柴达木盆地西南部重力流沉积特征及其沉积模式研究

杨 柳 郑希民 易定红 王 朴 杨 平

(1. 国土资源部页岩气资源勘查重点实验室， 重庆 400042；2. 重庆市页岩气资源与勘查工程技术研究中心， 重庆 400042；3. 中国石油勘探开发研究院西北分院， 兰州 730020；4. 中国石油青海油田分公司勘探开发研究院， 甘肃 敦煌 736202)



柴达木盆地西南部重力流沉积特征及其沉积模式研究

杨 柳1，2郑希民3易定红3王 朴3杨 平4

(1. 国土资源部页岩气资源勘查重点实验室， 重庆 400042；2. 重庆市页岩气资源与勘查工程技术研究中心， 重庆 400042；3. 中国石油勘探开发研究院西北分院， 兰州 730020；4. 中国石油青海油田分公司勘探开发研究院， 甘肃 敦煌 736202)

根据野外露头、岩心观察和测井分析，在柴西南古近纪发现浊流和碎屑流2种重力流沉积。碎屑流以湖底扇的形式发育于山前滨浅湖带；浊流以浊积扇形式发育于半深湖中，这2种重力流在盆缘交替沉积。该区重力流沉积分为陡坡欠补偿型和缓坡过补偿型，前者形成近岸湖底扇+碎屑流 — 浊积扇沉积组合，后者形成扇三角洲 — 浊积扇沉积组合。

柴达木盆地； 重力流； 浊流； 碎屑流

沉积物重力流的浊流经典模式于20世纪50年代被提出[1]，但自70年代以来许多学者才加以重视，公开发表了大量有关沉积物重力流的研究成果[2]。在这些理论的指导下，先后在辽河盆地、渤海湾盆地、鄂尔多斯盆地、塔里木盆地和南襄盆地发现了与重力流沉积有关的油气藏[3]。目前，关于柴达木盆地重力流的研究仅限于对湖底扇和浊积扇等重力流沉积体的简单描述，缺少对重力流沉积的系统研究，只是初步提出了滑塌浊积扇的概念，认为地震是触发浊积扇形成的因素之一[4]。本次研究通过野外露头和岩心观察、测井相分析、连井剖面分析，详细描述了柴达木盆地西南部重力流的沉积特征，建立了重力流沉积模式，为岩性地层油气藏的勘探提供理论依据。

1 地质背景

柴达木盆地是我国西部重要的含油气盆地。柴达木盆地西部可分为一里坪凹陷、大风山构造带、油北凹陷、油泉子构造带、英雄岭凹陷、尕斯凹陷和祁北构造带7个二级构造单元[5](见图1)。本次研究区位于英雄岭凹陷和尕斯凹陷，该区在古近纪时期为走滑拉分盆地[6-9]，沉积碎屑沿较陡的阿尔金斜坡进入盆地，为重力流沉积的形成提供物质基础和水动力条件[10]。阿尔金断裂带活动的多期性、阶段性、局部性和不同步性[11]导致地质背景复杂，重力流沉积特征既复杂又独具特点。

图1 柴达木盆地西部地区构造单元划分图

柴达木盆地西南区是目前盆地的主力产油区。该地区揭露的主要地层包括新近系的狮子沟组N23、上油砂山组N22、下油砂山组N21、上干柴沟组N1和古近系的下干柴沟组上段E32、下干柴沟组下段E31和路乐河组E1+2[12]。柴达木盆地西部第三系是该盆地目前发现油气储量最多、产量最高的地区和层位[13]，该区主要生油层为盐湖相的下干柴沟组E3、上干柴沟组N1中的暗色泥页岩[14]。柴达木盆地西南区主力生油层为下干柴沟组上段E32，其次为下干柴沟组下段E31和上干柴沟组N1，大部分油田赋存于下干柴沟组下段E31，其余油田分布于下油砂山组N21、上干柴沟组N1、路乐河组E1+2和基岩中。截至目前，柴西南构造圈闭油藏勘探程度较高，岩性地层油藏勘探刚刚起步，尤其是下干柴沟组下段E31和下干柴沟组上段E32岩性圈闭油藏勘探还没有实质性突破。本次研究的重力流沉积主要集中在下干柴沟组E3。在下干柴沟组E3时期，有 2套有效的烃源岩，分别位于下干柴沟组上段E32和下干柴沟组下段E31。

2 重力流沉积特征

2.1 西岔沟重力流沉积特征

西岔沟地区位于柴达木盆地西北端阿尔金山和昆仑山山系的交汇部位阿尔金山南麓，著名的干柴沟断鼻构造西南翼，是柴达木盆地新生代岩石地层单元建组剖面所在地，厚度4 500 m[15]。西岔沟剖面下干柴沟组上段E32发育4套重力流沉积，见图2。经过实地观察，重点描述下部3套储层。

图2 西岔沟剖面重力流沉积

2.1.1 重力流的岩石学特征

根据镜下分析可知，西岔沟剖面岩石主要由石英和长石组成，含部分岩屑和少量泥质，普遍较为致密，粒径为0.05～0.30 mm，最大粒径可达0.70 mm，属于细砂岩，以岩屑长石砂岩、长石砂岩为主。岩石颗粒分选中等 — 差，呈次棱角状，以点接触、孔隙式胶结为主。上述特征表明，在西岔沟剖面下干柴沟组上段E32观察到的砂岩成分成熟度和结构成熟度较低，为快速混杂堆积的产物。

根据西岔沟样品粒度分析，可将其粒度曲线分为2种类型：一类是“低斜多段式”，粒度曲线由多条低短直线段组成，粒度区间跨度较大，反映重力流能量不稳定的特点，重力流尾部曲线斜率大于重力流底部曲线斜率，反映重力流后期能量衰减并向牵引流转化，沉积物分选有变好的趋势；另一类是“宽缓上拱形”，曲线表现为向上略微拱起的宽缓曲线，粒度区间跨度较大，滚动总体不发育，跳跃总体含量较少，悬浮总体占绝对优势，表现出重力流的典型特征[16]。

2.1.2 重力流的2种流态

根据西岔沟剖面野外观察，在E32段上部发现了4套湖底扇成因地层(见图2)，每套湖底扇均为重力流成因，并由浊流和碎屑流组成。这2种流态大体上交替出现，但在不同层位所占比重不同，出现的先后顺序也不同。

(1) 浊流特征。浊流是一种具牛顿流变性质和紊乱状态的沉积物重力流，其沉积物支撑机制是湍流。浊流沉积具正粒序韵律结构，底部为突变接触而顶部为渐变接触[16]。

粒序层理是浊积岩最基本的特征，一般为正粒序层理，它反映出浊流的悬浮搬运和递变悬浮沉积的特点[17]。西岔沟剖面见黄灰色、蓝灰色、灰色细砾岩，以均匀层理为主(A段)；黄灰色、浅灰色粗砂岩、细砂岩，局部可见斜层理，缓波状层理，以正粒序为主(B段)；棕灰色泥灰岩和2层粉砂质泥岩，在粉砂质泥岩中见一小型正断层，断层上盘发育揉皱构造，下盘发育包卷构造(C段)；黄灰色颗粒灰岩，标志着一套重力流沉积的结束，常发育在顶部(E段)。该区域为典型浊流沉积，常见鲍玛序列组合为AB段、ABCE段(见图3)。

(2) 碎屑流特征。碎屑流沉积一般具上、下2层韵律结构：下部发育具平行碎屑结构的层流段；上部发育具块状层理的“刚性”筏流段，由未固结的沉积物再次搬运形成，是一种具塑性流变性质和层流流动状态的沉积物重力流，其沉积物支撑机制主要是基质强度和颗粒间的摩擦强度[16]。

图3 鲍玛序列组合形式及其构造

西岔沟剖面见反粒序，底部为黄灰色钙质粉砂岩，含钙质结核，均匀层理；中部为浅灰色细砂岩，含中粗砂岩，表面风化色为褐色，裂缝见石膏充填，单层厚1～2 mm；顶部为灰白色细砾岩，含砾粗砂岩，细砾岩呈透镜状，见块体搬运，均匀层理，与下伏地层突变接触，即发育碎屑流。其上部具块状层理并见反粒序的“刚性”筏流段，未见下部层流段发育。

2.1.3 重力流组合

根据西岔沟剖面重力流特征分析，该剖面发育浊流和碎屑流2种重力流沉积类型，它们在纵向上的组合形式可以反映出当时的沉积环境。对西岔沟剖面前3套重力流沉积观察后可将其划分为下浊流上碎屑流组合、下碎屑流上浊流组合。

西岔沟剖面观察到的第1套重力流沉积下部，由2个正旋回和反旋回组成，为下浊流上碎屑流组合。根据分析，2个正旋回为浊流沉积，反旋回为碎屑流沉积(见图4a方框内)。第2套重力流沉积中重力流组合由下部反旋回的碎屑流沉积和上部正旋回的浊流沉积组成(见图4b方框内)。

图4 西岔沟剖面重力流沉积岩性柱状图

浊流的沉积是在其能量不断降低、流速不断减小的情况下，通过悬浮沉积物的逐粒降落产生的。该段浊流由下向上依次为细砾岩、粗砂岩、细砂岩，粗粒、细粒部分在沉积期间依照各自的降落速度分别沉降，所以，其沉积具有正粒序特征和上部渐变的接触关系。碎屑流沉积是在以重力为动力的前提下，受到外力作用包括分散压力、上浮力、基质强度及有阻碍沉降等内在的多种机制[16]，使沉积物内部发生搅动，使得细粒沉积物沉积在下部，粗粒沉积物沉积于上部，构成反旋回。

2.2 测井相特征

2.2.1 湖底扇

通过对比西岔沟剖面与柴深3井，在柴深3井1 105 — 1 144 m处发育湖底扇内扇碎屑流沉积(见图5)。底部为深灰色灰质泥岩，顶部为白色砾状砂岩夹薄层深灰色泥岩。自然伽马曲线和电阻率曲线表现为部分低幅微锯齿状漏斗形，反映了碎屑流沉积下细上粗的反旋回特征。

2.2.2 浊积扇

在狮24井4 210 — 4 252 m处发育浊积岩层(图6a)，下部由下向上发育砾岩、粉砂岩、灰质泥岩并夹薄层泥岩，自然伽马曲线和电阻率曲线表现为中低幅锯齿状钟形和微齿状钟形，显示鲍玛序列AB段。上部由下向上发育砾岩、砂岩、粉砂岩、砂质泥岩，自然伽马曲线和电阻率曲线表现为中低幅锯齿状钟形和微齿状钟形，显示鲍玛序列ABCD段特征。

狮20井下干柴沟组下段E31发育半深湖亚相浊积岩，岩性主要以灰色或深灰色粉砂岩、泥质粉砂岩、灰质泥岩、泥岩为主，见白色砾岩段。自然伽马曲线表现为部分低幅细锯齿状，泥岩基线出现中到低幅指形曲线组合和低幅箱形曲线形态，说明浊积岩中泥质含量较高，以细粒沉积物为主。自然电位曲线较为平直，局部为微凸起状，反应浊积岩泥质含量高，具低孔低渗的特征，主要以正粒序为主，为鲍玛序列的ADE段(见图6b)。

2.3 连井剖面沉积相特征

设计西岔沟 — 柴深3井 — 柴6井 — 狮20井连井剖面，根据岩性、测井曲线以及层序地层学理论，划分出了该连井剖面的沉积相图。

图6 浊积扇沉积微相图

在下干柴沟组上段E32时期，整体为退积沉积层序。下部层序从盆缘到盆地中央依次发育灰色或黄色砾岩、砂砾岩，灰色砂岩、泥质粉砂岩与深灰色灰质泥岩互层，灰色灰质泥岩、砂质泥岩、泥岩夹薄层泥灰岩或者及其互层，灰色泥质粉砂岩、灰质泥岩、泥岩互层并夹岩盐、石膏、芒硝。上部层序从盆缘到盆地中央依次发育灰色砾岩夹杂色或黄色砂岩、棕红色粉砂岩，薄层灰色砂质泥岩、泥岩，灰色砾岩、砂砾岩、砂岩夹薄层灰色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩、泥灰岩，灰色灰质泥岩、砂质泥岩、泥岩互层，灰色粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、灰质泥岩、泥岩互层并夹岩盐、石膏、芒硝。西岔沟剖面和柴深3井上部发育湖底扇，位于E32上部层序靠近盆缘一端。下部层序依次发育扇三角洲平原、扇三角洲前缘，柴6井的中部发育前扇三角洲，柴6井上部和底部、狮20井全段发育半深湖(见图7)。西岔沟野外露头观察到的重力流沉积就位于该剖面湖底扇的上段。在下干柴沟组下段E31时期，下部层序从盆缘到盆地中央依次发育灰色或棕红色砂砾岩、灰色砂岩与灰色泥质粉砂岩互层，厚层白色砾状砂岩、褐色或棕红色砂岩夹褐色泥岩、灰色或棕红色泥质粉砂岩，褐色或白色砾岩、褐色或棕色细砂岩、褐色或棕红色泥岩，薄层白色砾岩、粗砂岩、灰色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、灰质泥岩、泥岩互层。上部层序从盆缘到盆地中央依次发育砂岩、粉砂岩、泥岩夹薄层砂砾岩，褐色砂岩、灰色泥质粉砂岩、褐色泥岩和深灰色灰质泥岩，棕红色砂质泥岩、泥岩，薄层白色砾岩、深灰色粉砂岩、灰色砂质泥岩、灰质泥岩、泥岩。西岔沟剖面、柴深3井和柴6井从下向上依次发育扇三角洲平原、扇三角洲前缘、前扇三角洲、半深湖和扇三角洲前缘，狮20井全段发育半深湖，在半深湖中浊积扇比较发育(见图7)。

2.4 重力流沉积相平面展布特征

根据西岔沟野外露头剖面、实验室微观资料、单井资料以及连井剖面沉积相图，可预测出重力流沉积在平面上的分布规律(图8)。在下干柴沟组下段E31，湖平面水位相对较浅，在阿尔金山山前滨湖和浅湖中分别发育扇三角洲平原亚相和扇三角洲前缘亚相。在下干柴沟组上段E32，随着水位的加深，湖泊开始扩张，位于浅湖中的扇三角洲前缘亚相和湖底扇相很快就相变为较深湖的湖底扇相沉积。在下干柴沟组E3时期，扇三角洲前缘或湖底扇的碎屑沉积物在重力作用下沿斜坡滑动进入半深湖沉积，形成透镜状的浊积扇。

3 重力流沉积模式

柴达木盆地西部在古近纪为弱断陷阶段的伸展断陷盆地，湖泊在路乐河组E1+2时期开始发育，在下干柴沟组下段E31时期扩张，在下干柴沟组上段E32时期到最大湖泛，同时碎屑岩充填沉积相应呈整体退积趋势，碎屑量由过补偿转变为欠补偿，这种碎屑含量的变化控制重力流沉积体的规模，影响重力流的流态。

图7 下干柴沟组E3连井剖面沉积相图

图8 柴达木盆地西南部下干柴沟组E3沉积相平面分布图

古近纪时期走滑拉分盆地的盆缘较陡，同时在湖泊发展、扩张时期，湖面升降幅度较大，往往使扇三角洲前缘亚相很快相变为较深湖亚相的湖底扇相沉积[16]。在浅湖环境和碎屑密度较大的情况下容易形成碎屑流沉积，在半深湖环境和碎屑密度较小的情况下容易形成浊流，从而导致碎屑流与浊流的交替出现。在盆地内部半深湖中，沉积坡度变缓，滑塌 — 运移作用的发生需要相对足够的碎屑补给量及较低的密度，因此更容易形成浊流沉积。

综上所述，将该区重力流沉积模式分为缓坡过补偿型和陡坡欠补偿型(见图9)。在下干柴沟组下段E31时期，为缓坡过补偿型重力流沉积模式：半深湖中浊积扇十分发育，形成扇三角洲 — 浊积扇沉积组合。在下干柴沟组上段E31时期，为陡坡欠补偿型重力流沉积模式：在阿尔金山山前七个泉和干柴沟一带的滨浅湖亚相发育湖底扇，随着湖水的加深，在半深湖中发育浊积扇，形成近岸湖底扇+碎屑流 — 浊积扇沉积组合。

图9 柴达木盆地西南部重力流沉积模式

无论在盆缘区还是在半深湖区，重力流沉积形成的浊流砂体和碎屑流砂体都是物性较好的储层，这些储层多为透镜状，被泥岩包围形成良好的储盖组合。尤其在半深湖烃源岩发育区，形成自生自储的“三明治”式生储盖结构，岩性地层圈闭条件较好，是油气勘探的重要目标。

4 结 语

(1) 在西岔沟剖面下干柴沟组上段E32层位的湖底扇中，发现浊流和碎屑流2种重力流，二者交替叠置，其有2种组合形式，即下部浊流+上部碎屑流组合、下部碎屑流+上部浊流组合。

(2) 碎屑流沉积体主要为湖底扇，分布于盆缘浅湖 — 半深湖区；浊流沉积体主要为浊积扇，分布于半深湖区，靠近盆缘与碎屑流组合沉积形成湖底扇。

(3) 重力流沉积模式分为缓坡过补偿型和陡坡欠补偿型，重力流沉积体岩性地层圈闭条件较好，是油气勘探的重要目标。

[1] 鲜本忠,万锦峰,姜在兴,等.断陷湖盆洼陷带重力流沉积特征与模式:以南堡凹陷东部东营组为例[J].地学前缘(中国地质大学)，2012,19(1):121-134.

[2] 辛仁臣,王英民,冯志强,等.松辽盆地中央坳陷区西部重力流沉积特征及其成因模式[J].地球学报，2003，24(增刊1)：58-63.

[3] 王旭丽,周江羽,马良,等.伊通盆地岔路河断陷重力流沉积特征及油气勘探意义[J].石油实验地质,2008,30(1)：26-31.

[4] 石亚军,陈武杰,曹正林,等.柴达木盆地西南区震积岩的发现及其引发的勘探启迪[J].地质学报,2009，83(8):1178-1187.

[5] 戴俊生,叶兴树,汤良杰,等.柴达木盆地构造分区及其油气远景[J].地质科学，2003，38(3):413-424.

[6] 丁文龙,王燮培,李衍达,等.柴西地区尕斯断陷同生逆断裂构造特征与形成演化[J].石油与天然气地质，2004，25(6)：634-638.

[7] 刘海涛，马立祥，葛肖虹，等.阿尔金断裂的研究现状及其控油意义[J].西安石油学院学报(自然科学版)，2003，18(6):5-8.

[8] 王金荣，黄华芳.柴达木盆地断裂构造效应[J].兰州大学学报(自然科学版)，1994，30(4)：116-121.

[9] 王桂宏，李永铁，张敏，等.柴达木盆地英雄岭地区新生代构造演化动力学特征[J].地学前缘(中国地质大学)，2004，11(4)：417-422.

[10] 张跃中，张敏，马富强，等.柴达木盆地西部阿尔金斜坡地区盆山演化与油气勘探[J].石油地质，2006，11(6)：26-32.

[11] 易定红，曹正林，裴明利，等.柴西阿尔金斜坡古近纪和新近纪沉积演化特征[J].新疆石油地质，2010，31(5)：474-476.

[12] 康永尚，邱楠生，吴文旷，等.柴达木盆地西部油气成藏流体动力系统分析[J].石油学报，2000，21(5)：12-15.

[13] 黄杏珍，邵宏舜，顾树松.柴达木盆地的油气形成与寻找油气田方向[M].兰州：甘肃科学技术出版社，1993:23-24.

[14] 金强，查明.柴达木盆地西部第三系蒸发岩与生油岩共生沉积作用研究[J].地质科学，2000，35(4):465-473.

[15] 宋华颖，伊海生，范爱春，等.柴达木盆地西部西岔沟剖面湖相碳酸盐岩岩石学特征与沉积环境分析[J].中国地质，2010，37(1):117-126.

[16] 高红灿，郑荣才，魏钦廉，等.碎屑流与浊流的流体性质及沉积特征研究进展[J].地球科学进展，2012，27(8)：815-827.

[17] 李文厚，邵磊，魏红红，等.西北地区湖相浊流沉积[J].西北大学学报(自然科学版)，2001,31(1):57-61.

Sedimentary Characteristics and Depositional Model of Gravity Flow in Southwestern Qaidam Basin

YANGLiu1,2ZHENGXimin3YIDinghong3WANGPu3YANGPing4

(1. Key Lataratory of Shale Gas Exploration, Ministry of Land and Resources, Chongqing 400042, China; 2. Chongqing Engineering Research Center for Shale Gas Resource & Exploration, Chongqing 400042, China; 3. Northwest Branch, Research Institute of Petroleum Exploration and Development, Petrochina, Lanzhou 730020, China; 4. Research Institute of Petroleum Exploration and Development, Qinghai Oilfield Company, Petrochina, Dunhuang Gansu 736202, China)

In this paper, based on outcrop observation, core observation and well logging analysis, two types of gravity flow deposits were found, including the turbidity and debris flow in Paleogene in the Southwest of Qaidam Basin. Debris flow developed in piedmont shore shallow lake in the form of sublacustrine fan, while turbidity current developed in half deep lake in the form of turbidity fan. The two kinds of gravity flow deposited alternately at the basin edge. Gravity flow depositing in the area can be divided into steep under-compensation and gentle slope compensation. The former formed sedimentary combination of near-shore sublacustrine fan, debris flow and turbidity fan, while the latter formed sedimentary combination of a fan-delta and turbidity fan.

Qaidam Basin; gravity flow; turbidity current; debris flow

2016-04-12

中国石油天然气股份有限公司柴达木盆地二期专项“柴达木盆地建设千万吨油气田综合配套技术研究”课题一“柴达木盆地石油勘探领域评价与目标优选”(2011E-0301)

杨柳(1989 — )，男，硕士，工程师，研究方向为石油地质沉积学。

P618.13

A

1673-1980(2016)05-0014-06