準噶爾盆地哈山地區(qū)二疊系夏子街組扇體特征及成因模式

仲維蘋

(中國石化勝利油田分公司 勘探開發(fā)研究院,山東 東營 257000)

扇三角洲(fan delta)最初是由Holmes A.1965年提出來的,原定義為從鄰近山地直接推進到穩(wěn)定水體的沖積扇[1]。隨著人們對扇三角洲研究的深入,“扇三角洲”的含義也不斷被修訂和充實。奧托(Orton,1988)則將扇三角洲限定于由單一的辮狀河或低彎度河流派生的辮狀支流水系形成的沉積體。內(nèi)麥克和斯蒂爾(Nemec和Steel,1988)綜合研究了關(guān)于扇三角洲的各種觀點,對扇三角洲的含義提出了新的解釋,認為扇三角洲是由沖積扇提供物源,在活動的扇體與穩(wěn)定水體交界地帶沉積的沿岸沉積體系。吳崇筠等(1992)在總結(jié)我國中新生代含油氣盆地各類砂體的基礎(chǔ)上,將沿湖砂體區(qū)分為5種類型。其中吳崇筠所謂的水下沖積扇則應(yīng)與內(nèi)麥克和斯蒂爾所說的全部淹沒的扇三角洲是同一個概念。綜上所述,將扇三角洲看作是三角洲系列中以沖積扇為沉積物供給體系粗粒級端元類型,在地理分布上地形陡,坡度大,以近源為特征成為現(xiàn)今學(xué)者的普遍共識。

哈山地區(qū)是西北緣重要的油氣勘探區(qū),近年來部署的哈深斜1井、哈深2井等在二疊系獲得了良好的油氣顯示,但一直未獲得突破。究其原因,深部二疊系埋藏深,構(gòu)造復(fù)雜,且以粗粒徑的扇三角洲沉積為主,沉積速率快,砂體垂向切割疊置,厚度大,平面交叉連片,分布復(fù)雜,制約進一步的精細研究及有利區(qū)預(yù)測。前人對該層系的研究甚少,且多集中于構(gòu)造演化及構(gòu)造復(fù)原等方面[2-4],尚未對砂礫巖體的沉積成因模式進行細致的分析。隨著勘探開發(fā)技術(shù)的進步,砂礫巖油藏也越來越受到重視。因此亟需對哈山地區(qū)深層二疊系砂礫巖沉積特征進行研究,建立成因模式,明確砂體演化規(guī)律,為下一步儲層預(yù)測提供參考。

1 區(qū)域概況

哈拉阿拉特山(以下簡稱“哈山”)位于準噶爾盆地西北緣,南鄰瑪湖凹陷,北以達爾布特斷裂帶為界與和什托洛蓋盆地相連,構(gòu)造上屬于哈山-德倫山(哈-德)構(gòu)造帶(圖1)。

二疊系夏子街組沉積時期,研究區(qū)為類前陸盆地環(huán)境下形成的沖積扇-扇三角洲粗碎屑沉積。海西運動晚期,準噶爾-吐魯番板塊在晚古生代向哈薩克斯坦板塊俯沖、削減以致發(fā)生碰撞,使西北緣地區(qū)成為碰撞隆起帶,中晚二疊世,隨著海水退出,本區(qū)繼承性發(fā)育為類前陸盆地,由于持續(xù)性的構(gòu)造隆升,西部的扎伊爾山及北部的謝米斯臺山為本區(qū)提供了充足的物源[5],在哈山地區(qū)形成了近物源的沖積扇-扇三角洲沉積體。

圖1 哈山地區(qū)構(gòu)造位置

哈山地區(qū)二疊系自下而上依次劃分為佳木河組、風(fēng)城組、夏子街組及烏爾禾組,夏子街組巖性以厚層砂礫巖為主,為近物源的快速堆積,泥質(zhì)含量高,故GR曲線在該地區(qū)不能很好的識別巖性的變化。利用鉆井巖心、測井曲線、化石組合與地震相綜合分析,建立了該地區(qū)夏子街組的層段劃分標準,夏子街組作為1個水進退積的三級旋回,依據(jù)Cross高分辨率層序地層學(xué)原理,又進一步分為3個四級旋回,自下而上分別對應(yīng)夏一段、夏二段、夏三段(圖2)。本次研究根據(jù)資料情況,通過對搬運機制、巖相特征、砂體展布等分析研究,概括總結(jié)夏子街組的沉積成因模式。

圖2 夏子街組綜合柱狀圖

2 成因分析

哈山地區(qū)扇三角洲搬運機制復(fù)雜,水動力條件變化快,通過對比分析發(fā)現(xiàn),雖然夏子街組為扇三角洲沉積,但哈山東與哈山西扇三角洲沉積特征明顯不同,通過地震資料上對構(gòu)造變形的分析以及整個準西北緣自古生代以來的受力來源方向分析,夏子街組沉積之前,哈山地區(qū)呈西陡東緩的地貌特征。綜合精細沉積特征分析及古地貌認為,哈山東為靠扇型扇三角洲,哈山西為靠山型扇三角洲,兩種扇三角洲在相標志、搬運機制、砂體特征上明顯不同。

2.1 搬運機制

巖相是一定沉積環(huán)境中形成的巖石或巖石組合,代表了沉積水動力條件的變化。通過對研究區(qū)夏子街組22口取心井的精細觀察,根據(jù)礫石顆粒間的接觸關(guān)系、排列方式、粒度序列、構(gòu)造特征等對礫巖進行巖相分析,認為哈山地區(qū)的巖相類型見圖3。多級顆粒支撐礫巖相:礫石大小不一,多種級別粒徑的顆粒支撐,粗礫石中充填中細礫巖及各個級別砂巖,礫石分選與磨圓較差,為扇三角洲平原上的碎屑流沉積,多呈厚層塊狀見于水道底部。粒級層理礫巖相:礫巖序列下粗上細,且變化頻繁,多個正粒序疊加,反映間歇性洪水特征,發(fā)育于扇三角洲辮狀水道的頂部。同級顆粒支撐礫巖相:礫石顆粒大小均勻,分選、磨圓好,沉積構(gòu)造甚少發(fā)育,該巖相指示穩(wěn)定水動力條件下的牽引流沉積,見于各水道的中上部。疊瓦狀礫巖相:礫石定向排列,呈疊瓦狀,反映強水動力條件下的牽引流沉積,常發(fā)育于扇三角洲前緣河道的中部。通過分析取心井礫巖巖相發(fā)現(xiàn),哈山西以多級顆粒支撐礫巖相及粒級層理礫巖相為主,反映重力流的沉積特征;哈山東以同級顆粒支撐礫巖相及疊瓦狀礫巖相為主,反映牽引流的沉積特征。

圖3 礫巖巖相類型及特征

2.2 沉積特征

2.2.1 巖電特征

綜合研究認為,哈山地區(qū)東部與西部沉積物巖性、成熟度等有明顯不同(表1),哈山西地形坡度陡,沉積物沿較陡的坡度往下滾動,粒徑粗,變化范圍大,多在5～20 mm,分選差,磨圓次棱角狀,見火山巖屑,結(jié)構(gòu)及成分成熟度低,測井曲線特征不明顯或呈微弱鐘形,反映辮狀河道沉積;哈山東相比哈山西地形坡度緩,沉積物粒度稍細,普遍小于10 mm,分選較好,磨圓次圓狀,見石英顆粒,結(jié)構(gòu)和成分成熟度中等,測井曲線呈鐘形、漏斗形,反映河道及河口壩的沉積特征。

表1 哈山地區(qū)東西部扇體巖石學(xué)特征對比總結(jié)表

2.2.2 沉積構(gòu)造

沉積構(gòu)造用來描述沉積巖各組成部分的分布與排列,是沉積作用與過程、沉積介質(zhì)營力及流動狀態(tài)的重要標志。系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn),哈山西多見塊狀層理及遞變層理,塊狀層理于泥巖及厚層粗粒沉積物中常見,是快速沉積的產(chǎn)物。遞變層理多見正遞變,常發(fā)育于濁流及河道等沉積環(huán)境。哈山東常見各種交錯層理及平行層理等反映河道、河口壩沉積特征的層理類型(圖4)。

2.3 砂體特征

單砂體的厚度、側(cè)向連續(xù)性往往是扇三角洲類型的一種反映,不同的扇體類型,單砂體的層厚及連續(xù)性也有明顯區(qū)別[6]。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),哈山西單砂體厚度2～50 m,平均厚度13.1 m,含砂率68.2%,哈山東單砂體厚度1～36 m,平均厚度6.7 m,含砂率36.85%。

圖4 研究區(qū)夏子街組沉積構(gòu)造類型

連井砂體對比圖上,為了精細對比分析,以夏一段為目標。哈山西砂體連續(xù)性差,展布范圍有限,哈山東砂體連續(xù)性好,展布范圍廣。造成這種砂體厚度大而展布范圍小,砂體厚度薄而展布范圍廣的原因,分析認為主要與搬運機制有關(guān)。以重力流為主要搬運機制的河流中,影響水體流速及擴散方式的主要是慣性力。以慣性力為主要作用力的河口,注入流沿軸向流速大且急,砂體主要沿軸向沉積在距離河口的較小范圍內(nèi),從而導(dǎo)致扇三角洲朵葉體數(shù)量少,但厚度大,扇三角洲平面展布規(guī)模小,而垂向厚度大,砂體易疊置成“窄而厚”的特征。以牽引流為主要搬運機制的河流中,影響水體流速及擴散形式的是摩擦力,摩擦力發(fā)生在底床沉積物與水體之間,隨著摩擦力增大,水?dāng)y沉積物分叉,形成分流河道,并在河道末端形成向外輻射狀沉積體。摩擦力越強,扇三角洲朵葉體越發(fā)育,數(shù)量越多,側(cè)向擺動幅度大,分流河道發(fā)育,從而導(dǎo)致扇三角洲平面展布范圍廣,而垂向厚度相對小,砂體易形成“廣而薄”的特征。

3 扇三角洲沉積模式對比

通過以上綜合分析夏子街組巖相特征、搬運機制結(jié)合構(gòu)造變形特征,建立了哈山東、哈山西兩種不同的扇三角洲的沉積模式(圖5、圖6)。

圖5 靠山型扇三角洲沉積模式圖

古地形地貌是控制扇三角洲沉積時平面形態(tài)最重要的因素,地形越陡,沉積物未受長距離搬運打磨,粒度就越粗,平面形態(tài)就越接近扇形,隨著地形的變緩,搬運距離增大,沉積物具有一定的分選磨圓,粒度也逐漸變細,三角洲的分支現(xiàn)象就越明顯[7]。哈山西地形坡度陡,粒度粗,靠山型扇三角洲平面呈扇形,從盆緣到湖具有明顯的扇三角洲平原、扇三角洲前緣、前扇三角洲分帶現(xiàn)象。該種扇三角洲平原最發(fā)育的是辮狀水道,水流攜帶能力強,流路多變,分選磨圓差,沉積構(gòu)造甚少發(fā)育。由于水流能量大,流路多變,分流間沼澤不發(fā)育或甚少發(fā)育;扇三角洲平原的辮狀河道進入水下,成為水下分流河道并構(gòu)成扇三角洲前緣重要的沉積部分,由于前緣水下分支河道的穩(wěn)定性差,河口壩不發(fā)育或者發(fā)育很差。垂向上多個正序疊置呈反序,沉積構(gòu)造不發(fā)育。

圖6 靠扇型扇三角洲沉積模式圖

哈山東地形坡度緩,粒度細,靠扇型扇三角洲平面呈朵葉狀,扇三角洲物源出口處首先是沖積扇,沖積扇與扇三角洲平原緊密相連,向湖方向依次為扇三角洲前緣、前扇三角洲?？可刃蜕热侵尬镌闯隹谔幍臎_積扇與扇三角洲平原緊密相連,在實際的剖面記錄中往往難以區(qū)分[8-9],只是粒度上區(qū)別比較明顯。因為坡度緩,水流能量小,扇三角洲平原上辮狀河道推進距離不會因坡度而中斷,故推進距離遠,分流間沼澤發(fā)育好;水流入湖后繼續(xù)流動形成許多水下分流河道,并在較遠處形成向外輻射狀砂體,故前緣水下分流河道及河口壩都發(fā)育;垂向上正反序疊置呈反序,各種層理發(fā)育。

4 油氣儲層的意義

國內(nèi)外油氣勘探已證實,扇三角洲為重要的油氣儲層。扇三角洲前緣為有利的儲集相帶[10-11],其中粒級層理礫巖相、同級顆粒礫巖相為有利儲集巖石相。同時,由于扇三角洲前緣砂礫巖體易與前扇三角洲生油巖呈指狀交叉,從而可以形成很有利的生儲蓋組合。

靠山型和靠扇型扇三角洲的儲層特征具有共性,但也有明顯的差異,概括表現(xiàn)在以下兩個方面:

(1)兩種扇體巖石組構(gòu)上的細微差異導(dǎo)致儲集性能明顯不同,靠山型扇三角洲地形坡度陡,沉積速率快,巖性粗,分選磨圓較差,結(jié)構(gòu)成熟度低,因而儲層相對較差;靠扇型扇三角洲坡度緩,沉積物粒度細,分選磨圓相對較好,結(jié)構(gòu)成熟度高,更容易形成有利儲層[11-12]。

(2)靠扇型扇三角洲以牽引流為主,搬運距離遠,扇三角洲平原前端及前緣內(nèi)側(cè)河道、河口壩等都是有利儲層發(fā)育區(qū);而靠山型扇三角洲以重力流發(fā)育為特征,搬運距離近,扇三角洲前緣外側(cè)河道砂粒度細,分選好,是有利儲層發(fā)育區(qū),這種分布格局對油氣勘探具有指導(dǎo)意義。

5 結(jié)束語

哈山地區(qū)二疊系夏子街組發(fā)育扇三角洲沉積,通過對扇體的相標志、搬運機制、砂體特征等綜合分析,認為哈山地區(qū)東西部為不同類型的扇三角洲。西部為靠山型扇三角洲,扇體整體巖性粒度粗,分選磨圓差,火山巖巖屑含量高,成分成熟度低,沉積構(gòu)造多見塊狀層理及遞變層理,以重力流搬運為主,砂體縱向厚度大,平面上扇三角洲呈扇形展布;東部為靠扇型扇三角洲,扇體粒度中等,分選磨圓中等,成熟度中等,沉積構(gòu)造多發(fā)育各種交錯層理及平行層理,以牽引流搬運為主,砂體縱向厚度小,平面上扇三角洲分支現(xiàn)象明顯。

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