鄒志文 郭華軍 牛志杰 徐 洋 單 祥 李亞哲 沈金龍

1 中國(guó)石油杭州地質(zhì)研究院，浙江杭州 310023 2 中國(guó)石油新疆油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆克拉瑪依 834000

自1965年Holmes提出扇三角洲的概念以來(lái)，扇三角洲逐漸被認(rèn)為是由發(fā)源于相鄰高地的沖積扇直接推進(jìn)到穩(wěn)定蓄水盆地中形成的沉積體。從20世紀(jì)80年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者在扇三角洲沉積特征及模式(顧家裕，1984；王壽慶，1993；張金亮和王寶清，1996；穆龍新和賈愛(ài)林，2003)、沉積序列(解習(xí)農(nóng)等，1993)、演化模擬(張春生等，2000)以及巖相(于興河等，2014；汪孝敬等，2017)等方面做了大量研究，在扇三角洲類型及沉積模式的細(xì)化研究方面取得進(jìn)展(張金亮和王寶清，1996；朱水橋等，2005；紀(jì)友亮等，2012；厚剛福等，2012；鄒志文等，2015)，為油氣分布規(guī)律研究和油氣勘探突破提供了借鑒(雷振宇等，2005；支東明等，2018)。扇三角洲分類方案眾多，如依據(jù)扇三角洲發(fā)育的位置將其分為靠山型和靠扇型(吳崇筠和薛叔浩，1993)，依據(jù)氣候條件將扇三角洲分為“干扇”和“濕扇”，依據(jù)沉積方式分為進(jìn)積型、退積型、加積型(解習(xí)農(nóng)等，1993)，依據(jù)水體對(duì)扇體沉積控制作用分為河控型、浪控型、潮控型(薛良清和Galloway，1991)。河控型扇三角洲是在河流對(duì)扇體沉積過(guò)程有較強(qiáng)控制作用下形成的，前人研究較少，僅解習(xí)農(nóng)等(1996)曾提出扇三角洲入海的某個(gè)階段河流作用占優(yōu)，但未描述其詳細(xì)沉積特征；另有朱水橋等(2005)認(rèn)為準(zhǔn)噶爾盆地西北緣八區(qū)下烏爾禾組是河控型扇三角洲沉積，并劃分和總結(jié)了微相類型及沉積特征，但未討論河控型扇三角洲的巖相序列、沉積模式及控制因素。

瑪湖凹陷位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣地區(qū)，前人曾對(duì)瑪湖凹陷局部地區(qū)上烏爾禾組砂礫巖巖相類型(汪孝敬等，2017)、相帶特征及控制因素(孟祥超等，2017)做過(guò)一定研究，但缺乏整個(gè)凹陷相帶研究及扇三角洲類型的討論。此外就砂礫巖儲(chǔ)集層的產(chǎn)液量而言，上烏爾禾組產(chǎn)液量遠(yuǎn)大于其上、下相鄰層位，這種差異性是否受上烏爾禾砂礫巖沉積相帶的影響也引起了學(xué)者的廣泛興趣。文中依據(jù)大量巖心資料總結(jié)了瑪湖凹陷上烏爾禾組河控型扇三角洲巖相類型、特征、成因、分布規(guī)律，利用鉆井資料劃分出河控型扇三角洲沉積微相類型，并歸納各微相的常見(jiàn)巖相序列；結(jié)合古地貌、砂地比等資料，對(duì)瑪湖凹陷上烏爾禾組沉積相進(jìn)行整體研究，探討河控型扇三角洲沉積的控制因素，并建立河控型扇三角洲沉積模式。該研究成果可為扇三角洲具體類型的判別以及類似盆地的油氣勘探提供地質(zhì)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

石炭紀(jì)末，哈薩克板塊、西伯利亞板塊以及塔里木板塊相互碰撞，形成了準(zhǔn)噶爾盆地雛形(賴世新等，1999；陳新等，2002)，瑪湖凹陷即位于該盆地西北緣地區(qū)。進(jìn)入早、中二疊世，板塊間繼續(xù)擠壓推覆，在盆地西北緣地區(qū)形成了準(zhǔn)西陸相前陸盆地，此時(shí)盆地西側(cè)為推覆造山帶，東側(cè)為陸梁前淵隆起帶，兩側(cè)均持續(xù)向盆內(nèi)提供物源(圖 1)；晚二疊世早期，盆地再次經(jīng)歷大規(guī)模構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，準(zhǔn)西前陸盆地逐漸演化為坳陷盆地，西側(cè)造山帶與東側(cè)陸梁隆起仍持續(xù)供源，并且西側(cè)較東側(cè)物源供應(yīng)充足?，敽枷菰谇瓣懪璧仉A段從下至上沉積了佳木河組、風(fēng)城組、夏子街組和下烏爾禾組，總厚度達(dá)5500m，巖性為厚層砂礫巖夾砂巖、泥巖、火山巖。在前陸盆地向坳陷盆地轉(zhuǎn)變的過(guò)程中，瑪湖凹陷內(nèi)部發(fā)生了大幅度抬升，形成北高南低、西高東緩的古地貌格局，凹陷西側(cè)中下二疊統(tǒng)發(fā)生擠壓翹傾并被剝蝕，形成了溝槽與低凸并立的地形特征(圖 1)。在此構(gòu)造背景下，上烏爾禾組逐漸超覆于中下二疊統(tǒng)佳木河組、風(fēng)城組、夏子街組和下烏爾禾組4套地層之上，形成第1套拗陷階段地層。在平面上，上烏爾禾組主要分布于瑪湖凹陷中南部，地層呈南西厚、北東薄的特征，厚約300m，巖性為厚層砂礫巖夾砂巖、泥巖。

圖 1 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷二疊系上烏爾禾組地層厚度與地震剖面特征Fig.1 Thickness and seismic profile of the Upper Urho Formation of Permian in Mahu sag，Junggar Basin

2 沉積特征

地震、地質(zhì)剖面資料顯示上烏爾禾組為下超上削的特征，即地層在凹陷中心向邊緣逐漸超覆，頂部有少量剝蝕(圖 1)。上烏爾禾組下部以厚層砂礫巖沉積為主，礫石礫徑粗，中上部砂體厚度逐漸變小，粒度變細(xì)，除薄層砂礫巖外逐漸出現(xiàn)砂巖、泥巖，呈現(xiàn)湖侵退積特征。上烏爾禾組為扇三角洲沉積，巖心特征為： (1)以分選差、次棱—次圓的砂礫巖、礫巖等粗碎屑沉積為主；(2)同時(shí)發(fā)育重力流與牽引流2種沉積；(3)形成于水上、水下2種沉積環(huán)境，凹陷內(nèi)兼有氧化色與還原色巖心分布；(4)發(fā)育連續(xù)厚層灰色泥巖。依據(jù)巖相序列組合，結(jié)合錄井、測(cè)井曲線等資料，認(rèn)為上烏爾禾組為河控型扇三角洲沉積。

2.1 巖相類型、特征及成因分布

巖相類型、序列組合是區(qū)別沉積相的直接證據(jù)，本次研究對(duì)上烏爾禾組23口井的巖心巖相進(jìn)行了觀察描述。依據(jù)能反映沉積成因和環(huán)境的沉積構(gòu)造、礫石礫徑、支撐方式、填隙物類型等因素，將上烏爾禾組巖心劃分出3大類、8亞類、23細(xì)類巖相類型(表 1，圖 2)。

表 1 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷二疊系上烏爾禾組巖相類型Table 1 Lithofacies types of the Upper Urho Formation of Permian in Mahu sag，Junggar Basin

圖 3 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷二疊系上烏爾禾組河控型扇三角洲砂質(zhì)半充填巖相典型照片(JL42井)(右圖為左圖素描)Fig.3 Typical photos showing half-filling lithofacies in river-dominated fan delta of the Upper Urho Formation of Permian in Mahu sag，Junggar Basin(Well JL42)

2.1.1 礫巖相

1)A塊狀多級(jí)礫石支撐礫巖相。塊狀構(gòu)造，無(wú)明顯層理，多發(fā)育在粗、中礫巖中，具有最粗粒度和最差分選性的特點(diǎn)，存在粗、中、細(xì)多級(jí)礫石的支撐結(jié)構(gòu)。依據(jù)填隙物特征分為3種細(xì)類巖相： A1砂泥填隙、A2砂質(zhì)填隙、A3砂質(zhì)半填隙塊狀多級(jí)礫石支撐礫巖相。砂泥填隙巖相中泥質(zhì)含量高，為重力流沉積，常出現(xiàn)在扇三角洲平原亞相內(nèi)，少量出現(xiàn)在扇三角洲近前緣內(nèi)。砂質(zhì)填隙與半填隙塊狀多級(jí)礫石支撐礫巖相中基本無(wú)泥質(zhì)，為重力流改造或是牽引流成因。在砂礫巖露頭剖面或現(xiàn)代沉積剖面中，常觀察到牽引流沉積成因的河道底部存在層理性不明顯的砂質(zhì)填隙塊狀砂礫巖相，有時(shí)在大型交錯(cuò)層理砂礫巖段內(nèi)的下部也能觀察到此類巖相。相對(duì)于砂質(zhì)填隙巖相而言，砂質(zhì)半填隙巖相沉積的水動(dòng)力更強(qiáng)，礫石間砂質(zhì)易被水流帶走或未能沉淀下來(lái)，并在全區(qū)廣泛分布，越靠近物源區(qū)，巖相單層厚度越大。

2)B粒序?qū)永矶嗉?jí)礫石支撐礫巖相。粒序?qū)永碓诖?、中、?xì)礫巖中均可見(jiàn)，分選差。與A類巖相相比，除具有粒序?qū)永硗猓渌练e特征基本相似。也可依據(jù)填隙類型分為3種巖相細(xì)類，其中砂泥填隙為重力流后期沉積產(chǎn)物，砂質(zhì)填隙與半填隙是河道牽引流水動(dòng)力逐漸變?nèi)醯某练e產(chǎn)物。此類巖相一般出現(xiàn)于A類巖相之上。

3)C斜層理多級(jí)礫石支撐礫巖相。此處的斜層理是槽狀、板狀、楔狀等各種交錯(cuò)層理以及平行層理在巖心尺度上呈現(xiàn)的層理形式，為牽引流成因?qū)永?。該類巖相以斜層理為主要特征，多出現(xiàn)于中礫巖、細(xì)礫巖之中，分選較差—中等，礫石支撐結(jié)構(gòu)?？蛇M(jìn)一步細(xì)分為砂泥填隙、砂質(zhì)填隙、砂質(zhì)半填隙3種細(xì)類巖相，均為牽引流成因，是水動(dòng)力不斷變化的沉積產(chǎn)物，其中砂泥填隙巖相是洪水中后期沉積產(chǎn)物，可分布于河道內(nèi)，也可分布于扇三角洲平原中上部的片流帶內(nèi)，而砂質(zhì)填隙與半填隙巖相是常態(tài)水流下的沉積產(chǎn)物，形成于河道單期旋回的中期。

4)D斜層理同級(jí)礫石支撐礫巖相。此類巖相具有斜層理和同級(jí)礫石支撐的特點(diǎn)，一般出現(xiàn)于小粒級(jí)中礫巖及細(xì)礫巖中，具有礫巖相中最好的分選性。依據(jù)填隙物類型分為砂泥填隙、砂質(zhì)填隙、砂質(zhì)半填隙3種細(xì)類巖相，均為水動(dòng)力相對(duì)穩(wěn)定的沉積產(chǎn)物。

5)E塊狀砂質(zhì)支撐礫巖相。以砂質(zhì)支撐為主，礫石漂浮于砂巖之內(nèi)，礫石與礫石少有接觸，在粗、中、細(xì)礫巖中均有發(fā)育，可進(jìn)一步分為砂質(zhì)支撐與含泥砂質(zhì)支撐2種細(xì)類。該類巖相有2種成因： 一是由水下高砂質(zhì)含量堆積物滑塌形成，泥質(zhì)含量較高，常出現(xiàn)于水下碎屑流中；二是含豐富砂質(zhì)的牽引流水體對(duì)先沉積的礫石沖刷，使礫石翻滾再沉積于砂巖之中，沉積過(guò)程類似于河道中沖刷攪混的泥礫沉積，可出現(xiàn)于各類礫石相之上，在現(xiàn)代沉積中常見(jiàn)，但厚度一般不超過(guò)20cm。

6)F斜層理砂質(zhì)支撐礫巖相。該巖相特征是砂質(zhì)含量較多，且具有斜層理。具體可分為2種細(xì)類： F1含泥砂質(zhì)支撐礫巖相，含中高泥質(zhì)，多出現(xiàn)于暴洪期寬緩扇面上的片流帶內(nèi)或是洪水末期的河道內(nèi)；F2砂質(zhì)支撐礫巖相，形成于單期河道旋回沉積末期，水體搬運(yùn)能力減弱，沉積物礫石含量減少，砂質(zhì)含量增加。這類巖相是礫巖相與含礫砂巖相的過(guò)渡類型，多為小粒級(jí)中礫巖、細(xì)礫巖，一般出現(xiàn)在細(xì)粒的E、D類巖相之上。

2.1.2 砂巖相

G砂巖相可分為牽引流成因和重力流成因2種巖相，前者主要發(fā)育粒序、斜層理、波紋層理等，可細(xì)分為粒序?qū)永砩皫r相、斜層理含礫砂巖相、斜層理砂巖相和波紋層理(泥質(zhì))粉細(xì)砂巖相4種，后者主要為塊狀含(泥)礫砂巖相，夾少量滑塌時(shí)攪混的泥礫或礫。砂巖相在扇三角洲近物源端比例小，厚度薄，常遭受后期沖刷而不被保存；而在遠(yuǎn)離物源的扇三角洲前緣相中比例大，單層厚度大。正粒序?qū)永砩皫r相與斜層理(含礫)砂巖相主要出現(xiàn)于扇三角洲前緣水下分流河道中，少量出現(xiàn)于扇三角洲平原辮狀河道中，是單期河道晚期沉積產(chǎn)物；反粒序?qū)永砩皫r相與波紋層理(泥質(zhì))粉細(xì)砂巖相常出現(xiàn)于扇三角洲前緣遠(yuǎn)端的河口壩與遠(yuǎn)砂壩中。

2.1.3 泥巖相

H泥巖相有2種細(xì)類，分別是褐色(砂質(zhì))泥巖相和灰色(粉砂質(zhì))泥巖相。前者主要是水上氧化環(huán)境下形成的，夾有不等量砂質(zhì)，是洪水在扇三角洲河道間或扇間等低洼區(qū)的沉積產(chǎn)物(漫流成因)；后者沉積于水下還原環(huán)境，主要分布于凹陷斜坡區(qū)及扇三角洲的分流間灣和湖相區(qū)，發(fā)育塊狀或者水平層理等沉積構(gòu)造，有時(shí)含有少量粉砂質(zhì)。

2.1.4 巖相特征

本次研究中統(tǒng)計(jì)了多口鉆井巖心的巖相類型及厚度比例，并以取心最長(zhǎng)的JL42井(厚103m連續(xù)巖心)、J206井(總厚56m，連續(xù)巖心厚33m)為例對(duì)巖相特征進(jìn)行分析(表 1)。研究區(qū)上烏爾禾組河控型扇三角洲巖相有2個(gè)顯著特點(diǎn)： 一是牽引流成因巖相比例高，重力流成因巖相比例低(離物源較近的JL42井重力流成因巖相比例為12.33%，至凹陷內(nèi)部的J206井比例降為3.8%，另一物源體系的平原相內(nèi)MH15井重力流巖相比例也僅約為15%)；二是砂礫巖巖相中泥質(zhì)含量總體低，礫石間常為砂質(zhì)充填或是半充填(圖 3；表 1)，可能是長(zhǎng)期河水對(duì)沉積物的沖刷淘洗所致。鄒志文等(2015)對(duì)百口泉組的沉積相帶做過(guò)相關(guān)研究，認(rèn)為其扇三角洲為干旱環(huán)境下形成的，巖相特征有別于文中上烏爾禾組的河控型扇三角洲；于興河等(2014)詳細(xì)研究了瑪湖凹陷百口泉組巖相序列、特征及成因，但未提及存在半充填特征的砂礫巖相，說(shuō)明此類巖相在河控型扇三角洲中比在其他類型扇三角洲中更為常見(jiàn)。河控型扇三角洲發(fā)育的砂質(zhì)充填、半充填砂礫巖儲(chǔ)集層具有良好的滲透性，瑪湖凹陷內(nèi)上烏爾禾組砂礫巖儲(chǔ)層單井產(chǎn)液量一般在20m3以上，最高產(chǎn)液量可達(dá)200m3，而上覆百口泉組以及下伏夏子街、下烏爾禾組等層位的砂礫巖單井產(chǎn)液量一般只有幾至十幾立方米，充分說(shuō)明河控型扇三角洲具有良好的儲(chǔ)集層物性。

2.2 沉積微相類型和特征

河控型扇三角洲除巖相類型、特征及厚度比例與其他類型扇三角洲不同外，微相類型也稍有不同?，敽枷萆蠟鯛柡探M扇三角洲主要發(fā)育扇三角洲平原、扇三角洲前緣、前扇三角洲3種亞相，并可進(jìn)一步細(xì)分為辮狀河道、碎屑流帶、水下分流河道、河口壩等10種微相(圖 4)。

圖 4 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷二疊系上烏爾禾組河控型扇三角洲沉積相類型及巖相序列對(duì)比(細(xì)類劃分見(jiàn)表1)Fig.4 Types of sedimentary microfacies and lithofacies sequence model of river-dominated fan delta of the Upper Urho Formation of Permian in Mahu sag，Junggar Basin

2.2.1 扇三角洲平原亞相

主要分布在瑪湖凹陷邊緣區(qū)域，是粗碎屑經(jīng)山口搬運(yùn)至盆地邊緣在水上環(huán)境中沉積形成的。沉積物以氧化色為主，巖性粒度粗(以中、粗礫巖為主)，分選差，泥質(zhì)含量高，礫石多為次圓狀—次棱角狀，常見(jiàn)塊狀、粒序、交錯(cuò)層理等沉積構(gòu)造。砂體結(jié)構(gòu)以厚層狀為主，砂地比一般介于50%～100%之間。該亞相可進(jìn)一步劃分為辮狀河道、碎屑流帶、片流帶、河道間、扇間帶5種微相。

1)辮狀河道。是河控型扇三角洲平原亞相中最發(fā)育的微相，形成于洪水中后期或河水常流期。表現(xiàn)為大量粗粒碎屑物以牽引流的形式搬運(yùn)，并沉積于辮狀河道內(nèi)。巖性以礫巖為主，偶夾少量砂巖，礫巖分選中—差，泥質(zhì)含量較低；常見(jiàn)粒序?qū)永?、各類交錯(cuò)層理、平行層理等牽引流沉積構(gòu)造。該微相內(nèi)可出現(xiàn)A2、B2、C1、C2、D1、D2、E2、F1、F2、G1、G2、H2等類型巖相，研究區(qū)辮狀河道?？梢?jiàn)巖相序列組合(由下而上，下同)有： A2-B2-C2-D2-E2，A2-C2-D2-F2-G1，C2-E2-G2-H2等多種類型。自然電位、電阻率測(cè)井曲線形態(tài)呈低幅齒狀箱形。

2)碎屑流帶。是由洪水初期攜帶大量混雜碎屑物的碎屑流體或水體沿著峽谷進(jìn)入扇體中上部的溝槽或扇面之上堆積形成。洪水規(guī)模影響碎屑流帶的形態(tài)及分布，洪水規(guī)模小時(shí)碎屑流帶主要分布于溝槽內(nèi)，呈帶狀分布；規(guī)模大時(shí)碎屑流帶越過(guò)溝槽進(jìn)入兩側(cè)扇面沉積，呈面狀分布，與沖積扇漫流沉積成因相似。溝槽內(nèi)的碎屑流帶常被后期辮狀河道水流所改造，因而分布極不穩(wěn)定。碎屑流帶巖性粒度粗、分選差、泥質(zhì)含量高，常見(jiàn)塊狀層理或洪積層理；巖相序列組合主要為A1-B1，儲(chǔ)集性能差，是砂礫巖儲(chǔ)集層內(nèi)的隔夾層。測(cè)井以中高自然伽馬、中高電阻率及較低聲波時(shí)差為特征，曲線總體呈現(xiàn)平直形，表明碎屑流帶砂體無(wú)分選性及混雜性。

3)片流帶。洪流高峰時(shí)洪水?dāng)y帶碎屑物越過(guò)辮狀河道進(jìn)入河道階地或扇面開(kāi)闊地帶沉積形成。洪水早中期靠近扇根部位的片流帶存在少量重力流沉積，洪水中晚期或扇中的片流帶以牽引流沉積為主，總體上片流帶表現(xiàn)為牽引流特征。巖性以中、細(xì)礫巖為主，常見(jiàn)塊狀層理、似平行層理、槽狀交錯(cuò)層理等。該微相內(nèi)主要有A1、C1、C2、D1、D2、E2、F1、F2、G2、H2等巖相類型，常見(jiàn)C1-D1-E1-F1，C2-D2-E2-G2-H2，D1-F1-G2等巖相序列組合。片流帶在河控型扇三角洲中的比例較低，易被辮狀河道沖刷改造，縱向上常與辮狀河道組成中厚層砂體，易與辮狀河道砂體混淆，但片流帶的巖性粒度稍細(xì)，且礫石巖相內(nèi)存在泥質(zhì)條帶，自然電位、電阻率測(cè)井曲線形態(tài)常呈鋸齒狀箱形。

4)河道間。分布于辮狀河道之間未能沉積砂體的地帶，主要發(fā)育褐色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖。該微相內(nèi)主要有H2巖相，單層泥巖厚度較小，為扇體砂礫巖儲(chǔ)集層的隔夾層。自然電位、電阻率測(cè)井曲線形態(tài)呈低幅平直形。

5)扇間帶。分布于扇三角洲平原亞相內(nèi)扇體之間的地帶，主要位于扇體側(cè)翼，由扇面水流(洪漫流或扇面雨水)或是風(fēng)吹攜帶的細(xì)粒碎屑物沉積形成。扇間帶巖性以灰綠色、褐色泥巖為主，夾少量粉砂巖，偶見(jiàn)植物根系；巖相類型以H2為主?？v向上常為厚層泥巖，以此與河道間相區(qū)別。

2.2.2 扇三角洲前緣亞相

是碎屑物經(jīng)扇三角洲平原辮狀河道搬運(yùn)進(jìn)入湖盆后在水下環(huán)境沉積形成的，砂地比一般大于30%。巖性粒度比扇三角洲平原亞相稍細(xì)，以灰色礫巖、砂礫巖、砂巖、泥巖為主，常見(jiàn)塊狀、粒序、交錯(cuò)層理，分選較差—中等，砂體泥質(zhì)含量低(經(jīng)薄片鑒定平均小于3%)。發(fā)育水下碎屑流帶、水下分流河道、分流間灣、河口壩、遠(yuǎn)砂壩5種沉積微相。

1)水下碎屑流帶。系扇三角洲前緣砂體在陡坡帶處滑塌形成。巖性特征與平原碎屑流帶類似，但顏色偏灰、泥質(zhì)含量稍低、粒度稍細(xì)、磨圓稍好，以塊狀、粒序?qū)永頌橹鳌Ｖ饕蠥1、B1、E1等類型巖相，常見(jiàn)A1-B1、A1-B1-E1等巖相序列組合。自然伽馬、電阻率測(cè)井曲線形態(tài)呈中高幅平直箱形。

2)水下分流河道。系扇三角洲平原辮狀河道在水下延伸形成，也是扇三角洲前緣亞相的主要沉積微相，發(fā)育厚度不等的砂體。巖性以灰色砂礫巖、砂巖為主，分選中等—較差，泥質(zhì)含量低；常見(jiàn)槽狀、板狀等各種交錯(cuò)層理和平行層理。微相內(nèi)常出現(xiàn)A2、A3、B2、B3、C1、C2、C3、D1、D2、E2、F1、F2、G1、G2、G3、H1等類型巖相。不同部位的水下分流河道沉積特征存在一定差別，處于近端的內(nèi)前緣水下分流河道單層砂體厚度大，巖性粗，多出現(xiàn)A-F巖相類型及組合。例如處于扇體中上部的JL42井(圖 5)發(fā)育近端前緣水下分流河道，砂體厚度達(dá)116m，巖性以礫巖為主(礫巖占93.7%，最大礫徑超過(guò)12cm，砂巖占6.1%，泥巖占0.2%)，單期河道砂體具正韻律結(jié)構(gòu)并多以A-F巖相序列組合為主，如A2-B2-C2-D2、A2-C2-D2-F2、A2-B2-E2、C2-D2等(圖 5)。處于中遠(yuǎn)端的外前緣水下分流河道單層砂體厚度小，巖性變細(xì)，多出現(xiàn)C-H巖相類型及組合，例如處于前緣中部的J206井上烏爾禾組二、三段發(fā)育中遠(yuǎn)端水下分流河道，單層砂體厚5～22m，巖性粒度變細(xì)(礫巖占69.2%，且以中、細(xì)礫巖為主，砂巖占21.5%，泥巖占9.3%)，常見(jiàn)巖相系列組合以C-H為主，如C2-D2-F3、C2-G3-H1、C2-D2-F2-H1等。測(cè)井曲線多為鐘形或箱形，反映河道砂體正韻律特征，在FMI測(cè)井上能明顯看出正旋回特點(diǎn)(圖 5)以及牽引流層理。

圖 5 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷二疊系上烏爾禾組JL42井河控型扇三角洲前緣亞相與水下分流河道巖相序列組合(細(xì)類劃分見(jiàn)表1)Fig.5 Frontal subfacies and underwater channel lithofacies sequence of river-dominated fan delta of the Upper Urho Formation of Permian from Well JL42 in Mahu sag，Jungaar Basin

圖 6 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷河控型扇三角洲相帶序列模式Fig.6 Facies sequence of river-dominated fan delta of the Upper Urho Formation of Permian in Mahu sag，Junggar Basin

圖 7 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷二疊系上烏爾禾組砂地比等值線圖Fig.7 Contour map of sand ratio of the Upper Urho Formation of Permian in Mahu sag，Junggar Basin

3)河口壩。發(fā)育于水下分流河道前端河口位置，是砂體沖出河道后堆積而成。巖性以灰色細(xì)礫巖、砂巖為主，分選較好，常發(fā)育交錯(cuò)層理和波狀層理、反粒序?qū)永?。主要有D2、F2、G1、G2、G3、G4、H1等巖相類型，河口壩砂體為反韻律，巖相組合多為H1-G4-G1-F2，G4-G1-G3-F2-D2。河口壩上部常出現(xiàn)水下分流河道砂體，構(gòu)成典型的反旋回三角洲前緣砂體組合。自然伽馬、電阻率等測(cè)井曲線形態(tài)多呈中等或中高幅度的漏斗形或漏斗形—箱形。

4)遠(yuǎn)砂壩。是水下分流河道及河口壩砂體受湖水改造、沖洗、遷移后在前緣遠(yuǎn)端處形成的砂體，分選較好，粒度較細(xì)，常發(fā)育交錯(cuò)層理、波狀層理和反粒序?qū)永怼３Ｒ?jiàn)F2、G1、G2、G3、G4、H1等巖相類型。自然電位、電阻率等測(cè)井曲線形態(tài)多漏斗形或指尖形。

5)分流間灣。是水下分流河道之間以及扇、朵體之間的沉積微相。主要巖性為灰綠色、灰色泥巖和粉砂巖，發(fā)育G4、H1類型巖相。自然電位與電阻率測(cè)井曲線多為低幅平直形。分流間灣微相是前緣砂體的主要油氣封隔層。

2.2.3 前扇三角洲亞相

是扇三角洲前緣與濱淺湖交叉地帶的沉積，砂地比一般小于10%。巖性以灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖為主，偶有粉細(xì)砂巖，常見(jiàn)塊狀層理、透鏡狀層理、水平層理，總體以細(xì)粒沉積為主。

2.3 相帶分布特征

縱向上，上烏爾禾組砂體厚度具有下厚上薄的特征，推測(cè)其是湖侵背景下形成的退積型扇三角洲沉積。利用瑪湖凹陷鉆井資料，歸納了湖侵河控型扇三角洲的縱向相帶分布模式(圖 6)，發(fā)現(xiàn)最底部為少量進(jìn)積相帶序列(厚度比例小于10%)，中上部為大部分退積相帶序列。進(jìn)積序列為地層初始沉積時(shí)在凹陷下斜坡形成的，縱向上為分流間灣—遠(yuǎn)砂壩—河口壩—遠(yuǎn)端水下分流河道沉積微相。退積系列是沉積主體，自下向上可進(jìn)一步分為4段： 下段主要為平原亞相辮狀河道夾少量碎屑流帶和片流帶，巖性主要為厚層褐色砂礫巖；中段為前緣水下分流河道夾河口壩、分流間灣以及少量水下碎屑流帶，巖性為厚層灰色砂礫巖夾薄層狀泥巖(將此類沉積特點(diǎn)的前緣相帶稱為內(nèi)前緣)；上段為前緣河口壩、水下分流河道、遠(yuǎn)砂壩與分流間灣沉積互層，且分流間灣沉積占主體，巖性為中厚層灰色泥巖夾薄層狀灰色砂礫巖、砂巖(將此類沉積特點(diǎn)的前緣相帶稱為外前緣)；頂部常出現(xiàn)湖泊相沉積?？傮w而言，河控型扇三角洲的主要微相是辮狀河道與水下分流河道，且牽引流巖相比例高。

不同沉積位置存在不同的縱向相帶序列(圖 6)。盆地邊緣主要發(fā)育平原亞相(辮狀河道—碎屑流帶—片流帶—河道間)——內(nèi)前緣亞相(水下分流河道—水下碎屑流帶—分流間灣)，凹陷上斜坡主要發(fā)育前緣亞相的水下分流河道—水下碎屑流帶—河口壩—遠(yuǎn)砂壩—分流間灣沉積，凹陷下斜坡主要發(fā)育前緣亞相分流間灣—遠(yuǎn)砂壩—河口壩—水下分流河道—遠(yuǎn)砂壩—分流間灣沉積，凹陷中心主要發(fā)育分流間灣—遠(yuǎn)砂壩—分流間灣—濱淺湖沉積。從凹陷邊緣至中心的順物源方向，河控型扇三角洲橫向相帶分布規(guī)律總體呈現(xiàn)平原亞相—內(nèi)前緣—外前緣變化特征。

鉆井及地震相資料顯示瑪湖凹陷上烏爾禾組扇三角洲平原亞相主要分布于靠近凹陷邊緣附近，范圍較小，而前緣亞相主要分布于凹陷內(nèi)部的廣大地區(qū)以及中拐凸起東部。重礦物、砂地比圖(圖 7)等資料表明，瑪湖凹陷內(nèi)自西向東依次發(fā)育中拐、克拉瑪依、白堿灘、達(dá)巴松4個(gè)大型扇三角洲扇群(圖 8)，其中前3個(gè)扇群為西部物源，達(dá)巴松扇為東部物源。中拐扇體規(guī)模最大，西靠中拐凸起，東接克拉瑪依扇，其主物源來(lái)自北部扎伊爾山，也有西部凸起的零星小物源加入。中拐扇體呈北西—南東向長(zhǎng)條狀分布，長(zhǎng)度超過(guò)75km，中下部被J201井區(qū)古低凸分隔成東、西2個(gè)分支扇體。扇三角洲平原亞相發(fā)育于JL42井以北區(qū)域，主要發(fā)育辮狀河道微相，夾少量碎屑流帶、片流帶微相。前緣亞相分布廣泛，從JL42一直延伸至盆1井西凹陷，內(nèi)前緣主要發(fā)育前緣水下分流河道微相夾少量的河口壩、分流間灣微相，砂礫巖厚度達(dá)到190m，砂地比值可達(dá)95%以上；外前緣主要為水下分流河道、河口壩、遠(yuǎn)砂壩、分流間灣等幾個(gè)微相間互沉積，砂地比一般為20%～40%，主要發(fā)育帶位于東南方向的盆1井西凹陷內(nèi)。白堿灘扇、克拉瑪依扇是瑪湖凹陷西部的其他2個(gè)扇體，規(guī)模相對(duì)較小，但扇體延伸長(zhǎng)度達(dá)到25～45km，沉積相帶分布特征與中拐扇體相似，即北部為平原亞相，南部為前緣亞相，且主要微相為辮狀河道與水下分流河道。瑪湖凹陷東部達(dá)巴松扇規(guī)模最小，扇體長(zhǎng)度為20km左右，平原亞相主要位于扇體東北部，前緣亞相位于西南部的凹陷內(nèi)；受低物源供給量影響，扇體內(nèi)砂體厚度偏薄，砂地比為20%～50%。以上4個(gè)扇體均呈長(zhǎng)軸形態(tài)，且延伸距離較長(zhǎng)，廣泛分布辮狀河道與水下分流河道微相，表明河控型扇三角洲內(nèi)河道明顯控制了沉積作用。

圖 8 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷二疊系上烏爾禾組沉積相Fig.8 Sedimentary facies of the Upper Urho Formation of Permian in Mahu sag，Junggar Basin

表 2 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷二疊系上烏爾禾組泥巖主量元素分析結(jié)果Table 2 Analysis results of major elements in mudstone of the Upper Urho Formation of Permian in Mahu sag，Junggar Basin

3 沉積控制因素分析及沉積模式

依據(jù)瑪湖凹陷上烏爾禾組的巖相類型及組合、微相類型及縱向序列、平面扇體形態(tài)及相帶分布規(guī)律，認(rèn)為此類河控型扇三角洲的形成主要受氣候與古地貌兩大因素影響。

氣候?qū)ι热侵薜某练e特征及沉積類型有重要的影響，其中干旱氣候條件下，固定水土的植物稀少，導(dǎo)致雨后經(jīng)常發(fā)生陣發(fā)性洪水—泥石流，形成重力流巖相比例高的扇三角洲；而潮濕氣候條件下，扇上河道內(nèi)水流長(zhǎng)期穩(wěn)定，并對(duì)早期沉積物改造沖刷，易形成牽引流巖相比例高的扇三角洲。為研究上烏爾禾組沉積時(shí)的氣候條件，分析了瑪湖凹陷內(nèi)5個(gè)純凈泥巖樣品的主元素含量(表 2)。Nesbitt和Young(1982)曾提出利用沉積區(qū)巖石化學(xué)蝕變指數(shù)CIA(CIA=[Al2O3/(Al2O3+CaO+Na2O+K2O)*100]，式中為分子摩爾數(shù))來(lái)反映源區(qū)的氣候條件： CIA值介于80～100代表源區(qū)氣候炎熱潮濕，CIA值介于70～80代表源區(qū)氣候溫暖潮濕，CIA值介于60～70代表源區(qū)氣候寒冷干燥(Nesbitt and Young，1982)。國(guó)內(nèi)學(xué)者利用CIA指數(shù)推測(cè)出來(lái)的古氣候特征與其他參數(shù)研究結(jié)果一致，取得了良好效果(Fengetal.， 2003；李明龍等，2019)。本次樣品的CIA值介于75～79之間，表明上烏爾禾組沉積時(shí)為溫暖潮濕氣候。SiO2/Al2O3值也是反映古氣候環(huán)境的指標(biāo)(趙小明等，2011)，該值大于4代表干旱氣候，小于4代表潮濕氣候。本次樣品的SiO2/Al2O3值介于2.8～3.39之間，均小于4，同樣表明上烏爾禾組沉積時(shí)為潮濕氣候。另外，上烏爾禾組巖心中有很多植物化石，顯示當(dāng)時(shí)植物繁茂，亦反映了當(dāng)時(shí)氣候潮濕，這與地球化學(xué)指標(biāo)反映的氣候條件吻合。因此，溫暖潮濕的氣候是上烏爾禾組河控型扇三角洲形成的重要影響因素。

上烏爾禾組沉積前，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使瑪湖凹陷邊緣的佳木河組、風(fēng)城組等地層呈近直立狀態(tài)(圖 1中的地震剖面)，后期風(fēng)化剝蝕形成了溝槽交錯(cuò)的地貌特征(圖 1)。斜坡溝槽是水系的匯聚地，也是碎屑物搬運(yùn)的主要通道和沉積場(chǎng)所。圖 7與圖 1中砂體分布規(guī)律與溝槽的匹配關(guān)系表明溝槽位置控制了扇體的空間分布，溝槽大小控制了扇體的規(guī)模。砂地比顯示順物源方向砂體常呈現(xiàn)條帶狀(圖 7)，與溝槽展布方向吻合，而垂直物源方向上在溝槽區(qū)內(nèi)砂體厚度大、遷移疊置，在溝槽區(qū)以外的砂體厚度小，這體現(xiàn)出溝槽控制砂體沉積的特征。

根據(jù)以上控制因素分析，建立了河控型扇三角洲沉積模式(圖 4)。在潮濕的氣候條件下，豐富的雨水將碎屑物從山谷帶出，堆積在出山口及山下平臺(tái)區(qū)形成扇三角洲平原沉積。暴洪期山口附近及河道內(nèi)易形成碎屑流，山下寬緩平臺(tái)處易形成片流帶；洪末期及河水常流期扇面溝槽內(nèi)常發(fā)育辮狀河道，并沉積牽引流巖相砂體。扇三角洲平原辮狀河道是上游碎屑物的主要搬運(yùn)通道，在特大洪水初始期在河道底部發(fā)育重力流砂體沉積，洪水中后期則變?yōu)闋恳魃绑w沉積；在常流期河水?dāng)y帶的碎屑物經(jīng)扇面斜坡上的辮狀河道進(jìn)入湖盆，形成扇三角洲前緣水下分流河道沉積。扇體河道中充沛的水量與斜坡勢(shì)能造就的強(qiáng)勁水動(dòng)力使水下分流河道延伸較遠(yuǎn)，并將大、小礫石充分淘洗及搬運(yùn)，形成低泥質(zhì)含量的砂礫巖巖相砂體，這是區(qū)別與其他扇三角洲的一大特征。湖盆內(nèi)波浪及沿岸流等水流作用對(duì)水下分流河道及河口壩的砂體進(jìn)行改造遷移，在河口壩前方形成了席狀遠(yuǎn)砂壩沉積。

4 結(jié)論

1)通過(guò)大量觀察描述，將準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷上烏爾禾組巖心劃分為3大類、8亞類、22細(xì)類巖相類型，并依據(jù)各巖相特征及成因機(jī)制、分布規(guī)律，認(rèn)為研究層位河控型扇三角洲牽引流成因巖相比例高，而重力流成因巖相比例低。長(zhǎng)期水流沖刷作用使研究區(qū)砂礫巖巖相中泥質(zhì)含量低，礫石間多為砂質(zhì)充填或是半充填。

2)河控型扇三角洲沉積可劃分為辮狀河道、碎屑流帶、水下分流河道、河口壩等10個(gè)微相，且以辮狀河道與水下分流河道2個(gè)微相為主。依據(jù)各微相的沉積特征和巖相序列組合，建立了瑪湖凹陷上烏爾禾組湖侵背景下的河控型扇三角洲縱向相帶序列模式。

3)瑪湖凹陷內(nèi)發(fā)育中拐、克拉瑪依、白堿灘、達(dá)巴松4個(gè)大型長(zhǎng)條狀扇三角洲扇體，該類扇體沉積受潮濕氣候和古地貌溝槽控制。建立了河控型扇三角洲沉積模式，可為扇三角洲具體類型的判別以及類似盆地的油氣勘探提供地質(zhì)依據(jù)。

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