貝爾凹陷南屯組物源特征及其對(duì)沉積體系的控制

李躍，蒙啟安，李軍輝，王琦，鄒越，婁洪

1.東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江大慶 163318 2.大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶 163712 3.中國(guó)石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆庫(kù)爾勒 841000

0 引言

物源分析是含油氣盆地分析過程中的一部分重要研究?jī)?nèi)容，它是恢復(fù)沉積盆地原型、確定該沉積時(shí)期古環(huán)境的重要證據(jù)?，F(xiàn)代物源分析的手段和方法日益增多、預(yù)測(cè)精度逐步提高，互相之間的補(bǔ)充也越來越完善[1-2]。前人在研究過程中主要應(yīng)用單一的重礦物分析法、沉積學(xué)法、碎屑巖類分析法、地震分析法、地球化學(xué)法或同位素法等[3-8]。而綜合應(yīng)用多種手段進(jìn)行物源分析、降低單方法分析的片面性是今后物源分析研究的主要發(fā)展方向。前人針對(duì)貝爾凹陷層序、沉積等方面進(jìn)行了大量的研究工作，但對(duì)于物源的研究則相對(duì)薄弱，在某種程度上影響了對(duì)沉積體系展布特征的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而制約了油氣勘探部署。

筆者綜合應(yīng)用古地貌特征、地震屬性、重礦物以及砂地比等方面的資料，由不同角度、分不同的層次對(duì)貝爾凹陷南屯組沉積時(shí)期的古物源環(huán)境進(jìn)行了系統(tǒng)性的研究，不僅為接下來精細(xì)刻畫南屯組主要沉積體系奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)也對(duì)貝爾凹陷未來油氣的勘探部署具有重要指導(dǎo)意義。

1 地質(zhì)背景

貝爾凹陷位于海拉爾盆地中部斷陷帶的南部，是該盆地內(nèi)最大的富油凹陷。南與蒙古國(guó)南貝爾凹陷相鄰，北與烏爾遜凹陷相連，向西超覆于嵯崗隆起之上，東接巴彥山隆起，是典型的東斷西超型箕狀凹陷，面積約3 010 km2。凹陷主體受到NE和NEE向基底斷裂控制，構(gòu)造格局可劃分為“三凹兩隆一斜”，自東向西分別為貝東次凹、布勒洪布斯隆起帶、貝中次凹、中央隆起帶、貝西次凹、貝西斜坡帶，具有明顯的“東西分帶、南北分塊”的特點(diǎn)(圖1)。

貝爾凹陷的演化共歷經(jīng)了斷陷階段、斷—坳轉(zhuǎn)化階段以及坳陷階段[9]，盆地基底主要由海西、印支期花崗巖以及布達(dá)特群所組成，盆地內(nèi)充填的地層以白堊系為主，自下而上劃分為下白堊統(tǒng)銅缽廟組(K1t)、南屯組(K1n)、大磨拐河組(K1d)、伊敏組(K1y)以及上白堊統(tǒng)青元崗組(K2q)，其中南屯組是勘探主要目的層，厚度約450～800 m，可進(jìn)一步細(xì)分為南一段和南二段，主要為扇三角洲、湖底扇以及湖泊環(huán)境的沉積產(chǎn)物[10-11]。

圖1 貝爾凹陷構(gòu)造分區(qū)圖Fig.1 Regional tectonic position of Beier depression

2 物源分析

2.1 古地貌特征分析

古地貌恢復(fù)是研究物源體系展布特征最直接的方式，通過古地貌恢復(fù)可以重現(xiàn)出目的層沉積前盆地的洼隆分布，從而可以最直觀的指示物源區(qū)位置并表明主要物源方向[12]。本次研究過程中，在建立高分辨率層序地層格架的基礎(chǔ)上，應(yīng)用沉積回剝分析技術(shù)，經(jīng)過去壓實(shí)、古水深以及沉積物重力均衡沉降等校正后，通過計(jì)算機(jī)模擬，恢復(fù)了貝爾凹陷南屯組沉積初期的古地貌形態(tài)，從而對(duì)貝爾凹陷南屯組沉積時(shí)期的主要物源方向以及物源區(qū)位置有了宏觀的認(rèn)識(shí)。

由圖2可以看出，貝爾凹陷南屯組沉積時(shí)期的古地貌明顯受到了基底NE、NEE向斷裂的控制，呈現(xiàn)著“東西分帶，南北分塊”的特征。西北部嵯崗隆起和南部布勒洪布斯隆起圍繞著貝爾凹陷分布，這兩個(gè)隆起區(qū)是貝爾凹陷南屯組沉積時(shí)期的主要物源區(qū)。凹陷內(nèi)的凹隆分布格局清晰，從物源區(qū)搬運(yùn)過來的沉積物沿著盆緣溝谷、斷層之間的轉(zhuǎn)換帶或低隆之間的鞍部等向前推進(jìn)，直至盆地的洼槽區(qū)逐漸沉積下來。通過對(duì)恢復(fù)的南屯組沉積初期古地貌進(jìn)行分析，認(rèn)為圍繞在凹陷四周的斜坡帶應(yīng)當(dāng)是主要物源方向，而對(duì)于凹陷內(nèi)的局部地區(qū)，盆內(nèi)低凸起也同樣起著重要的供源作用，為次要物源方向。

2.2 地震屬性及前積反射特征分析

地震屬性分析是一種重要的油藏地球物理研究手段，該方法首先通過對(duì)地震屬性進(jìn)行初步提取與篩選，優(yōu)選出與地層含砂率具有較好相關(guān)性的多種地震屬性，進(jìn)而采用一定的算法對(duì)優(yōu)選出的地震屬性進(jìn)行擬合后綜合為全區(qū)砂體展布信息[13]。此外，地震前積反射特征代表了沉積物從源區(qū)向盆地中心推進(jìn)的過程，也可以很好的佐證物源方向。

本次研究中優(yōu)選出了地震分頻切片、平均瞬時(shí)頻率以及平均絕對(duì)振幅等10余種與地層含砂率相關(guān)系數(shù)較高的地震屬性，127口擬合井?dāng)?shù)據(jù)地層含砂率預(yù)測(cè)值與真實(shí)值的綜合相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.85(圖3)，可以反映出貝爾凹陷南屯組沉積時(shí)期的砂體分布規(guī)律。

圖2 貝爾凹陷南屯組沉積初期古地貌圖Fig.2 Palaeo-geomorphology map of Beier depression at initial stage of Nantun Formation

圖3 地震多屬性地層含砂率預(yù)測(cè)值與真實(shí)值交會(huì)圖Fig.3 The cross plot map of the sandstone content from multi-attributes and the real data

進(jìn)一步將優(yōu)選出的地震屬性通過聚類分析法進(jìn)行融合后(圖4)可以看出：研究區(qū)主要物源方向?yàn)榘枷菟闹艿男逼聨?，其中又以北西、南東物源方向?yàn)橹鳌１蔽飨蜥蠉徛∑鹞镌垂┰磸?qiáng)度最大、范圍最廣，影響區(qū)域包括貝西斜坡帶、呼和諾仁構(gòu)造帶以及霍多莫爾構(gòu)造帶；南東向物源次之，影響區(qū)域包括蘇德爾特構(gòu)造帶、貝中次凹南部以及貝東北次凹。除此之外，盆內(nèi)低凸起同樣可以成為凹陷內(nèi)局部地區(qū)的物源區(qū)，但一般具有供源強(qiáng)度弱、影響范圍小的特點(diǎn)。例如中央低隆帶，影響區(qū)域包括貝中次凹北部和德四構(gòu)造帶。

圖4 貝爾凹陷南屯組地震多屬性融合及前積反射特征圖Fig.4 The multi-attributes fusion and progradational reflection of Nantun Formation of Beier depression

2.3 重礦物組合平面展布特征

同一母巖區(qū)的各種重礦物之間常常存在著內(nèi)在的聯(lián)系，屬于同一母巖區(qū)的各井點(diǎn)常具有相同的重礦物組合特征，因此，可根據(jù)各重礦物含量來判斷母巖類型、根據(jù)平面上的重礦物組合展布特點(diǎn)來劃分物源體系。

本次研究在貝爾凹陷內(nèi)優(yōu)選了77口具有南屯組巖芯的探井，并從中收集了大量重礦物樣品來進(jìn)行處理和分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示南屯組含量相對(duì)較高的重礦物主要有鋯石、黑云母、白鈦石、石榴石、綠簾石以及電氣石等。再通過對(duì)各井點(diǎn)的重礦物組合特征進(jìn)行相關(guān)性研究，將特征相同的井點(diǎn)劃分入一個(gè)區(qū)域。經(jīng)歸納后發(fā)現(xiàn)貝爾凹陷共存在八種主要的重礦物組合方式(表1)，而根據(jù)這八種重礦物組合的平面展布特征，可以將貝爾凹陷南屯組進(jìn)一步細(xì)化為9個(gè)主要的區(qū)域(a～i)(圖5)，并大致判斷各個(gè)區(qū)域的母巖類型[14]。其中a～b區(qū)位于凹陷北部，c區(qū)位于凹陷西北部，d區(qū)位于凹陷西部，e～f區(qū)位于凹陷西南部，g～h區(qū)位于凹陷南部，i區(qū)位于凹陷東部，每一個(gè)區(qū)域都具有各自的重礦物組合特征，可以用來表征該區(qū)域的物源特點(diǎn)。

表1 貝爾凹陷南屯組重礦物組合及母巖類型

圖5 貝爾凹陷南屯組沉積時(shí)期重礦物組合平面分布圖Fig.5 Plane distribution of heavy mineral assemblage of Nantun Formation of Beier depression

研究表明：貝爾凹陷北部鋯石、黑云母、綠簾石廣泛分布；西北部石榴石、鋯石含量較高；西部鋯石、白鈦石較占優(yōu)勢(shì)；西南部和南部則以黑云母、鋯石、白鈦石為主；對(duì)比貝爾凹陷構(gòu)造分區(qū)圖(圖1)發(fā)現(xiàn)a～d區(qū)雖然同屬嵯崗隆起物源的影響范圍，但是卻有明顯的近源、遠(yuǎn)源之分。其中霍多莫爾構(gòu)造帶(a區(qū))不穩(wěn)定重礦物綠簾石和黑云母的含量較高，代表搬運(yùn)距離較短的近源沉積。而貝西斜坡帶、呼和諾仁構(gòu)造帶(b～d區(qū))穩(wěn)定重礦物含量占有絕對(duì)的主導(dǎo)地位，代表源遠(yuǎn)流長(zhǎng)的遠(yuǎn)源沉積；德四構(gòu)造帶(e區(qū))與貝中次凹北部(f區(qū))均以黑云母—鋯石—白鈦石為重礦物組合特征，表明中央低隆帶是它們共同的物源區(qū)，證實(shí)了盆內(nèi)低凸起對(duì)局部地區(qū)起到了明顯的供源作用；貝中次凹北部(f區(qū))、貝中次凹南部(g區(qū))雖都在貝中次凹內(nèi)，但兩區(qū)重礦物組合特征卻有明顯差異。g區(qū)較f區(qū)鋯石、白鈦石含量高而黑云母含量低，表明g區(qū)不同于f區(qū)的近源沉積，而是受南部遠(yuǎn)源的影響較大，兩區(qū)的物源方向也正好相反；蘇德爾特構(gòu)造帶(h區(qū))、貝東北次凹(i區(qū))不穩(wěn)定礦物(黑云母)含量均較高，表明其距離源區(qū)較近。

2.4 重礦物ZTR指數(shù)變化趨勢(shì)分析

重礦物ZTR指數(shù)是研究物源方向的一種重要參數(shù)，它是指鋯石、電氣石和金紅石這三種穩(wěn)定礦物組合所占的百分含量[15]。ZTR指數(shù)可以有效地指示物源方向：ZTR指數(shù)越低，表明距離源區(qū)越近；而ZTR指數(shù)越高，則表明距離源區(qū)越遠(yuǎn)。由圖6可以看出，貝爾凹陷南屯組ZTR指數(shù)低值區(qū)主要集中凹陷四周的斜坡帶以及盆內(nèi)低凸起附近，如貝西斜坡帶貝D5井區(qū)、貝75井區(qū)、貝27井區(qū)；蘇德爾特構(gòu)造帶德8井區(qū)、貝16井區(qū)；霍多莫爾構(gòu)造帶貝52井區(qū)、霍5井區(qū)等。ZTR指數(shù)高值區(qū)則主要集中在貝西南次凹以及貝西北次凹，特征表現(xiàn)為穩(wěn)定礦物所占百分含量超過80%、而不穩(wěn)定礦物百分含量極低?？傮w來看，ZTR指數(shù)低值區(qū)大多位于凹陷四周的斜坡帶上，而高值區(qū)大多位于湖盆中心的洼槽區(qū)內(nèi)，物源方向具有明顯的“邊緣指向湖盆”特點(diǎn)。

2.5 砂體平面分散特點(diǎn)

砂體平面分散特點(diǎn)研究主要是通過砂地比、礫地比等相關(guān)圖件來進(jìn)行古物源分析[16]。由于沉積物由源區(qū)向盆地中心有逐漸變細(xì)的特點(diǎn)，因此砂地比和礫地比向盆地中心逐漸降低，憑此可推測(cè)出物源區(qū)的大致位置以及主要物源方向。

在南一段沉積時(shí)期，湖盆范圍較小，砂體在研究區(qū)內(nèi)廣泛分布(圖7)。砂地比高值區(qū)主要位于凹陷四周的斜坡帶上，如貝西南斜坡帶貝68—貝3-15井區(qū)、貝西北斜坡帶貝37—貝47—霍11井區(qū)以及貝中希18—希10等井區(qū)。砂體沿斜坡向洼槽中心推進(jìn)，在推進(jìn)過程中砂地比逐步降低。當(dāng)砂體推進(jìn)到洼槽區(qū)時(shí)，砂地比降到最低，兩個(gè)低值中心分別位于貝西南洼槽帶貝23—貝39—貝49井區(qū)以及貝西北洼槽帶貝44—貝54—霍19井區(qū)。此時(shí)期內(nèi)主要物源方向?yàn)榘枷菟闹艿男逼聨?，其中北西向物源最?qiáng)、南東向次之，對(duì)于希7等井區(qū)盆內(nèi)低凸起同樣起到重要的供源作用。

圖6 貝爾凹陷南屯組ZTR指數(shù)等值線圖Fig.6 ZTR equipotential map of Nantun Formation of Beier depression

圖7 貝爾凹陷南屯組一段砂地比等值線分布圖Fig.7 Sandstone percent equipotential map of N1 segment of Beier depression

圖8 貝爾凹陷南屯組二段砂地比等值線分布圖Fig.8 Sandstone percent equipotential map of N2 segment of Beier depression

在南二段沉積時(shí)期，湖盆大幅擴(kuò)張，砂體分布范圍明顯縮小(圖8)。砂地比高值區(qū)主要位于貝西斜坡帶貝68—貝66井區(qū)、貝25—貝45井區(qū)和貝中次凹東部希16—希10井區(qū)，砂地比低值中心分別位于貝西南洼槽帶貝9—貝39—貝49井區(qū)、貝西北洼槽帶貝12—貝28井區(qū)以及霍16—霍X22井區(qū)。南二段主要物源方向與南一段具有明顯的繼承性，仍以北西向和南東向?yàn)橹?，其中北西向嵯崗隆起物源供源?qiáng)度、影響范圍明顯強(qiáng)于其他方向物源，局部低凸起等弱物源供源作用大幅減弱或消失。

綜合古地貌特征、地震屬性特征、重礦物組合平面展布特征以及ZTR指數(shù)、砂體平面分散特點(diǎn)等方面的研究結(jié)果，認(rèn)為貝爾凹陷南屯組沉積時(shí)期物源主要來自凹陷四周的斜坡帶以及盆內(nèi)低凸起，由盆地四周向中心匯聚，其中南一段和南二段主要物源方向具有明顯的繼承性，依據(jù)八種主要的重礦物組合平面展布特征可以將貝爾凹陷南屯組細(xì)分為九大物源體系。

3 物源對(duì)沉積體系的控制

以巖芯資料為主，錄井、測(cè)井和地震屬性特征為輔，再結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化特征等方面的相關(guān)資料，認(rèn)為海拉爾盆地貝爾凹陷南屯組沉積時(shí)期主要發(fā)育有扇三角洲、湖底扇和湖泊三種沉積體系[17-19]。其中扇三角洲沉積體系主要由扇三角洲平原、扇三角洲前緣以及前三角洲亞相組成，在巖芯上常能觀察到特征明顯的塊狀構(gòu)造以及大型沖刷面(圖9)；湖底扇沉積體系則可分為外扇、中扇和內(nèi)扇三個(gè)亞相，以具有鮑瑪序列和發(fā)育變形、包卷、遞變、波狀等層理為特征(圖10)；湖泊沉積體系由濱淺湖亞相和深湖—半深湖亞相所組成，常發(fā)育有波狀、水平和透鏡狀層理，可見生物擾動(dòng)構(gòu)造和植物根莖化石(圖11)。根據(jù)物源區(qū)的發(fā)育位置、構(gòu)造樣式及構(gòu)造活動(dòng)的差異等，將研究區(qū)物源分為陡坡斷坡型、陡坡同向斷階型、緩坡同向斷階型、緩坡反向斷階型、箕狀洼槽型和雙斷長(zhǎng)軸入湖型等6種物源類型(圖12)，研究表明，物源與溝谷、坡折所組成的耦合系統(tǒng)從根本上影響和決定著沉積體系的類型和展布規(guī)律[20-21]。

在南一段沉積時(shí)期，貝爾凹陷處于強(qiáng)烈斷陷期，地殼隨著強(qiáng)烈的拉張而發(fā)生沉降，在此期間研究區(qū)內(nèi)湖盆水域面積擴(kuò)大、水體加深，發(fā)育有三種主要的沉積體系：扇三角洲沉積體系、湖底扇沉積體系和湖泊沉積體系。其中扇三角洲主要發(fā)育在貝西斜坡帶、呼和諾仁構(gòu)造帶以及蘇德爾特構(gòu)造帶，由于這三個(gè)地區(qū)所處的耦合系統(tǒng)特征不同，它們所形成的沉積體系特征同樣具有較大的差異。貝西斜坡帶所處的耦合系統(tǒng)物源供應(yīng)充足、物源類型以陡坡同向斷階型為主，溝谷和坡折大量發(fā)育。砂體呈“扇形”并“連片”分布，展布范圍廣且多為砂礫巖沉積；呼和諾仁構(gòu)造帶所處的物源體系物源供應(yīng)較充足、溝谷發(fā)育但坡折不發(fā)育。由于缺少坡折帶，砂體只能沿?cái)嗔研纬傻臏瞎认蛲莶蹍^(qū)推進(jìn)，發(fā)育的扇體呈“舌形”，分布范圍較為局限；蘇德爾特構(gòu)造帶所處的耦合系統(tǒng)溝谷和坡折均很發(fā)育，但是由于物源類型以緩坡同向斷階型為主且供源強(qiáng)度一般，導(dǎo)致扇體分布范圍雖廣但沉積物普遍粒度偏細(xì)。湖底扇沉積體系主要發(fā)育在霍多莫爾構(gòu)造帶，類型為前緣滑溻濁積扇?；舳嗄獱枠?gòu)造帶所處的耦合系統(tǒng)物源類型為陡坡斷坡型且源巖供應(yīng)充足，坡折也較發(fā)育，但由于溝谷欠發(fā)育，扇三角洲前緣砂體向前推進(jìn)難、于霍多莫爾根部同沉積斷裂坡折帶處大量堆積并發(fā)生滑塌形成湖底扇，扇體規(guī)模較大且粒度較粗。湖泊沉積體系主要發(fā)育在貝西洼槽區(qū)，由于缺乏有效的物源供應(yīng)，多發(fā)育泥質(zhì)沉積(圖13)。

圖9 貝爾凹陷扇三角洲沉積體系特征(貝27井，井位置見圖13)Fig.9 The characteristics of fan deltas in Beier depression(from Well Bei27, the location of well is shown in Fig.13)

圖10 貝爾凹陷湖底扇沉積體系特征(霍12井，井位置見圖13)Fig.10 The characteristics of sublacustrine fans in Beier depression(from Well Huo12, the location of well is shown in Fig.13)

圖11 貝爾凹陷湖泊沉積體系特征(貝42井，井位置見圖14)Fig.11 The characteristics of lacuetrine sediments in Beier depression(from Well Bei42, the location of well is shown in Fig.14)

圖12 貝爾凹陷物源類型細(xì)分圖Fig.12 The source type segment of Beier depression

在南二段沉積時(shí)期，控陷斷裂繼續(xù)活動(dòng)，貝爾凹陷湖盆范圍持續(xù)增大。主要發(fā)育了扇三角洲和湖泊這兩種沉積體系。扇三角洲沉積體系主要發(fā)育在貝西斜坡帶、蘇德爾特構(gòu)造帶、霍多莫爾構(gòu)造帶和貝中地區(qū)，分布范圍較南一段明顯縮小，其中貝西斜坡帶所處的耦合系統(tǒng)供源強(qiáng)度大，坡折和溝谷均發(fā)育，砂體呈“扇形”大范圍分布且粒度較粗；蘇德爾特、霍多莫爾以及貝中地區(qū)均由于各自所處的耦合系統(tǒng)物源供應(yīng)強(qiáng)度較弱，使扇體只在靠近源區(qū)處小范圍發(fā)育，展布范圍十分有限且粒度較細(xì)。湖泊沉積體系的展布范圍較南一段沉積時(shí)期大幅增加，在研究區(qū)內(nèi)廣泛分布(圖14)。

圖13 貝爾凹陷南一段沉積相平面圖Fig.13 Plans of sedimentary facies map of N1 segment of Beier depression

圖14 貝爾凹陷南二段沉積相平面圖Fig.14 Plans of sedimentary facies map of N2 segment of Beier depression

4 結(jié)論

(1) 貝爾凹陷南屯組沉積時(shí)期物源主要來自凹陷四周的斜坡帶以及盆內(nèi)的低凸起，并且可進(jìn)一步細(xì)分為9大物源體系。

(2) 南屯組沉積時(shí)期的主要物源方向具有明顯的繼承性，其中南一段沉積時(shí)期主要物源為凹陷四周的斜坡帶以及盆內(nèi)低凸起，其中又以北西向和南東向?yàn)橹饕镌捶较?；在南二段沉積時(shí)期，湖盆范圍擴(kuò)大導(dǎo)致源區(qū)收縮，只有北西向物源依舊保持較高的供源強(qiáng)度，局部低凸起等物源大多作用減弱或消失。

(3) 南屯組主要發(fā)育扇三角洲、湖底扇以及湖泊三種沉積相，根據(jù)物源區(qū)的發(fā)育位置、構(gòu)造樣式及構(gòu)造活動(dòng)的差異等，將研究區(qū)物源分為陡坡斷坡型、陡坡同向斷階型、緩坡同向斷階型、緩坡反向斷階型、箕狀洼槽型和雙斷長(zhǎng)軸入湖型等6種物源類型。研究表明，物源與溝谷、坡折所組成的耦合系統(tǒng)從根本上影響和決定著沉積體系的類型和展布規(guī)律。