到三間房組一段底部泥巖段區(qū)域性蓋層的影響，儲集層物性較其他層段好，是三間房組主要的含油氣層系。

2 巖石學(xué)特征

2.1 輕礦物類型及含量分布

輕礦物是指碎屑巖中密度小于2.86 g/cm3的陸源碎屑礦物，主要包括石英、長石、方解石及沸石等，約占陸源碎屑的99.5%～99.9%［6］。對鄯善弧形帶三間房組砂體的30余口典型井進(jìn)行了薄片觀察和分析，并制作了三端元圖（圖2）。圖2反映出弧形帶三間房組二段砂巖輕礦物組成大致相同，巖屑體積分?jǐn)?shù)為30%～40%，石英體積分?jǐn)?shù)小于30%，砂巖主要為長石巖屑砂巖，含少量巖屑砂巖，砂巖礦物成熟度中等，表現(xiàn)為辮狀河三角洲沉積體系的砂巖特征。

圖2 鄯善弧形帶三間房組二段輕礦物三端元圖Fig.2 Three-end-number diagram of light minerals of the second member of Sanjianfang Formation in Shanshan arcuate belt

2.2 重礦物類型及含量分布

重礦物是指碎屑巖中密度大于2.86 g/cm3的陸源碎屑礦物。碎屑沉積物中重礦物的總體特征可反映母巖的性質(zhì)、水體的動力條件和重礦物的搬運(yùn)距離。重礦物按其化學(xué)特征和抗風(fēng)化能力分為穩(wěn)定礦物和不穩(wěn)定礦物［7］。

本次研究共分析了鄯善弧形帶36口井的339個樣品，單井樣品在區(qū)內(nèi)分布均勻，可以滿足目前勘探研究的需求。使用實(shí)驗(yàn)室分析法，包括重液分離、磁選和鏡下鑒定［8］，對研究區(qū)重礦物進(jìn)行分析，共鑒定出重礦物21種，其中穩(wěn)定礦物有金紅石、鋯石、電氣石、石榴石及十字石等，不穩(wěn)定礦物有綠簾石、角閃石及透閃石等。研究區(qū)主要重礦物為白鈦礦、綠簾石、鋯石和赤鐵礦，次要重礦物為石榴石和榍石（表1）。

表1 鄯善弧形帶三間房組二段部分重礦物統(tǒng)計Table1 The statistics of heavy minerals of the second member of Sanjianfang Formation in Shanshan arcuate belt %

對研究區(qū)重礦物數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析表明，三間房組二段的重礦物大多不符合正態(tài)分布規(guī)律，其頻數(shù)分布直方圖上主要表現(xiàn)為偏峰特征（圖3），而受單一物源影響的沉積體系一般均表現(xiàn)出正態(tài)分布的特點(diǎn)，這說明該區(qū)重礦物成因較復(fù)雜，區(qū)內(nèi)沉積物可能受到多物源或不同類型母巖的影響［9］。

圖3 鄯善弧形帶三間房組二段重礦物頻數(shù)分布直方圖Fig.3 The heavy mineral histogram of the second member of Sanjianfang Formation in Shanshan arcuate belt

3 物源分析

礦物之間存在著嚴(yán)格的共生關(guān)系，所以重礦物組合是物源變化極為敏感的指示劑［10］。在同一沉積盆地中，同時期沉積物的碎屑組分一致，而不同時期沉積物所含碎屑物質(zhì)不同。據(jù)此，利用不同時期水平方向上重礦物種類和含量的變化，可推測沉積物來源的方向。

3.1 重礦物相關(guān)性分析

相關(guān)性分析是研究一組變量與另一組變量之間相關(guān)關(guān)系的一種統(tǒng)計方法［11］，其研究思路與主成分分析的思路相似，即在2組變量中分別選取若干具有代表性的變量組成典型的綜合指標(biāo)，通過研究這2組綜合指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)來代替2組變量間相關(guān)關(guān)系的研究。這些綜合指標(biāo)稱為典型變量，是通過對原來的2組變量進(jìn)行適當(dāng)線性變換所獲得的。

相關(guān)系數(shù)一般用r表示，計算公式為

式中：n為樣本量；Xi和Yi為2個變量的觀測值；X和Y為2個變量的均值。r的取值在-1與+1之間，當(dāng)2組變量間的變化方向一致時，r大于0；當(dāng)2組變量間的變化方向相反時，r小于0。在重礦物相關(guān)性分析過程中，相關(guān)系數(shù)小于0則無法反映重礦物之間的直接親疏關(guān)系，故僅對相關(guān)系數(shù)大于0的情況進(jìn)行分析。當(dāng)相關(guān)系數(shù)小于0.3時，認(rèn)為不相關(guān)；當(dāng)相關(guān)系數(shù)為0.3～0.5時，為低度相關(guān)；當(dāng)相關(guān)系數(shù)為0.5～0.8時，為中度相關(guān)；當(dāng)相關(guān)系數(shù)大于0.8時，則為高度相關(guān)。

在地質(zhì)領(lǐng)域中，相關(guān)性分析方法的應(yīng)用非常廣泛。不同物質(zhì)來源的重礦物組合有著不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，每個樣品所包含的重礦物信息具有一定差異。對重礦物樣品進(jìn)行相關(guān)性分析，可以得出各種礦物直接的親疏關(guān)系，并據(jù)此推斷母巖類型［12］。對大量重礦物數(shù)據(jù)的分析（表2）表明，研究區(qū)主要存在2類重礦物組合。

表2 鄯善弧形帶三間房組二段重礦物相關(guān)系數(shù)表Table2 The correlation coefficient of heavy minerals of the second member of Sanjianfang Formation in Shanshan arcuate belt

3.1.1 鋯石、石榴石和白鈦礦礦物組合

相關(guān)系數(shù)分析（參見表2）顯示，鋯石與石榴石和白鈦礦呈正相關(guān)性，而與其他重礦物呈極低正相關(guān)性或負(fù)相關(guān)性，所以將鋯石、石榴石和白鈦礦組合為一類。該類型為穩(wěn)定重礦物組合，反映母巖類型為沉積巖［13］。鄯善弧形帶南部的塔克泉凸起緊鄰弧形帶，長期繼承性發(fā)育，巖石類型以沉積巖為主，是相對穩(wěn)定的物源供給區(qū)。結(jié)合吐哈盆地受短距離物源影響較大的特點(diǎn)［14］，推測該重礦物組合的母巖來源于弧形帶南部塔克泉凸起。

3.1.2 綠簾石、榍石礦物組合

相關(guān)系數(shù)分析顯示綠簾石與榍石相關(guān)性最好（相關(guān)系數(shù)為0.457），而與其他重礦物均呈負(fù)相關(guān)性，由此可判斷該重礦物組合來源于同一母巖，母巖類型為動熱變質(zhì)巖。鄯善弧形帶東南部了墩隆起緊鄰弧形帶，形成時間較早，發(fā)育歷史長，其形成有深層地質(zhì)背景，主要發(fā)育變質(zhì)巖和巖漿巖［15］，推測該重礦物組合的母巖區(qū)為鄯善弧形帶東南部了墩隆起。

研究區(qū)內(nèi)鋯石與綠簾石、榍石都表現(xiàn)為較高的負(fù)相關(guān)性，進(jìn)而證明上述2類重礦物組合來源于不同的母巖或物源區(qū)。

3.2 重礦物因子分析

因子分析是通過對地質(zhì)觀測數(shù)據(jù)的分析來建立一個成因系統(tǒng)，其最常用的理論模型如下：

式中：Zj為第j個變量的標(biāo)準(zhǔn)化分?jǐn)?shù)；Fj為共同因素；m為所有變量共同因素的數(shù)目；Uj為變量Zj的唯一因素；aji為因素負(fù)荷量；n為原始變量總數(shù)。

因子分析在地質(zhì)研究中的作用主要表現(xiàn)為2個方面：①可以用最簡練的形式描述地質(zhì)對象，即對觀測到的大量地質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行綜合歸納，將原始地質(zhì)觀測中為數(shù)眾多的變量減少為幾個新變量，以再現(xiàn)它們之間的內(nèi)在聯(lián)系；②可以探索各種地質(zhì)現(xiàn)象之間的成因聯(lián)系。在重礦物物源分析過程中，因子分析的主要目的是降維提取公因子，對各個公因子進(jìn)行成因解釋并確定主次關(guān)系，從而確定出主次物源［16］。選取研究區(qū)主要重礦物白鈦礦、綠簾石、鋯石、赤鐵礦和次要重礦物石榴石、榍石作為因子分析的6個變量，這6種重礦物占整個地區(qū)重礦物的95.37%，能夠充分代表區(qū)內(nèi)重礦物特征。表3給出了6種重礦物因子分析的結(jié)果。從表3可以看出，第一個公因子的累計特征值百分比（因子特征值占總特征值總和的百分比）為46.329%，第二個公因子的累計特征值百分比則為72.239%，這說明F1和F2能夠提供原數(shù)據(jù)中的大部分信息，是控制鄯善弧形帶地區(qū)三間房組二段的主要因子，能夠反映弧形帶三間房組二段的主要物源。

表3 鄯善弧形帶三間房組二段重礦物因子分析數(shù)據(jù)表Table3 The factor analysis of heavy minerals of the second member of Sanjianfang Formation in Shanshan arcuate belt

從表3可以看出，鋯石、石榴石和白鈦礦對第一公因子F1有較高正載荷（分別為0.822，0.834和0.581），其余重礦物均顯示出較低負(fù)載荷。因子載荷作為因子模型分析中的重要統(tǒng)計量，表明了原始變量和共同因子之間的相關(guān)關(guān)系，載荷量為0.3或更大被認(rèn)為有意義［17］。結(jié)合相關(guān)性分析結(jié)果可知，F(xiàn)1公因子代表鋯石、石榴石和白鈦礦組合，反映了弧形帶南部塔克泉凸起物源；同理，綠簾石和榍石對第二公因子F2有較高正載荷（分別為0.683和0.688），反映了弧形帶東南部了墩隆起物源。

方差貢獻(xiàn)率反映了因子對原有變量總方差的解釋能力，該值越高，說明相應(yīng)因子的重要性越高。由表3可知，前2個公因子F1和F2對總方差的單個方差貢獻(xiàn)率（特征值）表現(xiàn)為F1>F2（46.329%> 25.910%），反映兩大物源對鄯善弧形帶三間房組二段的影響程度不同。南部塔克泉凸起是研究區(qū)的主要物源區(qū)，影響范圍較大，而東南部了墩隆起則是研究區(qū)的次要物源區(qū)，影響范圍相對較小。

3.3 重礦物Q型聚類分析

相關(guān)性分析和因子分析得出的有關(guān)結(jié)論反映了各個物源的綜合特性，而聚類分析則是對不同單井進(jìn)行比較，確定各井之間的親疏性并歸類分群。聚類分析分為Q型聚類分析和R型聚類分析，其中Q型聚類分析是對樣本進(jìn)行分類處理，而R型聚類分析是對變量進(jìn)行分類處理。由于Q型聚類分析的分類結(jié)果更為直觀，其聚類譜系圖能更明確、清楚地表達(dá)其數(shù)值分類結(jié)果，故本次研究選擇Q型聚類分析［18］。研究區(qū)重礦物Q型聚類分析采用的聚類方法是組間聯(lián)接法，度量區(qū)間為歐式平方距離。通過對研究區(qū)6口單井的重礦物數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到了聚類譜系圖（圖4）。

圖4 鄯善弧形帶三間房組二段重礦物Q型聚類譜系圖Fig.4 Q type cluster hierarchical diagram of the second member of Sanjianfang Formation in Shanshan arcuate belt

從圖4可以看出，各單井之間均具有一定的親緣性，只是遠(yuǎn)近不同，這也從側(cè)面反映出南部和東南部兩大物源在弧形帶丘陵地區(qū)東部發(fā)生了交匯。根據(jù)相似性，將6口單井歸為2類：Ⅰ類包括鄯16-51井、溫5井和米1井，對應(yīng)綠簾石和榍石組合（2種重礦物平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為46.4%和2.01%），主要受弧形帶東南部了墩隆起物源影響；Ⅱ類包括陵7井、陵南1井和溫南4井，屬于鋯石、石榴石和白鈦礦組合（3種重礦物平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為23.6%，7.9%和28.3%），主要受弧形帶南部塔克泉凸起物源影響。

3.4 重礦物穩(wěn)定系數(shù)分析

在研究中，通常依據(jù)ZTR指數(shù)和穩(wěn)定系數(shù)來判別重礦物物源方向［19］。ZTR指數(shù)是由鋯石、電氣石和金紅石組成的透明礦物組合百分含量。穩(wěn)定系數(shù)是重礦物中穩(wěn)定組分與不穩(wěn)定組分的含量比值，其值越大，重礦物成熟度越高，離物源區(qū)域越遠(yuǎn)［20］。由于研究區(qū)金紅石（0.1%）和電氣石（1.1%）均極少，所以采用穩(wěn)定系數(shù)法來判別物源方向。根據(jù)各單井穩(wěn)定系數(shù)值繪制出平面等值線圖（圖5）。由圖5可知，物源主要從研究區(qū)東南部和南部向西北部推進(jìn)。

圖5 鄯善弧形帶三間房組二段重礦物穩(wěn)定系數(shù)等值線及物源-沉積微相匹配圖Fig.5 The provenance-sedimentary microfacies and stability coefficient contour of heavy minerals of the second member of Sanjianfang Formation in Shanshan arcuate belt

3.5 重礦物平面組合特征分析

圖6 鄯善弧形帶三間房組二段重礦物組合平面分布Fig.6 The horizontal distribution of heavy minerals assemblage of the second member of Sanjianfang Formation in Shanshan arcuate belt

根據(jù)各個單井主要和次要重礦物含量統(tǒng)計，繪制出三間房組二段重礦物組合平面分布圖（圖6）。圖6中所示的重礦物分布特征與之前的相關(guān)性分析、因子分析、聚類分析和穩(wěn)定系數(shù)分析的結(jié)論相吻合。從圖6可以看出，鄯善弧形帶三間房組二段沉積時期主要受兩大物源影響，母巖分別為沉積巖和動熱變質(zhì)巖，對應(yīng)物源區(qū)分別為弧形帶南部塔克泉凸起物源區(qū)和弧形帶東南部了墩隆起物源區(qū)。南部塔克泉凸起物源區(qū)沉積體系的重礦物組合為鋯石、石榴石和白鈦礦礦物組合，由南向北鋯石、石榴石和白鈦礦含量逐漸增多，磁鐵礦和赤鐵礦含量逐漸減少，在物源交匯區(qū)存在一定含量的綠簾石礦物；東南部了墩隆起物源區(qū)沉積體系的重礦物組合為綠簾石和榍石礦物組合，由東南向西北綠簾石和榍石含量逐漸增多，其他礦物成分逐漸減少。

3.6 古地貌地形分析

通過分析弧形帶三間房組古構(gòu)造圖（圖7），發(fā)現(xiàn)鄯善南部及溫西地區(qū)存在古地形局部高點(diǎn)，具備分割南部物源與東南部物源的古地形條件。這也從另一方面證實(shí)了本次研究結(jié)果的可靠性。

圖7 鄯善弧形帶三間房組古構(gòu)造圖Fig.7 The paleotectonic map of Sanjianfang Formation in Shanshan arcuate belt

4 弧形帶物源-沉積微相分布特征

利用多種重礦物物源分析方法，結(jié)合巖心、砂體展布及地震剖面等物源分析資料，最終明確了鄯善弧形帶物源-沉積微相分布特征（參見圖5）。結(jié)果表明：南部塔克泉凸起作為主要物源控制了弧形帶丘陵地區(qū)辮狀河三角洲扇體的展布形態(tài)，了墩隆起作為次要物源影響了弧形帶溫吉桑地區(qū)辮狀河三角洲主要扇體的展布形態(tài)。丘陵東部地區(qū)受到兩大物源共同影響，顯示出重礦物物源交匯特征。

5 結(jié)論

（1）使用實(shí)驗(yàn)室重礦物分離分析法，在鄯善弧形帶共鑒定出重礦物21種，其中穩(wěn)定礦物有金紅石、鋯石、電氣石、石榴石及十字石等，不穩(wěn)定礦物有綠簾石、角閃石及透閃石等。

（2）通過重礦物相關(guān)性分析、因子分析、Q型聚類分析、穩(wěn)定系數(shù)分析、平面組合特征分析以及古地貌地形分析，認(rèn)為吐哈盆地鄯善弧形帶地區(qū)三間房組二段沉積時期受多種物源影響，母巖類型多樣，主要為沉積巖和動熱變質(zhì)巖，分別對應(yīng)弧形帶南部塔克泉凸起物源區(qū)和弧形帶東南部了墩隆起物源區(qū)。南部塔克泉凸起物源區(qū)影響相對較強(qiáng)，主要控制弧形帶丘陵地區(qū)辮狀河三角洲扇體展布；東南部了墩隆起物源區(qū)影響相對較弱，主要控制弧形帶溫吉桑地區(qū)辮狀河三角洲扇體展布。丘陵東部地區(qū)處于南部和東南部兩大物源交匯區(qū)。

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（本文編輯：于惠宇）

Provenance analysis of heavy minerals of the second member of Sanjianfang Formation in Shanshan arcuate belt,Tuha Basin

ZHANG Jingqi1，2，HAN Xiaofeng3，YANG Zhanlong2
（1.College of Geosciences，China University of Petroleum，Beijing 102249，China；2.PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration&Development-Northwest，Lanzhou 730020，China；3.Xi’an Center of Geological Survey，China Geological Survey，Xi’an 710054，China）

Based on the analyses of correlation,factor,Q type cluster,stability coefficient,plane assemblage features and paleogeomorphology,this paper studied the heavy mineral components of the second member of Sanjianfang Formation in Shanshan arcuate belt.The result shows that the source rock types are mainly sedimentary rock and metamorphic rock,which respectively responds to the primary provenance in Takequan uplift in the north and the secondary provenance in Liaodun uplift in the southeast.The provenance in Takequan uplift controls the sedimentation of braided delta fan in hill country,and the provenance in Liaodun uplift controls the sedimentation of braided delta fan in Wenjisang area.The eastern hill country is the intersection of Takequan uplift provenance and Liaodun uplift provenance.

heavymineral；provenance analysis；Shanshan arcuate belt；Tuha Basin

TE122.2

A

1673-8926（2014）06-0034-06

2014-06-12；

2014-08-11

國家油氣重大專項“巖性地層油氣藏成藏規(guī)律、關(guān)鍵技術(shù)及目標(biāo)評價”（編號：2011ZX05001）資助

張景琦（1989-），男，中國石油大學(xué)（北京）在讀碩士研究生，研究方向?yàn)閷有虻貙雍统练e相。地址：（730020）甘肅省蘭州市城關(guān)區(qū)雁兒灣路535號。E-mail：zhaol19899sdo@163.com。