鄒妞妞 史基安 張大權(quán) 馬崇堯 張順存 魯新川

(1.甘肅省油氣資源研究重點實驗室/中國科學(xué)院油氣資源研究重點實驗室 蘭州 730000;2.中國科學(xué)院大學(xué) 北京 100049;3.新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院 新疆克拉瑪依 834000)

扇三角洲是從鄰近高地直接前積到停滯水體中的沖積扇［1-2］。自Holmes(1965)提出扇三角洲，國內(nèi)外地質(zhì)工作者對扇三角洲沉積進(jìn)行了大量的研究，認(rèn)為絕大部分的扇三角洲發(fā)育于活動大陸邊緣和島弧沉積體系，且大多是近物源，坡降大，沉積物以礫質(zhì)粗碎屑沉積為主［1-5］。隨后，石油地質(zhì)家發(fā)現(xiàn)扇三角洲沉積環(huán)境中含有豐富的生油母巖、儲層發(fā)育、構(gòu)造圈閉條件良好，油氣遠(yuǎn)景大，這使扇三角洲的研究更加炙手可熱，目前對入海三角洲的成因機理、沉積環(huán)境及內(nèi)部沉積單元的精細(xì)刻畫已形成體系，而陸相成因的入湖三角洲研究尚未完善［6］。我國大多數(shù)含油氣儲層發(fā)育于河流—三角洲沉積體系的陸相盆地，我國陸相斷陷和坳陷湖盆是扇三角洲發(fā)育的重要場所，如渤海灣盆地濟陽坳陷［7］，二連盆地白音查干凹陷北部陡坡帶［8］，蘇北盆地高郵凹陷［9］，瓊東南盆地崖南凹陷［10］，南襄盆地泌陽凹陷［11］，松遼大型淺水湖盆三角洲［12-13］等均為扇三角洲沉積體系。

準(zhǔn)噶爾盆地西北緣瑪北地區(qū)處于瑪湖凹陷有利生油氣區(qū)，由于受古構(gòu)造、古地貌、物源等地質(zhì)條件的控制，周期性的湖侵使三角洲各沉積單元相標(biāo)志明顯，本文從骨架相構(gòu)成、層理類型、垂向沉積層序、內(nèi)部相帶發(fā)育狀況及巖相模式和測井曲線規(guī)律等方面闡述了研究區(qū)三疊系百口泉組扇三角洲的沉積特征，并建立沉積相模式，以期對準(zhǔn)噶爾盆地扇三角洲沉積體系的石油勘探和開發(fā)進(jìn)行有效的預(yù)測。

1 地質(zhì)背景

準(zhǔn)噶爾盆地西北緣處于西準(zhǔn)噶爾褶皺山系與準(zhǔn)噶爾地塊之間，是一北東向的巨型逆掩斷裂帶，由西南向東北依次為紅—車、克—百、烏—夏斷裂帶(圖1)。由于晚古生代準(zhǔn)噶爾—吐魯番板塊向哈薩克斯坦板塊俯沖、消減以至碰撞，使準(zhǔn)噶爾西北緣發(fā)育碰撞隆起帶及與其相鄰的大型陸內(nèi)坳陷沉積［14-16］。前人研究認(rèn)為準(zhǔn)噶爾盆地西北緣是以石炭系為基底的大型陸內(nèi)疊合盆地，到三疊紀(jì)，盆地開始由前陸盆地向陸內(nèi)拗陷盆地過渡，盆地由斷坳陷轉(zhuǎn)向坳陷［17-18］，整個三疊系超覆于海西晚期因構(gòu)造抬升、逆沖形成的邊緣隆起上，山前沉降幅度大，沉積厚，廣泛發(fā)育沖積扇、水下扇、扇三角洲等礫質(zhì)粗碎屑沉積［19-23］。

瑪湖凹陷三疊系百口泉組(T1b)發(fā)育5大扇群，從西南到東北依次發(fā)育中拐扇、瑪湖1扇、黃羊泉扇、夏子街扇、夏鹽扇(圖1)，瑪北地區(qū)地處規(guī)模最大的夏子街扇群，與西側(cè)黃羊泉扇群和東側(cè)夏鹽扇群相鄰，扇體的發(fā)育和入盆砂體的平面展布是由規(guī)模較大且長期活動的同沉積斷裂所形成的構(gòu)造(斷裂)坡折帶控制的，百口泉組沉積期發(fā)育兩大東北向西南的面積較大、坡度較緩的坡折帶(圖2)，山口及北東向溝谷控制著扇體與主槽砂體的分布，側(cè)翼平臺區(qū)控制著扇三角洲前緣相的分布，東西向次級斷裂控制坡折帶的分布，從而控制著側(cè)翼扇朵體的分布，影響著扇體的展布和相帶的分布，使三角洲扇體具有平面上分帶，垂向上疊加，繼承性較強的特點。如位于2個坡折帶間的瑪131井、瑪15井、瑪132井、夏72井、夏7202井，均獲高產(chǎn)工業(yè)油氣流，坡折帶具有明顯的控制扇三角洲的發(fā)育及展布。

圖1 瑪北地區(qū)構(gòu)造位置及地層綜合柱狀圖(圖中虛線框為研究區(qū))Fig.1 Structural location and stratigraphic integrated histogram in Mabei region(the dotted box marks study area)

圖2 瑪北地區(qū)百口泉組古地貌三維可視化圖Fig.2 3D palaeogeomorphology visualization of Baikouquan Formation in Mabei region

2 扇三角洲沉積標(biāo)志

2.1 巖芯沉積特征

通過對瑪北地區(qū)20余口鉆井巖芯和300多張巖石薄片的觀察，結(jié)合錄井和測井資料分析可知:百口泉組(從下到上依次劃分為百一段(T1b1)、百二段(T1b2)、百三段(T1b3))巖性由砂礫巖相、砂巖相、粉砂巖相和泥巖相組成，巖性從T1b1—T1b2—T1b3由礫巖、砂礫巖、粗砂巖、細(xì)砂巖逐漸變細(xì)，顏色從褐色、棕褐色及雜色逐漸過渡到灰綠色、灰色(圖1，3)。巖石類型主要為砂礫巖、不等粒礫巖、含礫粗砂巖、砂巖為主，其中砂礫巖約占70%，故該區(qū)發(fā)育的扇體可稱“砂礫巖扇體”。礫石的分選和磨圓參差不齊，中礫與中粗礫磨圓最好，呈次圓狀至次棱角狀;細(xì)礫巖的分選相對較好，中粗礫巖分選較差，所占比例大;泥質(zhì)雜基含量變化較大，說明水動力變化較大;碎屑巖類型以巖屑砂巖為主，巖屑含量高，發(fā)育少量長石巖屑砂巖，成分成熟度較低(圖4);填隙物以泥質(zhì)和鈣質(zhì)膠結(jié)為主，膠結(jié)類型主要為壓嵌式和孔隙式膠結(jié);支撐結(jié)構(gòu)以顆粒支撐為主，常見同級顆粒支撐、多級顆粒支撐、砂質(zhì)顆粒支撐、礫石質(zhì)顆粒支撐，偶見雜基支撐，反映強水動力的洪流攜帶沉積物的快速沉積(圖3)。以上巖性特征均具明顯的扇三角洲近源快速沉積的特點［11］。

研究區(qū)沉積構(gòu)造隨巖性和水動力的不同而變化，其中礫巖和砂礫巖中發(fā)育大型槽狀、板狀交錯層理、遞變層理、底沖刷構(gòu)造，局部發(fā)育較強水動力條件下快速混雜堆積的厚層塊狀層理;含礫粗砂巖和砂巖以板狀和波狀交錯層理為主，為較穩(wěn)定的水動力環(huán)境;細(xì)粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖以波狀交錯層理和變形層理為主，并可見塊狀層理、遞變層理、平行層理和小型槽狀交錯層理;泥巖中常見塊狀層理和水平層理(圖3)。

圖3 瑪北地區(qū)百口泉組典型巖芯相特征Fig.3 Typical sedimentary feature of wells in Baikouquan Formation of Mabei region

圖4 研究區(qū)碎屑巖分類三角圖Fig.4 The clastic rock composition in the study area

2.2 粒度特征

碎屑巖的粒度是反映水動力狀況和沉積環(huán)境的標(biāo)尺，也是細(xì)致劃分沉積相的基礎(chǔ)。本文通過對百口泉組典型取芯井段的粒度概率曲線特征進(jìn)行分類總結(jié)，可知其粒度概率曲線有3種主要類型:①一段式(圖5a):說明巖石粒級分布廣，斜率小，分選差，截點不明顯，典型的強水動力條件下重力流的沉積;②三段式(圖5b，c):曲線具有跳躍、滾動和懸浮三段式，曲線斜率較大，分選性中等，具有牽引流的典型特征，為扇三角洲平原辮狀河道和扇三角洲前緣分流河道和遠(yuǎn)砂壩等的河道沉積，水動力持續(xù)穩(wěn)定;③二段式(圖5d，e，f):具明顯的河道沉積特點，以跳躍總體為主，含量約為50%～70%，粒度分布范圍大約在0.5～4 φ之間，斜率大致為 60°～65°，分選中等，跳躍和懸浮總體的截點變化較大，懸浮總體含量較少，有時可高達(dá)30%左右，沉積物在牽引流作用下主要以跳躍的方式搬運，反映了較強和中等水動力條件下的河道沉積。

2.3 測井相特征

測井曲線的形態(tài)和幅值是反映沉積環(huán)境特征的良好指標(biāo)，通過取芯井段的測井曲線特征，建立了研究區(qū)扇三角洲不同沉積微相的測井模式圖(圖6)，常見的測井曲線有高幅箱型，中、低幅齒狀箱形、高幅齒狀鐘形、漏斗形、高、中、低幅齒狀指狀、指狀、齒化線形及線形及其組合。

3 扇三角洲沉積相

3.1 扇三角洲平原

扇三角洲平原是沖積扇的陸上與水下部分，是主辮狀河道和平原分流河道的發(fā)育區(qū)，研究區(qū)扇三角洲平原具有重力流和牽引流的成因特征，發(fā)育泥石流沉積、辮狀河道充填和水下分流河道沉積等多種成因類型，根據(jù)巖性特征和成因類型將扇三角洲平原分為3個微相。

圖5 研究區(qū)扇三角洲沉積物粒度概率曲線Fig.5 Grain size cumulative probability curves of fan delta deposits in the study area

(1)扇三角洲平原水上泥石流礫巖微相

扇三角洲平原水上泥石流礫巖微相(圖3，6，7)是扇三角洲的水上部分，其結(jié)構(gòu)和構(gòu)造具有重力流和泥石流的沉積特征。其最重要的標(biāo)志是共生的礫巖、砂礫巖及泥巖多為氧化色(褐色、棕色及雜色)，發(fā)育沖刷充填構(gòu)造、板狀交錯層理及厚層塊狀構(gòu)造。砂礫巖在垂向上以塊狀韻律層疊置為特征，底部見沖刷構(gòu)造。該微相粒度較粗，沉積物無規(guī)律排列、分選性差，具有明顯的動蕩環(huán)境中能量不穩(wěn)定的重力流沉積特點。巖石雜基含量高，電性特征曲線特征為高幅箱型，沉積能量較高。

(2)扇三角洲平原辮狀河道砂礫巖微相

扇三角洲平原辮狀河道砂礫巖微相(圖3，6，7)主要是辮狀河道的沉積，由水上氧化環(huán)境的褐色、雜色砂礫巖、砂質(zhì)礫巖和礫狀砂巖所構(gòu)成。礫巖多為碎屑顆粒支撐，礫石間混合雜基充填，礫石成分復(fù)雜，大小不等，雜亂分布，分選差。發(fā)育槽狀交錯層理、塊狀構(gòu)造、遞變層理及板狀交錯層理，顯示牽引流的沉積特征。此外，辮狀河道砂礫巖中發(fā)育沖刷面，在水體能量最強處，砂礫巖的雜基被沖刷掉，形成同級顆粒支撐結(jié)構(gòu)。測井曲線為多個齒化或弱齒化的箱形的垂向疊加。

(3)扇三角洲平原河道間砂泥巖微相

扇三角洲平原河道間砂泥巖微相(圖3，6，7)是洪水溢出辮狀河道后在河道側(cè)緣沉積而成。巖性主要為褐色、棕褐色、雜色泥巖夾泥質(zhì)粉砂巖和粉砂巖，在垂向上和平面上夾于辮狀河道之間，常為黏土夾層，雜基含量多，分選中等，常見平行層理和波狀層理，有時可見洪水季節(jié)河床漫溢沉積的砂礫質(zhì)夾層。測井曲線表現(xiàn)為薄層低幅齒化箱型。

圖6 研究區(qū)扇三角洲沉積相特征及沉積序列Fig.6 Sedimentary characteristics and sequence model of fan delta in the study area

3.2 扇三角洲前緣

扇三角洲前緣是扇三角洲的主體，發(fā)育面積較大，它是沖積扇入湖后形成的水下沉積部分，主要發(fā)育水下河道、水下分流河道間和河口壩—遠(yuǎn)砂壩等沉積微相，研究區(qū)扇三角洲前緣可分為6個微相。

(1)扇三角洲前緣水下主河道礫巖微相

扇三角洲前緣水下主河道礫巖微相(圖3，6，7)是扇三角洲沉積的主體，也是砂體最發(fā)育部位，處于水下，分布范圍最大。主要為灰綠、雜色礫巖、砂礫巖和粗砂巖，分選較差、磨圓較好，呈次圓狀—次棱角，以顆粒支撐為主，厚層狀砂礫巖體中可見大型槽狀交錯層理。電阻曲線主要為齒狀鐘形+箱形的復(fù)合型。

(2)扇三角洲前緣水下河道砂礫巖微相

扇三角洲前緣水下河道砂礫巖微相(圖3，6，7)是隨著扇三角洲平原辮狀河道向湖推進(jìn)，河道變寬變淺、分叉，形成水下分流河道。沉積物主要為灰色、灰綠色含礫砂巖和砂巖，礫巖量少，以顆粒支撐為主，磨圓較好，具明顯的河道沉積特點。發(fā)育大型槽狀交錯層理，局部見礫石定向排列及小型沖刷面。電阻曲線主要為高幅齒狀鐘形或為因水道退縮呈鐘形疊在箱形之上的復(fù)合型。

(3)扇三角洲前緣水下河道間砂泥巖微相

扇三角洲前緣水下河道間砂泥巖微相(圖3，6，7)主要是灰綠色、灰色塊狀或具水平層理的砂質(zhì)、粉砂質(zhì)泥巖夾薄層或透鏡狀砂巖組成。由于水下分流河道的頻繁改道，該沉積物易被沖刷。電阻率曲線多為齒狀、指狀或齒化指狀。

(4)扇三角洲前緣水下泥石流砂礫巖微相

扇三角洲前緣水下泥石流砂礫巖微相(圖3，6，7)主要由灰色、灰綠色的礫巖、砂礫巖、砂巖、泥巖混合沉積，砂質(zhì)顆粒支撐漂浮的礫巖，雜基含量高，分選相對較差、磨圓中等，物質(zhì)混雜，水體密度大，明顯重力流的特征。測井曲線為中幅箱形+鐘形的復(fù)合型。

(5)扇三角洲前緣水下河道末端砂巖微相

扇三角洲前緣水下河道末端砂巖微相(圖3，6，7)是扇三角洲水下分流河道末端的細(xì)粒沉積，主要由灰色中粗砂巖組成，夾雜含礫砂巖，發(fā)育小型槽狀和板狀層理，分選性好，磨圓度較好，具正韻律。測井曲線為中幅鐘形+指狀。河道末端砂經(jīng)過穩(wěn)定的水動力沖刷，沉積物被充分淘洗，雜基含量低，是良好的儲集巖。

(6)扇三角洲前緣河口壩-遠(yuǎn)砂壩砂巖微相

扇三角洲前緣河口壩—遠(yuǎn)砂壩砂巖微相(圖3，6，7)是水下分流河道向湖盆的延伸。沉積物粒度變細(xì)，由灰色中細(xì)砂巖、粉砂巖和含礫細(xì)砂巖組成;巖芯可見清晰的交錯層理和板狀層理，沖刷面少見，上部常見波狀交錯層理和波狀層理。巖石雜基含量低，分選性好、磨圓度較好，在巖性剖面及電性上均表現(xiàn)為由下向上變粗的反韻律旋回。電阻率曲線為中幅齒化的漏斗型，由于研究區(qū)三疊紀(jì)沉積期西北緣為退積的沉積序列，波浪作用較弱，使該砂體在研究區(qū)較為發(fā)育，是有利的勘探目的儲集巖。

3.3 前扇三角洲

前扇三角洲是扇三角洲前緣向淺湖區(qū)或深湖區(qū)過渡的斜坡帶，它是扇三角洲體系中分布最廣、沉積最厚的地區(qū)，主要沉積灰色、深灰色粉砂巖和泥巖夾粉砂質(zhì)泥巖，研究區(qū)前扇三角洲亞相可分為2個微相(圖3，6，7):①前扇三角洲粉砂巖微相:沉積物中的沉積構(gòu)造不發(fā)育，見沙紋層理和水平層理。粉砂巖的磨圓和分選都較好，水動力較為穩(wěn)定，電阻率測井曲線為中幅齒化指狀。若扇三角洲前緣沉積速率快，可形成滑塌成因的濁積砂礫巖體包裹在前扇三角洲或深水盆地泥質(zhì)沉積中［24］。②前扇三角洲泥巖微相:位于扇三角洲的最前緣并與湖泊相過渡，由灰色泥巖夾薄層泥質(zhì)粉砂巖和細(xì)砂巖互層組成，水平層理。電阻率曲線呈指狀或齒狀。

4 扇三角洲沉積模式

沉積相模式是以相序遞變規(guī)律為基礎(chǔ)，對沉積相的演化加以高度的概括，是沉積相的空間組合，而相序的遞變規(guī)律受構(gòu)造沉降、物源供給、湖平面變化、氣候變化等多種因素綜合控制，因此研究區(qū)扇三角洲模式的建立可直觀的顯現(xiàn)沉積體系的空間演化和沉積相的平面展布規(guī)律［25-27］。

垂向上，研究區(qū)發(fā)育典型的向上變細(xì)的正旋回沉積序列(圖7):其中底部為扇三角洲平原的砂礫巖粗碎屑沉積，厚層塊狀構(gòu)造，與下伏層呈沖刷突變接觸，向上粒度逐漸變細(xì)，見透鏡狀砂體，發(fā)育板狀和槽狀交錯層理，雜色的粉細(xì)砂巖、粉砂質(zhì)泥巖多呈透鏡狀和楔狀夾層;扇三角洲前緣底部為厚層狀砂礫巖體，見大型槽狀交錯層，向上變?yōu)橹小硬顚永砗推叫袑永?，夾雜重力流沉積的灰綠色砂礫巖，粒序?qū)永眍w粒支撐，向上逐漸變?yōu)樾⌒筒蹱詈桶鍫顚永淼闹袑由皫r;前扇三角洲主要為水平層理的厚層泥巖夾粉砂質(zhì)泥巖。

平面上，百一段沉積期(圖7T1b1)，主要發(fā)育扇三角洲平原沉積，扇三角洲前緣的沉積范圍相對較小，物源主要來自研究區(qū)東北部及北部，僅在山前東北部見有沖積扇相發(fā)育，在靠近濱淺湖的區(qū)域可見到零星的河口壩發(fā)育，該時期是扇三角洲平原最為發(fā)育時段，沉積物以褐色、灰色礫巖和砂礫巖為主;百二段沉積期(圖7 T1b2)，湖水面積擴大，早期發(fā)育扇三角洲平原水上泥石流及扇三角洲前緣水下泥石流沉積，中期該區(qū)的沉積平臺不再發(fā)育，晚期主要發(fā)育扇三角洲前緣沉積，扇三角洲平原沉積范圍縮小，此時扇三角洲平原主要發(fā)育褐色、雜色和棕色礫巖及砂礫巖，扇三角洲前緣則主要發(fā)育灰色、灰綠色礫巖、砂礫巖和中粗粒砂巖，在靠近西部濱淺湖發(fā)育河口壩及水下河道末端的細(xì)砂巖和粉砂巖;百三段沉積期(圖7 T1b3)，研究區(qū)湖水范圍進(jìn)一步擴大，扇三角洲平原相沉積區(qū)也進(jìn)一步向東北方向退縮，扇三角洲前緣及濱淺湖沉積范圍擴大，扇三角洲平原亞相和扇三角洲前緣亞相的沉積巖性明顯變細(xì)，礫巖和砂礫巖不僅沉積面積減少，厚度也明顯減薄，細(xì)砂巖、粉砂巖及砂質(zhì)泥巖分布更為廣泛，沉積厚度也顯著增加。

5 結(jié)論

(1)瑪北地區(qū)三疊系百口泉組主要發(fā)育近源快速堆積的扇三角洲沉積，斷裂坡折帶控制扇體的發(fā)育和平面展布，扇三角洲按其成因可劃為3亞相和11個微相:即扇三角洲平原水上泥石流礫巖微相、辮狀河道砂礫巖微相、平原河道間砂泥巖微相;扇三角洲前緣水下主河道礫巖微相、水下河道砂礫巖微相、水下泥石流砂礫巖微相、水下河道間砂泥巖微相、水下河道末端砂巖微相、河口壩—遠(yuǎn)砂壩砂巖微相;前扇三角洲粉砂巖微相和扇三角洲泥巖微相。

(2)扇三角洲平原亞相主要由混雜礫巖和砂礫巖夾褐色、灰色、灰綠色和雜色泥巖組成，發(fā)育交錯層理和平行層理，電阻率曲線多為齒化的低幅箱狀;扇三角洲前緣亞相主要為灰、灰綠色砂礫巖和砂巖夾灰綠色泥巖，由水下分流河道、河口壩及遠(yuǎn)砂壩等組成，層理構(gòu)造發(fā)育，電阻率曲線有箱狀、漏斗—鐘形、指狀等類型，水下河道砂礫巖和河口壩及遠(yuǎn)砂壩砂巖微相是優(yōu)質(zhì)儲集巖微相;前三角洲亞相已進(jìn)入湖區(qū)，由深灰色泥巖夾紋層狀砂巖組成，電阻率曲線多為齒化指狀。

圖7 研究區(qū)扇三角洲沉積相模式圖及相層序Fig7 The sedimentary facies model and microfacies sequences of fan delta in the study area

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27 史基安，何周，丁超，等.準(zhǔn)噶爾盆地西北緣克百地區(qū)二疊系沉積特征及沉積模式［J］.沉積學(xué)報，2010，28(5):962-968.［Shi Ji＇an，He Zhou，Ding Chao，et al.Sedimentary characteristics and model of Permian system in Ke-Bai area in the north western margin of Jungar Basin［J］.Acta Sedimentologica Sinica，2010，28(5):962-968.］