準(zhǔn)中地區(qū)三工河組淺水三角洲沉積模式及油氣勘探意義

鄭 勝

(中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257000)

0 引 言

準(zhǔn)噶爾盆地具有豐富的油氣資源，已成為中國油氣勘探的熱點和重要的油氣接替區(qū)之一[1-3]。侏羅紀(jì)是其油氣成藏的關(guān)鍵時期，既能提供優(yōu)質(zhì)的烴源巖，又發(fā)育有良好的儲集層，因此，有必要加強準(zhǔn)噶爾盆地侏羅系沉積相等基礎(chǔ)成藏條件的分析。前人對于盆地侏羅系沉積相的研究已開展了大量的工作，認(rèn)為從下侏羅統(tǒng)八道灣組到上侏羅統(tǒng)齊古組具有湖泊—三角洲—曲流河沉積演化過程，其中，三工河組主要發(fā)育辮狀河三角洲[4-8]。這種常規(guī)辮狀河三角洲沉積模式并不能解釋準(zhǔn)中地區(qū)出現(xiàn)的一些特殊沉積現(xiàn)象。因此，通過對準(zhǔn)中地區(qū)中國石化礦權(quán)區(qū)內(nèi)29口井三工河組鉆井巖心的沉積構(gòu)造、巖性組合、粒度、古生物等特征進(jìn)行深入研究，分析三角洲發(fā)育背景、沉積微相及展布特征，并通過類比鄂爾多斯盆地延長組和松遼盆地白堊系淺水三角洲沉積特征[9-11]，最終確立了準(zhǔn)中地區(qū)侏羅系三工河組淺水三角洲沉積模式，并在該沉積模式指導(dǎo)下探討有利成藏條件，以期為該區(qū)下一步勘探指明方向。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

準(zhǔn)噶爾盆地自晚石炭世以來經(jīng)歷了多期構(gòu)造運動，構(gòu)造背景極為復(fù)雜[12-17]。受印支運動和燕山運動的影響，盆地發(fā)生頻繁構(gòu)造抬升，形成一隆四坳的古構(gòu)造格局。準(zhǔn)中地區(qū)在文中主要指中國石化準(zhǔn)中礦權(quán)，主要包括莫西莊永進(jìn)區(qū)塊、中部2區(qū)塊和中部4區(qū)塊(圖1)，分別位于盆1井西凹陷與昌吉凹陷、東道海子凹陷、阜康凹陷[18-19]。侏羅系在盆地內(nèi)分布廣泛，沉積厚度大，自下而上可劃分為八道灣組、三工河組、西山窯組、頭屯河組、齊古組、喀拉扎組。受車莫古隆起抬升的影響，研究區(qū)下侏羅統(tǒng)三工河組地層在盆地西緣車排子凸起有缺失，而在準(zhǔn)中地區(qū)則發(fā)育比較完整?；趯有虻貙訉W(xué)特征，把三工河組地層劃分為3段，由老到新依次為一段、二段和三段，其中，三工河組二段又細(xì)分為下亞段和上亞段。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地構(gòu)造綱要

2 三工河組三角洲沉積特征

2.1 巖性特征

三工河組三角洲發(fā)育規(guī)模大，沉積物搬運距離遠(yuǎn)，因此，砂體分選好，粒度細(xì)，主要以中細(xì)砂巖為主，粉砂巖次之，局部可見少量礫巖。同時儲層微觀特征表明其巖石類型以長石質(zhì)巖屑砂巖和巖屑砂巖為主，成分成熟度低，且泥質(zhì)雜基和膠結(jié)物等填隙物含量都不高。

2.2 沉積構(gòu)造特征

對準(zhǔn)中地區(qū)巖心觀察發(fā)現(xiàn)，三工河組發(fā)育豐富的沉積構(gòu)造類型(圖2)。砂體底部常見明顯的沖刷面構(gòu)造(圖2a)，沖刷面之上可見泥礫呈定向排列，偶見泥巖撕裂屑(圖2b)，這是由于三角洲沉積過程中，河道侵蝕底部泥巖，攪起的泥礫沉積在河道底部而形成，并在水動力作用下發(fā)生定向排列，在水動力較強時，泥礫則會發(fā)生撕裂現(xiàn)象。少數(shù)泥礫的顏色為棕褐色，反映了早期泥巖沉積的顏色，說明湖平面周期性變化頻繁，容易受氧化作用影響，間接指示了淺水沉積環(huán)境。砂體向上粒度變細(xì)，分選變好，發(fā)育正粒序?qū)永?圖2c)。同時，可見槽狀交錯層理(圖2d)、板狀交錯層理(圖2e)、平行層理(圖2f)等，上述沉積構(gòu)造特征均反映了水動力較強的河流沉積作用。

圖2 準(zhǔn)中地區(qū)三工河組典型沉積構(gòu)造

2.3 粒度特征

三工河組三角洲砂體粒度概率累積曲線類似于河流相，多為“一跳一懸”的二段式特征，反映了由懸浮組分和跳躍組分2個粒度總體組成，不存在滾動組分，跳躍組分斜率較大，分選較好，但其中懸浮組分含量可達(dá)30%，高于正常河流相沉積，說明沉積水體能量較河流相減弱，反映了更為靠近河口區(qū)的沉積環(huán)境。

3 三工河組三角洲沉積微相及展布特征

3.1 三角洲沉積背景

侏羅系時期，盆地處于坳陷階段，構(gòu)造活動較弱，沉降緩慢[1-2]。盆地古地貌恢復(fù)結(jié)果表明，盆地西北部及東部地層坡度較小，一般小于1.4 °，呈現(xiàn)典型的緩坡特征。鉆井巖心中發(fā)現(xiàn)碳化的植物根莖碎片(圖2g)和完整的雙殼類生物化石(圖2h)，反映了沼澤、濱淺湖等沉積環(huán)境，直接指示三工河組三角洲水體較淺的沉積背景，并伴隨湖平面變化有間歇性的暴露。根據(jù)巖性組合分析，三工河組一段和二段砂體發(fā)育，砂地比高，橫向連續(xù)性好，砂體厚度為20～30 m，即使透鏡狀分布的孤立砂體，厚度最大也可達(dá)15 m，說明三工河組時期物源供給充足。因此，準(zhǔn)中地區(qū)侏羅系三工河組三角洲發(fā)育具有坡緩水淺、物源充足的沉積背景。

3.2 主要微相類型及沉積特征

準(zhǔn)中地區(qū)三工河組三角洲發(fā)育的微相類型主要有分支河道、水下分支河道、支流間灣等，而河口壩只在局部發(fā)育。三角洲平原分支河道分布范圍小，多發(fā)育于盆地周緣，而準(zhǔn)中地區(qū)并不常見，因此，這里不作為主要沉積微相類型討論。

3.2.1 水下分支河道微相

水下分支河道是三工河組三角洲發(fā)育的最主要的沉積微相類型。受氣候、物源、古地貌影響，河道不斷向盆地內(nèi)部延伸，順物源方向呈條帶狀展布。河流進(jìn)入湖泊以后，流速降低，河道頻繁分叉、改道，相互切割，縱向上沉積序列大部分表現(xiàn)為多期不完整的正旋回疊置，局部也可出現(xiàn)完整的河流沉積單元疊置。水下分支河道砂體主要為礫巖、含礫砂巖，發(fā)育正粒序，底部常見沖刷面，沖刷面之上發(fā)育定向排列的泥礫，偶見泥巖撕裂屑，可見平行層理和各種交錯層理(圖3)，GR測井曲線響應(yīng)主要表現(xiàn)為鐘形，箱形-鐘形組合的特征。

3.2.2 河口壩沉積微相

由于三工河組三角洲以河流作用為主，水動力較強，河口處的沉積物受湖水波浪作用改造較弱，不易發(fā)育典型的河口壩沉積，即使河流水動力間歇性減弱形成河口壩沉積，但依然會遭受后期分支河道侵蝕改造，而不能很好地保存下來，或者僅保留河口壩下部沉積序列，形成下殘壩上河的沉積組合樣式。通過巖心觀察統(tǒng)計，河口壩沉積只在準(zhǔn)中莫西莊永進(jìn)地區(qū)部分井段可見，沉積特征表現(xiàn)為粉—細(xì)砂巖為主，具有反粒序特征，下部常含泥質(zhì)，發(fā)育沙紋層理，GR測井曲線具有齒化漏斗形的特征。

圖3 沙1井三工河組二段下亞段單井沉積相

3.2.3 支流間灣微相

巖性主要以灰色、灰綠色泥巖或粉砂質(zhì)泥巖為主，局部夾泥質(zhì)粉砂巖，發(fā)育水平層理和波紋層理，并常見生物擾動構(gòu)造，GR測井曲線具有低幅平直的特征。

3.3 三角洲展布特征

前人研究認(rèn)為，準(zhǔn)噶爾盆地三工河組物源主要來自于東部克拉美麗、西北克拉瑪依和謝米斯臺山以及南部天山[20-21]。受湖平面升降和物源供給量的影響，三工河組二段下亞段砂體最為發(fā)育，向盆內(nèi)推進(jìn)距離較遠(yuǎn)。其中，由西北方向物源供給的三角洲推進(jìn)到準(zhǔn)中地區(qū)莫西莊永進(jìn)區(qū)塊，推進(jìn)距離最遠(yuǎn)可達(dá)220 km，并在莫北地區(qū)與穿越中部2區(qū)塊的克拉美麗物源三角洲沉積體系相匯合，構(gòu)成三工河組三角洲的主體，平面上近東西向展布。中部4區(qū)塊同樣接受東北方向克拉美麗物源供給，發(fā)育三角洲的一個分支。莫西莊永進(jìn)地區(qū)南部主要以淺湖沉積為主。三工河組沉積時期，南部天山物源影響范圍有限，只在山前帶發(fā)育小型三角洲沉積體系?？傮w上該時期三角洲呈現(xiàn)出“滿盆砂”的特征(圖4)。在三工河組二段上亞段和三工河組三段，物源供給減弱，湖平面上升，三角洲砂體規(guī)模萎縮，濱淺湖相沉積范圍擴(kuò)大。

4 淺水三角洲沉積模式

三工河組三角洲沉積背景、微相特征及平面分布規(guī)律研究結(jié)果表明，研究區(qū)具有與鄂爾多斯盆地延長組、松遼盆地白堊系[9-11]等典型的淺水三角洲類似的特征，因此，建立了準(zhǔn)中地區(qū)侏羅系三工河組淺水三角洲沉積模式。該淺水三角洲發(fā)育于盆大、水淺、坡緩、物源供給充足的沉積背景。根據(jù)湖平面的變化，將淺水三角洲劃分為淺水三角洲平原和淺水三角洲前緣，與正常三角洲相比，缺少前三角洲相帶(圖5)。淺水三角洲平原范圍較小，分布在洪水期湖平面之上。而洪水期湖平面以下則發(fā)育廣闊的淺水三角洲前緣，二者之間并無明顯的坡折帶。

圖4 三工河組二段下亞段三角洲沉積展布

淺水三角洲前緣相帶，又可細(xì)分為內(nèi)前緣和外前緣。內(nèi)前緣主要發(fā)育在洪水期湖平面和枯水期湖平面之間，由于坡度較緩，受湖平面升降的影響，三角洲周期性暴露地表的范圍較大，因此，形成了寬廣的內(nèi)前緣相帶，而且廣泛發(fā)育煤層。內(nèi)前緣水下分支河道非常發(fā)育，可多條并行，而且水動力較強，以中細(xì)砂為主的河道砂形成了淺水三角洲的骨架。砂體順著淺水三角洲推進(jìn)方向呈條帶狀展布，但隨推進(jìn)距離增加和湖平面的變化，河道遷移改道頻繁，相互切割，因此，在垂向上發(fā)育不連續(xù)的沉積層序。外前緣發(fā)育在枯水期湖平面之下，范圍較小，因為水動力較內(nèi)前緣弱，巖性以粉細(xì)砂為主，受湖水波浪影響，局部可發(fā)育河口壩沉積，但易遭受后期分支河道的侵蝕破壞而并不常見。

5 油氣勘探意義

淺水三角洲沉積特征既不同于正常三角洲，又與河流相存在明顯差異，造就了其優(yōu)越的油氣成藏條件。

5.1 良好的儲蓋組合

研究區(qū)三工河組淺水三角洲沉積體系砂體非常發(fā)育，以河道砂為主，粒度較粗，沉積厚度大，分布廣，相互切割，連通性好，具有形成優(yōu)質(zhì)儲層的先天優(yōu)勢。中部莫西莊永進(jìn)地區(qū)三工河組二段砂體累計厚度可達(dá)60～80 m，平均孔隙度為12.8%。雖然有別于正常三角洲發(fā)育的高還原環(huán)境下的深湖—半深湖泥巖，但該體系發(fā)育的淺水三角洲分流河道間和濱淺湖泥巖，也具有粒度細(xì)，分布廣，厚度大的特征，同時縱向上對河道砂體形成覆蓋，依然具備了良好的封堵條件，可作為有效蓋層，形成良好的儲蓋組合。

圖5 準(zhǔn)噶爾盆地三工河組淺水三角洲沉積模式

5.2 有利的運移通道

三工河組二段下亞段淺水三角洲前緣砂體順物源方向推進(jìn)較遠(yuǎn)，橫向上廣泛連通；而且在油氣充注期，該套砂體埋藏較淺，物性較好[22-23]，因此，可作為有利的油氣橫向運移的輸導(dǎo)層。由于準(zhǔn)中地區(qū)發(fā)育花狀斷裂體系[24]，垂向切割多套地層，連通了深部二疊系烴源巖與侏羅系儲集層，構(gòu)成了油氣垂向運移通道。同時，三工河組發(fā)育超壓系統(tǒng)，容易在上覆地層薄弱區(qū)塊形成一系列的垂向裂縫[25-26]，配合層間低序級斷層，形成侏羅系內(nèi)部不同層位油氣的調(diào)整通道。因此，油氣在繼續(xù)向上運移過程中，經(jīng)過該套三角洲砂體橫向輸導(dǎo)，從而在上部地層中各類圈閉富集成藏。這對準(zhǔn)中地區(qū)西山窯組、頭屯河組、齊古組下一步勘探指明了方向。

5.3 優(yōu)質(zhì)的烴源供給

由于坡度較緩，三工河組淺水三角洲平原和內(nèi)前緣隨著湖平面變化而頻繁暴露地表，形成煤系地層，可作為烴源巖。準(zhǔn)噶爾盆地四棵樹凹陷下侏羅統(tǒng)三工河組發(fā)育炭質(zhì)泥巖，其有機(jī)質(zhì)豐度為0.45%～4.20%，平均為0.99%；氯仿瀝青“A”實測值為0.012%～0.040%；生烴潛量為0.05 ～12.90 mg/g；有機(jī)質(zhì)類型以Ⅲ型為主，多進(jìn)入低成熟—成熟階段，為較好烴源巖。在該認(rèn)識的基礎(chǔ)上，緊鄰四棵樹凹陷的車排子西翼沙灣組取得了勘探突破，這也為準(zhǔn)中地區(qū)的下部勘探部署提供了新的思路。

綜上所述，準(zhǔn)中地區(qū)三工河組二段砂體最為發(fā)育，且以“斷-毯”輸導(dǎo)的方式與下部多套烴源巖溝通，屬于勘探有利方向。其中，三工河組下亞段多期三角洲水下分支河道砂體疊置，主要依靠斷層遮擋，發(fā)育構(gòu)造-巖性復(fù)合圈閉；上亞段砂體孤立，河道側(cè)向尖滅，發(fā)育巖性圈閉。莫西莊地區(qū)莊110井、征沙村地區(qū)征6井在三工河組二段均見較好的油氣顯示，證實了該預(yù)測的可靠性。

6 結(jié) 論

(1) 準(zhǔn)噶爾盆地三工河組具有坡緩水淺、物源充足的沉積背景，有利于淺水三角洲的形成，微相類型以水下分支河道和支流間灣為主，河口壩不太發(fā)育，在三工河組二段時期淺水三角洲分布范圍達(dá)到最大。

(2) 準(zhǔn)噶爾盆地侏羅系淺水三角洲平原相帶狹窄，前緣相帶寬廣，不發(fā)育前三角洲，其中，前緣相帶可分為內(nèi)前緣與外前緣。砂體發(fā)育具有河道砂為主，橫向多支并行、改道頻繁、推進(jìn)距離遠(yuǎn)，垂向不完整，正旋回相互疊置的特征。

(3) 淺水三角洲具有有利的成藏條件，該體系發(fā)育的優(yōu)質(zhì)河道砂體與泥巖可形成良好的儲蓋組合，橫向上廣泛連通的砂體與縱向上相互匹配的斷裂提供了有利的油氣輸導(dǎo)體系，在淺水三角洲平原或內(nèi)前緣形成的煤系地層可作為優(yōu)質(zhì)的烴源巖。