海拉尔盆地巴彦呼舒凹陷南屯组沉积相特征研究

段晓旭，杨 飞, 李继伟，龚伟成，李伟波

(1. 长江大学 地球物理与石油资源学院，湖北 武汉 430100； 2. 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； 3. 中国石油集团 东方地球物理勘探有限公司 西南物探研究院，四川 成都 610231)

0 前 言

巴彦呼舒凹陷共钻有11口探井，已发现油藏主要含油层位为南屯组，且以南一段最为集中。但是由于凹陷经历多期构造活动改造、构造断裂系统复杂，造成了对巴彦呼舒凹陷南屯组各次洼沉积演化规律及油气成藏主控因素认识不足。为此，有必要对整个凹陷开展研究，进一步推动区域精细沉积相分析以及沉积相平面展布认识，从而对已发现的油藏进一步深化研究，搞清油藏类型及控制因素，预测有利相带。

1 地质概况

巴彦呼舒凹陷位于海拉尔盆地扎赉诺尔坳陷西南部，总体是一个北东向的西断东超的箕状断陷，沿着凹陷的短轴，划分为西部陡坡带、凹陷内带和东部的缓坡带，有着“东西分带、南北分块”的特征。根据地层发育情况、成因、构造和结构特征，将研究区划分为西部陡坡带、东部缓坡带和中央洼槽带[1]。其中中央洼槽带又被巴南低凸起和巴北低凸起分割为巴南次洼、巴中次洼、巴北次洼3个次洼(见图1)，其中中部次洼发育最明显，靠近洼槽沉积中心部位的有机质丰度都达到好烃源岩标准，沉积的厚度也相对较大，有较好的油气井，是重要的生油洼槽。而南北两个次洼地层埋藏较浅，靠近物源方向则有机质丰度较差，沉积中心不稳定，烃源岩发育不成熟，使得成藏条件差，勘探价值小。

图1 巴彦呼舒凹陷构造区划

2 沉积相类型

在前人研究成果基础上，通过对巴彦呼舒凹陷11口钻井的南屯组录井资料的岩性和测井资料分析、岩心观察、地震相分析，结合盆地区域地质资料和各项分析鉴定资料等的综合分析，对工区内的沉积特征与沉积相有了较清楚的认识，从而了解到南屯组主要发育4种沉积相及多种亚相[2](见图2)。

图2 巴彦呼舒凹陷南屯组沉积相分布

2.1 湖泊相

湖泊相在巴彦呼舒凹陷南屯组内发育较好，且分布在各个时期。湖盆经历了数次的水进和水退过程。利用湖泊体系沉积时的水动力条件、层理类型、岩石的微相类型及剖面组合等相标志特征区别，可以分为较深湖—深湖和滨浅湖亚相类型。

深湖—较深湖亚相发育在水体较深部位，属于少氧的还原环境。岩性大多是灰黑、深灰、灰色的泥页岩，具有微波状层理、水平层理及块状层理，可见菱铁矿和黄铁矿等自生矿物。巴彦呼舒凹陷南屯组钻遇该亚相的钻井有楚2、3、4、5、8、9、舒1和郎1井，主要发育于南二段和南一段的中上部。从钻井微相、测井相分析及地震相解释成果来看(见图3)，平面上主要分布于控凹断裂一侧及中部深洼地区。南屯组沉积时期的盆地边沿坡度比较陡峭，由于受到重力作用和水流等因素影响，外围的大量粗粒碎屑物很容易运移到较深水湖泊中。因此，深湖—较深湖泥岩中常伴生有较粗的重力流水道砂砾岩和细粒的浊积岩沉积。

图3 楚4井南二段深湖较深湖亚相沉积特征

滨浅湖环境是属于湖泊洪水位与枯水位之下至浪基面之间的地带。水动力条件相对复杂，利用波浪和湖岸流的作用，使湖水对沉积物的冲刷和改造更加强烈。研究区南屯组时期的滨浅湖亚相主要发育在巴北次洼、巴南次洼及中部洼陷的东部缓坡带，沉积物类型也多样。沉积物与陆源碎屑供应有关，多以泥岩、粉砂岩为主，少量砂、砾岩沉积，其中泥岩多以灰色为主。砂岩层理类型主要有小形交错层理、波纹层理、脉状层理、块状层理及透镜状层理，也可见生物扰动构造及浪成波痕。钻遇该亚相的钻井有楚2、3、5、8、10、舒1和Sd1井，自然伽马曲线表现出低幅齿形，深浅侧向表现为低值[2]。

2.2 扇三角洲相

扇三角洲的沉积特征与冲积扇相似，主要大量发育砾岩、含砾砂岩，这些粗粒的沉积物常夹在细粒的浅水湖泊沉积物中。充足的物源供给及大坡降的单斜状地貌是扇三角洲相形成的基本条件。研究区南屯组时期扇三角洲主要发育在西部陡坡带。断层倾角大，坡度陡，在陡峻的地形背景下，周边山地经风化剥蚀产生的大量粗碎屑物质在洪水的携带下，向洼槽区推进，在山口附近的滨浅湖区卸载，形成了巨大的扇三角洲相粗碎屑近物源的砂砾岩体。在水进时扇三角洲前缘牵引流和扇三角洲平原重力流两种成因形成的沉积构造，反映了物源区冲积扇在洪水期和平水期的水流强度和密度变化频繁，也是区别于辫状河三角洲的主要标志之一。通过岩心观察、单井相分析，可分为扇三角洲平原、扇三角洲前缘和前扇三角洲3个亚相。

该区南屯组扇三角洲平原的沉积物碎屑颗粒较粗，成熟度低，以大套粗碎屑的砂砾岩沉积为主。楚1井南一段为例(见图4)，主要岩性为杂色块状砾岩夹带厚灰色含细砾粉砂质泥岩。砾石成分复杂，岩屑主要为变质岩、火山岩岩屑，颜色多样。其中灰黑色含细砾粉砂岩中拥有大量碳屑，手摸变黑。总体来看，南一段主要为扇三角洲平原分支河道粗碎屑沉积夹薄层分支河道间的细粒沉积，其砂砾岩复合体厚度较大。以重力流成因的沉积构造，砂砾岩大小混杂，分布不均，主要为块状层理，其次为正递变层理。

图4 楚1井南一段扇三角平原亚相沉积特征

2.3 辫状河三角洲相

辫状河三角洲是指辫状河进入到海湖中形成的粗碎屑三角洲。其岩性相对要细，砂砾岩不太发育，主要为中、细砂岩、粉砂岩夹灰色泥岩，局部有灰绿色泥岩。辫状河三角洲相可分为三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲3种亚相[3]。

南屯组辫状河三角洲沉积体具体分布在凹陷东部缓坡带，纵向上基本发育在南一段上部和南二段。钻遇辫状河三角洲的钻井有：楚2、3、4井及楚8井，均分布在凹陷的东部缓坡带靠近湖盆中心一侧。由于钻井靠近湖盆中心，钻遇的沉积相类型主要为辫状河三角洲前缘和前三角洲亚相，靠近湖岸的三角洲平原亚相没有见到。常见岩石类型有：灰色泥岩、粉砂岩和变形构造的泥岩，泥岩粉砂岩，平行层理砂岩，浪成沙纹层理细砂岩，中小型板状交错层理砂岩，大型斜层理砂岩及灰色含泥砾砂岩，构成下细上粗的反韵律组合特征[4]。

2.4 水下扇相

水下扇系指“直接推进入湖的冲积扇”，本质是一种冲积扇，但是由于紧邻深湖或半深湖区而全部沉积于水下。水下扇是重力流在湖泊较深部位形成的扇形沉积体，以砂砾岩沉积为主，夹在深湖沉积物中。由于水下扇紧邻断陷盆地的边缘，活跃的构造活动，使得周缘高地剥蚀作用相当强烈，沉积物源异常丰富，大量的碎屑物质在洪水期涌入到湖水中，使得入湖水流呈现出碎屑物过饱和的重力流特征[5]。

本区南屯组钻遇水下扇的钻井有楚9井南二段和郎1井南一段下部，主要为扇中和扇端沉积。楚9井南二段显示(见图5)，水下扇扇中的砂砾岩及深湖—较深湖泥岩不等厚沉积。深湖—较深湖亚相沉积中的泥岩较纯，多为黑色。水下扇扇端沉积岩性多为灰色含砾砂岩、灰黑色粉砂质泥岩及含粉砂泥岩，灰色含砾砂岩底部见冲刷面及撕裂状灰黑色泥砾。若岩性为厚灰色砾岩，砾石成分复杂多样，颜色不一，呈菱角状—次菱角状，少量次圆状，岩石类型为块状层理，则为水下扇扇中沉积；还有一部分砾岩，粒径相对较大，呈菱角状—次圆状，多数形态不规则，表现为重力流混杂堆积。同时扇端的地震相一般为平行连续反射特征[6]，反映出了水下扇发育于成层性较好的深—较深水环境中。

图5 楚9南一段水下扇扇中、深湖—较深湖亚相沉积特征

3 连井剖面沉积相特征

3.1 郎1-楚5-舒1-楚9井南屯组沉积相剖面

该剖面位于南屯组中部次洼，为北东—南西方向，沿凹陷长轴展布，过楚郎1、楚5、舒1和楚9井，为垂直物源方向的沉积相剖面(见图6)。

图6 郎1-楚5-舒1-楚9井南屯组沉积相剖面

西部陡坡的郎1井中、上部主要为扇三角洲，底部以水下扇粗碎屑沉积为主，夹深湖—较深湖灰黑色泥岩沉积。楚5井南一段岩性为砂砾岩与泥岩不等厚频繁互层，大套灰色粉砂岩、泥质及粉砂泥岩互层。主要发育扇三角洲前缘及前三角洲亚相沉积和深湖—较深湖亚相沉积。南二段下部为灰黑色泥岩、粉砂质泥岩和薄层砂岩，上部灰色砂砾岩为主，和深灰色泥岩不等厚互层。发育为深湖—较深湖、浅湖、重力流水道及扇三角洲前缘亚相沉积。舒1井南屯组为扇三角洲前缘亚相和深湖—较深湖亚相沉积，楚3井位于凹陷的沉积中心区域，南一段和南二段均为深湖—较深湖沉积。楚9井南一段发育大套薄层状灰色、杂色砂砾岩与灰绿、灰黑色泥岩不等厚频繁互层。沉积相主要为扇三角洲平原、前缘及水下扇扇中、扇端和深湖—较深湖亚相的交替沉积；南二段底部为扇三角洲平原及前缘沉积。向上泥岩颜色逐步加深为深灰色、灰黑色，砂砾岩减少，泥岩越来越发育，为水下扇扇中、扇端亚相和深湖—较深湖亚相沉积。

从剖面横向上看，郎1-楚5-舒1井和楚9井为两个较大型的扇三角洲沉积体，郎1井位于凹陷同生大断裂边部，主要发育扇三角洲平原主要粗碎屑沉积，楚5和舒1井由于远离物源处于扇三角洲前缘，主要沉积前三角洲和深湖—较深湖等细粒物质；楚9井南一段沉积时水体相对较浅，扇三角洲前缘沉积发育为主，南二段由于湖盆规模扩大，水体加深，主要为一套深湖—较深湖泥及水下扇扇中、扇端的陆源粗碎屑的交互沉积[7]。

3.2 楚9-楚2井南屯组沉积相剖面

沿主要物源方向展布的沉积相剖面，连接楚9和楚2井(见图7)。从该条剖面来看，剖面横穿了南屯组凹陷东、西两侧，从西侧扇三角洲、水下扇粗碎屑物源区往东经过沉降中心和沉积中心的深湖—较深湖沉积区，再到东部斜坡带滨浅湖、三角洲沉积相带。楚9井南一段发育大套薄层状灰色、杂色砂砾岩与灰黑色泥岩不等厚频繁互层，夹灰色粉砂岩、泥质粉砂岩[8]。自下而上，沉积亚相主要表现为深—浅—深—浅—深的特征，沉积相主要为扇三角洲平原、前缘和水下扇扇中、扇端和深湖—较深湖亚相的交替沉积；南二段底部为扇三角洲平原及前缘沉积。向上泥岩颜色逐步加深为深灰色、灰黑色，砂砾岩减少，泥岩发育，为水下扇扇中、扇端亚相和深湖—较深湖亚相沉积；楚2井南一段底部为较深湖亚相沉积，下部以扇三角洲前缘沉积为主，中上部主要为三角洲前缘亚相沉积；南二段为三角洲前缘席状砂、分流间湾微相沉积，往上逐步过渡成浅湖、深湖—较深湖亚相沉积。

图7 楚9-楚2井南屯组沉积相剖面

从剖面西部陡坡到东部缓坡带，发育楚9井扇三角洲、水下扇—深湖—较深湖—楚2井扇三角洲前缘、三角洲前缘砂体。砂体之间的深湖—较深湖中有一定的浊积岩和前缘席状砂透镜体发育。

4 沉积相平面分布特征

通过对巴彦呼舒凹陷南屯组沉积资料分析、11口钻井岩心观察、描述等资料，根据井—震结合连井主干剖面沉积相分析。了解到沉积相在平面上的分布特征为：凹陷西部陡坡带近控盆断裂一侧发育扇三角洲和水下扇体；中部深洼带及靠近陡坡带一侧沉积中心区域主要发育深湖—较深湖亚相，局部发育重力流水道及浊积岩亚相；东部缓坡带发育辫状河三角洲相及滨浅湖亚相；北洼及南洼深湖—较深湖亚相不发育[9]。

南屯组一段地层沉积时期为断陷快速沉降期，水体面积加深扩大，滨浅湖面积增大，深湖—较深湖沉积主要分布于中部次洼及南北洼的局部深陷区。凹陷西部陡坡带近控盆断裂一侧发育多个扇三角洲砂体, 沿主断裂裙带状展布。自西向东发育4个较大型的扇三角洲；东部缓坡带沿沉积边界呈串珠状发育多个辫状河三角洲相沉积砂体。除此以外，在北洼沿东部缓坡带还发育多个较小型的辫状河三角洲；北洼及南洼深湖—较深湖亚相不发育，仅局限于小范围内。滨浅湖亚相在东部缓坡及北洼、南洼十分发育[10]。

南二段早期，凹陷内水域逐渐扩张，滨浅湖及深湖—较深湖沉积范围扩大，扇三角洲、三角洲继续发育。初期继承了南屯组一段沉积性质，断陷东、西两侧扇体规模减小，西部陡坡带扇三角洲沿主断裂呈断续的裙带状展布。南屯组二段沉积时期，湖水面积进一步扩大，中部次洼深湖—较深湖亚相十分发育，北洼、南洼比较局限。滨浅湖亚相在东部缓坡及北洼、南洼较为发育。断陷东、西两侧扇三角洲、水下扇及辫状河三角洲十分发育。西部陡坡带沿主断裂展布的裙带状扇三角洲砂体，从中部次洼向北洼有多个发育。

5 结 语

1)巴彦呼舒凹陷南屯组早期进入断陷快速沉降期，断陷边沉降边拉张，湖盆水位加深，面积逐步扩大。沉积时期，水域不断扩张，湖泊相进一步发展。所以巴彦呼舒凹陷南屯组总体处于断陷湖盆的扩张发展期，沉积中心受西部控盆断裂控制，自下而上逐步向东迁移，在东部缓坡逐步超覆尖灭。

2)巴彦呼舒凹陷南屯组时期经历了早期地层扇三角洲—较深湖—滨浅湖—扇三角洲沉积，到中期地层扇三角洲—深湖较深湖—滨浅湖—辫状河三角洲沉积，再到晚期地层扇三角洲、水下扇—深湖较深湖—滨浅湖—辫状河三角的沉积充填及演化过程。因此巴彦呼舒凹陷南屯组为陆源碎屑断陷湖泊相沉积。主要发育4种沉积相及多种沉积亚相、微相。

3)巴彦呼舒凹陷西部陡坡带近控盆断裂处主要发育扇三角洲和水下扇；东部缓坡带以发育辫状河三角洲、滨浅湖亚相沉积为主；中部深凹带主要发育深湖—较深湖亚相，局部发育重力流水道及浊积岩亚相。本区主要的物源来自凹陷的东、西两侧，南屯组具有一定的继承性[5]。