贝尔凹陷南屯组物源特征及其对沉积体系的控制

李跃，蒙启安，李军辉，王琦，邹越，娄洪

1.东北石油大学地球科学学院，黑龙江大庆 163318 2.大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江大庆 163712 3.中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司勘探开发研究院，新疆库尔勒 841000

0 引言

物源分析是含油气盆地分析过程中的一部分重要研究内容，它是恢复沉积盆地原型、确定该沉积时期古环境的重要证据。现代物源分析的手段和方法日益增多、预测精度逐步提高，互相之间的补充也越来越完善[1-2]。前人在研究过程中主要应用单一的重矿物分析法、沉积学法、碎屑岩类分析法、地震分析法、地球化学法或同位素法等[3-8]。而综合应用多种手段进行物源分析、降低单方法分析的片面性是今后物源分析研究的主要发展方向。前人针对贝尔凹陷层序、沉积等方面进行了大量的研究工作，但对于物源的研究则相对薄弱，在某种程度上影响了对沉积体系展布特征的认识，进而制约了油气勘探部署。

笔者综合应用古地貌特征、地震属性、重矿物以及砂地比等方面的资料，由不同角度、分不同的层次对贝尔凹陷南屯组沉积时期的古物源环境进行了系统性的研究，不仅为接下来精细刻画南屯组主要沉积体系奠定了基础，同时也对贝尔凹陷未来油气的勘探部署具有重要指导意义。

1 地质背景

贝尔凹陷位于海拉尔盆地中部断陷带的南部，是该盆地内最大的富油凹陷。南与蒙古国南贝尔凹陷相邻，北与乌尔逊凹陷相连，向西超覆于嵯岗隆起之上，东接巴彦山隆起，是典型的东断西超型箕状凹陷，面积约3 010 km2。凹陷主体受到NE和NEE向基底断裂控制，构造格局可划分为“三凹两隆一斜”，自东向西分别为贝东次凹、布勒洪布斯隆起带、贝中次凹、中央隆起带、贝西次凹、贝西斜坡带，具有明显的“东西分带、南北分块”的特点(图1)。

贝尔凹陷的演化共历经了断陷阶段、断—坳转化阶段以及坳陷阶段[9]，盆地基底主要由海西、印支期花岗岩以及布达特群所组成，盆地内充填的地层以白垩系为主，自下而上划分为下白垩统铜钵庙组(K1t)、南屯组(K1n)、大磨拐河组(K1d)、伊敏组(K1y)以及上白垩统青元岗组(K2q)，其中南屯组是勘探主要目的层，厚度约450～800 m，可进一步细分为南一段和南二段，主要为扇三角洲、湖底扇以及湖泊环境的沉积产物[10-11]。

图1 贝尔凹陷构造分区图Fig.1 Regional tectonic position of Beier depression

2 物源分析

2.1 古地貌特征分析

古地貌恢复是研究物源体系展布特征最直接的方式，通过古地貌恢复可以重现出目的层沉积前盆地的洼隆分布，从而可以最直观的指示物源区位置并表明主要物源方向[12]。本次研究过程中，在建立高分辨率层序地层格架的基础上，应用沉积回剥分析技术，经过去压实、古水深以及沉积物重力均衡沉降等校正后，通过计算机模拟，恢复了贝尔凹陷南屯组沉积初期的古地貌形态，从而对贝尔凹陷南屯组沉积时期的主要物源方向以及物源区位置有了宏观的认识。

由图2可以看出，贝尔凹陷南屯组沉积时期的古地貌明显受到了基底NE、NEE向断裂的控制，呈现着“东西分带，南北分块”的特征。西北部嵯岗隆起和南部布勒洪布斯隆起围绕着贝尔凹陷分布，这两个隆起区是贝尔凹陷南屯组沉积时期的主要物源区。凹陷内的凹隆分布格局清晰，从物源区搬运过来的沉积物沿着盆缘沟谷、断层之间的转换带或低隆之间的鞍部等向前推进，直至盆地的洼槽区逐渐沉积下来。通过对恢复的南屯组沉积初期古地貌进行分析，认为围绕在凹陷四周的斜坡带应当是主要物源方向，而对于凹陷内的局部地区，盆内低凸起也同样起着重要的供源作用，为次要物源方向。

2.2 地震属性及前积反射特征分析

地震属性分析是一种重要的油藏地球物理研究手段，该方法首先通过对地震属性进行初步提取与筛选，优选出与地层含砂率具有较好相关性的多种地震属性，进而采用一定的算法对优选出的地震属性进行拟合后综合为全区砂体展布信息[13]。此外，地震前积反射特征代表了沉积物从源区向盆地中心推进的过程，也可以很好的佐证物源方向。

本次研究中优选出了地震分频切片、平均瞬时频率以及平均绝对振幅等10余种与地层含砂率相关系数较高的地震属性，127口拟合井数据地层含砂率预测值与真实值的综合相关系数达到0.85(图3)，可以反映出贝尔凹陷南屯组沉积时期的砂体分布规律。

图2 贝尔凹陷南屯组沉积初期古地貌图Fig.2 Palaeo-geomorphology map of Beier depression at initial stage of Nantun Formation

图3 地震多属性地层含砂率预测值与真实值交会图Fig.3 The cross plot map of the sandstone content from multi-attributes and the real data

进一步将优选出的地震属性通过聚类分析法进行融合后(图4)可以看出：研究区主要物源方向为凹陷四周的斜坡带，其中又以北西、南东物源方向为主。北西向嵯岗隆起物源供源强度最大、范围最广，影响区域包括贝西斜坡带、呼和诺仁构造带以及霍多莫尔构造带；南东向物源次之，影响区域包括苏德尔特构造带、贝中次凹南部以及贝东北次凹。除此之外，盆内低凸起同样可以成为凹陷内局部地区的物源区，但一般具有供源强度弱、影响范围小的特点。例如中央低隆带，影响区域包括贝中次凹北部和德四构造带。

图4 贝尔凹陷南屯组地震多属性融合及前积反射特征图Fig.4 The multi-attributes fusion and progradational reflection of Nantun Formation of Beier depression

2.3 重矿物组合平面展布特征

同一母岩区的各种重矿物之间常常存在着内在的联系，属于同一母岩区的各井点常具有相同的重矿物组合特征，因此，可根据各重矿物含量来判断母岩类型、根据平面上的重矿物组合展布特点来划分物源体系。

本次研究在贝尔凹陷内优选了77口具有南屯组岩芯的探井，并从中收集了大量重矿物样品来进行处理和分析，统计结果显示南屯组含量相对较高的重矿物主要有锆石、黑云母、白钛石、石榴石、绿帘石以及电气石等。再通过对各井点的重矿物组合特征进行相关性研究，将特征相同的井点划分入一个区域。经归纳后发现贝尔凹陷共存在八种主要的重矿物组合方式(表1)，而根据这八种重矿物组合的平面展布特征，可以将贝尔凹陷南屯组进一步细化为9个主要的区域(a～i)(图5)，并大致判断各个区域的母岩类型[14]。其中a～b区位于凹陷北部，c区位于凹陷西北部，d区位于凹陷西部，e～f区位于凹陷西南部，g～h区位于凹陷南部，i区位于凹陷东部，每一个区域都具有各自的重矿物组合特征，可以用来表征该区域的物源特点。

表1 贝尔凹陷南屯组重矿物组合及母岩类型

图5 贝尔凹陷南屯组沉积时期重矿物组合平面分布图Fig.5 Plane distribution of heavy mineral assemblage of Nantun Formation of Beier depression

研究表明：贝尔凹陷北部锆石、黑云母、绿帘石广泛分布；西北部石榴石、锆石含量较高；西部锆石、白钛石较占优势；西南部和南部则以黑云母、锆石、白钛石为主；对比贝尔凹陷构造分区图(图1)发现a～d区虽然同属嵯岗隆起物源的影响范围，但是却有明显的近源、远源之分。其中霍多莫尔构造带(a区)不稳定重矿物绿帘石和黑云母的含量较高，代表搬运距离较短的近源沉积。而贝西斜坡带、呼和诺仁构造带(b～d区)稳定重矿物含量占有绝对的主导地位，代表源远流长的远源沉积；德四构造带(e区)与贝中次凹北部(f区)均以黑云母—锆石—白钛石为重矿物组合特征，表明中央低隆带是它们共同的物源区，证实了盆内低凸起对局部地区起到了明显的供源作用；贝中次凹北部(f区)、贝中次凹南部(g区)虽都在贝中次凹内，但两区重矿物组合特征却有明显差异。g区较f区锆石、白钛石含量高而黑云母含量低，表明g区不同于f区的近源沉积，而是受南部远源的影响较大，两区的物源方向也正好相反；苏德尔特构造带(h区)、贝东北次凹(i区)不稳定矿物(黑云母)含量均较高，表明其距离源区较近。

2.4 重矿物ZTR指数变化趋势分析

重矿物ZTR指数是研究物源方向的一种重要参数，它是指锆石、电气石和金红石这三种稳定矿物组合所占的百分含量[15]。ZTR指数可以有效地指示物源方向：ZTR指数越低，表明距离源区越近；而ZTR指数越高，则表明距离源区越远。由图6可以看出，贝尔凹陷南屯组ZTR指数低值区主要集中凹陷四周的斜坡带以及盆内低凸起附近，如贝西斜坡带贝D5井区、贝75井区、贝27井区；苏德尔特构造带德8井区、贝16井区；霍多莫尔构造带贝52井区、霍5井区等。ZTR指数高值区则主要集中在贝西南次凹以及贝西北次凹，特征表现为稳定矿物所占百分含量超过80%、而不稳定矿物百分含量极低。总体来看，ZTR指数低值区大多位于凹陷四周的斜坡带上，而高值区大多位于湖盆中心的洼槽区内，物源方向具有明显的“边缘指向湖盆”特点。

2.5 砂体平面分散特点

砂体平面分散特点研究主要是通过砂地比、砾地比等相关图件来进行古物源分析[16]。由于沉积物由源区向盆地中心有逐渐变细的特点，因此砂地比和砾地比向盆地中心逐渐降低，凭此可推测出物源区的大致位置以及主要物源方向。

在南一段沉积时期，湖盆范围较小，砂体在研究区内广泛分布(图7)。砂地比高值区主要位于凹陷四周的斜坡带上，如贝西南斜坡带贝68—贝3-15井区、贝西北斜坡带贝37—贝47—霍11井区以及贝中希18—希10等井区。砂体沿斜坡向洼槽中心推进，在推进过程中砂地比逐步降低。当砂体推进到洼槽区时，砂地比降到最低，两个低值中心分别位于贝西南洼槽带贝23—贝39—贝49井区以及贝西北洼槽带贝44—贝54—霍19井区。此时期内主要物源方向为凹陷四周的斜坡带，其中北西向物源最强、南东向次之，对于希7等井区盆内低凸起同样起到重要的供源作用。

图6 贝尔凹陷南屯组ZTR指数等值线图Fig.6 ZTR equipotential map of Nantun Formation of Beier depression

图7 贝尔凹陷南屯组一段砂地比等值线分布图Fig.7 Sandstone percent equipotential map of N1 segment of Beier depression

图8 贝尔凹陷南屯组二段砂地比等值线分布图Fig.8 Sandstone percent equipotential map of N2 segment of Beier depression

在南二段沉积时期，湖盆大幅扩张，砂体分布范围明显缩小(图8)。砂地比高值区主要位于贝西斜坡带贝68—贝66井区、贝25—贝45井区和贝中次凹东部希16—希10井区，砂地比低值中心分别位于贝西南洼槽带贝9—贝39—贝49井区、贝西北洼槽带贝12—贝28井区以及霍16—霍X22井区。南二段主要物源方向与南一段具有明显的继承性，仍以北西向和南东向为主，其中北西向嵯岗隆起物源供源强度、影响范围明显强于其他方向物源，局部低凸起等弱物源供源作用大幅减弱或消失。

综合古地貌特征、地震属性特征、重矿物组合平面展布特征以及ZTR指数、砂体平面分散特点等方面的研究结果，认为贝尔凹陷南屯组沉积时期物源主要来自凹陷四周的斜坡带以及盆内低凸起，由盆地四周向中心汇聚，其中南一段和南二段主要物源方向具有明显的继承性，依据八种主要的重矿物组合平面展布特征可以将贝尔凹陷南屯组细分为九大物源体系。

3 物源对沉积体系的控制

以岩芯资料为主，录井、测井和地震属性特征为辅，再结合区域构造演化特征等方面的相关资料，认为海拉尔盆地贝尔凹陷南屯组沉积时期主要发育有扇三角洲、湖底扇和湖泊三种沉积体系[17-19]。其中扇三角洲沉积体系主要由扇三角洲平原、扇三角洲前缘以及前三角洲亚相组成，在岩芯上常能观察到特征明显的块状构造以及大型冲刷面(图9)；湖底扇沉积体系则可分为外扇、中扇和内扇三个亚相，以具有鲍玛序列和发育变形、包卷、递变、波状等层理为特征(图10)；湖泊沉积体系由滨浅湖亚相和深湖—半深湖亚相所组成，常发育有波状、水平和透镜状层理，可见生物扰动构造和植物根茎化石(图11)。根据物源区的发育位置、构造样式及构造活动的差异等，将研究区物源分为陡坡断坡型、陡坡同向断阶型、缓坡同向断阶型、缓坡反向断阶型、箕状洼槽型和双断长轴入湖型等6种物源类型(图12)，研究表明，物源与沟谷、坡折所组成的耦合系统从根本上影响和决定着沉积体系的类型和展布规律[20-21]。

在南一段沉积时期，贝尔凹陷处于强烈断陷期，地壳随着强烈的拉张而发生沉降，在此期间研究区内湖盆水域面积扩大、水体加深，发育有三种主要的沉积体系：扇三角洲沉积体系、湖底扇沉积体系和湖泊沉积体系。其中扇三角洲主要发育在贝西斜坡带、呼和诺仁构造带以及苏德尔特构造带，由于这三个地区所处的耦合系统特征不同，它们所形成的沉积体系特征同样具有较大的差异。贝西斜坡带所处的耦合系统物源供应充足、物源类型以陡坡同向断阶型为主，沟谷和坡折大量发育。砂体呈“扇形”并“连片”分布，展布范围广且多为砂砾岩沉积；呼和诺仁构造带所处的物源体系物源供应较充足、沟谷发育但坡折不发育。由于缺少坡折带，砂体只能沿断裂形成的沟谷向洼槽区推进，发育的扇体呈“舌形”，分布范围较为局限；苏德尔特构造带所处的耦合系统沟谷和坡折均很发育，但是由于物源类型以缓坡同向断阶型为主且供源强度一般，导致扇体分布范围虽广但沉积物普遍粒度偏细。湖底扇沉积体系主要发育在霍多莫尔构造带，类型为前缘滑溻浊积扇。霍多莫尔构造带所处的耦合系统物源类型为陡坡断坡型且源岩供应充足，坡折也较发育，但由于沟谷欠发育，扇三角洲前缘砂体向前推进难、于霍多莫尔根部同沉积断裂坡折带处大量堆积并发生滑塌形成湖底扇，扇体规模较大且粒度较粗。湖泊沉积体系主要发育在贝西洼槽区，由于缺乏有效的物源供应，多发育泥质沉积(图13)。

图9 贝尔凹陷扇三角洲沉积体系特征(贝27井，井位置见图13)Fig.9 The characteristics of fan deltas in Beier depression(from Well Bei27, the location of well is shown in Fig.13)

图10 贝尔凹陷湖底扇沉积体系特征(霍12井，井位置见图13)Fig.10 The characteristics of sublacustrine fans in Beier depression(from Well Huo12, the location of well is shown in Fig.13)

图11 贝尔凹陷湖泊沉积体系特征(贝42井，井位置见图14)Fig.11 The characteristics of lacuetrine sediments in Beier depression(from Well Bei42, the location of well is shown in Fig.14)

图12 贝尔凹陷物源类型细分图Fig.12 The source type segment of Beier depression

在南二段沉积时期，控陷断裂继续活动，贝尔凹陷湖盆范围持续增大。主要发育了扇三角洲和湖泊这两种沉积体系。扇三角洲沉积体系主要发育在贝西斜坡带、苏德尔特构造带、霍多莫尔构造带和贝中地区，分布范围较南一段明显缩小，其中贝西斜坡带所处的耦合系统供源强度大，坡折和沟谷均发育，砂体呈“扇形”大范围分布且粒度较粗；苏德尔特、霍多莫尔以及贝中地区均由于各自所处的耦合系统物源供应强度较弱，使扇体只在靠近源区处小范围发育，展布范围十分有限且粒度较细。湖泊沉积体系的展布范围较南一段沉积时期大幅增加，在研究区内广泛分布(图14)。

图13 贝尔凹陷南一段沉积相平面图Fig.13 Plans of sedimentary facies map of N1 segment of Beier depression

图14 贝尔凹陷南二段沉积相平面图Fig.14 Plans of sedimentary facies map of N2 segment of Beier depression

4 结论

(1) 贝尔凹陷南屯组沉积时期物源主要来自凹陷四周的斜坡带以及盆内的低凸起，并且可进一步细分为9大物源体系。

(2) 南屯组沉积时期的主要物源方向具有明显的继承性，其中南一段沉积时期主要物源为凹陷四周的斜坡带以及盆内低凸起，其中又以北西向和南东向为主要物源方向；在南二段沉积时期，湖盆范围扩大导致源区收缩，只有北西向物源依旧保持较高的供源强度，局部低凸起等物源大多作用减弱或消失。

(3) 南屯组主要发育扇三角洲、湖底扇以及湖泊三种沉积相，根据物源区的发育位置、构造样式及构造活动的差异等，将研究区物源分为陡坡断坡型、陡坡同向断阶型、缓坡同向断阶型、缓坡反向断阶型、箕状洼槽型和双断长轴入湖型等6种物源类型。研究表明，物源与沟谷、坡折所组成的耦合系统从根本上影响和决定着沉积体系的类型和展布规律。