準(zhǔn)噶爾盆地西北緣瑪北地區(qū)百口泉組扇三角洲沉積模式①

鄒妞妞 史基安 張大權(quán) 馬崇堯 張順存 魯新川

(1.甘肅省油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國(guó)科學(xué)院油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 蘭州 730000;2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 北京 100049;3.新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院 新疆克拉瑪依 834000)

扇三角洲是從鄰近高地直接前積到停滯水體中的沖積扇［1-2］。自Holmes(1965)提出扇三角洲，國(guó)內(nèi)外地質(zhì)工作者對(duì)扇三角洲沉積進(jìn)行了大量的研究，認(rèn)為絕大部分的扇三角洲發(fā)育于活動(dòng)大陸邊緣和島弧沉積體系，且大多是近物源，坡降大，沉積物以礫質(zhì)粗碎屑沉積為主［1-5］。隨后，石油地質(zhì)家發(fā)現(xiàn)扇三角洲沉積環(huán)境中含有豐富的生油母巖、儲(chǔ)層發(fā)育、構(gòu)造圈閉條件良好，油氣遠(yuǎn)景大，這使扇三角洲的研究更加炙手可熱，目前對(duì)入海三角洲的成因機(jī)理、沉積環(huán)境及內(nèi)部沉積單元的精細(xì)刻畫已形成體系，而陸相成因的入湖三角洲研究尚未完善［6］。我國(guó)大多數(shù)含油氣儲(chǔ)層發(fā)育于河流—三角洲沉積體系的陸相盆地，我國(guó)陸相斷陷和坳陷湖盆是扇三角洲發(fā)育的重要場(chǎng)所，如渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷［7］，二連盆地白音查干凹陷北部陡坡帶［8］，蘇北盆地高郵凹陷［9］，瓊東南盆地崖南凹陷［10］，南襄盆地泌陽(yáng)凹陷［11］，松遼大型淺水湖盆三角洲［12-13］等均為扇三角洲沉積體系。

準(zhǔn)噶爾盆地西北緣瑪北地區(qū)處于瑪湖凹陷有利生油氣區(qū)，由于受古構(gòu)造、古地貌、物源等地質(zhì)條件的控制，周期性的湖侵使三角洲各沉積單元相標(biāo)志明顯，本文從骨架相構(gòu)成、層理類型、垂向沉積層序、內(nèi)部相帶發(fā)育狀況及巖相模式和測(cè)井曲線規(guī)律等方面闡述了研究區(qū)三疊系百口泉組扇三角洲的沉積特征，并建立沉積相模式，以期對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地扇三角洲沉積體系的石油勘探和開發(fā)進(jìn)行有效的預(yù)測(cè)。

1 地質(zhì)背景

準(zhǔn)噶爾盆地西北緣處于西準(zhǔn)噶爾褶皺山系與準(zhǔn)噶爾地塊之間，是一北東向的巨型逆掩斷裂帶，由西南向東北依次為紅—車、克—百、烏—夏斷裂帶(圖1)。由于晚古生代準(zhǔn)噶爾—吐魯番板塊向哈薩克斯坦板塊俯沖、消減以至碰撞，使準(zhǔn)噶爾西北緣發(fā)育碰撞隆起帶及與其相鄰的大型陸內(nèi)坳陷沉積［14-16］。前人研究認(rèn)為準(zhǔn)噶爾盆地西北緣是以石炭系為基底的大型陸內(nèi)疊合盆地，到三疊紀(jì)，盆地開始由前陸盆地向陸內(nèi)拗陷盆地過(guò)渡，盆地由斷坳陷轉(zhuǎn)向坳陷［17-18］，整個(gè)三疊系超覆于海西晚期因構(gòu)造抬升、逆沖形成的邊緣隆起上，山前沉降幅度大，沉積厚，廣泛發(fā)育沖積扇、水下扇、扇三角洲等礫質(zhì)粗碎屑沉積［19-23］。

瑪湖凹陷三疊系百口泉組(T1b)發(fā)育5大扇群，從西南到東北依次發(fā)育中拐扇、瑪湖1扇、黃羊泉扇、夏子街扇、夏鹽扇(圖1)，瑪北地區(qū)地處規(guī)模最大的夏子街扇群，與西側(cè)黃羊泉扇群和東側(cè)夏鹽扇群相鄰，扇體的發(fā)育和入盆砂體的平面展布是由規(guī)模較大且長(zhǎng)期活動(dòng)的同沉積斷裂所形成的構(gòu)造(斷裂)坡折帶控制的，百口泉組沉積期發(fā)育兩大東北向西南的面積較大、坡度較緩的坡折帶(圖2)，山口及北東向溝谷控制著扇體與主槽砂體的分布，側(cè)翼平臺(tái)區(qū)控制著扇三角洲前緣相的分布，東西向次級(jí)斷裂控制坡折帶的分布，從而控制著側(cè)翼扇朵體的分布，影響著扇體的展布和相帶的分布，使三角洲扇體具有平面上分帶，垂向上疊加，繼承性較強(qiáng)的特點(diǎn)。如位于2個(gè)坡折帶間的瑪131井、瑪15井、瑪132井、夏72井、夏7202井，均獲高產(chǎn)工業(yè)油氣流，坡折帶具有明顯的控制扇三角洲的發(fā)育及展布。

圖1 瑪北地區(qū)構(gòu)造位置及地層綜合柱狀圖(圖中虛線框?yàn)檠芯繀^(qū))Fig.1 Structural location and stratigraphic integrated histogram in Mabei region(the dotted box marks study area)

圖2 瑪北地區(qū)百口泉組古地貌三維可視化圖Fig.2 3D palaeogeomorphology visualization of Baikouquan Formation in Mabei region

2 扇三角洲沉積標(biāo)志

2.1 巖芯沉積特征

通過(guò)對(duì)瑪北地區(qū)20余口鉆井巖芯和300多張巖石薄片的觀察，結(jié)合錄井和測(cè)井資料分析可知:百口泉組(從下到上依次劃分為百一段(T1b1)、百二段(T1b2)、百三段(T1b3))巖性由砂礫巖相、砂巖相、粉砂巖相和泥巖相組成，巖性從T1b1—T1b2—T1b3由礫巖、砂礫巖、粗砂巖、細(xì)砂巖逐漸變細(xì)，顏色從褐色、棕褐色及雜色逐漸過(guò)渡到灰綠色、灰色(圖1，3)。巖石類型主要為砂礫巖、不等粒礫巖、含礫粗砂巖、砂巖為主，其中砂礫巖約占70%，故該區(qū)發(fā)育的扇體可稱“砂礫巖扇體”。礫石的分選和磨圓參差不齊，中礫與中粗礫磨圓最好，呈次圓狀至次棱角狀;細(xì)礫巖的分選相對(duì)較好，中粗礫巖分選較差，所占比例大;泥質(zhì)雜基含量變化較大，說(shuō)明水動(dòng)力變化較大;碎屑巖類型以巖屑砂巖為主，巖屑含量高，發(fā)育少量長(zhǎng)石巖屑砂巖，成分成熟度較低(圖4);填隙物以泥質(zhì)和鈣質(zhì)膠結(jié)為主，膠結(jié)類型主要為壓嵌式和孔隙式膠結(jié);支撐結(jié)構(gòu)以顆粒支撐為主，常見同級(jí)顆粒支撐、多級(jí)顆粒支撐、砂質(zhì)顆粒支撐、礫石質(zhì)顆粒支撐，偶見雜基支撐，反映強(qiáng)水動(dòng)力的洪流攜帶沉積物的快速沉積(圖3)。以上巖性特征均具明顯的扇三角洲近源快速沉積的特點(diǎn)［11］。

研究區(qū)沉積構(gòu)造隨巖性和水動(dòng)力的不同而變化，其中礫巖和砂礫巖中發(fā)育大型槽狀、板狀交錯(cuò)層理、遞變層理、底沖刷構(gòu)造，局部發(fā)育較強(qiáng)水動(dòng)力條件下快速混雜堆積的厚層塊狀層理;含礫粗砂巖和砂巖以板狀和波狀交錯(cuò)層理為主，為較穩(wěn)定的水動(dòng)力環(huán)境;細(xì)粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖以波狀交錯(cuò)層理和變形層理為主，并可見塊狀層理、遞變層理、平行層理和小型槽狀交錯(cuò)層理;泥巖中常見塊狀層理和水平層理(圖3)。

圖3 瑪北地區(qū)百口泉組典型巖芯相特征Fig.3 Typical sedimentary feature of wells in Baikouquan Formation of Mabei region

圖4 研究區(qū)碎屑巖分類三角圖Fig.4 The clastic rock composition in the study area

2.2 粒度特征

碎屑巖的粒度是反映水動(dòng)力狀況和沉積環(huán)境的標(biāo)尺，也是細(xì)致劃分沉積相的基礎(chǔ)。本文通過(guò)對(duì)百口泉組典型取芯井段的粒度概率曲線特征進(jìn)行分類總結(jié)，可知其粒度概率曲線有3種主要類型:①一段式(圖5a):說(shuō)明巖石粒級(jí)分布廣，斜率小，分選差，截點(diǎn)不明顯，典型的強(qiáng)水動(dòng)力條件下重力流的沉積;②三段式(圖5b，c):曲線具有跳躍、滾動(dòng)和懸浮三段式，曲線斜率較大，分選性中等，具有牽引流的典型特征，為扇三角洲平原辮狀河道和扇三角洲前緣分流河道和遠(yuǎn)砂壩等的河道沉積，水動(dòng)力持續(xù)穩(wěn)定;③二段式(圖5d，e，f):具明顯的河道沉積特點(diǎn)，以跳躍總體為主，含量約為50%～70%，粒度分布范圍大約在0.5～4 φ之間，斜率大致為 60°～65°，分選中等，跳躍和懸浮總體的截點(diǎn)變化較大，懸浮總體含量較少，有時(shí)可高達(dá)30%左右，沉積物在牽引流作用下主要以跳躍的方式搬運(yùn)，反映了較強(qiáng)和中等水動(dòng)力條件下的河道沉積。

2.3 測(cè)井相特征

測(cè)井曲線的形態(tài)和幅值是反映沉積環(huán)境特征的良好指標(biāo)，通過(guò)取芯井段的測(cè)井曲線特征，建立了研究區(qū)扇三角洲不同沉積微相的測(cè)井模式圖(圖6)，常見的測(cè)井曲線有高幅箱型，中、低幅齒狀箱形、高幅齒狀鐘形、漏斗形、高、中、低幅齒狀指狀、指狀、齒化線形及線形及其組合。

3 扇三角洲沉積相

3.1 扇三角洲平原

扇三角洲平原是沖積扇的陸上與水下部分，是主辮狀河道和平原分流河道的發(fā)育區(qū)，研究區(qū)扇三角洲平原具有重力流和牽引流的成因特征，發(fā)育泥石流沉積、辮狀河道充填和水下分流河道沉積等多種成因類型，根據(jù)巖性特征和成因類型將扇三角洲平原分為3個(gè)微相。

圖5 研究區(qū)扇三角洲沉積物粒度概率曲線Fig.5 Grain size cumulative probability curves of fan delta deposits in the study area

(1)扇三角洲平原水上泥石流礫巖微相

扇三角洲平原水上泥石流礫巖微相(圖3，6，7)是扇三角洲的水上部分，其結(jié)構(gòu)和構(gòu)造具有重力流和泥石流的沉積特征。其最重要的標(biāo)志是共生的礫巖、砂礫巖及泥巖多為氧化色(褐色、棕色及雜色)，發(fā)育沖刷充填構(gòu)造、板狀交錯(cuò)層理及厚層塊狀構(gòu)造。砂礫巖在垂向上以塊狀韻律層疊置為特征，底部見沖刷構(gòu)造。該微相粒度較粗，沉積物無(wú)規(guī)律排列、分選性差，具有明顯的動(dòng)蕩環(huán)境中能量不穩(wěn)定的重力流沉積特點(diǎn)。巖石雜基含量高，電性特征曲線特征為高幅箱型，沉積能量較高。

(2)扇三角洲平原辮狀河道砂礫巖微相

扇三角洲平原辮狀河道砂礫巖微相(圖3，6，7)主要是辮狀河道的沉積，由水上氧化環(huán)境的褐色、雜色砂礫巖、砂質(zhì)礫巖和礫狀砂巖所構(gòu)成。礫巖多為碎屑顆粒支撐，礫石間混合雜基充填，礫石成分復(fù)雜，大小不等，雜亂分布，分選差。發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理、塊狀構(gòu)造、遞變層理及板狀交錯(cuò)層理，顯示牽引流的沉積特征。此外，辮狀河道砂礫巖中發(fā)育沖刷面，在水體能量最強(qiáng)處，砂礫巖的雜基被沖刷掉，形成同級(jí)顆粒支撐結(jié)構(gòu)。測(cè)井曲線為多個(gè)齒化或弱齒化的箱形的垂向疊加。

(3)扇三角洲平原河道間砂泥巖微相

扇三角洲平原河道間砂泥巖微相(圖3，6，7)是洪水溢出辮狀河道后在河道側(cè)緣沉積而成。巖性主要為褐色、棕褐色、雜色泥巖夾泥質(zhì)粉砂巖和粉砂巖，在垂向上和平面上夾于辮狀河道之間，常為黏土夾層，雜基含量多，分選中等，常見平行層理和波狀層理，有時(shí)可見洪水季節(jié)河床漫溢沉積的砂礫質(zhì)夾層。測(cè)井曲線表現(xiàn)為薄層低幅齒化箱型。

圖6 研究區(qū)扇三角洲沉積相特征及沉積序列Fig.6 Sedimentary characteristics and sequence model of fan delta in the study area

3.2 扇三角洲前緣

扇三角洲前緣是扇三角洲的主體，發(fā)育面積較大，它是沖積扇入湖后形成的水下沉積部分，主要發(fā)育水下河道、水下分流河道間和河口壩—遠(yuǎn)砂壩等沉積微相，研究區(qū)扇三角洲前緣可分為6個(gè)微相。

(1)扇三角洲前緣水下主河道礫巖微相

扇三角洲前緣水下主河道礫巖微相(圖3，6，7)是扇三角洲沉積的主體，也是砂體最發(fā)育部位，處于水下，分布范圍最大。主要為灰綠、雜色礫巖、砂礫巖和粗砂巖，分選較差、磨圓較好，呈次圓狀—次棱角，以顆粒支撐為主，厚層狀砂礫巖體中可見大型槽狀交錯(cuò)層理。電阻曲線主要為齒狀鐘形+箱形的復(fù)合型。

(2)扇三角洲前緣水下河道砂礫巖微相

扇三角洲前緣水下河道砂礫巖微相(圖3，6，7)是隨著扇三角洲平原辮狀河道向湖推進(jìn)，河道變寬變淺、分叉，形成水下分流河道。沉積物主要為灰色、灰綠色含礫砂巖和砂巖，礫巖量少，以顆粒支撐為主，磨圓較好，具明顯的河道沉積特點(diǎn)。發(fā)育大型槽狀交錯(cuò)層理，局部見礫石定向排列及小型沖刷面。電阻曲線主要為高幅齒狀鐘形或?yàn)橐蛩劳丝s呈鐘形疊在箱形之上的復(fù)合型。

(3)扇三角洲前緣水下河道間砂泥巖微相

扇三角洲前緣水下河道間砂泥巖微相(圖3，6，7)主要是灰綠色、灰色塊狀或具水平層理的砂質(zhì)、粉砂質(zhì)泥巖夾薄層或透鏡狀砂巖組成。由于水下分流河道的頻繁改道，該沉積物易被沖刷。電阻率曲線多為齒狀、指狀或齒化指狀。

(4)扇三角洲前緣水下泥石流砂礫巖微相

扇三角洲前緣水下泥石流砂礫巖微相(圖3，6，7)主要由灰色、灰綠色的礫巖、砂礫巖、砂巖、泥巖混合沉積，砂質(zhì)顆粒支撐漂浮的礫巖，雜基含量高，分選相對(duì)較差、磨圓中等，物質(zhì)混雜，水體密度大，明顯重力流的特征。測(cè)井曲線為中幅箱形+鐘形的復(fù)合型。

(5)扇三角洲前緣水下河道末端砂巖微相

扇三角洲前緣水下河道末端砂巖微相(圖3，6，7)是扇三角洲水下分流河道末端的細(xì)粒沉積，主要由灰色中粗砂巖組成，夾雜含礫砂巖，發(fā)育小型槽狀和板狀層理，分選性好，磨圓度較好，具正韻律。測(cè)井曲線為中幅鐘形+指狀。河道末端砂經(jīng)過(guò)穩(wěn)定的水動(dòng)力沖刷，沉積物被充分淘洗，雜基含量低，是良好的儲(chǔ)集巖。

(6)扇三角洲前緣河口壩-遠(yuǎn)砂壩砂巖微相

扇三角洲前緣河口壩—遠(yuǎn)砂壩砂巖微相(圖3，6，7)是水下分流河道向湖盆的延伸。沉積物粒度變細(xì)，由灰色中細(xì)砂巖、粉砂巖和含礫細(xì)砂巖組成;巖芯可見清晰的交錯(cuò)層理和板狀層理，沖刷面少見，上部常見波狀交錯(cuò)層理和波狀層理。巖石雜基含量低，分選性好、磨圓度較好，在巖性剖面及電性上均表現(xiàn)為由下向上變粗的反韻律旋回。電阻率曲線為中幅齒化的漏斗型，由于研究區(qū)三疊紀(jì)沉積期西北緣為退積的沉積序列，波浪作用較弱，使該砂體在研究區(qū)較為發(fā)育，是有利的勘探目的儲(chǔ)集巖。

3.3 前扇三角洲

前扇三角洲是扇三角洲前緣向淺湖區(qū)或深湖區(qū)過(guò)渡的斜坡帶，它是扇三角洲體系中分布最廣、沉積最厚的地區(qū)，主要沉積灰色、深灰色粉砂巖和泥巖夾粉砂質(zhì)泥巖，研究區(qū)前扇三角洲亞相可分為2個(gè)微相(圖3，6，7):①前扇三角洲粉砂巖微相:沉積物中的沉積構(gòu)造不發(fā)育，見沙紋層理和水平層理。粉砂巖的磨圓和分選都較好，水動(dòng)力較為穩(wěn)定，電阻率測(cè)井曲線為中幅齒化指狀。若扇三角洲前緣沉積速率快，可形成滑塌成因的濁積砂礫巖體包裹在前扇三角洲或深水盆地泥質(zhì)沉積中［24］。②前扇三角洲泥巖微相:位于扇三角洲的最前緣并與湖泊相過(guò)渡，由灰色泥巖夾薄層泥質(zhì)粉砂巖和細(xì)砂巖互層組成，水平層理。電阻率曲線呈指狀或齒狀。

4 扇三角洲沉積模式

沉積相模式是以相序遞變規(guī)律為基礎(chǔ)，對(duì)沉積相的演化加以高度的概括，是沉積相的空間組合，而相序的遞變規(guī)律受構(gòu)造沉降、物源供給、湖平面變化、氣候變化等多種因素綜合控制，因此研究區(qū)扇三角洲模式的建立可直觀的顯現(xiàn)沉積體系的空間演化和沉積相的平面展布規(guī)律［25-27］。

垂向上，研究區(qū)發(fā)育典型的向上變細(xì)的正旋回沉積序列(圖7):其中底部為扇三角洲平原的砂礫巖粗碎屑沉積，厚層塊狀構(gòu)造，與下伏層呈沖刷突變接觸，向上粒度逐漸變細(xì)，見透鏡狀砂體，發(fā)育板狀和槽狀交錯(cuò)層理，雜色的粉細(xì)砂巖、粉砂質(zhì)泥巖多呈透鏡狀和楔狀?yuàn)A層;扇三角洲前緣底部為厚層狀砂礫巖體，見大型槽狀交錯(cuò)層，向上變?yōu)橹小硬顚永砗推叫袑永恚瑠A雜重力流沉積的灰綠色砂礫巖，粒序?qū)永眍w粒支撐，向上逐漸變?yōu)樾⌒筒蹱詈桶鍫顚永淼闹袑由皫r;前扇三角洲主要為水平層理的厚層泥巖夾粉砂質(zhì)泥巖。

平面上，百一段沉積期(圖7T1b1)，主要發(fā)育扇三角洲平原沉積，扇三角洲前緣的沉積范圍相對(duì)較小，物源主要來(lái)自研究區(qū)東北部及北部，僅在山前東北部見有沖積扇相發(fā)育，在靠近濱淺湖的區(qū)域可見到零星的河口壩發(fā)育，該時(shí)期是扇三角洲平原最為發(fā)育時(shí)段，沉積物以褐色、灰色礫巖和砂礫巖為主;百二段沉積期(圖7 T1b2)，湖水面積擴(kuò)大，早期發(fā)育扇三角洲平原水上泥石流及扇三角洲前緣水下泥石流沉積，中期該區(qū)的沉積平臺(tái)不再發(fā)育，晚期主要發(fā)育扇三角洲前緣沉積，扇三角洲平原沉積范圍縮小，此時(shí)扇三角洲平原主要發(fā)育褐色、雜色和棕色礫巖及砂礫巖，扇三角洲前緣則主要發(fā)育灰色、灰綠色礫巖、砂礫巖和中粗粒砂巖，在靠近西部濱淺湖發(fā)育河口壩及水下河道末端的細(xì)砂巖和粉砂巖;百三段沉積期(圖7 T1b3)，研究區(qū)湖水范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，扇三角洲平原相沉積區(qū)也進(jìn)一步向東北方向退縮，扇三角洲前緣及濱淺湖沉積范圍擴(kuò)大，扇三角洲平原亞相和扇三角洲前緣亞相的沉積巖性明顯變細(xì)，礫巖和砂礫巖不僅沉積面積減少，厚度也明顯減薄，細(xì)砂巖、粉砂巖及砂質(zhì)泥巖分布更為廣泛，沉積厚度也顯著增加。

5 結(jié)論

(1)瑪北地區(qū)三疊系百口泉組主要發(fā)育近源快速堆積的扇三角洲沉積，斷裂坡折帶控制扇體的發(fā)育和平面展布，扇三角洲按其成因可劃為3亞相和11個(gè)微相:即扇三角洲平原水上泥石流礫巖微相、辮狀河道砂礫巖微相、平原河道間砂泥巖微相;扇三角洲前緣水下主河道礫巖微相、水下河道砂礫巖微相、水下泥石流砂礫巖微相、水下河道間砂泥巖微相、水下河道末端砂巖微相、河口壩—遠(yuǎn)砂壩砂巖微相;前扇三角洲粉砂巖微相和扇三角洲泥巖微相。

(2)扇三角洲平原亞相主要由混雜礫巖和砂礫巖夾褐色、灰色、灰綠色和雜色泥巖組成，發(fā)育交錯(cuò)層理和平行層理，電阻率曲線多為齒化的低幅箱狀;扇三角洲前緣亞相主要為灰、灰綠色砂礫巖和砂巖夾灰綠色泥巖，由水下分流河道、河口壩及遠(yuǎn)砂壩等組成，層理構(gòu)造發(fā)育，電阻率曲線有箱狀、漏斗—鐘形、指狀等類型，水下河道砂礫巖和河口壩及遠(yuǎn)砂壩砂巖微相是優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集巖微相;前三角洲亞相已進(jìn)入湖區(qū)，由深灰色泥巖夾紋層狀砂巖組成，電阻率曲線多為齒化指狀。

圖7 研究區(qū)扇三角洲沉積相模式圖及相層序Fig7 The sedimentary facies model and microfacies sequences of fan delta in the study area

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