準(zhǔn)噶爾盆地車(chē)排子凸起東緣下切谷特征及其形成機(jī)制

秦 磊，李小剛，邱子瑤，李志軍，徐少華，李儀汶，陳 岑，汪佳蓓，文思奇

(1.重慶科技學(xué)院石油與天然氣工程學(xué)院，重慶 401331；2.重慶科技學(xué)院復(fù)雜油氣田勘探開(kāi)發(fā)重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 401331；3.中國(guó)石油新疆油田分公司 采油一廠，新疆 克拉瑪依 834000)

0 引 言

下切谷(incised valley, 又譯深切谷)通常被定義為河流體系響應(yīng)于海(湖)平面相對(duì)下降而侵蝕河口地區(qū)并向盆地方向延伸所形成的河道或者河谷[1-4]。在層序地層學(xué)研究中，下切谷是識(shí)別層序界面和劃分層序內(nèi)部體系域的重要依據(jù)[5-6]。在油氣勘探方面，下切谷又是油氣運(yùn)移的主要通道和儲(chǔ)集場(chǎng)所，所以下切谷的研究具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和工業(yè)應(yīng)用價(jià)值[7-8]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)不同構(gòu)造背景下下切谷的識(shí)別特征、內(nèi)部充填結(jié)構(gòu)及形成機(jī)制等開(kāi)展了大量的研究，并取得豐碩的研究成果[9-12]。研究結(jié)果表明不同的構(gòu)造、沉積背景，乃至同一盆地不同地理位置的下切谷均存在明顯的差異。

準(zhǔn)噶爾盆地西北緣車(chē)排子地區(qū)緊鄰沙灣凹陷和四棵樹(shù)凹陷兩大生烴中心，油源供給充足，勘探潛力較大。研究區(qū)位于車(chē)排子凸起東緣中段(圖1(a))，橫跨紅—車(chē)斷裂帶，北抵車(chē)131井，南達(dá)車(chē)60井，西界位于車(chē)淺3井東側(cè)，東以車(chē)48井為界。經(jīng)過(guò)多年的勘探開(kāi)發(fā)，大型構(gòu)造圈閉已基本鉆探完畢，急需尋找新的探勘領(lǐng)域。前人研究發(fā)現(xiàn)[7, 13]，車(chē)排子地區(qū)在白堊系發(fā)育大型下切谷，且主要分布于車(chē)排子凸起的東緣與南緣兩側(cè)。其中，東緣地區(qū)目前已報(bào)道的下切谷處于春光油田，春光油田繼續(xù)往東的探區(qū)是否發(fā)育下切谷尚未見(jiàn)報(bào)道。本文基于鉆測(cè)井資料、三維地震資料及地震平面屬性信息，在對(duì)車(chē)排子凸起東緣至紅—車(chē)斷裂帶區(qū)域開(kāi)展系統(tǒng)的地震資料解釋過(guò)程中，識(shí)別出規(guī)模較大、特征典型的4個(gè)下切谷。研究結(jié)果對(duì)于認(rèn)識(shí)車(chē)排子地區(qū)下切谷的形成過(guò)程、成因機(jī)制和層序地層格架具有重要意義，同時(shí)為本區(qū)的地層和巖性圈閉預(yù)測(cè)指示了新的方向。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

車(chē)排子凸起(之后簡(jiǎn)稱(chēng)凸起)位于準(zhǔn)噶爾盆地西部，是盆地西部隆起的次一級(jí)構(gòu)造單元，其西北部為扎伊爾山，南部鄰近四顆樹(shù)凹陷，東部以紅—車(chē)斷裂帶與沙灣凹陷相接，整體呈現(xiàn)出倒三角狀的平面形態(tài)特征(圖1(a))。凸起在構(gòu)造區(qū)劃分上歸屬于準(zhǔn)噶爾前陸盆地前隆—隆后斜坡帶，凸起自晚石炭世形成以來(lái)經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。中生代構(gòu)造演化期可劃分為燕山運(yùn)動(dòng)Ι幕、燕山運(yùn)動(dòng)Ⅱ幕以及燕山運(yùn)動(dòng)Ⅲ幕[14-16]，同時(shí)中生代古氣候經(jīng)歷了較大變化，整體由侏羅紀(jì)半潮濕—潮濕氣候演變?yōu)榘讏准o(jì)半干旱—干旱氣候[17-19](圖1(c))。凸起主體地層覆蓋在石炭系基底上，自下而上發(fā)育了侏羅系、白堊系、古近系、新近系及第四系，二疊系、三疊系僅在凸起東部局部地區(qū)(紅車(chē)斷裂帶上下盤(pán)附近)以及凸起之上部分溝谷帶發(fā)育，而在凸起其他地方缺失[20-21]。

圖1 研究區(qū)位置、區(qū)域地質(zhì)特征及文中涉及地震測(cè)線位置Fig.1 Location, regional geological characteristics and seismic line sites of the study area

研究區(qū)位于車(chē)排子凸起東緣中段，面積超過(guò)600 km2，整體為一西高東低的單斜構(gòu)造，發(fā)育北北東、北西西兩組斷裂。研究區(qū)侏羅系自下而上發(fā)育下侏羅統(tǒng)八道灣組(J1b)，下侏羅統(tǒng)三工河組(J1s)，中侏羅統(tǒng)西山窯組(J2x)和上侏羅統(tǒng)齊古組(J3q)，其中J1b以含礫砂巖與泥巖的互層沉積為主，J1s以泥巖沉積為主，J2x多沉積砂巖、泥巖以及砂質(zhì)泥巖，而J3q的巖性主要有礫巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖以及砂巖等。前人[18, 22]研究揭示，研究區(qū)侏羅紀(jì)時(shí)期以沖積扇、辮狀河以及湖泊等沉積相為主。

2 層序地層格架與下切谷的發(fā)現(xiàn)

2.1 研究區(qū)層序地層格架

層序地層格架的建立是古沉積環(huán)境和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)[13]。本次研究在井—震標(biāo)定的基礎(chǔ)上，建立研究區(qū)侏羅系的層序劃分方案(圖2(a))。共識(shí)別出2個(gè)二級(jí)層序界面，分別是侏羅系的底(SB1)與侏羅系的頂(SB2)，在研究區(qū)東部可連續(xù)追蹤(圖1(b))，以及進(jìn)一步識(shí)別出4個(gè)三級(jí)層序，即八道灣組(J1b)、三工河組(J1s)、西山窯組(J2x)和齊古組(J3q)。侏羅系內(nèi)部地層自西向東呈發(fā)散結(jié)構(gòu)，沉積地層具有楔形特征，在車(chē)排子凸起之上發(fā)生地層超覆和尖滅。

圖2 研究區(qū)井—震標(biāo)定基礎(chǔ)上的層序地層格架及下切谷地震響應(yīng)Fig.2 Stratigraphic framework based on well-seismic calibration and typical seismic response to incised valleys in the study areaSB1.侏羅系底界；SB2.侏羅系頂；測(cè)井曲線.DT

2.2 研究區(qū)勘探重點(diǎn)與下切谷發(fā)現(xiàn)過(guò)程

研究區(qū)目前已發(fā)現(xiàn)的侏羅系油藏主要有兩種成藏模式，一種為完全受斷層控制的斷塊油藏，一種為受斷裂和地層尖滅線共同控制的構(gòu)造—地層油藏。在這兩種模式指導(dǎo)下，研究重點(diǎn)一直聚焦在侏羅系各組尖滅線的刻畫(huà)和尖滅線以東(侏羅系)儲(chǔ)層發(fā)育且遮擋條件好的斷塊圈閉的識(shí)別。針對(duì)前者，新疆油田已開(kāi)展系列研究，侏羅系頂?shù)捉缇€、以“組”為單位的頂?shù)准鉁缇€等已基本查明(圖1(b))，目前已進(jìn)入到井震聯(lián)合精細(xì)刻畫(huà)各組內(nèi)部砂層組尖滅線階段；針對(duì)后者，經(jīng)過(guò)多輪次拉網(wǎng)式篩選，加之受砂巖儲(chǔ)層非均質(zhì)性、斷層封堵等因素影響，可供鉆探的規(guī)模斷塊圈閉越來(lái)越難，亟須尋找新的增儲(chǔ)領(lǐng)域。受上述兩種模式所限，特別是在侏羅系頂尖滅線控制研究區(qū)勘探西邊界的指導(dǎo)下，尖滅線以西的地區(qū)，由于缺少侏羅系沉積，一直被認(rèn)為是侏羅系找油的“禁區(qū)”，長(zhǎng)期沒(méi)有受到關(guān)注。盡管前人[7, 13, 23-24]已陸續(xù)在研究區(qū)西部的春光油田報(bào)道發(fā)現(xiàn)下切谷，但并未引起重視。

筆者近期在利用研究區(qū)鉆井和三維地震資料對(duì)八道灣組(J1b)、三工河組(J1s)、西山窯組(J2x)和齊古組(J3q)內(nèi)部砂層組尖滅線進(jìn)行精細(xì)刻畫(huà)時(shí)，發(fā)現(xiàn)在車(chē)淺131井南部侏羅系尖滅線以西的東西向地震剖面上(圖1(b)和圖2(b))，在基底面(石炭系頂)整體呈向西緩慢抬升背景下，存在一套與基底產(chǎn)狀極不協(xié)調(diào)接觸關(guān)系的沉積體，其外形呈深切基底的“V”字形，內(nèi)部呈向兩側(cè)上超的充填型結(jié)構(gòu)(圖2(b))，這是下切谷典型的幾何外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征[8]，結(jié)合車(chē)排子凸起區(qū)域演化過(guò)程及前人春光油田研究成果，確認(rèn)其為下切谷及其充填物。在此基礎(chǔ)上，從該點(diǎn)出發(fā)，在東西向、南北向地震測(cè)線上開(kāi)展地震掃描解釋?zhuān)罱K在車(chē)淺131井南部識(shí)別出一平面呈扇形，面積近9 km2的下切谷。之后，對(duì)研究區(qū)侏羅系尖滅線以西的廣大區(qū)域開(kāi)展以識(shí)別下切谷為目標(biāo)的地震掃描解釋?zhuān)⑻崛〉卣鹫穹?lèi)屬性，最終在早期刻畫(huà)出的侏羅系尖滅線以西，識(shí)別出4個(gè)規(guī)模較大的下切谷。以下就下切谷剖面與平面特征做詳細(xì)介紹，并就其形成機(jī)制及石油地質(zhì)意義做討論，以期為下一步以下切谷為勘探目標(biāo)的部署提供依據(jù)。

3 下切谷剖面特征

研究區(qū)發(fā)育的下切谷外部形態(tài)表現(xiàn)為“V”形和“U”形兩種，兩翼大多不對(duì)稱(chēng)(圖3(a)、(b))。在垂直于下切谷走向的地震剖面中，可見(jiàn)下切谷的雙向上超充填樣式以及側(cè)向加積充填樣式。雙向上超充填型表現(xiàn)為變振幅、變頻率和連續(xù)性較差的地震反射結(jié)構(gòu)，地震反射同相軸向谷底兩側(cè)上超(圖3(a))；側(cè)向加積充填型表現(xiàn)為中—弱振幅、中頻率和連續(xù)性較差的地震反射結(jié)構(gòu)以及斜列式或前積式的反射構(gòu)型(圖3(b))。下切谷內(nèi)部的充填特征指示了沉積物在下切谷內(nèi)部的充填疊置關(guān)系，同時(shí)也反映了沉積物供給速率與可容空間(相對(duì)海平面或湖平面之下供沉積物堆積的空間)增長(zhǎng)速率的大小關(guān)系。在沿下切谷走向(即平行于物源流向)的地震剖面上主要表現(xiàn)為加積、前積和上超的地震反射特征(圖3(c))。加積反射指示沉積物供給速率大致等于可容空間增長(zhǎng)速率時(shí)的原地沉積。此時(shí)，下切谷內(nèi)部沉積物垂向上具有正旋回特征。前積反射指示沉積物供給速率大于可容空間增長(zhǎng)速率，沉積物向湖盆方向的推進(jìn)，谷內(nèi)沉積物垂向上以反旋回為主。上超反射指示沉積物供給速率小于可容空間增長(zhǎng)速率，沉積物向陸地方向發(fā)生遷移，以正旋回為主。

圖3 研究區(qū)下切谷典型剖面地震響應(yīng)及其內(nèi)部充填結(jié)構(gòu)(測(cè)線位置見(jiàn)圖1(b))Fig.3 Typical seismic response to incised valleys and their internal filling configuration (location shown in Fig.1(b))(a)、(b)為垂直下切谷走向地震剖面，圖左為下切谷內(nèi)部充填結(jié)構(gòu)未解釋剖面，圖右為解釋剖面；(c)為平行下切谷走向地震剖面，右上角插圖為下切谷內(nèi)部充填結(jié)構(gòu)未解釋剖面

4 下切谷平面特征

地震振幅類(lèi)屬性能夠較好地反映不同沉積環(huán)境下地質(zhì)體的差異特征，對(duì)河流相、近岸水下扇和濁積扇等的沉積儲(chǔ)層反應(yīng)靈敏，在尋找有利儲(chǔ)集相帶和巖性油氣藏中逐漸受到青睞[25]?；谌S地震數(shù)據(jù)提取下切谷底界面振幅絕對(duì)值之和的平面屬性圖可以清晰地勾勒出研究區(qū)下切谷沉積體系的平面展布特征(圖4)。平面屬性圖顯示本區(qū)下切谷沉積體系呈近東西流向分布，主要有分支型與單一型兩種展布形態(tài)。其中，分支型下切谷主水道發(fā)育，多個(gè)分支水道匯聚到主下切谷水道內(nèi)，橫向展布范圍廣(圖4(a))。單一型下切谷支流水道較少，以發(fā)育單個(gè)主下切谷水道為特征，下切谷沿流動(dòng)方向延伸較遠(yuǎn)，而橫向分布范圍較小。

圖4 基于振幅絕對(duì)值屬性刻畫(huà)研究區(qū)下切谷平面展布特征Fig.4 Map showing the distribution of incised valleys based on amplitude absolute seismic attribute in the study area

5 討 論

5.1 下切谷的形成機(jī)制

關(guān)于下切谷的形成機(jī)制，研究者[26-28]普遍認(rèn)為下切谷的下切作用發(fā)生在相對(duì)海(湖)平面下降的早期和中期，而下切谷的充填階段為相對(duì)海(湖)平面下降的晚期以及上升時(shí)期。對(duì)于陸相盆地而言，相對(duì)湖平面的升降主要受構(gòu)造活動(dòng)和氣候變化的控制[29]。所以下切谷的形成與研究區(qū)的構(gòu)造演化特征和古氣候變化密切相關(guān)。迄今為止，國(guó)內(nèi)學(xué)者[14-19]已對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地車(chē)排子凸起的構(gòu)造演化特征和古氣候變化規(guī)律進(jìn)行了一系列的研究，并得到一致的結(jié)論(圖1(c))。早侏羅世八道灣組(J1b)時(shí)期，車(chē)排子地區(qū)呈現(xiàn)負(fù)地貌的地形特征，至三工河組(J1s)時(shí)期，車(chē)排子凸起開(kāi)始形成并在水下具備一定的隆起形態(tài)。中侏羅世西山窯組(J2x)沉積時(shí)期，受燕山運(yùn)動(dòng)中期的影響，車(chē)排子凸起開(kāi)始逐漸隆升。晚侏羅世齊古組(J3q)沉積時(shí)期，車(chē)排子凸起強(qiáng)烈隆升并接受剝蝕改造[14-16]。中侏羅世以前車(chē)排子地區(qū)處于半潮濕—潮濕氣候，晚侏羅世轉(zhuǎn)變?yōu)榘敫珊怠珊禋夂騕17-19]。晚侏羅世時(shí)期，構(gòu)造強(qiáng)烈隆升以及半干旱—干旱氣候，導(dǎo)致車(chē)排子地區(qū)陡坡帶區(qū)域可容空間減小(圖5(a))。相對(duì)湖平面急劇下降，基準(zhǔn)面低于實(shí)際地形，河流體系強(qiáng)烈侵蝕下伏地層，下切谷由此形成(圖5(b))。

早白堊世時(shí)期，受燕山運(yùn)動(dòng)晚期的影響，車(chē)排子凸起開(kāi)始劇烈下沉，接受2 000～3 000 m厚的白堊系—古近系沉積[15]。該時(shí)期構(gòu)造劇烈沉降必將導(dǎo)致前陸盆地內(nèi)部可容空間的重新分配，致使車(chē)排子凸起陡坡帶可容空間增大，而中央凹陷帶與緩坡帶可容空間減小(圖5(c))。陡坡帶可容空間的增大為該時(shí)期下切谷谷內(nèi)沉積物的堆積提供了有利場(chǎng)所(圖5(d))。關(guān)于下切谷內(nèi)部的沉積物堆積方式主要有兩種觀點(diǎn)，一種是以Zaitlin等[30]為代表的“溯源堆積論”，即認(rèn)為相對(duì)湖平面上升，淹沒(méi)前期形成的下切谷，并把沉積物從盆地帶到下切谷而形成的充填方式，沉積上具有正韻律特征，平行下切谷走向的地震剖面上可見(jiàn)退積的反射構(gòu)型。另一種觀點(diǎn)則是鮮本忠等[2]提出的“順源堆積論”，認(rèn)為構(gòu)造活動(dòng)引起的可容空間減小超過(guò)氣候等帶來(lái)的影響時(shí)，沉積物向盆地方向推進(jìn)，沉積上具有反韻律特征，平行下切谷走向的地震剖面上可見(jiàn)前積的反射構(gòu)型。結(jié)合研究區(qū)下切谷內(nèi)部充填樣式的地震剖面(圖3(c))可知，下切谷兼具前積與退積的地震反射構(gòu)型，筆者認(rèn)為本區(qū)下切谷沉積物的堆積方式為“順源堆積”與“溯源堆積”的交互沉積。車(chē)排子凸起在下沉過(guò)程中，在白堊紀(jì)的某一地質(zhì)歷史時(shí)期，半干旱—干旱氣候造成湖平面急劇下降，此時(shí)氣候帶來(lái)的可容空間減小要比構(gòu)造沉降強(qiáng)烈得多，沉積物以進(jìn)積的形式向盆地方向推進(jìn)并充填下切谷，發(fā)生順源堆積。但車(chē)排子凸起沉降是一個(gè)持續(xù)性過(guò)程，后期陡坡帶可容空間增大，相對(duì)湖平面上升產(chǎn)生回水作用，使得谷內(nèi)沉積物最終發(fā)生溯源堆積。

圖5 可容空間變化對(duì)陡坡帶下切谷形成的控制作用示意圖Fig.5 Schematic diagram showing the relations between accommodation space and formation of incised valley in the study area(a)構(gòu)造隆升對(duì)可容空間的重新分配示意圖(實(shí)線為晚侏羅世時(shí)期湖泊示意圖，虛線為凸起隆升之后的湖泊示意圖)；(b)下切谷侵蝕形成模式圖；(c)構(gòu)造沉降對(duì)可容空間的重新分配示意圖(實(shí)線為早白堊世時(shí)期湖泊示意圖，虛線為凸起沉降之后的湖泊示意圖)；(d)下切谷沉積充填模式圖

5.2 石油地質(zhì)意義

眾所周知，下切谷對(duì)油氣勘探具有重要意義。因?yàn)槠鋬?nèi)廣泛充填著河流相沉積，其上發(fā)育的湖進(jìn)體系域和密集段是良好的蓋層和油源巖，所以可以作為良好的巖性圈閉[31]。從準(zhǔn)噶爾盆地車(chē)排子凸起的成藏條件可知，凸起緊鄰兩大生油凹陷，加之該區(qū)不整合發(fā)育，所以常是溝通深部油氣和下切谷的優(yōu)勢(shì)通道。白堊紀(jì)時(shí)期，車(chē)排子凸起東緣發(fā)育扇三角洲和濱淺湖交替的沉積相[22]。這為下切谷谷內(nèi)沉積物的堆積提供了豐富的物源。

筆者在車(chē)排子凸起東緣共發(fā)現(xiàn)4個(gè)規(guī)模大小不等的下切谷沉積體系。下切谷平面分布范圍廣，最大圈閉面積可達(dá)8.79 km2，最小圈閉面積為2.83 km2，有利于形成較大規(guī)模的油氣儲(chǔ)集。下切谷最小埋藏深度(高點(diǎn)海拔)均在1 000 m左右，能夠有效阻止油氣向地表的運(yùn)移散失。另外，下切谷下切深度(閉合高度)大，下切深度最大可達(dá)180 m，最小為70 m，有利于溝通深部油氣，成為油氣運(yùn)移和儲(chǔ)存的目標(biāo)場(chǎng)所。由下切谷內(nèi)部充填樣式的地震剖面(圖3)可知，谷內(nèi)地震反射同相軸成層性較好，分布連續(xù)，振幅較強(qiáng)，反映了谷內(nèi)沉積物巖性較均一以及分選性、磨圓度較好的特征，所以本次發(fā)現(xiàn)的下切谷沉積體系對(duì)該區(qū)未來(lái)的油氣勘探具有重要的意義。

6 結(jié) 論

(1)準(zhǔn)噶爾盆地車(chē)排子凸起東緣至紅—車(chē)斷裂帶區(qū)域發(fā)育明顯的下切谷沉積體系。地震振幅絕對(duì)值之和屬性體顯示本區(qū)4條下切谷呈近東西流向分布，具有分支型和單一型兩種平面展布形態(tài)。

(2)下切谷地震剖面幾何形態(tài)以V形和U形為主，谷內(nèi)沉積物充填樣式有雙向上超充填型和側(cè)向加積充填型，同時(shí)具有加積、前積和上超等地震反射特征，屬于“順源堆積”與“溯源堆積”的交互沉積。

(3)下切谷形成于晚侏羅世，該時(shí)期車(chē)排子凸起強(qiáng)烈隆升，相對(duì)湖平面急劇下降，河流侵蝕下伏地層導(dǎo)致在工區(qū)內(nèi)形成下切深度大，分布范圍廣的下切谷體系。其充填階段發(fā)生在白堊紀(jì)時(shí)期，該時(shí)期車(chē)排子凸起劇烈下沉，可容空間增大，下切谷接受沉積充填。

(4)工區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的下切谷沉積體系油氣成藏條件良好，易形成巖性油氣藏。下切谷緊鄰生烴中心，平面分布范圍廣，最大圈閉面積可達(dá)8.79 km2。下切深度大，下切深度最大可達(dá)180 m，是該區(qū)潛在的有利勘探目標(biāo)。

致謝:論文的資料源于中國(guó)石油新疆油田分公司(采油一廠)研究課題。論文寫(xiě)作過(guò)程中得到周隸華、高志偉、郭瑞、馬國(guó)財(cái)、彭妙等專(zhuān)家的寶貴意見(jiàn)。