准噶尔盆地哈山地区二叠系夏子街组扇体特征及成因模式

仲维苹

(中国石化胜利油田分公司 勘探开发研究院,山东 东营 257000)

扇三角洲(fan delta)最初是由Holmes A.1965年提出来的,原定义为从邻近山地直接推进到稳定水体的冲积扇[1]。随着人们对扇三角洲研究的深入,“扇三角洲”的含义也不断被修订和充实。奥托(Orton,1988)则将扇三角洲限定于由单一的辫状河或低弯度河流派生的辫状支流水系形成的沉积体。内麦克和斯蒂尔(Nemec和Steel,1988)综合研究了关于扇三角洲的各种观点,对扇三角洲的含义提出了新的解释,认为扇三角洲是由冲积扇提供物源,在活动的扇体与稳定水体交界地带沉积的沿岸沉积体系。吴崇筠等(1992)在总结我国中新生代含油气盆地各类砂体的基础上,将沿湖砂体区分为5种类型。其中吴崇筠所谓的水下冲积扇则应与内麦克和斯蒂尔所说的全部淹没的扇三角洲是同一个概念。综上所述,将扇三角洲看作是三角洲系列中以冲积扇为沉积物供给体系粗粒级端元类型,在地理分布上地形陡,坡度大,以近源为特征成为现今学者的普遍共识。

哈山地区是西北缘重要的油气勘探区,近年来部署的哈深斜1井、哈深2井等在二叠系获得了良好的油气显示,但一直未获得突破。究其原因,深部二叠系埋藏深,构造复杂,且以粗粒径的扇三角洲沉积为主,沉积速率快,砂体垂向切割叠置,厚度大,平面交叉连片,分布复杂,制约进一步的精细研究及有利区预测。前人对该层系的研究甚少,且多集中于构造演化及构造复原等方面[2-4],尚未对砂砾岩体的沉积成因模式进行细致的分析。随着勘探开发技术的进步,砂砾岩油藏也越来越受到重视。因此亟需对哈山地区深层二叠系砂砾岩沉积特征进行研究,建立成因模式,明确砂体演化规律,为下一步储层预测提供参考。

1 区域概况

哈拉阿拉特山(以下简称“哈山”)位于准噶尔盆地西北缘,南邻玛湖凹陷,北以达尔布特断裂带为界与和什托洛盖盆地相连,构造上属于哈山-德伦山(哈-德)构造带(图1)。

二叠系夏子街组沉积时期,研究区为类前陆盆地环境下形成的冲积扇-扇三角洲粗碎屑沉积。海西运动晚期,准噶尔-吐鲁番板块在晚古生代向哈萨克斯坦板块俯冲、削减以致发生碰撞,使西北缘地区成为碰撞隆起带,中晚二叠世,随着海水退出,本区继承性发育为类前陆盆地,由于持续性的构造隆升,西部的扎伊尔山及北部的谢米斯台山为本区提供了充足的物源[5],在哈山地区形成了近物源的冲积扇-扇三角洲沉积体。

图1 哈山地区构造位置

哈山地区二叠系自下而上依次划分为佳木河组、风城组、夏子街组及乌尔禾组,夏子街组岩性以厚层砂砾岩为主,为近物源的快速堆积,泥质含量高,故GR曲线在该地区不能很好的识别岩性的变化。利用钻井岩心、测井曲线、化石组合与地震相综合分析,建立了该地区夏子街组的层段划分标准,夏子街组作为1个水进退积的三级旋回,依据Cross高分辨率层序地层学原理,又进一步分为3个四级旋回,自下而上分别对应夏一段、夏二段、夏三段(图2)。本次研究根据资料情况,通过对搬运机制、岩相特征、砂体展布等分析研究,概括总结夏子街组的沉积成因模式。

图2 夏子街组综合柱状图

2 成因分析

哈山地区扇三角洲搬运机制复杂,水动力条件变化快,通过对比分析发现,虽然夏子街组为扇三角洲沉积,但哈山东与哈山西扇三角洲沉积特征明显不同,通过地震资料上对构造变形的分析以及整个准西北缘自古生代以来的受力来源方向分析,夏子街组沉积之前,哈山地区呈西陡东缓的地貌特征。综合精细沉积特征分析及古地貌认为,哈山东为靠扇型扇三角洲,哈山西为靠山型扇三角洲,两种扇三角洲在相标志、搬运机制、砂体特征上明显不同。

2.1 搬运机制

岩相是一定沉积环境中形成的岩石或岩石组合,代表了沉积水动力条件的变化。通过对研究区夏子街组22口取心井的精细观察,根据砾石颗粒间的接触关系、排列方式、粒度序列、构造特征等对砾岩进行岩相分析,认为哈山地区的岩相类型见图3。多级颗粒支撑砾岩相:砾石大小不一,多种级别粒径的颗粒支撑,粗砾石中充填中细砾岩及各个级别砂岩,砾石分选与磨圆较差,为扇三角洲平原上的碎屑流沉积,多呈厚层块状见于水道底部。粒级层理砾岩相:砾岩序列下粗上细,且变化频繁,多个正粒序叠加,反映间歇性洪水特征,发育于扇三角洲辫状水道的顶部。同级颗粒支撑砾岩相:砾石颗粒大小均匀,分选、磨圆好,沉积构造甚少发育,该岩相指示稳定水动力条件下的牵引流沉积,见于各水道的中上部。叠瓦状砾岩相:砾石定向排列,呈叠瓦状,反映强水动力条件下的牵引流沉积,常发育于扇三角洲前缘河道的中部。通过分析取心井砾岩岩相发现,哈山西以多级颗粒支撑砾岩相及粒级层理砾岩相为主,反映重力流的沉积特征;哈山东以同级颗粒支撑砾岩相及叠瓦状砾岩相为主,反映牵引流的沉积特征。

图3 砾岩岩相类型及特征

2.2 沉积特征

2.2.1 岩电特征

综合研究认为,哈山地区东部与西部沉积物岩性、成熟度等有明显不同(表1),哈山西地形坡度陡,沉积物沿较陡的坡度往下滚动,粒径粗,变化范围大,多在5～20 mm,分选差,磨圆次棱角状,见火山岩屑,结构及成分成熟度低,测井曲线特征不明显或呈微弱钟形,反映辫状河道沉积;哈山东相比哈山西地形坡度缓,沉积物粒度稍细,普遍小于10 mm,分选较好,磨圆次圆状,见石英颗粒,结构和成分成熟度中等,测井曲线呈钟形、漏斗形,反映河道及河口坝的沉积特征。

表1 哈山地区东西部扇体岩石学特征对比总结表

2.2.2 沉积构造

沉积构造用来描述沉积岩各组成部分的分布与排列,是沉积作用与过程、沉积介质营力及流动状态的重要标志。系统研究发现,哈山西多见块状层理及递变层理,块状层理于泥岩及厚层粗粒沉积物中常见,是快速沉积的产物。递变层理多见正递变,常发育于浊流及河道等沉积环境。哈山东常见各种交错层理及平行层理等反映河道、河口坝沉积特征的层理类型(图4)。

2.3 砂体特征

单砂体的厚度、侧向连续性往往是扇三角洲类型的一种反映,不同的扇体类型,单砂体的层厚及连续性也有明显区别[6]。统计发现,哈山西单砂体厚度2～50 m,平均厚度13.1 m,含砂率68.2%,哈山东单砂体厚度1～36 m,平均厚度6.7 m,含砂率36.85%。

图4 研究区夏子街组沉积构造类型

连井砂体对比图上,为了精细对比分析,以夏一段为目标。哈山西砂体连续性差,展布范围有限,哈山东砂体连续性好,展布范围广。造成这种砂体厚度大而展布范围小,砂体厚度薄而展布范围广的原因,分析认为主要与搬运机制有关。以重力流为主要搬运机制的河流中,影响水体流速及扩散方式的主要是惯性力。以惯性力为主要作用力的河口,注入流沿轴向流速大且急,砂体主要沿轴向沉积在距离河口的较小范围内,从而导致扇三角洲朵叶体数量少,但厚度大,扇三角洲平面展布规模小,而垂向厚度大,砂体易叠置成“窄而厚”的特征。以牵引流为主要搬运机制的河流中,影响水体流速及扩散形式的是摩擦力,摩擦力发生在底床沉积物与水体之间,随着摩擦力增大,水携沉积物分叉,形成分流河道,并在河道末端形成向外辐射状沉积体。摩擦力越强,扇三角洲朵叶体越发育,数量越多,侧向摆动幅度大,分流河道发育,从而导致扇三角洲平面展布范围广,而垂向厚度相对小,砂体易形成“广而薄”的特征。

3 扇三角洲沉积模式对比

通过以上综合分析夏子街组岩相特征、搬运机制结合构造变形特征,建立了哈山东、哈山西两种不同的扇三角洲的沉积模式(图5、图6)。

图5 靠山型扇三角洲沉积模式图

古地形地貌是控制扇三角洲沉积时平面形态最重要的因素,地形越陡,沉积物未受长距离搬运打磨,粒度就越粗,平面形态就越接近扇形,随着地形的变缓,搬运距离增大,沉积物具有一定的分选磨圆,粒度也逐渐变细,三角洲的分支现象就越明显[7]。哈山西地形坡度陡,粒度粗,靠山型扇三角洲平面呈扇形,从盆缘到湖具有明显的扇三角洲平原、扇三角洲前缘、前扇三角洲分带现象。该种扇三角洲平原最发育的是辫状水道,水流携带能力强,流路多变,分选磨圆差,沉积构造甚少发育。由于水流能量大,流路多变,分流间沼泽不发育或甚少发育;扇三角洲平原的辫状河道进入水下,成为水下分流河道并构成扇三角洲前缘重要的沉积部分,由于前缘水下分支河道的稳定性差,河口坝不发育或者发育很差。垂向上多个正序叠置呈反序,沉积构造不发育。

图6 靠扇型扇三角洲沉积模式图

哈山东地形坡度缓,粒度细,靠扇型扇三角洲平面呈朵叶状,扇三角洲物源出口处首先是冲积扇,冲积扇与扇三角洲平原紧密相连,向湖方向依次为扇三角洲前缘、前扇三角洲。靠扇型扇三角洲物源出口处的冲积扇与扇三角洲平原紧密相连,在实际的剖面记录中往往难以区分[8-9],只是粒度上区别比较明显。因为坡度缓,水流能量小,扇三角洲平原上辫状河道推进距离不会因坡度而中断,故推进距离远,分流间沼泽发育好;水流入湖后继续流动形成许多水下分流河道,并在较远处形成向外辐射状砂体,故前缘水下分流河道及河口坝都发育;垂向上正反序叠置呈反序,各种层理发育。

4 油气储层的意义

国内外油气勘探已证实,扇三角洲为重要的油气储层。扇三角洲前缘为有利的储集相带[10-11],其中粒级层理砾岩相、同级颗粒砾岩相为有利储集岩石相。同时,由于扇三角洲前缘砂砾岩体易与前扇三角洲生油岩呈指状交叉,从而可以形成很有利的生储盖组合。

靠山型和靠扇型扇三角洲的储层特征具有共性,但也有明显的差异,概括表现在以下两个方面:

(1)两种扇体岩石组构上的细微差异导致储集性能明显不同,靠山型扇三角洲地形坡度陡,沉积速率快,岩性粗,分选磨圆较差,结构成熟度低,因而储层相对较差;靠扇型扇三角洲坡度缓,沉积物粒度细,分选磨圆相对较好,结构成熟度高,更容易形成有利储层[11-12]。

(2)靠扇型扇三角洲以牵引流为主,搬运距离远,扇三角洲平原前端及前缘内侧河道、河口坝等都是有利储层发育区;而靠山型扇三角洲以重力流发育为特征,搬运距离近,扇三角洲前缘外侧河道砂粒度细,分选好,是有利储层发育区,这种分布格局对油气勘探具有指导意义。

5 结束语

哈山地区二叠系夏子街组发育扇三角洲沉积,通过对扇体的相标志、搬运机制、砂体特征等综合分析,认为哈山地区东西部为不同类型的扇三角洲。西部为靠山型扇三角洲,扇体整体岩性粒度粗,分选磨圆差,火山岩岩屑含量高,成分成熟度低,沉积构造多见块状层理及递变层理,以重力流搬运为主,砂体纵向厚度大,平面上扇三角洲呈扇形展布;东部为靠扇型扇三角洲,扇体粒度中等,分选磨圆中等,成熟度中等,沉积构造多发育各种交错层理及平行层理,以牵引流搬运为主,砂体纵向厚度小,平面上扇三角洲分支现象明显。

[参考文献]

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