粗粒浅水三角洲沉积特征及模式——以准噶尔盆地莫北地区侏罗系三工河组为例

孙 靖， 薛晶晶， 费李莹， 宋明星， 贾开富

( 中国石油新疆油田分公司 勘探开发研究院,新疆 克拉玛依 834000 )

0 引言

自20世纪50年代以来，浅水三角洲在形成条件、沉积特征、相序结构、储层特征、分布规律、主控因素、沉积模式等方面取得许多认识[1-8]，成为沉积学[9]和油气地质学[10]研究的前沿和热点。中国陆相含油气湖盆广泛发育浅水三角洲沉积，主要集中于坳陷型湖盆，如松辽盆地[6-7,11-12]和鄂尔多斯盆地[4,13]，同时，在叠合盆地(四川盆地[14]、准噶尔盆地[15])、断陷初期和萎缩期断陷盆地(渤海湾盆地[16])等也有发育。

根据碎屑颗粒粒度的划分标准[17]，中国发现的浅水三角洲储层岩石类型以细砂岩、粉细砂岩、粉砂岩为主，局部发育中细砂岩、中砂岩，属于典型的细粒浅水三角洲，而以粗砂岩、中粗砂岩、砂砾岩等为主的粗粒浅水三角洲相对较少[18]。关于浅水三角洲沉积模式，人们对中国陆相沉积盆地不同类型浅水三角洲进行研究，建立相应模式[4-6,19-20]，其中，邹才能等研究鄱阳湖现代浅水三角洲及陕北晚三叠世古代浅水三角洲沉积，建立毯式浅水曲流河三角洲沉积模式[4]；张昌民等分析洞庭湖和鄱阳湖现代浅水三角洲，以及尕斯、跃进、BZ等古代浅水三角洲沉积，建立枝状分流河道型和连片分流砂坝型浅水三角洲沉积模式[5]；以松辽盆地古代浅水三角洲沉积为例，朱筱敏等建立大型坳陷湖盆浅水三角洲形成在干旱和湿润两种气候条件下的不同沉积模式，认为岩性细、分流河道砂体发育且分布广[6,19]；基于地震沉积学分析，ZENG Hongliu等建立渤海湾盆地目标区块曲流河浅水三角洲模式[20]。目前，建立的浅水三角洲沉积模式以曲流河细粒型模式为主，辫状河粗粒型较少[18]。

随油气资源需求不断提升，粗粒沉积领域逐步成为储量与产量的战略接替区，粗粒浅水三角洲沉积成为研究热点，尤其是其沉积特征、储层特征及沉积模式。目前，开展准噶尔盆地湖盆沉积区粗粒浅水三角洲储层和沉积相分析[21]，其沉积背景、特征和模式有待研究。利用钻井、物探和分析化验等资料，以单井复查和分析为基础，分析莫北地区侏罗系三工河组二段沉积特征，研究粗粒浅水三角洲发育背景、特征和分布规律，明确发育特征和沉积模式，为准噶尔盆地莫北地区及相似领域勘探开发提供参考。

1 区域地质概况

准噶尔盆地是中国西北地区发育的一个大型含油气叠合盆地(见图1)，石炭纪以来经历复杂的构造演化过程[22]，中二叠世至中侏罗世，盆地处于沉降状态，早中侏罗世(八道湾组、三工河组、西山窑组和头屯河组沉积时期)，主要表现为慢速沉降，大规模接受沉积，盆大水浅，形成广泛分布的陆相湖盆[23]，为多种类型三角洲沉积的发育提供充足可容空间。

图1 准噶尔盆地莫北地区构造位置Fig.1 Structual location of the Mobei Area in Junggar Basin

2 沉积特征

2.1 沉积背景

三工河组二段沉积时期，莫北地区发育两级坡折线控制下的坡折带(见图2)[24-25]，属于同沉积型坡折带，主要由构造和沉积两类作用叠加形成，包括构造坡折带和沉积坡折带两大类[26]。构造坡折带以深部海西期石炭—二叠系逆断裂活动导致浅层侏罗系地层形成的挠曲坡折带为主，部分受印支—燕山期中浅层正断裂活动形成的断裂坡折带的改造和影响；沉积坡折带主要是侏罗系沉积时期不同沉积相带受粒度、地形和坡度等的影响差异沉积而形成的。

根据古地貌类型和特征，研究区进一步划分为一级坡折带之上的凸起区、二级坡折带之下的凹陷区，以及两级坡折带之间的斜坡区。其中，凸起区和斜坡区属于浅水沉积区，凹陷区属于半深—深水沉积区，且斜坡区存在南部的莫16井南和北部的莫北14井南两个规模较小的次级洼陷(见图2)。

图2 莫北地区三工河组二段沉积时期古地貌Fig.2 Paleogeomorphology of sedimentary period of second member of Sangonghe Formation in Mobei Area

三个区地层厚度存在差异，凸起区地层厚度为90～125 m，平均为110 m；斜坡区地层厚度为105～140 m，平均为120 m；凹陷区目前勘探程度较低，地层厚度为115～150 m，平均为135 m。从凸起区到斜坡区和凹陷区地层逐渐增厚(见图3)，从凸起区到斜坡区地层平均厚度变化较小，反映地层相对比较平缓。平面上，凸起区平均面积约为550 km2，斜坡区平均面积约为500 km2。因此，三工河组二段沉积时期具备形成大型缓坡型湖盆的有利条件，与盆地的整体沉积环境一致。

图3 莫北地区三工河组沉积期地层及坡折带剖面(剖面位置见图1)Fig.3 Section of strata and slope break zone in sedimentary period of Sangonghe Formation in Mobei Area(section location is shown in fig.1)

2.2 岩石基本特征

储层岩石碎屑颗粒主要成分为石英、长石、岩屑，体积分数分别为15.00%～50.00%、13.00%～35.00%和32.00%～60.00%，平均分别为32.90%、23.10%和44.00%。岩性主要为长石岩屑砂岩(见图4)。 主要为凝灰岩岩屑，平均体积分数占岩石体积分数的26.00%，约占总岩屑的60.00%；石英和长石成分成熟度总体较低。胶结物体积分数较低，主要为方解石类碳酸盐胶结物，其次为各类硅质胶结物，包括自生石英和石英次生加大边等，二者体积分数平均分别为2.77%和1.06%。

图4 莫北地区粗粒浅水三角洲岩石成分Fig.4 Composition of coarse grained shallow water delta rocks in Mobei Area

2.3 沉积相及砂体特征

沉积盆地不同类型坡折带对沉积可容空间、沉积微相，以及砂体的类型、展布等具有重要控制作用[27-28]。研究区三工河组二段沉积体系类型主要为浅水辫状河三角洲—湖泊体系，两级坡折带对沉积砂体的类型和分布具有控制作用，划分为浅水辫状河三角洲内前缘、外前缘及砂质碎屑流亚相。根据沉积背景、沉积旋回变化、沉积物的组成、粒度和特征，以及沉积相带分布规律[29]，进一步识别和明确辫状河三角洲为水进退积、粗粒、浅水型辫状河三角洲，主要发育浅水辫状河三角洲内前缘和外前缘亚相(见图5-6)。

2.3.1 浅水辫状河三角洲内前缘亚相

浅水辫状河三角洲内前缘亚相位于一级坡折之上，与上覆湖泊相灰色、深灰色泥岩、粉砂质泥岩和泥质粉砂岩等湖相细粒沉积物突变接触(见图7(a))，形成凹凸不平冲刷面。沉积物粒度粗，由水下分流河道和分流河道间微相组成，水下分流河道微相占主导。厚层、块状水下分流河道砂体规模发育，构成三角洲前缘骨架砂体，夹薄层分流河道间泥岩(见图6)，反映较强水动力条件下的浅水沉积环境[6]。垂向上，由多套水下分流河道叠置形成，呈连续型或间断型正韵律，整体呈正旋回沉积序列，证实多期水下分流河道在沉积演化过程中的迁移、叠置和切割(见图7)。

水下分流河道砂体粒度粗，岩石类型以单层厚度为5～10 m、块状、灰色(含砾)粗砂岩、中粗砂岩、中砂岩、细砾岩为主(见图7(b-e))，其次单层厚度为1～3 m中薄层中细砂岩(见图7(f))，砂体累积厚度为60～80 m。砂砾岩中砾石最大为6 mm×10 mm，一般约为3 mm×5 mm，呈次棱角—次圆状，分选和磨圆为中等，具有较好的定向排列。以块状构造为主，牵引流成因的各种层理，如交错层理、平行层理等较发育(见图7(a-f))，砂泥接触面为突变接触的冲刷面(见图7(a))及泥砾(见图7(g))等。测井曲线表现为近箱形或钟形(见图5)，上部砂体测井曲线存在弱齿化现象，说明砂体随水体加深向湖泊方向存在一定程度的席状化现象。地震波组顺河道方向表现为微弱前积反射结构，横切河道一般为近似丘状或透镜状结构。

分流河道间垂向上主要位于不同期水下分流河道之间。平面上，位于同期不同水下分流河道砂体侧翼，以细粒的悬浮沉积物为主，岩石类型为灰色泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩等，单层厚度薄，与水下分流河道砂体呈突变接触(见图5)。

图5 莫北2井沉积相剖面Fig.5 Sedimentary facies profile of Mobei 2 Well

2.3.2 浅水辫状河三角洲外前缘亚相

浅水辫状河三角洲外前缘亚相主要位于两级坡折之间，主要由水下分流河道微相组成，与内前缘亚相基本一致，其次为席状砂和分流河道间微相，局部发育远砂坝微相。骨架砂体以河道砂体为主，粒度比内前缘亚相水下分流河道砂体的细，发育灰色细砂岩、中细砂岩等中细粒砂体规模(见图7(h-i))。单砂体厚度比浅水辫状河三角洲内前缘亚相的薄，一般为3～8 m，但砂体期次增多，累积厚度更大，一般为80～100 m。受湖浪改造作用，发育平行、交错层理等小型层理。河道曲线以近箱形或钟形为主(见图6)，为中等齿化，程度高于浅水辫状河三角洲内前缘亚相水下分流河道砂体的，席状化进一步加深。地震反射特征与浅水辫状河三角洲内前缘亚相的相似，但振幅和频率略有差异(见图3)。

图6 前哨1—莫16—莫北2井沉积相剖面Fig.6 Sedimentary facies profile through Qianshao 1-Mo 16-Mobei 2 Well

席状砂和远砂坝微相发育于水下分流河道侧翼和远端，粒度进一步变细，主要为(泥质)粉细砂岩和(泥质)粉砂岩等(见图7(j-k))，单砂体厚度一般为1～3 m，厚度较薄，累积厚度为5～15 m。砂岩发育平行层理和小型交错层理(见图7(j))。测井曲线表现为较明显齿化特征，席状砂以齿状和(或)指状突变为主，远砂坝以齿化漏斗形为主。分流河道间以砂质泥岩、粉砂质泥岩、泥岩等为主，发育水平层理，与滨、浅湖泥岩基本相同(见图7(l))，不易区分。

图7 莫北地区浅水三角洲岩心特征Fig.7 Core features of shallow water delta in Mobei Area

二级坡折带之下的半深湖—深湖区，水体深，水动力弱，以泥岩、粉砂质泥岩等细粒沉积物为主，浅水辫状河三角洲内前缘亚相水下分流河道砂体，沿两级坡折带发生滑塌和卸载作用而形成中粗粒砂质碎屑流砂体[24]。

2.4 砂体分布特征

研究区物源主要来源于东北方向的克拉美丽山供源体系，内部凸起(石西凸起、滴南凸起和莫北凸起等)有一定贡献。三角洲前缘砂体砂岩体积分数总体较高，粗粒、中粗粒水下分流河道砂体作为骨架砂体，垂向发育多套砂体，单砂体厚度逐渐减薄，泥质隔夹层逐步发育，厚度逐渐增大，形成水进退积型沉积旋回。不同期水下分流河道砂体侧向相互切割、叠置，形成前缘复合砂体。

三工河组二段沉积时期，水下分流河道广泛发育，近东西方向展布，主要有4支，分别为莫北12—莫北4—莫北14—莫北13井分流河道、莫北5—莫北3—莫北2—莫16井分流河道、莫北8—莫北6—莫012井分流河道及莫9—莫7—莫8—莫20井分流河道，河道总宽度约为30 km，单个河道宽度为5～12 km，受湖浪水流改造作用，浅水辫状河三角洲外前缘亚相常见分汊现象，形成多个次级朵叶体(见图8)。

图8 莫北地区沉积相平面分布Fig.8 Plane distribution map of sedimentary facies in Mobei Area

在两级坡折带控制下，4支水下分流河道单个呈宽条带状延伸，整体呈朵状或鸟足状展布，垂直或斜交湖岸分布，分布面积为102～170 km2，总面积约为540 km2，延伸距离为15～35 km，分布范围广，延伸距离较远。其中，莫北5—莫北3—莫北2—莫16井分流河道分布面积最大，分布面积约为170 km2，延伸距离为18～20 km，砂体推进至一级坡折带以下的莫16、莫002井附近尖灭。莫9—莫7—莫8—莫20井分流河道延伸最远，分布面积约为158 km2，延伸距离为22～35 km，砂体推进至一级坡折带以下的莫20、莫14井附近尖灭。

总体上，浅水辫状河三角洲前缘水下分流河道沿物源方向或水流方向呈条带状、近东西方向展布，连续性较好，延伸距离长；垂直于物源方向或水流方向，以底平顶凸的半透镜状相互叠置、切割，不同河道之间由分流河道间细粒沉积物分隔。

3 沉积模式

三工河组二段沉积时期，莫北地区构造演化强度相对较弱，盆地类型主要为坳陷型盆地，地层主要表现为持续、稳定沉降；地形坡度相对平缓，湖盆面积大，总体较浅，沉积可容空间较大，为各类沉积物沉积提供充足空间；为温带湿润气候，发育灰色(含砾)河道砂岩、砾岩和灰色、深灰色河道间泥岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩，岩石以还原色为主，氧化色不发育。来自东北部的克拉美丽山物源，以及周边凸起物源提供充足的沉积物，各种(含砾)粗砂岩、中粗砂岩及细砾岩等持续沉积，单层和累积厚度较大，延伸距离较远，成分成熟度较低，碎屑颗粒分选较差。在这些条件和因素共同作用下，各类沉积物，尤其是粗粒物质持续、稳定、大范围沉积，形成温带湿润气候条件下大面积发育的粗粒浅水辫状河三角洲(见图9)。

图9 莫北地区粗粒浅水三角洲沉积模式Fig.9 Sedimentary model map of coarse grained shallow water delta in Mobei Area

随地层不断持续沉降，湖泊水体逐渐加深，湖岸线不断向前推进，砂体向上逐渐变细，形成水进退积型沉积序列。粗粒水下分流河道砂体作为骨架砂体，广泛发育，侧向叠置，相互切割，连片分布。根据平均洪水面、平均枯水面，以及正常浪基面[6]划分为浅水辫状河三角洲内前缘、外前缘及砂质碎屑流亚相。浅水辫状河三角洲前缘砂体平面上分布广、面积大，主要呈似朵状或似扇形，水下分流河道规模储集砂体大面积发育。因此，研究区浅水三角洲沉积模式为水进退积、粗粒型浅水辫状河三角洲模式。

4 结论

(1)准噶尔盆地莫北地区侏罗系三工河组沉积时期发育两级坡折带控制下的凸起区、斜坡区和凹陷区，物源供给充足，形成温带湿润气候条件下的水进退积、粗粒型浅水辫状河三角洲—湖泊体系，发育浅水辫状河三角洲内前缘、外前缘及砂质碎屑流亚相。

(2)浅水辫状河三角洲前缘水下分流河道砂体发育，粒度粗，以块状、中—厚层为主，牵引流成因构造发育；岩性以长石岩屑砂岩为主，储层物性相对较好；垂向上发育多期砂体，侧向相互切割、叠置，近东西方向连片分布，面积大，延伸距离长，具备形成规模油气藏的良好储集条件。