贝西地区南屯组扇三角洲沉积特征及地质意义

齐林海

扇三角洲沉积体系大多发育在构造运动活跃的地区，常与大型同沉积断裂相伴，以近物源粗粒沉积物为主。自从1965年A.Holmes[1⁃3]提出扇三角洲概念以来，国内外学者对其进行了大量的研究工作[2⁃8]，对于扇三角洲的层序特征、沉积特征、成因机制以及油气富集规律的讨论从未终止。我国陆相断陷湖盆中扇三角洲沉积体系广泛发育，例如渤海湾盆地济阳、辽河坳陷、二连盆地白音查干凹陷、伊通盆地梁家构造带等[9⁃12]。海拉尔盆地贝尔凹陷贝西地区同样广泛发育有扇三角洲沉积体系，虽然前人已对研究区开展了大量的研究工作[13⁃16]，但是对本区扇三角洲的沉积特征及沉积模式仍鲜有报道。本文从岩石相类型、相标志识别、层理类型等方面阐述了研究区南屯组扇三角洲的沉积特征，并依据不同的特征建立起相应的沉积模式，以期能对贝尔凹陷贝西地区扇三角洲沉积内的油气勘探开发具有指导意义。

1 地质背景

贝尔凹陷位于海拉尔盆地中部断陷带南部，是该盆地内最大的富油凹陷[17⁃20]。南与蒙古国南贝尔凹陷相邻，北与乌尔逊凹陷相连，向西超覆于嵯岗隆起之上，东接巴彦山隆起，是典型的复式箕状凹陷，面积约3 010 km2。凹陷主体受到NE和NEE向基底断裂控制，构造格局可划分为“三凹两隆一斜”，具有明显的“东西分带、南北分块”的特点，其中贝西地区自西向东可划分为贝西斜坡带、呼和诺仁构造带、贝西次凹、苏德尔特构造带以及霍多莫尔构造带（见图1）。

贝尔凹陷的演化共历经了断陷阶段、断⁃坳转化阶段以及坳陷阶段，盆地基底主要由海西、印支期花岗岩以及布达特群所组成，盆地内充填的地层以白垩系为主，自下而上划分为下白垩统铜钵庙组（K1t）、南屯组（K1n）、大磨拐河组（K1d）、伊敏组（K1y）以及上白垩统青元岗组（K2q），其中南屯组是勘探主要目的层，厚度为450～800 m，可进一步细分为南一段和南二段[21⁃24]。

图1 贝尔凹陷构造分区Fig.1 Regional tectonic position of Baer depression

2 扇三角洲沉积相识别标志

鉴别和确认古沉积环境主要是通过对岩芯的岩石颜色、岩性成份、结构构造、垂向旋回性等特征进行分析和研究，在本研究中，通过观察和描述贝尔凹陷贝西地区57口钻井岩芯及1 200多张岩石薄片，结合测井、地震响应特征、构造背景以及现代陆相断陷湖盆扇三角洲沉积的发育特点，对研究区南屯组扇三角洲的沉积特征展开探讨。

2.1 岩石类型

研究区南屯组扇三角洲沉积体的主要岩石类型为碎屑岩，包括泥岩、粉砂岩、砂岩和砾岩，其中砾岩占65%、砂岩占25%、粉砂岩和泥岩各占5%。且砂岩以岩屑砂岩为主、可见少量的长石岩屑砂岩，成熟度较低，反映了扇三角洲沉积体典型的近源快速堆积特点（见图2）。

针对贝尔凹陷贝西地区南屯组岩芯，主要根据粒度、颜色、沉积构造和颗粒支撑方式等将本区岩石类型划分为4大类、6小类（见图3）。其中颗粒支撑是最主要的支撑方式，偶见杂基支撑，沉积构造则根据层理划分了块状层理、槽状交错层理、板状交错层理、平行层理、水平层理等。不同的岩石类型反映着当时不同的古沉积环境，针对这些岩石类型作简要的描述及成因分析。

图2 贝西地区碎屑岩分类三角图Fig.2 Classification triangulation of clastic rocks in Beixi area

图3 贝西地区南屯组岩石类型及特征Fig.3 Rock types and characteristics in Nantun formation of Beixi area

2.2 粒度特征

研究区扇三角洲沉积体在搬运机制上常常具有牵引流和重力流的双重成因机制且大多以牵引流为主，颗粒混杂、分选较差，粒度累计概率曲线以两段、两段过渡式为主：具备明显河道的沉积特点，滚动组分含量低（＜5%），由跳跃总体和悬浮总体组成，其中跳跃总体的含量较高，为55%～75%。粒度分布在1～4Φ，分选中等，反映了扇三角洲平原、前缘内较强水动力环境下河道沉积的特点(见图 4)。

图4 贝西地区扇三角洲粒度累计概率曲线及C⁃M图特征Fig.4 Pr obability cumulative cur ve and C⁃M gr aph char acteristics of fan delta sand body in Beixi ar ea

2.3 测井相特征

不同的沉积体在测井资料中均有不同的特征及反应，因此可以在建立岩⁃电对应关系的基础上，依据更为充足的测井曲线资料对非取芯井段进行沉积相研究，很好地弥补岩芯资料稀少的不足，从而更好地恢复古沉积环境。常用的测井曲线有自然伽玛、自然电位、双侧向电阻率、声波时差等，测井响应常呈箱型、齿化箱型、钟型、齿化钟型、漏斗型以及指型等，并呈低、中、高等不同的幅度。

基于对沉积相类型的研究，结合岩石类型、岩性组合、沉积构造以及测井曲线样式，建立起扇三角洲沉积体系内10种主要沉积微相的测井相识别图版，例如扇三角洲平原分流河道微相，在岩性上表现为杂色、厚层、块状砂砾岩夹薄层泥岩，在电性上表现为低伽马⁃高电阻，整体呈中高幅钟型或箱型；前缘水下主河道微相岩性上表现为灰绿色或杂色、厚层、分选磨圆均较好，以颗粒支撑为主的砂砾岩体，电性上表现为低⁃中伽马、中⁃高电阻，整体呈中⁃高幅齿化箱型或钟型（见图5）。

图5 研究区扇三角洲沉积相特征及沉积序列Fig.5 Sedimentary characteristics and depositional sequences of fan delta in study area

3 扇三角洲沉积相类型

在区域层序地层格架内，根据岩石相、地震剖面相、测井相特征并结合岩石薄片等资料，建立起研究区南屯组扇三角洲沉积体的识别标志，并进一步细分出3类亚相、11类微相（见图6）。

3.1 扇三角洲平原亚相

扇三角洲沉积体在陆上的部分称之为扇三角洲平原，常位于平均湖平面与山口之间。研究区内的平原亚相多具有牵引流、重力流的双重成因特征，可进一步细分为3类微相：

（1）平原分流河道微相：洪水期后，由于整体水流的流速和流量降低，从而形成了持续性的带状河流，这些逐渐稳定的带状河流对洪水期沉积物进行侵蚀和再搬运，形成了扇三角洲平原分流河道。在岩性上，主要为分选较好、颗粒支撑的杂色、褐色含砾粗砂岩和砾岩，常发育有大型槽状、板状交错层理以及冲刷充填构造。电性特征为低伽马、高电阻，呈多个高幅箱型或微齿化箱型垂向叠加，孔渗一般较好，是有利的储集体。

（2）平原分流河道间微相：平原分流河道间微相由褐色、杂色砂泥岩和分选性差的砾岩组成，主要形成于洪水期，洪水期水流所携带的大量沉积物呈片状沉积下来，杂色砂泥岩含量较高，常混有褐色或杂色砾石，分选性差，可发育块状层理和平行层理，是扇三角洲平原亚相的重要组成部分。测井响应特征为中⁃高伽马、中⁃低电阻，呈中幅齿化箱型或钟型，孔渗一般较差。

图6 扇三角洲优势沉积微相测井相识别图版Fig.6 Seismic reflection characteristics of fan delta depositional system

（3）平原天然堤微相：平原天然堤微相主要由砂砾岩与泥岩互层而组成，电测曲线常呈齿化钟型、指形，多见羽状交错层理和水平层理。

3.2 扇三角洲前缘亚相

前缘亚相是扇三角洲的主体，是扇体入湖后的水下部分，多位于湖平面和浪基面之间，本区前缘亚相可进一步细分为6类微相：

（1）前缘水下主河道微相：前缘水下主河道微相是陆地向湖盆运输碎屑物质的主要通道，通常指明了该扇体主要的延展方向。不同期次的主水道之间常互相切叠，形成灰绿色或杂色、厚层、分选磨圆均较好、以颗粒支撑为主的砂砾岩体。多发育块状层理、大型槽状交错层理和板状交错层理，底部可见清晰的冲刷充填构造。测井响应特征为低⁃中伽马、中⁃高电阻，呈中⁃高幅齿化箱型或钟型。

（2）前缘水下分流河道微相：前缘水下分流河道微相是前缘主体水道进一步分叉所形成的次一级水道，较主水道水体能量有所减弱，搬运能力有所下降。水道底部滞留沉积大多是含砾粗砂岩和砾岩，向上逐渐过渡到中、细砂岩，显示出明显的正旋回沉积序列。层理多样，常见平行层理和交错层理，电测曲线特征为低⁃中伽马、高⁃中电阻，呈中⁃高幅钟、箱型。

（3）前缘席状砂微相：前缘席状砂微相多位于扇体边缘，是一种规模小、数量大的河道类型。河流能量较弱，因此所携带的沉积物粒度偏细，底部多为灰白色中⁃粗砂岩，向上渐变至细砂岩、粉砂岩。末端水道在空间上通常孤立展布，单层厚度多在2～3 m，显示出一个完整的正旋回特征。常可见中小型槽状交错层理、楔状交错层理、平行层理等，分选、磨圆均较好，测井响应特征为中伽马、中⁃低电阻，呈中⁃低幅钟型。

（4）前缘水下分流间微相：前缘水下分流间微相常分布在水下分流河道之间，以细粒的悬浮沉积为主，泥质含量高，岩性主要由灰绿色、灰色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩以及泥岩组成，有时可含少量粉砂岩。发育水平层理和块状构造，常见植物碳屑，测井响应特征为高伽马、低电阻，呈低幅漏斗状或齿状。

（5）河口坝、远砂坝砂岩微相：河口坝砂岩微相和远砂坝砂岩微相在贝尔凹陷贝西地区发育较少，常呈朵状或新月型。反旋回沉积序列明显，自下而上多为粉砂岩、细砂岩、中⁃粗砂岩。分选和磨圆均较好，多发育平行层理、波状层理和小型槽状交错层理等。测井响应特征为中⁃低伽马，中⁃高电阻，呈中⁃高幅漏斗型、箱型或组合形态。

3.3 前扇三角洲亚相

前扇三角洲发育在风暴浪基面之上，正常浪基面之下，平时水底是安静低能的，陆源碎屑物质很难通过水下河道搬运至这一区域，因而大多发育悬浮搬运成因的静水沉积物，研究区前三角洲亚相可以分为前扇三角洲粉砂岩微相和前扇三角洲泥岩微相。

（1）前扇三角洲粉砂岩微相：前扇三角洲粉砂岩微相主要由灰色、灰黑色粉砂岩或泥质粉砂岩组成，呈片状分布，主要是在风暴天气，由风暴流或风暴浪由前缘搬运而来。常见波状层理和水平层理，粉砂岩的分选和磨圆均较好。测井响应特征为中⁃高伽马、中低电阻，呈中⁃低幅齿化指状。

（2）前扇三角洲泥岩微相：前扇三角洲泥岩微相位于扇体的最前缘与湖泊相相连，主要由灰黑色泥岩与薄层泥质粉砂岩、粉砂质泥岩互层组成，同样呈片状分布，常见水平层理。测井响应特征为高伽马、低电阻，呈低幅指状或齿状。

4 贝西地区扇三角洲沉积模式

沉积相模式的建立是以垂向、平面相序递变演化规律为基础，用来对沉积相的演化规律进行高度的总结和概括。而相序的变化常受到基准面旋回升降（气候变化、构造沉降、物源供应强度）的控制，因此，建立研究区扇三角洲沉积模式可以对该沉积体系在垂向、平面上的分布及演化规律有清晰地认识，结果见图7。

图7 研究区扇三角洲垂向沉积模式及各相带的相序特征Fig.7 Vertical sedimentary model and facies sequence char acter istics of fan delta in the study area

由图7可见，贝尔凹陷在下白垩统南屯组沉积时期处于断陷强烈拉张阶段，西部嵯岗隆起和东部布勒洪不斯隆起带起着主要的供源作用，盆内低凸起为次要物源，由凹陷四周向中心汇聚，主要物源方向为北西向和南东向[24]。从平面上看，贝西地区扇三角洲沉积体系主要发育在贝西斜坡带、霍多莫尔构造带、呼和诺仁构造带、苏德尔特构造带等靠近盆缘或控陷断裂处坡度较陡的地区。在垂向上，研究区扇三角洲沉积体呈明显向上变细的正韵律沉积序列。底部扇三角洲平原亚相主要发育砂砾岩等粗碎屑沉积物，明显冲刷下伏地层，主要发育块状层理、大型槽状交错层理、板状交错层理等沉积构造。中部扇三角洲前缘亚相细粒沉积逐渐增多，主要发育槽状交错层理、平行层理、波状层理等沉积构造。上部前三角洲亚相沉积物以粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩为主，粒度较细，常发育波状层理、水平层理等沉积构造，有时夹杂重力流沉积体。

通过建立的扇三角洲沉积模式，在翔实的岩芯资料基础上，进一步结合主要物源方向、同沉积断裂等资料，预测了研究区南屯组沉积时期优势砂岩发育带的平面展布特征，结果见图8。

图8 贝尔凹陷南屯组沉积相平面分布Fig.8 Sedimentary facies plan of Nantun for mation in Beier depression

从图8中可以看出，扇三角洲前缘亚相和扇三角洲平原亚相集中了研究区主要的优势砂岩发育带。但在不同的构造带，砂岩发育带的特征并不相同。例如贝西斜坡带发育的扇三角洲沉积体多分布在靠近盆缘控陷断裂处，横向呈朵叶状连片分布，向前延伸范围则较为有限。贝西斜坡带主要发育扇三角洲平原亚相，前缘亚相仅在贝23、贝70、贝75等井区小范围发育。因此，在贝西斜坡带，砂岩发育带多为平原亚相的厚层砂砾岩沉积；苏德尔特构造带发育的扇体呈大型朵叶状，在多级同向同沉积断裂的控制下，扇体向前延伸远、横向分布范围较广。苏德尔特构造带主要发育扇三角洲前缘亚相，平原亚相仅在靠近根部的贝50、德8等井区发育。因此，在苏德尔特构造带，砂岩发育带多为前缘亚相的砂质或砂泥岩互层沉积。

5 结 论

（1）贝西地区南屯组发育有典型的扇三角洲沉积体系，可细分为3类亚相和11类微相，其中扇三角洲平原亚相发育3类微相，即平原分流河道微相、平原分流河道间微相、平原天然堤微相；扇三角洲前缘亚相发育6类微相，即前缘水下主河道微相、前缘水下分流河道微相、前缘席状砂微相、河口坝砂岩微相、远砂坝砂岩微相以及前缘水下分流间微相；前三角洲亚相发育2类微相，分别为前三角洲粉砂岩微相和前三角洲泥岩微相。

（2）扇三角洲平原亚相主要由褐色、杂色砾岩与泥岩组成，多发育大型槽状、板状交错层理和平行层理，测井响应特征常呈厚层箱型或齿化箱型；扇三角洲前缘亚相主要沉积灰、灰绿色砂砾岩和砂岩，多发育交错层理、平行层理和波状层理。测井响应特征常呈箱型、齿化箱型、钟型或漏斗型；前三角洲亚相主要由灰色粉砂岩、泥岩组成，多发育波状层理和水平层理，电阻率曲线多为齿型、指型及其组合。

（3）贝西地区南屯组扇三角洲沉积体系主要发育在贝西斜坡带、霍多莫尔、呼和诺仁、苏德尔特等靠近盆缘或控陷断裂等坡度较陡的地带，其中苏德尔特、贝西南斜坡带发育的扇三角洲沉积体连片分布，呈大型的朵叶状，多为厚层砂砾岩沉积；霍多莫尔、呼和诺仁、贝西北斜坡带发育的扇体大多分布在靠近盆缘控陷断裂处，延伸范围较为有限，向前遇坡折带易形成大规模的湖底扇。