玛湖凹陷二叠系夏子街组限制性湖盆扇三角洲沉积特征

杨 帆，卞保力，刘慧颖，姚宗全，尤新才，刘海磊，卫延召

（1.中国石油勘探开发研究院，北京 100083；2.中国石油新疆油田公司勘探开发研究院，新疆克拉玛依 834000；3.新疆大学地质与矿业工程学院，乌鲁木齐 830047）

0 引言

限制性三角洲是指受相邻活动扇或峡谷壁限制的扇形堆积体，表现出顺水流方向流量耗散小，分支河道数量少，通常由1 条或2 条主河道构成［1］。与传统三角洲相比，限制性三角洲是发育在可容空间受限的环境内［2］，其地震反射特征和沉积充填特征具体表现为［3-4］：①受古地貌限制，沉积砂体具有较大的长宽比且连续性较差［5-6］；②沉积物搬运较短距离即可沉积［4］；③受坡度陡、近物源沉积环境影响，形成了限制性的可容空间［7］和沉积物搬运方向［5］。

近年来，随着准噶尔盆地“跳出西北缘、走向斜坡区”勘探思路的提出［8-9］，玛湖凹陷三叠系百口泉组、上二叠统上乌尔禾组相继发现了亿吨级大油区［10-11］。玛湖凹陷二叠系夏子街组是沉积在风城组优质碱湖烃源岩之上的砂砾岩，并被下乌尔禾组湖相泥质烃源岩覆盖，具有绝佳的生储盖组合［12］。李兵等［7］通过对钻井、测井以及录井等资料的分析，认为夏子街组为传统意义上的扇三角洲；陈波等［13］通过对岩心、物性资料的分析认为，夏子街组为相对优质储层；杨志冬［14］通过分析红山嘴油田红153 井区夏子街组取心、录井资料，认为该组发育冲积扇。

玛湖凹陷夏子街组沉积时期的古构造、物源体系、沉积相展布等均有其自身特征，以往研究人员对其沉积相类型、相带展布的研究仅局限于已发现的储层内，缺乏宏观的系统性认识。本文通过对玛湖凹陷二叠系夏子街组古地貌、岩心、物源等的研究，厘定以限制性湖盆为背景的扇三角洲沉积体系，以期为同类型沉积体系的勘探与开发提供一定借鉴。

1 地质概况

玛湖凹陷位于准噶尔盆地西北部［15］，西至克百断裂带和乌夏断裂带，东至夏盐凸起、三个泉凸起、英西凹陷和石英滩凸起，南至中拐凸起和达巴松凸起［16］。凹陷东西长约50 km，南北长约100 km［17］，其周缘均为有利油气藏区［18］（图1a）。玛湖凹陷地层发育齐全，自下而上发育石炭系（C）、二叠系佳木河组（P1j）、风城组（P1f）、夏子街组（P2x）、下乌尔禾组（P2w）、上乌尔禾组（P3w）、三叠系百口泉组（T1b）、克拉玛依组（T2k）、白碱滩组（T3b）、侏罗系、白垩系等。夏子街组（P2x）主要发育泥岩和砂砾岩，其下伏风城组（P1f）在碱湖环境下沉积厚层泥岩夹白云岩，下乌尔禾组（P2w）则为1 套砂泥岩间互沉积［19-20］。夏子街组地震反射特征多见上超、顶超等现象，自下而上分为夏子街组一段（夏一段）、夏子街组二段（夏二段）、夏子街组三段（夏三段）、夏子街组四段（夏四段）（图1b）。

图1 准噶尔盆地构造单元（a）及玛湖凹陷二叠系岩性地层综合柱状图（b）Fig.1 Tectonic units of Junggar Basin（a）and stratigraphic column of Permian in Mahu Sag（b）

2 沉积特征

2.1 古地貌特征

准噶尔盆地在二叠纪处于断陷—断坳转换期［20］，为陆相沉积环境。早二叠世早期，西准噶尔造山带向盆地逆冲，形成西准噶尔山前前陆盆地，即早期玛湖凹陷［21］。早二叠世晚期，准噶尔盆地处于后碰撞伸展构造环境，玛湖凹陷被断裂和凸起分隔形成独立区域。中二叠系夏子街组沉积时期，西部造山运动趋于强烈［22］，西准噶尔造山带继续向盆地逆冲、抬升，玛湖凹陷沉降中心向凹陷内迁移；下乌尔禾组沉积时期，由于填平补齐作用，夏盐—达巴松凸起不再是凹陷边界，而是逐渐变为低幅度水下隆起，准噶尔盆地进入湖泛期。至晚二叠世，准噶尔盆地西北缘受哈萨克板块碰撞影响发育一次构造反转，开始发育大规模的逆冲推覆断裂体系［23］，此时，盆缘地层因受到水平挤压应力作用而抬升，二叠系和三叠系呈不整合接触［24］，盆地内部形成局部的构造凸起带，在盆缘斜坡区粗碎屑沉积明显增多。以上冲断作用导致断裂带上盘夏子街组地层缺失，同时扎依尔山山前夏子街组被上二叠统、三叠系地层剥蚀，形成大型角度不整合，而玛湖凹陷东部、南部地区夏子街组向周缘凸起逐层超覆（图2）。诸多构造运动使得玛湖凹陷夏子街组的沉积空间受到限制，最终表现为“北断、西剥、东南超”的构造格局。

图2 玛湖凹陷玛湖1 井—达探1 井地震剖面（a）及地震解释（b）（剖面位置见图1 a）Fig.2 Seismic section（a）and seismic interpretation（b）across wells Mahu 1 and Datan 1 in Mahu Sag

地层残余厚度显示，夏子街组沉积时期的古地貌继承了早二叠世分割性凹陷的构造格局。玛湖凹陷被分为东西2 个次级洼陷，此时沉积中心位于玛湖凹陷西北缘地区。受达巴松凸起和中拐凸起围限，夏一段至夏三段沉积时期沉积范围不断扩大，但仍局限于玛湖凹陷内，直至夏四段沉积末期，沉积范围进一步扩大，达巴松凸起已不复存在，沉积物越过达巴松凸起向盆1 井西凹陷等地区充填（图3）。

图3 玛湖凹陷—盆1 井西凹陷二叠系夏子街组残余厚度分布Fig.3 Residual thickness of Permian Xiazijie Formation in Mahu Sag to west sag of well Pen 1

2.2 物源特征

玛湖凹陷北部地区（玛北地区）古水流方向主要为北东向，西部地区（玛西地区）为西北向，东部地区（玛东地区）为东北向，南部地区（玛南地区）为西南向。从砾岩厚度与地层厚度的比值（砾地比）来看，环玛湖凹陷周缘斜坡高部位发育4 个砾岩厚度沉积中心，向凹陷区砾岩厚度逐渐减小。玛北、玛西、玛东地区沉积中心较为集中，主要围绕山口、沟槽分布，砾岩厚度为30～60 m；玛南地区砾岩沿断裂带横向展布，厚度较大，达100 m 左右（图4）。

图4 玛湖凹陷二叠系夏子街组砾地比与水系分布Fig.4 Contour map of conglomerate thickness and water systems of Permian Xiazijie Formation in Mahu Sag

玛北地区夏子街组发育近南北向长轴远物源沉积体系，受主水系控制；玛西、玛东地区夏子街组为东西向短轴近物源沉积体系，受古地貌限制，东、西两侧的短轴物源为点状物源；玛南地区夏子街组主要为东西向短轴近物源，沿断裂带分布一系列供源水系，并识别出1 套西南—北东向长轴远物源沉积体系。

3 沉积体系特征

3.1 岩性特征

玛湖凹陷夏子街组砾岩的粒径为2～100 mm，主要为粗砾岩和中砾岩，分选性较差，磨圆度中等，杂基含量较高（图5）。由于砾岩颗粒较大，较难搬运，所以主要分布在靠近坡折带位置，并发育于限制性扇三角洲平原辫状河道和扇三角洲前缘水下分流河道内。

图5 玛湖凹陷二叠系夏子街组岩性特征Fig.5 Lithologic characteristics of Permian Xiazijie Formation in Mahu Sag

3.2 岩相特征

岩相反映了沉积物自然分选卸载的过程，代表了沉积水动力条件变化的能量单元，成因序列单元则表征了沉积体的成因，二者为沉积相的确定提供了可靠依据［25］。通过对研究区内12 口取心井400多米的岩心进行描述，总结了8 种岩相和3 种岩相组合（图6）。

图6 玛湖凹陷二叠系夏子街组岩相分类Fig.6 Lithofacies classification of Permian Xiazijie Formation in Mahu Sag

（1）块状层理砾岩相（Gm）。该岩相在研究区大量发育，无明显的沉积构造，砾石大小混杂，粗砾之间充填中砾、细砾和砂岩，砾石与砾石之间多级颗粒接触，砾石分选性与磨圆度均较差。砾石的粒度差别较大，从巨砾到细砾不等，代表了水动力强，搬运距离短，快速堆积的扇三角洲平原分流河道沉积环境。

（2）槽状交错层理砾岩相（Gt）。该岩相的识别标志为层系界面被中—细砾岩充填、纹层被细的砂岩充填、层系与层系之间相互发生截切。槽的方向反映了水动力方向，颗粒与颗粒之间充填有泥质和砂质，通常在研究区扇三角洲前缘河道内出现。

（3）平行层理砂岩相（Sh）。该岩相以中砂岩为主，纹层与层系互相平行，常与Gt 共同出现于扇三角洲前缘水下分流河道内。

（4）槽状交错层理砂岩相（St）。通常在槽底部可见一些细砾岩，沉积底界面通常呈勺形，波脊呈舌形、新月形［26］，在扇三角洲河道底部常见，反映了河道冲刷充填，在研究区内多出现于扇三角洲前缘水下分流河道中。

（5）波痕交错层理砂岩相（Sr）。该岩相属于低流态产物，水流波痕向前迁移的同时向上生长而形成相互叠置的波痕纹理，常发育于扇三角洲前缘沉积环境。

（6）块状层理砂岩相（Sm）。该岩相比较均一，无明显的沉积构造现象，研究区砂岩相多以该岩相为主，常见于河道底部。

（7）水平层理粉砂岩相（Fl）。通常以粉砂岩为主，杂基含量少，呈灰绿色。该岩相为细粒沉积物形成的水平层理，在研究区中发育较少。

（8）块状层理泥岩相（Mm）。该岩相为研究区沉积物粒度最细的岩相，颜色类型多样，可见浅灰色、深灰色、灰黑色、灰绿色等，沉积构造为块状层理。

岩相组合Gt→Gm由槽状交错层理砾岩相渐变为块状层理砾岩相，粒度逐渐变小，分选性与磨圆度整体较差，反映物源供给快且有变弱的趋势，槽状交错层理的出现说明了水动力逐渐趋于稳定。该岩相组合常指示扇三角洲平原分流河道（图7a）。岩相组合Sm→Fl→Gm→Sm→Mm 整体为正粒序，反映物源供给由弱变强。水平层理的出现说明了水动力减弱，反映了由扇三角洲前缘向扇三角洲平原过渡的沉积环境（图7b）。

图7 玛湖凹陷二叠系夏子街组岩相组合Fig.7 Lithofacies assemblage of Permian Xiazijie Formation in Mahu Sag

岩相组合St→Mm→Fl→Sh→Sm 的岩性明显先变细再变粗，反映了物源供给由强到弱的变化趋势，说明以扇三角洲前缘沉积为主（图7c）。

3.3 单井沉积相特征

（1）扇三角洲平原亚相

分流河道的沉积物成分、结构受物源影响，总体为灰绿色砂砾岩，并伴有灰绿色或红褐色泥岩夹层，分选性较差，磨圆度一般，可见冲刷面及Gm，Sh，St 等岩相类型。测井曲线响应特征为低伽马、高电阻率，测井组合多为箱形或微齿化箱形叠加成的“松树形”（图8）。分流间湾以泥岩为主，测井曲线多表现为线形。

图8 玛湖凹陷玛湖15 井二叠系夏子街组层序与沉积相综合柱状图Fig.8 Sequence and sedimentary facies of Permian Xiazijie Formation of well Mahu 15 in Mahu Sag

（2）扇三角洲前缘亚相

水下分流河道在研究区内整体呈正旋回，由底部灰绿色或灰黑色的含砾粗砂岩向上逐渐过渡为中、细砂岩，可见Gt，St 岩相类型，并伴有浪成砂纹和砂质纹层，反映河道的冲刷作用减弱，波浪改造作用增强，自然伽马曲线呈中—高幅钟形、箱形。河口坝在研究区发育较少，岩性由底部的粉砂岩渐变为细砂岩，自然伽马曲线呈中—高幅漏斗形、箱形的组合形态，具有中—低伽马值，中—高电阻率特征。

（3）前扇三角洲在研究区内以低能水体环境中沉积的炭质泥岩为主。

3.4 连井沉积相特征

玛西地区百泉1 井砂砾岩沉积厚度大，砂地比高，泥岩以褐色为主，主要发育于扇三角洲平原。玛东地区夏盐2 井，整体以灰绿色泥岩为主，粒度较细，砂地比有所下降，发育于扇三角洲前缘沉积环境。位于玛湖凹陷中心的艾参1 井砂泥频繁互层，虽然岩性以中细砂岩为主，但砾地比仍然在50%以上。过百泉1 井-百泉2 井-艾参1 井-夏盐2井的连井剖面印证了玛湖凹陷夏子街组扇体受湖盆限制，沉积相带变化较快（图9）。

图9 过百泉1 井-百泉2 井-艾参1 井-夏盐2 井沉积相剖面（剖面位置见图3 中B-B’）Fig.9 Sedimentary facies profile across wells Baiquan 1，Baiquan 2，Aican 1 and Xiayan 2 in Mahu Sag

玛南、玛西地区砂砾岩厚度大，普遍钻遇褐红色砂砾岩，主要为扇三角洲边缘相带；玛北地区储层较薄，泥岩以褐色、灰色为主，整个玛北地区夏子街组均处于扇三角洲前缘相带，储层主要集中在主水系附近发育，砂体连续性较差。

3.5 平面展布特征

不同的沉积微相其砂砾岩厚度与砂地比均不同，将单井沉积相分析与砂地比进行对比，可发现二者具有一定对应关系。玛北地区距物源区较远，属长轴远距离供源，以砂泥互层为主，砂体厚度平均为260 m，砂地比为30%～40%。玛西、玛南地区为短轴近物源沉积体系，沿克百断裂带发育1条砂地比高值带。玛西地区砂砾岩厚度为150～1 500 m，平均厚度为500 m，砂地比约为80%；玛南地区以厚层砂砾岩沉积为主，泥岩含量少，砂砾岩厚度为50～500 m，平均厚度为210 m，砂地比为70%～98%。玛东地区为短轴近物源沉积体系，砂砾岩厚度为20～130 m，平均厚度为60 m，砂地比为30%～70%。

根据沉积期古地貌和砂地比，并结合沉积相标志、单井相、剖面相等的分析结果，明确了玛湖凹陷夏子街组的沉积相展布（图10）。夏子街组沉积时期，玛湖凹陷处于限制性湖盆沉积背景，该时期继承了早二叠世前陆盆地的构造格局，靠山一侧可容空间大，发育巨厚的扇三角洲砂砾体且延伸较局限。玛南地区由于存在1 条南西—北东向的狭长沟谷地貌，从中拐凸起顺流而下的前缘砂体顺着沟谷将沉积物搬运至玛湖凹陷中部，这种长轴远物源沉积体系可形成规模有效储层。如艾参1 井处于凹陷区，属长轴远物源沉积体系，砂地比可达到50%以上，沉积物分选性、磨圆度均相对较好，是有利储层的主要发育带。

图10 玛湖凹陷二叠系夏子街组沉积相展布Fig.10 Sedimentary facies distribution of Permian Xiazijie Formation in Mahu Sag

4 结论

（1）二叠纪经历的断陷—断坳转换为玛湖凹陷夏子街组的沉积提供了充足的物源，诸多构造运动使夏子街组的可容空间受限，最终呈“北断、西剥、东南超”的构造格局。夏一段至夏三段沉积时期沉积范围不断扩大，但受限制性湖盆影响，直至夏四段沉积末期，沉积范围进一步扩大，沉积物越过达巴松凸起向盆1 井西凹陷等地区充填。

（2）环玛湖凹陷周缘斜坡高部位发育4 个厚度较大的砾岩沉积中心，受限制性湖盆影响，向凹陷区砾岩厚度减小。玛北地区为近南北向长轴远物源沉积体系，玛西、玛东地区为东西向短轴近物源沉积体系，玛南地区主要为东西向短轴近物源和西南—北东方向长轴远物源沉积体系。

（3）玛湖凹陷夏子街组限制性湖盆三角洲多发育分选性、磨圆度均较差的砂砾岩。基于岩心观察共识别出8 种岩相，并建立了3 种不同的岩相组合。该限制性湖盆三角洲在平面上湖盆范围小，沿克百断裂带沉积巨厚的扇三角洲，垂向厚度大但平面展布有限。