准噶尔盆地西北缘夏77地区三叠系克下组沉积相研究^*

Sedimentary facies of the Triassic Lower Karamay Formation of Xia 77 area in northwest margin of Junggar Basin

摘要

准噶尔盆地西北缘夏77地区三叠系克下组(克拉玛依下亚组,T₂k₁)是油气勘探的重点目的层系。综合钻井、岩心、录测井和分析化验等资料,运用沉积学基本原理和方法,开展了克下组的沉积相及其演化特征研究。 结果表明: (1)夏77地区克下组主要发育浅水扇三角洲沉积,划分为扇三角洲平原和扇三角洲前缘亚相,前缘亚相又分内前缘和外前缘。(2)扇三角洲平原亚相发育重力流成因辫状河道、漫滩和碎屑流3种微相;内前缘识别出水下分流河道和水下分流间湾2种微相,牵引流成因较强、重力流成因较弱;外前缘发育牵引流成因水下分流河道、水下分流间湾和河口坝3种微相。(3)克下组沉积时期,湖盆水体由浅变深,地层表现为湖侵退积沉积序列,平面上,扇三角洲平原、内前缘和外前缘亚相向东北方向后退。

Abstract

The Triassic Lower Karamay Formation(T₂k₁)represents the primary target for petroleum exploration in the Xia 77 area,located on the northwest margin of Junggar Basin. Integrating data from drilling,core observations,well logging,and associated analytical experiments,this study applies fundamental principles of sedimentology to analyze the sedimentary facies architecture and evolutionary characteristics of the T₂k₁. The findings reveal the following: (1)The formation was deposited within a shallow-water fan delta system,which is subdivided into two main subfacies: the fan delta plain and the fan delta front. The fan delta front can be further classified into inner and outer front subfacies.(2)Within the fan delta plain,three gravity flow-dominated microfacies were identified: braided channels,floodplains,and debris flows. In the fan delta inner front,two traction flow-dominated microfacies are recognized—subaqueous distributary channels and subaqueous distributary bays. The fan delta outer front is characterized by three traction flow-induced microfacies: subaqueous distributary channels,subaqueous distributary bays,and mouth bars.(3)During the depositional period of the Lower Karamay Formation,the lake basin underwent a gradual deepening,transitioning from shallow to deeper water conditions. This hydrodynamic shift resulted in a regressive sedimentary sequence in response to overall lake transgression. Laterally,the progradational-to-retrogradational evolution of the system led to a northeastward backstepping of the fan delta plain,inner front,and outer front subfacies.

Graphical abstract

关键词

扇三角洲 / 沉积相 / 三叠系克下组 / 夏77地区 / 准噶尔盆地西北缘

Key words

fan delta / sedimentary facies / Triassic Lower Karamay Formation / Xia 77 area / Northwest margin of Junggar Basin

随着含油气沉积盆地勘探类型和领域的不断拓展和常规储集层油气藏发现难度的不断增大,以砾岩储集层油气藏等为代表的粗粒沉积岩特征、形成机制和沉积模式研究日益深入,受到越来越多地质学家的关注。

准噶尔盆地西北缘油气勘探始于20世纪50年代,历经60年勘探,早期油气勘探大多集中于富烃断裂带,相继在红车断裂带、中拐凸起、克百断裂带、乌夏断裂带发现砾岩油藏,之后在玛湖凹陷斜坡带发现了10×10⁸ t级砾岩大油区(匡立春等,2014;张昌民等,2020)。目前,砾岩储集层已经成为中国油气勘探开发的主要领域之一,但是,砾岩作为一种特殊的储集岩类型,尤其是作为非常规致密碎屑岩储集层,其物性相对较差,砾岩成因类型及储集层成因机理亟待深入研究。虽然前人已在乌夏断裂带构造特征和构造演化(李萧等,2017;孟凡超等,2024)、地层划分(师天明等,2015)和油气成藏(倪振等,2016)等方面做了大量工作,取得丰硕成果,但三叠系沉积相的研究还比较薄弱(牛海青等,2007;吴志雄等,2011;倪振等,2016),给下步精细油藏描述及效益开发带来极大的困难。以准噶尔盆地西北缘乌夏断裂带夏子街油田夏77地区为例,观察描述了13口井共371.21 m岩心(其中夏042井为系统取心井,心长189.81 m,获含油岩心186.28 m);利用薄片、录测井和大量分析化验资料开展了单井相和剖面相分析,运用沉积学基本原理和方法(Zhang et al., 2014,2021;林春明,2019;林春明等,2021),对准噶尔盆地西北缘夏77地区三叠系克拉玛依下亚组(克下组,T₂k₁)沉积特征及演化进行了较为系统地研究,这为该区油气砾岩储集层研究与预测、砾岩油藏有效开发提供了沉积地质基础和实际指导意义。

1 地质概况

1.1 区域地质背景

准噶尔盆地地处中国的西北部,东西长700 km,南北宽370 km,总面积约 13×10⁴ km²,根据盆地整体构造演化特征及各区构造演化和含油气方面的差异性,可将准噶尔盆地划分为乌伦古坳陷、陆梁隆起、中央坳陷、西部隆起、东部隆起和北天山山前冲断带6个一级构造单元(杨海波等,2004;于进等,2016;郑孟林等,2019)。准噶尔盆地是1个大型多期含油气叠合盆地,油气资源丰富,目前已经在石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、古近系与新近系等发现了工业油气(支东明等,2019)。玛湖凹陷位于准噶尔盆地西北部,是盆地中央坳陷西北部的1个次级凹陷,其东连石英滩凸起、英西凹陷、三个泉凸起和夏盐凸起; 南邻中拐凸起和达巴松凸起; 西接克百断裂带,北临乌夏断裂带(杨帆等,2022),凹陷面积约为5000 km²(图 1-a)。

夏77地区区域构造位于准噶尔盆地西北缘乌夏断裂带中部,向南为玛湖凹陷(图 1-a)。夏77地区行政隶属于新疆维吾尔自治区塔城地区和布克赛尔蒙古自治县,西距克拉玛依市乌尔禾区约35 km,处于夏子街油田东部。夏77地区主要开发目的层为三叠系克下组,根据克下组顶面构造等值线解释,夏77地区整体表现为南北受断裂夹持、北高南低、东高西低的近东西向狭长断块,南部夏038井至北东玛49井为一缓慢斜坡,夏038井附近克下组顶面埋藏相对最深,约1800 m(图 1-b)。2005年8月,射开夏77井三叠系克下组1612.0~1634.0 m后,4 mm油嘴自喷日产油3.23 t/d,日产气8640 m³,从而发现了夏77地区三叠系克下组油藏。截至2022年9月,夏77地区三叠系克下组试油试采多井获工业油流,单井日产油在1.17~39.80 t/d之间。油层埋深一般在1600.0~1800.0 m,油层有效厚度15.0~30.0 m,含油面积近20 km²,石油地质储量超3000×10⁴ t。

1.2 地层特征

玛湖凹陷是准噶尔盆地西北缘最重要的生烃凹陷,深层二叠系风城组发育多套烃源岩,油源丰富,夏77地区位于玛湖生烃凹陷的上倾方向。夏77地区地层发育较全,自下而上有石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系及白垩系,其中,三叠系从下到上依次是下三叠统百口泉组(T₁b)、中三叠统克拉玛依组(T₂k)和上三叠统白碱滩组(T₃b)(表 1)。中三叠统克拉玛依组(T₂k)从下到上可划为克下组(T₂k₁)和克上组(T₂k₂),前者油藏的分布受控于夏子街大型扇三角洲沉积,扇三角洲前缘相带是优质砂体沉积卸载有利场所,优势相带与深大控藏断裂匹配形成良好的封闭条件,优越的石油地质条件为该区三叠系克下组成藏奠定了基础(图 1)。

夏77地区三叠系克下组(T₂k₁)为研究目的层段,岩性为砾岩、砂岩和泥岩,以砾岩为主(图 2)。研究区地层对比是以单井的岩性和电性特征为基础、稳定标志层为控制、测井曲线为依据和地震资料为约束等基本原则来进行划分的。按照“旋回对比,分级控制”的原则及夏子街油田已开发油藏地层划分,从大到小逐级控制对比精度,并兼顾岩性组合,依据地层厚度变化的连续性和合理性,将克下组自下而上分为T₂ k_1^3、T₂ k_1^2、T₂ k_1^1共3个砾岩层段(表 1), 其中,T₂ k_1^2砾岩层段自下而上细分为T₂ k_1^{2-2}和T₂ k_1^{2-1}共2段。T₂ k_1^1与T₂ k_1^{2-1}砾岩层段之间发育1套稳定泥岩,两者沉积特征存在差异,T₂ k_1^1以砾岩、砂岩沉积为主,T₂ k_1^2和T₂ k_1^3砾岩层段(T₂ k_1^{2+3})主体部位为砾岩连续沉积,在油藏边部发育泥岩层,以泥岩标志层及等厚对比原则划分T₂ k_1^{2+3}地层层序,油层在各砾岩层段均有发育。T₂k₁地层厚度较为稳定,为220.0~265.0 m,平均248.0 m,可对比性强,其中,T₂ k_1^1厚47.0~86.0 m,平均59.4 m;T₂ k_1^{2-1}厚46.0~65.0 m,平均60.5 m;T₂ k_1^{2-2}厚47.0~67.0 m,平均56.9 m;T₂ k_1^3厚61.0~92.0 m,平均71.2 m(表 1)。

进入三叠纪,准噶尔盆地整体抬升,盆地进入整体陆内拗陷阶段,受印支运动影响,由NW-SE向挤压转为近SN向挤压,并伴有左旋剪切,在乌夏断裂带自南向北后展式发育了一系列近EW向断裂,如夏21井断裂、夏10井断裂东段、乌兰林格断裂等(李萧等,2017)。根据夏77地区地震剖面(图 3)可以看到,上三叠统白碱滩组(T₃b)为大套稳定泥岩沉积,测井上具有低密度、低速度、低阻抗的特点,与下部克拉玛依组砂砾岩地层存在较大阻抗界面,在地震剖面上表现为强振幅特征,分布较连续,可作为研究区主要地震标志层。下三叠统百口泉组(T₁b)与下伏二叠系下乌尔禾组(P₁w)呈角度不整合接触,百口泉组(T₁b)底部的砂砾岩地层与下乌尔禾组顶部分布1套稳定泥岩,存在较大阻抗界面,在地震剖面上表现为强振幅特征,同相轴相交的反射特征清楚,可追踪性强,也可作为研究区主要地震标志层。

采用井震结合的方法进行全区地质分层对比和层位标定,精确标定出T₂k₂底、T₂ k_1^1底、T₂ k_1^{2-1}底、T₂ k_1^{2-2}底、T₂ k_1^3底共5个地震反射层(图 3),研究表明,夏77地区夏301、风城4和夏37井区在克下组沉积时期为一凸起,向南西夏039井方向地势逐渐降低,物源亦来自东北方向。

2 沉积相分析

沉积相研究是以相标志的研究为基础,以岩心描述和岩石类型的划分为依据(张霞等,2009,2018;Jiang et al., 2023);根据不同相标志组合,确定沉积微相,由微相组合确定沉积亚相和沉积体系; 再结合测井曲线,将岩石类型转化为对应的测井曲线相,建立曲线相类型。在划分单井相的基础上,将曲线相推广到连井地层剖面和平面沉积相中,从而得出微相、亚相和沉积体系在空间的展布和演化规律(Zhang et al., 2012,2016;Huang et al., 2021;林春明等,2023)。

2.1 岩石特征

夏77地区三叠系克下组岩性以系统取心的夏042井为例,可以识别出砾岩、砂岩和泥岩3种岩石类型,砾岩为主,其厚度占地层厚度91.96%,砂岩和泥岩分别占地层厚度的6.60%和1.44%(表 2;图 4)。砾岩根据砾石大小分为细砾岩(砾石直径2~10 mm)、中砾岩(砾石直径1~10 cm)、粗砾岩(砾石直径10~100 cm)和巨砾岩(砾石直径>100 cm),遇到砾岩中碎屑颗粒大小不一致时,可采用三级命名原则对其命名(林春明,2019)。夏77地区三叠系克下组砾岩按粒度由粗到细可以划分为粗—中砾岩、中砾岩、细—中砾岩、含砂中砾岩、中—细砾岩、细砾岩和砂砾岩7个级别,以中砾岩、细—中砾岩和含砂中砾岩为主(表 2;图 4中的编号2、3、4),累计厚度分别是74.06 m、33.86 m和32.34 m,分别占T₂k₁地层厚度的38.90%、17.78%和16.99%(表 2),累计占地层厚度73.67%,其次为中—细砾岩,累计厚度19.23 m,占地层厚度10.10%(表 2;图 4中的编号5),粗—中砾岩(表 2;图 4中的编号1)累计9.34 m厚,占地层4.91%,而细砾岩和砂砾岩不发育(表 2;图 4中的编号6、7),累计厚度分别为2.50 m和3.76 m,占地层厚度不到2%。砂岩以薄层形式出现在不同砾岩层段中,泥岩主要发育于T₂ k_1^{2-1}和T₂ k_1^3 2段,厚度最薄(表 2;图 4中的编号9)。T₂k₁地层砾石以次棱角—次圆为主,分选性较差。

2.2 沉积相类型

通过钻井、录井、测井、粒度、古生物等分析资料,结合取心井的岩心观察和描述发现,准噶尔盆地西北缘克下组岩性以中砾岩、细—中砾岩和含砂中砾岩为主,泥岩与砂岩含量较低,砾石以次棱角—次圆为主,磨圆分选性较差。T₂k₁地层发育大量的原生沉积构造,包括块状层理、递变层理、平行层理等,常见泥砾、植物化石及碎片,未发现辫状河三角洲前缘沉积常见的侧积交错层理、板状和槽状交错层理,特别是厚0.5 m以上的交错层理(李维锋等,2001;林春明,2019;林春明等,2023)。沉积作用以牵引流沉积为主,发育重力流沉积,水动力条件变化快。同时,克下组沉积时期气候为干旱—半干旱气候,物源来自北东方向,为近源快速沉积。综合上述分析,认为夏77地区三叠系T₂k₁地层的沉积相为浅水扇三角洲。进而根据各相类型中微环境及沉积特征,将扇三角洲划分为平原、前缘和前扇三角洲亚相,前缘亚相又分内前缘和外前缘,以及9种主要沉积微相,河口坝沉积微相只分布在外前缘亚相中(表 3)。扇三角洲前缘区域水动力较强且处于前缘近端,水下分流河道改道周期短,造成河道下游地区很难形成稳定的河口坝和席状砂沉积,河口坝和前缘席状砂不发育,符合常见浅水扇三角洲前缘沉积特点(于建国等,2002;张辉等,2005;朱筱敏等,2013;林春明等,2023)。研究区古河道充填砾岩层,显示为浅水三角洲特征,这种现象在全球其他盆地中都有类似的描述(Leszczyński and Nemec,2015;Martini et al., 2017;Ilgar et al., 2024)。

目前对于扇三角洲沉积模式、微相划分、内部砂砾体分布规律及氧化色泥岩成因等不同学者有不同认识(彭飚等,2017),但普遍认为扇三角洲沉积模式基本上概括为陆坡型、陆架型和断陷湖盆型3种,准噶尔盆地西北缘明显属于断陷湖盆型扇三角洲沉积体系,是介于辫状冲积扇与湖相沉积体系之间的过渡沉积(林春明,2019;Abdel-Fattah and Sehsah,2023),属于靠山型扇三角洲(吴崇筠和薛叔浩,1993)。

2.3 沉积相特征

通过岩心描述、沉积相标志、纵向岩性组合特征,结合构造背景、水动力条件的综合分析,明确夏77地区三叠系克下组不同沉积微相特征(表 4)。

2.3.1 扇三角洲平原亚相沉积

扇三角洲平原为扇三角洲的陆上部分,其范围包括从扇端至岸线之间的近湖平原地带,以大陆流水冲积或重力流作用的粗粒沉积物为特征。夏77地区扇三角洲平原亚相主要发育辫状河道、漫滩和碎屑流带微相(表 3)。

辫状河道 辫状河道多以事件性洪流沉积为主,在洪水间歇期间,沉积物也具有牵引流沉积特征,所以,辫状河道沉积具有复合型水动力形成机制(林春明,2019)。研究区辫状河道发育于靠近山前盆地边缘,垂向上以厚层块状韵律层叠置为特征,底部见明显的冲刷面和泥砾(图 5;表 4),反映洪水频繁冲刷和充填过程。

岩性主要为褐色或杂色粗—中砾岩、中砾岩,砾石分选和磨圆差,次圆—次棱角为主,呈颗粒支撑(图 6-a)、多级颗粒支撑(图 6-b)、杂基—多级颗粒支撑(图 6-c)和杂基—颗粒支撑(图 6-d),砾石杂乱堆积,油斑或油迹常出现在岩石表面或裂缝中。辫状河道测井曲线以较低的自然电位(SP)、自然伽马(GR)和声波时差(AC),浅侧向电阻率(RI)和深侧向电阻率(RT)曲线呈中—高幅钟形或齿形为特征(图 5;表 4)。研究区辫状河道与冲积扇扇中辫流水道(吴胜和等,2012)、冲积扇(洪水期)扇中辫状水道(刘大卫等,2018)特征相似。

漫滩 辫状河道之间未能沉积砂体的地带,发育褐色泥岩、粉砂质泥岩,水平层理发育,测井曲线以高的SP、GR和AC,低的齿化漏斗形RT为特征(表 4)。

碎屑流带 是由洪水初期携带大量混杂碎屑物的碎屑流体或水体沿着峡谷进入扇体中上部的沟槽或扇面之上堆积形成。洪水规模影响碎屑流带的形态及分布,规模小时碎屑流带主要分布于沟槽内,呈带状分布; 规模大时碎屑流带越过沟槽进入两侧扇面沉积,呈面状分布,与冲积扇漫流沉积成因相似(邹志文等,2021)。沟槽内的碎屑流带常被后期辫状河道水流所改造,因而分布极不稳定。碎屑流带底部冲刷面发育,多具块状构造,沉积物主要由砾岩构成,砾石含量在60%~90%之间,大小不等,分选差,常呈不接触状分布在填隙物中,填隙物为不等粒砂级颗粒及泥质(林春明,2019)。测井以中高GR、中高RT和较低AC为特征,曲线总体呈现平直形(表 4),表明碎屑流带砾岩分选差,杂乱堆积。

2.3.2 扇三角洲内前缘亚相沉积

扇三角洲前缘亦称为过渡带,位于岸线至正常浪基面之间的浅水区,是大陆水流、波浪和潮汐相互作用地带(林春明,2019)。夏77地区扇三角洲前缘是砾岩扇体水下沉积的主体,分布范围广,基于砾岩油藏评价和精细挖潜的现实工作需要,将研究区扇三角洲前缘细分为内前缘和外前缘,使扇三角洲前缘的划分更为细致。内前缘处于湖岸边缘,更靠近物源,外前缘更靠近湖泊,水体深度更大。研究区内前缘可识别出水下分流河道和水下分流间湾2个沉积微相(表 4),相对来说,水下分流河道沉积更发育,间湾不发育(图 7)。

内前缘水下分流河道 研究区扇三角洲内前缘水下分流河道岩性主要为浅灰、青灰、青和灰色中砾岩、细—中砾岩、含砂中砾岩,砾石分选较差,磨圆度以次圆—次棱角状为主,砾石呈颗粒支撑(图 6-e)、多级颗粒支撑(图 6-f)和砂质杂基—多级颗粒支撑(图 6-g)。砾岩底部见明显的冲刷构造和泥砾,砾石呈弱定向排列,砾径向上变小,具正递变层理(图 7),表明水动力强度向上变弱。泥砾呈次圆—次棱角、条带状、环状条带等多种形态,具定向性,地层底部泥砾多,向上减少,反映水流具有单一流向的牵引流特点。也见植物化石及碎片。

内前缘水下分流河道粒度概率曲线呈典型河道沉积的“两段式”,由跳跃和悬浮次总体组成,以跳跃次总体为主,占52.9%~75.6%,悬浮次总体占24.4%~47.1%;2者交截点Φ值为-2~0 Φ,粒度区间分布范围大,为-4~5 Φ,岩性从粗粉砂,到细砂、中砂、粗砂、细砾、中砾(图 8-a,8-b)。频率分布曲线呈略对称式“单峰”型,以-4~1 Φ为主(图 8-c,8-d),岩性主要为粗砂、细砾和中砾。内前缘水下分流河道测井曲线具有低自然电位和自然伽马,较低声波时差,电阻率曲线通常呈中—高幅的齿化箱形或钟形,有时呈齿形(图 7;表 4)。

内前缘水下分流河道沉积与前述平原辫状河道沉积相比,相对远离物源区,向湖推进,已经进入到湖泊水下沉积环境。砾石分选性和磨圆度均变好,砾石表现出弱定向性,沉积物自下而上,具有从粗到细的正序列沉积,表明内前缘水下分流河道沉积物经历了一段距离的搬运,遭受流水的冲刷淘洗作用较强,表现为牵引流作用较强、重力流较弱的特点。

内前缘水下分流间湾 内前缘水下分流间湾垂向上处于内前缘水下分流河道之间(图 7)。在平面上为水下分流河道之间相对低洼的地区,一些地区可以将水下分流间湾微相进一步细分为水下分流间湾(富砂)和水下分流间湾(富泥)2类,前者常沿水下分流河道两侧展布,其砂地比参考值为0.2~0.4,含油性较好,可作为较好储集层开发,后者沉积在更低洼的地区,沿水下分流间湾(富砂)间展布,其砂地比参考值为0~0.2,含油性较差,不能作为储集层(林春明等,2023)。研究区夏042井T₂ k_1^1砾岩层段1832.3~1834.3 m,岩性为褐色泥岩,含少量粉砂、细砂和细砾,水平层理发育(图 6-h),表明水体较浅,离物源区较近,处于氧化的静水环境,与上覆内前缘水下分流河道含砂中砾岩之间见冲刷面(图 6-i)。内前缘水下分流间湾测井曲线具有较高的自然电位、自然伽马和声波时差,电阻率曲线呈低幅的箱型(图 7;表 4)。由于水下分流河道迁移频繁及碎屑流的强大破坏作用,水下分流间湾沉积物往往受到侵蚀破坏,极不发育,以大小不等的透镜体出现。

2.3.3 扇三角洲外前缘亚相沉积

夏77地区外前缘可识别出水下分流河道、水下分流间湾和河口坝3个沉积微相(表 2),相对来说,水下分流河道沉积更发育,水下分流间湾和河口坝不发育。

外前缘水下分流河道相比于内前缘水下分流河道更加靠近湖盆,其沉积物多呈灰色和绿色,沉积物处在弱还原环境。该微相底部受到持续的水动力作用,发育砾石的定向排列,沉积物粒度自下而上由粗变细,呈现正旋回沉积,体现出明显的牵引流特征。

研究区扇三角洲外前缘水下分流河道沉积与内前缘水下分流河道有相似特点。岩性主要为浅灰、青灰和杂色中砾岩、细—中砾岩、含砂中砾岩,砾石分选中等,磨圆度以次棱角—次圆状为主,砾石呈颗粒支撑(图 9-a)、多级颗粒支撑(图 9-b,9-c)、砂质杂基—多级颗粒支撑(图 9-d)和杂基支撑。砾岩底部见明显的冲刷构造,自下而上砾径逐渐变小(图 10)。砾石具有定向性,有时发育逆粒序递变层理(图 9-a),有时具正粒序递变层理(图 10),填隙物主要为粗砂和细砂,含少量钙质胶结。外前缘水下分流河道粒度概率曲线呈两段式和三段式,以跳跃次总体为主,占48.0%~77.0%,悬浮次总体占3.9%~45.8%,滚动组分含量小于10%;跳跃与悬浮次总体的交截点Φ值为-2.6~-1.8 Φ,粒度区间为-4~5 Φ,分布范围大(图 8-e,8-f)。频率分布曲线呈后高不对称式“单峰”型,以-5~-1 Φ为主(图 8-g,8-h),粒度明显比内前缘水下分流河道偏粗,岩性主要是细砾岩和中砾岩(图 10)。外前缘水下分流河道测井曲线表现为低自然电位和声波时差,自然伽马曲线呈中—高幅的钟形,电阻率曲线通常呈高幅的齿化箱形或钟形(图 10;表 4)。

外前缘水下分流河道沉积与内前缘水下分流河道沉积相比,更靠近湖泊,水体深度更大。砾石分选性和磨圆度都变好,砾石排列定向性更强沉积物具递变层理,表明外前缘水下分流河道沉积物沉积时,水动力条件更强,主要是遭受湖水反复冲刷淘洗作用,表现为明显的牵引流作用强的特点。

外前缘水下分流间湾 外前缘水下分流间湾沉积为外前缘水下分流河道之间相对低洼的地区,平面上主要沿水下分流河道两侧展布,以棕褐色泥岩(图 9-e)、灰色粉砂岩、粉—细砂岩为主,见灰色薄层细砂岩,发育水平层理、波状层理、透镜状层理,反映其位于水下弱氧化—弱还原环境,由于水体浅,泥岩颜色偏氧化色,苏北盆地高邮凹陷古近系戴南组扇三角洲前缘水下分流间湾也普遍发育这种沉积现象(周健等,2011;Zhang et al., 2016;刘玉瑞,2017;林春明等,2020)。外前缘水下分流间湾测井曲线具有较高的自然电位、自然伽马和声波时差,较低电阻率,电阻率曲线呈小幅箱形(图 10;表 4)。

外前缘河口坝 扇三角洲外前缘河口坝位于外前缘水下分流河道的前方,与正常三角洲河口坝相比,外前缘河口坝的沉积范围和规模较小,但含砂量高(林春明,2019)。岩性主要为浅灰—灰色含砾粗砂岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩和粉砂岩,自下而上组成4个由粗粒渐变细粒的正旋回沉积,这可能是因为湖面快速上升,湖岸线向陆地迁移、河口坝向陆地退缩、沉积层序向陆地退积所致。见多期冲刷面和泥砾,发育递变层理、块状层理和平行层理(图 9-f,9-g,9-h;图 10)。外前缘河口坝概率曲线呈典型的两段式,以跳跃次总体为主,占45.8%~70.2%,主要分布在-3~0.5 Φ,分选较好,悬浮次总体占29.8%~54.2%;跳跃与悬浮次总体的交截点Φ值为-1.5~1 Φ,粒度区间为-3.5~5 Φ,分布范围较大(图 8-i,8-j)。频率分布曲线呈近对称式“单峰”型和“双峰”型,以-3~3 Φ为主(图 8-k,8-l),粒度明显比外前缘水下分流河道偏细。外前缘河口坝测井曲线具有较高的自然电位、自然伽马和声波时差,较低电阻率,电阻率曲线呈小幅箱形(图 10;表 4)。

从储集层粒度累积概率曲线和频率分布曲线可以看到,内前缘水下分流河道储集层、外前缘水下分流河道与外前缘河口坝储集层具有如下特征(图 8): (1)内前缘水下分流河道、外前缘水下分流河道和外前缘河口坝跳跃组分斜率逐渐变陡,表明后者分选性依次好于前者; (2)内前缘水下分流河道、外前缘水下分流河道和外前缘河口坝跳跃组分粒径分别在-4~0 Φ、-4.3~-1.8 Φ和-3.6~1.0 Φ之间,表明外前缘水下分流河道储集层粒度相对较粗,反映其沉积水动力条件较强。此外,跳跃与悬浮次总体的交截点Φ值也可反映搬运介质的扰动强度,交截点Φ值越小,扰动强度越高(林春明等,1999,2021;Lin et al., 2005),研究区内前缘水下分流河道、外前缘水下分流河道和外前缘河口坝储集层跳跃与悬浮次总体的交截点Φ值分别在-2~0 Φ、-2.6~-1.8 Φ和-1.5~1 Φ之间,也反映外前缘水下分流河道水动力条件相对要强; (3)从频率分布曲线可以看到,内前缘水下分流河道、外前缘水下分流河道和外前缘河口坝储集层主要粒径在-4~1 Φ、-5~-1 Φ和-3~3 Φ之间,外前缘水下分流河道储集层相对最粗,也反映其水动力条件明显要强; (4)内前缘水下分流河道、外前缘水下分流河道和河口坝粒度概率累积曲线以典型两段式为主,外前缘水下分流河道部分发育三段式,整体以跳跃次总体为主,其次为悬浮次总体。

2.3.4 前扇三角洲亚相沉积

前扇三角洲是指浪基面以下部分,位于扇三角洲前缘向湖方向一侧,在扇三角洲远端与滨浅湖亚相相接。夏77区块前扇三角洲主要由浅灰色泥岩组成,偶见薄层棕色泥岩,夹少量粉砂岩条带或砂质团块,以水平层理为主,偶有波状层理、透镜状层理,总体以细粒沉积为主。前扇三角洲自然电位曲线平直,电阻率曲线呈低值的小齿状。

3 沉积相展布与演化

3.1 剖面相特征

连井地质解释剖面(图 11)显示,准噶尔盆地西北缘夏77地区自北东向南西方向主要发育扇三角洲粗粒沉积体系,进一步划分为扇三角洲平原和扇三角洲前缘亚相。整体上,T₂k₁地层岩石颜色由北东氧化环境的红棕色、褐色、杂色,向南西变为弱氧化弱还原的青灰色、青色、灰绿色、浅灰色、灰色和深灰色,纵向上由地层下部氧化色向地层上部变为弱氧化弱还原色; 地层岩石粒度由北东较粗的中砾岩、细砾岩,向南西变为粒度较细的砂岩和泥岩,纵向上地层岩石粒度自下而上由粗变细,也就是说,T₂k₁地层表现为湖侵退积沉积序列,呈现“水进砾退”的沉积特征。

沉积相连井剖面显示,扇三角洲平原碎屑流分布靠近山前盆地边缘的风城4井和夏37井区(图 11),纵向上主要见于T₂ k_1^3和T₂ k_1^{2-2}砾岩层段; 扇三角洲平原辫状河道发育于夏77、风城4和夏37等井区,在夏042井区也有局部出现(图 11),纵向上主要见于T₂ k_1^3和T₂ k_1^2砾岩层段,整体表现为湖侵退积沉积序列,但在T₂ k_1^{2-2}和T₂ k_1^{2-1}砾岩层段,沉积物也有进积现象,可能是某次洪水爆发期携带大量粗粒沉积物从凸起搬运到低洼地区堆积所致; 平原漫滩褐色泥岩、粉砂质泥岩常呈薄层沉积; 由北东至南西方向扇三角洲平原碎屑流带、辫状河道沉积厚度逐渐减薄,呈片状或舌状(图 11)。

扇三角洲前缘亚相在研究区都有分布,前缘水下分流河道最发育,主要发育于夏77、夏042、夏044、夏041等井区,由北东至南西方向和地层自下而上,扇三角洲前缘水下分流河道逐渐过渡到前缘水下分流间湾、前扇三角洲泥沉积(图 11),反映沉积时由北东至南西方向和地层自下而上湖盆水体逐渐加深,物源主要来自北东方向。扇三角洲外前缘河口坝发育于夏039、夏041等井区,在T₂ k_1^2和T₂ k_1^1砾岩层段发育(图 11)。

3.2 平面相展布与演化

基于夏77地区克下组沉积特征,结合单井相和剖面相,在编制了地层厚度等值线图、砂岩厚度等值线图和砾岩占地层百分比(含砾率)等值线图基础上,绘制了克下组沉积相平面分布图(图 12),展示了夏77地区克下组的沉积相演化特征。研究结果表明,克下组T₂ k_1^3沉积时期(图 12-a),扇三角洲平原亚相辫状河道和碎屑流带微相在东北地区发育,即分布在含砾率在1.0等值线内。辫状河道微相主要分布在夏021、夏59、夏056、夏77、风城4、夏26和玛49等井区,碎屑流带微相在夏37和夏50等井区分布,呈条带状分布; 扇三角洲内前缘亚相主要分布在研究区中部,即分布在含砾率0.8~1.0等值线区间; 扇三角洲外前缘亚相分布在研究区西南部,即分布在含砾率小于0.8等值线区间(图 12-a)。克下组T₂ k_1^{2-2}沉积时期(图 12-b),与T₂ k_1^3沉积时期相似,东北地区发育辫状河道和碎屑流带微相; 扇三角洲内前缘亚相分布在研究区中部,分布在含砾率0.8~1.0等值线区间,与T₂ k_1^3沉积时期相比,略有向东北方向退缩; 扇三角洲外前缘亚相分布在研究区西南部,发育更广泛,分布在含砾率0.5~0.8等值线区间; 此外,在夏039和夏90等井区发育部分外前缘河口坝微相。克下组T₂ k_1^{2-1}沉积时期(图 12-c),扇三角洲平原亚相向研究区东北部方向退去,主要以辫状河道为主; 扇三角洲内前缘亚相在研究区中部最为发育,扇三角洲外前缘亚相分布在研究区南部。克下组T₂ k_1^1沉积时期(图 12-d),研究区扇三角洲平原亚相不发育; 扇三角洲内前缘亚相后退到研究区东北部零星出露; 扇三角洲外前缘亚相最发育,向东北方向扩张至夏59、夏049、夏77、风城4、夏57和夏26等井区,另外,在夏25、夏21、夏36、夏28和夏34等井区,物源可能来自北部; 西南部发育前扇三角洲泥微相,分布在夏040、夏039、夏90和夏038等井区,即分布在含砾率小于0.5等值线区间(图 12-d)。纵向上,地层自下而上,由T₂ k_1^3至T₂ k_1^1沉积时期,地层含砾率在平面上有逐渐减少趋势,即砾岩厚度减小,泥质沉积厚度相对增大,与连井剖面沉积相变化(图 11)一致。平面上,扇三角洲平原辫状河道和碎屑流带微相范围不断缩小,并向东北方向退去; 扇三角洲内、外前缘亚相不断增大,前扇三角洲泥微相在T₂ k_1^1沉积时期研究区西南部发育(图 12),表明湖盆水体由浅逐渐加深的特点。

通过对准噶尔西北缘夏77地区克下组时期扇三角洲沉积体系沉积组合时空分布分析(图 3;图 11;图 12),研究区明显属于断陷湖盆型扇三角洲沉积体系,是介于辫状冲积扇与湖相沉积体系之间的过渡沉积(林春明,2019;Abdel-Fattah and Sehsah,2023),扇三角洲前缘沉积主要由内前缘和外前缘亚相组成,扇三角洲平原沉积代表是陆源冲积扇沉积,前扇三角洲细粒沉积在T₂ k_1^3至T₂ k_1^2沉积时期不发育或缺失,仅在T₂ k_1^1沉积时期在西南局部有出露(图 12)。浅水深度和平缓至中度的湖泊坡度可能导致沿湖盆边缘分布的扇三角洲沉积受到抑制(Horton and Schmitt,1996),区域构造演化、古气候、物源供给条件和相对湖平面变化等多种因素控制了研究区的沉积充填演化过程(Zhang et al., 2018,2021;林春明和张霞,2024)。

4 结论

1)受构造背景及北东向西南方向物源的影响,准噶尔盆地西北缘夏77地区三叠系克拉玛依下亚组主要发育浅水扇三角洲沉积,可以划分为扇三角洲平原、扇三角洲前缘和前扇三角洲亚相,前缘亚相又分为内前缘和外前缘,共细分为9种主要沉积微相。

2)扇三角洲平原亚相发育辫状河道、漫滩和碎屑流带3种微相,辫状河道最发育,由褐色或杂色块状粗—中砾岩、中砾岩组成,砾石杂乱堆积,砾石间多为砂质充填,呈颗粒、多级颗粒、杂基—颗粒和杂基—多级颗粒支撑结构,重力流成因。内前缘可识别出水下分流河道和水下分流间湾2种微相,水下分流河道更发育,由浅灰、青灰和灰色中砾岩、细—中砾岩、含砂中砾岩组成,砾石次圆—次棱角状,弱定向排列,正递变层理,牵引流成因较强、重力流成因较弱。外前缘可识别出外前缘水下水分流河道、分流间湾、河口坝3种微相,外前缘水下分流河道砾石分选性和磨圆度都变好,定向排列,递变层理发育,牵引流成因; 河口坝微相仅在外前缘亚相中识别出来,其沉积范围和规模较小,但含砂量高,冲刷面、泥砾、递变层理和平行层理发育,属于牵引流成因; 前扇三角洲泥主要分布在T₂ k_1^1层段,由浅灰色泥岩组成,发育水平层理,以细粒沉积为主。

3)扇三角洲平原亚相发育在研究区东北部,地层含砾率高,内前缘亚相分布在研究区中部,地层含砾率较高,外前缘亚相分布在研究区西南部,地层含砾率相对低。自T₂ k_1^3到T₂ k_1^1沉积时期,湖盆水体深度由浅变深,地层表现为湖侵退积沉积序列,呈现“水进砾退”沉积特征,地层含砾率在平面和纵向上都有逐渐减少趋势,平面上,扇三角洲平原、内前缘和外前缘亚相向东北方向后退,T₂ k_1^1沉积时期,前扇三角洲在研究区西南局部有发育。

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基金资助

*“准噶尔盆地西北缘夏77区块三叠系克下组砾岩储层精细研究”项目(C4-24013)