史基安 何 周 丁 超 辜 清 熊巧榮 張順存

(1.中國科學(xué)院油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室蘭州730000; 2.中國石油新疆油田分公司風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)新疆克拉瑪依834000;3.新疆油田公司勘探開發(fā)研究院 新疆克拉瑪依 834000)

準(zhǔn)噶爾盆地西北緣克百地區(qū)二疊系沉積特征及沉積模式①

史基安1何 周2丁 超2辜 清2熊巧榮3張順存1

(1.中國科學(xué)院油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室蘭州730000; 2.中國石油新疆油田分公司風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)新疆克拉瑪依834000;3.新疆油田公司勘探開發(fā)研究院 新疆克拉瑪依 834000)

準(zhǔn)噶爾盆地西北緣二疊系是重要的產(chǎn)油層和儲集層,通過巖心觀察、薄片分析,結(jié)合測井和錄井資料,對西北緣克百斷裂下盤二疊系砂礫巖的沉積環(huán)境和沉積特征進(jìn)行了深入研究。研究表明,該區(qū)砂礫巖既有水上沖積扇沉積環(huán)境沉積的,也有水下扇三角洲前緣沉積環(huán)境形成的。前者主要為棕褐色、泥質(zhì)雜基含量高、分選和磨圓差,儲層物性相對較差;后者經(jīng)過了穩(wěn)定水流的淘洗,雜基含量少,鈣質(zhì)或沸石類膠結(jié)發(fā)育,分選性和磨圓度也較高,其物性條件也明顯較好。并據(jù)此建立了研究區(qū)沖積扇與扇三角洲有機(jī)結(jié)合的沉積模式,該模式突出了湖岸線的重要性,同時(shí)模糊沖積扇與扇三角洲之間的界限。并對沖積扇與扇三角洲各亞相的巖性特征、沉積結(jié)構(gòu)和沉積序列進(jìn)行了歸納和總結(jié),為該區(qū)尋找二疊系優(yōu)質(zhì)儲層提供借鑒和思路。

準(zhǔn)噶爾盆地克百地區(qū)二疊系砂礫巖儲層沉積模式

準(zhǔn)噶爾盆地是我國大型疊合含油氣盆地,二疊系是該盆地主要的生油層和儲集層,受到人們的普遍關(guān)注[1]。西北緣二疊系由正常碎屑巖和火山碎屑巖及火山巖構(gòu)成,正常的碎屑巖主要分布于中、上二疊統(tǒng)[2],為一套巨厚的灰綠色—棕紅色砂礫巖地層,前人的研究結(jié)果通常認(rèn)為這套砂礫巖為沖積扇沉積環(huán)境的產(chǎn)物[3,4],其主要依據(jù)為:①砂礫巖呈條帶狀分布于西北緣的二疊紀(jì)沉積期古湖盆邊緣;②砂礫巖厚度巨大,巖性主要為一套較厚—巨厚的粗粒碎屑沉積巖,礫巖厚度占地層總厚度的60%～90%以上;③砂礫巖中礫石直徑變化較大,部分礫石直徑超過10 cm。且分選較差,多呈棱角狀—次棱角狀。西北緣二疊系的沉積背景通常認(rèn)為主要是前陸盆地發(fā)展時(shí)期的逆沖推覆作用形成的造山體系作為物源,通過水流作用的剝蝕與搬運(yùn),以陸源火山碎屑巖為主,經(jīng)過峽谷和山間河道,在出山口附近形成的沖積扇沉積[5]。然而,通過對西北緣克百斷裂帶下盤二疊系沉積相特征的詳細(xì)研究,可見在該區(qū)二疊系發(fā)育大量扇三角洲相沉積的砂礫巖,而且扇三角洲前緣相的砂礫巖具有雜基含量少、鈣質(zhì)或沸石類膠結(jié)的特征,是該區(qū)二疊系優(yōu)質(zhì)儲層的主要發(fā)育相帶。

1 克百地區(qū)二疊系沉積特征

在克百地區(qū)二疊系主要發(fā)育于克百斷裂帶下盤,筆者通過對該區(qū)30余口二疊系巖心樣品宏觀和微觀特征研究,認(rèn)為該區(qū)二疊系砂礫巖不僅僅是沖積扇沉積的產(chǎn)物,還具有明顯的水下沉積特征,而且顯然經(jīng)過較穩(wěn)定牽引流的淘洗,其主要依據(jù)為:①砂礫巖中有很大一部分為細(xì)礫巖或小礫巖,礫石的分選性中等—較好,并具有較好的磨圓度;②許多砂礫巖不僅其礫石為灰色或者灰綠色,而且其中膠結(jié)物也大都為灰色或綠色泥質(zhì)膠結(jié),相當(dāng)一部分砂礫巖中泥質(zhì)雜基含量較低(甚至不到3%),鈣質(zhì)膠結(jié)砂礫巖非常常見,還見部分砂礫巖為沸石類或硅質(zhì)膠結(jié);③砂礫巖中層理構(gòu)造非常常見,交錯(cuò)層理和平行層理比較發(fā)育;④許多砂礫巖中所夾的泥巖不僅顏色較暗(以灰色和灰綠色為主,個(gè)別為深灰色和灰黑色),個(gè)別樣品泥巖中可見黃鐵礦結(jié)核或結(jié)晶體(圖1)。

2 克百地區(qū)二疊系扇三角洲沉積特征及其空間展布

2.1 克百地區(qū)二疊系扇三角洲沉積特征

西北緣克百斷裂帶下盤的中、上二疊統(tǒng)扇三角洲相沉積的碎屑巖非常發(fā)育,根據(jù)扇三角洲的沉積環(huán)境特征,可將其劃分為扇三角洲平原、扇三角洲前緣和前扇三角洲三個(gè)亞相。

a:百101井,2689.40 m,P2x,灰綠色細(xì)礫巖,礫石2～5 mm。分選好,磨圓中等,鈣質(zhì)膠結(jié);b:808井,3022.08 m, P1f,礫巖中所夾的含礫砂巖薄層,平行層理發(fā)育。c:百101井,2659.71 m,P2x,鈣質(zhì)和沸石膠結(jié)的細(xì)礫巖,雜基含量非常少。d:克89井,3627.30 m,P1f,中粗粒鈣質(zhì)砂巖中見有5～8 mm自生黃鐵礦晶體。Fig.1 Macro-and micro-charateristics of grit gravel and glutenite圖1細(xì)礫巖和砂礫巖的宏觀及微觀特征

(1)扇三角洲平原亞相

該亞相為扇三角洲的陸上部分常與沖積扇相連,很難與沖積扇相的扇中或扇緣相區(qū)別,多表現(xiàn)為近源的礫質(zhì)辮狀河沉積。巖性主要為是砂和礫互層,礫石層具有不明顯的平行層理或交錯(cuò)層理,分選差,具砂質(zhì)基質(zhì),砂/礫比率向下增加。巖石常呈褐色或棕色。扇三角洲平原亞相主要由分流河道、分流河道間、漫灘等微相組成,潮濕氣候條件下可有河漫沼澤沉積。高度的河道化、持續(xù)深切的水流和良好的側(cè)向連續(xù)性是該亞相典型的特征。

分流河道微相是扇三角洲平原亞相的格架部分,形成扇三角洲的大量泥砂都是通過它們搬運(yùn)至河口處沉積下來的。通常分流河道沉積具有一般河道沉積的特征,即以砂質(zhì)沉積為主。但在研究區(qū),由于形成扇三角洲的水體大而相對穩(wěn)定,其分流河道具有類似辮狀河道特征,沉積物主要為細(xì)礫巖、小礫巖和含礫砂巖(圖2)。如百60井風(fēng)四段為典型的扇三角洲平原亞相沉積,其中分流河道微相主要為棕紅色細(xì)礫巖、砂質(zhì)礫巖和含礫砂巖,砂礫巖中泥質(zhì)雜基含量往往較高。含礫砂巖和砂巖中常見大型槽狀、板狀交錯(cuò)層理、波狀交錯(cuò)層理和少量平行層理。該微相常與分流河道間及漫灘共生,漫灘微相沉積物的粒度較細(xì),主要為粉砂、泥質(zhì)粉砂及粉砂質(zhì)泥,分選較差,常含泥礫、植物根莖等殘留沉積物,其顏色以棕紅色或褐色為主。分流河道間微相主要是分流河道中間的凹陷地區(qū)。當(dāng)扇三角洲向前推進(jìn)時(shí),在分流河道間形成一系列尖端指向陸地的楔形泥質(zhì)沉積體。分流河道間微相的巖性以泥巖為主,含少量透鏡狀粉砂巖和細(xì)砂巖。砂礫質(zhì)沉積多是洪水季節(jié)河床漫溢沉積的結(jié)果,常為粘土夾層或薄透鏡狀。

(2)扇三角洲前緣亞相

圖2 百60井扇三角洲相沉積特征及沉積序列Fig.2 The sedimentary characteristics and sequency of fan delta atWellBai 60

扇三角洲前緣(也稱為過渡帶)以較陡的前積相為特征,與扇三角洲平原的本質(zhì)區(qū)別是牽引流構(gòu)造很發(fā)育,常見大、中型的交錯(cuò)層理,向下方漸變?yōu)榍吧热侵蕹练e(也有人稱之為水下扇三角洲),以不規(guī)則分布的泥、砂和礫石的透鏡狀層為特點(diǎn)。扇三角洲前緣亞相主要沉積于濱湖帶,是扇三角洲最活躍的沉積中心。從河流帶來的砂、泥沉積物,一離開河口就迅速的堆積在這里。由于受到河流、波浪和潮汐的反復(fù)作用,砂泥經(jīng)沖刷、簸揚(yáng)和再分布,形成分選較好、質(zhì)較純的砂質(zhì)和分選好的沉積物的集中帶。這種砂體或細(xì)礫巖可構(gòu)成良好的儲集層。巖性以淺灰色砂礫巖、砂質(zhì)礫巖為主,夾少量泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖,常見波痕,發(fā)育大型前積層理、小型楔狀層理,以及波狀層理、滑塌變形構(gòu)造等,并含植物及有機(jī)物的化石碎片。扇三角洲前緣亞相是高能沉積環(huán)境的產(chǎn)物,具有良好的分選性,泥質(zhì)含量低的沉積特征。巖性是淺灰色、灰綠色粉砂巖、細(xì)砂巖和礫質(zhì)砂巖、砂礫巖,發(fā)育有交錯(cuò)層理和透鏡狀層理。

由于西北緣是二疊紀(jì)準(zhǔn)噶爾湖最主要的物源區(qū),這里的水體流量大、物源供給充沛,因此在克百斷裂帶下盤扇三角洲前緣亞相非常發(fā)育,并具有前積扇體規(guī)模大、沉積物粒度粗(多以小礫巖、細(xì)礫巖和砂質(zhì)礫巖為主)、沉積厚度大以及多期前緣砂體疊置特征。百口泉井區(qū)百101井夏子街組夏三段和百60井夏子街組夏二段發(fā)育有較典型的扇三角洲前緣亞相沉積(圖2),其巖性主要為灰色、灰綠色細(xì)礫巖、小礫巖和砂質(zhì)礫巖為主,偶夾少量深灰色泥質(zhì)砂巖或粉砂質(zhì)泥質(zhì)。常見平行層理,砂礫巖的礫石常具有中等—較好的磨圓度和分選性,雜基含量一般少于5%,膠結(jié)物主要為鈣質(zhì)和泥質(zhì),鏡下常見沸石類膠結(jié)物。礫巖層中所夾的含礫砂巖或泥質(zhì)砂巖通常為灰色或綠色,平行層理或波狀層理發(fā)育,分選性和磨圓度一般較差,雜基含量通常高于6%。

通過對該區(qū)300余張巖石薄片的統(tǒng)計(jì)分析,可見二疊系扇三角洲不同微相砂礫巖中泥質(zhì)雜基含量差異較大,相對來說扇三角洲前緣水下分流河道砂礫巖中泥質(zhì)雜基含量較低,一般小于8%,前緣水下分流河道間和扇三角洲平原河道相砂礫巖的泥質(zhì)雜基含量往往較高,而且變化也較大。礫巖中泥質(zhì)雜基含量與其儲集性之間存在著非常密切的關(guān)系(圖3)。

圖3 克百地區(qū)二疊系砂礫巖儲層孔隙度與雜基含量關(guān)系Fig.3 The relation of the sand-conglomerate reservoir of Permian between porosity and matrix in Ke-Bai area

2.2 克百地區(qū)二疊系沉積相空間展布

沿克百地區(qū)的北東方向白22井—817井—檢烏24井—418井—克87井—百烏1井—百56井連井剖面貫穿整個(gè)克百地區(qū)(圖4),在縱向上揭示了研究區(qū)的二疊系的沉積特征,總體上是以扇三角洲沉積相的扇三角洲前緣亞相為主,體現(xiàn)出是水上和水下的交互過渡的沉積環(huán)境,但是水下沉積占有更多優(yōu)勢,可以推斷該區(qū)沉積的巖石受湖水流淘洗作用普遍。在夏子街組的上段、下烏爾禾組和二疊系頂?shù)纳蠟鯛柡探M扇三角洲平原亞相沉積在該區(qū)開始占優(yōu)勢,沉積范圍擴(kuò)大,以分流河道微相和漫灘微相為主。表明在二疊紀(jì)中晚期研究區(qū)構(gòu)造沉積環(huán)境趨于進(jìn)一步的穩(wěn)定,沉積范圍變小,山體向源侵蝕,源區(qū)相對湖岸線距離增大。

圖4 過白22井—817井—檢烏24井—克87井—百56井二疊系連井沉積相剖面圖Fig.4 The sedimentary facies section correlation ofWellBai 22—817—Jianwu 24—Bai 56 in Per mian

3 克百地區(qū)二疊系沖積扇—扇三角洲沉積模式

通過以上分析,可見準(zhǔn)噶爾盆地西北緣克百地區(qū)二疊系砂礫巖不僅具有沖積扇相沉積的特征,而且部分砂礫巖具有明顯的扇三角洲前緣亞相沉積的特點(diǎn):①砂礫巖沉積的水動力條件不僅較強(qiáng),而且具有一定的穩(wěn)定性。砂礫巖沉積期間明顯經(jīng)過湖水的淘洗,具有牽引流沉積的特征;②大部分砂礫巖具有水下環(huán)境的沉積特征,有一部分砂礫巖(或砂巖)是在水體較深的還原環(huán)境下沉積的;③部分砂礫巖的膠結(jié)物為早期方解石和沸石類膠結(jié),表明其成巖早期水介質(zhì)為弱堿性環(huán)境,說明其不僅為水下沉積,而且湖泊水體(微咸湖湖水)對其孔隙水介質(zhì)性質(zhì)和早期成巖環(huán)境產(chǎn)生了較大影響。

可見,西北緣克百地區(qū)二疊系砂礫巖的沉積環(huán)境不僅僅是一個(gè)沖積扇沉積能涵蓋的,該區(qū)二疊系的上述沉積特點(diǎn)不僅具備了扇三角洲前緣沉積的某些特征,而且甚至有辮狀河流三角洲沉積的某些特點(diǎn),綜合前人對盆地西北緣有關(guān)二疊系沉積環(huán)境及沉積相方面的研究成果[2,6],對準(zhǔn)噶爾盆地西北緣二疊紀(jì)沉積環(huán)境及背景條件的認(rèn)識還有待進(jìn)一步提高。根據(jù)本文上述研究,可以把西北緣二疊紀(jì)的沉積環(huán)境及沉積背景概括為:

①西北緣是二疊紀(jì)準(zhǔn)噶爾湖(最主要的是瑪湖湖泊)最主要的物源區(qū)和水體補(bǔ)給區(qū)帶。

②二疊紀(jì)準(zhǔn)噶爾湖最大面積可達(dá)數(shù)萬平方千米,而且當(dāng)時(shí)氣候比較炎熱,要保持如此大面積湖泊水體,周邊河流補(bǔ)給的水量是非常巨大的。二疊紀(jì)準(zhǔn)噶爾地區(qū)所處的緯度比現(xiàn)今緯度低10°左右,且當(dāng)時(shí)距開闊大洋的距離比現(xiàn)在要近得多,為大量水體的補(bǔ)給提供了條件。

③西北緣湖岸距物源剝蝕區(qū)不是非常遠(yuǎn),但是可能比目前普遍認(rèn)為只有數(shù)千米要更遠(yuǎn)一些,西北緣近北東向延伸的推覆構(gòu)造和逆沖斷層非常發(fā)育,目前所看到的湖盆邊緣相已經(jīng)被極大壓縮了。西北緣的物源區(qū)(火山巖剝蝕區(qū))可能位于距湖岸線20～50 km的范圍內(nèi)。

④西北緣物源區(qū)補(bǔ)給的水體(河流)的水量隨季節(jié)雖有一定變化,但是比通常沖積扇或扇三角洲環(huán)境還是要穩(wěn)定得多,主河道水流應(yīng)該是不間斷的。

⑤西北緣扇三角洲前緣環(huán)境沉積的細(xì)礫巖、小礫巖和含礫粗砂巖均具有在穩(wěn)定的水動力條件下、經(jīng)過比較充分的淘洗的牽引流沉積特征,因此當(dāng)時(shí)扇三角洲分流河道的水流量是非常大的,水體也相對比較穩(wěn)定。

結(jié)合前人研究成果,本文建立了能比較客觀詮釋西北緣二疊系沉積巖特征的沖積扇—扇三角洲—湖泊相模式(圖5),該相模式的是在沖積扇模式和扇三角洲沉積模式的基礎(chǔ)上[3,7],結(jié)合西北緣二疊紀(jì)沉積環(huán)境特點(diǎn)而建立的,該模式重點(diǎn)要強(qiáng)調(diào)和表述的是:①沖積扇與扇三角洲的有機(jī)結(jié)合,西北緣二疊紀(jì)沖積扇不僅具有濕地扇的特征,而且扇中亞相辮狀河道非常發(fā)育,其中水流也比較充沛和穩(wěn)定;②突出湖岸線的重要性。湖岸線不僅是扇三角洲平原亞相與前緣亞相的分界線,也是該區(qū)發(fā)育扇三角洲沉積的標(biāo)識。西北緣克百地區(qū)二疊系水下分流河道和分流河道間等扇三角洲前緣亞相的砂礫巖沉積非常發(fā)育,這些砂礫巖均經(jīng)過不同程度的水體淘洗,物性條件較好,是目前該區(qū)二疊系最有利的儲集體。③模糊沖積扇與扇三角洲之間的界限,因?yàn)樵摻缇€只有理論意義,但從實(shí)際意義來說該沖積扇與扇三角洲之間的界限是很難確定的。通常我們把辮狀河道沉積比較發(fā)育的地區(qū)(或巖性)歸為扇三角洲平原亞相。在該模式中,從山前剝蝕區(qū)至湖盆沉積區(qū)依次發(fā)育沖積扇(扇根→扇中→扇端)→扇三角洲(扇三角洲平原→扇三角洲前緣)→湖泊〔淺湖(前扇三角洲)〕沉積,各亞相的所發(fā)育的微相、巖性、沉積構(gòu)造和沉積序列如圖6所示。

4 結(jié)論

(1)研究區(qū)二疊系以碎屑巖為主,火山碎屑巖和火山巖為輔。碎屑巖主要細(xì)礫巖、小礫巖、砂礫巖和含礫砂巖等砂礫巖。

圖5 準(zhǔn)噶爾盆地西北緣二疊系沖積扇—扇三角洲沉積相(微相)模式圖Fig.5 The sedi mentary facies(microfacies)model of Permian fluid delta-fan delta in the northwestern margin of JunggarBasin

圖6 準(zhǔn)噶爾盆地西北緣克百地區(qū)沖積扇—扇三角洲相沉積特征與沉積序列模式圖Fig.6 Sedimentary characteristics and sequence model of fluid delta-fan delta in the northwestern margin of JunggarBasin

(2)該區(qū)二疊系砂礫巖既有水上沉積環(huán)境沉積的,也有水下沉積環(huán)境形成的。前者主要為棕褐色、泥質(zhì)雜基含量高、分選和磨圓差,儲層物性相對較差;后者是經(jīng)過穩(wěn)定水流的淘洗,雜基含量少,鈣質(zhì)或沸石類膠結(jié)發(fā)育,分選性和磨圓度也較高,其物性條件也明顯較好。

(3)本文建立的沉積模式,強(qiáng)調(diào)沖積扇與扇三角洲的有機(jī)結(jié)合,突出湖岸線的重要性,同時(shí)模糊沖積扇與扇三角洲之間的界限。并對沖積扇與扇三角洲各亞相的巖性特征、沉積結(jié)構(gòu)和沉積序列進(jìn)行了總結(jié)和歸納。

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Sedi mentary Characteristics andModel of Perm ian System in Ke-BaiArea in the Northwestern Margin of Jungar Basi n

SH IJi-an1HE Zhou2D ING Chao2GU Qing2XIONG Qiao-rong3ZHANG Shun-cun1
(1.Key Laboratory of Petroleum Resources Research,Institute of Geology and Geophysics,Chinese Academy of Sciences,Lanzhou 730000; 2.The Institute of Fengcheng O ilfield Zone,Xinjiang O ilfiel Company,PetroChina,Karamay Xinjiang 834000; 3.Research I nstitute of Exploration and Development,Xinjing O ilfield Company,PetroChina,Karamay Xinjiang 834000)

Permian is the i mportant oil layer and reservoir in the northwestern margin of JunggarBasin.Bymeans of observing cores,analyzing sections and well logging data,we studied on the sedimentary environment and characteristics of the Permian glutenite which stored in the downdip block of Ke-Bai fault in the northwestern margin of Junggar Basin.The result shows that some glutenitespertained to alluvial fan deposit,the otherpertained to front fan delta deposit.The formerwas brown,wealthy of argillaceous matrix,poorly rounded and sorted and poor reservoir physical property;the laterwaspoorof argillaceousmatrix,Supermature calcitic or zeolitic cementation,well rounded and sorted with good reservoir physical property.So,we have established the combined sedimentation model of alluvial fan and delta fan.Thismodel emphasized the importance of lake strandline and de-emphasized the boundary of alluvial fan and delta fan.We summarized the lithologic characteristics and depositional texture and sequence of each sub-facies of alluvial fan,and delta fan and provided the ideas of enplorating the Per mian high quality reservoirs in the northwestern margin of JunggarBasin.

JunggarBasin;Ke-Bai area;Per mian system;glutenite reservoir;sedi mentarymodel

book=5,ebook=327

史基安男1958年出生研究員博士生導(dǎo)師沉積學(xué)與石油地質(zhì)學(xué) E-mail:jashi@lzb.ac.cn

P512.2

A

1000-0550(2010)05-0962-07

①國家科技重大專項(xiàng)(2008ZX05001-006)項(xiàng)目資助。

2010-05-20;收修改稿日期:2010-06-05