柴达木盆地北缘马仙地区浅水湖泊三角洲沉积特征及其形成条件

张 锐

(陕西延长石油 (集团)有限责任公司研究院勘探所，陕西西安 710075)

马仙地区位于柴达木盆地北缘 (简称柴北缘)，是青海油田公司重要的勘探区块，经过近年来的大量工作，在区内相继发现了马海、南八仙等油气藏，展现出巨大的勘探潜力。前人针对柴北缘重点层位开展了大量的沉积学研究工作，揭示出柴北缘马仙地区古近系—新近系主要发育辫状河—辫状河三角洲—湖泊体系［1－3］。本文充分应用本区露头、岩心、测井等基础资料，系统分析了柴北缘西段中部马仙地区古近系—新近系沉积相类型与沉积体系的时空分布规律，在前人工作基础上进一步提出马仙地区发育浅水湖泊三角洲沉积体系的观点，并重点分析了该体系中浅水三角洲和氧化型浅水湖泊的沉积特征、演化过程与有利形成条件，为下一步的油气勘探工作提供了可靠的地质依据。

1 地质概况

马仙地区位于柴北缘中部，东临绿梁山 (图1)。区内主要发育南八仙断背斜与马海凸起两个三级构造。古新世—始新世，柴北缘地区总体处于弱伸展构造环境。研究区整体沉降，发育填平补偿性沉积;研究区中部马海构造带由于古地形较高，未接受路乐河组沉积;渐新世至上新世中期，柴北缘地区进入坳陷演化阶段，构造相对稳定;上新世晚期，柴达木盆地进入挤压反转构造阶段，柴北缘地区整体抬升，大面积地层遭受剥蚀，马海凸起高部位第四系沉积直接覆盖在上干柴沟组之上［4］。

图1 马仙地区构造位置及工程布置图Fig.1 Map showing structural location and project outline of Maxian area

2 沉积特征

在对马仙地区野外露头剖面、钻井、测井及分析化验资料综合研究的基础上，运用沉积学原理，识别出洪积扇、辫状河、浅水三角洲和氧化型浅水湖泊4种类型的沉积相。洪积扇与辫状河沉积特征前人已有研究，此处重点分析浅水三角洲和氧化型浅水湖泊沉积特征。

2.1 浅水三角洲

研究区内三角洲是由辫状河入湖形成的浅水三角洲，主要分布于南八仙构造带，产出层位主要是下干柴沟组至上干柴沟组。

浅水三角洲平原亚相岩性以灰色、棕色含砾粗砂岩和灰色砂岩为主，夹少量棕红色、灰色泥岩和灰绿色粉砂岩。主要发育分流河道、天然堤、分流间洼地等微相。沉积构造主要有反映较强水动力条件的大型交错层理和平行层理，河道下切形态明显 (图2)。

图2 马仙地区野外露头图Fig.2 Features of field outcrop in Maxian area

浅水三角洲前缘亚相岩性以灰色细砂岩、棕色粉砂岩和褐色泥岩为主，可见小型交错层理、波状层理、沙纹层理、变形构造等，可划分为水下分流河道、河口坝、席状砂和水下分流间湾等4种微相 (图3)。其中水下分流河道砂体较为发育，而河口坝砂体厚度较小。由于研究区地形平缓，湖泊水动力相对较弱，而河流水动力显得十分突出。

图3 仙3井浅水三角洲前缘相序列图Fig.3 Sedimentary sequence of the front of shallow water delta in Xian3 well

在物源供应较为充足的条件下，低水位期分流河道长距离向湖泊方向推进，高水位期则长距离后退，导致水下分流河道沉积大面积分布，且前端明显席状化［5－6］。由于沉积时气候干旱而且水体较浅，三角洲前缘相对频繁地周期性暴露于水上遭受氧化，泥岩的颜色常常呈现出红色、棕色等氧化色 (图4a)。浅水前三角洲亚相以细粒沉积为主，向研究区西部很快过渡为滨浅湖相泥岩。

图4 马仙地区滨浅湖钻井岩心照片Fig.4 Drilling cores of shore－shallow lacustrine in Maxian area

2.2 氧化型浅水湖泊

分布于南八仙构造带至北1井附近，在下油砂山组至上油砂山组沉积期湖泊面积最大。其主要亚相类型是滨浅湖 (图5)。湖盆水体较浅，地形平缓，因此湖平面高频升降受季节性气候的影响极大。沉积物呈现氧化色与还原色互层的特点，其中灰色粉砂岩、灰绿色泥岩反映水源充沛、水体较深的沉积环境;紫色、红色泥岩则表明该时期水源补给萎缩，湖平面下降，沉积物暴露遭受氧化［7］。沉积构造主要有小型交错层理、波状纹层及各种小型浪成波痕，并可见虫孔及生物扰动构造 (图4b)。

图5 仙8井滨浅湖相序列图Fig.5 Sedimentary sequence of shore－shallow lacustrine in Xian8 well

3 沉积体系的演化

受控于柴达木盆地古近系—新近系的构造特征，在不同的构造演化阶段，浅水三角洲—氧化型浅水湖泊体系的发育程度不同，可分为初期准备、中期繁盛和晚期衰退3个阶段［8－9］。

3.1 初期准备阶段

古新世—始新世，研究区构造平静，以弱伸展构造作用为主，发育洪积扇—辫状河体系。受近物源及干旱气候的影响，来自鱼卡—绿梁山一线的物源供应充足，山前的洪积扇向研究区中、西部大面积延伸，至南八仙地区逐渐演化为辫状河和大面积的洪泛平原 (图6)。该阶段主要发育盆地初期的填平补齐性沉积，为浅水三角洲—氧化型浅水湖泊的发育提前准备平缓的地形条件 (图7a)。

图6 沉积相与构造演化综合分析柱状图Fig.6 Histogram of comprehensive analysis on sedimentary facies and tectonic evolution

3.2 中期繁盛阶段

图7 浅水三角洲—氧化型浅水湖泊体系沉积模式图Fig.7 Sedimentary model of shallow water delta and oxidized shallow water lacustrine

始新世—上新世中期，柴达木盆地处于全面挤压坳陷阶段，沉降幅度较前一阶段明显加大，研究区内浅水三角洲—氧化型浅水湖泊广泛发育。下干柴沟组下段沉积期，总体岩性较粗，在仙3井和仙5井的录井剖面上可见厚度为10～20m的砾石层。该时期研究区中东部以辫状河沉积为主，西部以浅水三角洲—氧化型浅水湖泊体系为主。至下干柴沟组上段沉积期，研究区东北方向的鱼卡—祁连山一线的物源供应有所增强，三角洲平原河道向盆内不断延伸，湖岸线随之后退。研究区西部南八仙和南部北1井附近演化为三角洲平原 (图6)。据仙3井、仙4井录井资料显示，下干柴沟组上段底部岩性以砾岩和砂岩为主，向上粒度变细。上干柴沟组至上油砂山组沉积期，研究区内构造平静，湖岸线又向东持续迁移，湖域面积呈逐步扩大的趋势。西部以湖相泥岩沉积为主，夹薄层的水下分流河道和席状砂，受波浪作用改造，厚度较薄但延伸较远 (图7b)。东部马海构造带仍然以辫状河体系为主。

3.3 晚期衰退阶段

上新世晚期狮子沟组沉积时期，柴达木盆地进入挤压反转阶段，在祁连山的强烈挤压作用下，研究区整体大幅度抬升，新近系遭受不同程度的剥蚀，狮子沟组在研究区内普遍缺失。根据路乐河野外露头剖面分析，该阶段盆内可容空间不断减小，物源供给过于强烈，三角洲不断向盆地内进积，湖泊急剧萎缩，因此研究区内浅水三角洲—氧化型浅水湖泊体系基本衰退。

4 有利地质条件分析

4.1 古水深

沉积物的颜色，尤其是泥岩颜色能很好地反映沉积环境。研究区泥岩颜色多样，包括深灰色、褐色、棕红色和棕黄色等。研究区内棕红色、褐色等氧化色泥岩的质地较纯，发育块状层理和水平层理，极少有暴露标志，岩心观察中少见植物化石、炭屑等，说明其沉积时可能并不是一种纯粹的陆上暴露环境，这种氧化色泥岩可能是一种浅水环境的产物，浅水湖泊环境为浅水三角洲的形成提供了空间和条件。

滨浅湖相泥岩在沉积时通常为还原—弱还原环境下的灰色、深灰色泥岩，后来由于暴露地表形成干裂，氧化作用首先在干裂缝隙进行，使这些部位变成暗红色或紫红色 (图4a)。其中在南八仙构造带的仙字号井区，路乐河组—下干柴沟组泥岩颜色多为红棕色，而至上部上干柴沟组—油砂山组沉积时期深灰色或“灰红相间”的泥岩逐渐增多，这一变化趋势总体反映出研究区水体不断加深。而“灰红相间”的泥岩则进一步表明湖盆水体浅且湖平面变化频繁。

4.2 古构造

在经历了古新世—始新世伸展构造阶段以后，柴北缘下干柴沟组至上油砂山组处于弱的挤压坳陷背景下，南祁连山对柴北缘表现为弱的挤压作用［10－11］，对研究区的物源和沉积格局影响较小，盆地内部地层厚度变化不大，形成了由南向北缓慢坡降，但总体平缓的地形条件。因此，研究区内浅水三角洲—氧化型浅水湖泊体系得以普遍发育。

4.3 古气候

柴达木盆地古近纪—新近纪生物中，旱生植物孢粉占主要地位，例如，藜粉属、菊科粉属、麻黄粉属、拟白刺粉属等，这4类共占总孢粉含量的一半以上，可达70%～80%(图8)。除此以外，盆地内发育少数湿生植物，它们仅局限生长于湖边的潮湿地区，相对旱生植物含量较少。表明柴达木盆地古近纪—新近纪气候均属于干旱气候。

图8 柴达木盆地古近纪—新近纪各类孢粉百分含量变化曲线图①赵澄林、张亚庆、王明儒，柴达木盆地第三系沉积特征和储盖层研究，中国石油大学 (北京)，1998。Fig.8 Curves showing percentage variation in various pollen of Paleogene－Neogene，Qaidam Basin

4.4 条件分析

综上所述，认为古气候和古构造互相配合，是控制研究区湖平面高频变化的主要因素，为浅水三角洲及氧化型浅水湖泊的形成提供了有利地质条件。在干旱气候下，研究区内补给水源匮乏，主要是季节性降水和冰雪融水。因此，水体较浅，湖泊水动力弱;而河流作用较强，水下分流河道可以延伸很远，而河口坝不太发育。在平缓的地形条件下，湖平面的垂向变化可以引起湖岸线在横向上的大范围迁移。因此，洪水期时，湖岸线大规模向陆地迁移，大面积的三角洲平原及河流沉积物被淹没;枯水期时，湖岸线急剧后退，三角洲及滨浅湖沉积物暴露于水上，遭受氧化，在钻井岩心上表现为“灰红相间”［7］的高频沉积旋回。

5 结束语

(1)研究区浅水三角洲—氧化型浅水湖泊沉积体系特点鲜明。在物源供给充足且稳定的条件下，浅水三角洲水下分流河道延伸较远，而河口坝不发育;氧化型浅水湖泊表现为湖盆宽浅、氧化和还原环境交替。

(2)浅水三角洲—氧化型浅水湖泊体系的演化过程可分为初期准备、中期繁盛和晚期衰退3个阶段，在不同的阶段发育程度不同，特征各异。

(3)古气候和古构造共同作用，直接导致了研究区湖平面的高频变化，进而为浅水三角洲及氧化型浅水湖泊的形成提供了有利地质条件。

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