柴北缘马北地区下干柴沟组下段沉积特征及演化

孙国强，谢 梅，张永庶，赵明君，康 健，史基安

（1.中国科学院油气资源研究重点实验室；2.中国石油青海油田分公司勘探开发研究院）

0 引言

柴达木盆地是我国重要的含油气盆地之一，近几年油气勘探取得了一系列重大突破：英雄岭地区发现高丰度油气藏；昆北断阶带落实亿吨级油气田；马北地区精细勘探取得较大进展。但是随着整个柴达木盆地油气勘探和开发的不断深入，勘探重点也由早期的构造油气藏逐渐向构造和岩性油气藏并重的方向转变，因此，对重点油气勘探区域开展沉积相及沉积微相的深入研究，明确区域沉积模式和砂体的展布规律，对于寻找构造和岩性油气藏具有重要意义。

1 地质概况

柴达木盆地是中国西部一个大型的中—新生代含油气盆地［1］。研究区位于柴达木盆地北缘西段马海凸起北部（简称“马北”），北面以马仙断裂与赛昆断陷相邻，西面以陵间断裂与一里坪坳陷相邻。柴北缘地区关于沉积相的研究相对较少且分歧较大，前人的研究成果可归纳为以下3点：①主要是河流—三角洲—湖泊沉积，局部为冲积扇—河流—湖泊沉积体系［2］；②冷湖—潜西地区主要发育一套冲积扇—辫状河—湖泊相沉积体系组合［3-4］，马海—南八仙地区则发育辫状河—辫状河三角洲—湖泊相沉积体系组合［5-7］；③以滨—浅湖滩坝亚相和湖泊三角洲相为主，而不是河流相和泛滥平原相［8］。笔者在岩心资料分析的基础上，利用20多口井的测井及录井资料，深入研究了马北地区沉积亚相及沉积微相的发育和分布规律，以期为该区进一步的油气勘探提供指导意见。

2 沉积相的识别标志

2.1 岩石及矿物特征

马北地区古近系下干柴沟组下段（E31）岩性主要为灰色或灰绿色砾岩、含砾粗砂岩、褐色泥岩和粉砂质泥岩。根据测井及岩心资料，将下干柴沟组下段进一步划分为3个岩性段：Ⅰ号岩性段（E31-1）、Ⅱ号岩性段（E31-2）及Ⅲ号岩性段（E31-3）。下部的Ⅲ号岩性段以灰色砾岩、灰色粗砂岩及棕色泥质粉砂岩互层为主；中部的Ⅱ号岩性段以褐色泥质粉砂岩和泥岩夹少量的灰色细砂岩为主；上部的Ⅰ号岩性段以褐色粉砂岩和褐色泥岩为主。 研究区下干柴沟组下段的储集岩主要为辫状河河道砂体，岩石类型主要为岩屑质长石砂岩及岩屑砂岩。砂岩的成分成熟度和结构成熟度均较差，整体上分选性以中等为主，个别较差。磨圆度以次棱角状—次圆状为主（图版Ⅰ-1）。碎屑颗粒中长石风化程度较深，颗粒接触关系以点式为主，少量为漂浮式接触。砂岩中胶结物和杂基主要分布于粒间孔和孔隙喉道中（图版Ⅰ-2），或分布于碎屑颗粒表面呈黏土膜状（图版Ⅰ-3），特别是在喉道中的分布，对渗透率的影响较大。胶结物含量较低，杂基主要为泥质杂基，含量变化大，主要分布于颗粒间。岩石胶结类型以孔隙型为主，偶见基底型。

2.2 沉积构造特征

沉积构造及组合特征是识别沉积体系的有效标志，反映了沉积介质的性质、流体水动力情况、沉积物搬运和沉积方式［9］。马北地区古近系下干柴沟组下段砂岩中广泛发育平行层理（图版Ⅰ-4）、槽状交错层理、板状交错层理（图版Ⅰ-5）和波状层理（图版Ⅰ-6）等，且自下而上逐渐变细，具有河流沉积典型的“二元结构”特征。结合构造背景与沉积环境分析，认为其主要形成于辫状河河流相沉积环境中。同时，该区砂岩、粉砂岩中发育的平行层理和大型板状、槽状交错层理等主要见于心滩和边滩的沉积环境中；波状层理及脉状层理等主要见于河漫滩和泛滥平原的沉积环境中。

2.3 岩石粒度分析

沉积岩的粒度受搬运介质、搬运方式和沉积环境等因素控制，反过来这些控制因素必然会在沉积岩的粒度性质中得到反映，因此，碎屑岩的粒度分布和分选性是判别沉积环境的良好标志［10］。利用马北地区取心井粒度分析资料，研究了该区下干柴沟组下段主要粒度概率累积曲线特征（图1）。从图1可看出，研究区粒度概率曲线主要表现为典型的两段式，由悬浮搬运组分和跳跃搬运组分两部分组成。跳跃组分总体含量较高，其斜率为65°～70°，说明分选较好；悬浮总体比较发育，其与跳跃总体之间的截点较细，粒度Φ值为2.0～3.0，基本不存在滚动组分，反映了以河流作用为主要沉积应力的沉积特征。

图1 马北地区下干柴沟组下段粒度概率图Fig.1 Grain size probability graph of Lower Xiaganchaigou Formation in northern Mahai area

2.4 测井相特征

测井相与沉积环境和沉积物之间存在密切的关系，不同的测井曲线特征反映的岩性组合及沉积相也不同［11］。通过对测井曲线的幅度、形态、组合特征及接触关系等方面进行综合分析，可识别出不同沉积环境和沉积微相的测井响应特征［12-13］。对于柴北缘古近系下干柴沟组下段而言，自然伽马曲线和自然电位曲线与取心井段的地层岩性组合和沉积相序列拟合关系最好［3］。结合取心资料，对马北地区20多口主要探井的测井曲线进行了岩性及岩相解释，结果表明该区测井曲线主要表现为箱形、钟形、指状和线形等5种类型，分别代表了不同的岩性组合（图2）。由于马北地区古近系下干柴沟组下段以辫状河河流相沉积为主，主要发育心滩和河床滞留相的砾岩、砂砾岩或砂岩，且沉积时水动力条件的强度和稳定性均存在差异，因此造成了砂体的粒径、厚度、沉积构造以及在测井曲线上的反映也存在较大差异（图3）。

图2 马北地区各种微相测井曲线标志特征Fig.2 Characteristics of logging curves of sedimentary microfacies in northern Mahai area

图3 马北12井单井相综合柱状图Fig.3 The columnar section of fluvial facies of Lower Xiaganchaigou Formation in Mabei 12 well

3 沉积相与沉积特征

通过岩心观察、薄片鉴定和测井相分析，对研究区的单井沉积相进行了分析，并结合地震剖面反射特征，绘制了连井沉积微相剖面图（图4），在此基础上，绘制了研究区下干柴沟组下段各沉积时期的沉积微相平面图（图5）。沉积相研究表明：马北地区主要为辫状河河流相沉积，辫状河河道由北东向南西方向延伸，物源来自东北方向；在辫状河河床及周缘主要发育河床亚相和河漫亚相，其中河床亚相包括心滩、河床滞留和边滩沉积，河漫亚相包括河漫滩和泛滥平原沉积。

3.1 河床亚相

马北地区古近纪辫状河主要发育具有快速堆积和迁移特征的河床沉积，河床沉积主要包括心滩沉积、河床滞留沉积和边滩沉积。

（1）心滩沉积物主要为中—粗砂岩、含砾砂岩和砾岩，粒度较粗且变化大。砂岩和砾岩的单层厚度多为几米至二十几米。砾岩以细砾岩为主，发育少量中砾岩，其中砾石多为次棱角状至次圆状，向下游方向磨圆度逐渐增高。含砾砂岩中主要发育平行层理、大型板状交错层理及槽状交错层理，其中砾石磨圆较差，主要为次棱角状，分选也较差，成分复杂，成分成熟度和结构成熟度均较低。心滩沉积物在自然伽马曲线上主要表现为钟形（图2）。

图4 马北地区下干柴沟组下段沉积微相剖面图Fig.4 The sedimentary microfacies profile of Lower Xiaganchaigou Formation in northern Mahai area

图5 马北地区下干柴沟组下段沉积微相平面图Fig.5 The sedimentary microfacies distribution of Lower Xiaganchaigou Formation in northern Mahai area

（2）河床滞留主要发育于马北地区第三系下干柴沟组下段下部（Ⅲ号岩性段）（图3），岩性主要为灰色细砾岩、砂砾岩与含砾粗砂岩互层，厚度常达10 m以上。砾岩中大的砾石直径可达10 cm左右，且成分复杂，主要为火山岩和变质岩，磨圆中等，以次棱角状—次圆状为主。而绝大部分粗碎屑岩为含细砾粗砂岩和细砾岩，砾石直径多为2～6 mm。

（3）边滩沉积在马北地区相对发育较少，仅在马北8井、马北12井等井中见到少量的边滩微相砂岩。这些砂岩的厚度变化较大，单层厚一般为几米至十几米，颜色以灰色、浅棕灰色或灰黄色为主，岩性主要为粗砂岩和含砾砂岩。砂岩碎屑颗粒分选中等，磨圆较好，一般为次棱角状—次圆状。砂岩中常见交错层理和平行层理，含砾砂岩中发育有大型板状交错层理。边滩沉积物在自然伽马曲线上表现为指状（图2）。

3.2 河漫亚相

马北地区古近纪辫状河除发育河床沉积外还发育河漫沉积，河漫沉积主要包括河漫滩沉积和泛滥平原沉积。

（1）河漫滩是河床内部较平坦的部分，平水期无水，洪水期河水漫溢出河床，淹没平坦的河谷谷底，形成河漫滩沉积。马北地区河漫滩沉积比较发育，沉积物主要为棕色和褐色粉砂岩、泥质粉砂岩夹泥岩及细砂岩，发育波状层理，化石少见，常见干裂和雨痕。

（2）泛滥平原位于辫状河河道之间，主要在洪水泛滥时期发生沉积。由于长期暴露于大气的强氧化环境中，泛滥平原形成的砂质泥岩、粉砂质泥岩和泥质粉砂岩等细粒沉积物多表现出强氧化色。马北地区泛滥平原沉积在岩心上主要呈现为棕红色泥岩或砂质泥岩等细粒沉积，也可见到砂和粉砂等碎屑沉积物薄夹层，在细粒沉积中层理等沉积构造不发育。测井曲线表现为自然电位曲线平直，接近泥岩基线，自然伽马曲线多表现为中—低幅线形（图2）。

4 沉积相分布与演化

马北地区在下干柴沟组下段沉积时期主要受北部祁连山方向的物源区控制，形成以辫状河河流相为主的沉积环境，物源来自东北方向。根据岩性及测井分析，研究区下干柴沟组下段可划分为3个沉积时期：下干柴沟组下段沉积早期的Ⅲ号岩性段沉积时期、下干柴沟组下段沉积中期的Ⅱ号岩性段沉积时期和下干柴沟组下段沉积晚期的Ⅰ号岩性段沉积时期。从沉积微相平面图（图5）上可以看出，研究区下干柴沟组下段从Ⅲ号岩性段沉积时期到Ⅰ号岩性段沉积时期为一明显的水退过程。在Ⅲ号岩性段沉积时期，主要发育辫状河的河床滞留沉积，在辫状河河道之间发育有河漫滩和泛滥平原沉积，在河漫滩和心滩的边缘发育有边滩微相［图5（a）］；至Ⅱ号岩性段沉积时期，水量减少，早期发育在河床中部的心滩和边滩逐渐演化为河漫滩，心滩消失，边滩也仅发育在河漫滩的边缘［图5（b）］；Ⅰ号岩性段沉积时期，水量进一步减少，辫状水道增多，河床范围逐渐减小，河漫滩范围进一步增大［图5（c）］。总体而言，下干柴沟组下段沉积期，研究区主要为辫状河河流相沉积，早期水量较大，河床亚相沉积（特别是河床滞留沉积微相和心滩微相）发育，晚期水量减少，河漫滩亚相沉积发育，表现为明显的水退过程。

5 结论

（1）研究区下干柴沟组下段主要发育辫状河河流相沉积，沉积相类型包括：①河床亚相的心滩沉积、河床滞留沉积和边滩沉积；②河漫亚相的河漫滩沉积和泛滥平原沉积。

（2）在下干柴沟组下段沉积时期，研究区为一明显的水退过程。早期以河床滞留和心滩沉积为主；中期随水位下降，河床范围减小，心滩逐渐演化成为河漫滩；晚期河床范围缩小，河漫滩范围进一步增大。

［1］张景廉，石兰亭，陈启林，等.柴达木盆地地壳深部构造特征及油气勘探新领域［J］.岩性油气藏，2008，20（2）：29-36.

［2］刘伟，闫林，顾家裕，等．柴达木盆地西部占近系与新近系的地震相［J］．天然气工业，2008，28（5）：35-38.

［3］杨永剑，刘家铎，孟万斌，等.柴达木盆地北缘潜西地区古近系储层发育特征及主控因素［J］.岩性油气藏，2010，22（增刊）：60-65.

［4］孟万斌，李敏，刘家铎，等.柴达木盆地北缘潜西地区路乐河组末端扇沉积体系分析［J］.岩性油气藏，2010，22（4）：37-42.

［5］刘殿鹤，李凤杰，郑荣才，等.柴北缘西段古近系下干柴沟组沉积相特征分析［J］.天然气地球科学，2009，20（6）：847-853.

［6］蒋斌，李凤杰，郑荣才，等.柴达木盆地北缘西段古近系路乐河组沉积相特征研究［J］.岩性油气藏，2010，22（1）：48-52.

［7］刘琪，李凤杰，郑荣才，等.柴达木盆地北缘西段新近系上干柴沟组高分辨率层序地层学研究［J］.岩性油气藏，2010，22（1）：65-69.

［8］王鹏，赵澄林．柴达木盆地北缘地区第三系碎屑岩储层沉积相特征［J］．石油大学学报：自然科学版，2001，25（1）：12-16.

［9］姜在兴.沉积学［M］.北京：石油工业出版社，2003：87-112.

［10］朱筱敏.沉积岩石学［M］.北京：石油工业出版社，2008：71-79.

［11］杨平，陈晔，刘泽纯.柴达木盆地自然伽马曲线在古气候及沉积环境研究中的应用［J］.古地理学报，2003，5（1）：94-102.

［12］黄瑞华.祁连山地区大地构造演化及其性质特征［J］.大地构造与成矿学，1996，20（2）：95-104.

［13］赖绍聪，邓晋福，赵海玲.柴达木北缘奥陶纪火山作用与构造机制［J］.西安地质学院学报，1996，18（3）：8-14.