粗粒淺水三角洲沉積特征及模式
——以準(zhǔn)噶爾盆地莫北地區(qū)侏羅系三工河組為例

孫 靖， 薛晶晶， 費(fèi)李瑩， 宋明星， 賈開富

( 中國石油新疆油田分公司 勘探開發(fā)研究院,新疆 克拉瑪依 834000 )

0 引言

自20世紀(jì)50年代以來，淺水三角洲在形成條件、沉積特征、相序結(jié)構(gòu)、儲層特征、分布規(guī)律、主控因素、沉積模式等方面取得許多認(rèn)識[1-8]，成為沉積學(xué)[9]和油氣地質(zhì)學(xué)[10]研究的前沿和熱點。中國陸相含油氣湖盆廣泛發(fā)育淺水三角洲沉積，主要集中于坳陷型湖盆，如松遼盆地[6-7,11-12]和鄂爾多斯盆地[4,13]，同時，在疊合盆地(四川盆地[14]、準(zhǔn)噶爾盆地[15])、斷陷初期和萎縮期斷陷盆地(渤海灣盆地[16])等也有發(fā)育。

根據(jù)碎屑顆粒粒度的劃分標(biāo)準(zhǔn)[17]，中國發(fā)現(xiàn)的淺水三角洲儲層巖石類型以細(xì)砂巖、粉細(xì)砂巖、粉砂巖為主，局部發(fā)育中細(xì)砂巖、中砂巖，屬于典型的細(xì)粒淺水三角洲，而以粗砂巖、中粗砂巖、砂礫巖等為主的粗粒淺水三角洲相對較少[18]。關(guān)于淺水三角洲沉積模式，人們對中國陸相沉積盆地不同類型淺水三角洲進(jìn)行研究，建立相應(yīng)模式[4-6,19-20]，其中，鄒才能等研究鄱陽湖現(xiàn)代淺水三角洲及陜北晚三疊世古代淺水三角洲沉積，建立毯式淺水曲流河三角洲沉積模式[4]；張昌民等分析洞庭湖和鄱陽湖現(xiàn)代淺水三角洲，以及尕斯、躍進(jìn)、BZ等古代淺水三角洲沉積，建立枝狀分流河道型和連片分流砂壩型淺水三角洲沉積模式[5]；以松遼盆地古代淺水三角洲沉積為例，朱筱敏等建立大型坳陷湖盆淺水三角洲形成在干旱和濕潤兩種氣候條件下的不同沉積模式，認(rèn)為巖性細(xì)、分流河道砂體發(fā)育且分布廣[6,19]；基于地震沉積學(xué)分析，ZENG Hongliu等建立渤海灣盆地目標(biāo)區(qū)塊曲流河淺水三角洲模式[20]。目前，建立的淺水三角洲沉積模式以曲流河細(xì)粒型模式為主，辮狀河粗粒型較少[18]。

隨油氣資源需求不斷提升，粗粒沉積領(lǐng)域逐步成為儲量與產(chǎn)量的戰(zhàn)略接替區(qū)，粗粒淺水三角洲沉積成為研究熱點，尤其是其沉積特征、儲層特征及沉積模式。目前，開展準(zhǔn)噶爾盆地湖盆沉積區(qū)粗粒淺水三角洲儲層和沉積相分析[21]，其沉積背景、特征和模式有待研究。利用鉆井、物探和分析化驗等資料，以單井復(fù)查和分析為基礎(chǔ)，分析莫北地區(qū)侏羅系三工河組二段沉積特征，研究粗粒淺水三角洲發(fā)育背景、特征和分布規(guī)律，明確發(fā)育特征和沉積模式，為準(zhǔn)噶爾盆地莫北地區(qū)及相似領(lǐng)域勘探開發(fā)提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

準(zhǔn)噶爾盆地是中國西北地區(qū)發(fā)育的一個大型含油氣疊合盆地(見圖1)，石炭紀(jì)以來經(jīng)歷復(fù)雜的構(gòu)造演化過程[22]，中二疊世至中侏羅世，盆地處于沉降狀態(tài)，早中侏羅世(八道灣組、三工河組、西山窯組和頭屯河組沉積時期)，主要表現(xiàn)為慢速沉降，大規(guī)模接受沉積，盆大水淺，形成廣泛分布的陸相湖盆[23]，為多種類型三角洲沉積的發(fā)育提供充足可容空間。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地莫北地區(qū)構(gòu)造位置Fig.1 Structual location of the Mobei Area in Junggar Basin

2 沉積特征

2.1 沉積背景

三工河組二段沉積時期，莫北地區(qū)發(fā)育兩級坡折線控制下的坡折帶(見圖2)[24-25]，屬于同沉積型坡折帶，主要由構(gòu)造和沉積兩類作用疊加形成，包括構(gòu)造坡折帶和沉積坡折帶兩大類[26]。構(gòu)造坡折帶以深部海西期石炭—二疊系逆斷裂活動導(dǎo)致淺層侏羅系地層形成的撓曲坡折帶為主，部分受印支—燕山期中淺層正斷裂活動形成的斷裂坡折帶的改造和影響；沉積坡折帶主要是侏羅系沉積時期不同沉積相帶受粒度、地形和坡度等的影響差異沉積而形成的。

根據(jù)古地貌類型和特征，研究區(qū)進(jìn)一步劃分為一級坡折帶之上的凸起區(qū)、二級坡折帶之下的凹陷區(qū)，以及兩級坡折帶之間的斜坡區(qū)。其中，凸起區(qū)和斜坡區(qū)屬于淺水沉積區(qū)，凹陷區(qū)屬于半深—深水沉積區(qū)，且斜坡區(qū)存在南部的莫16井南和北部的莫北14井南兩個規(guī)模較小的次級洼陷(見圖2)。

圖2 莫北地區(qū)三工河組二段沉積時期古地貌Fig.2 Paleogeomorphology of sedimentary period of second member of Sangonghe Formation in Mobei Area

三個區(qū)地層厚度存在差異，凸起區(qū)地層厚度為90～125 m，平均為110 m；斜坡區(qū)地層厚度為105～140 m，平均為120 m；凹陷區(qū)目前勘探程度較低，地層厚度為115～150 m，平均為135 m。從凸起區(qū)到斜坡區(qū)和凹陷區(qū)地層逐漸增厚(見圖3)，從凸起區(qū)到斜坡區(qū)地層平均厚度變化較小，反映地層相對比較平緩。平面上，凸起區(qū)平均面積約為550 km2，斜坡區(qū)平均面積約為500 km2。因此，三工河組二段沉積時期具備形成大型緩坡型湖盆的有利條件，與盆地的整體沉積環(huán)境一致。

圖3 莫北地區(qū)三工河組沉積期地層及坡折帶剖面(剖面位置見圖1)Fig.3 Section of strata and slope break zone in sedimentary period of Sangonghe Formation in Mobei Area(section location is shown in fig.1)

2.2 巖石基本特征

儲層巖石碎屑顆粒主要成分為石英、長石、巖屑，體積分?jǐn)?shù)分別為15.00%～50.00%、13.00%～35.00%和32.00%～60.00%，平均分別為32.90%、23.10%和44.00%。巖性主要為長石巖屑砂巖(見圖4)。 主要為凝灰?guī)r巖屑，平均體積分?jǐn)?shù)占巖石體積分?jǐn)?shù)的26.00%，約占總巖屑的60.00%；石英和長石成分成熟度總體較低。膠結(jié)物體積分?jǐn)?shù)較低，主要為方解石類碳酸鹽膠結(jié)物，其次為各類硅質(zhì)膠結(jié)物，包括自生石英和石英次生加大邊等，二者體積分?jǐn)?shù)平均分別為2.77%和1.06%。

圖4 莫北地區(qū)粗粒淺水三角洲巖石成分Fig.4 Composition of coarse grained shallow water delta rocks in Mobei Area

2.3 沉積相及砂體特征

沉積盆地不同類型坡折帶對沉積可容空間、沉積微相，以及砂體的類型、展布等具有重要控制作用[27-28]。研究區(qū)三工河組二段沉積體系類型主要為淺水辮狀河三角洲—湖泊體系，兩級坡折帶對沉積砂體的類型和分布具有控制作用，劃分為淺水辮狀河三角洲內(nèi)前緣、外前緣及砂質(zhì)碎屑流亞相。根據(jù)沉積背景、沉積旋回變化、沉積物的組成、粒度和特征，以及沉積相帶分布規(guī)律[29]，進(jìn)一步識別和明確辮狀河三角洲為水進(jìn)退積、粗粒、淺水型辮狀河三角洲，主要發(fā)育淺水辮狀河三角洲內(nèi)前緣和外前緣亞相(見圖5-6)。

2.3.1 淺水辮狀河三角洲內(nèi)前緣亞相

淺水辮狀河三角洲內(nèi)前緣亞相位于一級坡折之上，與上覆湖泊相灰色、深灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖等湖相細(xì)粒沉積物突變接觸(見圖7(a))，形成凹凸不平?jīng)_刷面。沉積物粒度粗，由水下分流河道和分流河道間微相組成，水下分流河道微相占主導(dǎo)。厚層、塊狀水下分流河道砂體規(guī)模發(fā)育，構(gòu)成三角洲前緣骨架砂體，夾薄層分流河道間泥巖(見圖6)，反映較強(qiáng)水動力條件下的淺水沉積環(huán)境[6]。垂向上，由多套水下分流河道疊置形成，呈連續(xù)型或間斷型正韻律，整體呈正旋回沉積序列，證實多期水下分流河道在沉積演化過程中的遷移、疊置和切割(見圖7)。

水下分流河道砂體粒度粗，巖石類型以單層厚度為5～10 m、塊狀、灰色(含礫)粗砂巖、中粗砂巖、中砂巖、細(xì)礫巖為主(見圖7(b-e))，其次單層厚度為1～3 m中薄層中細(xì)砂巖(見圖7(f))，砂體累積厚度為60～80 m。砂礫巖中礫石最大為6 mm×10 mm，一般約為3 mm×5 mm，呈次棱角—次圓狀，分選和磨圓為中等，具有較好的定向排列。以塊狀構(gòu)造為主，牽引流成因的各種層理，如交錯層理、平行層理等較發(fā)育(見圖7(a-f))，砂泥接觸面為突變接觸的沖刷面(見圖7(a))及泥礫(見圖7(g))等。測井曲線表現(xiàn)為近箱形或鐘形(見圖5)，上部砂體測井曲線存在弱齒化現(xiàn)象，說明砂體隨水體加深向湖泊方向存在一定程度的席狀化現(xiàn)象。地震波組順河道方向表現(xiàn)為微弱前積反射結(jié)構(gòu)，橫切河道一般為近似丘狀或透鏡狀結(jié)構(gòu)。

分流河道間垂向上主要位于不同期水下分流河道之間。平面上，位于同期不同水下分流河道砂體側(cè)翼，以細(xì)粒的懸浮沉積物為主，巖石類型為灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖等，單層厚度薄，與水下分流河道砂體呈突變接觸(見圖5)。

圖5 莫北2井沉積相剖面Fig.5 Sedimentary facies profile of Mobei 2 Well

2.3.2 淺水辮狀河三角洲外前緣亞相

淺水辮狀河三角洲外前緣亞相主要位于兩級坡折之間，主要由水下分流河道微相組成，與內(nèi)前緣亞相基本一致，其次為席狀砂和分流河道間微相，局部發(fā)育遠(yuǎn)砂壩微相。骨架砂體以河道砂體為主，粒度比內(nèi)前緣亞相水下分流河道砂體的細(xì)，發(fā)育灰色細(xì)砂巖、中細(xì)砂巖等中細(xì)粒砂體規(guī)模(見圖7(h-i))。單砂體厚度比淺水辮狀河三角洲內(nèi)前緣亞相的薄，一般為3～8 m，但砂體期次增多，累積厚度更大，一般為80～100 m。受湖浪改造作用，發(fā)育平行、交錯層理等小型層理。河道曲線以近箱形或鐘形為主(見圖6)，為中等齒化，程度高于淺水辮狀河三角洲內(nèi)前緣亞相水下分流河道砂體的，席狀化進(jìn)一步加深。地震反射特征與淺水辮狀河三角洲內(nèi)前緣亞相的相似，但振幅和頻率略有差異(見圖3)。

圖6 前哨1—莫16—莫北2井沉積相剖面Fig.6 Sedimentary facies profile through Qianshao 1-Mo 16-Mobei 2 Well

席狀砂和遠(yuǎn)砂壩微相發(fā)育于水下分流河道側(cè)翼和遠(yuǎn)端，粒度進(jìn)一步變細(xì)，主要為(泥質(zhì))粉細(xì)砂巖和(泥質(zhì))粉砂巖等(見圖7(j-k))，單砂體厚度一般為1～3 m，厚度較薄，累積厚度為5～15 m。砂巖發(fā)育平行層理和小型交錯層理(見圖7(j))。測井曲線表現(xiàn)為較明顯齒化特征，席狀砂以齒狀和(或)指狀突變?yōu)橹鳎h(yuǎn)砂壩以齒化漏斗形為主。分流河道間以砂質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖等為主，發(fā)育水平層理，與濱、淺湖泥巖基本相同(見圖7(l))，不易區(qū)分。

圖7 莫北地區(qū)淺水三角洲巖心特征Fig.7 Core features of shallow water delta in Mobei Area

二級坡折帶之下的半深湖—深湖區(qū)，水體深，水動力弱，以泥巖、粉砂質(zhì)泥巖等細(xì)粒沉積物為主，淺水辮狀河三角洲內(nèi)前緣亞相水下分流河道砂體，沿兩級坡折帶發(fā)生滑塌和卸載作用而形成中粗粒砂質(zhì)碎屑流砂體[24]。

2.4 砂體分布特征

研究區(qū)物源主要來源于東北方向的克拉美麗山供源體系，內(nèi)部凸起(石西凸起、滴南凸起和莫北凸起等)有一定貢獻(xiàn)。三角洲前緣砂體砂巖體積分?jǐn)?shù)總體較高，粗粒、中粗粒水下分流河道砂體作為骨架砂體，垂向發(fā)育多套砂體，單砂體厚度逐漸減薄，泥質(zhì)隔夾層逐步發(fā)育，厚度逐漸增大，形成水進(jìn)退積型沉積旋回。不同期水下分流河道砂體側(cè)向相互切割、疊置，形成前緣復(fù)合砂體。

三工河組二段沉積時期，水下分流河道廣泛發(fā)育，近東西方向展布，主要有4支，分別為莫北12—莫北4—莫北14—莫北13井分流河道、莫北5—莫北3—莫北2—莫16井分流河道、莫北8—莫北6—莫012井分流河道及莫9—莫7—莫8—莫20井分流河道，河道總寬度約為30 km，單個河道寬度為5～12 km，受湖浪水流改造作用，淺水辮狀河三角洲外前緣亞相常見分汊現(xiàn)象，形成多個次級朵葉體(見圖8)。

圖8 莫北地區(qū)沉積相平面分布Fig.8 Plane distribution map of sedimentary facies in Mobei Area

在兩級坡折帶控制下，4支水下分流河道單個呈寬條帶狀延伸，整體呈朵狀或鳥足狀展布，垂直或斜交湖岸分布，分布面積為102～170 km2，總面積約為540 km2，延伸距離為15～35 km，分布范圍廣，延伸距離較遠(yuǎn)。其中，莫北5—莫北3—莫北2—莫16井分流河道分布面積最大，分布面積約為170 km2，延伸距離為18～20 km，砂體推進(jìn)至一級坡折帶以下的莫16、莫002井附近尖滅。莫9—莫7—莫8—莫20井分流河道延伸最遠(yuǎn)，分布面積約為158 km2，延伸距離為22～35 km，砂體推進(jìn)至一級坡折帶以下的莫20、莫14井附近尖滅。

總體上，淺水辮狀河三角洲前緣水下分流河道沿物源方向或水流方向呈條帶狀、近東西方向展布，連續(xù)性較好，延伸距離長；垂直于物源方向或水流方向，以底平頂凸的半透鏡狀相互疊置、切割，不同河道之間由分流河道間細(xì)粒沉積物分隔。

3 沉積模式

三工河組二段沉積時期，莫北地區(qū)構(gòu)造演化強(qiáng)度相對較弱，盆地類型主要為坳陷型盆地，地層主要表現(xiàn)為持續(xù)、穩(wěn)定沉降；地形坡度相對平緩，湖盆面積大，總體較淺，沉積可容空間較大，為各類沉積物沉積提供充足空間；為溫帶濕潤氣候，發(fā)育灰色(含礫)河道砂巖、礫巖和灰色、深灰色河道間泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，巖石以還原色為主，氧化色不發(fā)育。來自東北部的克拉美麗山物源，以及周邊凸起物源提供充足的沉積物，各種(含礫)粗砂巖、中粗砂巖及細(xì)礫巖等持續(xù)沉積，單層和累積厚度較大，延伸距離較遠(yuǎn)，成分成熟度較低，碎屑顆粒分選較差。在這些條件和因素共同作用下，各類沉積物，尤其是粗粒物質(zhì)持續(xù)、穩(wěn)定、大范圍沉積，形成溫帶濕潤氣候條件下大面積發(fā)育的粗粒淺水辮狀河三角洲(見圖9)。

圖9 莫北地區(qū)粗粒淺水三角洲沉積模式Fig.9 Sedimentary model map of coarse grained shallow water delta in Mobei Area

隨地層不斷持續(xù)沉降，湖泊水體逐漸加深，湖岸線不斷向前推進(jìn)，砂體向上逐漸變細(xì)，形成水進(jìn)退積型沉積序列。粗粒水下分流河道砂體作為骨架砂體，廣泛發(fā)育，側(cè)向疊置，相互切割，連片分布。根據(jù)平均洪水面、平均枯水面，以及正常浪基面[6]劃分為淺水辮狀河三角洲內(nèi)前緣、外前緣及砂質(zhì)碎屑流亞相。淺水辮狀河三角洲前緣砂體平面上分布廣、面積大，主要呈似朵狀或似扇形，水下分流河道規(guī)模儲集砂體大面積發(fā)育。因此，研究區(qū)淺水三角洲沉積模式為水進(jìn)退積、粗粒型淺水辮狀河三角洲模式。

4 結(jié)論

(1)準(zhǔn)噶爾盆地莫北地區(qū)侏羅系三工河組沉積時期發(fā)育兩級坡折帶控制下的凸起區(qū)、斜坡區(qū)和凹陷區(qū)，物源供給充足，形成溫帶濕潤氣候條件下的水進(jìn)退積、粗粒型淺水辮狀河三角洲—湖泊體系，發(fā)育淺水辮狀河三角洲內(nèi)前緣、外前緣及砂質(zhì)碎屑流亞相。

(2)淺水辮狀河三角洲前緣水下分流河道砂體發(fā)育，粒度粗，以塊狀、中—厚層為主，牽引流成因構(gòu)造發(fā)育；巖性以長石巖屑砂巖為主，儲層物性相對較好；垂向上發(fā)育多期砂體，側(cè)向相互切割、疊置，近東西方向連片分布，面積大，延伸距離長，具備形成規(guī)模油氣藏的良好儲集條件。