貝西地區(qū)南屯組扇三角洲沉積特征及地質(zhì)意義

齊林海

扇三角洲沉積體系大多發(fā)育在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍的地區(qū)，常與大型同沉積斷裂相伴，以近物源粗粒沉積物為主。自從1965年A.Holmes[1?3]提出扇三角洲概念以來，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了大量的研究工作[2?8]，對(duì)于扇三角洲的層序特征、沉積特征、成因機(jī)制以及油氣富集規(guī)律的討論從未終止。我國陸相斷陷湖盆中扇三角洲沉積體系廣泛發(fā)育，例如渤海灣盆地濟(jì)陽、遼河坳陷、二連盆地白音查干凹陷、伊通盆地梁家構(gòu)造帶等[9?12]。海拉爾盆地貝爾凹陷貝西地區(qū)同樣廣泛發(fā)育有扇三角洲沉積體系，雖然前人已對(duì)研究區(qū)開展了大量的研究工作[13?16]，但是對(duì)本區(qū)扇三角洲的沉積特征及沉積模式仍鮮有報(bào)道。本文從巖石相類型、相標(biāo)志識(shí)別、層理類型等方面闡述了研究區(qū)南屯組扇三角洲的沉積特征，并依據(jù)不同的特征建立起相應(yīng)的沉積模式，以期能對(duì)貝爾凹陷貝西地區(qū)扇三角洲沉積內(nèi)的油氣勘探開發(fā)具有指導(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南部，是該盆地內(nèi)最大的富油凹陷[17?20]。南與蒙古國南貝爾凹陷相鄰，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，是典型的復(fù)式箕狀凹陷，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”，具有明顯的“東西分帶、南北分塊”的特點(diǎn)，其中貝西地區(qū)自西向東可劃分為貝西斜坡帶、呼和諾仁構(gòu)造帶、貝西次凹、蘇德爾特構(gòu)造帶以及霍多莫爾構(gòu)造帶（見圖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，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，厚度為450～800 m，可進(jìn)一步細(xì)分為南一段和南二段[21?24]。

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

2 扇三角洲沉積相識(shí)別標(biāo)志

鑒別和確認(rèn)古沉積環(huán)境主要是通過對(duì)巖芯的巖石顏色、巖性成份、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、垂向旋回性等特征進(jìn)行分析和研究，在本研究中，通過觀察和描述貝爾凹陷貝西地區(qū)57口鉆井巖芯及1 200多張巖石薄片，結(jié)合測井、地震響應(yīng)特征、構(gòu)造背景以及現(xiàn)代陸相斷陷湖盆扇三角洲沉積的發(fā)育特點(diǎn)，對(duì)研究區(qū)南屯組扇三角洲的沉積特征展開探討。

2.1 巖石類型

研究區(qū)南屯組扇三角洲沉積體的主要巖石類型為碎屑巖，包括泥巖、粉砂巖、砂巖和礫巖，其中礫巖占65%、砂巖占25%、粉砂巖和泥巖各占5%。且砂巖以巖屑砂巖為主、可見少量的長石巖屑砂巖，成熟度較低，反映了扇三角洲沉積體典型的近源快速堆積特點(diǎn)（見圖2）。

針對(duì)貝爾凹陷貝西地區(qū)南屯組巖芯，主要根據(jù)粒度、顏色、沉積構(gòu)造和顆粒支撐方式等將本區(qū)巖石類型劃分為4大類、6小類（見圖3）。其中顆粒支撐是最主要的支撐方式，偶見雜基支撐，沉積構(gòu)造則根據(jù)層理劃分了塊狀層理、槽狀交錯(cuò)層理、板狀交錯(cuò)層理、平行層理、水平層理等。不同的巖石類型反映著當(dāng)時(shí)不同的古沉積環(huán)境，針對(duì)這些巖石類型作簡要的描述及成因分析。

圖2 貝西地區(qū)碎屑巖分類三角圖Fig.2 Classification triangulation of clastic rocks in Beixi area

圖3 貝西地區(qū)南屯組巖石類型及特征Fig.3 Rock types and characteristics in Nantun formation of Beixi area

2.2 粒度特征

研究區(qū)扇三角洲沉積體在搬運(yùn)機(jī)制上常常具有牽引流和重力流的雙重成因機(jī)制且大多以牽引流為主，顆?；祀s、分選較差，粒度累計(jì)概率曲線以兩段、兩段過渡式為主：具備明顯河道的沉積特點(diǎn)，滾動(dòng)組分含量低（＜5%），由跳躍總體和懸浮總體組成，其中跳躍總體的含量較高，為55%～75%。粒度分布在1～4Φ，分選中等，反映了扇三角洲平原、前緣內(nèi)較強(qiáng)水動(dòng)力環(huán)境下河道沉積的特點(diǎn)(見圖 4)。

圖4 貝西地區(qū)扇三角洲粒度累計(jì)概率曲線及C?M圖特征Fig.4 Pr obability cumulative cur ve and C?M gr aph char acteristics of fan delta sand body in Beixi ar ea

2.3 測井相特征

不同的沉積體在測井資料中均有不同的特征及反應(yīng)，因此可以在建立巖?電對(duì)應(yīng)關(guān)系的基礎(chǔ)上，依據(jù)更為充足的測井曲線資料對(duì)非取芯井段進(jìn)行沉積相研究，很好地彌補(bǔ)巖芯資料稀少的不足，從而更好地恢復(fù)古沉積環(huán)境。常用的測井曲線有自然伽瑪、自然電位、雙側(cè)向電阻率、聲波時(shí)差等，測井響應(yīng)常呈箱型、齒化箱型、鐘型、齒化鐘型、漏斗型以及指型等，并呈低、中、高等不同的幅度。

基于對(duì)沉積相類型的研究，結(jié)合巖石類型、巖性組合、沉積構(gòu)造以及測井曲線樣式，建立起扇三角洲沉積體系內(nèi)10種主要沉積微相的測井相識(shí)別圖版，例如扇三角洲平原分流河道微相，在巖性上表現(xiàn)為雜色、厚層、塊狀砂礫巖夾薄層泥巖，在電性上表現(xiàn)為低伽馬?高電阻，整體呈中高幅鐘型或箱型；前緣水下主河道微相巖性上表現(xiàn)為灰綠色或雜色、厚層、分選磨圓均較好，以顆粒支撐為主的砂礫巖體，電性上表現(xiàn)為低?中伽馬、中?高電阻，整體呈中?高幅齒化箱型或鐘型（見圖5）。

圖5 研究區(qū)扇三角洲沉積相特征及沉積序列Fig.5 Sedimentary characteristics and depositional sequences of fan delta in study area

3 扇三角洲沉積相類型

在區(qū)域?qū)有虻貙痈窦軆?nèi)，根據(jù)巖石相、地震剖面相、測井相特征并結(jié)合巖石薄片等資料，建立起研究區(qū)南屯組扇三角洲沉積體的識(shí)別標(biāo)志，并進(jìn)一步細(xì)分出3類亞相、11類微相（見圖6）。

3.1 扇三角洲平原亞相

扇三角洲沉積體在陸上的部分稱之為扇三角洲平原，常位于平均湖平面與山口之間。研究區(qū)內(nèi)的平原亞相多具有牽引流、重力流的雙重成因特征，可進(jìn)一步細(xì)分為3類微相：

（1）平原分流河道微相：洪水期后，由于整體水流的流速和流量降低，從而形成了持續(xù)性的帶狀河流，這些逐漸穩(wěn)定的帶狀河流對(duì)洪水期沉積物進(jìn)行侵蝕和再搬運(yùn)，形成了扇三角洲平原分流河道。在巖性上，主要為分選較好、顆粒支撐的雜色、褐色含礫粗砂巖和礫巖，常發(fā)育有大型槽狀、板狀交錯(cuò)層理以及沖刷充填構(gòu)造。電性特征為低伽馬、高電阻，呈多個(gè)高幅箱型或微齒化箱型垂向疊加，孔滲一般較好，是有利的儲(chǔ)集體。

（2）平原分流河道間微相：平原分流河道間微相由褐色、雜色砂泥巖和分選性差的礫巖組成，主要形成于洪水期，洪水期水流所攜帶的大量沉積物呈片狀沉積下來，雜色砂泥巖含量較高，常混有褐色或雜色礫石，分選性差，可發(fā)育塊狀層理和平行層理，是扇三角洲平原亞相的重要組成部分。測井響應(yīng)特征為中?高伽馬、中?低電阻，呈中幅齒化箱型或鐘型，孔滲一般較差。

圖6 扇三角洲優(yōu)勢沉積微相測井相識(shí)別圖版Fig.6 Seismic reflection characteristics of fan delta depositional system

（3）平原天然堤微相：平原天然堤微相主要由砂礫巖與泥巖互層而組成，電測曲線常呈齒化鐘型、指形，多見羽狀交錯(cuò)層理和水平層理。

3.2 扇三角洲前緣亞相

前緣亞相是扇三角洲的主體，是扇體入湖后的水下部分，多位于湖平面和浪基面之間，本區(qū)前緣亞相可進(jìn)一步細(xì)分為6類微相：

（1）前緣水下主河道微相：前緣水下主河道微相是陸地向湖盆運(yùn)輸碎屑物質(zhì)的主要通道，通常指明了該扇體主要的延展方向。不同期次的主水道之間?；ハ嗲携B，形成灰綠色或雜色、厚層、分選磨圓均較好、以顆粒支撐為主的砂礫巖體。多發(fā)育塊狀層理、大型槽狀交錯(cuò)層理和板狀交錯(cuò)層理，底部可見清晰的沖刷充填構(gòu)造。測井響應(yīng)特征為低?中伽馬、中?高電阻，呈中?高幅齒化箱型或鐘型。

（2）前緣水下分流河道微相：前緣水下分流河道微相是前緣主體水道進(jìn)一步分叉所形成的次一級(jí)水道，較主水道水體能量有所減弱，搬運(yùn)能力有所下降。水道底部滯留沉積大多是含礫粗砂巖和礫巖，向上逐漸過渡到中、細(xì)砂巖，顯示出明顯的正旋回沉積序列。層理多樣，常見平行層理和交錯(cuò)層理，電測曲線特征為低?中伽馬、高?中電阻，呈中?高幅鐘、箱型。

（3）前緣席狀砂微相：前緣席狀砂微相多位于扇體邊緣，是一種規(guī)模小、數(shù)量大的河道類型。河流能量較弱，因此所攜帶的沉積物粒度偏細(xì)，底部多為灰白色中?粗砂巖，向上漸變至細(xì)砂巖、粉砂巖。末端水道在空間上通常孤立展布，單層厚度多在2～3 m，顯示出一個(gè)完整的正旋回特征。?？梢娭行⌒筒蹱罱诲e(cuò)層理、楔狀交錯(cuò)層理、平行層理等，分選、磨圓均較好，測井響應(yīng)特征為中伽馬、中?低電阻，呈中?低幅鐘型。

（4）前緣水下分流間微相：前緣水下分流間微相常分布在水下分流河道之間，以細(xì)粒的懸浮沉積為主，泥質(zhì)含量高，巖性主要由灰綠色、灰色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖以及泥巖組成，有時(shí)可含少量粉砂巖。發(fā)育水平層理和塊狀構(gòu)造，常見植物碳屑，測井響應(yīng)特征為高伽馬、低電阻，呈低幅漏斗狀或齒狀。

（5）河口壩、遠(yuǎn)砂壩砂巖微相：河口壩砂巖微相和遠(yuǎn)砂壩砂巖微相在貝爾凹陷貝西地區(qū)發(fā)育較少，常呈朵狀或新月型。反旋回沉積序列明顯，自下而上多為粉砂巖、細(xì)砂巖、中?粗砂巖。分選和磨圓均較好，多發(fā)育平行層理、波狀層理和小型槽狀交錯(cuò)層理等。測井響應(yīng)特征為中?低伽馬，中?高電阻，呈中?高幅漏斗型、箱型或組合形態(tài)。

3.3 前扇三角洲亞相

前扇三角洲發(fā)育在風(fēng)暴浪基面之上，正常浪基面之下，平時(shí)水底是安靜低能的，陸源碎屑物質(zhì)很難通過水下河道搬運(yùn)至這一區(qū)域，因而大多發(fā)育懸浮搬運(yùn)成因的靜水沉積物，研究區(qū)前三角洲亞相可以分為前扇三角洲粉砂巖微相和前扇三角洲泥巖微相。

（1）前扇三角洲粉砂巖微相：前扇三角洲粉砂巖微相主要由灰色、灰黑色粉砂巖或泥質(zhì)粉砂巖組成，呈片狀分布，主要是在風(fēng)暴天氣，由風(fēng)暴流或風(fēng)暴浪由前緣搬運(yùn)而來。常見波狀層理和水平層理，粉砂巖的分選和磨圓均較好。測井響應(yīng)特征為中?高伽馬、中低電阻，呈中?低幅齒化指狀。

（2）前扇三角洲泥巖微相：前扇三角洲泥巖微相位于扇體的最前緣與湖泊相相連，主要由灰黑色泥巖與薄層泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖互層組成，同樣呈片狀分布，常見水平層理。測井響應(yīng)特征為高伽馬、低電阻，呈低幅指狀或齒狀。

4 貝西地區(qū)扇三角洲沉積模式

沉積相模式的建立是以垂向、平面相序遞變演化規(guī)律為基礎(chǔ)，用來對(duì)沉積相的演化規(guī)律進(jìn)行高度的總結(jié)和概括。而相序的變化常受到基準(zhǔn)面旋回升降（氣候變化、構(gòu)造沉降、物源供應(yīng)強(qiáng)度）的控制，因此，建立研究區(qū)扇三角洲沉積模式可以對(duì)該沉積體系在垂向、平面上的分布及演化規(guī)律有清晰地認(rèn)識(shí)，結(jié)果見圖7。

圖7 研究區(qū)扇三角洲垂向沉積模式及各相帶的相序特征Fig.7 Vertical sedimentary model and facies sequence char acter istics of fan delta in the study area

由圖7可見，貝爾凹陷在下白堊統(tǒng)南屯組沉積時(shí)期處于斷陷強(qiáng)烈拉張階段，西部嵯崗隆起和東部布勒洪不斯隆起帶起著主要的供源作用，盆內(nèi)低凸起為次要物源，由凹陷四周向中心匯聚，主要物源方向?yàn)楸蔽飨蚝湍蠔|向[24]。從平面上看，貝西地區(qū)扇三角洲沉積體系主要發(fā)育在貝西斜坡帶、霍多莫爾構(gòu)造帶、呼和諾仁構(gòu)造帶、蘇德爾特構(gòu)造帶等靠近盆緣或控陷斷裂處坡度較陡的地區(qū)。在垂向上，研究區(qū)扇三角洲沉積體呈明顯向上變細(xì)的正韻律沉積序列。底部扇三角洲平原亞相主要發(fā)育砂礫巖等粗碎屑沉積物，明顯沖刷下伏地層，主要發(fā)育塊狀層理、大型槽狀交錯(cuò)層理、板狀交錯(cuò)層理等沉積構(gòu)造。中部扇三角洲前緣亞相細(xì)粒沉積逐漸增多，主要發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理、平行層理、波狀層理等沉積構(gòu)造。上部前三角洲亞相沉積物以粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖為主，粒度較細(xì)，常發(fā)育波狀層理、水平層理等沉積構(gòu)造，有時(shí)夾雜重力流沉積體。

通過建立的扇三角洲沉積模式，在翔實(shí)的巖芯資料基礎(chǔ)上，進(jìn)一步結(jié)合主要物源方向、同沉積斷裂等資料，預(yù)測了研究區(qū)南屯組沉積時(shí)期優(yōu)勢砂巖發(fā)育帶的平面展布特征，結(jié)果見圖8。

圖8 貝爾凹陷南屯組沉積相平面分布Fig.8 Sedimentary facies plan of Nantun for mation in Beier depression

從圖8中可以看出，扇三角洲前緣亞相和扇三角洲平原亞相集中了研究區(qū)主要的優(yōu)勢砂巖發(fā)育帶。但在不同的構(gòu)造帶，砂巖發(fā)育帶的特征并不相同。例如貝西斜坡帶發(fā)育的扇三角洲沉積體多分布在靠近盆緣控陷斷裂處，橫向呈朵葉狀連片分布，向前延伸范圍則較為有限。貝西斜坡帶主要發(fā)育扇三角洲平原亞相，前緣亞相僅在貝23、貝70、貝75等井區(qū)小范圍發(fā)育。因此，在貝西斜坡帶，砂巖發(fā)育帶多為平原亞相的厚層砂礫巖沉積；蘇德爾特構(gòu)造帶發(fā)育的扇體呈大型朵葉狀，在多級(jí)同向同沉積斷裂的控制下，扇體向前延伸遠(yuǎn)、橫向分布范圍較廣。蘇德爾特構(gòu)造帶主要發(fā)育扇三角洲前緣亞相，平原亞相僅在靠近根部的貝50、德8等井區(qū)發(fā)育。因此，在蘇德爾特構(gòu)造帶，砂巖發(fā)育帶多為前緣亞相的砂質(zhì)或砂泥巖互層沉積。

5 結(jié) 論

（1）貝西地區(qū)南屯組發(fā)育有典型的扇三角洲沉積體系，可細(xì)分為3類亞相和11類微相，其中扇三角洲平原亞相發(fā)育3類微相，即平原分流河道微相、平原分流河道間微相、平原天然堤微相；扇三角洲前緣亞相發(fā)育6類微相，即前緣水下主河道微相、前緣水下分流河道微相、前緣席狀砂微相、河口壩砂巖微相、遠(yuǎn)砂壩砂巖微相以及前緣水下分流間微相；前三角洲亞相發(fā)育2類微相，分別為前三角洲粉砂巖微相和前三角洲泥巖微相。

（2）扇三角洲平原亞相主要由褐色、雜色礫巖與泥巖組成，多發(fā)育大型槽狀、板狀交錯(cuò)層理和平行層理，測井響應(yīng)特征常呈厚層箱型或齒化箱型；扇三角洲前緣亞相主要沉積灰、灰綠色砂礫巖和砂巖，多發(fā)育交錯(cuò)層理、平行層理和波狀層理。測井響應(yīng)特征常呈箱型、齒化箱型、鐘型或漏斗型；前三角洲亞相主要由灰色粉砂巖、泥巖組成，多發(fā)育波狀層理和水平層理，電阻率曲線多為齒型、指型及其組合。

（3）貝西地區(qū)南屯組扇三角洲沉積體系主要發(fā)育在貝西斜坡帶、霍多莫爾、呼和諾仁、蘇德爾特等靠近盆緣或控陷斷裂等坡度較陡的地帶，其中蘇德爾特、貝西南斜坡帶發(fā)育的扇三角洲沉積體連片分布，呈大型的朵葉狀，多為厚層砂礫巖沉積；霍多莫爾、呼和諾仁、貝西北斜坡帶發(fā)育的扇體大多分布在靠近盆緣控陷斷裂處，延伸范圍較為有限，向前遇坡折帶易形成大規(guī)模的湖底扇。