準(zhǔn)噶爾盆地春光探區(qū)古近系淺水辮狀河三角洲沉積特征

樊曉伊

(1.中國石化河南油田分公司，河南 鄭州 450018；2.河南省提高石油采收率重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 南陽 473132)

0 引 言

近年來，準(zhǔn)噶爾盆地西北緣車排子凸起春光探區(qū)古近系的勘探取得了重大突破，多口井見良好的油氣顯示，并獲高產(chǎn)工業(yè)油流，油質(zhì)類型好，單井產(chǎn)量高，展示出良好的勘探潛力。然而，車排子凸起地層剝蝕嚴(yán)重，含油氣關(guān)系復(fù)雜，前人研究主要針對層序地層結(jié)構(gòu)、構(gòu)造演化、油源分析、源匯體系等[1-4]，對古近系的研究較少，主要集中在沉積砂體的識(shí)別、刻畫以及沉積相和宏觀成藏模式的研究[5-8]，目前古近系沉積體系存在爭議，存在沖積扇-扇三角洲沉積體系[6]、辮狀河-辮狀河三角洲沉積體系[7]等不同觀點(diǎn)；且前人研究以巖心、測井資料為主，沉積體邊界刻畫精度有待提高。隨著勘探的進(jìn)一步深入，雖油氣顯示活躍，但鉆探成功率較低，試油普遍見油花、低產(chǎn)油流，成藏井少。研究區(qū)地層剝蝕嚴(yán)重，井控程度低，儲(chǔ)層認(rèn)識(shí)不清，沉積體系刻畫難度大，油氣成藏復(fù)雜，有利勘探區(qū)帶尚不明了。

隨著鉆井資料的豐富、取心資料的增加和高品質(zhì)地震資料的重新采集，以微量元素分析測試資料為基礎(chǔ)，對古地形、古水體深度、古氣候環(huán)境進(jìn)行定量研究，明確研究區(qū)沉積時(shí)期的沉積環(huán)境；綜合巖心、粒度、地震資料，明確研究區(qū)發(fā)育淺水辮狀河三角洲沉積；利用地震沉積學(xué)技術(shù)方法，對地層切片進(jìn)行精細(xì)解釋，準(zhǔn)確厘定相邊界，對沉積體系平面展布及縱向演化特征進(jìn)行分析；結(jié)合成藏特點(diǎn)，明確有利勘探區(qū)，指導(dǎo)古近系巖性油氣藏下一步精細(xì)勘探開發(fā)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

準(zhǔn)噶爾盆地自晚古生代至第四紀(jì)經(jīng)歷了海西、印支、燕山和喜山運(yùn)動(dòng)的多旋回構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[2]，為多期疊合盆地，具有豐富的油氣資源。春光探區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣車排子凸起東部(圖1a)，車排子凸起形成于晚海西早期，呈楔形三角形，由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，凸起持續(xù)隆升，地層缺失嚴(yán)重(圖1b)，白堊紀(jì)后，在喜山構(gòu)造作用下，地層掀斜，整體沉降，沉積了較厚的新近系地層[7]。春光探區(qū)古近系主要分布在研究區(qū)東南部，西北部地層剝蝕，古近系地層發(fā)育不完整，存在“底超頂削”的現(xiàn)象，超覆在石炭系基底或白堊系地層之上，與上覆的新近系沙灣組地層呈削截接觸。古近系地層具有東南厚、西北薄的楔狀體特征,自下而上發(fā)育紫泥泉子組(E1)、安集海河組地層，安集海河組地層依據(jù)內(nèi)部沉積特征，進(jìn)一步劃分為3個(gè)砂組(E2—E4)。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地春光探區(qū)構(gòu)造位置及地層系統(tǒng)

2 淺水辮狀河三角洲發(fā)育背景

2.1 古構(gòu)造背景

古近紀(jì)沉積時(shí)期，車排子凸起處于前陸盆地逆沖楔頂部帶，紅車斷裂的右旋壓扭作用使得凸起南東部構(gòu)造沉降量大，北西部沉降量小，地層由南東向北西方向尖滅。整個(gè)沉積時(shí)期以緩慢沉降為主[2]，剝蝕嚴(yán)重，古近系沉積范圍小。古近系頂?shù)撞繛閰^(qū)域不整合面，選取古近系內(nèi)部穩(wěn)定地震反射層，計(jì)算沉積坡度為1.4 °左右，地勢平坦，具備淺水三角洲發(fā)育的條件。

2.2 古水體深度

水體深度是影響淺水三角洲發(fā)育的重要控制因素之一，目前主要通過古生物、自生礦物、微量元素等具有水深指示意義的標(biāo)志特征進(jìn)行分析。鈷(Co)元素含量能指示沉積速率，兩者具有很好的正相關(guān)性，因而可利用Co含量預(yù)測沉積速率，進(jìn)而定量計(jì)算古水體深度[9-10]。

此次選取樣品巖性多為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，且研究區(qū)古近系母巖類型以花崗質(zhì)類為主，母巖中Co的含量極低，古近紀(jì)沉積時(shí)期物源充沛，故生物、宇宙沉降等成因?qū)o含量影響較小，主要為陸源輸入沉積的結(jié)果，可用來計(jì)算古水深。通過計(jì)算可知，古近紀(jì)沉積期研究區(qū)內(nèi)水深在2～30 m左右，平均為20 m(表1)，整體水體較淺。

表1 準(zhǔn)噶爾盆地春光探區(qū)古近系古水深

2.3 古氣候條件

Sr、Cu等微量元素對古氣候變化敏感，Sr 元素含量與環(huán)境干旱度呈正相關(guān)關(guān)系，而Cu含量與環(huán)境濕潤度呈正相關(guān)關(guān)系[10]，因此，選取Sr與Cu之比作為古氣候判別指標(biāo)，其比值大于5.00指示干熱氣候，小于5.00則指示濕熱氣候。古近系安集海河組樣品Sr與Cu之比測試范圍為1.43～50.00，測試平均值為8.35，處于干熱氣候。該沉積期，全球處于熱氣候事件時(shí)期，氣溫高，湖盆水體蒸發(fā)作用強(qiáng)烈，和緩坡構(gòu)造共同控制淺水的發(fā)育背景。

春光探區(qū)古近系沉積時(shí)期氣候干旱，西北部的扎伊爾山物源供給充足，逐漸沉積較厚的地層，由于填平補(bǔ)齊作用，地形坡度持續(xù)變緩，且研究區(qū)水體深度較淺，具備淺水三角洲發(fā)育的條件[11]，沉積物粒度相對較粗，物源堆積形成大規(guī)模、連片朵葉狀的辮狀河三角洲。

3 淺水辮狀河三角洲的沉積特征

3.1 巖石學(xué)特征

春光探區(qū)古近系巖性以砂礫巖、含礫細(xì)砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖為主，礫徑一般為2～5 mm，最大為10 mm，沉積物粒度整體較粗。泥巖顏色以灰色為主，且水體深度在20 m左右，為淺水辮狀河三角洲前緣沉積。主要巖石類型為巖屑質(zhì)石英細(xì)砂巖、石英細(xì)砂巖，細(xì)砂巖骨架顆粒中石英含量高，平均含量為78.45%，巖屑含量次之，平均含量為14.73%，長石含量低，平均含量為6.82%；分選差—中等，磨圓主要為次棱角及次棱角—次圓狀，具有中—低成分成熟度，中等結(jié)構(gòu)成熟度。粒度概率累積曲線主要為一跳一懸夾過渡式，跳躍總體含量在70%以上，斜率約為40 °，懸浮總體含量較少，細(xì)截點(diǎn)粒度為5 Φ左右，反映牽引流水動(dòng)力條件，該類型粒度概率累積曲線主要出現(xiàn)在水下分流河道沉積中。隨著水體加深，向湖盆中心沉積，粒度概率累積曲線以兩跳一懸式、多段式為主，兩跳一懸式跳躍總體斜率高，分選好，懸浮總體含量增高。跳躍組分有2個(gè)次總體，表現(xiàn)為波浪沖刷回流作用的特點(diǎn)；多段式由斜率較低的多段粒度總體組成，反映水動(dòng)力頻繁變化的過程，整體偏懸浮搬運(yùn)，水動(dòng)力條件較弱。

3.2 發(fā)育強(qiáng)水動(dòng)力層理構(gòu)造

古近系地層層理構(gòu)造發(fā)育，主要有槽狀、楔狀、板狀交錯(cuò)層理及波狀層理、變形層理、平行層理等(圖2)，河道砂體底部多發(fā)育10～20 cm的沖刷-充填構(gòu)造，礫石局部直立，砂巖中夾雜泥礫，呈定向排列，見垮塌變形構(gòu)造，反映較強(qiáng)的水動(dòng)力特征。向湖盆中心，水動(dòng)力減弱，沉積物變細(xì)，以微波狀層理、水平層理為主，發(fā)育碳質(zhì)紋層，見蟲孔。

圖2 準(zhǔn)噶爾盆地春光探區(qū)古近系典型巖心照片

3.3 沉積微相特征

通過巖心觀察描述，建立巖石相與測井相的對應(yīng)關(guān)系，對單井相進(jìn)行分析(圖3)。春光探區(qū)古近系為緩坡背景下的淺水辮狀河三角洲沉積，以前緣亞相為主，主要發(fā)育水下分流河道、灘壩和遠(yuǎn)砂壩沉積，局部發(fā)育河口壩沉積。水下分流河道沉積巖性較粗，發(fā)育沖刷面、槽狀交錯(cuò)層理等沉積構(gòu)造，粒度較粗，向上變細(xì)，垂向上多呈正韻律疊置，測井曲線多為鐘形或箱形特征。灘壩發(fā)育在三角洲前緣，為前緣滑塌砂體，巖性較細(xì)，以細(xì)粉砂巖為主，壩亞相以漏斗形和箱形為主，灘亞相以指形和齒形為主。河口壩為中、細(xì)粒砂巖，具向上變粗的沉積序列，電測曲線呈漏斗形。遠(yuǎn)砂壩連片發(fā)育，巖性以細(xì)砂巖和粉砂巖為主，為湖浪改造后的水下分流河道砂體，砂體厚度較薄，電測曲線呈指形。

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地春光探區(qū)古近系春121井綜合柱狀圖

4 沉積相平面展布和縱向演化特征

4.1 地震沉積學(xué)分析

準(zhǔn)噶爾盆地春光探區(qū)古近系地震主頻在80 Hz左右，頻寬為10～160 Hz，地震資料品質(zhì)較高，為利用地震沉積學(xué)識(shí)別常規(guī)手段難以識(shí)別的沉積相類型及其展布、刻畫沉積相在三維空間的時(shí)空展布奠定了基礎(chǔ)[12]。

首先對地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行90 °相位轉(zhuǎn)換。建立起地震同相軸與巖性的對應(yīng)關(guān)系，使地震同相軸反映地質(zhì)信息。其次是地層切片的制作，選擇5個(gè)四級(jí)層序界面為等時(shí)標(biāo)志同相軸，根據(jù)等時(shí)標(biāo)志同相軸建立古近系層序地層模型，提取出29張均方根振幅屬性地層切片。最后進(jìn)行巖石物理關(guān)系分析。春光探區(qū)古近系埋深較淺，普遍小于1 800 m，砂巖顆粒之間點(diǎn)接觸較多，孔隙度高，密度低。因此，研究區(qū)儲(chǔ)層砂巖對應(yīng)低波阻抗，泥巖和致密砂巖對應(yīng)高波阻抗。相位轉(zhuǎn)換后，地震屬性上波谷(紅色同相軸)指示偏砂巖相，波峰(藍(lán)色同相軸)指示偏泥巖相(圖4)，便于進(jìn)行儲(chǔ)層識(shí)別和解釋。

圖4 準(zhǔn)噶爾盆地春光探區(qū)古近系相位轉(zhuǎn)換結(jié)果對比

4.2 沉積平面展布及縱向演化

4.2.1 古近系紫泥泉子組(E1)沉積相平面展布特征

紫泥泉子組沉積時(shí)期湖平面逐漸上升，地層超覆在白堊系和石炭系基底之上，研究區(qū)東部朵葉狀紅色、黃色振幅指示大規(guī)模辮狀河三角洲沉積，在辮狀河三角洲前緣遠(yuǎn)端的塊狀黃色振幅指示湖相灘壩沉積。該沉積時(shí)期，古近系地層剝蝕嚴(yán)重，僅在東南部發(fā)育多個(gè)朵葉狀辮狀河三角洲，以辮狀河三角洲前緣沉積為主，其中東北部一支規(guī)模最大，延伸距離遠(yuǎn)(圖5a、a′)。

4.2.2 古近系安集海河組(E2—E4)沉積相平面展布特征

安集海河組沉積時(shí)期為古近紀(jì)湖侵最大時(shí)期，該時(shí)期地層大量超覆在石炭系基底上，導(dǎo)致切片效果被古近系和石炭系之前不整合界面所掩蓋，從而呈現(xiàn)出極強(qiáng)的紅色振幅，但從井上和其他地區(qū)正常的發(fā)散狀紅-黃色振幅依舊可以發(fā)現(xiàn)該時(shí)期發(fā)育大規(guī)模繼承性辮狀河三角洲(圖5b、c、d)。E3時(shí)期湖平面范圍開始逐漸收縮，紅色和黃色條狀振幅指示不斷擺動(dòng)和交切的辮狀河三角洲前緣水道沉積，三角洲主體位置繼承E2時(shí)期發(fā)育，規(guī)模有所縮小。E4沉積時(shí)期湖平面進(jìn)一步下降，辮狀河三角洲繼續(xù)繼承性發(fā)育，其中東部辮狀河三角洲朵葉體向湖盆推進(jìn)較遠(yuǎn)，南部和西部辮狀河三角洲呈多期疊置分布，灘壩在三角洲前緣零星發(fā)育(圖5b′、c′、d′)。

圖5 準(zhǔn)噶爾盆地春光探區(qū)古近系均方根屬性及沉積相平面展布

4.3 沉積模式

綜合古近系各小層的砂體分布及沉積特征刻畫，參考現(xiàn)代三角洲的平面形態(tài)，總結(jié)出春光地區(qū)古近系沉積模式：古近系為辮狀河三角洲-湖泊沉積體系，發(fā)育多個(gè)大規(guī)模的、連片朵葉狀的辮狀河三角洲。古近系地層剝蝕嚴(yán)重，研究區(qū)發(fā)育辮狀河三角洲前緣沉積，水下分流河道存在多個(gè)分叉和多期遷移，灘壩在前緣前端零星發(fā)育(圖6)，沉積砂體主要為水下分流河道砂體、灘壩砂體，縱向上砂體存在多期疊置和多種疊置方式。

圖6 準(zhǔn)噶爾盆地春光探區(qū)古近系沉積模式

4.4 勘探潛力

研究區(qū)為典型的源外成藏油氣藏，古近系西南部和南部為四棵樹凹陷侏羅系油源，侏羅系溝谷向南延伸至四棵樹凹陷，侏羅系發(fā)育厚層砂巖，砂層連續(xù)性好。新近紀(jì)時(shí)期四棵樹凹陷烴源巖達(dá)到排烴高峰[13]，油氣通過侏羅系板砂、石炭系頂不整合橫向運(yùn)移至古近系，辮狀河三角洲水下分流河道砂體相互疊置形成連通砂體，形成有利油氣運(yùn)移的通道，油氣通過連通砂體向上運(yùn)移，在頂部濱淺湖泥巖遮擋下，在頂部砂體成藏，為巖性油氣藏有利發(fā)育區(qū)，尋找圈閉落實(shí)區(qū)域是關(guān)鍵。灘壩砂體較薄，圈閉落實(shí)，輸導(dǎo)條件是油氣成藏關(guān)鍵，斷層溝通區(qū)域?yàn)橛欣碧絽^(qū)。C50—C157E井區(qū)位于研究區(qū)西南部，發(fā)育改造型河道、灘壩砂體(圖5c′)，緊鄰石炭系不整合面，有斷層溝通，頂部泥巖蓋層厚度普遍大于4 m，為下步勘探有利區(qū)。

5 結(jié) 論

(1) 春光探區(qū)古近系構(gòu)造平緩，地形坡度為1.4 °左右，為緩坡構(gòu)造。古水體深度在20 m左右，水體較淺，且處于干熱氣候條件，物源供給充足，具有形成淺水三角洲的條件。

(2) 結(jié)合巖性、沉積構(gòu)造、粒度分析及地震響應(yīng)特征，認(rèn)為研究區(qū)發(fā)育淺水辮狀河三角洲前緣沉積；利用地震沉積學(xué)技術(shù)方法，精細(xì)厘定相邊界，明確沉積演化過程，平面上多個(gè)朵葉體發(fā)育，展布面積廣，縱向上向湖盆推進(jìn)。

(3) 辮狀河三角洲前緣砂體發(fā)育，疊置樣式多樣，縱向上多期遷移疊置砂體為有利油氣運(yùn)移通道，頂部濱淺湖泥巖為有利遮擋條件，易形成巖性、斷層-巖性油氣藏，為有利勘探區(qū)。