正牵引构造对冲积扇储层内部构型的控制作用

印森林，吴胜和，胡张明，吴小军，陈燕辉，任 翔

(1.中国石油大学(北京)地球科学学院，北京 102249;2.长江大学录井技术与工程研究院，湖北荆州 434023; 3.中国石油西部钻探工程公司，新疆克拉玛依 834000; 4.中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院，新疆克拉玛依 834000)

正牵引构造对冲积扇储层内部构型的控制作用

印森林1，2，吴胜和1，胡张明3，吴小军4，陈燕辉4，任 翔3

(1.中国石油大学(北京)地球科学学院，北京 102249;2.长江大学录井技术与工程研究院，湖北荆州 434023; 3.中国石油西部钻探工程公司，新疆克拉玛依 834000; 4.中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院，新疆克拉玛依 834000)

针对同生逆断层上盘发育的正牵引构造与冲积扇储层内部构型耦合关系不明的情况，利用岩心、露头、密井网及地震等资料，采用井震结合、标志层与目的层高程差、构型层次分析及地质综合分析等方法，从正牵引构造的基本特征出发，探讨了其控制下冲积扇储层内部构型的差异分布特点。研究表明:(1)正牵引构造有4个基本特征:呈不对称的背斜隆起形态、不同位置隆起幅度存在差异且具有累积效应、常与张性构造和不整合伴生、具有继承性发育且分布范围渐变的特点;(2)正牵引构造引起的差异隆起的沉积底形控制了冲积扇砂砾岩体的分布样式，冲积扇砂砾岩体构型要素在空间上分布与已有冲积扇沉积模式差异较大，即不再遵循辐向距扇根部位距离相等的位置具有大体相同的构型属性的规律;(3)正牵引构造控制了沉积物可容空间的大小，抬升隆起导致其发育部位可容空间不断降低，而其侧翼的则不断增加。同时，其隆起的沉积底形影响了古水流的流向，最终改变了冲积扇储层内部构型的分布格局，不再遵循沿辐向上构型要素类型与规模渐变的基本特征。

正牵引;同生逆断层;冲积扇;储层构型;准噶尔盆地西北缘

构造对沉积具有明显控制作用且具有级次对应关系，研究构造与沉积的耦合关系一直以来为构造沉积学研究的核心内容［1－10］。近年来，随着板块构造学说、层序地层学及沉积学等相关理论的发展，构造对沉积控制作用的研究进一步细化，其对应关系更加明确［11］。边沉积边活动的断层上下盘间沉积地层的差异，指示了构造对沉积控制的过程，同时，断层的组合样式及其所形成的不同类型的坡折带，对层序结构及其内部沉积体系展布的控制作用方面的研究得到了广泛的关注，逐步成为研究的热点［1－10］。

同生断层又称同沉积断层、生长断层、累积断层，随着与同生正断层相关的逆牵引构造成因、分布及控藏机理等的提出，使得我国东部油气田勘探开发的效率大大提高，促进了油气构造及成藏理论与实践的发展，形成了一系列与逆牵引相关的理论与实践方法［12－17］。与同生正断层下降盘发育逆牵引构造相对应的是，同生逆断层上升盘发育正牵引构造(简称正牵引)，即在边沉积边生长的逆断层控制下，上盘出现具有向上牵引弯曲的背斜。虽然前人对正牵引作用形成的背斜构造特征进行过研究［18－23］，但对沉积作用的控制机理研究较少［24］，特别是同生逆断层形成的正牵引上拱隆起作用引起的沉积底形的形态、规模、演化及可容空间变化特征，以及这一沉积底形及可容空间的变化是如何影响沉积物搬运、沉积过程及砂体分布样式的。另一方面，对正牵引与冲积扇储层内部构型的耦合关系的研究还未见相关报道。因此，本文以准噶尔盆地西北缘湖湾区三叠系克拉玛依组沉积体为例，利用岩心、露头、密井网及地震资料，开展正牵引基本特征及其形成演化、正牵引的分布模式(隆起高度、平面范围)、正牵引控制下砂砾岩体分布及冲积扇储层内部构型模式的研究。

1 地质背景

前人对盆地填充序列及地层层序构造格架的研究表明，准噶尔盆地西北缘湖湾区经历了4幕逆冲过程［25－35］，不同幕式的逆冲构造活动控制了不同的地层发育序列。其中本次研究的目的层是中三叠统的克拉玛依组(T2k)，为陆内造山第I幕逆冲期。研究区主要为一区及三区，与构造活动相伴随发育了多条同生断层，包括大型同生逆断层克—百大断裂、北黑油山断裂及大型走滑调节断裂大侏罗沟断裂等主要断层［26］(图1)。

钻井和露头资料表明，T2k与石炭系呈不整合接触，缺失了二叠系和下三叠统百口泉组。自下而上发育石炭系、中三叠统下克拉玛依组(简称克下组)、上克拉玛依组(简称克上组)、上三叠统白碱滩组、侏罗系、白垩系吐谷鲁群、古近系、新近系和第四系。根据新疆油田分公司现用分层方案，克下组发育了一套冲积扇沉积体系，地层沉积厚度25～85 m，平均厚度55 m，油藏中部埋深约740 m;自下而上分为S7和S62个砂层组，细分为7个小层、12个单层。克上组发育了1套辫状河三角洲沉积体系，地层沉积厚度25～75 m，平均厚度38 m，油藏中部埋深约680 m;分为S1，S2，S3，S4，S55个砂层组，细分为8个小层，分别是其中S2，S3在多个区域地层缺失［24，36］(图1)。

2 正牵引基本特征及形成与演化

正牵引构造，为靠近同生逆断层上盘的位置，因受到挤压作用而形成的具有类似背斜形态的隆起构造单元，在隆起背斜的顶点地层抬升幅度最大，其周围(包括靠近断层部位)为背斜翼部。下文从正牵引基本特征出发，探讨其形成与演化规律。

2.1 正牵引的基本特征

2.1.1 呈不对称的背斜隆起形态

同生逆断层上盘地层受到不同程度的挤压而逐渐隆起，因断层分布的非对称性及地层不同位置岩性受压能力的差异性，形成了不对称的隆起背斜形态。一般来说，在垂直断层走向方向，地层在逐渐靠近断层时呈“平缓—隆起—陡坡”直至与断层接触。因此，当多条平行同生断层出现时会形成多个“平缓—隆起—陡坡”状的隆起背斜。其中，准噶尔盆地西北缘以克拉玛依断层级别最高，上盘发育隆起的正牵引最为典型(图2)。

2.1.2 不同位置隆起幅度存在差异且具有累积效应

正牵引发育位置隆起幅度存在差异，正牵引背斜的核部隆起幅度最大，缓坡一侧隆起幅度最小，陡坡一侧隆起幅度居中。与此同时，在同生逆断层活动强度变化不大的情况下，正牵引发育隆起幅度具有累积效应，同一位置下部地层的隆起累积幅度要大于上部。整体来说，正牵引背斜的隆起幅度最终与断层的活动强度有关(图2)。

2.1.3 常与张性构造及不整合伴生

图1 准噶尔盆地西北缘研究区位置与地层剖面Fig.1 Location and stratigraphic column of study area，NW margin of Junggar Basin

图2 准噶尔盆地西北缘正牵引隆起特征及其形成过程Fig.2 Features and formation process of normal drag structure uplift，NW margin of Junggar Basin

由于逆冲断层的推覆作用而使上盘地层逐渐隆起抬升形成背斜，随着同生逆断层挤压力不断增强，在背斜的顶部引起构造应力的反转，在整体呈压应力的条件下，局部容易出现张性构造(正断层)，其分布主要有以下几个特点:(1)正断层发育位置主要在背斜核部或主断裂的旁侧且成束分布，其与同生逆断层构造走向呈大致平行分布;(2)正断层束剖面上具有从背斜核部向两边呈非对称分布的特点;(3)正断层一般为高角度(大于60°)断层; (4)其下盘地层厚度普遍大于其上盘厚度，且在隆起剥蚀时，下盘地层的缺失层位少于上盘地层。

随着正牵引构造的累积隆起，背斜顶部可能会遭受削蚀，形成局部不整合界面，在研究区地震剖面上显示S1与下伏地层呈不整合接触［24］。

2.1.4 具有继承性发育且分布范围渐变的特点

正牵引在不同层位的发育位置具有明显的继承性。上部与下部层位隆起位置具有继承的关系，且自下而上影响范围渐渐扩大。在平面上，不同层位隆起幅度由背斜顶端向四周减小，由于挤压受力不均一，局部隆起幅度会有一定的差异。

2.2 正牵引的形成及演化

2.2.1 正牵引识别及形成

(1)多井对比识别正牵引。通过研究区典型层位的地层厚度特征，分析研究区正牵引构造的发育情况。过一中区东西向地层对比剖面图揭示了研究区不同程度地缺失了，S3，S2等层位(图3)。其中，位于一中区中西部缺失的层位最多，地层厚度最薄，如1906井、6－9井、8－11井3口井缺失层位最多、地层厚度最薄，而位于剖面西部的1914井及东部的T10215井、TD10219井、54井地层数增多，厚度增大(图3a)。整体来说中西部地层剥蚀严重，东部地层数多于西部区域，地层厚度大于西部区域，说明东部地层遭受剥蚀程度又比西部弱。从另一条由北至南地层对比剖面发现地层主要缺失了，S3，S2等层位。其中，位于一中区中西部缺失的层位最多，地层厚度最薄，如8－11，9－5A，508井3口井缺失层位最多、地层厚度最薄，而位于剖面北部的4－12，5－5S井及南部的10－1S，G64井地层数增多，厚度增大明显，特别是G64井，地层发育完整(图3b)。整体来说，中西部地层剥蚀严重，而南部地层数多于北部区域，地层厚度大于北部区域，说明南部地层遭受剥蚀程度又比北部弱。因此，受正牵引控制，隆起部位遭受剥蚀程度最大为中偏西北位置，地层由核部向翼部数量增多、厚度增大，自下而上地层缺失范围逐渐增大。

(2)分析化验识别局部不整合界面。在利用地震资料识别正牵引形成的不整合界面的同时，针对露头区黑油山沟35剖面S1及其下伏地层进行取样分析化验，分析古风化作用程度，以揭示S1上下层化学元素组成的差异特征，辅助识别正牵引的形成及其特点。露头上，S1砂组主要以砂砾岩为主，而下部突变为灰色砂质泥岩。与此同时，利用等离子发射光谱分析方法对黑油山35剖面不同层位取样点进行了元素分析化验。取样点位置及岩性分别为白碱滩组泥岩、S2顶部灰色砂质泥岩、S2顶部灰色含碳质泥岩、S2中部灰色碳质泥岩。

图3 准噶尔盆地西北缘过正牵引发育地层剖面Fig.3 Section showing stratigraphic characteristics with normal drag structure development position，NW margin of Junggar Basin

表1 准噶尔盆地西北缘黑油山露头区35号剖面等离子体发射光谱分析报告Table 1 Plasma emission spectrum analysis report，Heyoushan No.35 section，NW margin of Junggar Basin

利用等离子发射光谱分析了Na、Mg、K、Ca、Fe元素的含量，其中，钠/钾比值是较好的衡量岩石古化学风化程度的关键指标，可以很好地用于表征岩石中斜长石的古化学风化程度，因斜长石的风化速率大于钾长石，所以岩石钠/钾比值与其风化程度呈反比［37］。而分析化验结果表明S2顶界面附近Na/K值偏低，表明其顶部遭受了风化作用(表1)。

2.2.2 正牵引的演化及其分布

正牵引的演化及其分布特点具有独特性，利用沉降幅度差异导致的地层沉积厚度差异原理来恢复原始古地貌，以此分析正牵引构造的演化及分布特点。具体步骤如下:

(1)估算相对于基准面的古地形高程差。首先，选取基准面，克上组选择湖相泥岩沉积的S6砂组顶界面为基准面，克下组选择古地形填平补齐后的小层顶面为基准面;之后，利用不同层位与基准面的厚度差值反映古地形相对高程差。同时，对于局部地层缺失部位，按照地层厚度趋势来估算其厚度。

(2)恢复古地形地貌。在估算相对古地形高程差的基础上，计算相对古地形高程差的平均值，利用不同位置高程值与平均值的差值来恢复古地貌高程值。以S2砂组为例来详细说明，首先利用地层厚度趋势估算局部地层缺失位置地层厚度，然后利用S2砂组底面(S3砂组顶面)构造图与S6砂组顶面构造相减，得到S2—S6砂组地层厚度等值线，此地层厚度等值线图即反映了古地形的相对高程差，计算古地形相对高程差的均值，利用古地形的相对高程差减去均值即为S2沉积前的古地貌图。利用此方法对S3，S4，S5，等5个砂组/小层进行古地貌的分析，恢复不同层组沉积前古地貌。

通过对古地形相对高程及古地貌的分析发现，研究区正牵引构造具有以下分布特点:其一，正牵引自下而上影响范围扩大，地层抬升的幅度及平面分布在顶部地层(S2)明显大于底部();其二，正牵引构造在底层发育时()为多个小幅度的隆起，向上逐渐变为一个典型的隆起(S2)。

3 正牵引对冲积扇储层构型的控制

构造对砂体的宏观展布样式及其成因类型的控制受到了广泛的关注。而同生逆断层是挤压盆地构造活动的具体表现形式，其形成的构造要素正牵引构成了特殊的沉积底形，其对冲积扇砂(砾)岩体的形态、规模具有明显的控制作用。

3.1 正牵引发育部位砂砾岩体展布特征

对一、三区克下组 S7砂体厚度进行统计，然后，利用克里金插值方法计算870口井的砂体厚度平面分布(图4)。图4中显示不同区域位置砂砾岩体厚度存在较大差异，在三区中北部、一区中北部砂砾岩体发育程度最高，厚度20～25 m;其次是三区东南部、西南部及一区东部，厚度8～20 m;砂砾岩体发育程度最低为一区西南部，厚度2～8 m。这说明冲积扇砂砾岩体发育程度高低与区域位置具有很大的相关性。其中，冲积扇出山口撒开位置砂砾岩体发育程度最高，位于扇体侧缘位置砂砾岩体发育程度明显降低，而扇体边缘的位置砂砾岩体发育程度也比较低。砂砾岩体发育最低的西南部位与正牵引发育的位置具有很好的对应性，说明了正牵引对冲积扇砂砾岩体分布具有明显的控制作用。

上面利用砂砾岩体厚度等值线分析了其平面分布特点，以下结合砂砾岩体在剖面上的叠置特点进一步阐述。过一中区克下组AA'横剖面显示，砂砾岩体整体呈“厚—薄—厚”的分布规律，其中部10－1S—12－2井砂砾岩体侧向以薄层窄带状分布或孤立状分布为主，泥岩发育程度高，垂向上整体呈厚层泥岩夹薄层砂砾岩，砂泥比约为1∶3～1∶4;而位于剖面东部和西部的井剖面显示砂砾岩体连续性较好，垂向上砂砾岩体与泥岩互层，砂泥比约为1∶1(图5)。

3.2 正牵引对冲积扇储层构型的控制作用

正牵引不仅控制了地层厚度的变化，同时还影响了砂砾岩体的发育规律，进而决定了冲积扇内部构型的分布特点。顺物源方向上储层构型分布特点可以进一步揭示过正牵引部位冲积扇内部构型的分布特点。正牵引发育部位(BB'整体位于正牵引发育位置)槽流砾石体、片流砾石体与辫流水道呈薄互层透镜状镶嵌在漫洪沉积中(图5)。平面分布图显示，扇体在正牵引发育过程中呈现砂砾岩体“分叉”沉积的特点，即正牵引侧翼片流与辫流沉积发育程度高，其核部则主要发育各类细粒沉积(图6)。

图4 准噶尔盆地西北缘正牵引构造控制下冲积扇砂砾岩体展布特征Fig.4 Plane distribution of gravel-sand body controlled by normal drag structure，NW margin of Junggar Basin

图5 准噶尔盆地西北缘正牵引构造控制下冲积扇砂砾岩体构型展布特征Fig.5 Vertical distribution of gravel-sand body controlled by normal drag structure，NW margin of Junggar Basin

图6 正牵引控制下冲积扇平面相带展布Fig.6 Plane distribution of alluvial fan facies controlled by normal drag structure

另一方面，通过冲积扇沉积过程来体现正牵引对扇体发育的控制。研究区冲积扇的发育始于砂组沉积时期，此时一中区正牵引发育程度较低，仅仅为微凸的古高地，沉积了漫洪砂体，同时其局部地区因古地形的差异而未沉积;当扇体发展到了其主要沉积期时，其发育程度进一步加大，形成了正牵引背斜的雏形，导致沉积时主要沉积了洪水期的漫洪沉积物(漫洪砂体与漫洪细粒)，发育了少量的水道沉积;当扇体发展到和沉积时，抬升隆起进一步累积加剧导致沉积物以漫洪细粒为主，泥岩发育程度极高。

3.3 正牵引控制下冲积扇储层内部构型分布模式

正牵引对冲积扇储层内部构型的控制有以下关键2点:(1)控制了其发育部位的有效可容空间，抬升隆起导致正牵引部位整体可容空间不断降低，而其侧翼的可容空间在不断增加，当沉积物供给充足时，如洪水期，古地形的高部位(正牵引发育部位)沉积了薄层细粒沉积物，而低部位则(正牵引侧翼)沉积厚层粗粒砂砾岩体;在沉积物供给不充分时，如平水期，则呈现饥饿性沉积，甚至导致地层的剥蚀(如克上组中西部的地层缺失)。(2)扇体由多个朵体多期次叠加形成，其隆起的沉积底形改变了古水流方向及朵体的空间分布，进而改变了冲积扇储层内部构型单元的分布，即在冲积扇辐向距扇根距离相等的位置，应具有相同的构型属性，而正牵引的发育则改变了这种常见模式，辐向距扇根距离相等的位置发育了不同的构型要素类型，引起了冲积扇内部构型的差异分布。隆起的两翼为古水流卸载沉积物的重要场所，发育了槽流砂砾岩体、片流砂砾岩体、辫流水道砂体等主力储层构型单元，而隆起核部则以水流漫溢的沉积形式为主(图7)。

4 讨论

构造对沉积控制的研究一直以来是地质学家关注的焦点，也是热难点之一。关于构造坡折带、构造转换带及同生断裂组合样式等对沉积体控制作用方面的研究取得了较大进展，然而，在构造与沉积耦合的临界点(即最大沉积自旋回与最小构造异旋回)方面的研究才刚刚起步，这是构造沉积学进一步深化的方向。从对同生断层及其组合样式控制下沉积体系及其砂体填充样式的研究，到对同生断层次级构造要素，正牵引与断坡对沉积体内部构型控制的研究还亟待下一步攻关。

图7 准噶尔盆地西北缘正牵引构造控制下砂砾岩体三维分布模式Fig.7 3D model of sandy conglomerate distribution controlled by normal drag structure，NW margin of Junggar Basin

从构造作用产生的差异底形这个视角探索其对沉积的控制作用，是研究不同级次构造作用对沉积控制的重要组成部分。同生逆断层上下盘间产生的断坡对冲积扇内部构型的控制、逆牵引与正牵引对沉积体内部构型的控制机理方面还需要进一步地探索。其中，正牵引构造通过控制可容空间及古水流流向，改变了冲积扇构型单元的空间叠置样式，然而正牵引隆起的速率与沉积物沉积速率的耦合关系如何，还需要构造物理模拟与水槽沉积模拟实验相结合的方法来进行研究。

伴随着强烈的断层活动时，冲积扇的发育有2种常见情况，其一是同生逆断层位于扇体顶部(扇根)，其二是同生逆断层位于扇体前缘(扇缘)。第一种情况发育的冲积扇目前研究较多，并提出了相应的沉积模式［34－36，38］;第二种情况则研究较少，沉积模式存在较大争议，因其受同生逆断层上盘发育的正牵引构造控制，冲积扇砂砾岩体构型分布与第一种类型存在较大的差异，其不再遵循辐向距扇根部位距离相等的位置具有大体相同的构型属性的规律(图8)。

5 结论

(1)同生逆断层上盘的局部位置由于逆冲断层的推覆作用使得上盘地层逐渐隆起抬升，形成明显的小型背斜(正牵引构造)。正牵引构造呈不对称的背斜隆起形态，不同位置隆起幅度存在差异且具有累积效应，常与张性构造和削蚀不整合伴生，呈继承发育且分布范围具有渐变趋势。

图8 冲积扇构型差异特征Fig.8 Differential architecture of an alluvial fan

(2)由正牵引构造引起的差异隆起的沉积底形决定了冲积扇砂砾岩体的分布样式。隆起背斜部位的砂砾岩体发育程度低，以砂泥交互和厚层泥岩夹薄层砂等非主力储层为主，主要构型要素为洪水期沉积的漫流与漫溢细粒沉积;与之相反，正牵引构造背斜两翼砂体以厚层连片状片流带砂砾岩体主力储层占绝对优势。冲积扇砂砾岩体构型要素在空间上分布与已有冲积扇沉积模式差异较大，即不再遵循辐向距扇根部位距离相等的位置具有大体相同的构型属性的规律。

(3)从控制机制方面来说，正牵引控制了沉积物可容空间的大小，抬升隆起导致正牵引部位可容空间不断降低，而其侧翼的可容空间在不断地增加，因而控制了砂砾岩体的展布特征。同时，其隆起的沉积底形影响了古水流的方向，最终改变了冲积扇储层内部构型的分布格局，不再遵循构型要素类型与规模沿辐向渐变的规律。

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(编辑 黄 娟)

Controlling effect of normal drag structure on the internal reservoir architecture in an alluvial fan

Yin Senlin1，2，Wu Shenghe1，Hu Zhangming3，Wu Xiaojun4，Chen Yanhui4，Ren Xiang3
(1.College of Geoscience，China University of Petroleum，Beijing 102249，China; 2.Logging Technique and Engineering Institute，Yangtze University，Jingzhou，Hubei 434023，China; 3.Xibu Drilling Engineering Company of PetroChina，Karamay，Xinjiang 834000，China; 4.Research Institute of Exploration and Development，Xinjiang Oilfield Company of PetroChina，Karamay，Xinjiang 834000，China)

The coupling relationship between the normal drag structure developed in the hanging wall of a contemporaneous reverse fault and the internal reservoir architecture in alluvial fan，based on core，outcrop，dense well and seismic data is unclear.Well-to-seismic calibration，elevation differences between key and target strata，hierarchy bounding surface analysis and comprehensive geological analysis have been used to clarify this relationship.The differential distribution characteristics of internal reservoir architecture under the control of normal drag structure were studied.Research shows:(1)Normal drag structure has 4 essential features:asymmetrical anticline uplift morphology，uplifted extent difference exists in different places with cumulative effect，extensional tectonic and unconformities often appear，successive development and distribution range gradually change.(2)The bed form of differential uplifting caused by normal drag structure controlled the dispersion and filling with sandy conglomerate，which was different from the traditional mode，that is，different architecture may appear at the same distance to the fan root.(3)Normal drag structure controlled sediment accommodation space.Uplift made the space decrease，and on the wings increase instead.On the other hand，uplifting sedimentary bed form affected the direction of paleocurrent and changed the distribution of internal architecture in an alluvial fan reservoir.Architecture element type and scale no longer changed along the radial direction.

normal drag structure;contemporaneous reverse fault;alluvial fan;reservoir architecture;NW margin of Junggar Basin

TE12<2.2 class="emphasis_bold">2.2 文献标识码:A2.2

A

1001－6112(2016)06－0811－10

10.11781/sysydz201606811

2015－12－20;

2016－08－16。

印森林(1983—)，男，副教授，从事储层沉积学及油气田开发地质研究工作。E-mail:yinxiang_love@qq.com。

吴胜和(1963—)，男，教授，从事油气田开发地质研究工作。E-mail:reser@cup.edu.cn。

国家自然科学基金项目(41372116)和(41502126)联合资助。