敦煌盆地五墩凹陷周缘侏罗系露头沉积特征及油气勘探意义

曹力伟

（中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院，山东东营 257015）

敦煌盆地位于河西走廊西端，构造上夹持于北山和阿尔金造山带之间，呈北东东走向，主要受阿尔金走滑断裂带影响，由北至南划分为玉门关斜坡、安墩坳陷、三危山隆起、阿克赛坳陷4个一级构造单元及7个次级凹陷（图1）。五墩凹陷紧邻三危山，燕山期和喜山期构造活动控制了凹陷构造演化及沉积充填，导致中侏罗统储层物性横向变化大，有利储层预测困难。本文通过对五墩凹陷周缘4条侏罗系露头开展详细沉积特征分析，结合地震及测井资料，从敦煌盆地的地质背景入手[1]，对侏罗系露头沉积相进行划分对比，总结五墩凹陷中央洼陷带的沉积特征，为勘探部署提供依据。

图1 敦煌盆地构造单元划分

五墩凹陷周缘侏罗系露头岩石学及沉积特征具有差异性，南湖及芦草沟露头主要为扇三角洲—滨浅相沉积，红山及多坝沟露头具有扇三角洲—湖底扇—半深湖相沉积特征。

1 侏罗系露头特征分析

1.1 芦草沟及南湖露头

芦草沟露头侏罗系地层与下伏基底呈角度不整合接触，基底主要为变质火成岩，包括花岗片岩、云母石英片岩、辉绿岩等。露头底部为一套灰色厚层-巨厚层中细砾岩夹中粗砾岩，发育多期冲刷面（图2a），砾石大小混杂、杂基支撑、分选磨圆均较差，无明显交错层理，以碎屑流沉积为主；属于近源快速堆积的冲积扇沉积，向上岩性变细，为灰色中厚层中细砾岩夹泥岩，砾石大小混杂，多级颗粒支撑，见交错层理，同时发育碎屑流、牵引流沉积，为扇三角洲平原及前缘亚相沉积；中部为浅灰色厚层状细砾岩、含砾粗砂岩与红褐色中层状安山岩互层，安山岩中发育杏仁状构造，为火山喷发相成因，砂岩中见多期槽状交错层理，而黄褐色厚层状粉砂质泥岩无明显粒序变化，以块状层理为主，偶见安山岩火山弹，直径为20～25 cm，火山弹中见杏仁状构造，顶部为灰黑色泥质粉砂岩夹煤线（图2b）。芦草沟露头火山岩样品有明显杏仁状构造，基质具有玻晶交织结构，为杏仁状安山岩（图2c）[2]。安山岩与地幔隆起和部分熔融作用关系密切，为张性作用的产物，代表了拉张的构造环境，表明三危山在侏罗纪时处于拉张性区域应力场环境。

与芦草沟露头相比，南湖侏罗系露头岩性整体变粗，主要为厚层中细砾岩、含砾粗砂岩，与下伏基底呈角度不整合接触，基底为花岗岩与变质石英岩（图 2d），露头下部为一套巨厚层中粗砾岩与中细砾岩，砾石大小混杂、杂基支撑、分选磨圆均较差（图2e），无明显交错层理，以碎屑流沉积为主；向上砂质含量逐渐增多，且出现多组交错层理（图2f）；露头中部为多期互层的中细砾岩、中粗砂岩、粉细砂岩，砾岩为颗粒或砂质杂基支撑，砾石分选磨圆中等，砾岩多呈透镜状分布；顶部为多层含砾粗砂岩与中细砂岩互层夹碳质泥岩，槽状交错层理与板状交错层理发育[3-8]。

图2 芦草沟及南湖露头图版

1.2 红山及多坝沟露头

红山与多坝沟露头部分被第四系覆盖，出露不完整，但出露部分具有非常典型的沉积特征，红山露头出露厚48 m的滨浅湖-半深湖相地层（图3a），多坝沟露头出露厚100 m的湖底扇-半深湖相地层。红山与多坝沟露头顶部的半深湖相地层具有对应性，其下部为厚层泥质粉砂岩、泥岩夹粗砂岩及煤线（图3b）；中部为灰色泥岩、灰色粗砂岩不等厚互层（图3c）；顶部为厚层灰色、灰黑色泥岩夹薄层灰色砂岩、泥质粉砂岩及煤线。

多坝沟露头底部见砾岩，与安山岩基底呈角度不整合接触，下部为一套巨厚细砾岩（图3d），呈颗粒或砂质杂基支撑，砾石直径大多为0.3～0.5 cm，个别达5.0 cm，分选较好，但磨圆差，主要为次棱角状，发育多期冲刷面（图3e），砾岩主要为块状层理，无明显交错层理与粒序变化。中部为中厚层状含砾粗砂岩及中薄层状中粗砂岩和泥质粉砂岩互层，砂岩底部见冲刷面，向上发育递变粒序、平行层理，为浊积序列中的A、B段；泥岩主要为块状层理或水平层理（图3f）。露头上部为含砾粗砂岩、中粗砂岩夹泥质粉砂岩，中粗砂岩中发育递变粒序、块状层理，中细砂岩中发育平行层理、沙纹层理及变形层理。

岩性是宏观气候、构造背景及局部沉积环境共同作用的结果，也是地层对比的直接标志之一。前人研究表明，敦煌盆地三危山周缘侏罗系露头为盆 地初始形成期沉积的下侏罗统大山口组地层[9-12]。

图3 红山及多坝沟露头图版

2 侏罗系露头沉积相类型

2.1 芦草沟及南湖露头沉积特征

芦草沟和南湖大山口组露头可划分为扇三角洲平原、扇三角洲前缘、前扇三角洲及滨浅湖相。

扇三角洲平原：厚层块状中、粗砾岩，砾石大小混杂、粒级差大，杂基支撑，以碎屑流沉积为主，主要为辫流水道微相。概率曲线表现为两段式，跳跃总体累积概率含量85%，粒度区间2.0～4.0 Φ；悬浮总体累积概率含量小于 20%，交截点在 3.7～4.3 Φ。粒度曲线中跳跃总体含量组分较粗且含量高，悬浮总体含量低，反映水动力条件较强的牵引流形成的扇三角洲平原水道的沉积特征（图4a）。

扇三角洲前缘：中厚层状中、细砾岩，砾石大小混杂，多级颗粒支撑，见交错层理，同时发育碎屑流、牵引流沉积，为砾石质分流水道与分流河口坝微相。粒度曲线表现为三段式，以滚动组分为主，含量达70%，滚动组分斜率较低，粒度区间0～1.5 Φ，跳跃和悬浮总体不发育，跳跃组分斜率中等，交截点为 1.3 Φ，指示水动力动荡增强的扇三角洲前缘水下分流河道沉积（图4b）。

前扇三角洲：中薄层粉细砂岩与泥岩相，为平行或块状层理，主要为末端分支水道与席状砂微相。

滨浅湖：中薄层状粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩互层[13-15]。

图4 露头粒度曲线分析

2.2 红山及多坝沟露头沉积特征

三危山西部红山和多坝沟下侏罗统大山口组露头为湖底扇和半深湖相沉积[16-21]。

湖底扇根：厚层状中细砾岩，砾石与基底成份一致，发育滑塌变形构造，主要为块状搬运复合沉积。

湖底扇中：厚层-巨厚层状、块状细砾岩，为中等密度或低密度碎屑流沉积，主要为湖底扇中碎屑流水道与朵叶单元。

湖底扇端：中薄层状中细砂岩、粉细砂岩相，发育浊积鲍马序列的A、B段，主要为湖底扇端的浊积水道单元。

半深湖：薄层状水平层理泥岩，为水体较深、低能静水环境的悬浮沉积，为半深湖泥岩微相。

3 沉积充填演化

敦煌盆地受印支运动影响，经历了三叠纪挤压的大地构造环境之后，开启了中新生代构造演化历程，早侏罗世处于松弛拉张期，三危山隆起带火山活动较为频繁，芦草沟露头发育多期中性火山岩（安山岩），在滨浅湖相泥岩中见安山岩火山弹，表明该时期地壳减薄作用明显，盆地裂陷作用活跃，地壳深部或上地幔岩浆沿深大断裂不断上涌，直至地表喷发。

芦草沟露头样品岩矿鉴定结果表明，露头基底岩石类型为中细粒二长花岗岩，而大山口组露头内多个砾岩样品中砾石主要为二长花岗岩，样品之间具有较好的对应关系，表明三危山在早侏罗世之前已经隆升，为北部诸凹陷提供物源，控制大山口组地层沉积。三危山北坡东西两部分古地形具有明显差异性，东部芦草沟及南湖露头区古地形相对较缓，发育扇三角洲及滨浅湖相地层；而三危山西部红山及多坝沟露头区古地形更为陡峭，物源供给充足，发育湖底扇及半深湖相地层。

断陷早期，芦草沟、多坝沟等四个露头均发育一套冲积扇、扇三角洲平原沉积，多坝沟与红山露头由于受三危山断裂活动及第四系覆盖影响，未见到该套地层，但根据多坝沟与红山露头沉积特征，推测三危山前发育扇三角洲体系，扇三角洲前缘作为湖底重力流沉积的物源供给区。断陷中期，随着湖平面不断上升，芦草沟、多坝沟等露头中部粗粒沉积物明显减少，发育扇三角洲前缘亚相，形成较为明显的湖侵退积序列。

断陷晚期，芦草沟露头顶部沉积厚层泥岩、碳质泥岩。多坝沟与红山露头区地形坡度大、水体深，发育水下重力流沉积，从露头沉积序列来看，下部巨厚层状碎屑流成因的细砾岩主要为低位盆底扇堆积；中部半深湖泥岩沉积反映湖侵作用导致岸线与滨岸扇三角洲沉积体系后退，湖底扇不发育，以深水悬浮泥岩沉积为主；上部浊积砂岩与泥岩互层反映高位体系域时期沉积物供给充足，扇三角洲持续向湖盆方向推进，在扇三角洲沉积坡折以下持续发育滑塌、浊流沉积。受五墩凹陷北部物源体系控制，断陷期，西参1井大山口组为辫状河三角洲沉积。早侏罗世，南部冲积扇-扇三角洲-湖底扇相沉积与北部、东部辫状河三角洲相沉积交汇在中央洼陷带滨浅湖-半深湖区（图5）。

图5 五墩凹陷周缘侏罗系露头地层对比

4 油气勘探意义

五墩凹陷前期钻探的西参1井、墩1井均在北部斜坡带南侧中间沟组（J2z）获得了低产工业油流，西参1中间沟组2 280～2 300 m段为好储层发育段，其平均孔隙度为6.76%，最高为10.30%；平均渗透率为1.23×10-3μm2，最高为3.1 μm2，属于特低孔、特低渗储层。

五墩凹陷内洼陷带南侧三危山前地震剖面具有楔形杂乱前积及不连续短轴状反射，结合周缘露头沉积特征，认为洼陷带内大山口组地层沉积相类型为扇三角洲及滑塌浊积，储层物性可能好于中间沟组。西参1及墩1井均位于中央洼陷带边部，只钻遇到大山口组上部地层，五墩凹陷洼陷带大山口组地层厚达800 m。2017年甘肃省地调院在五墩凹陷东侧钻探墩页1井，大山口组见油层20 m、气层75 m，岩性为中、粗砂岩，说明大山口组曾经历过油气充注和富集；同时大山口组地层扇三角洲平原及前缘砂体发育，尤其是前缘楔状砂体与凹陷北部的远源辫状河三角洲前缘河道砂体在洼陷带半深湖区叠置，砂体发育规模大，形成较有利的储层发育区[22-25]，可作为该区洼陷带内新的勘探层系。

五墩凹陷位于三危山前箕状断陷盆地，具有东西狭长、南陡北缓特征，综合凹陷构造演化和沉积充填特征认为，五墩凹陷油气勘探要重视并寻找以三危山为物源的扇三角洲和湖底扇沉积，同时也要寻找来自凹陷北部及东部远源辫状河三角洲沉积。洼陷带内岩性、构造-岩性油藏和缓坡带的构造、构造-岩性油藏是重要勘探目标（图6）。

图6 五墩凹陷有利勘探目标

5 结论

五墩凹陷周缘侏罗系露头为冲积扇、扇三角洲、湖底扇、浅-半深湖相沉积，主要出露扇三角洲相、湖底扇相沉积，沉积物粒度变化较快。早侏罗世大山口组沉积受三危山边界断裂控制，早期为冲积扇-扇三角洲沉积，沉积速率快；中晚期湖平面持续上升，沉积物粒度变细，发育扇三角洲-湖底扇相沉积。三危山在燕山晚期挤压抬升及喜山期走滑挤压，造成大山口组底部冲积扇及扇三角洲平原相带地层出露地表。五墩凹陷中央洼陷带大山口组与中间沟组源岩及储层垂向叠置，横向相变连接，是潜在的油气富集区，洼陷带内岩性、构造-岩性油藏和缓坡带的构造、构造-岩性油藏是重要勘探目标。