准噶尔盆地车排子凸起东缘下切谷特征及其形成机制

2021-07-14李小刚邱子瑶李志军徐少华李仪汶汪佳蓓文思奇

现代地质 2021年3期

秦磊，李小刚，邱子瑶，李志军，徐少华，李仪汶，陈岑，汪佳蓓，文思奇

(1.重庆科技学院石油与天然气工程学院，重庆 401331；2.重庆科技学院复杂油气田勘探开发重庆市重点实验室，重庆 401331；3.中国石油新疆油田分公司采油一厂，新疆克拉玛依 834000)

0 引言

下切谷(incised valley, 又译深切谷)通常被定义为河流体系响应于海(湖)平面相对下降而侵蚀河口地区并向盆地方向延伸所形成的河道或者河谷[1-4]。在层序地层学研究中，下切谷是识别层序界面和划分层序内部体系域的重要依据[5-6]。在油气勘探方面，下切谷又是油气运移的主要通道和储集场所，所以下切谷的研究具有重要的学术价值和工业应用价值[7-8]。近年来，国内学者针对不同构造背景下下切谷的识别特征、内部充填结构及形成机制等开展了大量的研究，并取得丰硕的研究成果[9-12]。研究结果表明不同的构造、沉积背景，乃至同一盆地不同地理位置的下切谷均存在明显的差异。

准噶尔盆地西北缘车排子地区紧邻沙湾凹陷和四棵树凹陷两大生烃中心，油源供给充足，勘探潜力较大。研究区位于车排子凸起东缘中段(图1(a))，横跨红—车断裂带，北抵车131井，南达车60井，西界位于车浅3井东侧，东以车48井为界。经过多年的勘探开发，大型构造圈闭已基本钻探完毕，急需寻找新的探勘领域。前人研究发现[7, 13]，车排子地区在白垩系发育大型下切谷，且主要分布于车排子凸起的东缘与南缘两侧。其中，东缘地区目前已报道的下切谷处于春光油田，春光油田继续往东的探区是否发育下切谷尚未见报道。本文基于钻测井资料、三维地震资料及地震平面属性信息，在对车排子凸起东缘至红—车断裂带区域开展系统的地震资料解释过程中，识别出规模较大、特征典型的4个下切谷。研究结果对于认识车排子地区下切谷的形成过程、成因机制和层序地层格架具有重要意义，同时为本区的地层和岩性圈闭预测指示了新的方向。

1 区域地质概况

车排子凸起(之后简称凸起)位于准噶尔盆地西部，是盆地西部隆起的次一级构造单元，其西北部为扎伊尔山，南部邻近四颗树凹陷，东部以红—车断裂带与沙湾凹陷相接，整体呈现出倒三角状的平面形态特征(图1(a))。凸起在构造区划分上归属于准噶尔前陆盆地前隆—隆后斜坡带，凸起自晚石炭世形成以来经历了复杂的构造运动。中生代构造演化期可划分为燕山运动Ι幕、燕山运动Ⅱ幕以及燕山运动Ⅲ幕[14-16]，同时中生代古气候经历了较大变化，整体由侏罗纪半潮湿—潮湿气候演变为白垩纪半干旱—干旱气候[17-19](图1(c))。凸起主体地层覆盖在石炭系基底上，自下而上发育了侏罗系、白垩系、古近系、新近系及第四系，二叠系、三叠系仅在凸起东部局部地区(红车断裂带上下盘附近)以及凸起之上部分沟谷带发育，而在凸起其他地方缺失[20-21]。

图1 研究区位置、区域地质特征及文中涉及地震测线位置Fig.1 Location, regional geological characteristics and seismic line sites of the study area

研究区位于车排子凸起东缘中段，面积超过600 km2，整体为一西高东低的单斜构造，发育北北东、北西西两组断裂。研究区侏罗系自下而上发育下侏罗统八道湾组(J1b)，下侏罗统三工河组(J1s)，中侏罗统西山窑组(J2x)和上侏罗统齐古组(J3q)，其中J1b以含砾砂岩与泥岩的互层沉积为主，J1s以泥岩沉积为主，J2x多沉积砂岩、泥岩以及砂质泥岩，而J3q的岩性主要有砾岩、泥岩、砂质泥岩以及砂岩等。前人[18, 22]研究揭示，研究区侏罗纪时期以冲积扇、辫状河以及湖泊等沉积相为主。

2 层序地层格架与下切谷的发现

2.1 研究区层序地层格架

层序地层格架的建立是古沉积环境和储层预测的基础[13]。本次研究在井—震标定的基础上，建立研究区侏罗系的层序划分方案(图2(a))。共识别出2个二级层序界面，分别是侏罗系的底(SB1)与侏罗系的顶(SB2)，在研究区东部可连续追踪(图1(b))，以及进一步识别出4个三级层序，即八道湾组(J1b)、三工河组(J1s)、西山窑组(J2x)和齐古组(J3q)。侏罗系内部地层自西向东呈发散结构，沉积地层具有楔形特征，在车排子凸起之上发生地层超覆和尖灭。

图2 研究区井—震标定基础上的层序地层格架及下切谷地震响应Fig.2 Stratigraphic framework based on well-seismic calibration and typical seismic response to incised valleys in the study areaSB1.侏罗系底界；SB2.侏罗系顶；测井曲线.DT

2.2 研究区勘探重点与下切谷发现过程

研究区目前已发现的侏罗系油藏主要有两种成藏模式，一种为完全受断层控制的断块油藏，一种为受断裂和地层尖灭线共同控制的构造—地层油藏。在这两种模式指导下，研究重点一直聚焦在侏罗系各组尖灭线的刻画和尖灭线以东(侏罗系)储层发育且遮挡条件好的断块圈闭的识别。针对前者，新疆油田已开展系列研究，侏罗系顶底界线、以“组”为单位的顶底尖灭线等已基本查明(图1(b))，目前已进入到井震联合精细刻画各组内部砂层组尖灭线阶段；针对后者，经过多轮次拉网式筛选，加之受砂岩储层非均质性、断层封堵等因素影响，可供钻探的规模断块圈闭越来越难，亟须寻找新的增储领域。受上述两种模式所限，特别是在侏罗系顶尖灭线控制研究区勘探西边界的指导下，尖灭线以西的地区，由于缺少侏罗系沉积，一直被认为是侏罗系找油的“禁区”，长期没有受到关注。尽管前人[7, 13, 23-24]已陆续在研究区西部的春光油田报道发现下切谷，但并未引起重视。

笔者近期在利用研究区钻井和三维地震资料对八道湾组(J1b)、三工河组(J1s)、西山窑组(J2x)和齐古组(J3q)内部砂层组尖灭线进行精细刻画时，发现在车浅131井南部侏罗系尖灭线以西的东西向地震剖面上(图1(b)和图2(b))，在基底面(石炭系顶)整体呈向西缓慢抬升背景下，存在一套与基底产状极不协调接触关系的沉积体，其外形呈深切基底的“V”字形，内部呈向两侧上超的充填型结构(图2(b))，这是下切谷典型的几何外形和内部结构特征[8]，结合车排子凸起区域演化过程及前人春光油田研究成果，确认其为下切谷及其充填物。在此基础上，从该点出发，在东西向、南北向地震测线上开展地震扫描解释，最终在车浅131井南部识别出一平面呈扇形，面积近9 km2的下切谷。之后，对研究区侏罗系尖灭线以西的广大区域开展以识别下切谷为目标的地震扫描解释，并提取地震振幅类属性，最终在早期刻画出的侏罗系尖灭线以西，识别出4个规模较大的下切谷。以下就下切谷剖面与平面特征做详细介绍，并就其形成机制及石油地质意义做讨论，以期为下一步以下切谷为勘探目标的部署提供依据。

3 下切谷剖面特征

研究区发育的下切谷外部形态表现为“V”形和“U”形两种，两翼大多不对称(图3(a)、(b))。在垂直于下切谷走向的地震剖面中，可见下切谷的双向上超充填样式以及侧向加积充填样式。双向上超充填型表现为变振幅、变频率和连续性较差的地震反射结构，地震反射同相轴向谷底两侧上超(图3(a))；侧向加积充填型表现为中—弱振幅、中频率和连续性较差的地震反射结构以及斜列式或前积式的反射构型(图3(b))。下切谷内部的充填特征指示了沉积物在下切谷内部的充填叠置关系，同时也反映了沉积物供给速率与可容空间(相对海平面或湖平面之下供沉积物堆积的空间)增长速率的大小关系。在沿下切谷走向(即平行于物源流向)的地震剖面上主要表现为加积、前积和上超的地震反射特征(图3(c))。加积反射指示沉积物供给速率大致等于可容空间增长速率时的原地沉积。此时，下切谷内部沉积物垂向上具有正旋回特征。前积反射指示沉积物供给速率大于可容空间增长速率，沉积物向湖盆方向的推进，谷内沉积物垂向上以反旋回为主。上超反射指示沉积物供给速率小于可容空间增长速率，沉积物向陆地方向发生迁移，以正旋回为主。

图3 研究区下切谷典型剖面地震响应及其内部充填结构(测线位置见图1(b))Fig.3 Typical seismic response to incised valleys and their internal filling configuration (location shown in Fig.1(b))(a)、(b)为垂直下切谷走向地震剖面，图左为下切谷内部充填结构未解释剖面，图右为解释剖面；(c)为平行下切谷走向地震剖面，右上角插图为下切谷内部充填结构未解释剖面

4 下切谷平面特征

地震振幅类属性能够较好地反映不同沉积环境下地质体的差异特征，对河流相、近岸水下扇和浊积扇等的沉积储层反应灵敏，在寻找有利储集相带和岩性油气藏中逐渐受到青睐[25]。基于三维地震数据提取下切谷底界面振幅绝对值之和的平面属性图可以清晰地勾勒出研究区下切谷沉积体系的平面展布特征(图4)。平面属性图显示本区下切谷沉积体系呈近东西流向分布，主要有分支型与单一型两种展布形态。其中，分支型下切谷主水道发育，多个分支水道汇聚到主下切谷水道内，横向展布范围广(图4(a))。单一型下切谷支流水道较少，以发育单个主下切谷水道为特征，下切谷沿流动方向延伸较远，而横向分布范围较小。

图4 基于振幅绝对值属性刻画研究区下切谷平面展布特征Fig.4 Map showing the distribution of incised valleys based on amplitude absolute seismic attribute in the study area

5 讨论

5.1 下切谷的形成机制

关于下切谷的形成机制，研究者[26-28]普遍认为下切谷的下切作用发生在相对海(湖)平面下降的早期和中期，而下切谷的充填阶段为相对海(湖)平面下降的晚期以及上升时期。对于陆相盆地而言，相对湖平面的升降主要受构造活动和气候变化的控制[29]。所以下切谷的形成与研究区的构造演化特征和古气候变化密切相关。迄今为止，国内学者[14-19]已对准噶尔盆地车排子凸起的构造演化特征和古气候变化规律进行了一系列的研究，并得到一致的结论(图1(c))。早侏罗世八道湾组(J1b)时期，车排子地区呈现负地貌的地形特征，至三工河组(J1s)时期，车排子凸起开始形成并在水下具备一定的隆起形态。中侏罗世西山窑组(J2x)沉积时期，受燕山运动中期的影响，车排子凸起开始逐渐隆升。晚侏罗世齐古组(J3q)沉积时期，车排子凸起强烈隆升并接受剥蚀改造[14-16]。中侏罗世以前车排子地区处于半潮湿—潮湿气候，晚侏罗世转变为半干旱—干旱气候[17-19]。晚侏罗世时期，构造强烈隆升以及半干旱—干旱气候，导致车排子地区陡坡带区域可容空间减小(图5(a))。相对湖平面急剧下降，基准面低于实际地形，河流体系强烈侵蚀下伏地层，下切谷由此形成(图5(b))。

早白垩世时期，受燕山运动晚期的影响，车排子凸起开始剧烈下沉，接受2 000～3 000 m厚的白垩系—古近系沉积[15]。该时期构造剧烈沉降必将导致前陆盆地内部可容空间的重新分配，致使车排子凸起陡坡带可容空间增大，而中央凹陷带与缓坡带可容空间减小(图5(c))。陡坡带可容空间的增大为该时期下切谷谷内沉积物的堆积提供了有利场所(图5(d))。关于下切谷内部的沉积物堆积方式主要有两种观点，一种是以Zaitlin等[30]为代表的“溯源堆积论”，即认为相对湖平面上升，淹没前期形成的下切谷，并把沉积物从盆地带到下切谷而形成的充填方式，沉积上具有正韵律特征，平行下切谷走向的地震剖面上可见退积的反射构型。另一种观点则是鲜本忠等[2]提出的“顺源堆积论”，认为构造活动引起的可容空间减小超过气候等带来的影响时，沉积物向盆地方向推进，沉积上具有反韵律特征，平行下切谷走向的地震剖面上可见前积的反射构型。结合研究区下切谷内部充填样式的地震剖面(图3(c))可知，下切谷兼具前积与退积的地震反射构型，笔者认为本区下切谷沉积物的堆积方式为“顺源堆积”与“溯源堆积”的交互沉积。车排子凸起在下沉过程中，在白垩纪的某一地质历史时期，半干旱—干旱气候造成湖平面急剧下降，此时气候带来的可容空间减小要比构造沉降强烈得多，沉积物以进积的形式向盆地方向推进并充填下切谷，发生顺源堆积。但车排子凸起沉降是一个持续性过程，后期陡坡带可容空间增大，相对湖平面上升产生回水作用，使得谷内沉积物最终发生溯源堆积。

图5 可容空间变化对陡坡带下切谷形成的控制作用示意图Fig.5 Schematic diagram showing the relations between accommodation space and formation of incised valley in the study area(a)构造隆升对可容空间的重新分配示意图(实线为晚侏罗世时期湖泊示意图，虚线为凸起隆升之后的湖泊示意图)；(b)下切谷侵蚀形成模式图；(c)构造沉降对可容空间的重新分配示意图(实线为早白垩世时期湖泊示意图，虚线为凸起沉降之后的湖泊示意图)；(d)下切谷沉积充填模式图

5.2 石油地质意义

众所周知，下切谷对油气勘探具有重要意义。因为其内广泛充填着河流相沉积，其上发育的湖进体系域和密集段是良好的盖层和油源岩，所以可以作为良好的岩性圈闭[31]。从准噶尔盆地车排子凸起的成藏条件可知，凸起紧邻两大生油凹陷，加之该区不整合发育，所以常是沟通深部油气和下切谷的优势通道。白垩纪时期，车排子凸起东缘发育扇三角洲和滨浅湖交替的沉积相[22]。这为下切谷谷内沉积物的堆积提供了丰富的物源。

笔者在车排子凸起东缘共发现4个规模大小不等的下切谷沉积体系。下切谷平面分布范围广，最大圈闭面积可达8.79 km2，最小圈闭面积为2.83 km2，有利于形成较大规模的油气储集。下切谷最小埋藏深度(高点海拔)均在1 000 m左右，能够有效阻止油气向地表的运移散失。另外，下切谷下切深度(闭合高度)大，下切深度最大可达180 m，最小为70 m，有利于沟通深部油气，成为油气运移和储存的目标场所。由下切谷内部充填样式的地震剖面(图3)可知，谷内地震反射同相轴成层性较好，分布连续，振幅较强，反映了谷内沉积物岩性较均一以及分选性、磨圆度较好的特征，所以本次发现的下切谷沉积体系对该区未来的油气勘探具有重要的意义。