二連盆地阿爾凹陷東部陡坡帶騰一下亞段重力流沉積特征

王予帆，尹天豪，丁毅，紀(jì)友亮，馬剛，楊旭

（1.中國石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測(cè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249；2.中國石油華北油田公司二連分公司，河北 任丘 062550；3.中國石化石油物探技術(shù)研究院，江蘇 南京 211103）

0 引言

近年來，深水重力流沉積砂體作為陸相湖盆最重要的沉積砂體類型之一，是當(dāng)前巖性油氣藏勘探的主要對(duì)象［1-5］，在我國二連盆地、鄂爾多斯盆地、渤海灣盆地、松遼盆地相繼發(fā)現(xiàn)了重力流沉積砂體［6-10］，隨著勘探開發(fā)的深入，其重要性逐漸增加。Shanmugam［11］建立的陡坡帶重力驅(qū)動(dòng)沉積物再搬運(yùn)沉積模式及提出的砂質(zhì)碎屑流理論，代表了目前深水重力流沉積研究的前沿，此外也有學(xué)者提出了異重流、混合流、超臨界濁流的概念［12］。隨著勘探研究的不斷深入，我國陸相湖盆重力流沉積的相關(guān)研究也取得了長足的進(jìn)步，在有利儲(chǔ)層預(yù)測(cè)、優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育機(jī)制探討、非常規(guī)油氣與資源分布預(yù)測(cè)方面展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景。

二連盆地阿爾凹陷是我國內(nèi)蒙古境內(nèi)油氣資源豐富的重要含油氣凹陷［13］。阿爾凹陷早期勘探一直以構(gòu)造油藏為主，但近年來巖性油氣藏越來越受到重視。不過，前人關(guān)于阿爾凹陷下白堊統(tǒng)騰格爾組一段的沉積物成因、類型及模式眾說紛紜。樊仲［14］認(rèn)為，研究區(qū)騰格爾組一段砂體以牽引流的扇三角洲沉積為主；榮磊［15］雖認(rèn)為研究區(qū)以重力流沉積湖底扇砂體為主，但僅從巖相類型進(jìn)行了簡(jiǎn)單區(qū)分，沒有深入分析研究區(qū)重力流成因類型。因此本文根據(jù)取心井巖心觀察、測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)分析、地震相分析及重點(diǎn)井的分析化驗(yàn)數(shù)據(jù)，研究了阿爾凹陷下白堊統(tǒng)重力流成因類型，區(qū)分了不同區(qū)域不同地層的沉積特征，建立了沉積體系和相模式，進(jìn)而豐富、完善重力流相關(guān)理論，以期為陸相斷陷盆地重力流沉積研究提供參考。

1 地質(zhì)背景

阿爾凹陷位于二連盆地巴音寶力格地區(qū)的東北部，在我國和蒙古國境內(nèi)均有分布。阿爾凹陷的南部與巴音都蘭凹陷的北洼槽接壤，東部與烏里雅斯太凹陷相鄰，北部和蒙古國的塔木察格凹陷為鄰。根據(jù)阿爾凹陷自身構(gòu)造的特點(diǎn)，自東向西共分為4條構(gòu)造帶，分別為東部陡坡帶、背斜構(gòu)造帶、中部凹槽帶、西部斜坡帶（見圖1）。

圖1 阿爾凹陷區(qū)域位置構(gòu)造

阿爾凹陷早、中期湖盆均發(fā)育，在下白堊統(tǒng)沉積了厚層的湖相碎屑巖，凹陷內(nèi)地層發(fā)育齊全，自下而上發(fā)育了古生界基底地層、阿爾善組、騰格爾組一段（簡(jiǎn)稱騰一段）、騰格爾組二段和賽漢塔拉組。

騰一段可分為騰一上亞段和騰一下亞段。其中騰一下亞段以灰色砂礫巖夾暗色泥巖為主，頂部和底部均為暗色湖相泥巖，含油氣資源豐富，為本次研究的目的層段。

2 重力流成因類型

巖性特征和相標(biāo)志特征的綜合判定是重力流沉積識(shí)別的關(guān)鍵。阿爾凹陷騰一段暗色泥巖發(fā)育，指示半深湖—深湖沉積環(huán)境，根據(jù)現(xiàn)在通用的沉積過程-流變學(xué)劃分方案，將研究區(qū)下白堊統(tǒng)騰一下亞段重力流沉積劃分為滑塌、濁流、顆粒流、砂質(zhì)碎屑流4種類型［16-20］。

2.1 滑塌

滑塌巖是早期沉積物受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)滑動(dòng)或崩落掉進(jìn)異地沉積物中的重力流沉積物，研究區(qū)滑塌巖在陡坡帶的底部分布較多，主要為砂礫巖、中—細(xì)砂巖及少量粉砂質(zhì)泥巖。

滑塌巖的形成機(jī)理導(dǎo)致其常發(fā)育明顯的同沉積變形，例如明顯的滑塌變形和包卷層理構(gòu)造（見圖2a，2b），在阿爾3區(qū)塊內(nèi)多見砂質(zhì)褶皺、球枕構(gòu)造（見圖2c，2d）和砂巖滑動(dòng)面（見圖2c）。由此可見，滑塌巖在研究區(qū)內(nèi)分布廣泛，且特征較為明顯。

圖2 研究區(qū)騰一下亞段滑塌巖、濁流沉積特征

2.2 濁流

濁流是具有牛頓流體性質(zhì)的渾濁流，水、泥、砂近于均勻混合，顆粒被湍流支撐且懸浮沉降。濁積巖的可靠標(biāo)志是正遞變層理，且常有不同段數(shù)的鮑馬層序，反映濁流懸浮搬運(yùn)和遞變沉積的特點(diǎn)。

阿爾凹陷內(nèi)濁流沉積廣泛分布，大量的重力流砂體在從東部陡坡帶進(jìn)入沉積中心的過程中轉(zhuǎn)化為濁流，騰一下亞段發(fā)育的濁積巖主要為砂礫巖、粗砂巖、中砂巖，正遞變層理發(fā)育明顯。研究區(qū)內(nèi)濁流期次多，呈多期疊置，遞變層理上部可見平行層理、交錯(cuò)層理、水平層理等，推測(cè)為濁流中小質(zhì)量的沉積顆粒物被流體稀釋，局部轉(zhuǎn)變?yōu)闋恳餍纬?，可見不完整的鮑馬序列ABCD，AAB，AC段等（見圖2e，2f）。

以AER3-209井和AER3-236井為例，對(duì)研究區(qū)內(nèi)濁流成因砂巖進(jìn)行粒度分析（見圖3）。結(jié)果表明，此處鉆遇的濁積巖砂體分選性和磨圓度一般，粒度概率累積曲線為1條斜率不大的直線或向上稍微凸起的弧線。這說明研究區(qū)濁流沉積僅有1個(gè)遞變懸浮次總體，粒度分布較廣，分選性較差。

圖3 研究區(qū)騰一下亞段濁流成因砂巖粒度概率累積曲線

2.3 顆粒流

顆粒流是依靠顆粒直接碰撞支撐的塊體或流體流，且在重力的影響下沿斜坡面進(jìn)行搬運(yùn)和沉積。顆粒流的粒間基質(zhì)含量很少，主要由砂礫成分構(gòu)成，具有塊狀層理和突變的頂?shù)捉缑妫ㄒ妶D4a，4b），底部可見沖刷、注入構(gòu)造（見圖4c）；同時(shí)，部分位置發(fā)育反向遞變層理（見圖4d，4e），缺少牽引流沉積構(gòu)造，這是由于篩選機(jī)理作用，小顆粒在大顆粒中下沉，逐漸表現(xiàn)為大顆粒的上升，而且顆粒碰撞產(chǎn)生的分散應(yīng)力可使礫石分散懸浮在砂級(jí)顆粒中。

2.4 砂質(zhì)碎屑流

從流變學(xué)特征分析，砂質(zhì)碎屑流屬于一種賓漢型塑性流體，介于顆粒流與濁流之間。阿爾凹陷下白堊統(tǒng)騰一下亞段可見大片砂質(zhì)碎屑流沉積物，巖性特征為塊狀粗砂巖、中砂巖。從巖心上觀察具有以下特征：1）厚層塊狀砂巖多疊置發(fā)育（見圖4f），其中塊狀砂巖底部可見沖刷面；2）塊狀砂巖內(nèi)部可見形狀各異的泥巖撕裂屑，且均為內(nèi)源泥巖碎屑，與四周的暗色泥巖顏色相同，其成因?yàn)樯百|(zhì)流體侵蝕下伏湖相泥巖而成，多呈條帶狀或團(tuán)塊狀漂浮在砂巖中（見圖4g）；3）巖心上也可見砂質(zhì)碎屑流與顆粒流伴生，推測(cè)為該地區(qū)構(gòu)造抬升導(dǎo)致陡坡帶坡度變化，斜坡角較大時(shí)更可能發(fā)育顆粒流沉積（見圖4h）。

圖4 研究區(qū)騰一下亞段顆粒流、砂質(zhì)碎屑流沉積特征

砂質(zhì)碎屑流大都為高密度流，較重的組分沉積完成后馬上發(fā)生埋藏，沉積速率快，且基本不含滾動(dòng)顆粒。AER3-209井、AER3-236井鉆遇的砂體有共同的物源，且為同時(shí)期沉積，在C-M圖上數(shù)據(jù)點(diǎn)基本平行于C=M線分布，反映典型的濁積巖特征，隨著水流強(qiáng)度的增強(qiáng)，C和M值增大，體現(xiàn)了遞變懸浮的特點(diǎn)（見圖5）。其中，C為粒度分布累積曲線上累計(jì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的顆粒粒徑，M為粒徑中值。

圖5 研究區(qū)騰一下亞段砂質(zhì)碎屑流成因砂巖C-M圖

3 重力流沉積體系

阿爾凹陷內(nèi)的重力流沉積形成了多種不同的沉積類型和組合，其中既有單次重力流在其發(fā)育的不同階段形成的，也有多期重力流疊置形成的，而多期疊置形成的重力流沉積物占多數(shù)。為了研究該區(qū)內(nèi)沉積物的組合特征及形成模式，本文運(yùn)用沉積微相識(shí)別和相模式建立的方法。

根據(jù)研究區(qū)物源供給及陡坡帶的具體情況，湖底扇模式更適用于該區(qū)重力流沉積的劃分。結(jié)合巖心觀察（見圖6）及測(cè)井相分析，將研究區(qū)重力流沉積類型分為近岸水下扇和滑塌濁積扇2類。

3.1 近岸水下扇

阿爾凹陷東部陡坡帶坡度較大，近岸水下扇扇體向湖盆中央延伸的距離遠(yuǎn)，扇體長軸方向延伸最遠(yuǎn)可達(dá)8 km，體現(xiàn)該扇體是長期發(fā)育形成的，下文對(duì)其3個(gè)亞相分別論述。

3.1.1 內(nèi)扇

內(nèi)扇亞相主要分為主水道、主水道側(cè)緣2個(gè)微相（見圖6a，6b）。主水道微相發(fā)育顆粒流沉積的厚層砂礫巖和砂質(zhì)碎屑流沉積的塊狀砂巖，在巖心上可觀察到湖相泥巖夾厚層塊狀砂礫巖，在砂礫巖底部多見沖刷面。主水道側(cè)緣微相發(fā)育中薄層砂質(zhì)碎屑流成因的砂礫巖，多與主水道砂體伴生。

3.1.2 中扇

中扇亞相包括分支水道、分支水道側(cè)緣、水道間3個(gè)微相（見圖6a—6d）。分支水道主要發(fā)育中厚層塊狀中砂巖和細(xì)砂巖，分選性差，局部可見不規(guī)則泥巖撕裂屑，排列雜亂，巖心序列上可見塊狀砂礫巖多期疊置。分支水道側(cè)緣微相是砂質(zhì)碎屑物漫溢出水道形成的溢岸沉積，主要由砂質(zhì)碎屑流、濁流等沉積形成，多為塊狀中砂巖、細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖等與泥巖互層，巖性較分支水道更細(xì)。水道間微相在重力流沉積的末期或2期重力流沉積的間隙期發(fā)育，巖性為湖相泥巖夾薄層砂。

3.1.3 外扇

外扇亞相包含外扇砂和湖泥2個(gè)微相，平面上展布較廣（見圖6c）。外扇砂體巖性以粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖及泥質(zhì)粉砂巖居多，與湖泥呈薄互層，可見透鏡狀層理及D，E段的鮑馬序列等，湖泥即為湖相沉積的暗色泥巖。

3.2 滑塌濁積扇

滑塌濁積扇平面上由滑塌巖、碎屑流舌狀體、濁積體組成（見圖6b，6c），其重要的巖心識(shí)別特征為不發(fā)育沖刷面，與下伏泥巖在巖性上發(fā)生突變，且具有來自早期沉積的扇三角洲的殘留識(shí)別標(biāo)志。研究區(qū)內(nèi)滑塌濁積扇的泥質(zhì)含量多，成分復(fù)雜，粒度上整體偏細(xì)，多發(fā)育塊狀細(xì)砂巖、中砂巖等，但也可見部分早期沉積物整體滑塌異地埋藏形成的砂礫巖體。

4 沉積相展布及沉積模式

4.1 重力流沉積平面展布

阿爾凹陷在騰一下亞段沉積時(shí)期共有2個(gè)方向的物源，其中東部為主要物源方向，南部為次要物源方向。因?yàn)槲镌淳嚯x遠(yuǎn)近和坡折帶坡度的不同，主要是東部陡坡帶發(fā)育湖底扇。

騰一下亞段時(shí)期為斷陷湖盆發(fā)育的全盛時(shí)期，主要發(fā)育湖底扇及半深湖—深湖沉積體系。現(xiàn)以1，4小層為例，詳細(xì)說明沉積微相及砂體平面展布特征。研究區(qū)東部的分支水道自東南向西北方向流去，河道之間相互獨(dú)立，很少發(fā)生交叉現(xiàn)象；各小層具有多條主河道，外扇砂體在平面延伸范圍較廣，從4小層到1小層的朵葉砂體面積不斷增大，物源供給充足，體現(xiàn)了騰一下亞段沉積過程中湖底扇進(jìn)積的過程（見圖7）。

圖7 研究區(qū)騰一下亞段沉積微相

對(duì)阿爾3區(qū)塊騰一下亞段的6個(gè)主力小層進(jìn)行砂體厚度和沉積微相精細(xì)解剖。分析得出：砂巖單層整體上厚度較大，一般在8～12 m，砂體在剖面上延伸較遠(yuǎn)，各小層的物源整體上具有很好的繼承性，以東部物源為主；砂體以分支水道、分支水道側(cè)緣沉積為主，局部可見滑塌濁積扇沉積（見圖8）。

圖8 研究區(qū)平行物源方向（Line 1）近岸水下扇地震反射特征及連井剖面展布特征

湖底扇的形成需要滿足特定的地質(zhì)條件，即合適的古地貌特征、充足的物源供給以及適當(dāng)?shù)耐饨缬|發(fā)機(jī)制。

綜上所述，通過對(duì)阿爾凹陷東部陡坡帶砂體剖面和平面展布研究，可以發(fā)現(xiàn)研究區(qū)內(nèi)湖底扇可分為近岸水下扇和滑塌濁積扇2類，近岸水下扇主要是持續(xù)性水流供給成因，整體富砂貧泥，主水道和分支水道界線清晰。

4.2 湖底扇發(fā)育控制因素

4.2.1 古地貌

通過古地貌恢復(fù)可以對(duì)研究區(qū)目的層段沉積時(shí)期的古地貌特征有直觀的認(rèn)識(shí)。阿爾凹陷東部陡坡帶騰一下亞段沉積時(shí)期古地貌由邊界鏟式斷層控制，由于斷層導(dǎo)致的高梯度地貌特征，研究區(qū)內(nèi)早期沉積的扇三角洲前緣砂向湖盆滑動(dòng)沉積而形成湖底扇。

4.2.2 物源供給

東部陡坡帶充足的物源供給為阿爾凹陷騰一下亞段湖底扇的形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。筆者認(rèn)為阿爾凹陷騰格爾組沉積初期，東部陡坡帶發(fā)生明顯的構(gòu)造抬升，受此影響，東部陡坡帶遭受強(qiáng)烈剝蝕，先前形成的扇三角洲前緣沉積物被剝蝕，大量碎屑沉積物不斷脫落堆積；隨著構(gòu)造活動(dòng)減弱，騰格爾組沉積中后期研究區(qū)又處于水下環(huán)境接受沉積，源源不斷的水流攜帶大量沉積物入湖，當(dāng)不斷增加的沉積物突破臨界角或受到火山噴發(fā)、地震等外界偶發(fā)因素觸發(fā)時(shí)，沉積物會(huì)向前滑動(dòng)、崩塌形成湖底扇。

4.2.3 外界觸發(fā)機(jī)制

研究區(qū)騰格爾組晚期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍，結(jié)合阿爾凹陷東部陡坡帶構(gòu)造活動(dòng)特征分析，可以推測(cè)阿爾凹陷下白堊統(tǒng)騰一下亞段沉積時(shí)期，伴隨著湖盆的總體沉降，東部陡坡帶不斷隆升，且邊界斷層帶的活動(dòng)愈加頻繁，構(gòu)造活動(dòng)活躍可能導(dǎo)致火山噴發(fā)或地震。同時(shí)，騰格爾組晚期廣域開闊的湖盆也會(huì)產(chǎn)生季節(jié)性風(fēng)暴，這些因素為研究區(qū)湖底扇的形成提供了觸發(fā)機(jī)制。

4.3 湖底扇沉積模式

在上文分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合前人研究成果，綜合斷陷湖盆重力流沉積特點(diǎn)及空間分布特征［21-23］，建立了阿爾凹陷東部陡坡帶騰一下亞段重力流沉積模式（見圖9）：1）研究區(qū)重力流沉積可分為近岸水下扇和滑塌濁積扇2類，近岸水下扇主要是持續(xù)性水流供給成因，且根據(jù)形態(tài)不同可分為朵葉型和水道型2類。2）近岸水下扇砂體從三角洲前緣與陡坡帶的結(jié)合部開始向湖盆中心延伸。其中內(nèi)扇主水道為物源運(yùn)移的主要通道，故多發(fā)育厚層砂體，且以顆粒流和砂質(zhì)碎屑流為主。主水道因水動(dòng)力條件減弱因而發(fā)生分叉形成分支水道，且多期分支水道由于季節(jié)性洪水導(dǎo)致河道擺動(dòng)，水道疊置易發(fā)。3）滑塌濁積扇沉積起始于陡坡帶，淺水區(qū)早期沉積物發(fā)生垮塌，向陡坡帶下方深湖方向運(yùn)移，滑塌濁積扇中常含有早期沉積物的沉積特征和泥質(zhì)條帶。4）湖盆陡坡帶發(fā)育重力流沉積，受坡度與物源的共同控制，在阿爾善組時(shí)期，整個(gè)阿爾凹陷處在湖平面以下接受沉積，由于湖盆東部供源相對(duì)充足，扇三角洲發(fā)育明顯，此時(shí)在扇三角洲前方有小規(guī)模的近岸水下扇開始形成（見圖9a），在騰一下亞段沉積初期，由于構(gòu)造抬升作用導(dǎo)致此前沉積的扇三角洲砂體露出水面接受剝蝕，同時(shí)在強(qiáng)烈的構(gòu)造地質(zhì)運(yùn)動(dòng)的作用下，大量砂體向下滑落，在前方的深水區(qū)形成近岸水下扇（見圖9b）。

圖9 阿爾凹陷東部陡坡帶騰一下亞段沉積模式

5 結(jié)論

1）研究區(qū)內(nèi)湖底扇共包含4種重力流沉積類型，分別為滑塌、砂質(zhì)碎屑流、顆粒流、濁流。其中，砂質(zhì)碎屑流沉積和顆粒流沉積為研究區(qū)湖底扇的主要沉積類型，尤其是在靠近東部主要物源的區(qū)域，滑塌沉積多發(fā)育于坡折帶附近，濁流沉積大部分位于湖底扇前部。

2）影響研究區(qū)湖底扇形成的主要因素有古地貌、物源供給、外界觸發(fā)機(jī)制3種。下白堊統(tǒng)騰一下亞段沉積初期，阿爾凹陷東部陡坡帶由于構(gòu)造隆升浮出水面遭受剝蝕，大量沉積物在持續(xù)性水流作用下入湖形成近岸水下扇。此外，騰一下亞段沉積時(shí)期構(gòu)造活躍，可能導(dǎo)致地震、火山噴發(fā)等，觸發(fā)早期扇三角洲沉積物滑塌崩落，經(jīng)邊界斷層帶搬運(yùn)到湖中形成滑塌濁積扇。

3）重力流沉積體類型受不同的物源供給、地形坡度以及觸發(fā)機(jī)制控制。研究區(qū)內(nèi)湖底扇按照平面展布形態(tài)及成因可分為近岸水下扇和滑塌濁積扇2種相類型。近岸水下扇主要是持續(xù)性水流供給成因，整體富砂貧泥，主水道和分支水道界線清晰，且從坡折帶向沉積中心方向延伸，滑塌濁積扇是陡坡帶堆積的早期沉積物超過臨界角失穩(wěn)垮塌形成的，淺水物源供給很少，重力流水道不發(fā)育。

4）阿爾凹陷重力流沉積在平面上由東部陡坡帶向湖盆中心形成由早期扇三角洲沉積到近岸水下扇、滑塌濁積扇的沉積演化序列。研究區(qū)內(nèi)存在多期重力流成因的湖底扇所形成的多套生儲(chǔ)蓋組合，其中主水道、分支水道、水道側(cè)緣砂體及滑塌濁積扇的碎屑流舌狀體等都是有利的油氣藏勘探目標(biāo)。