王 進，于興河，仲玉芳，周 明，楊新濤

(1.河北省煤田地質(zhì)局新能源地質(zhì)隊，河北 邢臺 054000；2.中國地質(zhì)大學(北京) 能源學院，北京 100083；3.中國石油新疆油田分公司 第一采油廠，新疆 克拉瑪依 834000)

0 引 言

紅山嘴地區(qū)是準噶爾盆地西北緣重要的富油區(qū)帶之一，經(jīng)過50多年的勘探，在石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系及白堊系地層中已發(fā)現(xiàn)不同規(guī)模的油氣藏[1-2]?？讼陆M作為紅山嘴地區(qū)的主力儲層之一，具有粒度粗、沉積構(gòu)造多樣、單期砂體厚度小及砂泥頻繁互層的特點。

前人研究多以準噶爾盆地西北緣三疊系為整體進行，認為西北緣三疊系主要發(fā)育沖積扇、辮狀河、辮狀河三角洲、湖泊沉積體系[3-5]。針對紅山嘴地區(qū)克下組沉積特征開展的研究相對較少。程亮等認為紅山嘴克拉瑪依組沉積時期，主要發(fā)育辮狀河沉積體系，局部地區(qū)的部分層段發(fā)育沖積扇[6]。王雅寧等認為紅車地區(qū)克下組廣泛發(fā)育辮狀河流沉積，局部發(fā)育沖積扇和辮狀河三角洲沉積[7]。高陽等認為克下組時期紅山嘴整體處于辮狀河三角洲上平原沉積環(huán)境[8]?？傮w上，前人多認為克下組以辮狀河沉積為主，但存在研究粗泛的問題，研究過程中多以整個克拉瑪依組為研究對象，忽略了克上組與克下組在巖性特征、沉積構(gòu)造及砂體發(fā)育特征上存在較大差異。特別是缺少針對克下組沉積作用、巖相與垂向序列及沉積模式方面的研究。

筆者在前人研究成果的基礎上，以巖心精細觀察描述為基礎，綜合測井錄井、粒度等資料，進一步明確了紅山嘴地區(qū)克下組辮狀河沉積特征與沉積模式，以期為該地區(qū)油氣儲層研究提供借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

紅山嘴地區(qū)位于準噶爾盆地西北緣紅—車斷裂帶的北段(圖1(a))，在區(qū)域構(gòu)造上屬于準噶爾盆地西部隆起構(gòu)造單元，北接克烏斷裂帶，東、西兩側(cè)分別為中拐凸起與車排子凸起，西北為扎伊爾山，東南為沙灣凹陷[1,2,9]。海西及印支運動時期，研究區(qū)受北西—南東方向的擠壓作用，自基底發(fā)育多期逆斷裂[10]。晚石炭世—二疊紀，在向東部強烈擠壓作用下車排子凸起開始隆升[11-13]，研究區(qū)演變?yōu)楸蔽骱湍衔鞯匦屋^高、東部地勢較低的古地貌，地形高差相對較大(圖1(b))。

圖1 研究區(qū)區(qū)域位置、古地貌與三疊系綜合柱狀圖Fig.1 Location and regional paleogeomorphology of the study area and Triassic stratigraphic column

早三疊世，紅山嘴地區(qū)處于抬升狀態(tài)，無百口泉組沉積。至中三疊世，克拉瑪依組(T2k)開始沉積，直接發(fā)育于石炭系不整合面之上。上三疊統(tǒng)的白堿灘組為一套區(qū)域性的湖相深灰色泥巖沉積?？死斠澜M可劃分為克下組和克上組，克下組(T2k1)屬于克拉瑪依組的下部地層，整體表現(xiàn)為砂泥巖互層，厚度在69～210 m之間，平均為134 m。

2 沉積學特征

2.1 巖礦特征

研究區(qū)內(nèi)克下組巖性復雜多樣，礫巖、砂巖、粉砂巖及泥巖均有發(fā)育。儲層以含中礫細礫巖、細礫巖、含礫粗砂巖及中粗砂巖等粗粒碎屑巖為主(圖2)，反映克下組沉積時整體水動力條件較強。砂礫巖體單層厚度一般不超過10 m，主要分布在3～8 m之間，表明了沉積時水動力條件穩(wěn)定性差，具有間歇性活動的特征。

圖2 研究區(qū)克下組儲層巖石類型Fig.2 Reservoir rock types of the Lower Karamay Formation

中礫巖礫石最大粒徑可達50 mm，分選較差，磨圓中等—較好，基質(zhì)含量高，多級顆粒支撐與雜基支撐為主，鈣質(zhì)膠結(jié)，塊狀層理為主，弱正粒序，下部常發(fā)育沖刷面，上部礫石定向排列，指示洪泛期強水動力的洪流快速沉積，向牽引流沉積逐漸過渡。

砂巖主要為長石質(zhì)巖屑砂巖、巖屑砂巖和巖屑質(zhì)長石砂巖。砂巖中石英含量中等，平均體積分數(shù)為32.1%，而長石和巖屑等不穩(wěn)定組分含量高(圖3)。巖石成分成熟度指數(shù)[Q/(F+R)]介于0.01～1.66之間，平均為0.37。砂質(zhì)碎屑顆粒磨圓較差，以次棱角狀與次圓狀為主，分選差—中等，成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度偏低，反映了研究區(qū)內(nèi)克下組具有近源快速沉積的特征。

圖3 研究區(qū)克下組儲層碎屑巖三角圖 Fig.3 Ternary diagram for the detrital composition of the Lower Karamay Formation

2.2 粒度特征

對研究區(qū)內(nèi)克下組取心段大量的粒度資料進行分析，識別出3種典型的粒度概率曲線類型(圖4)，具有粒度粗、粒徑分布區(qū)間廣的特點。

圖4 克下組典型粒度累積概率曲線Fig.4 Grain-size probability plot of the Lower Karamay Formation

Ⅰ類，一段式。粒徑主要集中在-5～1Φ之間，粒度粗，各個次總體發(fā)育不明顯，分選較差，表明沉積時水動力條件強且不穩(wěn)定，沉積物快速卸載堆積，指示洪泛期的洪流成因。

Ⅱ類，兩段式。發(fā)育明顯的跳躍總體和懸浮總體，粒度直方圖上呈雙峰態(tài)，跳躍總體斜率在60°左右，分選相對較好，懸浮總體分選較差，S截點大致位于-1Φ處，主要發(fā)育于細礫巖和含礫粗砂巖中，指示典型的強水動力河道沉積。

Ⅲ類，三段式。滾動、跳躍、懸浮總體均發(fā)育，粒度直方圖呈單峰態(tài)。整體以跳躍搬運方式為主，跳躍總體含量在75%左右，跳躍段與懸浮段的交截點在2Φ處，分選較好，主要發(fā)育于中粗砂巖中，為河道內(nèi)較穩(wěn)定牽引流沉積。

2.3 沉積構(gòu)造

沉積構(gòu)造的識別是判定搬運介質(zhì)、搬運方式以及沉積時水動力強弱的重要方法。紅山嘴地區(qū)克下組發(fā)育反映強水動力條件的典型沉積構(gòu)造(圖5)。

圖5 克下組典型沉積現(xiàn)象Fig.5 Typical sedimentary features of the Lower Karamay Formation(a)中礫巖，雜積支撐，分選極差，塊狀構(gòu)造(紅75井，1 351.8 m)；(b)細礫巖，大型交錯層理(紅82井，1 296.6 m)；(c)細礫巖，板狀交錯層理(紅23井，1 303.2 m)；(d)含礫粗砂巖，槽狀交錯層理(紅68井，1 788.7 m)；(e)含礫粗砂巖，板狀交錯層理(紅091井，1 674.5 m)；(f)含礫粗砂巖，槽狀交錯層理→平行層理(紅018井，2 333.4 m)；(g)沖刷面，見灰白色泥礫(紅75井，1 420.1 m)；(h)含礫粗砂巖，槽狀交錯層理，灰白色泥礫沿層系面分布(紅023井，1 374.4 m)；(i)滯留礫石→粗砂巖(紅75井，1 423.0 m)；(j)紅褐色→灰綠色泥巖突變面(紅023井，1 344.3 m)；(k)花斑泥巖(紅68井，1 874.3 m)；(l)干裂構(gòu)造(紅68井，1 789.3 m)；(m)炭化植物莖干碎片與炭屑(紅091井，1 699.7 m)；(n)植物根系(紅067井，1 796.4 m)； (o)生物蟲孔(紅57井，1 907.9 m)

塊狀層理主要發(fā)育在中礫巖、不等粒砂巖及粉砂質(zhì)泥巖中，分選差，反映物源充足、快速堆積的沉積過程(圖5(a))。槽狀交錯層理多見于含礫粗砂巖和粗砂巖中，相對較粗的碎屑顆粒沿層面分布，指示河道頻繁側(cè)向擺動及下切作用，反映沉積時的水動力條件較強(圖5(d))。板狀交錯層理常見于細礫巖、含礫粗砂巖和中粗砂巖中，順流加積和側(cè)向加積形成(圖5(c)、 (e))。平行層理相對少見，主要發(fā)育于中粗砂巖中，反映了水體較淺、流速較大的沉積環(huán)境特征(圖5(f))。

沖刷面在本區(qū)廣泛發(fā)育。代表著不同程度的侵蝕間斷面。沖刷面之下為粉砂巖、泥巖等細粒沉積物，沖刷面之上突變?yōu)樯暗[巖，在底部發(fā)育滯留礫石，上部可見大量灰白色泥礫沿層理面分布(圖5(g)、 (h)、 (i))。

2.4 古氣候指示

早—晚三疊世，盆地西北緣由干旱炎熱的亞熱帶氣候逐漸轉(zhuǎn)為潮濕溫暖適宜植被生長的溫帶氣候[5，14-16]?？讼陆M泥巖顏色多為紅褐色和雜色，泥巖中可見干裂構(gòu)造(圖5(l))，形成多邊形、網(wǎng)狀龜裂紋，指示泥質(zhì)沉積物陸上暴露特點，為季節(jié)性干旱氣候的標志。在克下組中上部紅褐色泥巖或灰色泥巖中偶見植物根系、蟲孔及炭化植物莖干碎片(圖5(m)、 (n)、 (o))，反映了植被逐漸發(fā)育，克下組沉積時古氣候由干旱向半干旱的轉(zhuǎn)變。

3 沉積微相劃分

3.1 巖相劃分

通過研究區(qū)內(nèi)巖心的觀察描述，在克下組中識別出8種典型的巖相(表1)。

表1 研究區(qū)克下組巖相類型

3.2 巖相組合與沉積微相

巖相組合通常是一次沉積事件或一定環(huán)境連續(xù)演變的產(chǎn)物，不同的巖相組合可指示不同微相的沉積過程[17]。筆者在研究區(qū)克下組識別出三種不同的巖相組合，指示不同的沉積微相(圖6)。

圖6 研究區(qū)克下組典型巖相組合Fig.6 Typical lithofacies associations of the Lower Karamay Formation in the study area

3.2.1 類型Ⅰ(Gm?St→Sh→Sm→Fm)

洪泛初期,在強水動力的洪積作用下，序列底部沉積塊狀礫巖相(Gm)，與下部相對較細粒沉積物沖刷面接觸，隨著水動力條件逐漸穩(wěn)定，河道下切擺動，向上發(fā)育大型槽狀交錯層理砂巖相(St)。隨著水體變淺和床砂底形變得相對平坦，可發(fā)育平行層理砂巖相(Sh)。在下一次洪泛期，水動力再次增強，可對早期河道沉積物形成沖刷。巖相組合內(nèi)部，基本無細粒沉積或細粒沉積相對較少，以泥礫形式保存。此類巖相組合垂向上呈正粒序，沉積作用主要為垂向和側(cè)向加積，對應強水動力、沖刷頻繁的辮狀河道沉積。

3.2.2 類型Ⅱ(Gp→Sp→Fm?M?Gp、Sp)

在此序列中，以板狀交錯層理礫巖相(Gp)、砂巖相(Sp)為主體，分選和物性相對較好。底部可發(fā)育塊狀礫巖相(Gm)，在水動力相對減弱和更加趨于穩(wěn)定的過程中，隨著河道不斷被沉積物充填，床砂底形變得平坦，細礫或砂質(zhì)碎屑顆粒在相對平坦的床砂底形上不斷向前推進沉積，發(fā)育板狀交錯層理礫巖相(Gp)和砂巖相(Sp)。垂向上呈正粒序或弱反粒序，為水動力相對穩(wěn)定條件下垂向加積和順流加積作用的產(chǎn)物，指示心灘沉積。序列頂部可見細粒的“落淤層”，多為塊狀粉砂巖相(Fm)或泥巖相(M)。

3.2.3 類型Ⅲ(M?Fm?Sm?M)

此類組合在垂向上以泛濫平原中沉積的厚層細粒泥巖夾薄層漫溢砂巖為特征。洪泛期河道水動力增強，水體漫過河床，在河道間沉積物快速卸載，形成塊狀砂巖相(Sm)。泛濫平原沉積泥巖顏色多變，多為紅褐色，泥質(zhì)多不純，常含砂質(zhì)或粉砂質(zhì)碎屑顆粒，呈塊狀。

3.3 測井曲線特征

研究區(qū)克下組測井曲線最常見箱形、鐘形、漏斗形、指形4種基本測井曲線形態(tài)(圖7)。中-高幅鐘形測井曲線對應正粒序辮狀河道沉積，反映河道內(nèi)水動力條件逐漸衰減的過程，指示河道成因的正粒序沉積。上部高幅箱形或漏斗形曲線對應心灘沉積的砂礫巖體。

圖7 克下組沉積微相測井的響應特征Fig.7 Microfacies log response of the Lower Karamay Formation(a)辮狀河道和心灘(紅081井)；(b)辮狀河道和心灘(紅71井)；(c)泛濫平原和漫溢砂(紅015井)

指形曲線幅度較低，指示沉積時水動力在短時間內(nèi)較高，但不穩(wěn)定，對應河道間的漫溢沉積。間洪期，研究區(qū)內(nèi)主要發(fā)育低能的泛濫平原泥質(zhì)沉積，測井曲線呈低幅齒狀特征。

4 沉積相帶展布與沉積模式

結(jié)合前人研究成果，根據(jù)研究區(qū)內(nèi)巖相組合、沉積構(gòu)造及古氣候特點，確定區(qū)內(nèi)克下組為干旱—半干旱古氣候下受間歇性洪流控制的近源辮狀河沉積體系，發(fā)育河道帶與河道間亞相，包括辮狀河道、心灘、泛濫平原及漫溢沉積微相。

4.1 相帶展布

研究區(qū)內(nèi)發(fā)育的辮狀河沉積體系的物源主要來自研究區(qū)西北的扎伊爾山與南西方向車排子凸起。干旱—半干旱古氣候下，物理風化作用強，物源供給充足。在擠壓構(gòu)造作用和石炭—二疊紀漫長的風化作用下，克下組沉積時，研究區(qū)古地貌為西高東低，局部地區(qū)發(fā)育溝谷地貌。

研究區(qū)內(nèi)辮狀河沉積體系主要受間歇性洪流控制。洪泛期，水動力條件強，辮狀河道側(cè)向遷移頻繁，河道砂體寬厚比較大。由于干旱—半干旱氣候下洪泛持續(xù)時間較短，沉積的單期河道砂體厚度較薄。含砂率等值線圖顯示，研究區(qū)內(nèi)存在多條辮狀河道，基本平行于物源方向，不同方向的辮狀河道存在交匯現(xiàn)象(圖8)。在研究區(qū)西南部，古地貌溝谷相對發(fā)育，可形成較穩(wěn)定的辮狀河道，發(fā)育多期河道和心灘砂體疊加，局部含砂礫巖累積厚度可達26 m(紅027井)。在東南部，不同河道發(fā)生交匯沉積厚層砂巖，也可形成局部富砂中心。雖然區(qū)內(nèi)辮狀河道廣泛發(fā)育，但水動力強，河道頻繁快速側(cè)向遷移，早期河道廢棄后細粒沉積物的發(fā)育，使砂體在空間接上連通性較差。

圖8 研究區(qū)克下組含砂礫率等值線(a)與辮狀河沉積相展布圖(b)(MSC1上升半旋回) Fig.8 Distribution of sandstone (a) and sedimentary microfacies in braided river (rising half cycle of MSC1) (b)of the Lower Karamay Formation in the study area

洪泛時期，洪水所攜帶搬運的沉積物漫過河床，河道間形成大面積的薄層漫溢沉積。剖面上呈條帶狀展布，包裹于泛濫平原沉積的厚層泥巖中(圖9)。在研究區(qū)的東北部，廣泛發(fā)育泛濫平原沉積(圖8)。

圖9 研究區(qū)克下組沉積相剖面展布規(guī)律Fig.9 Braided-river sedimentary facies profile of the Lower Karamay Formation in study area

4.2 沉積模式建立

辮狀河沉積研究在油氣勘探開發(fā)領域一直受到重視[18-29]。受構(gòu)造背景、氣候特征、地形坡度、物源供應等因素影響，不能簡單地用單一模式概括辮狀河沉積特點?？讼陆M沉積時，準噶爾盆地西北緣地形高差大、氣候以干旱—半干旱為主，根據(jù)巖性、沉積構(gòu)造及巖相序列等特征，借鑒前人的有關研究成果，建立了紅山嘴地區(qū)克下組辮狀河沉積模式(圖10)。其特征如下。

圖10 紅山嘴地區(qū)克下組辮狀河沉積模式Fig.10 Braided-river depositional model of the Lower Karamay Formation in the Hongshanzui area

(1)沉積時地形坡度較大，洪泛期間歇性的洪流水動力強，沉積物粒度偏粗，巖性以礫巖、含礫粗砂巖為主。

(2)干旱—半干旱氣候下，物理風化為主，物源供應充足，長石、巖屑大量保存，巖石成分成熟度低，具有近源快速沉積特征。

(3)砂礫巖體底部發(fā)育洪流沉積成因的塊狀礫巖相(Gm)，沉積體系受間歇性洪泛影響，沖刷面和泥礫大量發(fā)育，河道遷移頻繁。

(4)河道間在洪泛期發(fā)育薄層漫溢砂沉積，在漫長的間洪期，廣泛發(fā)育泛濫平原沉積，紅褐色泥巖中發(fā)育指示陸上暴露成因的干裂構(gòu)造。

(5)受控于辮狀河道的頻繁遷移和泛濫平原細粒沉積的廣泛發(fā)育，單期河道砂體較薄，且連通性受限。

綜上，紅山嘴地區(qū)克下組為發(fā)育于干旱—半干旱氣候背景下、受間歇性洪流控制的近源辮狀河沉積。

5 結(jié) 論

(1)準噶爾盆地西北緣紅山嘴地區(qū)克下組儲層具有粒度粗、結(jié)構(gòu)和成分成熟度低的特點，沉積構(gòu)造以槽狀、板狀交錯層理和塊狀層理為主，兼具洪流和牽引流沉積。

(2)在巖心上識別出8種典型巖相和3種巖相組合，結(jié)合測井曲線特征，認為研究區(qū)克下組為辮狀河沉積體系，主要發(fā)育辮狀河道、心灘、泛濫平原及漫溢沉積微相。

(3)在紅山嘴地區(qū)克下組建立了發(fā)育于干旱—半干旱氣候背景下受間歇性洪流控制的近源辮狀河沉積模式。