曹蘭柱, 岳佳恒, 王宏霞, 黃傳炎, 項(xiàng) 鑫, 鄭榮華, 田 然

(1.中國(guó)石油華北油田 勘探開(kāi)發(fā)研究院， 河北 任丘 062552；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 地質(zhì)調(diào)查研究院，武漢 430074；3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430074)

粗粒沉積在地學(xué)界長(zhǎng)期重視不足，研究相對(duì)滯后[1-2]。由于相關(guān)理論、技術(shù)的滯后以及粗碎屑儲(chǔ)層相變快、非均質(zhì)性強(qiáng)的特征，致使該類(lèi)儲(chǔ)層成為較難勘探、開(kāi)發(fā)的一類(lèi)。然而，近些年新疆維吾爾自治區(qū)瑪湖油田10億噸級(jí)大型礫巖型油氣藏的發(fā)現(xiàn)使人們重新認(rèn)識(shí)到該類(lèi)型儲(chǔ)層的潛力[3-7]。在當(dāng)前細(xì)粒非常規(guī)油氣尚未形成儲(chǔ)量和產(chǎn)量戰(zhàn)略接替的狀況下[2]，加強(qiáng)粗粒沉積研究已迫在眉睫。砂礫巖體是內(nèi)蒙古自治區(qū)二連盆地油氣勘探、開(kāi)發(fā)的主要儲(chǔ)集體類(lèi)型。目前，該盆地共發(fā)現(xiàn)54個(gè)凹陷[8]，但實(shí)現(xiàn)突破并能夠形成規(guī)模產(chǎn)量的僅11個(gè)。此勘探形勢(shì)不僅展現(xiàn)出二連盆地廣闊的剩余油氣潛力，同時(shí)也體現(xiàn)出復(fù)雜砂礫巖沉積所產(chǎn)生的制約性，因而開(kāi)展以砂礫巖為主的粗粒沉積研究勢(shì)在必行。馬尼特拗陷擁有包括烏里雅斯太、巴音都蘭、阿南等在內(nèi)的多個(gè)建產(chǎn)富油凹陷，其油氣意義尤為重要。對(duì)建產(chǎn)富油凹陷砂礫巖體的沉積類(lèi)型、特征和模式等的研究總結(jié)，對(duì)于二連盆地其他區(qū)域砂礫巖扇體、儲(chǔ)層的找尋、預(yù)測(cè)將會(huì)有重要的指導(dǎo)意義。因此，本研究主要選取二連盆地馬尼特拗陷重點(diǎn)富油凹陷的典型扇體為研究對(duì)象，以“構(gòu)造-沉積”結(jié)合分析的思路,對(duì)凹陷構(gòu)造、砂礫巖體類(lèi)型、特征等進(jìn)行深入研究，構(gòu)建各類(lèi)砂礫巖體沉積模式，以期為二連盆地砂礫巖體勘探提供支撐。

1 地質(zhì)背景

二連盆地位于大興安嶺以西、陰山以北的內(nèi)蒙古自治區(qū)中部，是在內(nèi)蒙古-大興安嶺海西期褶皺基底上發(fā)育起來(lái)的中生代-新生代小型斷陷湖盆群[9-10]。在構(gòu)造位置上，二連盆地東臨大興安嶺隆起，南抵溫都爾廟隆起，北西靠巴音寶力格隆起[11]，大致呈一個(gè)由北東向南撒開(kāi)的三角形[12]。盆地內(nèi)部包含馬尼特、烏蘭察布、川井、烏尼特、騰格爾5個(gè)拗陷。馬尼特拗陷位于二連盆地東北部，受西北部的巴音寶利格隆起和東南部蘇尼特隆起夾持，平面上呈NE-SW向展布(圖1)。在早白堊世，馬尼特拗陷在NW-SE向引張力拉伸下，內(nèi)部發(fā)育了以NE-SW向?yàn)橹鞯恼龜鄬?，并且形成一系列平面上呈線狀排列的凹陷。凹陷多屬半地塹式，凹陷之間分割性強(qiáng)，主要受隆起以及拗陷內(nèi)部凸起供源，各凹陷大多有獨(dú)立的沉積體系，自成一個(gè)獨(dú)立的烴類(lèi)生成、運(yùn)聚單元[12-13]。馬尼特拗陷沉積蓋層主要為中生界、新生界，具體包括侏羅系、白堊系、古近系、新近系和第四系，普遍缺失三疊系[14-15]。馬尼特拗陷中主要勘探目的層為下白堊統(tǒng)巴彥花群的阿爾善組(K1ba)、騰格爾組(K1bt)(圖2)。地層巖性類(lèi)型多樣，但以粗粒的礫巖、砂礫巖、含礫砂巖等為主。

2 拗陷構(gòu)造特征

2.1 內(nèi)部凹陷結(jié)構(gòu)特征

斷陷湖盆因斷層而生，受控于區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)，盆內(nèi)主要斷裂存在幾何特征、活動(dòng)性等差異，致使湖盆呈現(xiàn)出不同的結(jié)構(gòu)樣式。不同樣式湖盆的物源、沉降中心、可容納空間等存在差異[16-17]，進(jìn)一步影響了內(nèi)部沉積充填。筆者主要依據(jù)控凹斷裂、Ⅱ級(jí)斷裂發(fā)育及地層充填等要素，將馬尼特拗陷內(nèi)部凹陷的結(jié)構(gòu)樣式分為3種，即簡(jiǎn)單單斷式、單斷斷階式、單斷斷槽式。簡(jiǎn)單單斷式凹陷(圖3-A)，主要受邊界斷層控制，內(nèi)部Ⅱ級(jí)斷裂不發(fā)育，可進(jìn)一步劃分為陡坡帶、洼槽帶、緩坡帶，物源主要來(lái)自短軸兩側(cè)，沉降中心鄰近陡坡帶，并逐漸向?qū)?cè)遷移。單斷斷階式、單斷斷槽式凹陷內(nèi)部Ⅱ級(jí)斷裂則較發(fā)育。具體來(lái)說(shuō)，單斷斷階式凹陷在陡坡帶發(fā)育與邊界斷層傾向相同的Ⅱ級(jí)斷層，或者是在緩坡帶發(fā)育兩條與邊界斷裂傾向相反的Ⅱ級(jí)斷層(圖3-B)。前者進(jìn)一步控制陡坡深洼帶，形成斷階陡坡帶，一定程度上減緩陡帶坡降，擴(kuò)大了陡坡下的深水區(qū)；后者則塑造出斷階緩坡帶，形成了逐級(jí)坡降的地形樣式，對(duì)緩坡水域深淺變化及沉積相帶分布起到重要控制作用。單斷斷槽式凹陷(圖3-C)，主要是針對(duì)阿南凹陷提出的，該類(lèi)型凹陷在緩坡帶發(fā)育一條或一組與邊界斷層傾向相反、走向近平行的斷層，斷層上下盤(pán)坡度、水深變化十分明顯，該Ⅱ級(jí)斷裂與邊界斷裂嚴(yán)格限定了深洼帶范圍。

圖1 馬尼特拗陷構(gòu)造單元圖Fig.1 Schematic map showing tectonic units of the Manite Depression

圖2 二連盆地綜合地層柱狀圖Fig.2 Comprehensive column of the Erlian Basin(據(jù)王權(quán)[14]修改)

2.2 凹陷邊緣類(lèi)型

馬尼特拗陷內(nèi)的凹陷普遍具有短軸供源的特點(diǎn)，兩側(cè)盆緣作為盆外隆起區(qū)與盆內(nèi)洼槽區(qū)的過(guò)渡地帶，其構(gòu)造地貌樣式通過(guò)影響可容納空間、水系的動(dòng)力來(lái)對(duì)沉積發(fā)育產(chǎn)生重要控制，實(shí)際表現(xiàn)為地層厚度和沉積相帶的變化[18]。因此，凹陷邊緣特征的分析對(duì)砂礫巖體的刻畫(huà)和預(yù)測(cè)具有重要意義。基于地震資料，按照凹陷構(gòu)造單元(陡、緩坡帶)、邊緣斷裂發(fā)育特點(diǎn)，在3種凹陷中可分解出7種凹陷邊緣類(lèi)型(圖4)： ①斷裂陡坡型、②斷階陡坡型、③多級(jí)斷階型、④撓曲緩坡型、⑤斷裂緩坡型、⑥斷階緩坡型、⑦無(wú)坡折緩坡型。其中，①、④、⑦一般為簡(jiǎn)單單斷式凹陷所具有的凹陷邊緣類(lèi)型；②、③、⑤、⑥多為單斷斷階式、單斷斷槽式凹陷所具有的凹陷邊緣類(lèi)型。

圖3 馬尼特拗陷中的凹陷結(jié)構(gòu)類(lèi)型Fig.3 Structural types of sag in the Manite Depression

3 砂礫巖體類(lèi)型、特征及發(fā)育環(huán)境

砂礫巖體一般是指攜有大量碎屑物的季節(jié)性或事件性水流入湖快速卸載，形成的一系列粗粒的扇形沉積體。構(gòu)成此類(lèi)扇形沉積體的巖性主要為礫巖、砂礫巖、含礫砂巖等，普遍具有較低的成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度[19]。通過(guò)巖心觀察、測(cè)井相分析，馬尼特拗陷內(nèi)部砂礫巖體主要有4種類(lèi)型：近岸水下扇、扇三角洲、辮狀河三角洲、湖底扇。

3.1 近岸水下扇

a. 扇體特征

近岸水下扇型砂礫巖扇體多是由陣發(fā)性洪水搬運(yùn)，碎屑物直接在水下坡底堆積形成[20-22]。扇體延伸短、沉積快的特點(diǎn)致使碎屑物分異差，巖石成熟度低，相帶窄、變化快。近岸水下扇包含扇根、扇中、扇端3種亞相，以烏里雅斯太凹陷太11扇體(圖5)、巴音都蘭凹陷巴63扇體(圖6)為典型代表。其特征為：扇根發(fā)育灰綠色、灰色的礫巖、砂礫巖，具有雜基支撐或混合支撐的塊狀構(gòu)造(圖7-A)；礫石粒度大小不一、雜亂分布、缺乏定向性，呈次圓-次棱狀，一般大顆粒礫石的磨圓度相對(duì)較好，礫石成分復(fù)雜，多為火成巖礫石；可見(jiàn)不規(guī)則泥礫；雜基成分以泥為主；測(cè)井曲線呈齒化鐘形、齒化箱形。扇中為基質(zhì)支撐的砂礫巖、含礫粗砂巖，沉積構(gòu)造仍以塊狀構(gòu)造為主(圖7-B)，礫石含量相對(duì)減少，砂質(zhì)增多，粗礫少見(jiàn)，多為細(xì)礫、中礫，雖礫石粒度差異降低，但分選仍較差，呈微定向性，測(cè)井曲線呈齒化鐘形、箱形。扇端則發(fā)育水平層理的泥質(zhì)粉砂巖、泥巖(圖7-C)，局部偶含細(xì)礫，測(cè)井曲線呈齒型、指型。

b. 發(fā)育環(huán)境

近岸水下扇一般發(fā)育于控凹斷層所在的斷裂陡坡型盆緣，該類(lèi)型盆緣具有構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)、坡底緊鄰深洼、可容納空間充足、碎屑物入湖距離短等環(huán)境背景，烏里雅斯太凹陷南洼槽西部太11扇體即為典型代表(圖5)。研究工作中發(fā)現(xiàn),只要達(dá)到一定坡度條件,緩坡帶也可發(fā)育該類(lèi)扇體，如巴音都蘭凹陷南洼槽巴63扇體。雖然扇體發(fā)育在緩坡一側(cè)(圖6)，但該處物源通道窄、坡度陡而無(wú)坡折，出物源口之后碎屑物便一泄入湖，形成快速堆積的近岸水下扇。

3.2 扇三角洲

a. 扇體特征

相比于近岸水下扇，扇三角洲型砂礫巖體的物源規(guī)模大且持續(xù)性好，扇體延伸較遠(yuǎn)，包含水上三角洲平原、水下三角洲前緣和前三角洲亞相[23]。馬尼特拗陷中的凹陷普遍具有的盆窄、坡陡的特點(diǎn)，導(dǎo)致扇三角洲在平面上形成“小平原、大前緣”的相帶特點(diǎn)。扇三角洲具有雙重水動(dòng)力機(jī)制，相帶特征變化也較明顯，以巴音都蘭凹陷巴66扇體(圖6)、阿南凹陷阿50扇體為例(圖8)，主要特征為：平原相內(nèi)陸上重力流特征相對(duì)突出，巖心主要為紅棕色礫巖、砂礫巖，呈雜基支撐的塊狀構(gòu)造(圖7-D)，所含礫石具有次棱-次圓狀，分選性差，長(zhǎng)條形礫石呈微定向排列，礫石主要為火成巖塊，基質(zhì)多為泥、粗砂，測(cè)井曲線為齒化箱形、鐘形。前緣相則以牽引流機(jī)制為主，多發(fā)育灰色砂礫巖、含礫砂巖，其中前緣近端主要為具有塊狀構(gòu)造的砂礫巖，礫石分選性、磨圓度較差(圖7-E)；前緣遠(yuǎn)端為平行、交錯(cuò)層理的含礫砂巖、細(xì)砂巖，分選性、磨圓度明顯變好(圖7-F)，測(cè)井曲線多為齒化鐘形；前三角洲主要為灰色泥巖，偶夾薄層砂巖(圖7-G)，測(cè)井曲線為局部具有齒形凸起的泥巖基線段。

圖4 馬尼特拗陷中的凹陷邊緣類(lèi)型Fig.4 Sag edge type in the Manite Depression

b. 發(fā)育環(huán)境

扇三角洲發(fā)育所需的地形坡度較大，常與斷裂相伴，在具有斷裂、斷階的陡、緩坡帶均可見(jiàn)。斷裂陡坡帶坡度大、距離短、坡下空間足，有利于砂體就近入湖沉積，如烏里雅斯太凹陷南洼槽西部陡坡帶扇體(圖5)、阿南凹陷東部陡坡帶扇體(圖8)；斷裂、斷階緩坡帶的平面寬，斷層造就的構(gòu)造坡折導(dǎo)致可容納空間形成差異，往往出現(xiàn)“上坡折扇三角洲,下坡折重力流扇體”體系，如烏里雅斯太南洼槽東部Ⅲ級(jí)斷階盆緣形成的扇三角洲和湖底扇的體系組合(圖5)；此外，在具有撓曲坡折的緩坡帶之下也可發(fā)育扇三角洲沉積，如巴音都蘭凹陷南洼槽巴66扇體(圖4-④、圖6)。

圖5 烏里雅斯太凹陷南洼槽騰一段Ⅳ砂組沉積相平面圖Fig.5 Sedimentary facies of the sand group Ⅳ of the lower K1bt1 in southern subsag of the Wuliyasitai Sag

圖6 巴音都蘭凹陷南洼槽阿三段Ⅱ砂組沉積相平面圖Fig.6 Sedimentary facies of the sand group Ⅱ of the K1ba in southern subsag of the Bayindulan Sag

3.3 辮狀河三角洲

a. 扇體特征

在馬尼特拗陷中，辮狀河型砂礫巖扇體的典型特征為相帶平面延展長(zhǎng)、牽引流為主、河道極為發(fā)育，且頻繁擺動(dòng)疊置。具體以巴音都蘭凹陷巴18扇體為例(圖6)，其粒度細(xì)，以灰色細(xì)砂巖為主，礫級(jí)碎屑含量較少，一般磨圓度、分選性相對(duì)較好。其中，平原亞相缺少巖心資料，據(jù)巴35井錄井巖性可以看出其巖石類(lèi)型為紫紅色砂質(zhì)泥巖夾灰色砂礫巖(圖7-H)，顯示其暴露的環(huán)境特點(diǎn)，測(cè)井曲線為高齒化箱形。水下前緣亞相以灰色、灰白色含礫砂巖、粉-細(xì)砂巖為主(圖7-I、J)，交錯(cuò)層理十分常見(jiàn)，測(cè)井曲線多為高幅鐘形、指形，多個(gè)單砂體可復(fù)合形成“圣誕樹(shù)”形、“梳”形。

b. 發(fā)育環(huán)境

相較于前面2種類(lèi)型，該類(lèi)型砂礫巖扇體的水體能量弱，臨靠凹陷之間夾持的凸起發(fā)育,且斷層與盆緣呈斜交的斷裂緩坡帶、斷階陡坡帶為較理想發(fā)育部位。凸起物源供給能力弱、水系碎屑物含量少，在一定程度上降低了流體能量，加上斜交盆緣的斷層之下可形成長(zhǎng)而緩的搬運(yùn)通道，辮狀水系便可向湖盆長(zhǎng)距離延伸。如阿南凹陷北部阿3扇體(圖8)，由阿南凹陷與烏里雅斯太凹陷南洼槽之間凸起供源，扇體沿緩坡帶斜向斷裂之間的轉(zhuǎn)換通道展布；巴音都蘭凹陷南洼槽東部陡帶扇體(圖6)，由東部凸起供源，扇體順著邊緣斷裂與其分支斷裂形成多級(jí)斷階延伸。

3.4 湖底扇

a. 扇體特征

“湖底扇”概念是由“海底扇”演變而來(lái)，是沉積物以重力流形式堆積在深水區(qū)的粗碎屑扇形體，可劃分為內(nèi)、中、外扇3帶[24-27]。馬尼特拗陷中成規(guī)模的湖底扇以烏里雅斯太凹陷南洼槽湖底扇最為典型(圖5)。巖心和測(cè)錄井資料中暗色泥巖夾中、薄層砂礫巖是該類(lèi)型扇體的基本識(shí)別特征。內(nèi)扇一般為深灰色基質(zhì)支撐的塊狀礫巖、砂礫巖(圖7-K)，多為火山巖礫、泥礫，分選性差，主要為次棱角狀，粗礫可呈次圓狀，不具定向性，基質(zhì)成分混雜，包含泥、砂、小礫，測(cè)井曲線呈現(xiàn)較為平滑的鐘形。中扇巖性為深灰色砂礫巖、含礫砂巖，同樣為基質(zhì)支撐，礫含量降低，長(zhǎng)條形礫石多順層排列，并且相較于內(nèi)扇基質(zhì)變純，主要為砂、泥質(zhì)(圖7-L)，測(cè)井曲線為箱形。外扇為黑色泥巖、含礫砂巖，大顆粒礫石基本不見(jiàn)，多為小、細(xì)礫，可見(jiàn)大量呈長(zhǎng)條撕裂狀的泥屑(圖7-M)，測(cè)井曲線多表現(xiàn)為齒形、多期砂疊置成的鐘形。

圖8 阿南凹陷南洼槽騰一下段Ⅳ砂組沉積相平面圖Fig.8 Sedimentary facies map of the sand group Ⅳ of the lower K1bt1 in the Anan Sag

b. 發(fā)育環(huán)境

烏里雅斯太南洼槽東部木日格地區(qū)能夠形成具規(guī)模意義的湖底扇與其獨(dú)特盆緣背景是密不可分的[28-29]。烏里雅斯太南洼槽東部為斷階緩坡型凹陷邊緣，一方面，相對(duì)較寬的緩坡帶有利于砂體在平面上形成規(guī)模展布；另一方面，緩坡被2條近平行于盆緣的斷裂分割成3級(jí)斷階(圖4-⑥、圖5)，使緩坡形成水深、容納空間的明顯分隔，不至于坡度“一緩到底”。同時(shí)斷距的差異導(dǎo)致上部的Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)臺(tái)階較淺、容納空間有限，最上級(jí)臺(tái)階發(fā)育扇三角洲平原相帶，Ⅱ級(jí)臺(tái)階則發(fā)育扇三角洲前緣及部分小規(guī)模湖底扇；而靠近深洼的最下級(jí)臺(tái)階區(qū)較深，可容納空間大，在物源供給充足的情況下，大量碎屑物會(huì)選擇繼續(xù)向前搬運(yùn)，在Ⅲ級(jí)臺(tái)階處形成較大規(guī)模的湖底扇沉積。

4 砂礫巖體沉積模式

a. 近岸水下扇發(fā)育環(huán)境坡度較陡，主要發(fā)育于斷裂陡坡帶，其重力流特征較為突出，缺少水上出露相帶(圖9-A)。扇根一般為厚層混雜堆積的塊狀礫巖；扇中變?yōu)樯暗[巖、含礫砂巖；扇端則主要為湖相泥巖夾粉砂巖。實(shí)際研究中，近岸水下扇沉積速率快，相帶分異不明顯，扇根與扇中亞相往往難以區(qū)分，由塊狀礫巖、砂礫巖直接過(guò)渡為細(xì)粒沉積物質(zhì)。

b. 扇三角洲分布廣泛，沉積場(chǎng)所的地形坡度較陡，但稍緩于近岸水下扇，具有斷裂的陡、緩坡帶均可發(fā)育，斷裂之下水體較深，在有充足物源供給的條件下，扇三角洲入湖就近沉積，平面上延伸一般遠(yuǎn)于近岸水下扇(圖9-B)。相帶特征表現(xiàn)為平原面積小，多為砂、泥質(zhì)雜質(zhì)支撐的礫巖、砂礫巖；前緣面積廣，牽引流特征較明顯，多為砂質(zhì)基質(zhì)支撐的砂礫巖、含礫砂巖；前三角洲主要為灰色、深灰色泥巖，偶夾薄層粉砂巖。

圖9 各類(lèi)型砂礫巖體沉積模式Fig.9 Sedimentary models of various types of glutenite in the Manite Depression

c. 辮狀河三角洲通常形成于物源供給不充足、坡度較緩的部位，靠近凸起一側(cè)的斷裂、斷階緩坡帶為最有利區(qū)帶(圖9-C)，個(gè)別物源不充足、多級(jí)斷階的陡帶也可發(fā)育。整體相帶分異明顯：平原相較窄，為砂質(zhì)基質(zhì)支撐的砂礫巖、含礫砂巖；前緣面積廣闊，分支河道發(fā)育，可見(jiàn)含礫砂巖—細(xì)砂巖—粉砂巖的巖性漸變；前三角洲為暗色泥巖夾薄層泥質(zhì)粉砂巖。

d. 多級(jí)斷階緩坡帶容易發(fā)育大型的湖底扇，淺部斷階坡度與容納空間有限，不能滿足砂體的大量堆積，主要形成扇三角洲沉積；而深部斷階可容納空間大，在物源充足的情況下，碎屑物可大量在深處斷階堆積(圖9-D)。相帶特征：內(nèi)扇主要發(fā)育厚層多粒度雜基支撐的塊狀礫巖、砂礫巖；中扇主要為砂、泥質(zhì)基質(zhì)支撐的砂礫巖、含礫砂巖；外扇砂體變薄，主要為暗色泥巖夾薄層的含礫砂巖。

5 結(jié) 論

a. 依據(jù)主要斷層及地層充填特征，馬尼特拗陷內(nèi)部凹陷可分為簡(jiǎn)單單斷式、單斷斷槽式、單斷斷階式3種。3種凹陷樣式可分解出斷裂陡坡型、斷階陡坡型、多級(jí)斷階型、撓曲緩坡型、斷裂緩坡型、斷階緩坡型、無(wú)坡折緩坡型7種凹陷邊緣模式。盆緣作為扇體入湖發(fā)生搬運(yùn)、沉積的地帶，其構(gòu)造地貌特征對(duì)砂礫巖體發(fā)育具有重要的控制作用。

b. 馬尼特拗陷內(nèi)部主要發(fā)育4種砂礫巖扇體沉積類(lèi)型：近岸水下扇、扇三角洲、辮狀河三角洲、湖底扇。馬尼特拗陷內(nèi)部多為狹窄的小型斷陷湖盆，坡度陡、搬運(yùn)路程短、碎屑粗是主要共同特點(diǎn)。因此，近源粗粒的扇三角洲、近岸水下扇為主要的沉積類(lèi)型，尤其是扇三角洲發(fā)育最為廣泛；而受湖盆范圍的限制，延伸長(zhǎng)的辮狀河三角洲和沉積位置遠(yuǎn)的湖底扇一般較難形成。整體來(lái)說(shuō)，小型斷陷湖盆沉積發(fā)育規(guī)律不同于一般的大型斷陷湖盆，需要根據(jù)實(shí)際地質(zhì)背景條件分析其沉積發(fā)育規(guī)律，從而更好地指導(dǎo)實(shí)際勘探。