瑪湖凹陷大型淺水退覆式扇三角洲沉積模式及勘探意義

唐勇，徐洋，李亞哲，王力寶

扇三角洲是在1965年由Holmes提出來的概念，一直以來扇三角洲被認(rèn)為是在陡坡近水環(huán)境下沉積形成的，其特點(diǎn)是物源近、粒度粗、分選差，并形成了多種扇三角洲的模式分類：按坡度分類的牙買加模式（斜坡型）、阿拉斯加模式（陸架型）和吉爾伯特模式[1]；按發(fā)育位置分類的靠山型模式與靠扇型模式[2]；按前緣改造程度分類的河控型、浪控型和潮控型[3]，這些研究推進(jìn)了對(duì)扇三角洲沉積的認(rèn)識(shí)。也有學(xué)者提出深水三角洲與淺水三角洲[4-5]，繼而有學(xué)者對(duì)淺水三角洲提出更細(xì)致的分類[6-11]，其中包括淺水扇三角洲。前人總結(jié)淺水三角洲發(fā)育條件是穩(wěn)定的構(gòu)造背景、湖盆面積大、坡度緩、物質(zhì)供應(yīng)充足等；沉積特點(diǎn)是分流河道砂體分布面積廣、厚度大、粒度粗、沉積水動(dòng)力強(qiáng)，河口壩微相砂體不發(fā)育，并且缺乏傳統(tǒng)三角洲三層式結(jié)構(gòu)等特征[9]。

近年來，準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷及其周緣地區(qū)下三疊統(tǒng)百口泉組和上二疊統(tǒng)上烏爾禾組在油氣勘探方面取得重大突破，認(rèn)為百口泉組和上烏爾禾組屬于扇三角洲沉積，但與傳統(tǒng)扇三角洲不同，沿凹陷邊緣形成多個(gè)扇群，規(guī)模大、延伸遠(yuǎn)，砂礫巖儲(chǔ)集體呈現(xiàn)滿凹分布格局。在何種古地理背景與沉積條件下能形成如此巨大規(guī)模的扇三角洲沉積體系？同時(shí)，為何同為退覆式扇三角洲沉積的百口泉組和上烏爾禾組能大面積成藏？此類沉積與大面積含油有何內(nèi)在聯(lián)系？針對(duì)這些地質(zhì)問題，本文在前人研究基礎(chǔ)之上，依據(jù)巖心、測(cè)井和地震等資料，研究瑪湖凹陷古構(gòu)造、古地理背景和演化過程，在此基礎(chǔ)上，建立了大型淺水退覆式扇三角洲沉積模式，分析該類型扇三角洲與大規(guī)模油氣成藏的關(guān)系，以期為粗粒儲(chǔ)集體的油氣勘探提供依據(jù)。

1 百口泉組和上烏爾禾組大型扇三角洲沉積特征

準(zhǔn)噶爾盆地西北緣百口泉組和上烏爾禾組都發(fā)育厚層砂礫巖儲(chǔ)集體，百口泉組巖性主要為褐紅色、灰色礫巖、砂礫巖等，少量灰色含礫砂巖、細(xì)砂巖，厚度140～240 m；上烏爾禾組巖性主要為砂礫巖、含礫中粗砂巖、中-細(xì)砂巖、粉砂巖和泥巖，顏色以灰色、深灰色為主，極少數(shù)為褐色，厚度為27～311 m.百口泉組和上烏爾禾組自下而上均粒度變細(xì)、砂礫巖含量逐漸減少，具湖侵退積沉積序列的特征。

在地層接觸關(guān)系上，百口泉組與下伏二疊系之間、上烏爾禾組與其下伏地層之間均為不整合接觸。與百口泉組相比，上烏爾禾組分布范圍較?。▓D1）。

圖1 瑪湖凹陷及其周緣地區(qū)百口泉組和上烏爾禾組分布

1.1 百口泉組和上烏爾禾組發(fā)育扇三角洲沉積相

百口泉組和上烏爾禾組均發(fā)育暗色湖相泥巖和紅褐色泥巖，反映水上、水下2種沉積環(huán)境，粗碎屑沉積物以礫巖和砂礫巖為主，說明了近源特點(diǎn)。

參考巖石顏色、粒度、沉積構(gòu)造、礫石支撐形式等因素，將百口泉組和上烏爾禾組巖心劃分出13種巖相，包括泥雜基支撐漂浮礫巖相（Gmz）、塊狀礫巖相（Gm）、多級(jí)顆粒支撐礫巖相（Gcm）、砂質(zhì)支撐礫巖相（Gms）、粒序?qū)永淼[巖相（Gg）、疊瓦狀礫巖相（Gi）、同級(jí)顆粒支撐礫巖相（Gcs）、交錯(cuò)層理礫巖相（Gt-p）、交錯(cuò)層理砂巖相（St-p）、塊狀砂巖相（Sm）、波狀層理砂巖相（Sw）、灰色泥巖相（Mmh）和褐色泥巖相（Mmr）。其中，泥雜基支撐漂浮礫巖相、塊狀礫巖相和褐色泥巖相巖石顏色為雜色或褐色，反映了氧化沉積環(huán)境，即扇三角洲平原水上沉積；交錯(cuò)層理礫巖相、砂質(zhì)支撐礫巖相、交錯(cuò)層理砂巖相、波狀層理砂巖相和灰色泥巖相的巖石顏色多為灰白色或灰色，反映了還原沉積環(huán)境，即扇三角洲前緣水下沉積。

從發(fā)育的巖相類型分析，存在3種流體搬運(yùn)機(jī)制。其中泥雜基支撐漂浮礫巖相和塊狀礫巖相反映為碎屑流沉積，流體性質(zhì)為層流，主要為懸浮搬運(yùn)方式；多級(jí)顆粒支撐礫巖相、砂質(zhì)支撐礫巖相、粒序?qū)永淼[巖相和疊瓦狀礫巖相反映高密度洪流性質(zhì)，處于碎屑流向牽引流過渡類型；同級(jí)顆粒支撐礫巖相、交錯(cuò)層理礫巖相、交錯(cuò)層理砂巖相、塊狀砂巖相和波狀層理砂巖相反映穩(wěn)定水動(dòng)力條件下牽引流沉積，流體性質(zhì)為湍流，主要為底負(fù)載搬運(yùn)方式。

不同的巖相類型是單一沉積作用或沉積過程的產(chǎn)物，通過巖相疊置和變化關(guān)系可以判斷沉積環(huán)境。總體上，百口泉組和上烏爾禾組呈現(xiàn)了扇三角洲沉積序列的特征，可以劃分出扇三角洲平原辮狀河道、河道間和泥石流，扇三角洲前緣水下分流河道、碎屑流、遠(yuǎn)砂壩和分流間灣共7種沉積微相類型（圖2）。

1.2 扇三角洲前緣砂礫巖分布范圍廣，延伸距離遠(yuǎn)

百口泉組和上烏爾禾組在瑪湖凹陷及其周緣地區(qū)發(fā)育多個(gè)大型扇三角洲，扇體規(guī)模不一，扇三角洲平原亞相向湖區(qū)方向延伸較遠(yuǎn)，各相鄰扇體前緣相帶在凹陷斜坡區(qū)交互疊置。

百口泉組發(fā)育中拐—車排子、克拉瑪依、黃羊泉、夏子街、夏鹽—達(dá)巴松和石西6個(gè)扇體（圖3）。其中黃羊泉扇扇三角洲平原亞相主要分布于百75井以北，扇三角洲前緣亞相分布范圍較大，南部一直延伸到瑪中1井區(qū)，進(jìn)入了瑪湖凹陷的腹部地區(qū)，可能與東部夏鹽—達(dá)巴松扇在凹陷中心交會(huì)，東部與夏子街扇在瑪101井一帶交會(huì)，西部則延伸到艾參1井，與克拉瑪依扇交會(huì)。與百口泉組相比，上烏爾禾組沉積范圍在瑪湖凹陷南斜坡，主要包括中拐—車排子、克拉瑪依、白堿灘和達(dá)巴松4大扇體，同樣呈現(xiàn)扇體規(guī)模大、前緣亞相砂礫巖延伸遠(yuǎn)的特征（圖4）。

百口泉組和上烏爾禾組均表現(xiàn)為砂礫巖大面積連續(xù)分布的特征，形成了與中國(guó)東部斷陷湖盆陡坡扇三角洲不一樣的沉積模式，這與該時(shí)期獨(dú)特的地質(zhì)條件密切相關(guān)。

2 大型淺水退覆式扇三角洲形成條件

瑪湖凹陷及其周緣地區(qū)百口泉組和上烏爾禾組砂礫巖具有大面積分布格局與其特定的地質(zhì)條件相關(guān)，主要包括3個(gè)方面的地質(zhì)條件。

圖2 瑪湖凹陷斜坡區(qū)百口泉組和上烏爾禾組扇三角洲沉積微相與巖相特征

圖3 瑪湖凹陷及其周緣地區(qū)百口泉組沉積相

2.1 斷坳轉(zhuǎn)換期充足物源和穩(wěn)定水系持續(xù)建造

圖4 瑪湖凹陷及其周緣地區(qū)上烏爾禾組沉積相

瑪湖凹陷處于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣的山前坳陷，經(jīng)歷了早二疊世前陸盆地階段，在中—晚二疊世，沖斷帶碰撞活動(dòng)達(dá)到頂峰后前陸盆地開始縮減，二疊紀(jì)末構(gòu)造環(huán)境轉(zhuǎn)為板內(nèi)擠壓階段，三疊紀(jì)早期的印支運(yùn)動(dòng)期仍以擠壓推覆為主，但盆地內(nèi)基底斷裂以及盆山之間的斷裂開始逐漸穩(wěn)定，活動(dòng)逐漸變?nèi)酰纬闪僳晗菖璧?。因此，晚二疊世至早三疊世為前陸盆地沖斷和坳陷盆地轉(zhuǎn)換時(shí)期（圖5），受推覆擠壓影響，西部隆起、陸梁隆起持續(xù)隆升，為瑪湖凹陷提供了充足的物源。

同時(shí)，在盆地推覆擠壓過程中，盆地內(nèi)各推覆單元之間形成了剪切走滑斷裂，研究表明這些斷裂長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)育，形成了向盆地輸送物源的穩(wěn)定山口通道，如中拐—車排子扇、克拉瑪依扇和黃羊泉扇分別是紅車推覆帶、克烏推覆帶和烏夏推覆帶之間相互剪切走滑斷裂形成的水系攜帶沉積物堆積而成。而夏子街扇則是由于東北方向與西北方向的應(yīng)力在此區(qū)域內(nèi)相擠壓、壓扭，使得區(qū)域內(nèi)山體發(fā)育北東—南西向的斷裂，成為輸送剝蝕區(qū)物源的通道，形成了物源供應(yīng)充足的山口，從而形成延伸距離近40 km的大型扇體。

圖5 過瑪湖1井—達(dá)探1井地震地質(zhì)解釋剖面（剖面位置見圖1）

2.2 具備盆大、水淺、坡緩的古地理背景

在百口泉組和上烏爾禾組沉積期，準(zhǔn)噶爾盆地是一個(gè)大型的坳陷盆地，沉積面積5×104～6×104km2，其西北緣的瑪湖凹陷及其周緣地區(qū)面積近1×104km2，因此其巨大的湖盆為大面積的砂體沉積提供了足夠的可容納空間。由于瑪湖凹陷位于整個(gè)盆地的西北部，屬于盆地的斜坡區(qū)，并且瑪湖凹陷的沉積中心位于凹陷南部的達(dá)巴松地區(qū)，這種地貌條件下，砂體一直沿著斜坡向凹陷中心搬運(yùn)沉積，這也是瑪湖凹陷周緣扇體向湖盆中心大面積搬運(yùn)的一個(gè)重要因素。

另外，在西部隆起和陸梁隆起的夾持下，盆地西北部瑪湖地區(qū)形成淺水湖盆區(qū)。前人以Pr/Ph參數(shù)分析沉積環(huán)境，結(jié)果表明，瑪湖凹陷百口泉組地層主要為濱淺湖或淺水沉積[12]；同時(shí)，巖心上砂巖中常見浪成沙紋層理，而且骨架砂體以相互疊置水下分流河道砂體為主，缺乏河口壩，垂向上水上（褐色）與水下（灰色）沉積交替，反映湖平面頻繁升降，綜合分析認(rèn)為，百口泉組和上烏爾禾組沉積時(shí)期具有淺水湖盆特征。前人研究表明，淺水環(huán)境下沉積水體動(dòng)力強(qiáng)，水體中攜帶的沉積物能夠快速向盆地推進(jìn)，搬運(yùn)較遠(yuǎn)[9]。

百口泉組和上烏爾禾組沉積時(shí)期呈現(xiàn)盆邊陡、盆內(nèi)緩的古地形特征。根據(jù)地震資料，靠近瑪湖凹陷邊緣主斷裂發(fā)育地區(qū)，屬于早期溝槽所處的區(qū)域，也是物源進(jìn)入湖盆的通道口附近，如夏74井和黃4井附近，地形坡度變陡，而瑪湖凹陷內(nèi)地形最陡的為夏鹽扇，坡度為2.86°，最緩為克拉瑪依扇，坡度為0.84°，總體上瑪湖凹陷內(nèi)各大扇體沉積時(shí)的坡度均較平緩。前人認(rèn)為地形坡度對(duì)砂體的沉積和分布樣式有較大的影響，較陡的坡度使砂體沿斜坡迅速進(jìn)入湖盆并呈帶狀分布，較平緩的坡度使砂體更容易在斜坡區(qū)分散沉積，使得砂體大面積的在斜坡部位疊置分布，因此瑪湖凹陷內(nèi)平緩的坡度為大型扇群的形成提供了有利的地形條件。

2.3 湖侵背景、多期坡折導(dǎo)致砂體搭接連片

百口泉組和上烏爾禾組扇體沉積過程是水體逐漸加深的湖侵過程。初始沉積時(shí)，首先在靠近凹陷中心的坡折平臺(tái)上形成扇三角洲沉積砂體，隨著水體的加深，發(fā)生退積，沉積物不能都完全達(dá)到凹陷中心，而是在更上一級(jí)的坡折平臺(tái)上沉積形成扇體，湖侵持續(xù)使得沉積物逐漸由沉積中心向湖盆邊緣退積，從而使得湖盆早—中期的砂體得以保存，砂體大面積在湖盆中分布。反之發(fā)生進(jìn)積時(shí)，早期沉積在斜坡中的砂體更容易被后期侵蝕，都搬運(yùn)到湖盆中心，從而不能形成大面積分布的砂體。因此湖侵背景下，更利于形成大面積砂體分布的沉積樣式（圖6）。

瑪湖凹陷雖然地形平緩，但凹陷內(nèi)存在多期坡折，坡折的坡降較小，且多級(jí)坡折之間存在平緩的平臺(tái)區(qū)，是砂體的主要沉積區(qū)。坡折控制著砂體的展布，坡折之下的寬緩平臺(tái)區(qū)是扇三角洲前緣砂體的主要分布區(qū)。由于瑪湖凹陷內(nèi)存在多期坡折，因此也存在多級(jí)平臺(tái)區(qū)，導(dǎo)致砂體在不同的平臺(tái)區(qū)分布而形成大面積砂體的分布樣式?，敽枷荼毙逼孪淖咏稚认蚝柚行难由燧^遠(yuǎn)，在接近湖盆中心鉆探的瑪20井仍有扇三角洲平原亞相的砂體沉積，是其在靠近凹陷中心的坡折下形成的早期扇體。多級(jí)坡折造成扇體向湖盆中心延伸遠(yuǎn)，也使得扇體在多個(gè)平臺(tái)上錯(cuò)落疊置，形成大面積砂體疊加（圖6）。

3 沉積模式建立及其勘探意義

瑪湖凹陷及其周緣地區(qū)百口泉組和上烏爾禾組已經(jīng)成為準(zhǔn)噶爾盆地油氣勘探的主要區(qū)域，油氣主要賦存于扇三角洲前緣砂礫巖儲(chǔ)集體中，目前已獲得一定規(guī)模的工業(yè)儲(chǔ)量，顯示出良好的勘探前景。另一方面，百口泉組和上烏爾禾組扇三角洲與中國(guó)東部盆地的扇三角洲形成背景有所不同，中國(guó)東部扇三角洲往往發(fā)育在斷陷盆地邊緣陡坡帶，而百口泉組和上烏爾禾組的扇三角洲主要發(fā)育于坳陷背景下，砂礫巖呈現(xiàn)滿凹分布特點(diǎn)，因此對(duì)瑪湖凹陷大型淺水退覆式扇三角洲油氣勘探具有非常重要的指導(dǎo)意義。

圖6 瑪湖凹陷多期坡折-湖侵體系沉積模式（剖面位置見圖1）

3.1 大型淺水退覆式扇三角洲沉積模式

通過對(duì)瑪湖凹陷及其周緣地區(qū)百口泉組和上烏爾禾組大型淺水退覆式扇三角洲形成條件的分析，總結(jié)出該類型扇三角洲沉積模式的特征（圖7）：斷坳轉(zhuǎn)換，充足物源；穩(wěn)定水系，持續(xù)建造；水淺坡緩，快速推進(jìn)；多級(jí)坡折，搭接連片；山口主槽，控扇延展；凸起高地，扇間分隔；坡折岸線，相帶轉(zhuǎn)化；側(cè)翼平臺(tái)，分流朵葉。?

圖7 湖盆凹陷區(qū)大型淺水退覆式扇三角洲沉積模式

以瑪湖凹陷西斜坡黃羊泉扇為例，物源主通道來自哈拉阿拉特山和加依爾山之間的山口，物源供應(yīng)非常充足，穩(wěn)定水系持續(xù)搬運(yùn)、持續(xù)建造，在先陡后緩的古地形條件下向盆內(nèi)搬運(yùn)，在黃1井、百75井和瑪中1井附近發(fā)育3期坡折，坡折下有大面積砂礫巖分布，隨著湖侵?jǐn)U大逐級(jí)退卻，形成多級(jí)扇體縱向疊置、搭接連片；黃羊泉扇根部的山口主槽沿百重1井—黃1井—黃3井—百75井向盆地延伸，在主槽內(nèi)主要以泥石流沉積為主，在主槽兩翼及前端的寬緩平臺(tái)區(qū)卸載的砂礫巖以牽引流為主、重力流為輔，發(fā)育物性較好的砂礫巖朵體，比如瑪18井在百口泉組獲得高產(chǎn)工業(yè)油流；受湖盆中心在瑪湖凹陷南部影響，黃羊泉扇前緣相帶走向向南發(fā)生偏轉(zhuǎn)，主體為瑪18井以南，而其西側(cè)砂礫巖厚度相對(duì)較薄。

3.2 油氣勘探意義

2012年以來，新疆油田公司突破扇體沿?cái)嗔褞Ш团杈壘窒薹植嫉膫鹘y(tǒng)認(rèn)識(shí)，在大型淺水退覆式扇三角洲沉積模式指導(dǎo)下，提出扇三角洲前緣亞相緊鄰瑪湖凹陷，前緣亞相砂礫巖泥質(zhì)含量低、粒徑適中、分選好，為有效儲(chǔ)集層，表現(xiàn)為大面積含油的特點(diǎn)，前緣亞相不同沉積微相（距物源的遠(yuǎn)近）控制著油氣的富集與產(chǎn)量；縱向頂、底板泥巖發(fā)育，側(cè)向及上傾方向平原亞相致密帶、扇間泥巖及斷裂組合遮擋，為前緣亞相大面積成藏形成3面立體封堵的良好封閉條件，退覆式扇三角洲前緣亞相具備形成大面積巖性圈閉群的地質(zhì)條件。2012—2016年，瑪湖凹陷南斜坡克拉瑪依扇瑪湖1井、西斜坡黃羊泉扇瑪18井以及東斜坡夏鹽—達(dá)巴松扇鹽北1井在百口泉組均獲高產(chǎn)工業(yè)油流，瑪湖凹陷百口泉組各扇體相繼獲得突破，2017年瑪湖凹陷中心瑪中2井和瑪中4井獲工業(yè)油氣流，展現(xiàn)瑪湖凹陷“滿凹含油”大場(chǎng)面。

2016年，通過類比百口泉組宏觀成藏背景，認(rèn)為瑪湖凹陷南部上烏爾禾組具有和百口泉組類似的沉積、成藏條件。在西部隆起、陸梁隆起夾持下，湖盆凹陷區(qū)上烏爾禾組同樣發(fā)育大型淺水退覆式扇三角洲，具備形成大油區(qū)的儲(chǔ)集條件；上烏爾禾組頂部湖泛泥巖、扇間泥巖與厚層前緣相砂礫巖形成良好配置，發(fā)育大型地層尖滅帶，形成上傾方向遮擋，為大油區(qū)的形成創(chuàng)造了良好的封蓋條件；上烏爾禾組超覆于大型不整合面之上，地層平緩，易于大面積成藏。在大型淺水退覆式扇三角洲沉積模式指導(dǎo)下，重新認(rèn)識(shí)已知油藏，構(gòu)建地層背景下退積砂體縱向疊置、橫向連片大面積成藏新模式，認(rèn)為目前已發(fā)現(xiàn)的油藏受古地貌部位和不同湖侵階段控制，在湖侵初期低位域沉積階段，溝槽區(qū)發(fā)育厚層狀砂礫巖，油藏類型為厚層低飽和度巖性油藏；在湖侵上升階段，斜坡區(qū)發(fā)育互層狀砂礫巖，頂、底板條件好，為互層狀巖性油藏，以純油為主；在湖侵范圍最大階段，古凸帶發(fā)育薄層砂礫巖，砂礫巖沿山前小型溝槽呈帶狀分布，被厚層泥巖包圍，為受溝槽控制的薄層巖性油氣藏（圖8）。以地層背景下巖性油氣藏群地質(zhì)模式為指導(dǎo)，新井部署與老井復(fù)試相結(jié)合，甩開勘探與拓展勘探相結(jié)合，整體部署，共20井22層新獲工業(yè)油流，繼北部百口泉組大油區(qū)之后，又一個(gè)大油區(qū)輪廓已具雛形，已展現(xiàn)出5×108t級(jí)勘探大場(chǎng)面。中拐凸起北斜坡上烏爾禾組構(gòu)建大面積含油新模式實(shí)現(xiàn)整體突破后，按瑪湖凹陷百口泉組勘探發(fā)現(xiàn)規(guī)律分析，盆1井西凹陷和沙灣凹陷北斜坡的上烏爾禾組應(yīng)是下步重大接替領(lǐng)域。

圖8 過金龍2井—克80井—瑪湖1井—瑪18井—瑪131井地震地質(zhì)解釋剖面（剖面位置見圖1）

自2012年準(zhǔn)噶爾盆地西北緣油氣勘探跳出斷裂帶，走向斜坡區(qū)，瑪湖凹陷發(fā)現(xiàn)北部百口泉組輕質(zhì)油大油區(qū)和南部上烏爾禾組中質(zhì)油大油區(qū)。

4 結(jié)論

（1）百口泉組和上烏爾禾組是前陸盆地沖斷和坳陷盆地轉(zhuǎn)換時(shí)期形成的大型淺水退覆式扇三角洲，該類型扇三角洲不同于東部斷陷湖盆陡坡扇三角洲，在凹陷內(nèi)發(fā)育多個(gè)分布廣、延伸遠(yuǎn)的扇體，其扇體在平面上疊置連片，具有砂礫巖大面積分布的特點(diǎn)。

（2）大型淺水退覆式扇三角洲的形成與3個(gè)地質(zhì)條件密切相關(guān)，一是持續(xù)隆升老山和穩(wěn)定的水系，為各大扇體提供充足的物源，持續(xù)建造；二是湖盆面積大，形成足夠的可容空間，地形坡度緩，湖盆水體淺，外部攜帶沉積物的水體動(dòng)力足，易于向湖盆中心快速推進(jìn)、長(zhǎng)距離搬運(yùn)；三是持續(xù)湖侵和多級(jí)坡折，為砂體直達(dá)湖盆中心創(chuàng)造了良好古地理背景，也是大面積砂體疊置連片的一個(gè)重要因素。

（3）建立湖盆凹陷區(qū)大型淺水退覆式扇三角洲沉積模式，突破扇體沿盆緣和斷裂帶局限分布的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，為勘探領(lǐng)域由山前扇中窄相帶拓展至整個(gè)凹陷扇三角洲前緣亞相奠定了沉積學(xué)基礎(chǔ)，有效指導(dǎo)了斜坡區(qū)百口泉組和上烏爾禾組重大突破與儲(chǔ)量快速落實(shí)。

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