柴西北緣躍進(jìn)二號(hào)地區(qū)晚新生代沉積特征及沉積相演化

張超，俞礽安，王善博，程銀行，奧琮，滕雪明，馮平，于航，司丹，高雪峰

(1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津 300170；2.四川省核工業(yè)地質(zhì)局二八三大隊(duì)，四川 達(dá)州 635000；3.中國(guó)石油青海油田分公司，甘肅 敦煌 736200)

柴達(dá)木盆地位于歐亞大陸腹地, 是青藏高原東北部西寬東窄的大型山間菱形盆地(圖1a)，面積約26萬(wàn)km2，其西北為阿爾金山脈，東北為祁連山脈，西南為昆侖山脈，是中國(guó)主要含油氣盆地之一(郝國(guó)杰等，2020；徐焱等，2020；張超等，2020a；Chang et al.，2015)。新生代各級(jí)地層沉積序列在柴達(dá)木盆地中保存相對(duì)連續(xù)且齊全，是該地區(qū)主要的含油層系。躍進(jìn)地區(qū)位于柴西北緣西北部，是區(qū)域內(nèi)重要的油氣及鈾礦產(chǎn)區(qū)，前人做過(guò)大量研究工作并取得一定的研究成果(王信國(guó)，2010；鐘尚倫等，2013；于躍等，2015；劉文進(jìn)等，2019)。沈安江等(2001)認(rèn)為躍進(jìn)地區(qū)上新世發(fā)育辮狀河道、砂坪及水上分流河道，其不等粒砂巖粒度偏粗，物性差；鐘尚倫等(2013)認(rèn)為該地區(qū)在古新世—中新世發(fā)育一套“水退-水進(jìn)-水退”模式的完整一級(jí)層序；牟中海等(2014)運(yùn)用儲(chǔ)層構(gòu)型分析法，指出躍進(jìn)二號(hào)下干柴溝組下段存在河口壩及河口壩增生體。雖然前人已做過(guò)較多研究工作，但對(duì)該區(qū)晚新生代沉積特征研究較少，缺乏較系統(tǒng)的研究。躍進(jìn)地區(qū)沉積相變化較復(fù)雜，前人對(duì)微相類型、展布特征及其演化的研究及描述不精確，且一直存在爭(zhēng)議(陳武杰，2010；Wang et al.，2020)。上述問(wèn)題極大制約了對(duì)油氣及鈾礦產(chǎn)的精細(xì)開(kāi)發(fā)。筆者通過(guò)開(kāi)展較系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究工作，即通過(guò)對(duì)鉆孔巖心巖性、巖石礦物含量及組合、測(cè)井曲線等資料的觀察研究與總結(jié)描述，建立相應(yīng)的地層及沉積序列，明確沉積相發(fā)育類型、空間展布特征及演化規(guī)律，為躍進(jìn)二號(hào)及周邊區(qū)域的基礎(chǔ)地質(zhì)研究和鈾儲(chǔ)層預(yù)測(cè)、找礦靶區(qū)圈定提供重要借鑒。

1.躍進(jìn)二號(hào)；2.山脈；3.斷裂；4.背斜構(gòu)造單元；5.湖泊；6.鉆孔圖1 柴西北緣躍進(jìn)二號(hào)地區(qū)構(gòu)造簡(jiǎn)圖(圖a據(jù)王亮等，2010；圖b據(jù)陸琳琳，2008)Fig.1 Simplified tectonic map of Yuejin 2 area in northwest Qaidam

1 區(qū)域地質(zhì)概況

躍進(jìn)二號(hào)地區(qū)位于花土溝鎮(zhèn)南偏東約25 km處，大地構(gòu)造位置位于柴達(dá)木盆地柴西隆起昆北斷階構(gòu)造帶內(nèi)阿拉爾斷裂北部(牟中海，2014)(圖1b)，縱向自上而下發(fā)育第四系七個(gè)泉組(Q1-2q)、新近系獅子溝組(N2s)、上油砂山組(N2y2)、下油砂山組(N2y1)、上干柴溝組(N1g)、古近系下干柴溝組(E3g)及路樂(lè)河組(E1-2l)，各地層產(chǎn)狀較為平緩，利于在橫向上對(duì)比研究沉積相變化特征(曹?chē)?guó)強(qiáng)，2005；Zhang et al.，2018)。筆者研究的晚新生代地層主要包括新近系上油砂山組、獅子溝組及第四系七個(gè)泉組。上油砂山組主要由灰黃色-土黃色泥質(zhì)粉砂巖、砂巖、泥巖及少量礫巖組成，產(chǎn)介形類Cyprideis，與下伏下油砂山組呈整合接觸；下油砂山組以棕紅色薄層-中厚層狀砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖及砂巖互層為主，與下伏上干柴溝組呈整合接觸。獅子溝組以灰-青灰色中厚-厚層狀粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖夾砂巖及礫巖為主，上部出現(xiàn)較多黃色砂礫巖、礫巖，與下伏上油砂山組呈整合接觸。七個(gè)泉組以灰黃色、綠灰色砂礫巖、含礫砂巖等巖性為主，含少量砂巖、泥巖，與下伏新近系獅子溝組呈角度不整合接觸(圖2)。

1.礫巖；2.泥巖；3.細(xì)砂巖；4.中砂巖；5.含礫砂巖；6.碳質(zhì)泥巖；7.煤層圖2 柴西北地區(qū)地層綜合柱狀圖(據(jù)張超等，2020b)Fig.2 Stratigraphic composite columnar diagram in northwest of Qaidam

2 沉積相分析

通過(guò)對(duì)研究區(qū)內(nèi)躍Ⅱ6-19、ZK8-20、躍Ⅱ5-21、躍Ⅱ6-22、躍Ⅱ1-13、ZKⅡ1-10、躍Ⅱ4-11下、躍新Ⅱ165、躍Ⅱ2-6等鉆孔不同地層巖性、顏色、沉積序列、測(cè)井曲線、沉積結(jié)構(gòu)構(gòu)造等特征綜合分析，根據(jù)沉積學(xué)原理，認(rèn)為柴西北緣躍進(jìn)二號(hào)地區(qū)第四系七個(gè)泉組主要發(fā)育辮狀河三角洲前緣沉積亞相，新近系上油砂山組和獅子溝組主要發(fā)育辮狀河三角洲平原沉積亞相。

2.1 辮狀河三角洲前緣亞相

以粉砂巖夾棕紅色、綠灰色及灰棕色泥巖、中-細(xì)砂巖、含礫砂巖沉積為特征(圖3)，相組合特征表現(xiàn)為水下分流河道間灣-河道-河口壩組合；電性上以漏斗狀-平直狀/齒化平直狀-箱狀組合為特征；主要發(fā)育塊狀層理，見(jiàn)少量韻律層理、平行層理，見(jiàn)生物擾動(dòng)。躍進(jìn)二號(hào)地區(qū)辮狀河三角洲前緣亞相主要發(fā)育河口壩沉積微相、分流間灣微相及水下分流河道微相等。

水下分流河道也稱水下分流河床，受季節(jié)性水流影響較大，粒級(jí)較平原分流河道分選好。其沉積作用主要為跳躍沉積，下部巖性主要為粉砂巖和(中)細(xì)砂巖(圖3a、圖4g)，上部巖性多為含礫砂巖和中粗砂巖，巖石顏色為灰棕色、綠灰色等弱氧化-弱還原系列，含油性好，底部見(jiàn)沖刷構(gòu)造(圖3b、圖3c)，整體呈反韻律沉積特征。自然電位曲線形態(tài)表現(xiàn)為鐘形、箱形/齒化箱形等特征。主要發(fā)育塊狀層理，見(jiàn)少量交錯(cuò)層理、平行層理等沉積構(gòu)造(圖3d)。

圖3 躍進(jìn)二號(hào)地區(qū)辮狀河三角洲前緣沉積巖及構(gòu)造標(biāo)志圖Fig.3 Sedimentary rock and structure mark of braid-river delta front in Yuejin 2 area

分流間灣通常與濱淺湖相連通，產(chǎn)于水下分流河道發(fā)育時(shí)河道與河道之間地勢(shì)較低、相對(duì)凹陷區(qū)域形成的構(gòu)造環(huán)境，發(fā)育小型交錯(cuò)層理、透狀層理，蟲(chóng)孔發(fā)育，垂向上常由薄層粉砂質(zhì)泥巖、泥巖組成(圖3c、圖4h)。由于水下分流河道穩(wěn)定性較差，分流間灣微相常以碎屑巖夾層的形式出現(xiàn)。

河口壩為分流河道堆積體，巖性以綠灰色、青灰色細(xì)砂巖、粉砂巖和含礫細(xì)砂巖為主，其次為中細(xì)粒泥質(zhì)粉砂巖、砂巖，泥質(zhì)含量一般較低，湖相生物混雜發(fā)育，所測(cè)電性曲線往往呈中-高幅齒形漏斗狀(圖5a)。以塊狀層理為主，砂巖分選好，呈較典型的反韻律特征。河口壩是河流從上游帶來(lái)的碎屑物因河水受湖水等因素阻擋而流速降低并最終在河口處形成的沉積體。其前方、上部主要受湖水的改造，下部、后側(cè)(向陸)主要受河水控制。

2.2 辮狀河三角洲平原亞相

躍進(jìn)二號(hào)地區(qū)辮狀河三角洲平原亞相在上油砂山組及獅子溝組分布廣泛，主要受來(lái)自阿拉爾地區(qū)河流控制，分為分流河道微相和河道間微相，巖石粒度總體上比三角洲前緣粗。其中，分流河道微相巖性以灰棕色、綠灰色中細(xì)砂巖、含礫中砂巖為主，分選中-差，見(jiàn)少量懸浮物及河床滯留沉積；以塊狀層理為主，可見(jiàn)平行和砂紋交錯(cuò)層理(圖6c),底部具有沖刷面構(gòu)造，該構(gòu)造面之上沖刷礫巖及泥巖分布廣泛(圖6d)。電性曲線表現(xiàn)為典型的齒化箱形、箱形、鐘型，呈正韻律特征(圖5b)。從電性曲線巖心特征觀察可見(jiàn)，躍進(jìn)二號(hào)地區(qū)河道型層序結(jié)構(gòu)主要分2種類型：①沉積層序結(jié)構(gòu)不完整者，只有分流河道底部的含泥或泥質(zhì)、分選較差的含礫中粗砂巖和砂礫巖(圖6a、圖4c、圖4d、圖4e)，缺失中上部中細(xì)粒級(jí)地層部分。②沉積層序結(jié)構(gòu)較完整者，總體上從上向下粒度逐漸變細(xì)，上部主要為塊狀泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，中部主要發(fā)育交錯(cuò)層理，巖性為中細(xì)砂巖，下部為泥質(zhì)較高的薄層狀含礫中粗砂巖，含少量砂礫巖，分選性較差，躍進(jìn)二號(hào)地區(qū)完整河道層序較少，以不完整河道層序居多。

a.泥質(zhì)含砂質(zhì)粉砂巖，分流河道間，ZKⅡ653，398.7 m(+)；b.泥質(zhì)粉砂巖，分流河道間，ZKⅡ653，408.0 m(+)；c.粗粉砂質(zhì)細(xì)粒巖屑長(zhǎng)石砂巖，分流河道，ZKⅡ653(+)，411.5 m；d.鈣質(zhì)含粗粉砂細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖，分流河道，ZKⅡ653，414.0 m(-)；e.細(xì)中粒長(zhǎng)石雜砂巖，分流河道，ZKⅡ1-10，341.0 m(+)；f.鈣質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖，分流河道間，ZKⅡ1-10，342.0 m(+)；g.泥質(zhì)粉砂巖，水下分流河道，ZKⅡ1-10，231.0 m(+)；h.粉砂質(zhì)泥巖，分流間灣，ZKⅡ1-10，231.8 m(-)；i.鈣質(zhì)含砂粉砂巖，分流河道間，ZKⅡ573，398.0 m(+)；j.泥質(zhì)粉砂巖與微泥晶灰?guī)r，分流河道間，ZKⅡ573，388.5 m(+)；k.鈣質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖，分流河道間，ZKⅡ573，294.0 m(+)；l.粉砂質(zhì)泥巖，分流河道間，ZKⅡ573，397.8 m(-)；Q.石英；Kf.鉀長(zhǎng)石；Cc.方解石；Pl.斜長(zhǎng)石；Mag.磁鐵礦；Ms.白云母；Py.黃鐵礦；(+).正交偏光；(-).單偏光圖4 躍進(jìn)二號(hào)砂巖正交偏光顯微照片F(xiàn)ig.4 Microphotographs under crossed nicols of sandstones in Yuejin 2 area

圖5 (a)躍進(jìn)二號(hào)地區(qū)ZKⅡ4-16下及(b)ZKⅡ653 沉積相特征圖(據(jù)核工業(yè)283大隊(duì)，2019)Fig.5 (a)Sedimentary facies characteristics of ZKII4-16 and (b)ZKII653 in Yuejin 2 area

分流河道間微相產(chǎn)于分流河道之間地勢(shì)凹陷地區(qū)，以薄層狀泥質(zhì)粉砂巖、砂巖與泥巖、粉砂質(zhì)泥巖互層為主(圖6b、圖4a、圖4b、圖4f、圖4i、圖4j、圖4k、圖4l)，顏色主要為棕紅色、綠灰色。電性特征表現(xiàn)為夾指形、微齒形、平直狀/齒化平直狀或中高值，正反韻律均可出現(xiàn)(圖6b)。

圖6 躍進(jìn)二號(hào)地區(qū)辮狀河三角洲平原沉積巖及構(gòu)造標(biāo)志圖Fig.6 Sedimentary rock and structure mark of braid-river delta plain in Yuejin 2 area

3 沉積相分布特征

3.1 沉積相平面分布特征

筆者通過(guò)收集柴西北緣典型油氣礦區(qū)200余孔鉆井資料，結(jié)合區(qū)域古地理及巖心巖性成分及構(gòu)造特征，分析其砂體等厚度圖，揭示了柴西北緣地層沉積相展布具有以下特征：①新近系上油砂山組時(shí)期柴達(dá)木盆地西北緣整體呈西高東低的構(gòu)造格局，以阿拉爾、阿爾金山物源沉積體系為主。阿拉爾沉積體系為緩坡型辮狀河三角洲沉積體系，碎屑巖來(lái)源于西部阿拉爾地區(qū)，控制著躍進(jìn)、紅柳泉、英東、油砂山、尕斯等地區(qū)的砂體展布，沉積序列為辮狀河相-辮狀河三角洲相-湖相。其中，躍進(jìn)二號(hào)地區(qū)發(fā)育辮狀河三角洲平原亞相(圖7a)。②新近系獅子溝組繼承了上油砂山組的沉積格局，從沉積體系展布特征來(lái)看，平面上呈現(xiàn)多個(gè)沉積物源方向砂體的展布。阿爾金山前沉積較之前有所減少，但整體沉積序列還是以扇三角洲-湖相沉積為主，西部阿拉爾物源依舊控制著油砂山、躍進(jìn)、紅柳泉、尕斯、花土溝等地區(qū)的砂體展布，沉積序列為湖相-辮狀河三角洲相-辮狀河相沉積展布特征，躍進(jìn)二號(hào)地區(qū)發(fā)育辮狀河三角洲平原亞相(圖7b)。③受晚喜馬拉雅構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，七個(gè)泉組時(shí)期盆地沉積構(gòu)造格局變化較大，柴西北緣周緣山脈隆升強(qiáng)烈。受西部高原抬升影響，沉積中心向東部遷移至三湖一帶。盆地的躍進(jìn)二號(hào)、紅柳泉及七個(gè)泉地區(qū)發(fā)育辮狀河三角洲前緣亞相沉積，尕斯、花土溝及獅子溝地區(qū)部分發(fā)育濱淺湖沉積，但規(guī)模都變小，三角洲呈孤立分布(圖7c)。

1.辮狀河；2. 辮狀河三角洲平原；3. 辮狀河三角洲前緣；4. 扇三角洲平原；5. 扇三角洲前緣；6. 洪泛-泛濫平原；7.濱淺湖；8. 灘壩；9. 主要水流方向；10. 相界線；11. 亞相-微相相界線；12. 老山；13.地層剝蝕線；14. 躍進(jìn)二號(hào)地區(qū)a.上油砂山組；b.獅子溝組；c.七個(gè)泉組圖7 柴西北緣晚新生代沉積相平面圖(a、b據(jù)王艷清等，2014，c據(jù)付鎖堂等，2014)Fig.7 Geological plan of late Cenozoic sedimentary facies in northwest of Qaidam

對(duì)躍進(jìn)二號(hào)地區(qū)部分鉆井樣品進(jìn)行薄片鑒定(圖4)，根據(jù)其礫、砂、粉砂、泥各組分含量進(jìn)行結(jié)構(gòu)成熟度的判斷(表1)。如果樣品泥質(zhì)含量較高，代表結(jié)構(gòu)成熟度低，可判斷其沉積環(huán)境水動(dòng)力條件較弱，反映沉積環(huán)境可能為深湖或分流河道間；相反，如果泥質(zhì)含量相對(duì)較低，則代表結(jié)構(gòu)成熟度高，反映高能水動(dòng)力條件，如分流河道、淺灘或砂壩等沉積環(huán)境。后期參考研究地區(qū)區(qū)域構(gòu)造環(huán)境、巖心巖性變化、構(gòu)造特征、測(cè)井相標(biāo)志等因素可較準(zhǔn)確判斷沉積環(huán)境。

表1 躍進(jìn)二號(hào)地區(qū)部分樣品含量變化及其反映沉積環(huán)境表Tab.1 Variation of partial sample contents and its reflection on sedimentary environment in Yuejin 2 area

受西部阿拉爾物源的影響，研究區(qū)在新近系上油砂山組—獅子溝組時(shí)期為辮狀河三角洲平原沉積亞相，屬于遠(yuǎn)源沉積體系，總體砂巖沉積較少，最高僅占地層的30%(青海油田內(nèi)部資料)，南部以泥巖沉積為主，整體表現(xiàn)為分流河道間微相，只在北部ZK8-20區(qū)塊及東北部發(fā)育較小范圍的水下分流河道微相(圖8a)。 第四系七個(gè)泉組時(shí)期，盆地西部整體抬升，躍進(jìn)二號(hào)地區(qū)主要物源來(lái)自東南部昆侖山脈，屬于近源沉積體系，為辮狀河三角洲前緣沉積亞相，整體砂體沉積較厚，占地層的40%～70%(青海油田內(nèi)部資料)，東南部發(fā)育大范圍的水下分流河道沉積微相，在北部及東部發(fā)育小范圍的分流間灣微相(圖8b)。

1.分流河道間微相；2.水下分流河道微相；3.分流河道微相；4.相分界線；5.砂地比等值線；6.鉆孔圖8 (a)躍進(jìn)二號(hào)新近系上油砂山組-獅子溝組沉積微相、(b)第四系七個(gè)泉組沉積微相圖Fig.8 (a) Sedimentary microfacies of Neogene Upper Youshashan Formation and (b) Quaternary Qigequan Formation in Yuejin 2 area

3.2 沉積相垂向分布特征

躍進(jìn)二號(hào)地區(qū)在晚新生代經(jīng)歷了一次湖侵過(guò)程，自上而下形成了由濱淺湖、辮狀河三角洲前緣、辮狀河三角洲平原一套沉積演化序列，ZKⅡ4-16下與ZKⅡ653單孔資料也驗(yàn)證了這一演化過(guò)程(圖6)。在新近系上油砂山組—獅子溝組，躍進(jìn)二號(hào)地區(qū)湖水水位較淺，發(fā)育連續(xù)的、穩(wěn)定的水上分流河道及分流河道間砂體，中下部砂體粒度較粗，棕紅色、棕褐色中砂巖及粗砂巖產(chǎn)出(圖9)；向上粒度逐漸變細(xì)，灰綠色及棕色泥巖產(chǎn)出，表現(xiàn)為較典型的辮狀河三角洲平原特征。在后期獅子溝組湖水水位有少量下降，水下分流河道向北東方向有輕微的進(jìn)積，躍進(jìn)二號(hào)地區(qū)發(fā)育氧化環(huán)境的分流河道、分流河道間砂體、灘壩等，辮狀河三角洲平原砂體厚度大于辮狀河三角洲前緣(圖9)；到第四系七個(gè)泉組，湖水深度逐漸變大，辮狀河分流河道向南西方向退積，躍進(jìn)二號(hào)地區(qū)整體進(jìn)入辮狀河三角洲前緣環(huán)境，砂體數(shù)量及厚度明顯大于辮狀河三角洲平原，以灰色砂巖沉積為主，灰棕色、綠灰色粉砂質(zhì)泥巖及泥質(zhì)粉砂巖(圖3、圖4)比較常見(jiàn)，主要發(fā)育分流間灣及水下分流河道。河道前段靠近湖泊位置發(fā)育規(guī)模更大的河口壩，因其主要受河道頻繁擺動(dòng)及攜砂量的影響，其砂體連續(xù)性較差、分布不穩(wěn)定。由于湖邊水動(dòng)力條件對(duì)河口壩及分流河道砂體的作用，沿河口壩外圍及辨狀河河道入口處砂體常發(fā)育呈席狀、片狀的席狀砂(圖10)，砂層較薄，粒序變化不明顯。在分流河道的遠(yuǎn)端發(fā)育由砂灘及砂壩組成的分布于濱淺湖中的獨(dú)立灘壩(圖10)，其中砂壩較砂灘厚度大、面積小，巖性主要為大套泥巖夾薄層砂巖，結(jié)構(gòu)成熟度較高，反映高能水動(dòng)力條件。

1.第四系全新世；2.礫巖；3.粗砂巖；4.中砂巖；5.細(xì)砂巖；6.泥質(zhì)粉砂巖；7.粉砂質(zhì)泥巖；8.泥巖；9.分流河道微相；10.分流河道間微相；11.水下分流河道；12.河口壩；13.分流間灣；14.濱淺湖；15.逆斷層；16.不整合面圖9 躍進(jìn)二號(hào)地區(qū)2號(hào)連井剖面圖Fig.9 Number 2 well profile in Yuejin 2 area

a.上油砂山組—獅子溝組；b.七個(gè)泉組圖10 柴西北緣晚新生代沉積模式演化過(guò)程圖Fig.10 The evolution of sedimentary pattern in the late Cenozoic of the northwest Qaidam basin

柴西北緣在古近紀(jì)發(fā)育張扭性構(gòu)造，在新近系中新世末期 (N12)轉(zhuǎn)變?yōu)閴号ば詷?gòu)造環(huán)境，該轉(zhuǎn)變?cè)谏闲率乐泻笃?N22)結(jié)束，該時(shí)期由于發(fā)生阿爾金山系向南俯沖的山前構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致其南緣發(fā)生區(qū)域隆升作用(王桂宏等，2004；Song et al.，2019)。圖9反映了躍進(jìn)二號(hào)地區(qū)沉積相的垂向分布特征及阿爾金山古隆起的特征。在上油砂山組—獅子溝組—七個(gè)泉組時(shí)期，柴西北緣古隆起造成研究區(qū)地層沉積時(shí)北西部厚度大，南東部厚度偏小，從而北西部砂地高于南東部。

4 結(jié)論

(1)柴西北緣在晚新生代上油砂山組、獅子溝組及第四系七個(gè)泉組自東向西主要發(fā)育濱淺湖微相、辮狀河三角洲前緣微相、辮狀河三角洲平原微相。

(2)躍進(jìn)二號(hào)地區(qū)在上油砂山組及獅子溝組主要發(fā)育辮狀河三角洲平原，主要表現(xiàn)為水上分流河道及分流河道間沉積微相特征；在七個(gè)泉組主要發(fā)育辮狀河三角洲前緣，主要表現(xiàn)為水下分流河道、分流間灣及河口壩沉積微相特征。

(3)躍進(jìn)二號(hào)地區(qū)在晚新生代沉積相主要表現(xiàn)為退積式分布特征，湖水平面在獅子溝組有輕微下降，在七個(gè)泉組則不斷上升，總體上湖水向北西方向推進(jìn)；研究區(qū)垂向上從下向上發(fā)育辮狀河三角洲前緣亞相、辮狀河三角洲平原亞相、濱淺湖亞相，形成了上部湖相，下部辮狀河三角洲相的沉積模式。