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玛湖凹陷二叠系-三叠系沉积模式与分支河流体系演变.pdf
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1、玛湖凹陷呈现常规 非常规油气有序共生的全油气系统格局,研究储层沉积体系展布模式和优势储层分布规律是完善全油气系统理论的重要内容。以分支河流体系()沉积理论为指导,综合利用岩心、测井、地震等资料,分层段绘制玛湖凹陷二叠系 三叠系各地层组的沉积相平面分布图,总结不同地质时期的沉积模式,依据沉积相平面图定量测算 的数量规模,研究沉积体系的演变规律。结果表明,玛湖凹陷各地层组普遍发育 ,部分 入湖形成扇三角洲和河流三角洲。佳木河组具有火山岩、火山碎屑岩、碎屑岩共生的特征,主要发育冲积扇等小型 及扇三角洲沉积体系;风城组、夏子街组和乌尔禾组火山活动减弱,发育冲积扇和河流扇等类型的 ,受湖平面变化影响,沉
2、积体系类型和规模变化很大;上乌尔禾组和百口泉组主要发育粗粒砾质河流扇沉积体系;克拉玛依组和白碱滩组发育砂质巨型扇和河流扇沉积体系。类型和规模与盆地构造发育阶段和气候变化相关,随着盆地构造由压陷向挠曲和坳陷阶段演化,规模逐渐增大,由短流程冲积扇为主演变为以长流程河流扇和巨型扇为主,三角洲类型由以扇三角洲向以辫状河三角洲和曲流河三角洲演化。关键词:玛湖凹陷;二叠系;三叠系;沉积模式;分支河流体系中图分类号:文献标识码:,(,;,):(),年 月石 油 地 质 与 工 程 第 卷第 期 ,:;分支河流体系(,简称 )是从顶点呈放射状展布的分支状河流沉积。最早由 等提出 ,等指出 “通常也被称为冲积扇
3、、洪积扇和巨型扇”;同年,等 公布了对全球 个 测量的结果,并重点选择其中的 个大型 进行分析,总结了识别 的 条准则,发现 发育受盆地构造、气候以及流域大小、源区母岩性质等盆地外部因素和内部因素共同控制。概念提出之后也受到一些质疑 ,部分学者认为 等()的论文在卫星图像数据库的统计方面夸大了 分布范围,与河流扇()和巨型扇()相同,没有必要提出一个新名词。及其团队强调 是一个“集合词”,强调沉积体系的整体性和内部冲积扇、辫状河、曲流河等单元的联系性,重视河流在陆相盆地的主控作用,并撰文对学术界提出的质疑进行分析 。国内也有学者主张使用河流扇。李相博等 用河流扇的观点解释了鄂尔多斯盆地延长组“
4、满盆砂”的成因,张元福等 对国际上关于河流扇的最新进展和争议进行了系统的阐述,将 作为河流扇的同义词,认为河流扇的研究将丰富传统的沉积学认知,正在引发世界范围内对现代和古代陆相沉积体系的再认识,对古代河流扇沉积的研究将为油气储层研究提供新思路。近十年来,研究在现代沉积、露头分析、地下地质对比等领域全面展开 ,研究方法和理论成果逐渐系统化,显示其科学特质和应用价值 。二叠系和三叠系是玛湖凹陷的主力含油层系,河流是沉积物的主要搬运营力和扩散载体,河道径流将大量沉积物搬运堆积在凹陷边缘,形成了冲积扇、河流、三角洲等沉积体系,造成从砾岩到砂砾岩 砂岩 砂泥岩 泥页岩储层的有序分布格局。早期研究主要以冲
5、积扇模式指导沉积体系分析 ,年以来扇三角洲模式被广泛使用 ,但任何单一的模式都难以完整表达某一地质历史时期所形成的沉积体系特征,而且在河流与冲积扇、三角洲概念的内涵关系方面还存在概念上的冲突。本文以较新的分支河流体系理论为基础,利用岩心、测井和地震资料,分层组研究玛湖凹陷二叠系和三叠系沉积体系分布,建立基于分支河流体系的沉积模式,分析分支河流体系演变规律及其与盆地构造发展阶段的关系,为储层预测提供参考。地质概况与研究背景玛湖凹陷位于准噶尔盆地西北缘,是准噶尔盆地玛湖 漠区坳陷的次一级负向构造单元,也是准噶尔盆地最重要的含油气凹陷(图 )。玛湖凹陷经历了晚石炭纪的碰撞 成盆阶段、二叠纪盆地压陷
6、挠曲阶段、三叠纪挠曲 坳陷阶段、侏罗纪至古近纪的坳陷 沉降阶段和新近纪至第四纪的再生前陆盆地阶段 ,发育多套生储盖组合,发现了大量常规和非常规油气藏,呈现出不同类型油气藏垂向和横向有序分布的全油气系统特征 ,弄清储层沉积体系展布模式和分布规律是完善全油气系统理论的重要内容。本文采用 等 和 等 的观点,将冲积扇、河流扇、巨型扇一并纳入 的范畴(表 ),并认为:的沉积动力以河流为主,泥石流等重力流只在较小的 上出现;上发育的河流可以是辫状河,也可以是曲流河和网状河,一般为多类型河道共生。河道类型向 下游不断变化,河道弯曲度一般呈增加的趋势;终端类型众多,终止在陆上的 称为冲积扇、河流扇和巨型扇,
7、终止在静止水体后形成 三角洲,三角洲前缘水下分流河道部分为 与湖泊的过渡带,河流沉积作用与湖泊沉积作用同时存在,纳入 的范石 油 地 质 与 工 程 年第 期图 玛湖凹陷的构造位置围,其他部分与 无关。图 为本文使用的沉积模式,该模式将沉积体系内部的相带进行精细划分,展示了砂体叠置程度的变化。如果 没有携带沉积物进入水体,此时就不发育水下的湖泊体系,只发育陆上的 ,可以划分为冲积扇、河流扇和巨型扇,其内部可以划分为顶端、近端、中部、远端 个相带,不发育过渡带;如果冲积扇、河流扇和巨型扇携带了沉积物进入水体,则会发育河流沉积作用与湖泊沉积作用同时存在的过渡带,此时发育的沉积体系包括 和湖相体系,
8、可以划分为顶端、近端、中部、远端、过渡带共 个相带。延伸的范围,也就是 的半径,从沉积物扩算开来的顶点开始,到河流作用消失的界线结束,具体就是顶端 近端 中部 远端的延伸范围(如果发育过渡带,则还包括过渡带)。表 的规模和形态分类 类型半径长度 面积 表面坡度()沉积物冲积扇 粗粒沉积,重力流发育河流扇 河道沉积为主巨型扇 河道沉积为主图 沉积相带分布模式 二叠系的沉积特征与沉积模式玛湖凹陷二叠系自下而上划分为佳木河组()、风城组()、夏子街组()、下乌尔禾组()和上乌尔禾组()。?佳木河组为火山岩、火山碎屑岩、碎屑岩组成的混积层,不同岩性在垂向上交互出现 。发育的碎屑岩以砾岩为主,多为灰褐色
9、、红褐色,块状层理发育,局部见颗粒定向排列和小型交错层理,碎屑颗粒磨圆中等,分选差。沉积微相类型包括泥石流沉积、辫状河道沉积、泛滥平原洼地沉积、三角洲前缘沉积、湖泊滩坝沉积和湖相泥岩沉积,指示在频繁的湖平面升降影响下发育冲积扇等小型 及扇三角洲沉积体系(表 )。佳木河组早期在中拐凸起及克 百断裂带主要发育扇三角洲,在乌 夏断裂带以火山岩相为主。靠近西部断裂火山口以串珠式连片发育,向东依次出现近火山口相、远火山口相、扇三角洲相、湖相。张磊等玛湖凹陷二叠系 三叠系沉积模式与分支河流体系演变此阶段发育 个主要 体系,最大的 半径为 (表 )。中期乌夏地区火山活动减弱,近火山口相发育范围变小,扇三角洲
10、向湖盆方向推进明显,湖相分布范围变小,此期发育的最大 半径为 。晚期乌夏地区有较大扇三角洲发育,火山相仅在断裂附近呈条带状分布,横向上被扇三角洲切割,火山相以中心式喷发为主,火山分布范围最小,发育的最大 半径为 。表 玛湖凹陷二叠系三叠系各组岩石相、沉积微相与 发育特征组岩性主要沉积构造主要沉积微相类型 类型(数量)细砾岩、小中砾岩、大中砾岩、粗砾岩、粉砂岩、细砂岩、中砂岩、粗砂岩、极粗砂岩,泥岩、粉砂质泥岩和含砾泥岩块状层理、平行层理、交错层理辫状河道、泥石流、泛滥平原、水下分流河道、支流间湾河流扇()、冲积扇()中细砾岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩、粉砂岩、泥岩块状层理、交错层理、递变层理、平
11、行层理、小型沙纹层理、水平层理辫状河道、泛滥平原、水下分流河道、分流间湾、河口坝冲积扇()、河流扇()砂砾岩、灰色砂岩、红褐色砂岩、深灰色粉砂岩、黑色泥岩、红色泥岩交错层理、平行层理、块状层理、水平层理、波状层理、透镜状层理辫状河道、泛滥平原、水下分流河道、河口坝冲积扇(),河流扇()火山岩、大中砾岩、小中砾岩、细砾岩、极粗砂岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩、泥质云质岩、凝灰质白云岩、白云质泥岩、云质砂岩块状层理、交错层理、粒序层理、平行层理、水平层理、扰动变形辫状河道、泛滥平原、水下分流河道、分流间湾、河口坝冲积扇(),河流扇()火山岩、砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩块状层理、交错层理、平行层理、水平层
12、理辫状河道、泛滥平原、水下分流河道、分流间湾、河口坝冲积扇(),河流扇()表 玛湖凹陷二叠系主要 类型及其规模组段 类型(数量)最大半径 最小半径 平均半径 河流扇(),冲积扇()河流扇(),冲积扇()河流扇(),冲积扇()冲积扇()冲积扇(),河流扇()冲积扇(),河流扇()冲积扇(),河流扇()冲积扇()冲积扇(),河流扇()冲积扇(),河流扇()冲积扇(),河流扇()冲积扇(),河流扇()佳木河组沉积时期,火山活动在断裂带附近最为活跃,往凹陷中心逐渐过渡为碎屑沉积。在断裂带附近,继承性火山喷发形成的多旋回火山口 近火山口亚相在垂向上相互叠置,远火山口地区表现为熔岩与扇三角洲沉积的垂向叠置
13、。在斜坡带,火山碎屑岩与扇三角洲和湖泊沉积交替发育。平面上依次出现火山口 近火山口亚相、远火山口内亚相 部分扇三角洲平原亚相、远火山口外亚相 主体扇三角洲平原亚相、远火山口外亚相 扇三角洲前缘亚相(或滨浅湖亚相)、前扇三角洲亚相或浅湖 半深湖亚相,根据以上特征建立佳木河组沉积模式(图 )。图 佳木河组沉积模式?风城组岩性复杂(表 ),为一套碱湖背景下的沉积 ,与佳木河组相比,风城组火山岩发育范围及厚度变小,而且碎屑岩总体颗粒变细。沉积微相类型包括各种砾质和砂质河道沉积、河道间泛滥平原沉积、三角洲前缘沉积和分布广泛的滨浅湖相和深湖相沉积(表 ),盆地边缘以冲积扇这种小型 为主,湖平面波动导致 分
14、布范围变化很大。石 油 地 质 与 工 程 年第 期风城组早期凹陷西南部发育火山岩相 碎屑岩相,东北部以湖相为主,发育凝灰质碎屑岩,往沉积中心方向,云质岩类发育;主要发育 中部、远端以及三角洲前缘沉积,向盆地内过渡为湖相沉积,最大半径 (表 )。风城组中段时期,湖盆萎缩,气候变干旱,蒸发量变大,此时风城组白云岩、云质岩类与富有机质岩泥岩互层出现,同时发育碱性矿物;比较发育,受断层前展逆冲影响,向盆地进积,物源以西北方向为主体,最大 半径减小到 。风城组上段继承了中段时期的沉积相特征,类型仍以冲积扇为主,发育部分河流扇,入湖形成扇三角洲和河流三角洲体系,最大 半径达到 ,火山岩主要在研究区南部断
15、裂附近分布。?夏子街组发育粗粒和细粒碎屑岩(表 ),底部发育一套灰色砂砾岩,中上部为褐灰色含砾泥质细砂岩与褐灰色砂砾岩互层沉积;与风城组相比较,夏子街组黑色泥岩厚度减少,褐色和红色泥岩增加,指示湖泊面积减小,水体变浅。发育的沉积微相有辫状河道沉积、泛滥平原沉积、滨浅湖泥岩沉积、半深湖 深湖泥沉积等 (表 );与风城组相比,夏子街组沉积物粒度较粗,规模变大。夏子街组沉积体系主要以河流扇 三角洲及湖相沉积为主,物源有东、西、北三个方向,凹陷周缘主要发育有 个 ,最大 半径为 (表),靠近西部物源的沉积体系规模明显大于北部与东部沉积体系规模。研究区受湖侵作用影响,向陆退积,夏子街组整体发育一套完整的
16、向上变细的正旋回沉积序列。西部物源供给的 体系规模明显大于东部及北部;其次西部古地形坡度相对东部及北部平缓,有利于沉积物在凹陷内部广泛分布。平面上,西部物源供给的沉积体系规模展布范围大,形成河流扇 三角洲(图 )。图 玛湖凹陷二叠系夏子街组沉积模式?下乌尔禾组发育粗粒和细粒碎屑岩(表 ),同时存在氧化和还原环境。下乌尔禾组物源位置在一定程度上继承了夏子街组,发育冲积扇、河流扇等中小型 ,在其末端发育三角洲 。下乌尔禾组的沉积模式与夏子街组相似,夏子街一、二段为湖泊扩张期背景下发育的冲积扇 扇三角洲 湖泊沉积环境,物源有东、西、北三个方向,西部物源的沉积体系规模大于东部地区,共发育 个主要 体系
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