车排子凸起胜金口组沉积相及主控因素

2021-01-29朱颜李艳然岳欣欣张辉李恒权张弛张新超

新疆石油地质 2021年1期

朱颜，李艳然，岳欣欣，张辉，李恒权，张弛，张新超

（中国石化河南油田分公司勘探开发研究院，郑州 450000）

准噶尔盆地车排子凸起油气资源条件较好，在石炭系、侏罗系、白垩系和古近—新近系均钻遇良好的油气显示，具有多层系成藏的特点。白垩系为车排子凸起春光油田主力增储层系之一。截至2019年底，春光油田累计上交的三级储量过亿吨，白垩系占55%。前人通过对车排子凸起白垩系沉积体系的研究，普遍认为白垩系发育扇三角洲—湖泊沉积[1-4]，此外，针对白垩系沉积体系的研究多集中在清水河组、呼图壁组、连木沁组和东沟组，对于胜金口组沉积体系的研究极少，且研究精度较低，缺乏系统的分析，主要原因是在胜金口组沉积时期湖侵范围最大[5]，整个车排子凸起大部分区域为滨浅湖，三角洲砂体的展布范围极为有限，多数区域很难钻遇胜金口组的三角洲砂体。

2017 年以来，针对车排子凸起胜金口组的钻井、取心、分析化验资料逐年丰富，笔者在研究中发现，胜金口组并非全为扇三角洲沉积，也发育辫状河三角洲沉积，但目前尚无针对白垩系胜金口组沉积环境的系统分析。为此，本文在前人研究的基础上，通过分析岩心样品中微量元素含量及变化，对车排子凸起胜金口组沉积环境进行系统研究，并结合钻井、测井、地震以及分析化验资料，厘定春光油田扇三角洲和辫状河三角洲在岩石学特征、岩心相、测井相、沉积序列、粒度特征、地震相及其平面展布，通过恢复车排子凸起胜金口组沉积时期古地貌，明确在相同的古气候条件和构造背景下，不同类型三角洲发育的主控因素，为春光油田的油气勘探开发提供依据。

1 区域地质概况

车排子凸起位于准噶尔盆地西北部，是晚海西运动期形成的继承性古隆起，北面与加依尔山相邻，东为红车断裂带，南部紧邻四棵树凹陷，整体为北西—南东向单斜构造[6-7]。车排子凸起基底为石炭系，上部依次沉积侏罗系、白垩系、古近系、新近系和第四系[8-9]。春光油田位于车排子凸起东部（图1），面积为1 024 km2，春光油田白垩系呈现上削下超，总厚度为20～310 m，自下而上沉积清水河组、呼图壁河组、胜金口组、连木沁组和东沟组。胜金口组岩性主要为灰色—灰绿色细砾岩、含砾细砂岩、粉砂岩和泥岩，厚度为20～140 m。胜金口组储集层物性较好，孔隙度为18.1%～28.3%，渗透率为193.1～1 546.0 mD，属于中—高孔、中—高渗储集层。

图1 车排子凸起构造位置（据文献［9］，有改动）Fig.1.Tectonic location of Chepaizi swell(modified from Reference[9])

2 沉积环境分析

目前，关于车排子凸起白垩系胜金口组沉积环境分析的资料较少，对胜金口组沉积时期的古气候、古水体盐度以及氧化-还原环境缺乏系统分析，为此，本文开展微量元素地球化学分析，利用岩心样品中的微量元素地球化学指标，对胜金口组沉积古环境进行分析。本次研究针对车排子凸起白垩系胜金口组共采集9块岩心样品，对Li、Be、Sc、V、Cr、Co、Ni、Cu等44种微量元素进行等离子质谱（NexION300D）分析（表1），测试方法依据文献［10］中给出的方法。

2.1 古气候

古气候研究通常采用古地磁学、微量元素法、碳氧同位素法等多种地质学方法，本次研究采用微量元素法，主要选取Sr/Cu 判别古气候，通常Sr/Cu 为1.30～10.00时指示湿润气候，大于10.00则指示干热气候[11]。

利用前人给出的微量元素Sr 的含量与古水温度关系的经验公式[12]，对古水温进行计算，并对计算结果进行相应的分析验证，经验公式如下：

式中T——古水温度，℃；

C——微量元素Sr的含量，μg/g。

从表1 可以看到，车排子凸起胜金口组岩心样品Sr/Cu 为4.43～20.70，平均为12.88，依据文献［11］中古气候的判别，车排子凸起整体处于干热气候，根据（1）式计算得到古水体温度为27.3～29.2 ℃。

2.2 古水体盐度

古水体盐度的判别方法有古生物法、常量同位素法和微量元素法，本文采用微量元素法，选取微量元素Li、Sr、Ni 和Ga 的含量以及Sr/Ba 等进行古盐度判别[13-14]。Sr 和Ba 主要以硫酸盐化合物的方式被保存在水体中，但由于在溶液中Sr的迁移能力及其硫酸盐化合物的溶度积远大于Ba，故Sr/Ba愈高，水体的盐度也就愈高。

根据车排子凸起白垩系胜金口组岩心样品微量元素测试结果，对Li 平均含量为29.7 μg/g，Sr 平均含量为267.2 μg/g，Ni 平均含量为30.1 μg/g，Ga 平均含量为15.5 μg/g，Sr/Ba 平均为1.1，对比表2中的标准值可判断，车排子凸起胜金口组沉积时期整体处于淡水—半咸水的沉积环境。

表1 车排子凸起胜金口组岩心样品微量元素分析结果Table 1.Analysis of trace elements in core samples from Shengjinkou formation in Chepaizi swell

表2 车排子凸起胜金口组古水体盐度判别标准Table 2.Discrimination creteria of salinity of ancient water bodies in Shengjinkou formation in Chepaizi swell

2.3 古氧化还原环境

沉积时的氧化—还原环境可以借助微量元素的比值来进行推断，微量元素如U、V、Cr、Co、Ni 等对于氧化环境较为敏感，常被用以判识古环境[15-16]。国内外许多学者先后提出了多个评价指标，如U/Th、V/Cr、Ni/Co 和V/（V+Ni）[17-18]，均取得了较好的效果。本次研究主要通过V/Cr、Ni/Co、V/（V+Ni）、U/Th和δU 来分析古氧化—还原环境，只有V/（V+Ni）较高，为0.66～0.86（表1），位于氧化—还原过渡带，其他值几乎都在氧化环境带中，因此，车排子凸起白垩系胜金口组整体处于富氧的沉积环境。

综上所述，车排子凸起胜金口组沉积时期总体上为干热气候，古水体温度为27.3～29.2 ℃，是富氧的淡水—半咸水沉积环境。

3 沉积特征分析

扇三角洲和辫状河三角洲均属于粗粒三角洲，但在岩石学特征、岩心相、测井相、沉积序列、粒度特征、地震相、平面展布等方面又有所不同。扇三角洲为冲积扇入湖形成，兼具冲积扇和三角洲的沉积特征，规模一般较小[19]；辫状河三角洲则是由辫状河入湖形成的富砂和砾石的三角洲，分流平原由多条底负载河流供源形成，规模一般都较大。胜金口组沉积时期，车排子凸起物源供给充足，物源主要为西北方向的加依尔山[1-2]，受干热气候影响，湖平面变化频繁，扇三角洲前缘亚相和辫状河三角洲前缘亚相为车排子凸起的主体。

3.1 岩石学特征

车排子凸起胜金口组砂岩主要为中—细粒岩屑石英砂岩、岩屑砂岩和长石岩屑砂岩，砂岩骨架颗粒中，石英含量为55%～91%，平均为73%；岩屑含量为6%～45%，平均为18%；长石含量为2%～31%，平均为8%（图2）。

图2 车排子凸起胜金口组砂岩样品分类Fig.2.Classification of sandstone samples from Shengjinkou formation in Chepaizi swell

车排子凸起扇三角洲以中粒岩屑砂岩和中粒岩屑石英砂岩为主，分选差，磨圆度低，以棱角状—次棱角状为主，长石风化程度较弱，反映近物源沉积的特征（图3a）。颗粒呈点—线接触，由于受到压实作用和胶结作用的影响，岩石中的原生孔隙损失殆尽，粒间溶孔和长石粒内溶孔为主要的储集空间（图3a、图3b）。

辫状河三角洲以中—细粒长石岩屑砂岩和石英砂岩为主，粒径为0.1～0.3 mm，分选差—中等，磨圆度中等，主要为次棱角—次圆状，长石风化程度较强，反映沉积物经过一定距离的搬运（图3c、图3d）。颗粒呈点—线接触，可见石英次生加大（图3c）。

3.2 岩心相

扇三角洲前缘亚相岩性以细砾岩和含砾细砂岩为主，发育平行层理和大型交错层理，同生变形构造发育（图4a、图4b），由于较低的分异程度，偶见“漂砾”（图4c）；扇三角洲平原亚相岩性以砂砾岩和中—细砾岩为主，砾石分选差，磨圆也差，以棱角—次棱角状为主，杂基支撑，辫状水道可见多个冲刷面，表现为砾石冲刷下伏砾岩，沉积构造以块状构造为主，层理不明显，砾石多呈定向排列，具牵引流和碎屑流双重特征（图4d、图4e）。

辫状河三角洲前缘亚相岩性以含砾细砂岩和细砂岩为主，粒度、分选和磨圆均反映长距离搬运，沉积构造以交错层理、平行层理和波状层理为主（图4f—图4j），同生变形构造不发育。辫状河三角洲平原亚相岩性以含砾细砂岩和细砂岩为主，分选好，磨圆中等，以次棱角—次圆状为主，粒度整体较扇三角洲前缘亚相细；沉积构造以大型交错层理、平行层理和冲刷面为主，碎屑流不发育。

图3 车排子凸起胜金口组不同岩性显微特征Fig.3.Microscopic characteristics of various lithologies of Shengjinkou formation in Chepaizi swell

图4 车排子凸起胜金口组沉积构造特征Fig.4.Characteristics of sedimentary structures of Shengjinkou formation in Chepaizi swell

3.3 测井相

扇三角洲平原亚相可以划分为辫状水道和水道间沉积微相，辫状水道自然电位曲线呈大段的箱形或钟形，齿化特征明显，说明物源供给充足（图5），部分井（如春139 井）底部为多期辫状水道和碎屑流的复合沉积，为中—细砾岩，自然电位曲线呈大段连续略有起伏的平直形（图6a 中2 207～2 220 m）；水道间自然电位曲线呈低幅齿形或对称齿形。扇三角洲前缘亚相可以划分为水下分流河道、水下分流河道间和河口坝沉积微相，水下分流河道自然电位曲线多呈钟形或叠置箱形，水下分流间湾自然电位曲线以平直形为主，河口坝自然电位曲线以中、低幅漏斗形以及齿化漏斗形为主，在车排子凸起胜金口组少见（图5）。

图5 车排子凸起胜金口组测井相模版Fig.5.Logging facies template of Shengjinkou formation in Chepaizi swell

图6 车排子凸起胜金口组典型扇三角洲（a）和典型辫状河三角洲（b）沉积相划分Fig.6.Sedimentary facies division of(a)typical fan delta and(b)typical braded river delta of Shengjinkou formation in Chepaizi swell

辫状河三角洲平原亚相可以划分为分流河道和越岸沉积2 种沉积微相，分流河道自然电位曲线呈连续的叠置箱形或钟形，越岸沉积自然电位曲线呈低幅漏斗形。辫状河三角洲前缘亚相可以划分为水下分流河道、水下分流河道间和河口坝沉积微相，测井曲线特征与扇三角洲前缘较为类似，但河口坝自然电位曲线呈漏斗形。综上所述，扇三角洲与辫状河三角洲测井相的差异主要在于平原亚相，扇三角洲平原发育牵引流和碎屑流沉积，而辫状河三角洲平原主要为牵引流沉积，前缘亚相差异并不明显。

湖泊相可以划分为湖泥和滩坝沉积微相，滩坝自然电位曲线以漏斗形和指形为主，车排子凸起春303井滩坝微相发育螺灰岩，可见丰富的螺化石（图6b），湖泥自然电位曲线则以平直形为主。

3.4 沉积序列

扇三角洲主要发育于车排子凸起的西南部，为退积型三角洲，春139 井取心段位于胜金口组的中下部，因此，取心段从底部到顶部粒度逐渐变细，由扇三角洲平原亚相过渡到扇三角洲前缘亚相。扇三角洲平原亚相发育多套由正韵律的辫状水道和块状碎屑流组成的复合沉积，缺少泥质沉积，砾石冲刷下伏砾岩现象明显（图4b），说明水动力强（图6a）。扇三角洲前缘亚相发育多个下粗上细正韵律叠置形成的复合韵律，砾石成分逐渐减少，粉砂岩和细砂岩含量增加。水下分流河道间由泥岩、粉砂质泥岩和泥质粉砂岩构成，厚度较小（图6a）。

研究区东部发育辫状河三角洲，春303 井针对胜金口组全部取心，从底部到顶部，由辫状河三角洲前缘过渡到湖泊。辫状河三角洲前缘发育2 种类型的沉积序列：一种形成于强水动力条件下，晚期形成的水下河道冲刷早期形成的粉砂或泥质沉积，多期河道叠加，自然电位曲线表现为大段连续的箱形；另一种形成于水体能量逐渐减弱的环境下，沉积物逐渐变细，由细砂岩向上变为泥岩和粉砂岩（图6b）。湖泊相由湖泥和滩坝组成，滩坝主要由薄层的泥质粉砂岩、粉砂岩和细砂岩组成，以下细上粗的反韵律为主，个别井段发育螺灰岩（图6b）。

3.5 粒度特征

车排子凸起扇三角洲粒度概率曲线以两段式和多段式为主，且发育反映扇三角洲、冲积扇等沉积环境的宽缓上拱式曲线（图7a、图7b），该类型曲线呈顶凸的弧形，缺乏滚动和跳跃总体，悬浮总体含量较高，粒度变化大，具有碎屑流沉积的特征，表明沉积时水动力条件强，该类型主要分布在车排子凸起西南部的春139井—春50井区。

辫状河三角洲粒度概率曲线以两段式和多段式为主，两段式曲线两段式粒度变化范围大，为0～8φ，悬浮总体与跳跃交截点较低，在3φ左右。总体上跳跃总体和悬浮总体相当，跳跃总体斜率较大，角度在55°左右，说明沉积物分选较好。多段式曲线由跳跃总体、过渡总体和悬浮总体组成，粒度区间在0～8φ。其中跳跃总体含量变化大，为10%～50%，斜率较大，角度为60°～65°，分选较好，与过渡总体截点在2φ左右（图7c）；过渡总体含量相对较高，为20%～60%，粒度区间为2～5φ，与悬浮总体的截点在4φ左右，部分可达5φ；悬浮总体含量低，为20%～40%，反映稳定水动力条件下的细粒沉积（图7d）。

本次研究中，无论是扇三角洲还是辫状河三角洲中均较少见到三段式粒度概率曲线，这并非是三段式曲线在这2 种沉积相中不发育，而是由于此次岩心分析样品点较少，未发现典型的三段式粒度概率曲线，但前人已经通过研究证明了三段式在辫状河三角洲和扇三角洲中均发育[19-20]。就车排子凸起而言，扇三角洲与辫状河三角洲的粒度概率曲线的最大区别在于：扇三角洲多发育宽缓上拱式，粒度范围变化大，反映较强水动力条件下的碎屑流沉积，而辫状河三角洲中较少看到此类型概率曲线。

3.6 地震相特征

车排子凸起扇三角洲与辫状河三角洲地震相特征存在明显的差异性，扇三角洲纵向上的几何形态一般为楔状，地震相多为杂乱和乱岗状特征，连续性差。辫状河三角洲地震相整体连续性较好，整体反射特征以中强振幅、中高连续反射为主，由西北向东南顺物源方向的地震剖面的观察可知（图8），研究区东部前积反射表现为近平行的叠瓦状，但西部前积反射轴无明显叠瓦状，表现为向东缓慢下倾，内部为亚平行—不连续的短轴反射，因此将其归为隐性前积反射。由此推断，研究区西部水深较浅，向东逐渐变深，由西向东的前积指示物源方向。

3.7 沉积相平面展布

胜金口组沉积时期，车排子凸起西南部与东部表现出明显的沉积差异，西南部发育3～4 个孤立的扇三角洲朵体，沿长轴方向扇三角洲延伸长度为3.0～5.5 km，朵体面积为4.0～9.0 km2，具有短而小的特点。在车排子凸起中东部发育多个平面延伸范围大，且横向连续性好的辫状河三角洲朵体，沿长轴方向辫状河三角洲延伸长度为6.0～10.0 km，朵体面积为12.0～40.0 km2。辫状河三角洲前缘亚相为沉积主体，多套水下分流河道砂体叠置发育，储集条件好，为有利沉积微相。滩坝多发育于三角洲的前部及侧缘（图9），储集层物性较好，容易形成岩性油气藏。

图7 车排子凸起胜金口组不同类型三角洲典型粒度概率曲线Fig.7.Probability curves of typical particle sizes of different types of deltas in Shengjinkou formation in Chepaizi swell

图8 车排子凸起胜金口组辫状河三角洲地震反射特征Fig.8.Seismic reflection characteristics of braided river delta in Shengjinkou formation in Chepaizi swell

4 扇三角洲和辫状河三角洲主控因素分析

车排子凸起在相同的古气候和构造背景下，在不同位置发育不同类型的三角洲，古地貌是造成车排子凸起西南部与东部沉积差异性的主要控制因素。为此，本文针对车排子凸起胜金口组进行古地貌恢复，进而讨论古地貌对胜金口组沉积相的控制作用。

图9 车排子凸起胜金口组均方根振幅属性（a）和沉积相分布（b）Fig.9.(a)RMS amplitude and(b)sedimentary facies distribution in Shengjinkou formation in Chepaizi swell

4.1 古地貌特征

首先采用趋势延伸法恢复车排子凸起胜金口组沉积时期的剥蚀量，其次进行去压实校正[21]，通过计算车排子凸起白垩系胜金口组多口井的回剥厚度，得到车排子凸起胜金口组泥岩的压实率为2.25，砂岩的压实率为1.63；最后通过微量元素Co 的含量来推算胜金口组的古水深，按照三角洲前缘沉积速率为0.3 mm/a 进行计算[22]，得到车排子凸起胜金口组沉积时期的古水深为5～16 m。

从图10 可以看出，在胜金口组沉积时期，车排子凸起古地貌整体表现为西北高，东南低，向东延伸至车排子凸起外的深洼区。车排子凸起东部地形坡度为0.8°～1.5°，南部发育的局部凸起造成西南部发育一个小次洼，地形坡度明显较陡，为1.5°～2.5°。

图10 车排子凸起胜金口组沉积时期古地貌Fig.10.Paleo⁃geomorphology during the deposition of Shengjinkou formation in Chepaizi swell

4.2 古地貌对沉积相的控制

4.2.1 搬运通道对沉积相的影响

搬运通道的确定可有效判定物源供给方向及其控制下物源搬运散布模式，也可能成为潜在的储集空间。在车排子凸起白垩系底部识别出2 条主要的搬运通道，分别为沟谷S1和沟谷S2，分别分布在研究区西南部和东北部（图9a），均延伸至湖盆内。本次研究依据垂直于每一条沟谷延伸方向的多条地震剖面（图11），对沟谷的延伸距离、坡度、深度、宽度、下切形态、充填样式等进行精细刻画。从计算结果可以看出，沟谷S1和沟谷S2在形态和参数上有着明显不同。西南部的沟谷S1 在测线AA’、BB’和CC’上的宽深比分别为12.6、10.2 和9.9，平均为10.9；东部沟谷S2 在测线DD’、EE’和FF’上的宽深比分别为16.5、11.6 和16.2，平均为14.8（表3）。从通道的形态来看，沟谷S1以“V”型为主，沟谷S2 则能明显看出从“V”型到“U”型再到“W”型的转化。一般“U”型谷的输砂能力大于“V”型谷，且“V”型谷更多见于物源所在的山区，即河道上游地区，由此可见，车排子凸起白垩系沟谷S2的输砂能力强于沟谷S1的输砂能力，结合沉积相图（图9b）可看出，远源“U”型沟道前端发育辫状河三角洲、近源“V”型沟道前端发育扇三角洲。

4.2.2 地形坡度对沉积相的影响

胜金口组沉积时期，车排子凸起西南部地形坡度较陡，且发育的古凸起遭受剥蚀，具有给西南部三角洲供源的能力，因此，形成了多个以西北部加依尔山母源为主的“厚而延伸短”的扇三角洲朵体，此时沉积坡度为1.5°～2.5°，距西北部加依尔山母源区40～50 km；中东部古坡度相对较缓（图10），形成多个受西北部加依尔山物源控制的辫状河三角洲朵体，此时沉积坡度为0.8°～1.5°，距西北部加依尔山母源区50～70 km。辫状河三角洲在以一定的坡度向盆地中心方向延伸后，部分区域地形坡度突然变大，形成了明显的坡折带，由于车排子凸起整体坡度较缓，碎屑物质在平原地区主要沿早期的沟谷进行搬运，但由于此时可容纳空间偏小，河道被不断填平补齐，在平面上进行频繁迁移摆动，因此，辫状河三角洲河道特征更为明显，粒度分选磨圆更好，且泥质含量总体偏低，储集层条件更为有利。

图11 车排子凸起白垩系底部古沟谷地震反射特征（剖面位置见图9）Fig.11.Seismic reflection characteristics of ancient valleys at Cretaceous bottom in Chepaizi swell(section location shown in Fig.9)

表3 车排子凸起白垩系不同测线的物源搬运通道宽深比定量表征Table 3.Quantitative characterization of width⁃to⁃depth ratio of transport channels of Cretaceous sources along survey lines in Chepaizi swell