海拉爾盆地巴彥呼舒凹陷南屯組沉積相特征研究

段曉旭，楊 飛, 李繼偉，龔偉成，李偉波

(1. 長(zhǎng)江大學(xué) 地球物理與石油資源學(xué)院，湖北 武漢 430100； 2. 長(zhǎng)江大學(xué) 油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430100； 3. 中國(guó)石油集團(tuán) 東方地球物理勘探有限公司 西南物探研究院，四川 成都 610231)

0 前 言

巴彥呼舒凹陷共鉆有11口探井，已發(fā)現(xiàn)油藏主要含油層位為南屯組，且以南一段最為集中。但是由于凹陷經(jīng)歷多期構(gòu)造活動(dòng)改造、構(gòu)造斷裂系統(tǒng)復(fù)雜，造成了對(duì)巴彥呼舒凹陷南屯組各次洼沉積演化規(guī)律及油氣成藏主控因素認(rèn)識(shí)不足。為此，有必要對(duì)整個(gè)凹陷開(kāi)展研究，進(jìn)一步推動(dòng)區(qū)域精細(xì)沉積相分析以及沉積相平面展布認(rèn)識(shí)，從而對(duì)已發(fā)現(xiàn)的油藏進(jìn)一步深化研究，搞清油藏類型及控制因素，預(yù)測(cè)有利相帶。

1 地質(zhì)概況

巴彥呼舒凹陷位于海拉爾盆地扎賚諾爾坳陷西南部，總體是一個(gè)北東向的西斷東超的箕狀斷陷，沿著凹陷的短軸，劃分為西部陡坡帶、凹陷內(nèi)帶和東部的緩坡帶，有著“東西分帶、南北分塊”的特征。根據(jù)地層發(fā)育情況、成因、構(gòu)造和結(jié)構(gòu)特征，將研究區(qū)劃分為西部陡坡帶、東部緩坡帶和中央洼槽帶[1]。其中中央洼槽帶又被巴南低凸起和巴北低凸起分割為巴南次洼、巴中次洼、巴北次洼3個(gè)次洼(見(jiàn)圖1)，其中中部次洼發(fā)育最明顯，靠近洼槽沉積中心部位的有機(jī)質(zhì)豐度都達(dá)到好烴源巖標(biāo)準(zhǔn)，沉積的厚度也相對(duì)較大，有較好的油氣井，是重要的生油洼槽。而南北兩個(gè)次洼地層埋藏較淺，靠近物源方向則有機(jī)質(zhì)豐度較差，沉積中心不穩(wěn)定，烴源巖發(fā)育不成熟，使得成藏條件差，勘探價(jià)值小。

圖1 巴彥呼舒凹陷構(gòu)造區(qū)劃

2 沉積相類型

在前人研究成果基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)巴彥呼舒凹陷11口鉆井的南屯組錄井資料的巖性和測(cè)井資料分析、巖心觀察、地震相分析，結(jié)合盆地區(qū)域地質(zhì)資料和各項(xiàng)分析鑒定資料等的綜合分析，對(duì)工區(qū)內(nèi)的沉積特征與沉積相有了較清楚的認(rèn)識(shí)，從而了解到南屯組主要發(fā)育4種沉積相及多種亞相[2](見(jiàn)圖2)。

圖2 巴彥呼舒凹陷南屯組沉積相分布

2.1 湖泊相

湖泊相在巴彥呼舒凹陷南屯組內(nèi)發(fā)育較好，且分布在各個(gè)時(shí)期。湖盆經(jīng)歷了數(shù)次的水進(jìn)和水退過(guò)程。利用湖泊體系沉積時(shí)的水動(dòng)力條件、層理類型、巖石的微相類型及剖面組合等相標(biāo)志特征區(qū)別，可以分為較深湖—深湖和濱淺湖亞相類型。

深湖—較深湖亞相發(fā)育在水體較深部位，屬于少氧的還原環(huán)境。巖性大多是灰黑、深灰、灰色的泥頁(yè)巖，具有微波狀層理、水平層理及塊狀層理，可見(jiàn)菱鐵礦和黃鐵礦等自生礦物。巴彥呼舒凹陷南屯組鉆遇該亞相的鉆井有楚2、3、4、5、8、9、舒1和郎1井，主要發(fā)育于南二段和南一段的中上部。從鉆井微相、測(cè)井相分析及地震相解釋成果來(lái)看(見(jiàn)圖3)，平面上主要分布于控凹斷裂一側(cè)及中部深洼地區(qū)。南屯組沉積時(shí)期的盆地邊沿坡度比較陡峭，由于受到重力作用和水流等因素影響，外圍的大量粗粒碎屑物很容易運(yùn)移到較深水湖泊中。因此，深湖—較深湖泥巖中常伴生有較粗的重力流水道砂礫巖和細(xì)粒的濁積巖沉積。

圖3 楚4井南二段深湖較深湖亞相沉積特征

濱淺湖環(huán)境是屬于湖泊洪水位與枯水位之下至浪基面之間的地帶。水動(dòng)力條件相對(duì)復(fù)雜，利用波浪和湖岸流的作用，使湖水對(duì)沉積物的沖刷和改造更加強(qiáng)烈。研究區(qū)南屯組時(shí)期的濱淺湖亞相主要發(fā)育在巴北次洼、巴南次洼及中部洼陷的東部緩坡帶，沉積物類型也多樣。沉積物與陸源碎屑供應(yīng)有關(guān)，多以泥巖、粉砂巖為主，少量砂、礫巖沉積，其中泥巖多以灰色為主。砂巖層理類型主要有小形交錯(cuò)層理、波紋層理、脈狀層理、塊狀層理及透鏡狀層理，也可見(jiàn)生物擾動(dòng)構(gòu)造及浪成波痕。鉆遇該亞相的鉆井有楚2、3、5、8、10、舒1和Sd1井，自然伽馬曲線表現(xiàn)出低幅齒形，深淺側(cè)向表現(xiàn)為低值[2]。

2.2 扇三角洲相

扇三角洲的沉積特征與沖積扇相似，主要大量發(fā)育礫巖、含礫砂巖，這些粗粒的沉積物常夾在細(xì)粒的淺水湖泊沉積物中。充足的物源供給及大坡降的單斜狀地貌是扇三角洲相形成的基本條件。研究區(qū)南屯組時(shí)期扇三角洲主要發(fā)育在西部陡坡帶。斷層傾角大，坡度陡，在陡峻的地形背景下，周邊山地經(jīng)風(fēng)化剝蝕產(chǎn)生的大量粗碎屑物質(zhì)在洪水的攜帶下，向洼槽區(qū)推進(jìn)，在山口附近的濱淺湖區(qū)卸載，形成了巨大的扇三角洲相粗碎屑近物源的砂礫巖體。在水進(jìn)時(shí)扇三角洲前緣牽引流和扇三角洲平原重力流兩種成因形成的沉積構(gòu)造，反映了物源區(qū)沖積扇在洪水期和平水期的水流強(qiáng)度和密度變化頻繁，也是區(qū)別于辮狀河三角洲的主要標(biāo)志之一。通過(guò)巖心觀察、單井相分析，可分為扇三角洲平原、扇三角洲前緣和前扇三角洲3個(gè)亞相。

該區(qū)南屯組扇三角洲平原的沉積物碎屑顆粒較粗，成熟度低，以大套粗碎屑的砂礫巖沉積為主。楚1井南一段為例(見(jiàn)圖4)，主要巖性為雜色塊狀礫巖夾帶厚灰色含細(xì)礫粉砂質(zhì)泥巖。礫石成分復(fù)雜，巖屑主要為變質(zhì)巖、火山巖巖屑，顏色多樣。其中灰黑色含細(xì)礫粉砂巖中擁有大量碳屑，手摸變黑?？傮w來(lái)看，南一段主要為扇三角洲平原分支河道粗碎屑沉積夾薄層分支河道間的細(xì)粒沉積，其砂礫巖復(fù)合體厚度較大。以重力流成因的沉積構(gòu)造，砂礫巖大小混雜，分布不均，主要為塊狀層理，其次為正遞變層理。

圖4 楚1井南一段扇三角平原亞相沉積特征

2.3 辮狀河三角洲相

辮狀河三角洲是指辮狀河進(jìn)入到海湖中形成的粗碎屑三角洲。其巖性相對(duì)要細(xì)，砂礫巖不太發(fā)育，主要為中、細(xì)砂巖、粉砂巖夾灰色泥巖，局部有灰綠色泥巖。辮狀河三角洲相可分為三角洲平原、三角洲前緣和前三角洲3種亞相[3]。

南屯組辮狀河三角洲沉積體具體分布在凹陷東部緩坡帶，縱向上基本發(fā)育在南一段上部和南二段。鉆遇辮狀河三角洲的鉆井有：楚2、3、4井及楚8井，均分布在凹陷的東部緩坡帶靠近湖盆中心一側(cè)。由于鉆井靠近湖盆中心，鉆遇的沉積相類型主要為辮狀河三角洲前緣和前三角洲亞相，靠近湖岸的三角洲平原亞相沒(méi)有見(jiàn)到。常見(jiàn)巖石類型有：灰色泥巖、粉砂巖和變形構(gòu)造的泥巖，泥巖粉砂巖，平行層理砂巖，浪成沙紋層理細(xì)砂巖，中小型板狀交錯(cuò)層理砂巖，大型斜層理砂巖及灰色含泥礫砂巖，構(gòu)成下細(xì)上粗的反韻律組合特征[4]。

2.4 水下扇相

水下扇系指“直接推進(jìn)入湖的沖積扇”，本質(zhì)是一種沖積扇，但是由于緊鄰深湖或半深湖區(qū)而全部沉積于水下。水下扇是重力流在湖泊較深部位形成的扇形沉積體，以砂礫巖沉積為主，夾在深湖沉積物中。由于水下扇緊鄰斷陷盆地的邊緣，活躍的構(gòu)造活動(dòng)，使得周緣高地剝蝕作用相當(dāng)強(qiáng)烈，沉積物源異常豐富，大量的碎屑物質(zhì)在洪水期涌入到湖水中，使得入湖水流呈現(xiàn)出碎屑物過(guò)飽和的重力流特征[5]。

本區(qū)南屯組鉆遇水下扇的鉆井有楚9井南二段和郎1井南一段下部，主要為扇中和扇端沉積。楚9井南二段顯示(見(jiàn)圖5)，水下扇扇中的砂礫巖及深湖—較深湖泥巖不等厚沉積。深湖—較深湖亞相沉積中的泥巖較純，多為黑色。水下扇扇端沉積巖性多為灰色含礫砂巖、灰黑色粉砂質(zhì)泥巖及含粉砂泥巖，灰色含礫砂巖底部見(jiàn)沖刷面及撕裂狀灰黑色泥礫。若巖性為厚灰色礫巖，礫石成分復(fù)雜多樣，顏色不一，呈菱角狀—次菱角狀，少量次圓狀，巖石類型為塊狀層理，則為水下扇扇中沉積；還有一部分礫巖，粒徑相對(duì)較大，呈菱角狀—次圓狀，多數(shù)形態(tài)不規(guī)則，表現(xiàn)為重力流混雜堆積。同時(shí)扇端的地震相一般為平行連續(xù)反射特征[6]，反映出了水下扇發(fā)育于成層性較好的深—較深水環(huán)境中。

圖5 楚9南一段水下扇扇中、深湖—較深湖亞相沉積特征

3 連井剖面沉積相特征

3.1 郎1-楚5-舒1-楚9井南屯組沉積相剖面

該剖面位于南屯組中部次洼，為北東—南西方向，沿凹陷長(zhǎng)軸展布，過(guò)楚郎1、楚5、舒1和楚9井，為垂直物源方向的沉積相剖面(見(jiàn)圖6)。

圖6 郎1-楚5-舒1-楚9井南屯組沉積相剖面

西部陡坡的郎1井中、上部主要為扇三角洲，底部以水下扇粗碎屑沉積為主，夾深湖—較深湖灰黑色泥巖沉積。楚5井南一段巖性為砂礫巖與泥巖不等厚頻繁互層，大套灰色粉砂巖、泥質(zhì)及粉砂泥巖互層。主要發(fā)育扇三角洲前緣及前三角洲亞相沉積和深湖—較深湖亞相沉積。南二段下部為灰黑色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖和薄層砂巖，上部灰色砂礫巖為主，和深灰色泥巖不等厚互層。發(fā)育為深湖—較深湖、淺湖、重力流水道及扇三角洲前緣亞相沉積。舒1井南屯組為扇三角洲前緣亞相和深湖—較深湖亞相沉積，楚3井位于凹陷的沉積中心區(qū)域，南一段和南二段均為深湖—較深湖沉積。楚9井南一段發(fā)育大套薄層狀灰色、雜色砂礫巖與灰綠、灰黑色泥巖不等厚頻繁互層。沉積相主要為扇三角洲平原、前緣及水下扇扇中、扇端和深湖—較深湖亞相的交替沉積；南二段底部為扇三角洲平原及前緣沉積。向上泥巖顏色逐步加深為深灰色、灰黑色，砂礫巖減少，泥巖越來(lái)越發(fā)育，為水下扇扇中、扇端亞相和深湖—較深湖亞相沉積。

從剖面橫向上看，郎1-楚5-舒1井和楚9井為兩個(gè)較大型的扇三角洲沉積體，郎1井位于凹陷同生大斷裂邊部，主要發(fā)育扇三角洲平原主要粗碎屑沉積，楚5和舒1井由于遠(yuǎn)離物源處于扇三角洲前緣，主要沉積前三角洲和深湖—較深湖等細(xì)粒物質(zhì)；楚9井南一段沉積時(shí)水體相對(duì)較淺，扇三角洲前緣沉積發(fā)育為主，南二段由于湖盆規(guī)模擴(kuò)大，水體加深，主要為一套深湖—較深湖泥及水下扇扇中、扇端的陸源粗碎屑的交互沉積[7]。

3.2 楚9-楚2井南屯組沉積相剖面

沿主要物源方向展布的沉積相剖面，連接楚9和楚2井(見(jiàn)圖7)。從該條剖面來(lái)看，剖面橫穿了南屯組凹陷東、西兩側(cè)，從西側(cè)扇三角洲、水下扇粗碎屑物源區(qū)往東經(jīng)過(guò)沉降中心和沉積中心的深湖—較深湖沉積區(qū)，再到東部斜坡帶濱淺湖、三角洲沉積相帶。楚9井南一段發(fā)育大套薄層狀灰色、雜色砂礫巖與灰黑色泥巖不等厚頻繁互層，夾灰色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖[8]。自下而上，沉積亞相主要表現(xiàn)為深—淺—深—淺—深的特征，沉積相主要為扇三角洲平原、前緣和水下扇扇中、扇端和深湖—較深湖亞相的交替沉積；南二段底部為扇三角洲平原及前緣沉積。向上泥巖顏色逐步加深為深灰色、灰黑色，砂礫巖減少，泥巖發(fā)育，為水下扇扇中、扇端亞相和深湖—較深湖亞相沉積；楚2井南一段底部為較深湖亞相沉積，下部以扇三角洲前緣沉積為主，中上部主要為三角洲前緣亞相沉積；南二段為三角洲前緣席狀砂、分流間灣微相沉積，往上逐步過(guò)渡成淺湖、深湖—較深湖亞相沉積。

圖7 楚9-楚2井南屯組沉積相剖面

從剖面西部陡坡到東部緩坡帶，發(fā)育楚9井扇三角洲、水下扇—深湖—較深湖—楚2井扇三角洲前緣、三角洲前緣砂體。砂體之間的深湖—較深湖中有一定的濁積巖和前緣席狀砂透鏡體發(fā)育。

4 沉積相平面分布特征

通過(guò)對(duì)巴彥呼舒凹陷南屯組沉積資料分析、11口鉆井巖心觀察、描述等資料，根據(jù)井—震結(jié)合連井主干剖面沉積相分析。了解到沉積相在平面上的分布特征為：凹陷西部陡坡帶近控盆斷裂一側(cè)發(fā)育扇三角洲和水下扇體；中部深洼帶及靠近陡坡帶一側(cè)沉積中心區(qū)域主要發(fā)育深湖—較深湖亞相，局部發(fā)育重力流水道及濁積巖亞相；東部緩坡帶發(fā)育辮狀河三角洲相及濱淺湖亞相；北洼及南洼深湖—較深湖亞相不發(fā)育[9]。

南屯組一段地層沉積時(shí)期為斷陷快速沉降期，水體面積加深擴(kuò)大，濱淺湖面積增大，深湖—較深湖沉積主要分布于中部次洼及南北洼的局部深陷區(qū)。凹陷西部陡坡帶近控盆斷裂一側(cè)發(fā)育多個(gè)扇三角洲砂體, 沿主斷裂裙帶狀展布。自西向東發(fā)育4個(gè)較大型的扇三角洲；東部緩坡帶沿沉積邊界呈串珠狀發(fā)育多個(gè)辮狀河三角洲相沉積砂體。除此以外，在北洼沿東部緩坡帶還發(fā)育多個(gè)較小型的辮狀河三角洲；北洼及南洼深湖—較深湖亞相不發(fā)育，僅局限于小范圍內(nèi)。濱淺湖亞相在東部緩坡及北洼、南洼十分發(fā)育[10]。

南二段早期，凹陷內(nèi)水域逐漸擴(kuò)張，濱淺湖及深湖—較深湖沉積范圍擴(kuò)大，扇三角洲、三角洲繼續(xù)發(fā)育。初期繼承了南屯組一段沉積性質(zhì)，斷陷東、西兩側(cè)扇體規(guī)模減小，西部陡坡帶扇三角洲沿主斷裂呈斷續(xù)的裙帶狀展布。南屯組二段沉積時(shí)期，湖水面積進(jìn)一步擴(kuò)大，中部次洼深湖—較深湖亞相十分發(fā)育，北洼、南洼比較局限。濱淺湖亞相在東部緩坡及北洼、南洼較為發(fā)育。斷陷東、西兩側(cè)扇三角洲、水下扇及辮狀河三角洲十分發(fā)育。西部陡坡帶沿主斷裂展布的裙帶狀扇三角洲砂體，從中部次洼向北洼有多個(gè)發(fā)育。

5 結(jié) 語(yǔ)

1)巴彥呼舒凹陷南屯組早期進(jìn)入斷陷快速沉降期，斷陷邊沉降邊拉張，湖盆水位加深，面積逐步擴(kuò)大。沉積時(shí)期，水域不斷擴(kuò)張，湖泊相進(jìn)一步發(fā)展。所以巴彥呼舒凹陷南屯組總體處于斷陷湖盆的擴(kuò)張發(fā)展期，沉積中心受西部控盆斷裂控制，自下而上逐步向東遷移，在東部緩坡逐步超覆尖滅。

2)巴彥呼舒凹陷南屯組時(shí)期經(jīng)歷了早期地層扇三角洲—較深湖—濱淺湖—扇三角洲沉積，到中期地層扇三角洲—深湖較深湖—濱淺湖—辮狀河三角洲沉積，再到晚期地層扇三角洲、水下扇—深湖較深湖—濱淺湖—辮狀河三角的沉積充填及演化過(guò)程。因此巴彥呼舒凹陷南屯組為陸源碎屑斷陷湖泊相沉積。主要發(fā)育4種沉積相及多種沉積亞相、微相。

3)巴彥呼舒凹陷西部陡坡帶近控盆斷裂處主要發(fā)育扇三角洲和水下扇；東部緩坡帶以發(fā)育辮狀河三角洲、濱淺湖亞相沉積為主；中部深凹帶主要發(fā)育深湖—較深湖亞相，局部發(fā)育重力流水道及濁積巖亞相。本區(qū)主要的物源來(lái)自凹陷的東、西兩側(cè)，南屯組具有一定的繼承性[5]。