楊 柳 鄭希民 易定紅 王 樸 楊 平

(1. 國(guó)土資源部頁(yè)巖氣資源勘查重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 重慶 400042；2. 重慶市頁(yè)巖氣資源與勘查工程技術(shù)研究中心， 重慶 400042；3. 中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院西北分院， 蘭州 730020；4. 中國(guó)石油青海油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院， 甘肅 敦煌 736202)

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柴達(dá)木盆地西南部重力流沉積特征及其沉積模式研究

楊 柳1，2鄭希民3易定紅3王 樸3楊 平4

(1. 國(guó)土資源部頁(yè)巖氣資源勘查重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 重慶 400042；2. 重慶市頁(yè)巖氣資源與勘查工程技術(shù)研究中心， 重慶 400042；3. 中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院西北分院， 蘭州 730020；4. 中國(guó)石油青海油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院， 甘肅 敦煌 736202)

根據(jù)野外露頭、巖心觀察和測(cè)井分析，在柴西南古近紀(jì)發(fā)現(xiàn)濁流和碎屑流2種重力流沉積。碎屑流以湖底扇的形式發(fā)育于山前濱淺湖帶；濁流以濁積扇形式發(fā)育于半深湖中，這2種重力流在盆緣交替沉積。該區(qū)重力流沉積分為陡坡欠補(bǔ)償型和緩坡過(guò)補(bǔ)償型，前者形成近岸湖底扇+碎屑流 — 濁積扇沉積組合，后者形成扇三角洲 — 濁積扇沉積組合。

柴達(dá)木盆地； 重力流； 濁流； 碎屑流

沉積物重力流的濁流經(jīng)典模式于20世紀(jì)50年代被提出[1]，但自70年代以來(lái)許多學(xué)者才加以重視，公開(kāi)發(fā)表了大量有關(guān)沉積物重力流的研究成果[2]。在這些理論的指導(dǎo)下，先后在遼河盆地、渤海灣盆地、鄂爾多斯盆地、塔里木盆地和南襄盆地發(fā)現(xiàn)了與重力流沉積有關(guān)的油氣藏[3]。目前，關(guān)于柴達(dá)木盆地重力流的研究?jī)H限于對(duì)湖底扇和濁積扇等重力流沉積體的簡(jiǎn)單描述，缺少對(duì)重力流沉積的系統(tǒng)研究，只是初步提出了滑塌濁積扇的概念，認(rèn)為地震是觸發(fā)濁積扇形成的因素之一[4]。本次研究通過(guò)野外露頭和巖心觀察、測(cè)井相分析、連井剖面分析，詳細(xì)描述了柴達(dá)木盆地西南部重力流的沉積特征，建立了重力流沉積模式，為巖性地層油氣藏的勘探提供理論依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

柴達(dá)木盆地是我國(guó)西部重要的含油氣盆地。柴達(dá)木盆地西部可分為一里坪凹陷、大風(fēng)山構(gòu)造帶、油北凹陷、油泉子構(gòu)造帶、英雄嶺凹陷、尕斯凹陷和祁北構(gòu)造帶7個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元[5](見(jiàn)圖1)。本次研究區(qū)位于英雄嶺凹陷和尕斯凹陷，該區(qū)在古近紀(jì)時(shí)期為走滑拉分盆地[6-9]，沉積碎屑沿較陡的阿爾金斜坡進(jìn)入盆地，為重力流沉積的形成提供物質(zhì)基礎(chǔ)和水動(dòng)力條件[10]。阿爾金斷裂帶活動(dòng)的多期性、階段性、局部性和不同步性[11]導(dǎo)致地質(zhì)背景復(fù)雜，重力流沉積特征既復(fù)雜又獨(dú)具特點(diǎn)。

圖1 柴達(dá)木盆地西部地區(qū)構(gòu)造單元?jiǎng)澐謭D

柴達(dá)木盆地西南區(qū)是目前盆地的主力產(chǎn)油區(qū)。該地區(qū)揭露的主要地層包括新近系的獅子溝組N23、上油砂山組N22、下油砂山組N21、上干柴溝組N1和古近系的下干柴溝組上段E32、下干柴溝組下段E31和路樂(lè)河組E1+2[12]。柴達(dá)木盆地西部第三系是該盆地目前發(fā)現(xiàn)油氣儲(chǔ)量最多、產(chǎn)量最高的地區(qū)和層位[13]，該區(qū)主要生油層為鹽湖相的下干柴溝組E3、上干柴溝組N1中的暗色泥頁(yè)巖[14]。柴達(dá)木盆地西南區(qū)主力生油層為下干柴溝組上段E32，其次為下干柴溝組下段E31和上干柴溝組N1，大部分油田賦存于下干柴溝組下段E31，其余油田分布于下油砂山組N21、上干柴溝組N1、路樂(lè)河組E1+2和基巖中。截至目前，柴西南構(gòu)造圈閉油藏勘探程度較高，巖性地層油藏勘探剛剛起步，尤其是下干柴溝組下段E31和下干柴溝組上段E32巖性圈閉油藏勘探還沒(méi)有實(shí)質(zhì)性突破。本次研究的重力流沉積主要集中在下干柴溝組E3。在下干柴溝組E3時(shí)期，有 2套有效的烴源巖，分別位于下干柴溝組上段E32和下干柴溝組下段E31。

2 重力流沉積特征

2.1 西岔溝重力流沉積特征

西岔溝地區(qū)位于柴達(dá)木盆地西北端阿爾金山和昆侖山山系的交匯部位阿爾金山南麓，著名的干柴溝斷鼻構(gòu)造西南翼，是柴達(dá)木盆地新生代巖石地層單元建組剖面所在地，厚度4 500 m[15]。西岔溝剖面下干柴溝組上段E32發(fā)育4套重力流沉積，見(jiàn)圖2。經(jīng)過(guò)實(shí)地觀察，重點(diǎn)描述下部3套儲(chǔ)層。

圖2 西岔溝剖面重力流沉積

2.1.1 重力流的巖石學(xué)特征

根據(jù)鏡下分析可知，西岔溝剖面巖石主要由石英和長(zhǎng)石組成，含部分巖屑和少量泥質(zhì)，普遍較為致密，粒徑為0.05～0.30 mm，最大粒徑可達(dá)0.70 mm，屬于細(xì)砂巖，以巖屑長(zhǎng)石砂巖、長(zhǎng)石砂巖為主。巖石顆粒分選中等 — 差，呈次棱角狀，以點(diǎn)接觸、孔隙式膠結(jié)為主。上述特征表明，在西岔溝剖面下干柴溝組上段E32觀察到的砂巖成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度較低，為快速混雜堆積的產(chǎn)物。

根據(jù)西岔溝樣品粒度分析，可將其粒度曲線分為2種類(lèi)型：一類(lèi)是“低斜多段式”，粒度曲線由多條低短直線段組成，粒度區(qū)間跨度較大，反映重力流能量不穩(wěn)定的特點(diǎn)，重力流尾部曲線斜率大于重力流底部曲線斜率，反映重力流后期能量衰減并向牽引流轉(zhuǎn)化，沉積物分選有變好的趨勢(shì)；另一類(lèi)是“寬緩上拱形”，曲線表現(xiàn)為向上略微拱起的寬緩曲線，粒度區(qū)間跨度較大，滾動(dòng)總體不發(fā)育，跳躍總體含量較少，懸浮總體占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，表現(xiàn)出重力流的典型特征[16]。

2.1.2 重力流的2種流態(tài)

根據(jù)西岔溝剖面野外觀察，在E32段上部發(fā)現(xiàn)了4套湖底扇成因地層(見(jiàn)圖2)，每套湖底扇均為重力流成因，并由濁流和碎屑流組成。這2種流態(tài)大體上交替出現(xiàn)，但在不同層位所占比重不同，出現(xiàn)的先后順序也不同。

(1) 濁流特征。濁流是一種具牛頓流變性質(zhì)和紊亂狀態(tài)的沉積物重力流，其沉積物支撐機(jī)制是湍流。濁流沉積具正粒序韻律結(jié)構(gòu)，底部為突變接觸而頂部為漸變接觸[16]。

粒序?qū)永硎菨岱e巖最基本的特征，一般為正粒序?qū)永?，它反映出濁流的懸浮搬運(yùn)和遞變懸浮沉積的特點(diǎn)[17]。西岔溝剖面見(jiàn)黃灰色、藍(lán)灰色、灰色細(xì)礫巖，以均勻?qū)永頌橹?A段)；黃灰色、淺灰色粗砂巖、細(xì)砂巖，局部可見(jiàn)斜層理，緩波狀層理，以正粒序?yàn)橹?B段)；棕灰色泥灰?guī)r和2層粉砂質(zhì)泥巖，在粉砂質(zhì)泥巖中見(jiàn)一小型正斷層，斷層上盤(pán)發(fā)育揉皺構(gòu)造，下盤(pán)發(fā)育包卷構(gòu)造(C段)；黃灰色顆?；?guī)r，標(biāo)志著一套重力流沉積的結(jié)束，常發(fā)育在頂部(E段)。該區(qū)域?yàn)榈湫蜐崃鞒练e，常見(jiàn)鮑瑪序列組合為AB段、ABCE段(見(jiàn)圖3)。

(2) 碎屑流特征。碎屑流沉積一般具上、下2層韻律結(jié)構(gòu)：下部發(fā)育具平行碎屑結(jié)構(gòu)的層流段；上部發(fā)育具塊狀層理的“剛性”筏流段，由未固結(jié)的沉積物再次搬運(yùn)形成，是一種具塑性流變性質(zhì)和層流流動(dòng)狀態(tài)的沉積物重力流，其沉積物支撐機(jī)制主要是基質(zhì)強(qiáng)度和顆粒間的摩擦強(qiáng)度[16]。

圖3 鮑瑪序列組合形式及其構(gòu)造

西岔溝剖面見(jiàn)反粒序，底部為黃灰色鈣質(zhì)粉砂巖，含鈣質(zhì)結(jié)核，均勻?qū)永恚恢胁繛闇\灰色細(xì)砂巖，含中粗砂巖，表面風(fēng)化色為褐色，裂縫見(jiàn)石膏充填，單層厚1～2 mm；頂部為灰白色細(xì)礫巖，含礫粗砂巖，細(xì)礫巖呈透鏡狀，見(jiàn)塊體搬運(yùn)，均勻?qū)永?，與下伏地層突變接觸，即發(fā)育碎屑流。其上部具塊狀層理并見(jiàn)反粒序的“剛性”筏流段，未見(jiàn)下部層流段發(fā)育。

2.1.3 重力流組合

根據(jù)西岔溝剖面重力流特征分析，該剖面發(fā)育濁流和碎屑流2種重力流沉積類(lèi)型，它們?cè)诳v向上的組合形式可以反映出當(dāng)時(shí)的沉積環(huán)境。對(duì)西岔溝剖面前3套重力流沉積觀察后可將其劃分為下濁流上碎屑流組合、下碎屑流上濁流組合。

西岔溝剖面觀察到的第1套重力流沉積下部，由2個(gè)正旋回和反旋回組成，為下濁流上碎屑流組合。根據(jù)分析，2個(gè)正旋回為濁流沉積，反旋回為碎屑流沉積(見(jiàn)圖4a方框內(nèi))。第2套重力流沉積中重力流組合由下部反旋回的碎屑流沉積和上部正旋回的濁流沉積組成(見(jiàn)圖4b方框內(nèi))。

圖4 西岔溝剖面重力流沉積巖性柱狀圖

濁流的沉積是在其能量不斷降低、流速不斷減小的情況下，通過(guò)懸浮沉積物的逐粒降落產(chǎn)生的。該段濁流由下向上依次為細(xì)礫巖、粗砂巖、細(xì)砂巖，粗粒、細(xì)粒部分在沉積期間依照各自的降落速度分別沉降，所以，其沉積具有正粒序特征和上部漸變的接觸關(guān)系。碎屑流沉積是在以重力為動(dòng)力的前提下，受到外力作用包括分散壓力、上浮力、基質(zhì)強(qiáng)度及有阻礙沉降等內(nèi)在的多種機(jī)制[16]，使沉積物內(nèi)部發(fā)生攪動(dòng)，使得細(xì)粒沉積物沉積在下部，粗粒沉積物沉積于上部，構(gòu)成反旋回。

2.2 測(cè)井相特征

2.2.1 湖底扇

通過(guò)對(duì)比西岔溝剖面與柴深3井，在柴深3井1 105 — 1 144 m處發(fā)育湖底扇內(nèi)扇碎屑流沉積(見(jiàn)圖5)。底部為深灰色灰質(zhì)泥巖，頂部為白色礫狀砂巖夾薄層深灰色泥巖。自然伽馬曲線和電阻率曲線表現(xiàn)為部分低幅微鋸齒狀漏斗形，反映了碎屑流沉積下細(xì)上粗的反旋回特征。

2.2.2 濁積扇

在獅24井4 210 — 4 252 m處發(fā)育濁積巖層(圖6a)，下部由下向上發(fā)育礫巖、粉砂巖、灰質(zhì)泥巖并夾薄層泥巖，自然伽馬曲線和電阻率曲線表現(xiàn)為中低幅鋸齒狀鐘形和微齒狀鐘形，顯示鮑瑪序列AB段。上部由下向上發(fā)育礫巖、砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖，自然伽馬曲線和電阻率曲線表現(xiàn)為中低幅鋸齒狀鐘形和微齒狀鐘形，顯示鮑瑪序列ABCD段特征。

獅20井下干柴溝組下段E31發(fā)育半深湖亞相濁積巖，巖性主要以灰色或深灰色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、灰質(zhì)泥巖、泥巖為主，見(jiàn)白色礫巖段。自然伽馬曲線表現(xiàn)為部分低幅細(xì)鋸齒狀，泥巖基線出現(xiàn)中到低幅指形曲線組合和低幅箱形曲線形態(tài)，說(shuō)明濁積巖中泥質(zhì)含量較高，以細(xì)粒沉積物為主。自然電位曲線較為平直，局部為微凸起狀，反應(yīng)濁積巖泥質(zhì)含量高，具低孔低滲的特征，主要以正粒序?yàn)橹?，為鮑瑪序列的ADE段(見(jiàn)圖6b)。

2.3 連井剖面沉積相特征

設(shè)計(jì)西岔溝 — 柴深3井 — 柴6井 — 獅20井連井剖面，根據(jù)巖性、測(cè)井曲線以及層序地層學(xué)理論，劃分出了該連井剖面的沉積相圖。

圖6 濁積扇沉積微相圖

在下干柴溝組上段E32時(shí)期，整體為退積沉積層序。下部層序從盆緣到盆地中央依次發(fā)育灰色或黃色礫巖、砂礫巖，灰色砂巖、泥質(zhì)粉砂巖與深灰色灰質(zhì)泥巖互層，灰色灰質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖夾薄層泥灰?guī)r或者及其互層，灰色泥質(zhì)粉砂巖、灰質(zhì)泥巖、泥巖互層并夾巖鹽、石膏、芒硝。上部層序從盆緣到盆地中央依次發(fā)育灰色礫巖夾雜色或黃色砂巖、棕紅色粉砂巖，薄層灰色砂質(zhì)泥巖、泥巖，灰色礫巖、砂礫巖、砂巖夾薄層灰色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖、泥灰?guī)r，灰色灰質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖互層，灰色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、灰質(zhì)泥巖、泥巖互層并夾巖鹽、石膏、芒硝。西岔溝剖面和柴深3井上部發(fā)育湖底扇，位于E32上部層序靠近盆緣一端。下部層序依次發(fā)育扇三角洲平原、扇三角洲前緣，柴6井的中部發(fā)育前扇三角洲，柴6井上部和底部、獅20井全段發(fā)育半深湖(見(jiàn)圖7)。西岔溝野外露頭觀察到的重力流沉積就位于該剖面湖底扇的上段。在下干柴溝組下段E31時(shí)期，下部層序從盆緣到盆地中央依次發(fā)育灰色或棕紅色砂礫巖、灰色砂巖與灰色泥質(zhì)粉砂巖互層，厚層白色礫狀砂巖、褐色或棕紅色砂巖夾褐色泥巖、灰色或棕紅色泥質(zhì)粉砂巖，褐色或白色礫巖、褐色或棕色細(xì)砂巖、褐色或棕紅色泥巖，薄層白色礫巖、粗砂巖、灰色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、灰質(zhì)泥巖、泥巖互層。上部層序從盆緣到盆地中央依次發(fā)育砂巖、粉砂巖、泥巖夾薄層砂礫巖，褐色砂巖、灰色泥質(zhì)粉砂巖、褐色泥巖和深灰色灰質(zhì)泥巖，棕紅色砂質(zhì)泥巖、泥巖，薄層白色礫巖、深灰色粉砂巖、灰色砂質(zhì)泥巖、灰質(zhì)泥巖、泥巖。西岔溝剖面、柴深3井和柴6井從下向上依次發(fā)育扇三角洲平原、扇三角洲前緣、前扇三角洲、半深湖和扇三角洲前緣，獅20井全段發(fā)育半深湖，在半深湖中濁積扇比較發(fā)育(見(jiàn)圖7)。

2.4 重力流沉積相平面展布特征

根據(jù)西岔溝野外露頭剖面、實(shí)驗(yàn)室微觀資料、單井資料以及連井剖面沉積相圖，可預(yù)測(cè)出重力流沉積在平面上的分布規(guī)律(圖8)。在下干柴溝組下段E31，湖平面水位相對(duì)較淺，在阿爾金山山前濱湖和淺湖中分別發(fā)育扇三角洲平原亞相和扇三角洲前緣亞相。在下干柴溝組上段E32，隨著水位的加深，湖泊開(kāi)始擴(kuò)張，位于淺湖中的扇三角洲前緣亞相和湖底扇相很快就相變?yōu)檩^深湖的湖底扇相沉積。在下干柴溝組E3時(shí)期，扇三角洲前緣或湖底扇的碎屑沉積物在重力作用下沿斜坡滑動(dòng)進(jìn)入半深湖沉積，形成透鏡狀的濁積扇。

3 重力流沉積模式

柴達(dá)木盆地西部在古近紀(jì)為弱斷陷階段的伸展斷陷盆地，湖泊在路樂(lè)河組E1+2時(shí)期開(kāi)始發(fā)育，在下干柴溝組下段E31時(shí)期擴(kuò)張，在下干柴溝組上段E32時(shí)期到最大湖泛，同時(shí)碎屑巖充填沉積相應(yīng)呈整體退積趨勢(shì)，碎屑量由過(guò)補(bǔ)償轉(zhuǎn)變?yōu)榍费a(bǔ)償，這種碎屑含量的變化控制重力流沉積體的規(guī)模，影響重力流的流態(tài)。

圖7 下干柴溝組E3連井剖面沉積相圖

圖8 柴達(dá)木盆地西南部下干柴溝組E3沉積相平面分布圖

古近紀(jì)時(shí)期走滑拉分盆地的盆緣較陡，同時(shí)在湖泊發(fā)展、擴(kuò)張時(shí)期，湖面升降幅度較大，往往使扇三角洲前緣亞相很快相變?yōu)檩^深湖亞相的湖底扇相沉積[16]。在淺湖環(huán)境和碎屑密度較大的情況下容易形成碎屑流沉積，在半深湖環(huán)境和碎屑密度較小的情況下容易形成濁流，從而導(dǎo)致碎屑流與濁流的交替出現(xiàn)。在盆地內(nèi)部半深湖中，沉積坡度變緩，滑塌 — 運(yùn)移作用的發(fā)生需要相對(duì)足夠的碎屑補(bǔ)給量及較低的密度，因此更容易形成濁流沉積。

綜上所述，將該區(qū)重力流沉積模式分為緩坡過(guò)補(bǔ)償型和陡坡欠補(bǔ)償型(見(jiàn)圖9)。在下干柴溝組下段E31時(shí)期，為緩坡過(guò)補(bǔ)償型重力流沉積模式：半深湖中濁積扇十分發(fā)育，形成扇三角洲 — 濁積扇沉積組合。在下干柴溝組上段E31時(shí)期，為陡坡欠補(bǔ)償型重力流沉積模式：在阿爾金山山前七個(gè)泉和干柴溝一帶的濱淺湖亞相發(fā)育湖底扇，隨著湖水的加深，在半深湖中發(fā)育濁積扇，形成近岸湖底扇+碎屑流 — 濁積扇沉積組合。

圖9 柴達(dá)木盆地西南部重力流沉積模式

無(wú)論在盆緣區(qū)還是在半深湖區(qū)，重力流沉積形成的濁流砂體和碎屑流砂體都是物性較好的儲(chǔ)層，這些儲(chǔ)層多為透鏡狀，被泥巖包圍形成良好的儲(chǔ)蓋組合。尤其在半深湖烴源巖發(fā)育區(qū)，形成自生自?xún)?chǔ)的“三明治”式生儲(chǔ)蓋結(jié)構(gòu)，巖性地層圈閉條件較好，是油氣勘探的重要目標(biāo)。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1) 在西岔溝剖面下干柴溝組上段E32層位的湖底扇中，發(fā)現(xiàn)濁流和碎屑流2種重力流，二者交替疊置，其有2種組合形式，即下部濁流+上部碎屑流組合、下部碎屑流+上部濁流組合。

(2) 碎屑流沉積體主要為湖底扇，分布于盆緣淺湖 — 半深湖區(qū)；濁流沉積體主要為濁積扇，分布于半深湖區(qū)，靠近盆緣與碎屑流組合沉積形成湖底扇。

(3) 重力流沉積模式分為緩坡過(guò)補(bǔ)償型和陡坡欠補(bǔ)償型，重力流沉積體巖性地層圈閉條件較好，是油氣勘探的重要目標(biāo)。

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Sedimentary Characteristics and Depositional Model of Gravity Flow in Southwestern Qaidam Basin

YANGLiu1,2ZHENGXimin3YIDinghong3WANGPu3YANGPing4

(1. Key Lataratory of Shale Gas Exploration, Ministry of Land and Resources, Chongqing 400042, China; 2. Chongqing Engineering Research Center for Shale Gas Resource & Exploration, Chongqing 400042, China; 3. Northwest Branch, Research Institute of Petroleum Exploration and Development, Petrochina, Lanzhou 730020, China; 4. Research Institute of Petroleum Exploration and Development, Qinghai Oilfield Company, Petrochina, Dunhuang Gansu 736202, China)

In this paper, based on outcrop observation, core observation and well logging analysis, two types of gravity flow deposits were found, including the turbidity and debris flow in Paleogene in the Southwest of Qaidam Basin. Debris flow developed in piedmont shore shallow lake in the form of sublacustrine fan, while turbidity current developed in half deep lake in the form of turbidity fan. The two kinds of gravity flow deposited alternately at the basin edge. Gravity flow depositing in the area can be divided into steep under-compensation and gentle slope compensation. The former formed sedimentary combination of near-shore sublacustrine fan, debris flow and turbidity fan, while the latter formed sedimentary combination of a fan-delta and turbidity fan.

Qaidam Basin; gravity flow; turbidity current; debris flow

2016-04-12

中國(guó)石油天然氣股份有限公司柴達(dá)木盆地二期專(zhuān)項(xiàng)“柴達(dá)木盆地建設(shè)千萬(wàn)噸油氣田綜合配套技術(shù)研究”課題一“柴達(dá)木盆地石油勘探領(lǐng)域評(píng)價(jià)與目標(biāo)優(yōu)選”(2011E-0301)

楊柳(1989 — )，男，碩士，工程師，研究方向?yàn)槭偷刭|(zhì)沉積學(xué)。

P618.13

A

1673-1980(2016)05-0014-06