滴南凸起-阜北斜坡白垩系清水河组沉积特征∗

王琳霖，王振奇，张宗斌，肖洁

(1.长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室，湖北武汉430100；2.长江大学地球科学学院，湖北武汉430100；3.中国石油新疆油田公司勘探开发研究院，新疆克拉玛依834000；4.中国石油华北油田勘探开发研究院，河北任丘062552)

0 引言

准噶尔盆地是我国西北部仅次于塔里木盆地的含油气盆地，其古生代、中生代和新生代地层中均有油气显示[1,2]．近年来，随着盆地内油气勘探的不断深入，中生代油气勘探前景逐渐被重视起来，并相继在准东地区白垩系呼图壁河组发现高产油气井[3]．随着勘探的持续进行，清水河组底砾岩和超覆砂体内也相继发现油气显示，从成藏组合关系上清水河组的圈闭应该优先于呼图壁河组捕获侏罗系、二叠系和石炭系烃源岩生成的油气，因此，为推动研究区清水河组油气勘探有必要对清水河组沉积相类型及沉积演化进行系统研究．前人针对研究区白垩系的地质研究较少，有学者通过对准噶尔盆地腹部白垩系呼图壁河组进行研究提出该组沉积相类型主要为砂质辫状河[4]；对于清水河组沉积的特征，一种观点认为白家海凸起及其周边地区白垩系清水河组主要发育扇三角洲相[5]，另一种观点认为该区清水河组属于辫状河三角洲沉积[6]．结合研究区构造发育位置和清水河组沉积特征的综合分析，认为研究区构造位置靠近山前，坡降大，清水河组底部砂砾岩发育，上部细砂岩、粉砂岩发育，砂体横向连通性较好，冲刷面构造之上多有泥砾发育的滞留沉积，平行层理、块状层理以及多种类型交错层理发育，上述特征更符合辫状河沉积特征．因此，本文以沉积学的方法和原理为指导，利用85口钻井的测录井资料、15口井的岩芯样品资料以及地震资料等对滴南凸起-阜北斜坡白垩系清水河组沉积特征及其油气地质意义进行探讨，以期为后续寻找清水河组隐蔽油气藏提供依据．

1 区域地质背景

研究区位于准噶尔盆地东部，包括滴南凸起、白家海凸起和阜北斜坡区，面积约11 000 km2（图1）．其中滴南凸起位于准噶尔盆地陆梁隆起东段，南北分别为滴水泉凹陷和东道海子凹陷相邻；白家海凸起和阜北斜坡区位于准噶尔盆地中央隆起带东段，南邻阜康凹陷，北至东道海子凹陷．研究区钻遇地层自下而上分别为石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、古近系、新近系和第四系．石炭系主要为海相泥页岩沉积，二叠系主要为河流相的砂泥岩沉积，三叠系主要为冲积扇-河流相的砂砾岩沉积，侏罗系主要为冲积扇-河流相的砂岩沉积[7,8]，白垩系主要为河流相、扇三角洲相的砂砾岩沉积，古近-新近系主要为冲积扇相的砂砾岩沉积，第四系主要是风积为主的砂质沉积物[9,10]．

图1 滴南凸起-阜北斜坡地区分布图

2 沉积相标志

2.1 岩性特征

白垩系底部清水河组在研究区均有分布，与下伏侏罗系地层呈不整合接触．底部岩性主要为砾岩、中-细砂岩以及灰色、褐灰色巨厚层粉砂岩、钙质粉砂岩，偶见紫红色、褐色的含砾砂岩、粉砂岩；中上部岩性主要为褐色、灰褐色、褐灰色中-厚层状泥岩、砂质泥岩，夹浅灰色、褐灰色、灰白色薄-中厚层状泥质粉砂岩、粉砂岩，其中灰色细砂岩、粉砂岩与表现为氧化色的红色、紫红色泥岩互层是干旱型辫状河发育的主要特征之一，表明该时期主要以干旱气候为主，并且洪泛河流发育[4]．

2.2 沉积构造

沉积构造是沉积物沉积时水动力条件及沉积的埋藏、成岩过程的直接反映，具有较好的指向性．通过对15口取芯井岩芯进行观察描述，研究区发育丰富的流动成因构造类型，包括平行层理、交错层理、砂纹层理、块状层理、冲刷面构造以及生物成因的生物遗迹构造，缺乏重力流成因的变形构造．

平行层理发育在粉、细砂岩、泥岩中，纹层厚度薄，相邻纹层颜色的差异可辨识（图2-a）．交错层理类型丰富，发育小型槽状交错层理、楔状交错层理、板状交错层理，主要发育在灰色细砂岩和粉砂岩层段中（图2-b、2-c、2-d）．砂纹层理发育在薄层细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩有规律重复出现的地层中，反映水介质变化和沉积环境周期性交替变化（图2-e）．块状层理主要发育于灰色泥岩或粉砂质泥岩中，一般不具纹层构造，反映沉积物快速堆积的原生成因或者生物扰动混合破坏原生层理形成块状层理的次生成因（图2-f）．冲刷面构造的典型特征是自下而上粒径突然变大、颜色突变，反映水动力条件突然增强，冲刷面上部主要为泥质粉砂岩、粉砂岩和细砂岩，下部含大量泥质，以泥岩为主（图2-g）．

图2 研究区清水河组岩心沉积特征

2.3 测井地震响应特征

白垩系清水河组底部测井曲线上响应特征明显，电阻率曲线底部呈箱形，阻值一般为4∼6Ω.m，中上部呈锯齿夹宽齿状，阻值为6∼10Ω.m；自然伽马值底部范围在60∼75API之间，中上部范围在75∼105API之间，相对中上部底部巨厚砂层自然伽马值明显变小．地震剖面上清水河组底部砾岩表现为低频强振幅高连续反射特征，中上部表现为低频中低振幅中连续的亚平行反射特征，反映辫状河水道砂岩与泛滥平原泥岩垂向叠置不等厚互层沉积，地震剖面上缺乏楔状或丘状反射[11]．

3 沉积相类型

结合区域沉积背景，根据沉积相标志等研究[12−15]，认为研究区清水河组主要发育辫状河沉积相，其中辫状河主要有河床亚相与泛滥平原亚相．

3.1 辫状河河床亚相

研究区白垩系早期整体处于干旱气候背景，降雨量少，地表径流小，发育间歇性洪水沉积，仅在清水河组底部沉积一套砾岩层，其余大部分清水河组地层河床亚相以细砂岩、粉细砂岩、粉砂岩沉积为主要特征．河床亚相层理发育且类型丰富，底部常具冲刷构造，可进一步划分为河床滞留沉积微相和心滩微相．

河床滞留沉积：岩性以中细砾岩及砂岩为主，沉积厚度较小，连续沉积厚度最大为4 m，发育块状层理、平行层理和槽状交错层理．河道沉积有高能河道和低能河道之分，低能河道径流小，多为间歇性河道，主要发育洪水沉积．洪泛期洪水中悬浮泥质含量高，因此沉积物较细，以细砂岩、粉砂岩、粉细砂岩沉积为特征，泥质含量较高；高能河道常年有水流作用，河流牵引作用强，沉积以砂砾岩为主，泥质含量低．

心滩沉积：研究区心滩岩性以中、细砂岩为主，伽马曲线表现为钟形、带齿状的箱型．心滩的形成与辫状河水动力结构有一定关系，是辫状河沉积的重要组成部分，发育块状层理、多种类型的交错层理．心滩向上过渡一般为泛滥平原泥质沉积，底部具冲刷面[16]，在剖面上呈透镜状分布，平面上受河道迁移影响，发育位置不固定．

3.2 泛滥平原亚相

泛滥平原亚相通常发育在河道之间，于地形较平坦区域沉积．岩性以泥岩和粉砂质泥岩为主，局部夹粉砂岩、泥质粉砂岩，颜色以紫红色、灰褐色间歇出现为特征，具有水平层理、块状层理，含植物化石和生物遗迹，GR曲线为典型低幅平直形．

4 沉积相展布及演化

在单井和连井沉积相分析基础上结合滴南凸起-阜北斜坡区地层厚度、砂岩厚度及砂岩百分含量对清水河组底砾岩层段和其上的每期超覆地层单元绘制了沉积相剖面图和平面图，揭示了该区清水河组沉积相剖面和平面上沉积相的展布特征．

研究区底砾岩由斜坡向凸起方向超覆减薄，不同期次的底砾岩之间有较薄的泥岩隔层，底砾岩之上的超覆地层中砂体粒度偏细，以细砂岩、粉砂岩、粉细砂岩为主，纵向上砂泥呈薄互层叠置关系，单砂层厚度薄，横向上砂体连通性较好，有效砂体多为空间上相互叠置的大小不等的透镜状砂岩体，在湖盆边缘或坡折带可见明显的地层上超特征（图3）．

图3 白垩系清水河组井震结合沉积相对比图

白垩系清水河组底部发育底砾岩沉积，为潮湿气候辫状河沉积环境，底砾岩主要发育在白家海凸起东部和阜北斜坡区，以阜13-白家3井沉积中心规模较大，沉积厚度最大可达140 m，在白家2井及附近底砾岩不发育．白垩系底砾岩沉积时期，受燕山Ⅲ幕构造运动影响，研究区东部构造抬升[17]，该时期物源充沛，气候湿润，河流携带能力强，在白家海凸起-阜北斜坡区广泛发育辫状河水道，古水流流向总体上呈现出由北东（或东）向南西方向，辫状河河道沿白家海凸起南翼多期摆动迁移，河道砂体叠置形成了辫状河道沉积（图4-a）；底砾岩之上的四期超覆地层为干旱气候辫状河沉积环境，该沉积时期，研究区基准面开始逐步上升，地层逐层超覆，干旱气候背景下物源供给不足，发育间歇性洪水沉积，因此该时期辫状河沉积以细粒沉积为主．白垩系底砾岩之上第一期超覆辫状河沉积发育较局限，其中沿着滴南凸起滴西2-滴西6井发育东西向的辫状河道，白家海凸起上自东向西沿阜16-东道1井发育一条辫状河道，其余地区广泛发育泛滥平原（图4-b）；白垩系底砾岩之上第二期超覆地层辫状河沉积范围开始增大，主要发育于滴南凸起及白家海凸起西北部，其中沿滴南凸起发育东西向辫状河道，白家海凸起上自东向西沿彩49-彩47-东道1井方向以及阜北斜坡上自东向西沿阜4-阜11井发育辫状河道，其余地区广泛发育泛滥平原（图4-c）；白垩系底砾岩之上第三期超覆地层辫状河沉积范围有进一步扩大趋势，滴南凸起和白家海凸起北翼以及阜北斜坡地带均有辫状河沉积，其中沿滴南凸起发育东西向辫状河道，白家海凸起上自东向西沿彩56-白家1-彩35井方向发育辫状河道，阜康凹陷上自东向西沿阜10-阜11-东道1井方向发育辫状河道，其余地区广泛发育泛滥平原（图4-d）；白垩系底砾岩之上第四期超覆地层辫状河沉积范围最大，在滴南凸起和白家海凸起以及阜北斜坡区均有分布，沉积厚度也较大，最厚达61 m，其中沿滴南凸起发育东西向辫状河道，白家海凸起上自东向西沿彩53-白家2-阜16井与阜康凹陷上自东向西沿沙17-阜10-阜16井方向的辫状河道在阜16井区汇合，并向阜康凹陷延伸（图4-e）．

图4 白垩系清水河组砂砾岩层段沉积相平面图

5 油气地质意义

滴南凸起-阜北斜坡区清水河组辫状河沉积对油气藏的形成与控制作用，主要体现在以下两个方面：

（1）研究区清水河组广泛发育辫状河沉积，辫状河水道和心滩发育，纵向上呈砂泥薄互层叠置，横向砂体连通性较好，发育多个大小不等的透镜状岩性圈闭，且辫状河河道滞留沉积与心滩沉积成条带状和串状分布在凸起与斜坡上，处于油气有利指向部位，容易形成岩性地层油气藏[18,19]．

（2）由于清水河组底部发育一套较连续的辫状河砂砾岩沉积，其孔隙度高、渗透性好，沿凸起和斜坡组成的辫状河河道“砂毯”可作为有利油气运移通道[20]，将下部烃源岩生成的油气向斜坡和凸起疏导，并通过断层调整至清水河组岩性地层圈闭中．此外，清水河组发育的四期超覆地层对该地区该组油气成藏也具有特殊意义，超覆地层内的辫状河河道砂岩与广泛发育的泛滥平原泥质沉积形成叠置，垂向上后一期超覆地层沉积的泥岩可以对前一期辫状河河道砂体进行侧向遮挡，有利于形成地层岩性圈闭．

6 结论

（1）清水河组沉积时期以干旱气候为主，洪泛河流发育，属于辫状河沉积环境，主要发育河床亚相和泛滥平原亚相，其中河床亚相进一步可区分为河床滞留沉积微相和心滩微相．辫状河沉积仅在清水河组底部发育一套粗粒砾岩层，其余大部分清水河组辫状河沉积以细砂岩、粉细砂岩、粉砂岩为主，发育平行层理、块状层理、多种类型的交错层理以及冲刷面构造．

（2）研究区清水河组辫状河河道主要为北东-南西向分布，河床呈条带状分布，受辫状河河道频繁改道影响，砂体横向连通性较好，砂岩透镜体发育并与广泛发育的泛滥平原泥质沉积形成叠置、遮挡，有利于形成岩性油气藏．

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