坡折帶對(duì)陸相湖盆辮狀三角洲層序和沉積的控制
——以準(zhǔn)噶爾盆地東緣三工河組為例

萬(wàn) 力,于興河,李勝利,李 文,王建忠,單 新

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)能源學(xué)院，北京 100083)

坡折帶對(duì)陸相湖盆辮狀三角洲層序和沉積的控制
——以準(zhǔn)噶爾盆地東緣三工河組為例

萬(wàn) 力,于興河,李勝利,李 文,王建忠,單 新

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)能源學(xué)院，北京 100083)

通過(guò)對(duì)鉆探、地震及露頭資料的研究，將準(zhǔn)噶爾盆地東緣三工河組劃分為兩個(gè)三級(jí)層序。在地震和測(cè)井剖面上識(shí)別出撓曲坡折帶和斷裂坡折帶兩種構(gòu)造坡折帶。坡折帶對(duì)于研究區(qū)層序和沉積的控制作用主要表現(xiàn)為：對(duì)于層序，“徑向溝梁輻射，緯向階梯分布”的坡折帶體系使得本區(qū)三工河底部低水位體系域發(fā)育，坡折帶加強(qiáng)河道側(cè)向遷移，削弱河道下蝕，增加準(zhǔn)層序數(shù)量，坡折帶高部位低水位體系域會(huì)侵蝕下覆地層；對(duì)于沉積，在精細(xì)開(kāi)發(fā)區(qū)的三工河組識(shí)別出6種沉積微相組合，順物源連井剖面上自下而上識(shí)別出3個(gè)沉積微相組合序列，陡坡區(qū)發(fā)育富河口壩三角洲前緣，緩坡區(qū)發(fā)育富河道三角洲前緣。

坡折帶；辮狀河三角洲；準(zhǔn)噶爾盆地東緣；三工河組；沉積微相組合

引言

準(zhǔn)噶爾盆地東緣自1981年彩參1井開(kāi)鉆后，相繼發(fā)現(xiàn)了滴西油氣田、彩南油田等。三工河組一段，即三工河組下段為本區(qū)重要油氣產(chǎn)層，但勘探開(kāi)發(fā)多年，仍存在兩個(gè)問(wèn)題懸而未決。第一，準(zhǔn)噶爾盆地腹部與南緣的大量野外露頭研究與實(shí)際鉆探資料表明，三工河組呈“兩頭細(xì)，中間粗”，底部為細(xì)粒乃至泥質(zhì)沉積，然而研究區(qū)在三工河底部卻為區(qū)域性的粗粒-礫巖沉積；第二，在本區(qū)某些相鄰井區(qū)，如彩9-C1805井區(qū)，同為三一段辮狀三角洲前緣，但物性以及含油氣性存在顯著差異。本文將從坡折帶對(duì)于層序和沉積的控制作用這一角度解答這兩個(gè)問(wèn)題。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

準(zhǔn)噶爾盆地是晚石炭世到第四紀(jì)發(fā)展起來(lái)的大陸板內(nèi)復(fù)合疊加盆地。研究區(qū)東臨克拉美麗山，處于古爾班通古特大沙漠的邊緣地帶。三工河組沉積于印支運(yùn)動(dòng)末期，燕山運(yùn)動(dòng)之前。此時(shí)期，研究區(qū)已形成了中央坳陷帶、中央隆起帶、陸梁隆起區(qū)等一級(jí)構(gòu)造單元，其中包括東道海子北凹陷、白家海凸起、滴南凸起等二級(jí)構(gòu)造單元，準(zhǔn)東構(gòu)造區(qū)的五彩灣凹陷也初步形成(圖1)[1-2]。

2 層序地層劃分方案

侏羅系下侏羅統(tǒng)三工河組為本文研究目的層段，巖性包括灰白、灰色礫巖，粗砂-中砂巖，灰色粉砂巖-細(xì)粉砂巖，灰綠色、灰黑色泥巖，厚79～218.5m，平均厚度約150m?？紫抖绕骄鶠?6.4%，滲透率均值為182.7×10-3μm2。與下伏八道灣組和上覆西山窯組均呈整合接觸，局部存在不整合，三工河組內(nèi)部也偶見(jiàn)不整合接觸(圖2)。本文利用全區(qū)160余口探井、評(píng)價(jià)井及開(kāi)發(fā)井的鉆探資料，包括巖心、測(cè)井曲線(xiàn)、錄井剖面等，結(jié)合野外露頭和地震資料，應(yīng)用沉積學(xué)以及Vail經(jīng)典層序地層學(xué)理論及方法[3-4]，重新進(jìn)行層序劃分與對(duì)比，確立了不同于準(zhǔn)噶爾盆地南緣和腹部的層序劃分方案。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地東緣構(gòu)造位置圖

Fig.1 Tectonic setting of the eastern Junggar Basin

本文在研究區(qū)識(shí)別出3個(gè)層序界面、兩個(gè)最大湖泛面，兩個(gè)初始湖泛面以及兩套煤層。將三工河組劃分為兩個(gè)三級(jí)層序，下部的J1SQ1與三一段對(duì)應(yīng)，上部的J1SQ2與三二段和三三段對(duì)應(yīng)。每個(gè)層序內(nèi)部自下而上依次劃分為低水位體系域、湖侵體系域和高水位體系域。

3 坡折帶對(duì)層序的影響

坡折帶是指地形坡度發(fā)生突變的地帶，同樣發(fā)育于陸相盆地邊緣[5]，作為粗粒物質(zhì)的卸載通道。坡折帶的形成可為構(gòu)造、沉積、侵蝕3種成因[6]。構(gòu)造坡折帶又可細(xì)分為兩種：一種為貫通至地表的同沉積斷裂構(gòu)成的斷裂坡折帶；一種為基底構(gòu)造引起上覆地層的變形，形成撓曲坡折帶[7]。由于本區(qū)三維地震僅集中在精細(xì)開(kāi)發(fā)區(qū)，范圍過(guò)小，而鉆井資料相對(duì)充沛，因此選擇自克拉美麗山至白家海凸起末端的一條連井剖面以及相應(yīng)二維地震剖面重點(diǎn)說(shuō)明坡折帶對(duì)于層序以及沉積分布的影響。為方便研究坡折帶對(duì)于層序以及沉積的影響，認(rèn)為西山窯組底煤層近似水平沉積，采取煤層拉平等高程對(duì)比方法，由此排除三工河后期構(gòu)造作用的影響。而后由平面砂地比、砂巖厚度等值線(xiàn)確立沉積相/亞相平面展布，并與垂向連井剖面對(duì)比，確立了層序控制下的沉積相垂向展布(圖3)。

3.1 坡折帶平面展布對(duì)層序的控制

前人對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地腹地以及南緣的層序地層特征做了許多研究，都傾向認(rèn)為三工河底部為基準(zhǔn)面下降半旋回，一些層序格架劃分方案將整個(gè)三工河組劃為一個(gè)三級(jí)層序[8]。但是在研究區(qū)，三工河底部存在明顯的河道沖刷沉積，總體為兩套正旋回，因此需要對(duì)比分析本地區(qū)與準(zhǔn)噶爾腹地和南緣的成因差異。

圖2 彩502井侏羅系三工河組層序地層綜合柱狀圖

Fig.2 Sequence stratigraphic column of the Jurassic Sangonghe Formation through the Cai-502 well

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地東緣八道灣頂煤層-西山窯底煤層沉積層序?qū)Ρ绕拭?/p>

Fig.3 Correlation of depositional sequences in the coal seams at the top of the Badaowan Formation and at the base of the Xishanyao Formation in the eastern Junggar Basin

a.彩30-彩35井沉積層序連井剖面；b.準(zhǔn)噶爾東緣構(gòu)造格架；c.克拉美麗山-白家海凸起地震剖面

準(zhǔn)噶爾腹地古地貌地勢(shì)平坦，接受來(lái)自周邊山脈的多個(gè)物源供給[9-10]。而研究區(qū)緊鄰克拉美麗山，坡度較大，物源單一來(lái)自克拉美麗山。與南緣相比，本區(qū)屬于中部扭動(dòng)構(gòu)造坡折域，溝梁狀斷裂坡折帶呈喇叭狀輻射展布，其一方面形成發(fā)散狀的疏導(dǎo)體系，另一方面形成限制性河谷。因此，物源對(duì)于本區(qū)控制作用明顯強(qiáng)于南緣。南緣雖有博格達(dá)山作為物源供給[11]，但博格達(dá)山以北的坡折帶呈東西向展布，其受物源影響因此減弱。

除了溝梁狀坡折帶，還存在近似平行于克拉美麗山的環(huán)狀構(gòu)造帶，即五彩灣凹陷與東道海子凹陷-白家海凸起之間的構(gòu)造分區(qū)界限等，構(gòu)造活動(dòng)復(fù)雜，形成構(gòu)造成因的坡折帶。此外，還存在由古地貌坡度不同形成的地形坡折帶。因此，本區(qū)大體具有“徑向溝梁輻射，緯向階梯分布”的古地貌特征(圖3b)。

單一物源供給、距離物源近、搬運(yùn)距離短、坡度較大、沉積體系兩側(cè)受限制、臺(tái)階狀下傾古地貌這些因素，使得本區(qū)三工河組物源供給充足。沉積物堆積方式為過(guò)補(bǔ)償，低水位體系域發(fā)育，明顯區(qū)別于準(zhǔn)噶爾盆地南緣以及腹部。

在地震剖面上識(shí)別出3處古地貌轉(zhuǎn)折帶：坡折帶1為下部基底撓曲形成的撓曲坡折帶；坡折帶2為正斷層形成的斷裂坡折帶，此處為五彩灣凹陷與東道海子凹陷之間的構(gòu)造帶界限；坡折帶3為古地貌的洼陷處。將三者依次對(duì)應(yīng)到連井剖面上可體現(xiàn)坡折帶對(duì)層序的影響(圖3a、b、c)。

以坡折帶2 處J1SQ2的低水位體系域?yàn)槔?，此坡折帶之下，層序厚度增大，由單一的退積準(zhǔn)層序演變?yōu)?～4個(gè)退積準(zhǔn)層序疊加而成的退積式準(zhǔn)層序組，反映了可容納空間增加后，沉積體下蝕能力減弱，側(cè)向遷移增多。陡坡帶為高部位沉積物提供勢(shì)能，沉積物沿坡卸載，在坡下大量聚集，往往終止于坡下，具有填平補(bǔ)齊的作用。

在坡折帶高部位，可容納空間有限，A/S遠(yuǎn)小于1，沉積體下蝕作用強(qiáng)烈。因此，在坡折帶高部位，上部層序往往剝蝕下部層序。如J1SQ2的低水位體系域在彩11井(坡折帶2)和彩29井(坡折帶1)處剝蝕下覆的J1SQ1高水位體系域，導(dǎo)致在這兩口井的相應(yīng)深度，幾乎不見(jiàn)區(qū)域性分布的湖泛泥巖，而是J1SQ2的低水位體系域大套粗粒砂巖-礫巖與J1SQ1的低水位體系域的粗粒砂巖幾近相鄰。

4 坡折帶對(duì)于沉積的影響

在多年的勘探開(kāi)發(fā)中發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)三工河組均為辮狀三角洲。某些相鄰地區(qū)雖同屬某一亞相，儲(chǔ)層物性以及含油氣性卻差異巨大。如彩9井區(qū)與C1805井區(qū)同為白家海凸起上的三一段精細(xì)開(kāi)發(fā)區(qū)，兩井區(qū)相鄰，總面積為27km2，同為辮狀三角洲前緣相，然而差異巨大。C1805井區(qū)砂體分布不穩(wěn)定，突變快，主要含氣。2013年探明有利面積4.5km2，天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量10.49億方。而彩9井區(qū)砂體連續(xù)性好，成片分布，為良好含油儲(chǔ)層。截止2003年，核算探明含油面積1.7km2，石油地質(zhì)儲(chǔ)量102.0×104t。井區(qū)北部試采20井39層，獲工業(yè)油氣流14層21井，南部試采8井10層，獲工業(yè)油流5井5層。下文以這兩個(gè)井區(qū)為例，分析其差異成因。

4.1 沉積微相組合類(lèi)型

通過(guò)觀(guān)察本區(qū)巖心，以SP曲線(xiàn)結(jié)合GR曲線(xiàn)為主要參照，確立了本區(qū)測(cè)井曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)的沉積相。本區(qū)箱型曲線(xiàn)一般由河口壩沉積造成，呈現(xiàn)頂?shù)淄蛔?，高幅的特征，頂?shù)诪榈头€(xiàn)狀或微齒狀。

由此確立在研究區(qū)三工河組，存在下列幾種沉積微相組合：(1)疊加河道沉積：兩個(gè)或三個(gè)鐘形曲線(xiàn)疊加，最高幅相當(dāng)，呈現(xiàn)基準(zhǔn)面上升半旋回的疊加，在巖心上體現(xiàn)出多個(gè)河道沖刷面，為多期河道疊加而成；(2)對(duì)稱(chēng)型河口壩上河道：下部為箱型或漏斗型，上部為鐘形，SP呈現(xiàn)燈籠狀弧線(xiàn)，上下厚度相當(dāng)，對(duì)稱(chēng)分布；(3)非對(duì)稱(chēng)性厚河口壩上薄河道：下部為較厚箱型，上部為較薄鐘形，明顯特征為鐘形曲線(xiàn)的最高幅小于箱型曲線(xiàn)的最高幅，上薄下厚，不具有對(duì)稱(chēng)性；(4)單一河道：為單一鐘型曲線(xiàn)，底部具沖刷面，具有明顯的河道滯留沉積，可見(jiàn)泥礫或者是礫石定向排列，發(fā)育板狀和槽狀交錯(cuò)層理；(5)單一河口壩：?jiǎn)我幌湫突蚵┒沸颓€(xiàn)，發(fā)育高角度的板狀交錯(cuò)層理；(6)非對(duì)稱(chēng)型薄河口壩上厚河道：下部為較薄箱型曲線(xiàn)，上部為較厚鐘形曲線(xiàn)，鐘型曲線(xiàn)的最高幅大于箱型曲線(xiàn)的最高幅(圖4)。

4.2 彩9-C1805井區(qū)沉積差異分析

4.2.1 彩9井區(qū)沉積特征及成因

圖4 彩9-C1805井區(qū)沉積微相組合序列

Fig.4 Sedimentary microfacies association sequences in the Cai9-C1805 well area

a.彩9井區(qū)沉積微相組合序列；b.C1805井區(qū)沉積微相組合序列

對(duì)彩9井區(qū)三一段進(jìn)行連井對(duì)比，通過(guò)地震屬性、重礦物分析等研究，認(rèn)為井區(qū)物源來(lái)自北部；根據(jù)近北-南方向的連井對(duì)比，發(fā)現(xiàn)三一段的砂巖段自下而上可識(shí)別出3個(gè)序列：(1)下部為單一河道過(guò)渡到疊加河道，由明顯的鐘型曲線(xiàn)到后期向似箱型曲線(xiàn)靠攏，說(shuō)明底部河道沖刷作用顯著。但是隨著搬運(yùn)距離增加，河道遷移增多，沖刷作用減弱；(2)中部為疊加河道-對(duì)稱(chēng)型河口壩上河道-非對(duì)稱(chēng)型厚河口壩上薄河道和單一河口壩，反映了河流下蝕作用弱。河道遷移明顯，在遇到坡度較大處，河口壩逐漸發(fā)育，而上覆河道沖刷作用更加微弱，后期河道直接覆蓋在前期河口壩上；(3)上部沉積微相組合序列與中部相似，但是僅存在疊加河道-對(duì)稱(chēng)型河口壩上河道。疊加河道延續(xù)距離遠(yuǎn)，而非對(duì)稱(chēng)型厚河口壩上薄河道和單一河口壩在本井區(qū)剖面上仍未見(jiàn)，因?yàn)榇诵影l(fā)育于三一段上部。先期沉積經(jīng)過(guò)在坡折處大量卸載沉積物，填平補(bǔ)齊，坡折帶不發(fā)育(圖4a)。

綜合分析鉆探資料以及地震資料，確立彩9井區(qū)的沉積亞相為三角洲前緣，微相有水下分流間灣、河口壩、水下分流河道、席狀砂等[12]。河口壩發(fā)育，砂體連通性好，連片發(fā)育，平面展布形態(tài)近似于朵葉狀(圖5a)。

沉積微相平面與垂向特征的重要成因?yàn)楣诺孛膊煌?圖5c)。在彩9井區(qū)北部存在陡坡，沉積物經(jīng)歷陡坡后，可容納空間突然增加。且水體加深，水體的阻礙能力增強(qiáng)，河流的搬運(yùn)能力減弱。因此，能量易釋放，沉積物發(fā)生分異，大量底負(fù)載粗粒沉積物以及少量懸浮負(fù)載細(xì)粒沉積物在陡坡下堆積，形成河口壩。

圖5 彩9-C1805井區(qū)三一段沉積微相展布模式圖

Fig.5 Model showing the distribution of sedimentary microfacies in the Cai9-C1805 well area

4.2.2 C1805井區(qū)沉積特征及成因

在C1805井區(qū)，認(rèn)為井區(qū)物源來(lái)自北東部，根據(jù)近北東-南西方向的連井對(duì)比，并與彩9井區(qū)相比，缺失上部序列，僅識(shí)別出兩套明顯砂巖序列：(1)下部序列與彩9井區(qū)相似，為低位域的河道沖刷沉積。差異在于單一河道沉積厚度更大，而遠(yuǎn)端疊置河道為三期河道，總體反映侵蝕作用更強(qiáng)，河道更為發(fā)育；(2)中部存在間斷的兩套砂巖序列，由古地貌推斷，為中部低幅古隆起造成粗粒沉積的間斷。C1805到C1807井顯示從單一河道到非對(duì)稱(chēng)型下薄河口壩上厚河道的序列，后期河道侵蝕先期河口壩。彩157中部為典型河口壩，到彩156中部為疊加河道。推測(cè)受到古隆起的影響，導(dǎo)致沉積物卸載形成河口壩，河道遷移頻繁，形成疊置河道，與彩9井區(qū)中部序列具有相似性；(3)上部砂巖不發(fā)育，均為低幅線(xiàn)狀或低幅微齒狀，為席狀砂沉積或是水下分流間灣沉積(圖4b)。

本區(qū)的沉積微相與彩9井區(qū)相同，但河道發(fā)育，而河口壩不發(fā)育。砂體分布較為孤立，平面形態(tài)近似于鳥(niǎo)足狀(圖5b)。

在C1805井區(qū)北東-南西方向地勢(shì)平坦，延續(xù)了湖相三角洲河流入湖后的高搬運(yùn)-侵蝕能力。水下分流河道水動(dòng)力強(qiáng)，以下切沖刷為主，這種削截分流河道常與湖相泥巖-粉細(xì)砂巖直接接觸。因此，其河道沖刷面的泥礫較為發(fā)育。河道側(cè)向遷移少，搬運(yùn)距離長(zhǎng)，大部分底負(fù)載沉積物與懸浮負(fù)載沉積物被搬運(yùn)至遠(yuǎn)端，可容納空間相對(duì)恒定，缺乏突然卸載的觸發(fā)機(jī)制，而是在搬運(yùn)過(guò)程中逐漸卸載。因此，河口壩不發(fā)育，而孤立的河道構(gòu)成了主要的儲(chǔ)層砂體(圖5b)。

4.2.3 對(duì)于勘探開(kāi)發(fā)的指導(dǎo)意義

彩9井區(qū)富河口壩型三角洲前緣儲(chǔ)層砂體連片分布，含砂層厚，總體含砂率高，且分布集中，為含油優(yōu)良儲(chǔ)層。C1805井區(qū)富河道型三角洲前緣儲(chǔ)層的砂體孤立分布，連通性差，含砂率低，勘探開(kāi)發(fā)難度大，需要明確主要水下分支河道的分布規(guī)律后再進(jìn)行后續(xù)的勘探開(kāi)發(fā)，否則易被砂體不規(guī)律性所困擾。

5 結(jié)論

(1)應(yīng)用Vail經(jīng)典層序地層學(xué)理論和方法，識(shí)別層序邊界、最大湖泛面和初始湖泛面，將三工河組劃分為兩個(gè)三級(jí)層序即 J1SQ1和 J1SQ2。根據(jù)測(cè)井、巖相以及地震識(shí)別準(zhǔn)層序、準(zhǔn)層序組，將每個(gè)層序劃分為低水位體系域、湖侵體系域和高水位體系域。

(2)依據(jù)對(duì)本區(qū)資料的綜合分析，采用煤層層拉平技術(shù)，在連井剖面和地震剖面上識(shí)別出斷裂坡折帶和撓曲坡折帶兩種構(gòu)造坡折帶。認(rèn)為坡折帶對(duì)層序的控制作用表現(xiàn)為：“徑向溝梁輻射，緯向階梯分布”的古構(gòu)造坡折體系有利低水位體系域發(fā)育；增大可容納空間，加強(qiáng)河道側(cè)向遷移，削弱河道下蝕作用；低水位體系域在坡折帶高部位侵蝕下覆地層；坡下沉積物大量卸載，填平補(bǔ)齊。

(3)對(duì)彩9-C1805精細(xì)開(kāi)發(fā)區(qū)研究沉積微相組合序列以及沉積微相分布，確立彩9井區(qū)發(fā)育3套砂巖序列，總體呈現(xiàn)疊加河道-對(duì)稱(chēng)型河口壩上河道-非對(duì)稱(chēng)型厚河口壩上薄河道和單一河口壩的規(guī)律，平面上河口壩發(fā)育；C1805井區(qū)發(fā)兩套砂巖序列，缺失上部序列，總體呈現(xiàn)單一河道-非對(duì)稱(chēng)型薄河口壩上厚河道的規(guī)律，平面上河道發(fā)育。從古地貌角度分析，陡坡地帶易發(fā)育富河口壩型三角洲前緣，緩坡地帶易發(fā)育富河道型三角洲前緣。

(4)坡折帶對(duì)于三角洲儲(chǔ)層研究具有重要意義。陡坡帶下低水位體系域?yàn)閷ふ腋簧皟?chǔ)層的勘探重點(diǎn)，而陡坡區(qū)富河口壩型三角洲砂體多且連通性好，為有利儲(chǔ)層。對(duì)于緩坡區(qū)的富河道型三角洲，砂體少且孤立，需要精準(zhǔn)確立河道分布位置。

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Controls of the structural slope breaks on the braided delta sequences and sedimentary facies in continental lake basins: An example from the Sangonghe Formation in the eastern Junggar Basin, Xinjiang

WAN Li, YU Xing-he, LI Sheng-li, LI Wen, WANG Jian-zhong,SHAN Xin

(SchoolofEnergyResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China)

The Sangonghe Formation on the eastern margin of the Junggar Basin, Xinjiang is divided, on the basis of cores, seismic data and well logs, into two third-order sequences J1SQ1 and J1SQ2, each of which may be involved into the lowstand, transgressive and highstand systems tracts. Two types of slope breaks are recognized in the seismic profiles and well-tie sections, including the textural and faulted slope breaks. The slope break system distributed in radial and latitudinal directions led to the development of the lowstand systems tract at the base of the Sangonghe Formation. Six sedimentary microfacies associations are arranged into three sedimentary microfacies association sequences in the Sangonghe Formation. The slope breaks in the steep slope zones are significant in that they may facilitate the development of the lowstand systems tract, in which the channel-mouth bar delta front sandstones in the steep slope zones are interpreted as the favourable areas for hydrocarbon accumulation.

slope break; braided delta; eastern Junggar Basin; Sangonghe Formation; sedimentary microfacies association

1009-3850(2015)03-0011-08

2014-08-06； 改回日期： 2014-08-16

萬(wàn)力(1989-)，女，碩士研究生，油氣田開(kāi)發(fā)工程開(kāi)發(fā)地質(zhì)方向。E-mail:wanli12345678@yeah.net

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(No.41272132)基于單砂體構(gòu)型與動(dòng)態(tài)先期響應(yīng)的三角洲儲(chǔ)層流動(dòng)單元表征方法研究資助

P512.2

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