博格達(dá)北麓山前凹陷侏羅系沉積相及砂體展布特征?

德勒恰提·加娜塔依，李玲，任堯，方巧，吾木提汗

(新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院，新疆烏魯木齊830049)

0 區(qū)域沉積背景

研究區(qū)構(gòu)造上屬于準(zhǔn)噶爾盆地南緣東部、北天山山前沖斷帶的次一級構(gòu)造單元——博格達(dá)山前阜康斷裂帶（圖1），其西段北鄰阜康凹陷，東段北鄰吉木薩爾凹陷，為有利的油氣聚集構(gòu)造帶.該區(qū)經(jīng)過幾十年的勘探，鉆探井近百口，在侏羅系中上統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了馬莊氣田,臺3井區(qū)齊古組油氣藏等，獲得了一批出油氣井點(diǎn)，具有巨大的勘探開發(fā)前景[1].近年來，不同地質(zhì)和地球物理工作者對該區(qū)二疊系、三疊系和侏羅系的地層劃分、層序地層和沉積儲層、油氣成藏條件和油氣藏分布、勘探評價(jià)目標(biāo)進(jìn)行過不同層次的研究，取得了大量的地質(zhì)研究成果[2?4].為了深化該區(qū)石油地質(zhì)研究，總結(jié)油氣成藏規(guī)律，對該區(qū)的沉積體系及沉積相研究十分必要.

圖1 研究區(qū)區(qū)域構(gòu)造位置圖

工區(qū)東西長約120 km，南北寬約30 km，面積約3 000 km2.現(xiàn)今構(gòu)造形態(tài)為近東西向、圍繞博格達(dá)主峰山體向北弧凸的弧形構(gòu)造帶.博格達(dá)山前由于三疊紀(jì)末的印支運(yùn)動，侏羅紀(jì)中及末期的燕山運(yùn)動等幾次大的構(gòu)造運(yùn)動，造成各地段均衡的抬升剝蝕和沉積間斷[5].根據(jù)野外露頭剖面與井下地層劃分對比，侏羅系頂、底與上覆、下伏層之間均為區(qū)域性不整合，其次是中侏羅統(tǒng)頭屯河組不整合在西山窯組及以下層位之上；在電性上，頭屯河組底、八道灣組底的砂巖或礫巖顯示高阻，自然電位呈較大的負(fù)值[6].侏羅紀(jì)各期沉積了一系列山前陸源碎屑沉積，文章通過錄井、測井、地震資料和野外露頭剖面描述，重點(diǎn)對沉積體系及砂體展布規(guī)律進(jìn)行分析研究，為研究區(qū)進(jìn)一步勘探開發(fā)提供有力的地質(zhì)依據(jù).

1 物源及古流向分析

物源分析的主要任務(wù)是確定沉積物來源方向、剝蝕區(qū)或母巖區(qū)位置、搬運(yùn)距離及母巖性質(zhì).通過碎屑巖的碎屑成分、巖屑類型分布、砂礫巖厚度及砂礫巖百分含量、重礦物組分等特征對研究區(qū)侏羅系地層進(jìn)行物源及古流向分析，值得說明的是，為了較準(zhǔn)確的分析沉積體系的水動力條件，判斷古流向，在統(tǒng)計(jì)砂礫巖厚度時，泥質(zhì)砂巖類、粉砂巖類未計(jì)入其中[7].

八道灣組主要物源方向分布在工區(qū)東段.根據(jù)近物源巖屑含量高，遠(yuǎn)物源石英含量高的特點(diǎn)，可以推斷八道灣組的物源方向?yàn)槟蠔|—北西向(圖2).三工河組砂礫巖發(fā)育區(qū)具有良好的繼承性，砂體展布方向由南向北，推斷該時期物源來自南部.

圖2 八道灣組碎屑成分平面圖

頭屯河組沉積時期，構(gòu)造頻繁，南部隆起區(qū)不斷抬升，物源供給充分，砂體發(fā)育，明顯反映有三個方向的物源區(qū)，即以南部物源區(qū)為主的主要物源以及東段自東向西和北三臺凸起頂部由東向西的兩個方向的次要物源.為了更加定量的說明物源方向，以頭屯河組作為重點(diǎn)，分段統(tǒng)計(jì)了其重礦物成分，并計(jì)算出ZTR值和綠簾石含量，作出ZTR等值線圖（圖3），判斷出以上三個方向的物源，特征完全吻合.巖屑成分含量分布、重礦物組合，表明工區(qū)南部及三臺凸起物源的類型均為變質(zhì)巖+沉積巖型，北三臺凸起頂部物源類型為沉積巖+火成巖（表1），且具多物源、近物源的特點(diǎn).

圖3 侏羅系頭屯河組中上段ZTR等值線圖

表1 博格達(dá)北麓山前頭屯河組（J2t）中上段重礦物組合及母巖類型

對于齊古組，其物源方向主要為自南向北方向.三臺凸起與北三臺凸起在此階段有些不同，來自三臺凸起上的物源此時較發(fā)育，而北三臺凸起物源缺乏.由于工區(qū)中段有火山巖噴發(fā)，所以巖屑類型以巖漿巖巖屑為主，母巖類型為火成巖+沉積巖，遠(yuǎn)離源區(qū)的此階段沉積中常見凝灰?guī)r夾層[8].

2 沉積相標(biāo)志及沉積相類型

通過對典型剖面和鉆井作綜合單井相分析，并根據(jù)多種相標(biāo)志，劃分出辮狀河三角洲、扇三角洲、三角洲、河流相及湖泊相等五種相類，各種相、亞相及微相劃分.文章重點(diǎn)闡述本區(qū)主要發(fā)育的辮狀河三角洲和扇三角洲.本項(xiàng)目研究過程中十分重視剖面及巖心的觀察描述，以下列出了其中的部分取心井段的觀察描述.

2.1 巖心描述及巖相類型

通過工區(qū)內(nèi)取心井及野外露頭剖面的薄片資料進(jìn)行系統(tǒng)分析，侏羅系地層中與儲層有關(guān)的巖石類型有砂礫巖類、含礫砂巖類、砂巖類.

砂礫巖在扇三角洲平原及前緣亞相、辮狀河三角洲平原亞相、三角洲平原亞相、濱湖亞相和辮狀河三角洲前緣等均有分布.砂礫巖顏色多以褐灰色、褐紅色為主，礫石主要成分為泥礫、凝灰?guī)r，其次為霏細(xì)巖、石英片巖等，泥礫大致順層分布.礫巖磨圓度中等，分選極差，呈塊狀層理，由砂泥質(zhì)填隙，底部發(fā)育沖刷面，向上有不明顯的粒級遞變或平行層理（圖4-a）.在臺15井J1b地層中可見辨狀河三角洲平原分流河道的砂礫巖，顏色以灰色、深灰色為主，礫石以凝灰?guī)r、霏細(xì)巖和變質(zhì)巖巖屑為主，而泥礫少.礫石大小一般1.3 cm左右，分選差，但磨圓度較好；底部發(fā)育沖刷面，向上常過渡為含礫粗砂巖，缺少上部砂泥巖沉積，常形成多個由粗到細(xì)的沉積韻律（圖4-b）.

圖4 研究區(qū)巖心素描圖

三角洲平原分流河道滯留沉積中的砂礫巖厚度一般小于10 cm.礫石分選、磨圓中等，礫石成分多為來自物源區(qū)的變質(zhì)巖、凝灰?guī)r、火成巖類，泥礫少見，炭屑十分發(fā)育，底部發(fā)育沖刷構(gòu)造，內(nèi)部可見斜層理，主要分布在J1s、J2x地層中.

在J3q濱湖環(huán)境中常見含礫粗砂巖、含礫不等粒砂巖、含礫中—細(xì)砂巖、含礫粉—細(xì)砂巖等，與上、下砂巖無明顯的沖刷痕跡，礫石分選、磨圓度好.在辮狀河三角洲前緣分支河道中的含礫粗砂巖、含礫不等粒砂巖、含礫中—細(xì)砂巖，顏色以綠灰色為主，巖石中礫石占8～12%，以細(xì)礫巖為主，成分以凝灰?guī)r為主，其次為霏細(xì)巖、石英巖等，分選、磨圓中等.一般位于粒序?qū)永淼撞?，沖刷構(gòu)造較發(fā)育，不等粒巖屑砂巖、粉砂巖過渡，內(nèi)部發(fā)育槽狀交錯層理、平行層理等.J2t、J3q組三角洲平原分流河道中，其特點(diǎn)是炭屑極為發(fā)育（圖4-c）.

在J1s、J1b三角洲前緣、辮狀河三角洲前緣和濱湖砂坪中發(fā)育有一種含礫不等粒巖屑石英砂巖，顏色呈灰白色，碎屑成分以石英為主，填隙物以泥質(zhì)為主，表明較遠(yuǎn)物源，湖水動力條件較弱（圖4-d）.

小泉溝、三臺地區(qū)的J2t、J3q、J3k地層中常見混合砂巖分布，其特征為低石英含量，高長石、巖屑含量，充分表明近物源、干旱、半干旱條件，顏色以灰綠色、灰色為主，碎屑成分主要為石英、長石、巖屑.巖屑成分主要為變質(zhì)巖、凝灰?guī)r，其次有霏細(xì)巖、泥巖、硅質(zhì)巖等.填隙物以泥質(zhì)為主，含量較高，分選較好，次棱角狀.

巖屑砂巖的分布范圍最廣，為主要的儲層巖石類型[9].顏色以灰綠色、灰色為主，石英含量15～25%，長石含量10～26%，巖屑含量30～52%，中—細(xì)粒為主，長石質(zhì)巖屑砂巖居多.碎屑分選中等，次棱角狀.其內(nèi)部發(fā)育槽狀交錯層理、塊狀層理等，是水下分支河道、河口砂壩、遠(yuǎn)砂壩及濱淺湖砂坪環(huán)境的產(chǎn)物(圖4-e).

2.2 辮狀河三角洲相標(biāo)志

2.2.1 反映淺水環(huán)境的巖性特征

在本區(qū)的J1b下部、J2t、J3q地層中均有辮狀河三角洲相沉積.辮狀河三角洲淺水環(huán)境中沉積的砂體，其巖性特征能反映淺水氧化環(huán)境，主要由淺紫色褐色泥巖、綠灰色泥巖及淺灰色泥巖夾粉細(xì)砂巖、粗砂巖和含礫砂巖組成，在前緣和前三角洲有灰色砂泥沉積.J1b、J2t辮狀河三角洲相沉積以灰綠色、灰色砂巖為主，J3q則以褐紅、紫色為主，表明干旱、半干旱氣候特征[10].

2.2.2 較低的成分成熟度和中等結(jié)構(gòu)成熟度

由于形成辮狀三角洲的辮狀河流入湖前流程較短，碎屑物質(zhì)較粗，得不到充分分選就很快堆積下來，巖屑和長石含量高，成分成熟度較低，砂體以辮狀分流河道和間歇性洪水片流沉積為主，常在前緣地帶構(gòu)成大型席狀砂相帶[11].由于沉積水體淺，波浪作用相對較強(qiáng)，雜基一般小于15%，分選中等，結(jié)構(gòu)成熟度呈中等.

2.2.3 反映以牽引流為主的粒度分布特征

辮狀河三角洲平原上缺少泥石流沉積，這是與扇三角洲相不同的重要區(qū)別.辮狀河三角洲相沉積總體具牽引流的特征，粒度概率曲線以兩段式為特征，以跳躍總體為主，其含量大于80%，粗截點(diǎn)在-1.5Ф左右，表明水動力較強(qiáng)；2～4 mm的細(xì)礫都以跳躍方式搬運(yùn)，細(xì)截點(diǎn)也偏粗，在3Ф左右.跳躍段有時又可分為兩段，表明流體以牽引作用為主.辮狀河三角洲平原部分的概率圖斜率較大,頻率曲線較平穩(wěn)，表明水動力較前緣強(qiáng)[12].

2.2.4 沉積構(gòu)造特征

辮狀河三角洲發(fā)育各種沉積構(gòu)造，根據(jù)野外露頭資料的觀察和研究井段巖心所見，與儲層共生的沉積構(gòu)造主要由牽引流形成為主.當(dāng)物質(zhì)供給充分時，形成以厚層的塊狀層理或平行層理為主的砂巖相.當(dāng)波浪作用較強(qiáng),物源供給不很充分時形成大型板狀的交錯層理、斜層理、波狀層理砂巖相.辮狀分流、分支河道中常見槽狀交錯層理，以及天然堤中的斜波狀層理和發(fā)育在河道間的泥巖攪混構(gòu)造及粉砂巖包卷在泥巖中的疙瘩狀構(gòu)造等[13].另外，常見各種巖相組成的粒序?qū)永?，辮狀分流河道中礫巖顯粒序?qū)永?，由泥礫、各種變質(zhì)巖巖屑、火成巖巖屑在河道底部具有不良的疊瓦構(gòu)造，大致由粗到細(xì)沉積，顯粒序特征，底部發(fā)育沖刷構(gòu)造；含礫中粗砂巖—細(xì)砂巖—粗粉砂巖粒序?qū)永恚涞撞坑?～5 cm厚含細(xì)礫砂巖段，發(fā)育有沖刷構(gòu)造（圖4-f），在前緣分支河道中可見.

另外，在野外白楊河剖面J1b?J1s中，辮狀河三角洲相沉積特征與阜康斷裂帶中段井下特征吻合（圖5）

圖5 白楊河剖面沉積相分析

2.2.5 地震反射特征

在地震剖面上，J3q、J2t、J1b地層中辮狀河三角洲前緣、前辮狀河三角洲的反射結(jié)構(gòu)多變，典型地震相模式主要有S型前積地震相（圖6）、斜交前積地震相及頂超前積地震相.

圖6 T8311地震測線齊古組S型前積地震相

2.2.6 測井曲線特征

辮狀分流河道的自然伽馬或自然電位曲線顯中幅微齒化的鐘形，表明下粗上細(xì)的正旋回特征；前緣分支河道的自然伽馬曲線為中高幅、頂?shù)淄蛔兊南湫位蜱娦?；水下分支河道間的自然伽馬曲線特征為中低幅齒化曲線；河口砂壩的自然伽馬曲線形態(tài)為中、高幅漏斗形或頂?shù)淄蛔兊南湫蝃14].

2.3 扇三角洲相標(biāo)志

扇三角洲相重力流沉積通常較辮狀河三角洲要發(fā)育，故扇三角洲的層序粒度變化較快，粒度較辮狀河三角洲要粗[15].工區(qū)內(nèi)中段小泉溝J3k及東段三臺地區(qū)部分地區(qū)的J3q、J2t中有扇三角洲相分布(見圖7)，且屬于水退型扇三角洲，發(fā)育于博格達(dá)山前陡岸一側(cè)，距物源近；平原部分不太發(fā)育，直接與濱淺湖共生，為沖積扇—扇三角洲—濱淺湖沉積體系[16].粒度粗，沉積厚，塊狀層理和粒序?qū)永硎职l(fā)育，其他特征與前述辮狀河三角洲相似.

圖7 博格達(dá)山前侏羅系沉積相模式

2.4 濱淺湖相標(biāo)志

工區(qū)內(nèi)湖泊相分布最廣，砂體主要分布在濱淺湖環(huán)境中，有河流注入的地方（三角洲）湖泊水動力進(jìn)一步改造砂體成為灘壩；無河流注入的地方，形成濱湖砂壩或?yàn)蝃17?19].在北三臺凸起邊緣不同時期均有濱淺湖砂體分布，其相標(biāo)志主要有以下特征.

2.4.1 反映淺水環(huán)境的巖性特征

工區(qū)J3q濱淺湖最為發(fā)育，另外古牧地J2x、J2t濱淺湖較發(fā)育，中薄層波狀層理的粉細(xì)砂巖相與灰綠色、褐紅色及灰色泥巖相互層.泥巖多呈褐紅色、灰綠色、灰色均反映了淺水氧化環(huán)境.

2.4.2 較高的成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度

工區(qū)東段及北三臺凸起西南斜坡邊緣濱淺湖灘壩（砂坪）很發(fā)育，以較純細(xì)粒巖屑砂巖相和巖屑石英砂巖相、石英砂巖相為主，分選好，泥質(zhì)含量少，為最好的儲集巖相.

2.4.3 反映波浪作用的粒度分布特征

粒度概率曲線為三段式和雙跳躍式，雙跳圖形一般反映的是往復(fù)水流作用.三段式中牽引總體的出現(xiàn)是由于輕度的波浪使細(xì)粒沉積物能以滾動方式搬運(yùn).

2.4.4 反映波浪作用的沉積構(gòu)造特征

常見的層理有波狀層理（見圖4-d）、斜波狀層理及浪成交錯層理，還見有中小型浪成波痕.

2.4.5 地震反射特征

在地震剖面上，濱岸砂體的反射特征為底平頂凸、橫向展布寬的丘狀反射，其內(nèi)部具微波狀起伏的亞平行結(jié)構(gòu).

另外，在三角洲間發(fā)育濱湖湖灣，在早侏羅世J1b、J1s、J2x地層中可見，水體有時封閉或半封閉，其沉積物為砂泥巖、泥巖、煤層及菱鐵礦層[20].具微波狀層理及小型交錯層理，自然伽馬曲線平直或微有起伏，巖性以暗灰色泥、沼澤沉積為特征.

3 砂體展布及有利油氣聚集區(qū)

3.1 北三臺西南斜坡及小泉溝有利區(qū)

本區(qū)帶自八道灣組至喀拉扎組為盆地邊緣三角洲相、辮狀河三角洲或扇三角洲相與濱淺湖亞相交互沉積，砂體發(fā)育，繼承性好（表2）.J1b累計(jì)骨架砂厚度8～307 m，J1s累計(jì)骨架砂厚度4～68 m，J2x累計(jì)骨架砂厚度8～104 m，J2t累計(jì)骨架砂厚度12～172 m，J3q累計(jì)骨架砂厚度16～94 m，J3k累計(jì)骨架砂厚度10～149 m.儲層條件較好，巖性以細(xì)粒、中細(xì)粒巖屑砂巖為主，主要為Ⅲ-Ⅳ類儲層，低孔低滲、中孔低滲，中等偏細(xì)或細(xì)孔喉[21].

表2 侏羅系各地層骨架砂巖厚度分布表

3.2 阜康斷裂帶西段斷裂上盤有利區(qū)

本區(qū)為沉積相有利區(qū)，自八道灣組至頭屯河組以盆地邊緣湖泊三角洲、辮狀河三角洲相與濱淺湖亞相交互沉積為主，齊古組和喀拉扎組主要為河流相沉積.由于本區(qū)為侏羅系的沉降中心，砂體發(fā)育，繼承性好，J1b累計(jì)骨架砂厚度14～267 m，J1s累計(jì)骨架砂厚度312 m，J2x累計(jì)骨架砂厚度34～107 m，J2t累計(jì)骨架砂厚度92～298 m，J3q累計(jì)骨架砂厚度73～148 m，J3k累計(jì)骨架砂厚度37～132 m.儲層巖性以細(xì)中粒、細(xì)粒、砂礫、中細(xì)粒巖屑砂巖、長石巖屑砂巖為主，Ⅳ類儲層為主，低孔特低滲、中等偏細(xì)或細(xì)孔喉.

3.3 三臺凸起有利區(qū)

本區(qū)八道灣組、三工河組、頭屯河組、齊古組以辮狀河三角洲相、扇三角洲相、河流相與濱淺湖亞相交互沉積為主.砂體較發(fā)育，J1b累計(jì)骨架砂厚度10～68 m，J1s累計(jì)骨架砂厚度3～34 m，J2t累計(jì)骨架砂厚度16～122 m，J3q累計(jì)骨架砂厚度12～137 m.儲層條件比較好，巖性以中細(xì)粒、含礫不等粒、中粗粒巖屑砂巖為主，主要為Ⅲ-Ⅳ類、Ⅲ-Ⅱ類、Ⅱ-Ⅲ類儲層[22]，中孔低滲、中等偏細(xì)或細(xì)孔喉.西山窯組和喀拉扎組被削失，砂體不發(fā)育.

4 結(jié)論

通過錄井、測井、地震資料和野外露頭剖面描述，重點(diǎn)對沉積體系及砂體展布規(guī)律進(jìn)行分析研究，得出以下幾點(diǎn)認(rèn)識：

（1）八道灣組與三工河組的物源方向主要為南東-北西向；頭屯河組有三個方向的物源區(qū)，以南部物源區(qū)為主的主要物源以及東段自東向西和北三臺凸起頂部由東向西的兩個方向的次要物源；齊古組的物源主要由南部的博格達(dá)山提供；

（2）博格達(dá)北麓山前發(fā)育辮狀河—辮狀河三角洲—濱淺湖沉積體系、曲流河—湖泊三角洲—濱淺湖沉積體系、沖積扇（干扇、濕扇）—扇三角洲—辮狀河三角洲—濱淺湖沉積體系三種；

（3）辮狀河三角洲、三角洲砂體主要分布于J1b下部、J1s、J2x、J2t、J3q高位域至低位域中，濱淺湖砂體各層位均有分布；

（4）工區(qū)中段地區(qū)廣布辮狀河三角洲前緣砂體，向正北方向預(yù)測有濁積相砂體，所以有必要進(jìn)一步向盆內(nèi)進(jìn)行勘探.西段砂體也較發(fā)育，為各地層的沉降中心，沉積巨厚，但構(gòu)造破壞性強(qiáng)，分布較深.東段J1b、J2t、J3q沉積時期，三臺凸起上河流相發(fā)育，東南又發(fā)育巨厚的沖積扇—扇三角洲沉積體系，砂體發(fā)育，尤其是臺50井、臺5井、臺58井至臺7井這一大區(qū)域，預(yù)測可成為良好的勘探目標(biāo)區(qū).