玛西斜坡上三叠统白碱滩组三段沉积相及油气勘探意义

武 鑫，胡晓云，韩 磊，徐 欣，彭学红，梁 涛，曾玉兰，李维锋

(1.中国石油新疆油田分公司，新疆 克拉玛依 834000；2.长江大学，湖北 武汉 430100)

0 引 言

近年来，玛湖凹陷陆续获得新的油气勘探发现，成为中国油气勘探的重点领域[1-3]，但以往的勘探目的层集中在二叠系及下三叠统百口泉组等较深层[4-5]。2019年以来，玛湖凹陷油气勘探目标由较深层转移到中浅层，即中三叠统克拉玛依组及其以上的层位，并获得了新的油气发现。然而，目前对于玛湖凹陷的沉积、储层方面的研究，还局限于较深层地层[4-6]，而对于此次研究的目的层——上三叠统白碱滩组三段的沉积学等地质方面的研究还处于空白阶段，严重制约了白碱滩组的油气勘探工作。

针对白碱滩组三段沉积特征认识不清的问题，首先对该区大量岩心进行详细的沉积学特征观察，并开展岩石成分与粒度分析，从而识别其沉积相类型，并进行沉积微相的划分；而后绘制出各小层沉积时期的沉积相平面图，并进行沉积演化分析；最后利用物性分析资料，指出有利储集砂体所在，并结合区域构造背景，探讨有利成藏条件，以期为白碱滩组下一步的油气勘探指明方向。

1 区域地质背景

准噶尔盆地位于中国西北部，为一个晚石炭世—第四纪的大型陆相叠合盆地。玛湖凹陷位于准噶尔盆地西北部，为盆内二级构造单元，面积约为6 800 km2(图1)。根据凹陷内部的构造特征，可将玛湖凹陷划分为北斜坡区、西斜坡区、南斜坡区和东斜坡区[2]；玛湖凹陷西斜坡区构造上位于西部隆起克百-乌夏断裂带的下盘。此次研究区域为艾湖2—玛18井区，位于玛湖凹陷玛西斜坡区的中部(图1)。

图1 准噶尔盆地玛湖凹陷西斜坡区的构造位置

玛湖凹陷沉积地层自下而上发育上石炭统至白垩系，地层厚度最大可达6 km以上，其中，三叠系内部可分为下三叠统百口泉组、中三叠统克拉玛依组以及上三叠统白碱滩组。由于印支运动的影响，盆地西北缘地区的上三叠统白碱滩组与下侏罗统八道湾组之间呈不整合接触关系[3]。上三叠统白碱滩组可进一步分为白碱滩组一段、二段和三段。该文研究对象为砂岩最为集中的白碱滩组三段(T3b3)，根据岩性旋回特征，可将其细分为4个小层(图2)。

图2 玛湖凹陷西斜坡区玛26井上三叠统白碱滩组地层划分Fig.2 The stratigraphic division of the Upper Triassic Baijiantan Formation in Well Ma 26 in the western slope area of Mahu Sag

2 白碱滩组沉积特征

2.1 岩性与颜色

玛湖凹陷玛西斜坡白碱滩组三段的岩性以中-细砂岩为主，细砾岩、粉砂岩次之，并夹少量泥岩(图2)。泥岩、粉砂岩、砂岩和砾岩的颜色均为灰绿色(图3a—f)，局部炭质泥岩呈灰黑色(图3b)。偏暗色的沉积物往往代表了偏还原条件的水下环境[6-8]。

图3 玛湖凹陷西斜坡区白碱滩组三段典型岩性照片与砂岩薄片Fig.3 The typical lithology photos and sandstone slices of Member 3 of Baijiantan Formation in the western slope area of Mahu Sag

薄片分析表明，白碱滩组三段砂岩成分类型主要为岩屑砂岩(图3g、h)，少量为长石质岩屑砂岩；岩屑平均含量为67.8%，长石矿物平均含量为21.6%；泥质杂基含量为2.1%～5.8%；砂级颗粒的磨圆度为次棱角状(图3g、h)。上述特征表明白碱滩组三段砂岩成熟度低且沉积物搬运距离较短。结合前述沉积物的岩性与颜色，白碱滩组三段很可能代表短程河流——如辫状河入湖形成的辫状河三角洲沉积[7-9]。

2.2 沉积构造特征

白碱滩组三段发育多种多样的沉积构造类型：在泥岩中发育水平层理(图3a、b)，在粉砂岩中发育波状层理(图3c、图4)，在细砂岩中发育浪成砂纹层理、板状交错层理(图3d)及反粒序(图4)等，在中砂岩和含砾砂岩中发育槽状交错层理(图3e)、板状交错层理(图3f)等，在细砾岩中发育砾石叠瓦构造(图3f)和槽状交错层理(图4a)以及底冲刷面构造(图4a)。其中，常见自底部叠瓦砾岩、槽板状交错层理砾岩向上渐变为槽板状交错层理含砾砂岩、中砂岩以及顶部的平行层理细砂岩的正粒序(图3e、f，图4a)，是辫状水道沉积的典型特征[8]；由细砂岩到中砂岩的典型反粒序(图4b)，见板状交错层理(图3d)、浪成砂纹层理(图4b)，是三角洲前缘河口砂坝的典型标志[9-13]；在粉砂岩中发育波状层理(图3c、图4c)、塑性变形构造(图4c)等，常作为三角洲前缘的远砂坝的识别标志[9]；此外，发育水平层理的偏暗色泥岩、粉砂质泥岩(图3a、b)，常代表三角洲前缘支流间湾、前三角洲泥或浅湖泥等静水低能环境。

图4 玛西斜坡艾湖209井白碱滩组三段岩心柱状图

2.3 粒度特征

白碱滩组三段沉积物的粒度特征主要有3种类型，代表了不同的沉积水动力条件。其一显示出明显的“三段式”(图4d)，且跳跃组分段的斜率较大，悬浮组分含量低，说明其分选性较好，水动力强，为河道砂的显著特点[8]；其二表现为典型的“两段式”(图4e)，其跳跃组分段的斜率大，悬浮组分含量低，说明其分选性好、水动力强，为河口砂坝的典型特点[9]；其三也表现为“两段式”，但其跳跃组分段的斜率明显更低(图4f)，且悬浮组分含量高达30%以上，说明其分选性差、水动力弱，是远砂坝沉积的典型特征。

3 沉积微相划分与沉积特征

综合上述研究结果，认为白碱滩组三段属于在浅湖环境下的辫状河三角洲沉积，在研究区范围内，可识别出2个亚相和5个微相类型。

3.1 辫状河三角洲前缘亚相

3.1.1 水下分流河道微相

水下分流河道微相是辫状河三角洲前缘亚相中最重要的组成部分。一期完整的河道沉积自下而上表现为：由叠瓦和底冲刷构造细砾岩(图3f、图4a)—交错层理含砾砂岩、中砂岩(图3e、图4a)—平行层理细砂岩组成的典型正粒序。粒度特征为明显的“三段式”，跳跃组分段的斜率较高，悬浮组分含量低(图4d)。

3.1.2 支流间湾微相

支流间湾微相主要为灰绿色泥岩，发育水平层理(图3a、b)，常见大量植物碎屑，形成炭质泥岩(图3b)甚至煤层(图4)。

3.1.3 河口砂坝微相

河口砂坝微相发育板状交错层理(图3d)和浪成砂纹层理(图4b)，以及由细砂岩到中砂岩的反粒序等沉积构造；粒度特征为具有高斜率跳跃组分的“二段式”(图4e)。

3.1.4 远砂坝微相

远砂坝微相主要为粉砂岩，发育丰富的波状层理(图3c)、浪成砂纹层理以及同生软沉积物变形构造(图4c)等；粒度特征为具有低斜率跳跃组分和高含量悬浮组分的“二段式”(图4f)。

3.2 前三角洲亚相

该亚相仅包含前三角洲泥微相，主要为灰绿色泥岩、粉砂质泥岩(图2)，水平层理，可见大量植物茎干或叶片。

4 沉积相平面展布与沉积演化

三叠纪早期，准噶尔盆地西北缘由二叠纪晚期的剧烈前陆逆冲活动阶段演化为陆内构造演化阶段，虽仍以挤压推覆构造为主，但其强度明显减弱，在玛西斜坡区形成了砾质扇三角洲沉积[5-6]。三叠纪中期，西北缘基本继承了三叠纪早期的构造格局，在研究区形成了砂质辫状河三角洲沉积。至三叠纪晚期，盆地西北缘发展为构造相对平静的克拉通内坳陷阶段，西北缘地区晚三叠世白碱滩组整体以大面积浅湖泥岩为特点[3]。

白碱滩组一段和二段沉积时期，玛西斜坡区为浅湖沉积环境，发育大面积的浅湖泥和局限透镜状分布的浅湖砂坝(图2)；至白碱滩组三段沉积时期，碎屑物质供给有所增强，源自盆地西北缘古隆起区的辫状河，在到达研究区时进入湖泊，从而发育了2个辫状河三角洲的前缘朵体(图5)。

T3b34小层沉积时期，玛湖凹陷斜坡区整体为浅水环境，来自研究区西北、东北方向的辫状河入湖形成了2个辫状河三角洲。由于此时湖平面相对较高，且碎屑物质供给相对不足，使得仅在西北角和东北角处发育了分布范围局限的三角洲前缘朵体，其内主要发育河口砂坝和远砂坝微相，而研究区的主体为前三角洲泥沉积(图5a)。T3b33小层沉积时期，碎屑物质供给开始增加，2个三角洲前缘朵体分别向前大幅推进12 km和8 km左右，其内发育水下分流河道、河口砂坝及远砂坝微相，但研究区主体仍为前三角洲泥沉积。T3b32小层沉积时期，碎屑物质的供给更加充足，使得2支三角洲的前缘朵体继续大幅向前延伸，研究区内则以水下分流河道微相为主(图5b)。T3b31小层沉积时期，研究区内基本继承了上一时期的沉积面貌，以水下分流河道沉积占据主导地位。

5 油气勘探意义

辫状河三角洲砂体，特别是水下分流河道砂体及河口砂坝，一直以来被视为优质的油气储集层[7-9]。这是因为水下分流河道的砂岩、砾岩和河口砂坝的砂岩的分选性较好(图4d、e)、泥质杂基含量低(图3g、h)的缘故。铸体薄片分析表明，水下分流河道砂体的孔隙度为7.20%～17.50%，平均为13.25%；河口砂坝砂体的孔隙度为8.30%～16.80%，平均为12.33%，储集物性良好。通过岩心观察，发现了含油显示的水下分流河道细砾岩、砂岩(图3f)。

此外，水下分流河道、河口砂坝内的砂体通过多期叠置，其垂向厚度可达5 m以上(图4)，通过频繁侧向迁移、叠置连片，其侧向连续性变得更好，特别是在T3b32和T3b31小层沉积时期，水下分流河道砂体在平面上大面积分布(图5b)。水下分流河道砂体，在上倾方向受到克百-乌夏断裂带的隔挡，在纵向上受到三叠系—侏罗系区域性不整合面的封闭，可形成良好的圈闭条件。玛湖凹陷西斜坡区发育了多条断裂，如印支期的百口泉走滑断裂和大量燕山期的高角度正断层[3]，切穿了二叠系至白垩系，因此，来自凹陷深部的二叠系风城组和乌尔禾组等优质巨厚烃源岩的油气，经垂向运移，可在白碱滩组水下分流河道和河口砂坝砂体中聚集成藏。

图5 玛西斜坡白碱滩组三段沉积微相分布

近期，在艾湖204井和艾湖211井的白碱滩组三段水下分流河道砂体内钻遇了高产工业油流，日产油量分别高达15.6 t/d和10.6 t/d，证实了该预测的可靠性。钻井油气显示表明，艾湖204井区内的白三段砂体普遍含油，含油面积达8 km2以上，初步落实探明油气储量为112×104t，控制油气储量可达千万吨级，可以预见，玛西斜坡区的白碱滩组三段具有重大的油气勘探潜力。

6 结 论

(1) 玛湖凹陷西斜坡区上三叠统白碱滩组三段(T3b3)的沉积相类别为辫状河三角洲，可以进一步划分为2个亚相和水下分流河道等在内的5个微相类别。

(2) 白碱滩组三段(T3b3)沉积时期，在浅水背景下，研究区内发育了2个辫状河三角洲前缘朵体；自T3b34小层至T3b31小层，随着物源供给的不断增加，这2个三角洲前缘朵体持续向前延伸。

(3) 水下分流河道和河口砂坝微相内的砂体储集物性良好，加之良好的外在构造圈闭条件和油气运移条件，是今后该区开展油气勘探、开发的首选目标。