柴達(dá)木盆地北緣馬仙地區(qū)淺水湖泊三角洲沉積特征及其形成條件

張 銳

(陜西延長石油 (集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院勘探所，陜西西安 710075)

馬仙地區(qū)位于柴達(dá)木盆地北緣 (簡稱柴北緣)，是青海油田公司重要的勘探區(qū)塊，經(jīng)過近年來的大量工作，在區(qū)內(nèi)相繼發(fā)現(xiàn)了馬海、南八仙等油氣藏，展現(xiàn)出巨大的勘探潛力。前人針對(duì)柴北緣重點(diǎn)層位開展了大量的沉積學(xué)研究工作，揭示出柴北緣馬仙地區(qū)古近系—新近系主要發(fā)育辮狀河—辮狀河三角洲—湖泊體系［1－3］。本文充分應(yīng)用本區(qū)露頭、巖心、測井等基礎(chǔ)資料，系統(tǒng)分析了柴北緣西段中部馬仙地區(qū)古近系—新近系沉積相類型與沉積體系的時(shí)空分布規(guī)律，在前人工作基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出馬仙地區(qū)發(fā)育淺水湖泊三角洲沉積體系的觀點(diǎn)，并重點(diǎn)分析了該體系中淺水三角洲和氧化型淺水湖泊的沉積特征、演化過程與有利形成條件，為下一步的油氣勘探工作提供了可靠的地質(zhì)依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

馬仙地區(qū)位于柴北緣中部，東臨綠梁山 (圖1)。區(qū)內(nèi)主要發(fā)育南八仙斷背斜與馬海凸起兩個(gè)三級(jí)構(gòu)造。古新世—始新世，柴北緣地區(qū)總體處于弱伸展構(gòu)造環(huán)境。研究區(qū)整體沉降，發(fā)育填平補(bǔ)償性沉積;研究區(qū)中部馬海構(gòu)造帶由于古地形較高，未接受路樂河組沉積;漸新世至上新世中期，柴北緣地區(qū)進(jìn)入坳陷演化階段，構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定;上新世晚期，柴達(dá)木盆地進(jìn)入擠壓反轉(zhuǎn)構(gòu)造階段，柴北緣地區(qū)整體抬升，大面積地層遭受剝蝕，馬海凸起高部位第四系沉積直接覆蓋在上干柴溝組之上［4］。

圖1 馬仙地區(qū)構(gòu)造位置及工程布置圖Fig.1 Map showing structural location and project outline of Maxian area

2 沉積特征

在對(duì)馬仙地區(qū)野外露頭剖面、鉆井、測井及分析化驗(yàn)資料綜合研究的基礎(chǔ)上，運(yùn)用沉積學(xué)原理，識(shí)別出洪積扇、辮狀河、淺水三角洲和氧化型淺水湖泊4種類型的沉積相。洪積扇與辮狀河沉積特征前人已有研究，此處重點(diǎn)分析淺水三角洲和氧化型淺水湖泊沉積特征。

2.1 淺水三角洲

研究區(qū)內(nèi)三角洲是由辮狀河入湖形成的淺水三角洲，主要分布于南八仙構(gòu)造帶，產(chǎn)出層位主要是下干柴溝組至上干柴溝組。

淺水三角洲平原亞相巖性以灰色、棕色含礫粗砂巖和灰色砂巖為主，夾少量棕紅色、灰色泥巖和灰綠色粉砂巖。主要發(fā)育分流河道、天然堤、分流間洼地等微相。沉積構(gòu)造主要有反映較強(qiáng)水動(dòng)力條件的大型交錯(cuò)層理和平行層理，河道下切形態(tài)明顯 (圖2)。

圖2 馬仙地區(qū)野外露頭圖Fig.2 Features of field outcrop in Maxian area

淺水三角洲前緣亞相巖性以灰色細(xì)砂巖、棕色粉砂巖和褐色泥巖為主，可見小型交錯(cuò)層理、波狀層理、沙紋層理、變形構(gòu)造等，可劃分為水下分流河道、河口壩、席狀砂和水下分流間灣等4種微相 (圖3)。其中水下分流河道砂體較為發(fā)育，而河口壩砂體厚度較小。由于研究區(qū)地形平緩，湖泊水動(dòng)力相對(duì)較弱，而河流水動(dòng)力顯得十分突出。

圖3 仙3井淺水三角洲前緣相序列圖Fig.3 Sedimentary sequence of the front of shallow water delta in Xian3 well

在物源供應(yīng)較為充足的條件下，低水位期分流河道長距離向湖泊方向推進(jìn)，高水位期則長距離后退，導(dǎo)致水下分流河道沉積大面積分布，且前端明顯席狀化［5－6］。由于沉積時(shí)氣候干旱而且水體較淺，三角洲前緣相對(duì)頻繁地周期性暴露于水上遭受氧化，泥巖的顏色常常呈現(xiàn)出紅色、棕色等氧化色 (圖4a)。淺水前三角洲亞相以細(xì)粒沉積為主，向研究區(qū)西部很快過渡為濱淺湖相泥巖。

圖4 馬仙地區(qū)濱淺湖鉆井巖心照片F(xiàn)ig.4 Drilling cores of shore－shallow lacustrine in Maxian area

2.2 氧化型淺水湖泊

分布于南八仙構(gòu)造帶至北1井附近，在下油砂山組至上油砂山組沉積期湖泊面積最大。其主要亞相類型是濱淺湖 (圖5)。湖盆水體較淺，地形平緩，因此湖平面高頻升降受季節(jié)性氣候的影響極大。沉積物呈現(xiàn)氧化色與還原色互層的特點(diǎn)，其中灰色粉砂巖、灰綠色泥巖反映水源充沛、水體較深的沉積環(huán)境;紫色、紅色泥巖則表明該時(shí)期水源補(bǔ)給萎縮，湖平面下降，沉積物暴露遭受氧化［7］。沉積構(gòu)造主要有小型交錯(cuò)層理、波狀紋層及各種小型浪成波痕，并可見蟲孔及生物擾動(dòng)構(gòu)造 (圖4b)。

圖5 仙8井濱淺湖相序列圖Fig.5 Sedimentary sequence of shore－shallow lacustrine in Xian8 well

3 沉積體系的演化

受控于柴達(dá)木盆地古近系—新近系的構(gòu)造特征，在不同的構(gòu)造演化階段，淺水三角洲—氧化型淺水湖泊體系的發(fā)育程度不同，可分為初期準(zhǔn)備、中期繁盛和晚期衰退3個(gè)階段［8－9］。

3.1 初期準(zhǔn)備階段

古新世—始新世，研究區(qū)構(gòu)造平靜，以弱伸展構(gòu)造作用為主，發(fā)育洪積扇—辮狀河體系。受近物源及干旱氣候的影響，來自魚卡—綠梁山一線的物源供應(yīng)充足，山前的洪積扇向研究區(qū)中、西部大面積延伸，至南八仙地區(qū)逐漸演化為辮狀河和大面積的洪泛平原 (圖6)。該階段主要發(fā)育盆地初期的填平補(bǔ)齊性沉積，為淺水三角洲—氧化型淺水湖泊的發(fā)育提前準(zhǔn)備平緩的地形條件 (圖7a)。

圖6 沉積相與構(gòu)造演化綜合分析柱狀圖Fig.6 Histogram of comprehensive analysis on sedimentary facies and tectonic evolution

3.2 中期繁盛階段

圖7 淺水三角洲—氧化型淺水湖泊體系沉積模式圖Fig.7 Sedimentary model of shallow water delta and oxidized shallow water lacustrine

始新世—上新世中期，柴達(dá)木盆地處于全面擠壓坳陷階段，沉降幅度較前一階段明顯加大，研究區(qū)內(nèi)淺水三角洲—氧化型淺水湖泊廣泛發(fā)育。下干柴溝組下段沉積期，總體巖性較粗，在仙3井和仙5井的錄井剖面上可見厚度為10～20m的礫石層。該時(shí)期研究區(qū)中東部以辮狀河沉積為主，西部以淺水三角洲—氧化型淺水湖泊體系為主。至下干柴溝組上段沉積期，研究區(qū)東北方向的魚卡—祁連山一線的物源供應(yīng)有所增強(qiáng)，三角洲平原河道向盆內(nèi)不斷延伸，湖岸線隨之后退。研究區(qū)西部南八仙和南部北1井附近演化為三角洲平原 (圖6)。據(jù)仙3井、仙4井錄井資料顯示，下干柴溝組上段底部巖性以礫巖和砂巖為主，向上粒度變細(xì)。上干柴溝組至上油砂山組沉積期，研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造平靜，湖岸線又向東持續(xù)遷移，湖域面積呈逐步擴(kuò)大的趨勢。西部以湖相泥巖沉積為主，夾薄層的水下分流河道和席狀砂，受波浪作用改造，厚度較薄但延伸較遠(yuǎn) (圖7b)。東部馬海構(gòu)造帶仍然以辮狀河體系為主。

3.3 晚期衰退階段

上新世晚期獅子溝組沉積時(shí)期，柴達(dá)木盆地進(jìn)入擠壓反轉(zhuǎn)階段，在祁連山的強(qiáng)烈擠壓作用下，研究區(qū)整體大幅度抬升，新近系遭受不同程度的剝蝕，獅子溝組在研究區(qū)內(nèi)普遍缺失。根據(jù)路樂河野外露頭剖面分析，該階段盆內(nèi)可容空間不斷減小，物源供給過于強(qiáng)烈，三角洲不斷向盆地內(nèi)進(jìn)積，湖泊急劇萎縮，因此研究區(qū)內(nèi)淺水三角洲—氧化型淺水湖泊體系基本衰退。

4 有利地質(zhì)條件分析

4.1 古水深

沉積物的顏色，尤其是泥巖顏色能很好地反映沉積環(huán)境。研究區(qū)泥巖顏色多樣，包括深灰色、褐色、棕紅色和棕黃色等。研究區(qū)內(nèi)棕紅色、褐色等氧化色泥巖的質(zhì)地較純，發(fā)育塊狀層理和水平層理，極少有暴露標(biāo)志，巖心觀察中少見植物化石、炭屑等，說明其沉積時(shí)可能并不是一種純粹的陸上暴露環(huán)境，這種氧化色泥巖可能是一種淺水環(huán)境的產(chǎn)物，淺水湖泊環(huán)境為淺水三角洲的形成提供了空間和條件。

濱淺湖相泥巖在沉積時(shí)通常為還原—弱還原環(huán)境下的灰色、深灰色泥巖，后來由于暴露地表形成干裂，氧化作用首先在干裂縫隙進(jìn)行，使這些部位變成暗紅色或紫紅色 (圖4a)。其中在南八仙構(gòu)造帶的仙字號(hào)井區(qū)，路樂河組—下干柴溝組泥巖顏色多為紅棕色，而至上部上干柴溝組—油砂山組沉積時(shí)期深灰色或“灰紅相間”的泥巖逐漸增多，這一變化趨勢總體反映出研究區(qū)水體不斷加深。而“灰紅相間”的泥巖則進(jìn)一步表明湖盆水體淺且湖平面變化頻繁。

4.2 古構(gòu)造

在經(jīng)歷了古新世—始新世伸展構(gòu)造階段以后，柴北緣下干柴溝組至上油砂山組處于弱的擠壓坳陷背景下，南祁連山對(duì)柴北緣表現(xiàn)為弱的擠壓作用［10－11］，對(duì)研究區(qū)的物源和沉積格局影響較小，盆地內(nèi)部地層厚度變化不大，形成了由南向北緩慢坡降，但總體平緩的地形條件。因此，研究區(qū)內(nèi)淺水三角洲—氧化型淺水湖泊體系得以普遍發(fā)育。

4.3 古氣候

柴達(dá)木盆地古近紀(jì)—新近紀(jì)生物中，旱生植物孢粉占主要地位，例如，藜粉屬、菊科粉屬、麻黃粉屬、擬白刺粉屬等，這4類共占總孢粉含量的一半以上，可達(dá)70%～80%(圖8)。除此以外，盆地內(nèi)發(fā)育少數(shù)濕生植物，它們僅局限生長于湖邊的潮濕地區(qū)，相對(duì)旱生植物含量較少。表明柴達(dá)木盆地古近紀(jì)—新近紀(jì)氣候均屬于干旱氣候。

圖8 柴達(dá)木盆地古近紀(jì)—新近紀(jì)各類孢粉百分含量變化曲線圖①趙澄林、張亞慶、王明儒，柴達(dá)木盆地第三系沉積特征和儲(chǔ)蓋層研究，中國石油大學(xué) (北京)，1998。Fig.8 Curves showing percentage variation in various pollen of Paleogene－Neogene，Qaidam Basin

4.4 條件分析

綜上所述，認(rèn)為古氣候和古構(gòu)造互相配合，是控制研究區(qū)湖平面高頻變化的主要因素，為淺水三角洲及氧化型淺水湖泊的形成提供了有利地質(zhì)條件。在干旱氣候下，研究區(qū)內(nèi)補(bǔ)給水源匱乏，主要是季節(jié)性降水和冰雪融水。因此，水體較淺，湖泊水動(dòng)力弱;而河流作用較強(qiáng)，水下分流河道可以延伸很遠(yuǎn)，而河口壩不太發(fā)育。在平緩的地形條件下，湖平面的垂向變化可以引起湖岸線在橫向上的大范圍遷移。因此，洪水期時(shí)，湖岸線大規(guī)模向陸地遷移，大面積的三角洲平原及河流沉積物被淹沒;枯水期時(shí)，湖岸線急劇后退，三角洲及濱淺湖沉積物暴露于水上，遭受氧化，在鉆井巖心上表現(xiàn)為“灰紅相間”［7］的高頻沉積旋回。

5 結(jié)束語

(1)研究區(qū)淺水三角洲—氧化型淺水湖泊沉積體系特點(diǎn)鮮明。在物源供給充足且穩(wěn)定的條件下，淺水三角洲水下分流河道延伸較遠(yuǎn)，而河口壩不發(fā)育;氧化型淺水湖泊表現(xiàn)為湖盆寬淺、氧化和還原環(huán)境交替。

(2)淺水三角洲—氧化型淺水湖泊體系的演化過程可分為初期準(zhǔn)備、中期繁盛和晚期衰退3個(gè)階段，在不同的階段發(fā)育程度不同，特征各異。

(3)古氣候和古構(gòu)造共同作用，直接導(dǎo)致了研究區(qū)湖平面的高頻變化，進(jìn)而為淺水三角洲及氧化型淺水湖泊的形成提供了有利地質(zhì)條件。

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