準(zhǔn)噶爾盆地春光探區(qū)白堊紀(jì)古地貌恢復(fù)及其控砂機(jī)制*

程逸凡 董艷蕾 朱筱敏 楊道慶 伍 煒 楊 棵 蘇 彬 趙瑞星 喬陳凱

1 中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249 2 中國(guó)石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249 3 中國(guó)石化河南油田分公司，河南南陽(yáng) 473132 4 中國(guó)石化華東油氣分公司泰州采油廠，江蘇泰州 225300

古地貌分為構(gòu)造古地貌、剝蝕古地貌和沉積古地貌(Allen，2008；林暢松等，2015)。剝蝕古地貌與構(gòu)造古地貌通常用于分析隆起物源區(qū)的剝蝕程度和地貌格局，而沉積古地貌主要用來(lái)描述沉積區(qū)某一層段沉積前的地貌特征，不同的地貌單元和地形坡度對(duì)盆地內(nèi)水流方向、大小和沉積物卸載有著直接的影響，進(jìn)而影響砂體平面分布和疊置方式；因此古地貌分析是盆地沉積模式研究的基礎(chǔ)，對(duì)沉積相展布和儲(chǔ)集層發(fā)育研究有著重要的意義(賀鋒等，2017；鮮本忠等，2017)。國(guó)內(nèi)對(duì)古地貌的研究開始于20世紀(jì)70年代中后期，與油氣勘探開發(fā)緊密相關(guān)，諸多油田實(shí)例表明古地貌研究可以有效指導(dǎo)油氣勘探開發(fā)；隨著實(shí)踐方法和理論認(rèn)識(shí)的進(jìn)展，古地貌恢復(fù)研究從區(qū)域性的、定性的認(rèn)識(shí)逐漸過(guò)渡到精細(xì)的、定量的分析，逐步提出了沉積學(xué)分析法、印模法、填平補(bǔ)齊法、層序地層學(xué)法以及碳酸鹽巖沉積期微地貌恢復(fù)法等古地貌恢復(fù)方法(吳艷麗等，2005；程奇等，2019)。

前人對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地春光探區(qū)古地貌特征研究多為定性和半定量的。邢鳳存等(2008)運(yùn)用趨勢(shì)分析法對(duì)車排子凸起白堊系的同沉積期古地貌進(jìn)行了恢復(fù)，總結(jié)出“隆起供砂、溝谷輸砂和凹陷聚砂”的古地貌控砂模式；高盾等(2015)運(yùn)用印模法，依靠地震資料恢復(fù)出車排子凸起白堊系古地貌，認(rèn)為地貌特征為西北高、東南低，且斜坡帶呈現(xiàn)出谷梁相間的特征。前人在分析地貌特征對(duì)砂體的控制作用時(shí)，對(duì)地形坡度、水深、坡折帶展布和溝谷發(fā)育的精細(xì)刻畫不足，對(duì)砂體展布認(rèn)識(shí)不足，不能滿足現(xiàn)在的勘探需求。

本研究采用高精度古地貌恢復(fù)方法(王晨杰等，2017)，在建立高精度層序地層格架的基礎(chǔ)上，綜合考慮壓實(shí)校正、古水深恢復(fù)和剝蝕量恢復(fù)，精確地恢復(fù)研究區(qū)白堊紀(jì)古地貌，恢復(fù)結(jié)果展現(xiàn)了地層沉積演化過(guò)程。在此基礎(chǔ)上分析地貌特征對(duì)沉積和砂體的控制作用，為研究區(qū)內(nèi)白堊系的沉積體系研究和儲(chǔ)集層精準(zhǔn)預(yù)測(cè)服務(wù)。

1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景

1.1 區(qū)域地質(zhì)概況

春光探區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地車排子凸起東部，總面積約1023ikm2(圖 1)。車排子凸起在平面上呈不規(guī)則三角形，主體走向呈NW-EW，是在石炭系火成巖基底上發(fā)育起來(lái)的、具斷隆性質(zhì)的繼承性凸起，主體形成時(shí)間較早，在后期演變歷史中，長(zhǎng)期繼承性發(fā)展，其樞紐向南傾伏，成為準(zhǔn)噶爾盆地的西側(cè)邊界；車排子凸起西北面為造山帶，東、南兩面均為凹陷，勘探發(fā)現(xiàn)該地區(qū)含油層系眾多、油品類型多樣、圈閉條件復(fù)雜(董艷蕾等，2015)。該地區(qū)最古老的地層為石炭系，其上沉積了白堊系、古近系和新近系，車排子凸起構(gòu)造簡(jiǎn)單，在基底形成后的一系列構(gòu)造演化過(guò)程中具有連續(xù)繼承性，其基本面貌為一向東南傾斜的大型斜坡。

圖 1 準(zhǔn)噶爾盆地春光探區(qū)位置(a)和地震測(cè)網(wǎng)(b)Fig.1 Location of Chunguang exploration area in Junggar Basin(a)and seismic grid(b)

圖 2 準(zhǔn)噶爾盆地春光探區(qū)地層綜合柱狀圖(據(jù)胡秋媛等，2016)Fig.2 Comprehensive column of stratigraphy of Chunguang exploration area in Junggar Basin(after Hu et al.，2016)

總體上看，研究區(qū)所屬的準(zhǔn)噶爾盆地為多期疊合盆地，地層充填序列非常復(fù)雜。研究區(qū)構(gòu)造演化可分為3個(gè)階段，第1階段從石炭紀(jì)末開始到侏羅紀(jì)末結(jié)束，該階段車排子凸起剛形成不久，并且強(qiáng)烈抬升，發(fā)生大規(guī)模地層剝蝕作用，形成的石炭系頂部不整合面在全區(qū)穩(wěn)定分布；第2階段從白堊紀(jì)初開始到古近紀(jì)末結(jié)束，該階段凸起物源供給和沉積相對(duì)穩(wěn)定，但沉積速率較為緩慢；第3階段從新近紀(jì)開始到第四紀(jì)，該階段凸起發(fā)生快速沉降，物源供給迅速且沉積厚度巨大(胡秋媛等，2016)。

車排子凸起白堊系以剝蝕不整合接觸于石炭系基底之上，下白堊統(tǒng)發(fā)育的清水河組、呼圖壁組、勝金口組和連木沁組自東向西依次超覆，上白堊統(tǒng)東溝組沉積后遭受強(qiáng)烈剝蝕，與古近系之間為大型角度不整合接觸，在研究區(qū)內(nèi)完全剝蝕(圖 2)。春光探區(qū)在2012年鉆探的2口井在古近系鉆遇油層，最高日產(chǎn)分別為37.39t和40.7t，拉開了該區(qū)域的勘探開發(fā)序幕。隨著工作進(jìn)展，許多井位在白堊系也遇到了油氣顯示，表明春光探區(qū)白堊系也有較大的勘探潛力，如2016年在春55井區(qū)上交預(yù)測(cè)儲(chǔ)量227.08×104it，但是對(duì)白堊系的沉積體系和砂體展布認(rèn)識(shí)不清，無(wú)法進(jìn)行有效的開發(fā)。針對(duì)該問(wèn)題，本研究收集了覆蓋全工區(qū)的三維地震資料，200余口井的鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，進(jìn)行了大量的巖心觀察和微量元素分析，對(duì)春光探區(qū)的古地貌特征和砂體展布特征進(jìn)行了研究。

表 1 準(zhǔn)噶爾盆地春光探區(qū)白堊系層序地層劃分表Table 1 Cretaceous sequence stratigraphic division in Chunguang exploration area in Junggar Basin

圖 3 準(zhǔn)噶爾盆地春光探區(qū)白堊系層序界面識(shí)別(剖面位置見圖1)Fig.3 Seismic sequence interface identification of the Cretaceous in Chunguang exploration area in Junggar Basin(profile location in Fig.1)

1.2 層序地層格架

前人對(duì)車排子地區(qū)白堊系層序開展了大量研究，通過(guò)鉆測(cè)井標(biāo)定、地震識(shí)別等方法，對(duì)湖平面升降、沉積特征及不整合面進(jìn)行研究：楊勇等(2011)將白堊系劃分為2個(gè)三級(jí)層序；李偉才等(2015)將白堊系劃分為3個(gè)三級(jí)層序，認(rèn)為白堊系發(fā)育湖侵體系域和高位體系域；朱筱敏等(2011)、董艷蕾等(2015)考慮層序發(fā)育的時(shí)間跨度，將車排子地區(qū)下白堊統(tǒng)劃分為4個(gè)三級(jí)層序，認(rèn)為白堊系發(fā)育湖侵體系域和湖退體系域。

參照前人研究方法及成果，結(jié)合春光探區(qū)白堊系緩慢沉降的區(qū)域構(gòu)造背景，通過(guò)鉆測(cè)井、地震上的層序界面識(shí)別(圖 3)，考慮到實(shí)際勘探開發(fā)的需要，將春光探區(qū)白堊系劃分出SQK1q、SQK1h、SQK1s和SQK1l共4個(gè)三級(jí)層序，對(duì)應(yīng)清水河組、呼圖壁組、勝金口組和連木沁組；清水河組在工區(qū)內(nèi)只存在于侵蝕基底的溝谷內(nèi)，所以主要研究目標(biāo)為呼圖壁組—連木沁組，將其分為K1—K5共5個(gè)砂組(表 1)。在關(guān)鍵井和地震剖面上識(shí)別出三級(jí)、四級(jí)層序界面后，通過(guò)連井層序?qū)Ρ葘⒏骷?jí)層序界面延伸到全區(qū)，建立高精度層序地層格架。在垂向上，白堊系具有底超頂削的特征，該特征反映了白堊系存在1個(gè)較大的湖侵—湖退旋回：白堊系呼圖壁組至勝金口組(K1—K4砂組)沉積時(shí)期為大規(guī)模湖侵時(shí)期，各層序超覆在車排子凸起的石炭系基底之上，呈現(xiàn)出白堊紀(jì)早期大規(guī)模湖侵現(xiàn)象，勝金口組(K4砂組)延伸最遠(yuǎn)，頂部遭受剝蝕；連木沁組(K5砂組)沉積時(shí)期為湖退時(shí)期，頂部被不整合面剝蝕。白堊系平面上呈南厚北薄的楔狀，呼圖壁組至勝金口組(K1—K4砂組)自東向西，由北向南依次超覆，地層沉積范圍逐漸增大；連木沁組(K5砂組)受大規(guī)模湖退作用影響，地層沉積范圍顯著縮小，超覆在勝金口組之上；勝金口組、連木沁組頂部都遭受剝蝕。

2 古地貌恢復(fù)

本研究采用高精度古地貌恢復(fù)方法，即在建立高精度層序地層格架的基礎(chǔ)上，綜合考慮壓實(shí)矯正、古水深恢復(fù)和剝蝕量恢復(fù)，按砂組精細(xì)刻畫春光探區(qū)白堊紀(jì)古地貌特征。該方法原理是通過(guò)地層沉積厚度鏡像反映地層沉積前的地貌特征，沉積厚度大的區(qū)域表明在沉積前屬于地勢(shì)低點(diǎn)，相對(duì)可容空間較大；首先根據(jù)地震層序格架得到目標(biāo)地層的現(xiàn)今厚度，其中受剝蝕的地層根據(jù)地震地層趨勢(shì)延伸法恢復(fù)出剝蝕前厚度；得到地層現(xiàn)今厚度后，根據(jù)巖層的孔-深曲線進(jìn)行去壓實(shí)校正，得到地層沉積時(shí)未被壓實(shí)厚度；由于沉積過(guò)程中沉降中心與沉積中心可能會(huì)有偏差，即地勢(shì)最低的地方不一定沉積厚度最大，所以最后需要進(jìn)行古水深矯正，通過(guò)鈷元素(Co)或者沉積構(gòu)造恢復(fù)沉積期的古水深，將水深數(shù)據(jù)疊加在地層原始厚度上，即得到了目標(biāo)層位的古地貌特征圖。

2.1 去壓實(shí)校正

碎屑巖層在埋藏過(guò)程中經(jīng)過(guò)機(jī)械壓實(shí)導(dǎo)致巖層的厚度隨著埋深的加大而減小，去壓實(shí)校正通常的方法是根據(jù)地層的孔隙度—深度數(shù)據(jù)來(lái)建立巖層的孔深函數(shù)，再根據(jù)地層骨架體積不變?cè)磉M(jìn)行去壓實(shí)校正，恢復(fù)巖層的壓實(shí)埋藏過(guò)程(楊橋和漆家福，2003)。一般認(rèn)為，碎屑巖層在壓實(shí)過(guò)程中孔隙度隨深度增加而呈現(xiàn)指數(shù)減小或線性減小，即在一定深度范圍內(nèi)，任意深度的碎屑巖孔隙度(φ)可表示為：

φ(Z)=φ0e-cZ或φ(Z)=φ0-kZ

Z為巖層埋深，c、k為系數(shù)。

統(tǒng)計(jì)研究區(qū)不同巖性多個(gè)物性參數(shù)實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)，并結(jié)合目的層的測(cè)井解釋孔隙度，回歸得出該地區(qū)不同巖性的孔-深關(guān)系曲線；根據(jù)壓實(shí)作用不可逆，且壓實(shí)前后巖石骨架體積保持不變?cè)恚脭M合得到的孔-深曲線建立巖石骨架積分方程。設(shè)想一定厚度的碎屑巖層剛沉積在地表附近時(shí)的初始孔隙度值為φ0，隨著埋深的加大，地層經(jīng)壓實(shí)后頂面埋深為Z1底面埋深為Z2，孔隙度值變?yōu)棣誾，厚度則變?yōu)?Z2-Z1)，那么在深度(Z2-Z1)范圍內(nèi)的地層骨架厚度可表示為Hg：

“地層骨架厚度不變”原理即是在任何埋深狀態(tài)下的Hg值保持不變。即：

現(xiàn)今孔隙度數(shù)據(jù)主要根據(jù)物性測(cè)定資料以及孔隙度測(cè)井曲線；初始孔隙度根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及地質(zhì)經(jīng)驗(yàn)，在本次壓實(shí)校正中，賦予泥巖初始孔隙度50%、粉砂巖47%、細(xì)砂巖42%(初始孔隙度實(shí)測(cè)樣品來(lái)自南戴河海灘、昌平采沙場(chǎng)和昌平?jīng)鏊樱詶顦虻龋?003)。計(jì)算得到古近系泥巖的壓實(shí)曲線為：φz=50×e-0.00059Z，砂巖的壓實(shí)曲線為：φz=42-0.0085Z；白堊系泥巖壓實(shí)曲線：φz=50×e-0.00136Z，砂巖壓實(shí)曲線為：φz=43-0.01154Z。計(jì)算多口井的回剝厚度并求平均值，得到白堊系泥巖的壓實(shí)率為0.52，砂巖的壓實(shí)率為0.39；古近系泥巖壓實(shí)率為0.404，砂巖壓實(shí)率為0.3。

計(jì)算得到的壓實(shí)率泥巖大于砂巖，埋深越大壓實(shí)率越大，符合地質(zhì)規(guī)律與前人相關(guān)研究(萬(wàn)青青等，2017)；將通過(guò)層序格架運(yùn)算出的層厚度進(jìn)行壓實(shí)校正，即可得到該層沉積時(shí)的真實(shí)厚度。

2.2 剝蝕量恢復(fù)

白堊系K1—K3砂組基本處于湖盆內(nèi)，超覆尖滅在湖盆上，沒有受到剝蝕，K4砂組、K5砂組延伸范圍較遠(yuǎn)，受剝蝕程度較高；因此剝蝕厚度恢復(fù)主要針對(duì)K4砂組、K5砂組。常用的剝蝕量恢復(fù)方法有趨勢(shì)延伸法、聲波時(shí)差法、沉積波動(dòng)分析法、鏡質(zhì)體反射率法和古地溫梯度法等(田濤等，2016)；春光探區(qū)白堊系超覆在石炭基底之上，地層延伸趨勢(shì)明顯，趨勢(shì)延伸法較為適用。在了解剝蝕成因機(jī)制的基礎(chǔ)上，利用地震地層趨勢(shì)厚度法，估算被剝蝕層面的剝蝕邊界，即剝蝕范圍。根據(jù)其地震反射連續(xù)性較強(qiáng)、厚度相對(duì)穩(wěn)定的特點(diǎn)，以此推算未剝蝕的地層頂界面(吳濤等，2015)。

趨勢(shì)厚度法主要適用于原始地層不等厚的情況，由盆地中心向邊緣逐漸變薄直至尖滅，其原理及步驟為： (1)尋找地層剝蝕原點(diǎn)，一般取最靠近盆地中心的削截點(diǎn)為視剝蝕原點(diǎn)O；(2)確定地層變薄趨勢(shì)，根據(jù)地震剖面上識(shí)別的層段，觀察層段向視剝蝕原點(diǎn)方向地層厚度變化的趨勢(shì)，以此為基礎(chǔ)在地震剖面上延伸其范圍；(3)根據(jù)其在地震剖面上延伸至位置O′，投影到二維測(cè)線上，位置為T，以此為原型盆地未剝蝕的范圍(圖 4)。

A—原始剖面，B′為春光探區(qū)邊界，東溝組在研究區(qū)外尖滅；b—沿白堊系頂拉平后剖面；c—?jiǎng)兾g量恢復(fù)示意圖，O為延伸起點(diǎn)，O′為延伸終點(diǎn)

為了更精確地分析地層延伸趨勢(shì)，收集了春光探區(qū)東側(cè)的三維地震數(shù)據(jù)，與春光探區(qū)拼接起來(lái)，研究區(qū)邊界為圖 4-a中的B′處，可以看到K5砂組之上還有東溝組，在春光探區(qū)外尖滅。將地震數(shù)據(jù)體沿白堊頂拉平，把地層剝蝕線延伸出去，并且在全區(qū)范圍內(nèi)精細(xì)解釋，就得到了地層剝蝕邊界和剝蝕厚度；剝蝕厚度從研究區(qū)西北到東南逐漸增大，從30im增加到90im左右，平均剝蝕厚度為55im。將該層位作為白堊系沉積結(jié)束后的真實(shí)地層范圍參與運(yùn)算，就可以得到更加真實(shí)的、白堊紀(jì)的古地貌特征。

2.3 古水深恢復(fù)

古水深恢復(fù)是古湖泊學(xué)和古環(huán)境研究的重要內(nèi)容，對(duì)盆地分析、層序地層研究、古地貌恢復(fù)、古積水盆地的沉積歷史、評(píng)價(jià)生、儲(chǔ)、蓋層的條件都有重要意義(張才利等，2011；宋國(guó)奇等，2012)。但是，目前在定量恢復(fù)湖泊古水深的研究方面還比較欠缺，沒有成熟的方法，前人對(duì)古水深恢復(fù)的研究多集中于運(yùn)用生物標(biāo)志等古生態(tài)學(xué)手段進(jìn)行半定量分析。

現(xiàn)代沉積物元素地球化學(xué)研究表明，沉積作用過(guò)程中，受離岸距離遠(yuǎn)近的影響，元素的聚散和分離情況不同，發(fā)生分異作用。其中，鈷元素(Co)含量與沉積物沉積期沉積速率密切相關(guān)，能夠用于古水深定量恢復(fù)(吳智平和周瑤琪，2000)。

表 2 準(zhǔn)噶爾盆地春光探區(qū)白堊系Co元素古水深恢復(fù)數(shù)據(jù)Table 2 Co element ancient water depth recovery’s data of the Cretaceous in Chunguang exploration area, Junggar Basin

Co在沉積盆地中一般存在地外宇宙沉降、陸源輸入、生物成因和化學(xué)成因這4種來(lái)源。對(duì)于白堊系泥質(zhì)巖類而言，生物及化學(xué)成因可忽略不計(jì)，研究區(qū)母巖類型多為花崗質(zhì)巖石，源巖供給的鈷含量微乎其微；同時(shí)，白堊紀(jì)物源供給充足，對(duì)地外Co含量造成“稀釋效應(yīng)”，因此，沉積物中Co為陸源沉降的結(jié)果，能夠用于古水深恢復(fù)計(jì)算。具體計(jì)算公式如下：

式中，Vs為某樣品沉積時(shí)的沉積速率，mm/a；V0為當(dāng)時(shí)正常湖泊沉積速率，mm/a；SCo為樣品中Co的豐度，μg/g；TCo為陸源碎屑巖中Co的平均豐度(4.68μg/g)；t為物源Co對(duì)樣品的貢獻(xiàn)值；SLa為樣品中La的豐度，μg/g；NLa為陸源碎屑巖中La的平均豐度(38.99μg/g)；h為古水深，m；NCo為正常湖泊沉積物中Co的豐度(20μg/g)。

研究區(qū)白堊系主要為辮狀河三角洲沉積，樣品多取自辮狀河三角洲水下分流河道相(測(cè)試單位為核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試研究中心)，對(duì)巖石樣品進(jìn)行古水深定量恢復(fù)(表 2)，結(jié)果表明，白堊紀(jì)研究區(qū)內(nèi)沉積水體較淺，平均水深在10im左右，單井水深變化范圍較大，從K2—K5沉積水體深度呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)；平面上沿湖岸線方向，呈現(xiàn)出自西北向東南水體逐漸變淺的展布規(guī)律，垂直湖岸線方向水深計(jì)算結(jié)果向盆地中心增大。

由于構(gòu)造沉降中心與碎屑物沉積中心不一定一致，水深數(shù)據(jù)可以真實(shí)地反映地層沉積期的相對(duì)地勢(shì)高低，更真實(shí)地體現(xiàn)出沉積期的地貌特征。

3 古地貌恢復(fù)結(jié)果

通過(guò)對(duì)白堊系K1—K5砂組進(jìn)行壓實(shí)校正、剝蝕量恢復(fù)(K4砂組、K5砂組受到剝蝕)、古水深校正，最終得到了每一砂組沉期時(shí)期的古地貌(圖 5)。

圖 5 準(zhǔn)噶爾盆地春光探區(qū)白堊紀(jì)古地貌演化Fig.5 Paleogeomorphology evolution of the Cretaceous in Chunguang exploration area, Junggar Basin

從 圖 5 可以看出白堊系沉積過(guò)程中地貌特征的演化過(guò)程。由于春光探區(qū)位于車排子凸起西南緣，受此東南傾斜的不規(guī)則三角形凸起影響，白堊系超覆在凸起之上，沒有充填整個(gè)研究區(qū)，只在東部和南部發(fā)育，即對(duì)應(yīng)車排子凸起東邊和南邊的昌吉凹陷、四棵樹凹陷地層延伸到凸起上的部分。K1砂組沉積時(shí)期，研究區(qū)內(nèi)盆地范圍較小，主要的地貌單元為斜坡，并且呈“一梁分兩洼”的地貌特征(圖 5-a)；K2砂組沉積時(shí)期盆地范圍略有擴(kuò)大，整體而言盆地北部更深一些，平均水深20～30im，斜坡上溝道發(fā)育，物源從北向南沿溝道進(jìn)入盆地(圖 5-b)；K3砂組沉積時(shí)期，湖盆沉積范圍更大，分為東部和中部?jī)纱髤^(qū)域，物源從西、北方向進(jìn)入；此外，該時(shí)期中部古地貌平緩，可同樣作為沉降區(qū)域(圖 5-c)；K4砂組沉積時(shí)期，盆地略有收縮，受構(gòu)造抬升影響，北部沉積中心逐漸消失，研究區(qū)中部凸起露出水面，東部則出現(xiàn)了東西走向的局部小隆起，呈現(xiàn)“兩隆夾三洼”的格局(圖 5-d)；K5砂組沉積時(shí)期，沉積中心已明顯擴(kuò)大至南部，沉積厚度較大，對(duì)盆地進(jìn)行填平補(bǔ)齊，地勢(shì)平緩，主要轉(zhuǎn)變?yōu)樾逼麦w系，后期受剝蝕嚴(yán)重(圖 5-e)。

整體而言，盆地沉積過(guò)程中經(jīng)歷了擴(kuò)張—收縮—逐漸填平補(bǔ)齊的過(guò)程，K1—K5砂組沉積時(shí)期古地貌特征繼承性較好，精確的古地貌圖反映了盆地的沉積過(guò)程，對(duì)微相劃分、砂體預(yù)測(cè)和沉積過(guò)程分析都提供了很好的依據(jù)，并且對(duì)盆地整體的演化過(guò)程有了更加精細(xì)的認(rèn)識(shí)，對(duì)白堊系沉積體系類型和空間展布研究有重要意義。

a，b，c—辮狀河三角洲沉積巖心特征；d，e—扇三角洲沉積巖心特征。a—春114側(cè)井，1442.8 m，灰黑色細(xì)礫巖，礫石順層分布，碎屑支撐；b—春114側(cè)井，1444.1 m，灰黑色細(xì)礫巖和砂巖，碎屑支撐，發(fā)育大型平直斜紋層；c—春114側(cè)井，1445.7 m，灰黑色細(xì)礫巖和砂巖，碎屑支撐的灰黑色礫巖沖刷下伏薄層中粗砂巖；d—春50-9井，1936.1 m，灰綠色和褐色細(xì)礫巖，局部礫石直立；e—春50-9， 1926.9 m ，灰褐色成層定向細(xì)礫巖，中型楔狀交錯(cuò)層理

圖 7 準(zhǔn)噶爾盆地春光探區(qū)白堊系單井沉積相分析Fig.7 Sedimentary facies analysis of the Cretaceous in Chunguang exploration area，Junggar Basin

4 古地貌對(duì)砂體展布的控制作用

沉積體系的展布、砂體的分布受沉積環(huán)境和古地貌格局共同影響(林暢松等，2015；鮮本忠等，2017)；盆地古地貌對(duì)沉積體系的控制作用主要體現(xiàn)在不同的地貌特征對(duì)砂體分布的影響，如溝谷輸砂、凹陷聚砂和凸起分砂等，以及不同的地形坡度對(duì)水流速度、沉積物卸載的影響，如坡折帶的分布對(duì)砂體的控制等(崔龍濤等，2015)。下面以K1和K5砂組為例，分析古地貌對(duì)沉積體系的控制作用。

4.1 沉積體系展布特征

根據(jù)巖心、測(cè)井和砂厚、砂地比等資料，在研究區(qū)白堊系識(shí)別出了扇三角洲、辮狀河三角洲、重力流和湖泊4大類沉積。

以春114側(cè)井和春50-9井為例，對(duì)春光探區(qū)沉積相類型進(jìn)行具體分析(圖 6，圖 7)。春114側(cè)井主要發(fā)育辮狀河三角洲沉積，巖心顏色主要為灰黑色細(xì)礫巖和砂巖，礫石順層分布，常見大型楔狀交錯(cuò)層理，巖性組合主要為互層的砂巖、礫巖與泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，巖性粗，砂、礫巖含量高，可達(dá)50%～70%。水下分流水道沉積主要為礫巖、礫質(zhì)砂巖和砂巖，呈淺灰色，單砂層厚度多為5～10im，有的可達(dá)25im，自然電位曲線和電阻率曲線呈鐘形或箱形；水下分流河道間沉積物顏色較深，為灰色和灰綠色，巖性較細(xì)，多為泥巖和泥質(zhì)粉砂巖，對(duì)應(yīng)平直SP曲線，上下砂層具有負(fù)異常特征，發(fā)育水平層理，多被水下分流河道沖刷。春50-9井巖心為棕褐色細(xì)礫巖或者雜色泥巖，泥巖顏色豐富，可以劃分為以深灰色、灰綠色為主的還原色和以紫紅色、紅色為主的氧化色2種類型，呈現(xiàn)出氧化色與還原色間互的疊置樣式，表明沉積期湖平面波動(dòng)劇烈，沉積物間互暴露水面遭受氧化，反映湖平面附近的淺水沉積環(huán)境，具有典型的扇三角洲前緣沉積特征，可以進(jìn)一步劃分為水下分流河道和水下分流河道間2種沉積微相。水下分流河道一般以砂巖、含礫砂巖為主，礫巖相對(duì)較少，砂、礫巖呈灰白色、淺灰色，單層厚度為5～10im，部分由多個(gè)砂巖透鏡體在縱向上相互疊置而形成厚達(dá)數(shù)米的砂巖，發(fā)育大、中型槽狀交錯(cuò)層理、平行層理，砂體底部發(fā)育沖刷面構(gòu)造，自然電位曲線多呈鐘形、中高幅指狀或疊置箱形；扇三角洲水下分流河道間主要由雜色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖和粉砂巖組成，見水平層理和植物碎屑，自然電位多呈微齒狀—平直狀。同時(shí)在一些東部鉆井中可以看到湖泊和重力流發(fā)育的特征，湖泊相中泥巖以灰色泥巖為主，砂巖以粉—細(xì)砂巖、含礫砂巖為主，沉積構(gòu)造以微波狀層理為主，可見蟲孔和反韻律沉積序列；研究區(qū)重力流常見碎屑流沉積，巖心中可見大量變形泥礫、泥巖撕裂屑，泥礫及撕裂屑具毛刺、突變接觸面，可見與震動(dòng)有關(guān)的球枕構(gòu)造，也有部分異重流沉積。

表 3 準(zhǔn)噶爾盆地春光探區(qū)白堊系古溝谷定量表征Table 3 Ancient valley’s quantitative characterization of the Cretaceous in Chunguang exploration area, Junggar Basin

通過(guò)單井相、連井相分析，結(jié)合砂地比、地震切片等資料，完成了白堊系K1砂組、K5砂組的沉積相平面展布圖(圖 8)。K1砂組沉積時(shí)期，湖水分布范圍很小，只有春光探區(qū)東部和西南角接受湖盆沉積，該時(shí)期處于湖平面緩慢上升階段，西南部主要為扇三角洲沉積，東部主要為辮狀河三角洲沉積；K5砂組沉積時(shí)期受到西南部地形抬升影響，只在東部接受沉積，繼承性發(fā)育辮狀河三角洲沉積，K1—K4砂組沉積時(shí)期為水進(jìn)的過(guò)程，沉積范圍不斷擴(kuò)大，K5砂組沉積時(shí)期湖平面開始下降，層序頂部遭受剝蝕。

圖 8 準(zhǔn)噶爾盆地春光探區(qū)白堊系K1砂組、K5砂組砂地比(a,c)和沉積相平面展布(b,d)對(duì)比Fig.8 Comparison of ratio of total sandstone thickness to formation thickness (a,c) and sedimentary facies distribution (b,d) of the Cretaceous K1 and K5 in Chunguang exploration area, Junggar Basin

4.2 古地貌對(duì)砂體的控制作用

對(duì)比K1砂組沉積時(shí)期的古地貌和沉積相平面展布(圖 9-a，9-b)，可以明顯地看出東側(cè)凸起對(duì)砂體的分隔作用，并且2朵辮狀河砂體富集區(qū)可見下切溝谷發(fā)育，灘壩則發(fā)育在更深的凹陷中，基本平行于岸線，體現(xiàn)出凸起分砂、溝谷輸砂和凹陷聚砂的古地貌控砂機(jī)制。

在這幾種地貌單元中，下切谷對(duì)沉積體系和砂體的控制作用更加重要，古溝谷的辨認(rèn)可有效地判定物源供給方向及其控制下沉積物搬運(yùn)散布模式，也可能成為潛在的儲(chǔ)集空間(王星星等，2016；談明軒等，2019)。為了能精細(xì)刻畫古溝谷發(fā)育特征，采用沉積區(qū)—?jiǎng)兾g區(qū)一體化古地貌恢復(fù)，即根據(jù)地層發(fā)育樣式和層序劃分，將K4砂組的底界面作為上覆地層的頂界面，將目的層底界面即K1底作為底界面作地層等厚圖(圖 10)，該方法有助于進(jìn)行剝蝕區(qū)古水系與沉積區(qū)古流向整體恢復(fù)(鮮本忠等，2017)。

圖 10為白堊系底部的2條古溝谷平面展布特征，其走向都為NW-SE，延伸距離較遠(yuǎn)，均為從車排子凸起進(jìn)入昌吉凹陷古水系沖刷產(chǎn)生。雖然這2條古溝谷為白堊系沉積初期沖刷產(chǎn)生，只在K1砂組沉積時(shí)期古地貌圖上有明顯顯示，在之后的地層沉積中逐漸被填平，但水系有繼承性發(fā)育的特點(diǎn)，K1—K5砂組這2條溝谷發(fā)育區(qū)都是辮狀河三角洲砂體富集區(qū)。這2條下切谷的發(fā)育影響了春光探區(qū)整個(gè)白堊系的沉積體系展布，對(duì)其精細(xì)刻畫是認(rèn)識(shí)白堊系沉積特征的關(guān)鍵。

圖 9 準(zhǔn)噶爾盆地春光探區(qū)白堊系K1砂組、K5砂組古地貌(a，b)與沉積相平面展布(c，d)對(duì)比Fig.9 Comparison of paleogeomorphology (a,b) and sedimentary facies distribution (c,d) of the Cretaceous K1 and K5 in Chunguang exploration area, Junggar Basin

圖 10 準(zhǔn)噶爾盆地春光探區(qū)白堊系古溝谷平面展布與剖面形態(tài)特征Fig.10 Ancient valley’s plane distribution and sectional feature of the Cretaceous in Chunguang exploration area，Junggar Basin

在明確搬運(yùn)通道平面展布特征后，對(duì)每條溝谷垂直于其延伸方向分別拉出多條地震剖面，對(duì)溝谷的延伸距離、坡度、深度、寬度、下切形態(tài)、充填樣式等進(jìn)行精細(xì)刻畫，分析其地震相特征(圖 10)，可以看出在凸起或斜坡高勢(shì)區(qū)，即古水系發(fā)育初始階段以V型古溝谷(溝谷形態(tài)劃分依據(jù)為寬深比和溝谷形態(tài))為主，其地震反射充填表現(xiàn)為孤立短軸狀；向下游方向的相對(duì)低勢(shì)區(qū)，古水系存在交匯、合并，古溝谷形態(tài)向U型轉(zhuǎn)化(寬度、深度相應(yīng)增大)，地震反射軸存在垂向疊加與側(cè)向遷移現(xiàn)象；下游盆地區(qū)，即近沉積卸載區(qū)，古水系的主通道下切深度進(jìn)一步增大(匯區(qū)內(nèi)受水體頂托作用影響，規(guī)模減小)，側(cè)緣支流水系對(duì)應(yīng)水動(dòng)力強(qiáng)度減弱(地震同相軸連續(xù)性增強(qiáng))，向W復(fù)合型古溝谷轉(zhuǎn)換?？偟膩?lái)說(shuō)，古水系發(fā)育的初始階段以底侵為主，V型溝谷經(jīng)常發(fā)育，水系分支少，水動(dòng)力強(qiáng)，承砂輸砂能力強(qiáng)；在古水系的發(fā)展的過(guò)程中，由于水道經(jīng)常遷徙和搖擺，所以U型溝谷是其主要的形態(tài)，其具有最強(qiáng)的進(jìn)出砂以及攜砂能力；在古水系發(fā)展的末期，由于水道的分叉，水動(dòng)力相對(duì)減弱，可能出現(xiàn)W型復(fù)合古溝谷。溝谷中的填充樣式受水動(dòng)力條件以及水流方向影響，溝谷發(fā)育初期的剖面中多為雙向上超填充，發(fā)育后期受匯入河道的影響多表現(xiàn)為側(cè)向疊加填充。

溝谷1的寬深比20～35，平均29.7，垂直高差為100im，延伸距離為12.5ikm，邊界坡度為4.2°，溝谷2的寬深比14～29，平均30.3，垂直高差為80im，延伸距離為10.1ikm，邊界坡度為1.95°(表 3)。可見溝谷1的搬運(yùn)能力優(yōu)于溝谷2，因此，溝谷1所在位置發(fā)育的辮狀河三角洲朵體也延伸距離更遠(yuǎn)，規(guī)模更大一些，可見溝谷的發(fā)育規(guī)模很大程度上控制了沉積體系展布的位置和規(guī)模。對(duì)溝谷體系的精細(xì)研究可以對(duì)砂體展布和儲(chǔ)集層預(yù)測(cè)提供很好的指導(dǎo)和幫助，同時(shí)溝谷作為搬運(yùn)通道，也是源—渠—匯系統(tǒng)重要的組成部分，對(duì)其定量刻畫也具有較大的沉積學(xué)意義。

K5砂組沉積時(shí)期主要發(fā)育辮狀河三角洲、灘壩沉積，也有少量水下分流河道和重力流發(fā)育；K5砂組的沉積體系展布主要受控于其上發(fā)育的2條坡折帶，靠近盆地邊緣的為Ⅰ級(jí)坡折帶，更靠近盆地內(nèi)部的為Ⅱ級(jí)坡折帶(圖9-c，9-d)。坡折帶指地形坡度發(fā)生突變的地帶，在古地貌恢復(fù)圖上表現(xiàn)為地層等厚線比較密集，坡折帶對(duì)砂體的控制作用十分顯著(林暢松等，2000；劉芬等，2015)，主要體現(xiàn)在對(duì)砂體成因、砂體厚度以及砂體展布3方面的影響。

圖 11 為坡折帶的地震反射特征，可以明顯看到，越過(guò)2條坡折帶之后地層厚度明顯增大，Ⅰ級(jí)坡折帶主要受繼承性凸起影響，越過(guò)局部凸起之后水流向下侵蝕，可容空間增大，隨著流速減緩，砂質(zhì)碎屑物逐漸沉積，造成了此處的地形突變，沉積物厚度增加。由于是受繼承性凸起控制，Ⅰ級(jí)坡折帶從K3至K5砂組一直存在，且發(fā)育位置和坡度變化程度基本一致，而Ⅱ級(jí)坡折帶雖然從K3至K5砂組也都有發(fā)育，但可以觀察到坡折點(diǎn)明顯向盆地邊緣方向遷移，且坡度從K3至K5砂組明顯增大，反映了湖盆擴(kuò)張、水進(jìn)的過(guò)程，在坡折帶之上可以觀察到隱性的疊瓦狀前積，在坡折帶之下可以看到丘型的重力流沉積體，反映了沉積物沿坡折帶展布的特征，可以有效地指導(dǎo)沉積體系分析，并預(yù)測(cè)砂體展布形態(tài)。

對(duì)比K5砂組古地貌(圖 9-c)和沉積相平面展布(圖 9-d)可以發(fā)現(xiàn)，辮狀河三角洲朵體垂直于坡折帶發(fā)育，Ⅰ級(jí)坡折帶基本上位于三角洲平原和三角洲前緣的分界處，古水系在越過(guò)Ⅰ級(jí)坡折帶之后流速減緩開始分叉，形成了沉積范圍較大的三角洲前緣沉積，坡折帶之上沉積粗粒的三角洲平原砂體，坡折帶之下沉積較細(xì)粒的三角洲前緣砂體，從坡折帶之上到坡折帶之下砂體呈厚—薄—厚分布。Ⅱ級(jí)坡折帶位于前三角洲和重力流湖底扇分界處，坡折帶之上發(fā)育細(xì)粒的前三角洲成因砂體，在一定的觸發(fā)機(jī)制下，部分砂體越過(guò)Ⅱ級(jí)坡折帶形成重力流砂體。

圖 11 準(zhǔn)噶爾盆地春光探區(qū)白堊系坡折帶地震反射特征(剖面位置見圖1)Fig.11 Seismic reflection characteristics of the Cretaceous slope break belts in Chunguang exploration area, Junggar Basin(profile location in Fig.1)

圖 12 準(zhǔn)噶爾盆地春光探區(qū)白堊系源-匯系統(tǒng)發(fā)育模式Fig.12 Development model of Cretaceous source-sink systems in Chunguang exploration area, Junggar Basin

4.3 古地貌控砂模式

本研究通過(guò)對(duì)研究區(qū)進(jìn)行高精度古地貌恢復(fù)，識(shí)別出了局部凸起、坡折帶和下切溝谷等古地貌單元，并對(duì)研究區(qū)的沉積體系進(jìn)行分析，研究表明古地貌特征對(duì)沉積體系展布有很明顯的控制作用： 局部凸起對(duì)砂體起分隔作用，沉積物主要向凸起兩邊延伸發(fā)育；古溝谷是由古水系下切侵蝕造成，是重要的物源搬運(yùn)通道，其平面展布形態(tài)反映了水流方向和沉積物延伸方向，通過(guò)對(duì)古溝谷的定量刻畫，總結(jié)了古溝谷V-U-W的發(fā)育模式，定量分析了古溝谷的搬運(yùn)能力，結(jié)果表明搬運(yùn)能力更強(qiáng)的古溝谷發(fā)育規(guī)模更大的三角洲沉積，古溝谷很大程度上控制了砂體沉積的位置和規(guī)模；識(shí)別出了Ⅰ級(jí)坡折帶和Ⅱ級(jí)坡折帶，辮狀河三角洲朵體垂直于坡折帶發(fā)育，越過(guò)坡折帶之后地層明顯增厚，Ⅰ級(jí)坡折帶受局部凸起影響，基本上位于三角洲平原和三角洲前緣的分界處，Ⅱ級(jí)坡折帶位于前三角洲和重力流湖底扇分界處，坡折點(diǎn)向湖盆邊緣遷移，反映出盆地?cái)U(kuò)張的過(guò)程。

基于以上認(rèn)識(shí)，根據(jù)源匯系統(tǒng)的研究思路——將沉積物從剝蝕到搬運(yùn)、沉積的全部過(guò)程當(dāng)作完整的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，本研究提出了春光探區(qū)的“源—渠—匯”沉積模式(圖 12)。早白堊世晚期，研究區(qū)主要以單一的西北扎伊爾山供源為主(蘇朝光和仲維蘋，2010)，在南部扇三角洲存在一定的天山物源混入；研究區(qū)西邊發(fā)育的源-匯系統(tǒng)耦合模式為區(qū)域混合物源(扎伊爾山花崗巖及少量天山物源)-渠(窄淺型古溝谷)-匯(近源粗粒扇三角洲)的耦合模式，東部發(fā)育單一局部物源(扎伊爾山花崗巖)-渠(寬緩斜坡)-匯(辮狀河三角洲—異重流水道側(cè)積復(fù)合體—湖底扇)的耦合模式。沉積物從源區(qū)被河流攜帶，經(jīng)過(guò)搬運(yùn)區(qū)最終匯入卸載區(qū)，沉積物的巖性、礦物組合主要受控于源巖特性，而沉積物在卸載區(qū)的展布形態(tài)主要受控于地貌特征，古水系發(fā)育位置即侵蝕溝谷的位置控制了沉積物卸載的位置，古水系搬運(yùn)能力的大小控制了沉積物展布的規(guī)模，局部凸起對(duì)沉積物產(chǎn)生分隔作用，坡折帶處地形坡度突然增加，坡折帶上下水體流速發(fā)生變化，影響著沉積物卸載情況，研究區(qū)內(nèi)Ⅰ級(jí)坡折帶之上發(fā)育三角洲平原，之下發(fā)育三角洲前緣，Ⅱ級(jí)坡折帶之上發(fā)育前三角洲，之下發(fā)育重力流砂體。

5 結(jié)論

1)春光探區(qū)白堊系高精度層序地層分為K1—K5共5個(gè)砂組；綜合考慮壓實(shí)校正、剝蝕量恢復(fù)和古水深恢復(fù)，按砂組對(duì)白堊系進(jìn)行精細(xì)的古地貌恢復(fù)，結(jié)果表明白堊系沉積經(jīng)歷了擴(kuò)張—收縮—逐漸填平補(bǔ)齊的過(guò)程，地貌特征繼承性較好，主要地貌單元為斜坡和凹陷，斜坡上局部發(fā)育有溝谷與小凸起。

2)發(fā)育凸起分砂、凹陷聚砂、溝谷輸砂的古地貌控砂模式，Ⅰ級(jí)坡折帶分隔三角洲平原和三角洲前緣，Ⅱ級(jí)坡折帶分隔前三角洲和重力流湖底扇。

3)精細(xì)刻畫了白堊系沉積初期發(fā)育的古溝谷體系，識(shí)別出2條主要溝谷。下切谷從斜坡延伸進(jìn)入凹陷，形態(tài)從V型—U型—W復(fù)合型轉(zhuǎn)變，搬運(yùn)能力強(qiáng)的溝谷對(duì)應(yīng)位置發(fā)育的辮狀河三角洲朵體規(guī)模更大，延伸距離更遠(yuǎn)。

4)研究區(qū)西部發(fā)育的源-匯系統(tǒng)耦合模式為區(qū)域混合物源(混合花崗巖)-渠(窄淺型古溝谷)-匯(近源粗粒扇三角洲)的耦合模式，東北部發(fā)育單一局部物源(扎伊爾山花崗巖)-渠(寬緩斜坡)-匯(辮狀河三角洲—異重流水道側(cè)積復(fù)合體—湖底扇)的耦合模式。