玛湖凹陷大型浅水退覆式扇三角洲沉积模式及勘探意义

唐勇，徐洋，李亚哲，王力宝

扇三角洲是在1965年由Holmes提出来的概念，一直以来扇三角洲被认为是在陡坡近水环境下沉积形成的，其特点是物源近、粒度粗、分选差，并形成了多种扇三角洲的模式分类：按坡度分类的牙买加模式（斜坡型）、阿拉斯加模式（陆架型）和吉尔伯特模式[1]；按发育位置分类的靠山型模式与靠扇型模式[2]；按前缘改造程度分类的河控型、浪控型和潮控型[3]，这些研究推进了对扇三角洲沉积的认识。也有学者提出深水三角洲与浅水三角洲[4-5]，继而有学者对浅水三角洲提出更细致的分类[6-11]，其中包括浅水扇三角洲。前人总结浅水三角洲发育条件是稳定的构造背景、湖盆面积大、坡度缓、物质供应充足等；沉积特点是分流河道砂体分布面积广、厚度大、粒度粗、沉积水动力强，河口坝微相砂体不发育，并且缺乏传统三角洲三层式结构等特征[9]。

近年来，准噶尔盆地玛湖凹陷及其周缘地区下三叠统百口泉组和上二叠统上乌尔禾组在油气勘探方面取得重大突破，认为百口泉组和上乌尔禾组属于扇三角洲沉积，但与传统扇三角洲不同，沿凹陷边缘形成多个扇群，规模大、延伸远，砂砾岩储集体呈现满凹分布格局。在何种古地理背景与沉积条件下能形成如此巨大规模的扇三角洲沉积体系？同时，为何同为退覆式扇三角洲沉积的百口泉组和上乌尔禾组能大面积成藏？此类沉积与大面积含油有何内在联系？针对这些地质问题，本文在前人研究基础之上，依据岩心、测井和地震等资料，研究玛湖凹陷古构造、古地理背景和演化过程，在此基础上，建立了大型浅水退覆式扇三角洲沉积模式，分析该类型扇三角洲与大规模油气成藏的关系，以期为粗粒储集体的油气勘探提供依据。

1 百口泉组和上乌尔禾组大型扇三角洲沉积特征

准噶尔盆地西北缘百口泉组和上乌尔禾组都发育厚层砂砾岩储集体，百口泉组岩性主要为褐红色、灰色砾岩、砂砾岩等，少量灰色含砾砂岩、细砂岩，厚度140～240 m；上乌尔禾组岩性主要为砂砾岩、含砾中粗砂岩、中-细砂岩、粉砂岩和泥岩，颜色以灰色、深灰色为主，极少数为褐色，厚度为27～311 m.百口泉组和上乌尔禾组自下而上均粒度变细、砂砾岩含量逐渐减少，具湖侵退积沉积序列的特征。

在地层接触关系上，百口泉组与下伏二叠系之间、上乌尔禾组与其下伏地层之间均为不整合接触。与百口泉组相比，上乌尔禾组分布范围较小（图1）。

图1 玛湖凹陷及其周缘地区百口泉组和上乌尔禾组分布

1.1 百口泉组和上乌尔禾组发育扇三角洲沉积相

百口泉组和上乌尔禾组均发育暗色湖相泥岩和红褐色泥岩，反映水上、水下2种沉积环境，粗碎屑沉积物以砾岩和砂砾岩为主，说明了近源特点。

参考岩石颜色、粒度、沉积构造、砾石支撑形式等因素，将百口泉组和上乌尔禾组岩心划分出13种岩相，包括泥杂基支撑漂浮砾岩相（Gmz）、块状砾岩相（Gm）、多级颗粒支撑砾岩相（Gcm）、砂质支撑砾岩相（Gms）、粒序层理砾岩相（Gg）、叠瓦状砾岩相（Gi）、同级颗粒支撑砾岩相（Gcs）、交错层理砾岩相（Gt-p）、交错层理砂岩相（St-p）、块状砂岩相（Sm）、波状层理砂岩相（Sw）、灰色泥岩相（Mmh）和褐色泥岩相（Mmr）。其中，泥杂基支撑漂浮砾岩相、块状砾岩相和褐色泥岩相岩石颜色为杂色或褐色，反映了氧化沉积环境，即扇三角洲平原水上沉积；交错层理砾岩相、砂质支撑砾岩相、交错层理砂岩相、波状层理砂岩相和灰色泥岩相的岩石颜色多为灰白色或灰色，反映了还原沉积环境，即扇三角洲前缘水下沉积。

从发育的岩相类型分析，存在3种流体搬运机制。其中泥杂基支撑漂浮砾岩相和块状砾岩相反映为碎屑流沉积，流体性质为层流，主要为悬浮搬运方式；多级颗粒支撑砾岩相、砂质支撑砾岩相、粒序层理砾岩相和叠瓦状砾岩相反映高密度洪流性质，处于碎屑流向牵引流过渡类型；同级颗粒支撑砾岩相、交错层理砾岩相、交错层理砂岩相、块状砂岩相和波状层理砂岩相反映稳定水动力条件下牵引流沉积，流体性质为湍流，主要为底负载搬运方式。

不同的岩相类型是单一沉积作用或沉积过程的产物，通过岩相叠置和变化关系可以判断沉积环境。总体上，百口泉组和上乌尔禾组呈现了扇三角洲沉积序列的特征，可以划分出扇三角洲平原辫状河道、河道间和泥石流，扇三角洲前缘水下分流河道、碎屑流、远砂坝和分流间湾共7种沉积微相类型（图2）。

1.2 扇三角洲前缘砂砾岩分布范围广，延伸距离远

百口泉组和上乌尔禾组在玛湖凹陷及其周缘地区发育多个大型扇三角洲，扇体规模不一，扇三角洲平原亚相向湖区方向延伸较远，各相邻扇体前缘相带在凹陷斜坡区交互叠置。

百口泉组发育中拐—车排子、克拉玛依、黄羊泉、夏子街、夏盐—达巴松和石西6个扇体（图3）。其中黄羊泉扇扇三角洲平原亚相主要分布于百75井以北，扇三角洲前缘亚相分布范围较大，南部一直延伸到玛中1井区，进入了玛湖凹陷的腹部地区，可能与东部夏盐—达巴松扇在凹陷中心交会，东部与夏子街扇在玛101井一带交会，西部则延伸到艾参1井，与克拉玛依扇交会。与百口泉组相比，上乌尔禾组沉积范围在玛湖凹陷南斜坡，主要包括中拐—车排子、克拉玛依、白碱滩和达巴松4大扇体，同样呈现扇体规模大、前缘亚相砂砾岩延伸远的特征（图4）。

百口泉组和上乌尔禾组均表现为砂砾岩大面积连续分布的特征，形成了与中国东部断陷湖盆陡坡扇三角洲不一样的沉积模式，这与该时期独特的地质条件密切相关。

2 大型浅水退覆式扇三角洲形成条件

玛湖凹陷及其周缘地区百口泉组和上乌尔禾组砂砾岩具有大面积分布格局与其特定的地质条件相关，主要包括3个方面的地质条件。

图2 玛湖凹陷斜坡区百口泉组和上乌尔禾组扇三角洲沉积微相与岩相特征

图3 玛湖凹陷及其周缘地区百口泉组沉积相

2.1 断坳转换期充足物源和稳定水系持续建造

图4 玛湖凹陷及其周缘地区上乌尔禾组沉积相

玛湖凹陷处于准噶尔盆地西北缘的山前坳陷，经历了早二叠世前陆盆地阶段，在中—晚二叠世，冲断带碰撞活动达到顶峰后前陆盆地开始缩减，二叠纪末构造环境转为板内挤压阶段，三叠纪早期的印支运动期仍以挤压推覆为主，但盆地内基底断裂以及盆山之间的断裂开始逐渐稳定，活动逐渐变弱，形成了坳陷盆地。因此，晚二叠世至早三叠世为前陆盆地冲断和坳陷盆地转换时期（图5），受推覆挤压影响，西部隆起、陆梁隆起持续隆升，为玛湖凹陷提供了充足的物源。

同时，在盆地推覆挤压过程中，盆地内各推覆单元之间形成了剪切走滑断裂，研究表明这些断裂长期稳定发育，形成了向盆地输送物源的稳定山口通道，如中拐—车排子扇、克拉玛依扇和黄羊泉扇分别是红车推覆带、克乌推覆带和乌夏推覆带之间相互剪切走滑断裂形成的水系携带沉积物堆积而成。而夏子街扇则是由于东北方向与西北方向的应力在此区域内相挤压、压扭，使得区域内山体发育北东—南西向的断裂，成为输送剥蚀区物源的通道，形成了物源供应充足的山口，从而形成延伸距离近40 km的大型扇体。

图5 过玛湖1井—达探1井地震地质解释剖面（剖面位置见图1）

2.2 具备盆大、水浅、坡缓的古地理背景

在百口泉组和上乌尔禾组沉积期，准噶尔盆地是一个大型的坳陷盆地，沉积面积5×104～6×104km2，其西北缘的玛湖凹陷及其周缘地区面积近1×104km2，因此其巨大的湖盆为大面积的砂体沉积提供了足够的可容纳空间。由于玛湖凹陷位于整个盆地的西北部，属于盆地的斜坡区，并且玛湖凹陷的沉积中心位于凹陷南部的达巴松地区，这种地貌条件下，砂体一直沿着斜坡向凹陷中心搬运沉积，这也是玛湖凹陷周缘扇体向湖盆中心大面积搬运的一个重要因素。

另外，在西部隆起和陆梁隆起的夹持下，盆地西北部玛湖地区形成浅水湖盆区。前人以Pr/Ph参数分析沉积环境，结果表明，玛湖凹陷百口泉组地层主要为滨浅湖或浅水沉积[12]；同时，岩心上砂岩中常见浪成沙纹层理，而且骨架砂体以相互叠置水下分流河道砂体为主，缺乏河口坝，垂向上水上（褐色）与水下（灰色）沉积交替，反映湖平面频繁升降，综合分析认为，百口泉组和上乌尔禾组沉积时期具有浅水湖盆特征。前人研究表明，浅水环境下沉积水体动力强，水体中携带的沉积物能够快速向盆地推进，搬运较远[9]。

百口泉组和上乌尔禾组沉积时期呈现盆边陡、盆内缓的古地形特征。根据地震资料，靠近玛湖凹陷边缘主断裂发育地区，属于早期沟槽所处的区域，也是物源进入湖盆的通道口附近，如夏74井和黄4井附近，地形坡度变陡，而玛湖凹陷内地形最陡的为夏盐扇，坡度为2.86°，最缓为克拉玛依扇，坡度为0.84°，总体上玛湖凹陷内各大扇体沉积时的坡度均较平缓。前人认为地形坡度对砂体的沉积和分布样式有较大的影响，较陡的坡度使砂体沿斜坡迅速进入湖盆并呈带状分布，较平缓的坡度使砂体更容易在斜坡区分散沉积，使得砂体大面积的在斜坡部位叠置分布，因此玛湖凹陷内平缓的坡度为大型扇群的形成提供了有利的地形条件。

2.3 湖侵背景、多期坡折导致砂体搭接连片

百口泉组和上乌尔禾组扇体沉积过程是水体逐渐加深的湖侵过程。初始沉积时，首先在靠近凹陷中心的坡折平台上形成扇三角洲沉积砂体，随着水体的加深，发生退积，沉积物不能都完全达到凹陷中心，而是在更上一级的坡折平台上沉积形成扇体，湖侵持续使得沉积物逐渐由沉积中心向湖盆边缘退积，从而使得湖盆早—中期的砂体得以保存，砂体大面积在湖盆中分布。反之发生进积时，早期沉积在斜坡中的砂体更容易被后期侵蚀，都搬运到湖盆中心，从而不能形成大面积分布的砂体。因此湖侵背景下，更利于形成大面积砂体分布的沉积样式（图6）。

玛湖凹陷虽然地形平缓，但凹陷内存在多期坡折，坡折的坡降较小，且多级坡折之间存在平缓的平台区，是砂体的主要沉积区。坡折控制着砂体的展布，坡折之下的宽缓平台区是扇三角洲前缘砂体的主要分布区。由于玛湖凹陷内存在多期坡折，因此也存在多级平台区，导致砂体在不同的平台区分布而形成大面积砂体的分布样式。玛湖凹陷北斜坡夏子街扇向湖盆中心延伸较远，在接近湖盆中心钻探的玛20井仍有扇三角洲平原亚相的砂体沉积，是其在靠近凹陷中心的坡折下形成的早期扇体。多级坡折造成扇体向湖盆中心延伸远，也使得扇体在多个平台上错落叠置，形成大面积砂体叠加（图6）。

3 沉积模式建立及其勘探意义

玛湖凹陷及其周缘地区百口泉组和上乌尔禾组已经成为准噶尔盆地油气勘探的主要区域，油气主要赋存于扇三角洲前缘砂砾岩储集体中，目前已获得一定规模的工业储量，显示出良好的勘探前景。另一方面，百口泉组和上乌尔禾组扇三角洲与中国东部盆地的扇三角洲形成背景有所不同，中国东部扇三角洲往往发育在断陷盆地边缘陡坡带，而百口泉组和上乌尔禾组的扇三角洲主要发育于坳陷背景下，砂砾岩呈现满凹分布特点，因此对玛湖凹陷大型浅水退覆式扇三角洲油气勘探具有非常重要的指导意义。

图6 玛湖凹陷多期坡折-湖侵体系沉积模式（剖面位置见图1）

3.1 大型浅水退覆式扇三角洲沉积模式

通过对玛湖凹陷及其周缘地区百口泉组和上乌尔禾组大型浅水退覆式扇三角洲形成条件的分析，总结出该类型扇三角洲沉积模式的特征（图7）：断坳转换，充足物源；稳定水系，持续建造；水浅坡缓，快速推进；多级坡折，搭接连片；山口主槽，控扇延展；凸起高地，扇间分隔；坡折岸线，相带转化；侧翼平台，分流朵叶。?

图7 湖盆凹陷区大型浅水退覆式扇三角洲沉积模式

以玛湖凹陷西斜坡黄羊泉扇为例，物源主通道来自哈拉阿拉特山和加依尔山之间的山口，物源供应非常充足，稳定水系持续搬运、持续建造，在先陡后缓的古地形条件下向盆内搬运，在黄1井、百75井和玛中1井附近发育3期坡折，坡折下有大面积砂砾岩分布，随着湖侵扩大逐级退却，形成多级扇体纵向叠置、搭接连片；黄羊泉扇根部的山口主槽沿百重1井—黄1井—黄3井—百75井向盆地延伸，在主槽内主要以泥石流沉积为主，在主槽两翼及前端的宽缓平台区卸载的砂砾岩以牵引流为主、重力流为辅，发育物性较好的砂砾岩朵体，比如玛18井在百口泉组获得高产工业油流；受湖盆中心在玛湖凹陷南部影响，黄羊泉扇前缘相带走向向南发生偏转，主体为玛18井以南，而其西侧砂砾岩厚度相对较薄。

3.2 油气勘探意义

2012年以来，新疆油田公司突破扇体沿断裂带和盆缘局限分布的传统认识，在大型浅水退覆式扇三角洲沉积模式指导下，提出扇三角洲前缘亚相紧邻玛湖凹陷，前缘亚相砂砾岩泥质含量低、粒径适中、分选好，为有效储集层，表现为大面积含油的特点，前缘亚相不同沉积微相（距物源的远近）控制着油气的富集与产量；纵向顶、底板泥岩发育，侧向及上倾方向平原亚相致密带、扇间泥岩及断裂组合遮挡，为前缘亚相大面积成藏形成3面立体封堵的良好封闭条件，退覆式扇三角洲前缘亚相具备形成大面积岩性圈闭群的地质条件。2012—2016年，玛湖凹陷南斜坡克拉玛依扇玛湖1井、西斜坡黄羊泉扇玛18井以及东斜坡夏盐—达巴松扇盐北1井在百口泉组均获高产工业油流，玛湖凹陷百口泉组各扇体相继获得突破，2017年玛湖凹陷中心玛中2井和玛中4井获工业油气流，展现玛湖凹陷“满凹含油”大场面。

2016年，通过类比百口泉组宏观成藏背景，认为玛湖凹陷南部上乌尔禾组具有和百口泉组类似的沉积、成藏条件。在西部隆起、陆梁隆起夹持下，湖盆凹陷区上乌尔禾组同样发育大型浅水退覆式扇三角洲，具备形成大油区的储集条件；上乌尔禾组顶部湖泛泥岩、扇间泥岩与厚层前缘相砂砾岩形成良好配置，发育大型地层尖灭带，形成上倾方向遮挡，为大油区的形成创造了良好的封盖条件；上乌尔禾组超覆于大型不整合面之上，地层平缓，易于大面积成藏。在大型浅水退覆式扇三角洲沉积模式指导下，重新认识已知油藏，构建地层背景下退积砂体纵向叠置、横向连片大面积成藏新模式，认为目前已发现的油藏受古地貌部位和不同湖侵阶段控制，在湖侵初期低位域沉积阶段，沟槽区发育厚层状砂砾岩，油藏类型为厚层低饱和度岩性油藏；在湖侵上升阶段，斜坡区发育互层状砂砾岩，顶、底板条件好，为互层状岩性油藏，以纯油为主；在湖侵范围最大阶段，古凸带发育薄层砂砾岩，砂砾岩沿山前小型沟槽呈带状分布，被厚层泥岩包围，为受沟槽控制的薄层岩性油气藏（图8）。以地层背景下岩性油气藏群地质模式为指导，新井部署与老井复试相结合，甩开勘探与拓展勘探相结合，整体部署，共20井22层新获工业油流，继北部百口泉组大油区之后，又一个大油区轮廓已具雏形，已展现出5×108t级勘探大场面。中拐凸起北斜坡上乌尔禾组构建大面积含油新模式实现整体突破后，按玛湖凹陷百口泉组勘探发现规律分析，盆1井西凹陷和沙湾凹陷北斜坡的上乌尔禾组应是下步重大接替领域。

图8 过金龙2井—克80井—玛湖1井—玛18井—玛131井地震地质解释剖面（剖面位置见图1）

自2012年准噶尔盆地西北缘油气勘探跳出断裂带，走向斜坡区，玛湖凹陷发现北部百口泉组轻质油大油区和南部上乌尔禾组中质油大油区。

4 结论

（1）百口泉组和上乌尔禾组是前陆盆地冲断和坳陷盆地转换时期形成的大型浅水退覆式扇三角洲，该类型扇三角洲不同于东部断陷湖盆陡坡扇三角洲，在凹陷内发育多个分布广、延伸远的扇体，其扇体在平面上叠置连片，具有砂砾岩大面积分布的特点。

（2）大型浅水退覆式扇三角洲的形成与3个地质条件密切相关，一是持续隆升老山和稳定的水系，为各大扇体提供充足的物源，持续建造；二是湖盆面积大，形成足够的可容空间，地形坡度缓，湖盆水体浅，外部携带沉积物的水体动力足，易于向湖盆中心快速推进、长距离搬运；三是持续湖侵和多级坡折，为砂体直达湖盆中心创造了良好古地理背景，也是大面积砂体叠置连片的一个重要因素。

（3）建立湖盆凹陷区大型浅水退覆式扇三角洲沉积模式，突破扇体沿盆缘和断裂带局限分布的传统认识，为勘探领域由山前扇中窄相带拓展至整个凹陷扇三角洲前缘亚相奠定了沉积学基础，有效指导了斜坡区百口泉组和上乌尔禾组重大突破与储量快速落实。

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