柴达木盆地北缘第三系沉积体系演化模式

邹妞妞，张大权，龙国辉，张顺存，鲁新川，姜 华，史基安

（1.甘肃省油气资源研究重点实验室/中国科学院油气资源研究重点实验室，兰州730000；2.中国科学院大学，北京100049；3.中国石油青海油田分公司勘探开发研究院，甘肃敦煌736202；4.中国石油勘探开发研究院石油地质所，北京100083）

柴达木盆地北缘第三系沉积体系演化模式

邹妞妞1，2，张大权1，2，龙国辉3，张顺存1，鲁新川1，姜 华4，史基安1

（1.甘肃省油气资源研究重点实验室/中国科学院油气资源研究重点实验室，兰州730000；2.中国科学院大学，北京100049；3.中国石油青海油田分公司勘探开发研究院，甘肃敦煌736202；4.中国石油勘探开发研究院石油地质所，北京100083）

基于柴达木盆地北缘第三系的地质背景和构造演化，结合野外露头、岩心、测井解释和地震相特征，研究了沉积相的纵横分布特征并建立了柴北缘第三系沉积体系演化模式。结果表明：盆地边缘的马北、马西和平台地区一带主要以冲积扇和辫状河沉积为主，靠近湖盆中心的南八仙、冷湖Ⅵ号和Ⅶ号、鄂博梁等地区主要发育辫状河三角洲平原或前缘相带。路乐河组（E1+2）冲积扇较为发育，辫状河相对发育；下干柴沟组（E3）主要发育辫状河和辫状河三角洲沉积，下干柴沟组下段（E13）到下干柴沟组上段（E23）是一个辫状河向辫状河三角洲演化的水进沉积序列；上干柴沟组（N1）和油砂山组（N2）发生进一步湖侵，湖盆扩张，为辫状河三角洲前缘与滨浅湖的交互沉积。在此基础上，建立了柴北缘古近纪—新近纪从物源区向盆地中心发育的冲积扇—辫状河—辫状河三角洲—湖泊沉积体系模式，并探讨了沉积体系演化过程及其油气意义。

柴达木盆地北缘；第三系；沉积体系；沉积模式；沉积相

柴达木盆地是中新生代的一个大型内陆含油气盆地，由东、西部拗陷区和北部块断带3个Ⅰ级构造单元组成。其中柴达木盆地北缘块断带位于盆地北部的阿尔金山和南祁连山前，是盆地的重点勘探区块之一，发育鄂博梁构造带、冷湖零号—Ⅶ号构造带、南八仙和马海构造[1-3]（图1）。由于北缘受盆地基底的构造变动和西端阿尔金山的一系列逆冲断裂及北面南祁连山系的右行走滑冲断推覆作用，形成了柴北缘独具特征的构造格局[4，5]。柴北缘作为柴达木盆地的三大主力油气勘探区域之一，具有良好的储油构造和广泛连续分布的盖层条件，生油前景可观，却缺乏足够的理想储集体。而研究沉积体系的演化是寻找有效的储集层分布区，实现柴北缘油气勘探突破的关键[2，6，7]。因此，研究柴北缘沉积相特征、沉积体系的演化及沉积模式具有重要的意义。

本文结合区域地质背景和气候演变，依据野外剖面、钻井岩心、测井资料和地震相特征，结合沉积相标志分析柴北缘第三系的沉积相类型及特征；通过沉积相剖面和砂体格架的空间展布及沉积相平面分布，建立沉积相模式并确定有利储集砂体，以期为该区油气勘探研究提供依据。

1 沉积背景

柴达木盆地北缘现今复杂叠合式的构造起始于印支运动，形成于燕山运动，改造于喜马拉雅期。其中柴北缘经历了2个伸展和挤压的构造旋回：古始新世末路乐河组（E1+2）的喜马拉雅早幕运动的区域应力强烈挤压和青藏高原的隆升、渐新世—中新世（E3—N1）的喜马拉雅中幕运动的继续挤压和青藏高原的持续上升，使盆地处于持续快速沉降的伸展裂陷期。上新世到第四纪（N2末—Q1+2）为挤压拗陷期，柴北缘自下而上沉积了路乐河组、下干柴沟组下段（）、下干柴沟组上段（）、上干柴沟组（N1）、下油砂山组（）、上油砂山组（）和狮子沟组（，图2）[1-6]。

前人对柴达木盆地北缘第三系的沉积相认识差别较大：金振奎认为柴北缘结绿素—红山地区第三系发育冲积扇—辫状河—湖泊沉积体系[8]。王鹏和陈吉通过对第三系下干柴沟组沉积类型研究认为柴北缘以三角洲和滨湖相为主[9，10]。李凤杰认为柴北缘冷湖地区受逆冲断层作用影响，发育冲积扇—扇三角洲—湖泊沉积体系，马海—南八仙地区受逆冲断层和古隆起的共同控制，发育冲积扇—辫状河—辫状河三角洲—湖泊沉积体系[11]。刘伟以地震相特征为依据认为柴北缘主要发育河流—三角洲—湖泊为主，部分地区发育冲积扇[12]。本文认为构造运动和气候控制沉积环境的演变，其中构造运动起主导作用，由于第三纪早期（E1+2）的强烈挤压和构造隆升，在干热气候条件下，靠近物源的北部阿尔金山和赛什腾山遭受强烈风化和剥蚀，遇到暂时性的山区洪水冲刷，在山麓处堆积，形成沉积相类型众多、相变快的冲积扇；随后的渐新世—中新世的干柴沟组（E3—N1）沉积期气候较为潮湿，降雨量增大，主要发育辫状河和辫状河三角洲沉积，尤其是潮湿气候下的辫状河三角洲平原和前缘比较发育；时代较新的上新世油砂山组（N2）处于半干旱气候条件下，主要发育滨浅湖和湖泊相[8]。

2 沉积相标志

根据柴北缘野外露头和主要取心井的岩心观察，地层的岩性特征迥异，粒度粗细变化明显，具有韵律旋回性，这是构造演化和气候变化的沉积响应，具良好的指相性。通过岩石类型、粒度和成分特征分析，路乐河组主要以冲积扇和辫状河沉积为主，靠近山前冲积扇较为发育，远离山前辫状河较为发育；下干柴沟组主要发育辫状河和辫状河三角洲沉积，时代较新的上干柴沟组和油砂山组主要是辫状河三角洲前缘与湖盆的交互沉积。

2.1 岩石学特征

通过柴北缘野外露头的观察和不同构造带20多口取心井的岩心沉积构造特征精细观察，可知柴北缘第三系岩石类型和沉积构造类型复杂多样。岩石类型主要包括砾岩、砾状砂岩、含砾砂岩、中砂岩、细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、砂质泥岩和泥岩。其中：（1）砾岩以灰色、棕红色为主，路乐河组和下干柴沟组底部分布广泛（图2），在野外路乐河剖面的狮子沟组可见大套的砾岩分布，发育于冲积扇和辫状河河道相中。（2）砾状砂岩和含砾砂岩呈灰色、棕色和黄灰色，分选差，多为次棱角状—次圆状，是组成冲积扇、辫状河、辫状河三角洲平原及前缘河道的主要岩石类型。（3）中砂岩和细砂岩呈灰色、棕色、棕红色、灰褐色及黄褐色，发育于第三系各种沉积相中。（4）粉砂岩、泥质粉砂岩、砂质泥岩和泥岩多为灰色、深灰色、棕褐色及灰黄色，是组成辫状河和辫状河三角洲及滨浅湖相的主要岩石类型，尤其是上干柴沟组泥质岩都以红色为主，反映水上暴露氧化性的沉积环境。在冷湖Ⅳ号剖面可见大型凹凸不平的底冲刷构造（图3-A），这是判别冲积扇和辫状河河床沉积的主要标志；常见辫状河和辫状河三角洲分流水道沉积的大型块状、板状（图3-B、E、G）和槽状交错层理（图3-F），也见较弱水动力条件下的波纹层理和水平层理（图3-D、I），代表分流间湾或平原的沉积。细粉砂岩和泥岩互层的同生变形构造的包卷层理（图3-C）、负载构造，是发育于三角洲前缘的特有标志[10，11]；发育于滨浅湖中的透镜状层理和脉状层理（图3-H）也较常见。

通过岩石碎屑成分分析，研究区砂岩类型主要以长石岩屑砂岩、岩屑长石砂岩为主，少量岩屑砂岩和长石砂岩。虽然不同地区不同类型的砂岩结构成熟度和含量存在差异，但岩石类型基本保持一致，如南八仙构造带（图4-A）和冷湖Ⅴ号构造带（图4-B）主要的砂岩类型都为长石岩屑砂岩、岩屑长石砂岩，这说明水动力条件较稳定和沉积环境继承与渐变。但是储集岩的粒度分布具有明显的区域性（图5）：靠近盆地边缘地带，主要指马北地区、马西地区和平台地区一带，储层主要为砾岩、砂质砾岩、含砾粗砂岩和中-粗砂岩等粗碎屑岩，发育冲积扇、辫状河等相带；靠近湖盆沉积中心的南八仙、冷湖Ⅵ号和Ⅶ号、鄂博梁等地区的储层主要由中-细粒砂岩组成，发育辫状河三角洲平原或前缘相带。通过马北Ⅷ号构造（图5-A）和冷湖Ⅴ号构造带（图5-B）岩石粒度统计可知：马北Ⅷ号构造粗碎屑岩比例较高，中粗砂岩的质量分数可达42.56%，细砂岩和砾岩平均质量分数分别为17.81%和12.5%，说明碎屑物质搬运距离较近，水动力条件较强，为典型的辫状河沉积特征；冷湖Ⅴ号构造带细粉砂和泥质含量所占比例约为80%，反映比较微弱和稳定的水动力环境，发育滨浅湖和泛滥平原沉积，这和冷湖构造靠近湖盆内部的构造位置相对应。

2.2 地震相特征

地震相是由特定地震反射参数所限定三维空间的地震反射单元，是特定的沉积相或地质体的地震响应。地震相的分布受沉积体系演化的控制，因此分析地震相对沉积相的识别具有重要意义[11-14]。本文根据地震反射终止关系，结合柴达木盆地第三纪的地质背景和岩石组合序列，在研究区的古近系与新近系地震反射剖面上可以识别出5种地震相，分别是平行、亚平行连续强地震相、亚平行较连续中强地震相、亚平行较连续弱地震相及亚平行较连续中弱地震相。各种地震相的振幅、连续性和频率都具有不同的特征，代表不同的水动力条件和沉积环境。通过研究区所识别的地震反射特征（图6）在平面上追踪了该区的沉积相类型，结合岩相组合序列，认为研究区沉积相类型具有冲积扇—辫状河—辫状河三角洲—滨浅湖的演化过程，不同层位和不同的构造带地震反射特征明显，具有明显的指相意义。

3 沉积相展布规律

3.1 沉积相特征

通过野外剖面观察、钻井剖面、沉积特征和岩性组合及地震相特征的研究，对柴北缘第三系纵横方向的沉积相进行对比研究，显示柴北缘第三系主要发育冲积扇、辫状河、辫状河三角洲相和湖泊相（图7、图8、图9）：在路乐河组和下干柴沟组下段底部沉积期，由于地壳的剧烈隆升，山体高大，物源充沛，导致冲积扇相当发育[15]；辫状河相在柴北缘第三系各个层段都不同程度的发育，是主要的辫状河沉积期，河床滞留和心滩最为发育；柴北缘砂体成因类型（图7、图8）逐渐由近缘的辫状河向下游演化为辫状河三角洲沉积，下干柴沟组上段（）主要发育辫状河三角洲沉积，并且较的沉积物的粒度明显变细（图2），反映出由辫状河—辫状河三角洲的水进沉积序列；上干柴沟组到油砂山组（N1—N2）湖盆进一步扩张，主要是滨浅湖和湖泊相的细粒沉积，同时发育辫状河三角洲平原和前缘：形成了柴达木这个大型内陆叠合盆地古近系—新近系独具特征的沉积体系组合。

从柴北缘沉积相的空间展布可明显看出，从紧邻阿尔金山和祁连山物源较近的地区以冲积扇沉积为主，向盆地中心逐渐过渡为辫状河沉积，辫状河下游演化为辫状河三角洲沉积，发育冲积扇-辫状河-辫状河三角洲相-湖泊相沉积体系，代表了一个明显湖侵和水进的过程。从研究区西北到东南向的冷湖-南八仙的连井剖面（图7、图9-A中“a-a′”）可以看出，从冷湖构造带到南八仙构造带主要发育冲积扇—辫状河—辫状河三角洲的沉积体系组合，冷四1井和冷科1井底部发育的冲积扇范围较大，东南方向的冷七1井和仙6井逐步过渡为辫状河沉积，具有明显的相带演变。而从盆地边缘到湖盆中心的横剖面（图8、图9-A中“b-b′”）可明显地看出柴北缘第三系明显的水进过程，沉积体系由冲积扇向湖盆中心逐渐演化为辫状河和辫状河三角洲的过程，反映沉积环境的继承性和渐变性，也说明沉积体系演化过程受物源和地理构造位置的影响。

3.2 沉积相平面展布

根据单井相及沉积相连井剖面的分布特征（图2、图7、图8），结合柴北缘物源和湖盆中心迁移特征，研究了沉积相平面分布特征。E1+2沉积期，研究区从东北向西南依次发育冲积扇、辫状河、辫状河三角洲平原、辫状河三角洲前缘和湖泊相沉积（图9-A）；沉积期，湖盆面积略有扩大，冲积扇范围向东北方向退却较明显（图9-B）；沉积期与沉积期相比，湖盆面积也略有扩大，冲积扇完全萎缩，在研究区已不发育；N1和沉积期，研究区从东北向西南主要发育辫状河三角洲前缘和平原沉积，辫状河相零星发育（图9-C）；沉积期发生进一步的湖侵，湖岸线进一步扩张，辫状河三角洲前缘十分发育，砂体厚度同沉积期相比变化不大，但三角洲平原平面分布明显较小，辫状河只在靠近山前且水动力较强的陡坡处发育（图9-D）。总体上，从柴达木盆地北缘的物源山系到湖盆中心，砂地比逐渐变小，西北方向冷湖Ⅳ号、Ⅴ号构造带的砂地比变小较快，这与沉积相的剖面特征相类似[16]。从平面特征看，整个柴北缘滨浅湖沉积的范围是逐渐增大的，反映了一个水进的沉积序列，北缘近物源山系的朵叶状冲积扇，随着季节的更替，降雨量增加，湖盆的湖岸线进一步扩大，过渡为辫状河和辫状河三角洲及滨浅湖沉积。这些沉积相均呈环带状依次排列，说明水动力比较稳定。由于构造演化，第三纪沉积期地形较为平缓，从盆地边缘至沉积中心是由冲积扇→辫状河→辫状河三角洲→滨浅湖组合而成。同时也可根据沉积岩性和粒度的变化特征可看出柴北缘周期性洪水期和枯水期的沉积演化特点[17]。

3.3 沉积体系演化

柴达木盆地北缘侏罗纪末期受构造运动抬升后，长期风化、剥蚀、夷平，地势差异不大[18]。古近纪初由于周边老山的隆升使盆地整体下沉接受沉积，在柴达木盆地北缘大范围内都发育古近系，其中古始新世沉积早期（E1+2）主要沉积了一套河流相碎屑岩，来自北部的物源充足，山体高大，以山前冲积扇沉积为主；渐新世（E3）山体高差变小，物源供应稳定，加之此时发生快速湖侵，这一时期研究区北部盆地边缘地区主要发育辫状河沉积，向南则过渡为辫状河三角洲沉积，盆地沉积中心区域发育滨浅湖相和前三角洲相的泥岩或粉砂质泥岩（图10-A）；新近纪中新世-上新世（N1-N12）盆地沉积中心由西向东逐步迁移，地形坡度逐渐变缓，湖盆水体面积及沉积范围显著扩大，由于辫状河三角洲的发育，平面上的三角洲前缘砂体与滨浅湖砂体广泛连片相互交叠，前缘席状砂和河口砂坝十分发育（图10-B）[19]。从野外剖面和钻井岩心特征看（图1、图3），柴北缘大部分地区各沉积相带较清楚，易于辨别，沉积特征鲜明，各沉积相呈带状从山前到盆地中心依次为冲积扇—辫状河—辫状河三角洲—湖泊。

4 结论

a.柴北缘第三系发育砾岩、砂岩和泥岩为主的碎屑岩沉积，粗碎屑岩和细碎屑岩不等厚交互沉积，主要发育冲积扇相、辫状河相、辫状河三角洲相和湖泊相，各沉积相从盆地边缘到盆地沉积中心呈环带状分布，沉积体系为冲积扇—辫状河—辫状河三角洲—湖泊组合。该模式的建立为柴北缘第三系优良储层的预测及湖盆区勘探部署提供了新思路。

b.通过对柴北缘岩性特征、沉积相空间展布规律和沉积体系演化过程的研究，认为上干柴沟组、下干柴沟组和油砂山组应为第三系目的勘探层段，冲积扇、辫状河等相带的砾岩、含砾砂岩、粗砂岩等较粗碎屑岩和辫状河三角洲平原或前缘相带的中细砂岩等较细碎屑岩是有利储集岩，与侏罗系的煤系烃源岩和第三系多套连续泥岩盖层有效匹配，形成良好的油气藏。

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Sedimentary system evolution of Tertiary reservoirs in northern Qaidam Basin，China

ZOUNiu-niu1，2，ZHANGDa-quan1，2，LONGGuo-hui3，ZHANGShun-cun1，LUXin-chuan1，JIANG Hua4，SHI Ji-an1
1.Key Laboratory of Petroleum Resources，Gansu Province/Key Laboratory of Petroleum Resources Research，Institute of Geology and Geophysics，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou730000，China；2.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing100049，China；3.Research Institute of Exploration and Development，PetroChina Qinghai Oilfield Company，Dunhuang736202，China；4.PetroChina Institute of Petroleum Exploration ＆Development，Beijing100083，China

Based on the Tertiary geological setting and tectonic evolution of the northern Qaidam Basin in China，combined with the outcrop，core，well log interpretation and internal seismic reflection structure，this paper establishes the sedimentary system evolution model of Paleogene and Neogene and studies the transversal-longitudinal distribution characteristics of the sedimentary facies.The results reveal that in the Mabei，Maxi and Pingtai regions on the edge of the basin，there mainlydevelop alluvial fans and braided rivers，and in Nanbaxian，LenghuⅥandⅦ，Eboliang near the center of the lake basin，there develop the braided river delta front and braided river delta plain.In Lulehe Formation（E1+2），alluvial fans relatively develop，and braided rivers comparatively develop. In Xiaganchaigou Formation（E3），the braided river and braided river delta exist extensively，and from Lower Xiaganchaigou Formation（E13）to Upper Xiaganchaigou Formation（E23），there is the sedimentary sequence from braided river evolving towards braided river delta.Then in Shangganchaigou Formation（N1）and Youshashan Formation（N2），there occur further lake invasion and lake basin expansion，and the sedimentary system here is the braided river delta front alternating with the shallow lake.On this basis，this paper sets up the Tertiary sedimentary system model of the northern Qaidam Basin in which the alluvial fan-braid braided river-braid braided river delta-lacustrine facies develop from the source area to the basin center，and discusses the sedimentary system evolution process and hydrocarbon significance.

Northern Qaidam Basin；Tertiary；sedimentary system；sedimentary model；sedimentary facies

TE121.3

A

10.3969/j.issn.1671-9727.2015.02.02

1671-9727（2015）02-0149-10

2014-02-22。

中国科学院油气资源研究重点实验室开放基金资助项目（KFJJ2012-05）。

邹妞妞（1989-），女，博士研究生，研究方向：沉积学、石油地质学，E-mail：niuniu9728＠126.com。