玛湖地区三叠系克拉玛依组浅水辫状河三角洲沉积特征

2019-01-21曹正林卫延召路琳琳吴爱成马丽亚王瑞菊

岩性油气藏 2019年1期

杨帆，曹正林，卫延召，路琳琳，吴爱成，马丽亚，王瑞菊

（1.中国石油勘探开发研究院，北京100083；2.中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院，新疆克拉玛依834000）

0 引言

自准噶尔盆地西北缘逆冲断裂带上盘发现了克拉玛依大油田以后，在“跳出断阶带，走向斜坡区”的勘探思路指导下，通过多轮勘探攻关，终于在该逆冲断裂带下盘取得了重要进展，近期在玛湖斜坡区三叠系百口泉组和上二叠统上乌尔禾组发现了新的油气富集区［1-4］，表明玛湖地区蕴含着丰富的油气资源，玛湖凹陷周缘的斜坡带是油气运聚的有利区。中下二叠统风城组和下乌尔禾组均为玛湖凹陷重要的优质烃源岩发育段，纵向上从石炭系到白垩系发育多套储盖组合，且油源断裂发育。与渤海湾盆地复式油气聚集带［5-6］的成藏模式类似，玛湖地区也是一个多层系整体含油的复式油气聚集区。

中三叠统克拉玛依组超覆于百口泉组之上，在上三叠统白碱滩组区域性泥岩盖层的封盖作用下，克拉玛依组与百口泉组具有相似的宏观成藏背景，也应是重要的油气富集层系，然而，作为克拉玛依油田主要的目的层之一，过去对克拉玛依组的认识主要局限于断裂带附近的储量区域范围内，认为其储集体主要为洪积扇沉积，沉积体系延伸范围极其有限［7-8］，因此并未把斜坡区作为主要勘探区域对待。过去学者们对斜坡区克拉玛依组的研究较为薄弱，可借鉴的资料较少。为了查明斜坡区克拉玛依组沉积体系展布特征和有利储层分布情况，本次研究从克拉玛依组的沉积背景和物源体系研究入手，通过对27口克拉玛依组取心井的岩心分析和玛湖地区120余口单井沉积相分析，系统编制玛湖地区克拉玛依组上段和下段的沉积相平面展布图，以期为克拉玛依组油气勘探向斜坡区拓展提供依据。

1 区域地质概况

玛湖地区位于准噶尔盆地西北部，其西侧和北侧分别为克百断裂带和乌夏断裂带，东南部与夏盐凸起和达巴松凸起接壤（图1）。现今构造表现为东南倾的平缓单斜，局部发育低幅度正向构造。从二叠纪到三叠纪，玛湖地区逐渐由低隆坳格局向坳陷湖盆转化，而西部地区从“多隆多坳”逐渐演化为“陆内坳陷”盆地。对于二叠纪准噶尔盆地西部地区的盆地原型，许多学者认为是前陆盆地［9-13］，也有部分学者认为是造山后的伸展裂陷盆地［14-17］。关于西部地区的构造演化和成盆机理虽然存在争议，但在二叠纪准噶尔盆地西部地区存在多个独立的沉降中心已经达成共识，即玛湖凹陷、盆1井西凹陷和沙湾凹陷等3个独立凹陷，分别被中拐凸起和达巴松凸起分隔［图2（a）］。进入三叠纪后，准噶尔盆地演化为大型陆内坳陷盆地，玛湖凹陷、盆1井西凹陷和沙湾凹陷共同组成一个统一的坳陷，沉积中心向盆地腹部迁移，玛湖地区逐渐演化为宽缓大斜坡［图2（b）］，即“玛湖凹陷”实际上为石炭纪和二叠纪的构造单元名称，进入三叠纪以后，“玛湖凹陷”逐步演化为“玛湖斜坡”。

玛湖地区地层发育齐全，从石炭系到第四系均有发育。玛湖地区西侧的逆冲断裂带上盘石炭系之上的地层剥蚀严重，石炭系直接被上三叠统、侏罗系披覆，缺失二叠系和中、下三叠统。玛湖地区三叠系自下而上分别为百口泉组（T1b）、克拉玛依组（T2k）和白碱滩组（T3b），其中百口泉组与下伏二叠系为角度不整合，克拉玛依组与百口泉组之间为平行不整合，白碱滩组与克拉玛依组为连续沉积，与上覆侏罗系之间为平行不整合［18］。

根据岩性组合特征，可进一步将百口泉组细分为3段：百一段一般为褐红色砂砾岩，泥质含量高、大小颗粒混杂堆积，分选、磨圆均差，代表百口泉组沉积时期的早期为低位域沉积；百二段在玛湖斜坡区为大量灰绿色砂砾岩，分选、磨圆都比百一段更好；百三段以砂砾岩和泥岩互层为主，代表百口泉组沉积末期的水进产物［19-20］。

图1 玛湖地区T2 k构造纲要图及综合柱状图Fig.1 Structural map of T2 k in Mahu area and stratigraphic column

图2 玛湖地区P2 x（a）与T 2 k（b）残余地层厚度Fig.2 Residual thicknessmapsof P2 x（a）and T 2 k（b）in Mahu area

克拉玛依组分为上、下2段：下段在断裂带附近局部发育，为混杂堆积的角砾状砾岩［8］，进入斜坡区迅速变为灰色砂砾岩、中—粗砂岩，砂砾岩、砂岩厚度一般在10～20 m左右，以底部最为发育，夹薄层褐红色泥岩，向上逐渐变为褐灰色泥岩与薄层砂砾岩和砂岩互层，表明玛湖斜坡区大部分地区已被湖水覆盖，但湖水相对较浅；上段底部为“泥包砂”结构，暗色泥岩夹薄层砂岩，向上变为含砾砂岩，单层厚度约为4～8 m，储层主要集中在顶部，分布范围广，顶部砂体中普遍发育2～5 m的煤层，在斜坡高部位煤层厚度更大，洼陷区煤层厚度小，表明早期水进范围较大，后期变为高位域沉积，此时地形比较平坦，沉积物向盆内进积，湖水来回震荡，甚至发生湖平面短暂的小幅下降，导致斜坡区大范围出现煤层。

白碱滩组的岩性突变为巨厚暗色泥岩沉积，泥岩厚度为150～500 m，反映了一次快速、长期的湖泛过程［21］，可将白碱滩组细分为3段：白一段为巨厚泥岩；白二段为“泥包砂”结构；白三段主要为20～50 m厚的灰色中—粗砂岩。

2 沉积相标志

2.1 岩性与沉积特征

图3 玛湖地区克拉玛依组岩心照片（a）夏89井，2 400.8 m，块状中砾岩，分选、磨圆均较差；（b）夏89井，2 283.3 m，含砾粗砂岩，砾石定向排列；（c）黄3井，2 267 m，杂色砾岩，次磨圆，次棱角；（d）百 64井，1 986.96 m，含砾细砂岩；（e）百 64井，2 676.7 m，泥质粉砂岩，泥岩撕裂屑；（f）玛 133井，3 138.45 m，顶部含砾粗砂岩，冲刷面；（g）玛东 2井，3 446.3 m，含砾砂岩；（h）百 75井，2 481.4 m，砂砾岩侵入构造；（i）玛 5井，3 051.8 m，砾岩与砂岩突变接触，冲刷面；（j）玛 133 井，3 135.8 m，含砾砂岩，泥岩岩屑；（k）百 64 井，1 980.81 m，植物碳化根茎；（l）玛 18 井，3 439.57 m，植物茎干大量发育；（m）玛18井，3 441.15 m，黑色泥页岩；（n）玛001井，3 273.32 m，细砂岩，炭屑纹层，平行层理；（o）玛2井，3 067.65 m，灰色泥砾，冲刷面；（p）玛004井，3 093.37 m，粉砂岩，炭屑纹层Fig.3 Core photos of Karamay Formation in Mahu area

通过系统观察玛湖地区27口克拉玛依组取心井的岩心（图3），开展了玛湖地区克拉玛依组沉积相的研究工作。这27口井遍布研究区不同的构造部位，发育包括砂岩、砂砾岩和泥岩等各种岩石类型。近断裂带附近，岩性以砂砾岩、含砾粗砂岩为主，颗粒分选和磨圆都较差，砾石粒径1～2 mm，成分复杂，还可见大量泥岩碎屑、小型冲刷面等现象。斜坡区的岩石粒度普遍要比断裂带的粒度细，以含砾粗砂岩、中—细砂岩为主，砾石分选和磨圆均较好且定向排列，发育块状层理、平行层理和小型冲刷面。从层系上看，斜坡区克拉玛依组上段泥岩颜色多为灰绿色、深灰色，普遍含炭屑、植物茎干，薄煤层非常发育；克拉玛依组下段泥岩颜色以褐红色、杂色为主。沉积构造特征显示，玛湖斜坡区克拉玛依组为辫状河三角洲前缘沉积，具有“水浅流急”的特征。断裂带附近以三角洲前缘沉积为主，局部发育三角洲平原亚相沉积。

2.2 粒度特征

玛湖地区克拉玛依组取心井段的粒度概率曲线可划分出2个主要类型：①二段式，为主要发育类型，具有河道的沉积特征，以跳跃-搬运为主，反映了较强的水动力牵引流沉积，断裂带附近的井和粒度较粗的井段多发育此种类型；②三段式，由滚动、跳跃、悬浮3段组成，曲线斜率较高，“跳跃”段总体占比高，显示颗粒分选好，以牵引流为主，水动力相对较弱，粒度偏细，沉积区距离物源区较远，斜坡区多发育此种类型。

2.3 沉积相划分

通过岩心观察与测井相的研究，重新划分了玛湖地区120余口井的单井沉积相。克拉玛依组以浅水辫状河三角洲前缘亚相为主，水下分流河道发育，河口坝较少。水下分流河道沉积在测井曲线上表现为箱形，上、下皆为突变接触；录井结果显示岩性为灰白色块状砂岩、砂砾岩。断裂带附近的井（图4），纵向上为多期水下分流河道叠加，单期河道沉积厚度约为10～35 m；斜坡区的井（图5），河道沉积的砂体厚度、叠加频次明显较小，单层厚度约为3～15 m。从沉积相的平面展布上看，断阶带到斜坡区，沉积相由浅水辫状河三角洲平原逐渐过渡为辫状河三角洲内前缘、辫状河三角洲外前缘，到洼陷区则变为浅湖亚相。

图4 玛湖地区断裂带附近夏89井综合柱状图Fig.4 Comprehensivecolumnsof well Xia 89 near the fault zonein Mahu area

图5 玛湖地区斜坡区玛001井综合柱状图Fig.5 Comprehensive columns of well Ma 001 in Mahu area

3 沉积相展布特征

3.1 物源体系

玛湖地区克拉玛依组存在夏子街、黄羊泉、中拐和达巴松等四大物源体系。目前有重矿物资料和测井资料的井主要分布在玛湖西北部地区。倾角测井资料显示，玛湖西斜坡克拉玛依组水流方向主要为NW—SE向（方位角平均为135°），古水流为NW—SE向，红旗坝—夏子街地区的局部古水流方向为NE—SW向。玛湖西北斜坡克拉玛依组的重矿物资料显示，可划分为3种重矿物组合区，即中拐地区的电气石-褐铁矿-锆石-白钛石组合，黄羊泉地区的锆石-尖晶石-白钛石组合，夏子街地区的钛铁矿-褐铁矿-黄铁矿组合，3种不同的重矿物组合显示了西北地区存在3个物源体系。克拉玛依组沉积期的古地貌图也显示多个物源输入口和沉积物输入通道，夏子街地区和黄羊泉地区有2个明显的近南北向的沟谷地貌，这2个地区也是玛湖地区继承性物源供给区，南部的中拐地区和东部的达巴松地区在古地貌上表现为隆起地形，与周边的地形高差达300 m以上，表明中拐地区和达巴松地区也是重要的物源供给区（参见图2）。

3.2 沉积相连井剖面

克拉玛依组沉积横向变化快，砂体多呈透镜状，垂向叠置、横向连片。从中拐地区到夏子街地区横切物源的剖面可以看到，百口泉组厚度大，砂砾岩发育，沉积物粒度粗［22-23］，以扇三角洲平原沉积为主。到克拉玛依组主体演变为辫状河三角洲前缘沉积。其中，玛湖北斜坡夏子街沉积体系的砂体最发育，西斜坡的黄羊泉次之，南斜坡的中拐地区的砂体最不发育［图6（a）］。从夏子街地区开始，沿物源方向到沉积中心的连井剖面显示，储层发育的连续性较好，浅水辫状河三角洲前缘砂体延伸距离较远，平面上呈叠瓦状向湖盆中心推进［图6（b）］。

图6 玛湖地区克拉玛依组连井沉积相剖面Fig.6 Well-tie sedimentary sections of Karamay Formation in Mahu area

3.3 沉积相平面展布

综合上述研究成果，对玛湖地区克拉玛依组上段和下段的沉积参数进行了系统梳理，并结合古地貌和古水流方向，勾绘了含砂率、砂体厚度等值线，再根据单井相、连井相、地震相、地震属性确定出不同沉积相的边界，最终编制了克拉玛依组上段和下段的沉积相平面图。

克拉玛依组下段沉积时期，虽然处于湖盆扩张期，水体较深，但黄羊泉和夏子街沉积体系依靠周缘山系提供物源，仍然有沉积物源源不断地向盆内输送，因此夏子街和黄羊泉地区的三角洲沉积体系均较为发育。断阶带附近，局部发育辫状河三角洲平原沉积，以厚层状砂砾岩、砾岩为主，含砂率最高能够达到70%左右，一般为50%～60%，三角洲前缘相带主要分布于斜坡高部位。斜坡东部的达巴松扇体，距物源区较远，而且地形高差不大，使得其以滨浅湖沉积为主，含砂率10%～25%［图7（a）］。

克拉玛依组上段为高位体系域沉积，斜坡区的砂体由加积逐渐向进积演变，后期沉积物逐渐向湖盆中心推进。由于西部山系物源供给有限，克拉玛依组上段砂体整体规模较小，砂体主要发育于黄羊泉、夏子街等几个主要物源供给较为充足的区域。断裂带附近发育辫状河三角洲内前缘，含砂率在60%～85%；斜坡区以三角洲外前缘为主，含砂率迅速减小，一般为20%～50%。主物源区的中拐、黄羊泉、夏子街和达巴松等地区主水系携砂能力较强，向湖盆中心推进较远［24-26］［图7（b）］。