金杰華 ，王永詩 ，操應(yīng)長 ，韓宏偉 ，陳林 ，王艷忠

（1.中國石化勝利油田分公司物探研究院，山東 東營 257022；2.勝利石油管理局博士后科研工作站，山東 東營 257000；3.中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257015；4.中國石油大學(xué)（華東），山東 青島 266580；5.中國石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院，山東 東營 257015）

0 引言

H.N.Fisk等［1］1955年在研究密西西比河時(shí)最早提出下切谷（incised vally）的概念，隨后 J.C.Van Wagoner［2］將下切谷定義為由于海平面下降，河流體系向盆地方向延伸并侵蝕下伏地層所形成的河道或河谷。下切谷主要分為2類：一類是由一條大河（如長江、黃河）供水，向陸內(nèi)延伸較長且較為寬廣的平坦洼地；另一類是位于山間或丘陵間的狹長洼地，通常由河流下切作用形成，如研究區(qū)的下切谷［3-4］。下切谷體系內(nèi)發(fā)育多種充填樣式，內(nèi)部砂體相互疊置，因此，其巖石類型空間變化快、單個(gè)砂體的規(guī)模較小，巖性油氣藏是該沉積體系內(nèi)最容易形成的隱蔽油氣藏［5-8］。目前，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)下切谷的研究多集中在下切谷的空間幾何特征、形成機(jī)制、空間演化及其油氣地質(zhì)意義［6，9-10］，由于地質(zhì)資料的限制，對(duì)于下切谷內(nèi)部充填結(jié)構(gòu)的研究較為薄弱。

以準(zhǔn)噶爾盆地車排子地區(qū)侏羅系下切谷為例。前人對(duì)研究區(qū)下切谷充填類型地震反射結(jié)構(gòu)進(jìn)行了細(xì)致劃分，主要包括垂向加積充填型、側(cè)向加積充填型、雜亂型和復(fù)合型4種［10-11］；同時(shí)，依據(jù)現(xiàn)有鉆井和測井資料，對(duì)下切谷沉積特征進(jìn)行了詳細(xì)分析，認(rèn)為研究區(qū)下切谷可分為上游和下游——上游主要為沖積、洪積沉積，中粗礫巖，混雜堆積，測井曲線表現(xiàn)為尺狀低幅箱形與鐘形；下游為牽引流控制的辮狀水道沉積，發(fā)育中細(xì)礫巖或含礫中粗砂巖，測井自然伽馬曲線表現(xiàn)為高幅光滑或微齒化箱形［6］。然而，根據(jù)車排子地區(qū)下切谷巖心特征，研究區(qū)下切谷自上游至下游均有角礫巖發(fā)育，所以僅僅以上游和下游分析下切谷內(nèi)部充填特征還較為粗略。隨著勘探開發(fā)的不斷推進(jìn)，目前在車排子地區(qū)下切谷體系中發(fā)現(xiàn)了多種類型隱蔽油氣藏，排1井和排206井下切谷儲(chǔ)集體中發(fā)現(xiàn)了良好的油氣顯示，證實(shí)了下切谷體系具有較好的勘探前景［6］。因此，有必要對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地下切谷內(nèi)部沉積充填特征進(jìn)行細(xì)致分析。

本文利用地震、測井、錄井以及鉆井巖心等資料，根據(jù)“將今論古”理論，對(duì)研究區(qū)下切谷沉積充填結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)分析，建立了下切谷沉積充填模式，以期為在下切谷內(nèi)尋找隱蔽油氣藏提供指導(dǎo)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

車排子地區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地西緣，為北西—南東向且向東南傾伏的三角形凸起帶，是準(zhǔn)噶爾盆地西部隆起區(qū)的次一級(jí)構(gòu)造單元［12］。在區(qū)域構(gòu)造上，車排子地區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地西部隆起區(qū)車排子凸起的東部，東部與昌吉凹陷相鄰，東南部與中拐凸起相接，中間以紅車斷裂帶為界，北部與扎伊爾山接壤，南部與伊林黑比爾根山和四棵樹凹陷相接（見圖1）。車排子凸起為繼承性凸起，形成于早石炭世末期，基底巖性為石炭系火成巖。車排子凸起自晚海西中晚期至晚燕山期，受多幕逆沖擠壓作用的影響［13］，經(jīng)歷了多期隆升和沉降，在凸起之上形成了一系列下切谷，自北向南環(huán)古隆起分布［6］。車排子凸起侏羅系主要為一套發(fā)育于石炭系之上、溝谷充填的殘留地層［6，10-11］，研究區(qū)內(nèi)溝壑縱橫，溝谷充填特征明顯，其溝谷充填物以物性較差的角礫巖為主，物性較好的砂巖僅局部鉆遇［14］。

圖1 車排子地區(qū)區(qū)域地質(zhì)概況

2 下切谷體系平面展布特征

在精細(xì)地震解釋的基礎(chǔ)上，地層時(shí)間厚度圖及現(xiàn)今侏羅系底面形態(tài)特征圖可以清晰地展示研究區(qū)下切谷的平面分布。結(jié)合前人研究成果，按照下切谷的走向，將研究區(qū)大致分為3個(gè)區(qū)（見圖2）：A區(qū)位于研究區(qū)東北部，下切谷走向?yàn)闁|西向，主溝道發(fā)育，溝道相對(duì)較深，發(fā)育少量支流河道，多個(gè)主溝道在斷層坡折帶匯聚。B區(qū)位于研究區(qū)東南部，下切谷走向?yàn)楸蔽鳌蠔|向，發(fā)育單一主溝道，溝道較淺，分支河道發(fā)育，展布面積較大。C區(qū)位于研究區(qū)西南部，發(fā)育一條寬且深的主溝道，延伸距離較長，約17 km［11］，溝道兩側(cè)發(fā)育少量的分支河道。

圖2 車排子地區(qū)侏羅系下切谷平面分布特征

3 下切谷體系地震剖面特征

前人對(duì)車排子地區(qū)下切谷的形態(tài)特征及內(nèi)部地震反射結(jié)構(gòu)已經(jīng)作了大量研究［6，10］。研究區(qū)單一型下切谷主要呈“V”形、“U”形及碟形（見圖 3）。在垂直水流方向的下切谷剖面上，“V”形下切谷主要發(fā)育于下切谷底部，往上逐漸演變成碟形。平面上，下切谷上游主要呈“V”形，中游則以“U”形為主，下游主要為碟形。下切谷的形態(tài)特征與侵蝕和沉積作用有關(guān)：在下切谷發(fā)育早期以及下切谷上游，侵蝕作用明顯，下切較深，剖面上顯示為“V”形；隨著下切作用的減弱，沉積作用占主導(dǎo)，下切谷由窄而深的“V”形逐漸演變成寬而深的“U”形，最終形成寬而淺的碟形下切谷。

然而，前人研究僅僅基于傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，實(shí)際上，不同地區(qū)、不同地質(zhì)背景的下切谷，其內(nèi)部充填結(jié)構(gòu)均具有自身的典型特征。通過對(duì)研究區(qū)垂直水流方向的下切谷剖面內(nèi)部地震反射結(jié)構(gòu)特征的精細(xì)解釋，發(fā)現(xiàn)在下切谷一側(cè)或兩側(cè)發(fā)育一些與中心不協(xié)調(diào)的地震反射結(jié)構(gòu)，其穿插或者垂直于下切谷內(nèi)近乎平行的地震軸中（見圖 3a，3b）。

對(duì)研究區(qū)下切谷地震數(shù)據(jù)進(jìn)行密集精細(xì)解釋，發(fā)現(xiàn)這種特征并不是偶然出現(xiàn)，在研究區(qū)所有下切谷中均可發(fā)現(xiàn)?；谘芯繀^(qū)地震反射結(jié)構(gòu)特征，結(jié)合國外的研究成果［15-16］，將這種特殊地震反射結(jié)構(gòu)的地震相解釋為支流扇及坡積扇。支流扇在地震上具有狹長的拖尾結(jié)構(gòu)，它是由山麓河谷中的粗粒沉積物在洪水作用下搬運(yùn)至開闊環(huán)境沉積形成，其地震上呈空白反射，形態(tài)與坡積扇具有一定的差異（見圖3a，3c）。坡積扇為山脈峽谷中的巖屑堆積體，由兩側(cè)懸崖坍塌在邊坡快速堆積形成，內(nèi)部巖屑顆粒雜亂堆積，地震上表現(xiàn)為靠峽谷邊界發(fā)育的空白反射，與正常沉積地震反射明顯不協(xié)調(diào)（見圖 3b，3d）。

圖3 車排子地區(qū)垂直水流方向下切谷剖面地震反射特征

4 下切谷體系沉積特征

車排子地區(qū)侏羅系下切谷主要發(fā)育河流相、坡積扇、支流扇3種沉積相類型。

4.1 河流相

河流相主要發(fā)育于下切谷的中央部位，為下切谷內(nèi)部正常水?dāng)y搬運(yùn)物沉積。研究區(qū)下切谷河流相可以劃分為垂向加積型、側(cè)向加積型、遷移擺動(dòng)加積型、空白充填型和雜亂充填型 5 種［6，10］。巖石類型主要有礫巖、含礫砂巖等，內(nèi)含砂、粉砂和泥，縱向上表現(xiàn)為正旋回的特征（見圖4）。在河流相發(fā)育的高峰期，以沉積砂礫巖以及含礫砂巖為主，顆粒呈次圓狀，分選性中等—好；在河流相發(fā)育的間歇期，以沉積含礫泥巖為主，測井曲線主要表現(xiàn)為低幅度齒化箱形（見圖5）。鏡下薄片為細(xì)砂級(jí)，顆粒磨圓相對(duì)較好，礫石也有一定的磨圓，表明沉積物經(jīng)過了搬運(yùn)、分選，最終沉積下來的過程（見圖4g）。

圖4 車排子地區(qū)侏羅系沉積巖巖心特征

圖5 車排子地區(qū)侏羅系河流相沉積特征

4.2 坡積扇

坡積扇是山間河谷較為發(fā)育的一種沉積相類型。坡積扇在國外文獻(xiàn)中的翻譯很多，主要有talus fan，talus cone，scree cone，cliff debris 等［16-18］，都是指在亞極地或者干旱的亞熱帶氣候條件下，在陡坡或者懸崖腳下發(fā)現(xiàn)的巖石堆積［19］。國外學(xué)者自20世紀(jì)30年代開始持續(xù)關(guān)注坡積扇的沉積特征及沉積機(jī)制［15-16，20］，然而國內(nèi)對(duì)坡積扇的研究報(bào)道基本處于空白狀態(tài)。在山區(qū)河流沉積充填結(jié)構(gòu)中，坡積扇與支流扇及正常河流相常交互沉積。坡積扇整體上以角礫巖為主，顆粒支撐結(jié)構(gòu)，礫石直徑差別巨大，從細(xì)礫到數(shù)十米的巨礫均可見，礫石間以砂巖及泥巖充填為主，分選性極差［15］。

圖6a為阿爾卑斯山脈山麓盆地內(nèi)下切谷沉積特征，在河流一側(cè)，由于山體遭受風(fēng)化、侵蝕，因而導(dǎo)致巖層疏松，發(fā)生滑塌，形成多個(gè)坡積扇沉積，規(guī)模較小。圖6b為野外實(shí)際觀測的坡積扇沉積，巖層為鄂爾多斯盆地延長組三角洲河道沉積砂體。可以發(fā)現(xiàn)，在坡腳處堆積多個(gè)垮塌沉積，礫石直徑變化較大，以直徑厘米級(jí)礫石為主，礫石直徑最大可達(dá)3～4 m，進(jìn)一步證明在陡崖坡腳處可以形成坡積扇。研究區(qū)坡積扇主要發(fā)育于下切谷的兩側(cè)。圖6c為研究區(qū)現(xiàn)今侏羅系沉積地形?？梢园l(fā)現(xiàn)，在下切谷的一側(cè)，常常發(fā)育一個(gè)凹坑，下部伴隨滑塌形成微小的地形凸起，推測為坡積扇沉積。

基于巖心觀察描述，巖心巖性以角礫巖為主，顆粒支撐結(jié)構(gòu)，分選性差，礫石直徑變化大，直徑主要分布在2～6 mm，最大可達(dá)7 cm以上，呈棱角—次棱角狀，雜基主要為砂和泥，成熟度低，基本不顯示層理（見圖4b—4d）。礫石成分主要為凝灰?guī)r，與基巖成分相符，表明坡積扇為近距離搬運(yùn)、沉積；雜基含量高，主要為砂質(zhì)、粉砂質(zhì)以及泥質(zhì)，成分成熟度低。坡積扇體由于粒度粗，分選性差，礫石排列雜亂，部分礫石近乎直立堆積（見圖4c），成層性差；地震上主要表現(xiàn)為空白反射地震相（見圖3b），也可出現(xiàn)雜亂反射地震相；錄井上以厚層砂礫巖為主，測井響應(yīng)主要為箱形或齒化箱形（見圖7）。

圖7 車排子地區(qū)侏羅系坡積扇沉積特征

顯微鏡下，顆粒呈松散堆積狀，顆粒大小不一，分選性較差，單個(gè)顆粒無論大小均表現(xiàn)為棱角—次棱角狀；雜基含量高，顆粒之間點(diǎn)接觸或者不接觸，雜基支撐結(jié)構(gòu)，碳酸鹽膠結(jié)物呈片狀分布（見圖4h，4i）。這一系列現(xiàn)象均表明坡積扇為近源快速堆積。

4.3 支流扇

支流扇主要發(fā)育在河流的兩側(cè)，是主要分支河道攜帶大量泥、砂、礫等沉積物，匯聚于主河道時(shí)，因卸載作用而形成的沉積。與坡積扇在搬運(yùn)-沉積地形的差別在于，它是經(jīng)過一個(gè)狹長的河谷搬運(yùn)，最終卸載沉積。研究區(qū)支流扇沉積資料相對(duì)較少，根據(jù)古地形分析，在主河道兩側(cè)發(fā)育多個(gè)分支河谷（見圖8a）。排27井位于分支河谷的出口處，其巖性以砂礫巖及含礫泥質(zhì)砂巖為主，礫石直徑主要分布在2～6 mm，最大可達(dá)20 mm，呈次棱角—次圓狀，分選性相對(duì)較差，顆粒支撐結(jié)構(gòu)（見圖4e，4f）；錄井上表現(xiàn)為底部砂礫巖、頂部砂巖的特征，反映了支流扇能量由強(qiáng)到弱的特征；測井曲線表現(xiàn)為弱齒化箱形和鐘形（見圖8b）。

圖8 車排子地區(qū)侏羅系支流扇沉積特征

5 下切谷體系沉積充填特征及模式

5.1 充填特征

根據(jù)研究區(qū)不同地區(qū)沉積特征差異，通過提取均方根振幅（RMS）屬性以反映巖石成分和扇體、河道砂的橫向變化（見圖9。圖9a中紅色、紫紅色、黃色指示坡積扇、支流扇粗碎屑沉積物，綠色、藍(lán)色指示河流相的相對(duì)細(xì)碎屑沉積物）?；阢@井和測錄井資料，對(duì)地震屬性不同顏色反映的沉積相進(jìn)行標(biāo)定，明確沉積砂體的分布特征。

排606井RMS地震屬性顏色主要為紅色，周邊顯示黃色，位于分支河道的前端，錄井巖性主要為角礫巖，少量含礫砂巖，測井曲線為低幅度齒化箱形和鐘形，可能反映了支流扇的沉積特征。排204井RMS地震屬性顏色為黃綠色、綠色，該井基本位于下切谷中央，錄井巖性主要為砂礫巖，含少量泥質(zhì)粉砂巖或粉砂質(zhì)泥巖，巖心上具有正粒序特征（見圖5），地震屬性顏色可能反映了河流相的沉積特征。排6井RMS地震屬性顏色呈紅色、紫紅色，錄井巖性以角礫巖為主，測井曲線為箱形或齒化箱形（見圖7），可能反映了坡積扇的沉積特征。總體上，在下切谷兩側(cè)，RMS地震屬性顏色為紅色、紫紅色及黃色，典型井以角礫巖、礫巖等相對(duì)粗碎屑沉積為主；在下切谷中央，RMS地震屬性顏色為綠色、藍(lán)色，典型井以砂礫巖、含礫砂巖等相對(duì)細(xì)碎屑沉積為主。

以RMS地震屬性為基礎(chǔ)，單井測錄井特征為輔助，分析研究區(qū)下切谷體系沉積砂體展布特征。下切谷體系的主溝道中心主要發(fā)育河流相沉積，沉積砂體巖性主要為砂礫巖、含礫砂巖及砂巖等。在主溝道兩側(cè)，由于山體失穩(wěn)及支流的匯入，形成粒度相對(duì)較粗、雜亂堆積的坡積扇，其在下切谷兩側(cè)較發(fā)育。在分支河道的出口處，發(fā)育支流扇（見圖9）。

圖9 車排子地區(qū)下切谷RMS地震屬性及測井曲線特征

5.2 充填模式

在對(duì)車排子地區(qū)下切谷內(nèi)部充填特征分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合國外研究成果，建立研究區(qū)下切谷沉積充填模式（見圖10）。平面上，下切谷兩側(cè)整體上以坡積扇充填沉積為主，分布范圍較廣，由下切谷上游至下游均可發(fā)育。支流扇主要發(fā)育于分支河道的出口處，形成扇形堆積體。河流相砂體主要發(fā)育于下切谷中心，其沉積規(guī)模受坡積扇和支流扇發(fā)育的影響，在下切谷的不同位置，其規(guī)模不一。垂向上，以A，B，C 3口模擬井為例。A井位于下切谷中央，以牽引流沉積為主，表現(xiàn)為多期河流相沉積砂體垂向疊置。B井位于河流相與坡積扇的疊覆沉積區(qū)，塊狀層理角礫巖或礫巖沉積與正粒序砂礫巖及砂巖疊覆堆積。C井位于下切谷邊緣，主要為粗碎屑角礫巖堆積。

圖10 車排子地區(qū)下切谷充填模式

6 地質(zhì)意義

目前，對(duì)于下切谷內(nèi)部充填模式，國內(nèi)外普遍流行“溯源堆積論”［23-24］及“順源堆積論”［9］2 種觀點(diǎn)。二者均偏向于討論下切谷內(nèi)砂礫巖層在平行下切谷方向上的搬運(yùn)-堆積模式［7］，忽略了下切谷兩側(cè)巖壁對(duì)谷內(nèi)的供源效應(yīng)。在研究車排子地區(qū)下切谷內(nèi)部結(jié)構(gòu)時(shí)，僅僅運(yùn)用“溯源堆積論”或“順源堆積論”，很難解釋下切谷上游至下游均發(fā)育的角礫巖沉積。角礫巖棱角狀特征明顯，顆粒大小不一，雜亂排列，顯然是近距離快速搬運(yùn)、沉積的產(chǎn)物；從地震反射結(jié)構(gòu)上，在下切谷邊緣也出現(xiàn)與河流相地震反射結(jié)構(gòu)不協(xié)調(diào)的空白反射或雜亂反射。因此，基于國內(nèi)外文獻(xiàn)調(diào)研［25］，結(jié)合車排子地區(qū)下切谷形成時(shí)期的構(gòu)造與氣候條件，提出了下切谷兩側(cè)發(fā)育坡積扇沉積，這可以更好地解釋研究區(qū)角礫巖沉積的機(jī)理。研究區(qū)下切谷形成時(shí)期，氣候干旱［11］，晝夜溫差較大，巖石熱脹冷縮，導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞，加速了其風(fēng)化剝蝕，極易形成坡積扇，因此，坡積扇概念的引入，豐富了陸相湖盆下切谷沉積模式，為下切谷內(nèi)部角礫巖的發(fā)現(xiàn)提供了新的解釋方案。

“源-匯”系統(tǒng)逐漸成為沉積學(xué)研究新的熱點(diǎn)問題。以往過分看重對(duì)盆地內(nèi)沉積體系的研究，而對(duì)物源區(qū)沉積物的供給方式、供給速率及其對(duì)沉積盆地內(nèi)沉積砂體的影響關(guān)注較少。“源-匯”系統(tǒng)的研究思路突破了傳統(tǒng)由“匯”到“源”的反演思路，形成了由“源”到“匯”的正演研究思路［26］，因此，物源區(qū)沉積物的形成和供給方式已經(jīng)成為“源-匯”系統(tǒng)研究不可回避的科學(xué)問題。詳細(xì)研究物源區(qū)河流相、坡積扇以及支流扇等不同沉積砂體的生成、搬運(yùn)、沉積機(jī)理，定量分析各沉積相的規(guī)模及其形成速率，可為完善“源-匯”系統(tǒng)研究提供必要的技術(shù)方法。

下切谷的形成機(jī)理及充填樣式，決定了該體系易于形成透鏡體型巖性圈閉、側(cè)向尖滅型巖性圈閉、地層超覆型巖性圈閉和斷層-巖性復(fù)合型圈閉等4類隱蔽型圈閉［10］。以排6井、排204井等為代表，研究區(qū)目前已鉆遇的多口井均見到了油氣顯示，表明下切谷具有良好的油氣勘探前景［6］。通過對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層特征分析，發(fā)現(xiàn)下切谷邊緣角礫巖具有碳酸鹽強(qiáng)膠結(jié)的特征［27］，有利于形成膠結(jié)殼，對(duì)油氣形成側(cè)向封堵，進(jìn)而形成透鏡體型巖性圈閉。因此，加強(qiáng)對(duì)研究區(qū)下切谷體系內(nèi)部充填結(jié)構(gòu)特征的研究、分析不同充填樣式的儲(chǔ)層特征，有助于最終在油氣勘探中取得突破。

7 結(jié)論

1）車排子地區(qū)侏羅系發(fā)育多條典型的下切谷，平面上分為單一型、多分支河道型及復(fù)合型，橫剖面以“V”形、“U”形以及碟形為主。下切谷的形態(tài)特征與侵蝕和沉積作用有關(guān)——在早期以及下切谷上游，侵蝕作用明顯，下切較深，剖面上顯示為“V”形；隨著下切作用的減弱，沉積作用主導(dǎo)，下切谷由窄而深的“V”形逐漸演變成寬而深的“U”形；最終形成寬而淺的碟形下切谷。

2）下切谷內(nèi)部充填河流相、坡積扇及支流扇3種類型的沉積砂體：河流相巖性以砂礫巖、含礫砂巖、含礫泥巖為主，顆粒呈次圓狀，成熟度相對(duì)較高。坡積扇巖性以角礫巖為主，礫石直徑變化很大，呈棱角—次棱角狀，顆粒支撐結(jié)構(gòu)，分選性差，成熟度低，基本不顯示層理；地震上主要表現(xiàn)為空白反射及雜亂反射地震相。支流扇巖性以砂礫巖及含礫泥質(zhì)砂巖為主，呈次棱角—次圓狀，分選性相對(duì)較差，顆粒支撐結(jié)構(gòu)，錄井上表現(xiàn)為底部砂礫巖、頂部砂巖的特征。

3）下切谷體系的主溝道中心以河流相沉積為主，沉積砂體巖性主要為砂礫巖、含礫砂巖及砂巖等；主溝道兩側(cè)，由于山體失穩(wěn)及干燥氣候，形成粒度相對(duì)較粗、雜亂堆積的坡積扇，在下切谷的兩側(cè)連片發(fā)育；支流扇主要發(fā)育于支流河道的出口處。

4）對(duì)下切谷內(nèi)部充填特征的研究，不僅豐富了下切谷充填模式，而且促進(jìn)了對(duì)“源-匯”系統(tǒng)中物源區(qū)沉積物的生成方式及供給速率的研究。對(duì)下切谷內(nèi)不同充填方式形成的儲(chǔ)集砂體的研究，是該體系下油氣勘探取得突破的關(guān)鍵。