准噶尔盆地车排子地区侏罗系下切谷充填特征及地质意义

金杰华 ，王永诗 ，操应长 ，韩宏伟 ，陈林 ，王艳忠

（1.中国石化胜利油田分公司物探研究院，山东 东营 257022；2.胜利石油管理局博士后科研工作站，山东 东营 257000；3.中国石化胜利油田分公司，山东 东营 257015；4.中国石油大学（华东），山东 青岛 266580；5.中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院，山东 东营 257015）

0 引言

H.N.Fisk等［1］1955年在研究密西西比河时最早提出下切谷（incised vally）的概念，随后 J.C.Van Wagoner［2］将下切谷定义为由于海平面下降，河流体系向盆地方向延伸并侵蚀下伏地层所形成的河道或河谷。下切谷主要分为2类：一类是由一条大河（如长江、黄河）供水，向陆内延伸较长且较为宽广的平坦洼地；另一类是位于山间或丘陵间的狭长洼地，通常由河流下切作用形成，如研究区的下切谷［3-4］。下切谷体系内发育多种充填样式，内部砂体相互叠置，因此，其岩石类型空间变化快、单个砂体的规模较小，岩性油气藏是该沉积体系内最容易形成的隐蔽油气藏［5-8］。目前，国内外学者对下切谷的研究多集中在下切谷的空间几何特征、形成机制、空间演化及其油气地质意义［6，9-10］，由于地质资料的限制，对于下切谷内部充填结构的研究较为薄弱。

以准噶尔盆地车排子地区侏罗系下切谷为例。前人对研究区下切谷充填类型地震反射结构进行了细致划分，主要包括垂向加积充填型、侧向加积充填型、杂乱型和复合型4种［10-11］；同时，依据现有钻井和测井资料，对下切谷沉积特征进行了详细分析，认为研究区下切谷可分为上游和下游——上游主要为冲积、洪积沉积，中粗砾岩，混杂堆积，测井曲线表现为尺状低幅箱形与钟形；下游为牵引流控制的辫状水道沉积，发育中细砾岩或含砾中粗砂岩，测井自然伽马曲线表现为高幅光滑或微齿化箱形［6］。然而，根据车排子地区下切谷岩心特征，研究区下切谷自上游至下游均有角砾岩发育，所以仅仅以上游和下游分析下切谷内部充填特征还较为粗略。随着勘探开发的不断推进，目前在车排子地区下切谷体系中发现了多种类型隐蔽油气藏，排1井和排206井下切谷储集体中发现了良好的油气显示，证实了下切谷体系具有较好的勘探前景［6］。因此，有必要对准噶尔盆地下切谷内部沉积充填特征进行细致分析。

本文利用地震、测井、录井以及钻井岩心等资料，根据“将今论古”理论，对研究区下切谷沉积充填结构进行详细分析，建立了下切谷沉积充填模式，以期为在下切谷内寻找隐蔽油气藏提供指导。

1 区域地质概况

车排子地区位于准噶尔盆地西缘，为北西—南东向且向东南倾伏的三角形凸起带，是准噶尔盆地西部隆起区的次一级构造单元［12］。在区域构造上，车排子地区位于准噶尔盆地西部隆起区车排子凸起的东部，东部与昌吉凹陷相邻，东南部与中拐凸起相接，中间以红车断裂带为界，北部与扎伊尔山接壤，南部与伊林黑比尔根山和四棵树凹陷相接（见图1）。车排子凸起为继承性凸起，形成于早石炭世末期，基底岩性为石炭系火成岩。车排子凸起自晚海西中晚期至晚燕山期，受多幕逆冲挤压作用的影响［13］，经历了多期隆升和沉降，在凸起之上形成了一系列下切谷，自北向南环古隆起分布［6］。车排子凸起侏罗系主要为一套发育于石炭系之上、沟谷充填的残留地层［6，10-11］，研究区内沟壑纵横，沟谷充填特征明显，其沟谷充填物以物性较差的角砾岩为主，物性较好的砂岩仅局部钻遇［14］。

图1 车排子地区区域地质概况

2 下切谷体系平面展布特征

在精细地震解释的基础上，地层时间厚度图及现今侏罗系底面形态特征图可以清晰地展示研究区下切谷的平面分布。结合前人研究成果，按照下切谷的走向，将研究区大致分为3个区（见图2）：A区位于研究区东北部，下切谷走向为东西向，主沟道发育，沟道相对较深，发育少量支流河道，多个主沟道在断层坡折带汇聚。B区位于研究区东南部，下切谷走向为北西—南东向，发育单一主沟道，沟道较浅，分支河道发育，展布面积较大。C区位于研究区西南部，发育一条宽且深的主沟道，延伸距离较长，约17 km［11］，沟道两侧发育少量的分支河道。

图2 车排子地区侏罗系下切谷平面分布特征

3 下切谷体系地震剖面特征

前人对车排子地区下切谷的形态特征及内部地震反射结构已经作了大量研究［6，10］。研究区单一型下切谷主要呈“V”形、“U”形及碟形（见图 3）。在垂直水流方向的下切谷剖面上，“V”形下切谷主要发育于下切谷底部，往上逐渐演变成碟形。平面上，下切谷上游主要呈“V”形，中游则以“U”形为主，下游主要为碟形。下切谷的形态特征与侵蚀和沉积作用有关：在下切谷发育早期以及下切谷上游，侵蚀作用明显，下切较深，剖面上显示为“V”形；随着下切作用的减弱，沉积作用占主导，下切谷由窄而深的“V”形逐渐演变成宽而深的“U”形，最终形成宽而浅的碟形下切谷。

然而，前人研究仅仅基于传统认识，实际上，不同地区、不同地质背景的下切谷，其内部充填结构均具有自身的典型特征。通过对研究区垂直水流方向的下切谷剖面内部地震反射结构特征的精细解释，发现在下切谷一侧或两侧发育一些与中心不协调的地震反射结构，其穿插或者垂直于下切谷内近乎平行的地震轴中（见图 3a，3b）。

对研究区下切谷地震数据进行密集精细解释，发现这种特征并不是偶然出现，在研究区所有下切谷中均可发现。基于研究区地震反射结构特征，结合国外的研究成果［15-16］，将这种特殊地震反射结构的地震相解释为支流扇及坡积扇。支流扇在地震上具有狭长的拖尾结构，它是由山麓河谷中的粗粒沉积物在洪水作用下搬运至开阔环境沉积形成，其地震上呈空白反射，形态与坡积扇具有一定的差异（见图3a，3c）。坡积扇为山脉峡谷中的岩屑堆积体，由两侧悬崖坍塌在边坡快速堆积形成，内部岩屑颗粒杂乱堆积，地震上表现为靠峡谷边界发育的空白反射，与正常沉积地震反射明显不协调（见图 3b，3d）。

图3 车排子地区垂直水流方向下切谷剖面地震反射特征

4 下切谷体系沉积特征

车排子地区侏罗系下切谷主要发育河流相、坡积扇、支流扇3种沉积相类型。

4.1 河流相

河流相主要发育于下切谷的中央部位，为下切谷内部正常水携搬运物沉积。研究区下切谷河流相可以划分为垂向加积型、侧向加积型、迁移摆动加积型、空白充填型和杂乱充填型 5 种［6，10］。岩石类型主要有砾岩、含砾砂岩等，内含砂、粉砂和泥，纵向上表现为正旋回的特征（见图4）。在河流相发育的高峰期，以沉积砂砾岩以及含砾砂岩为主，颗粒呈次圆状，分选性中等—好；在河流相发育的间歇期，以沉积含砾泥岩为主，测井曲线主要表现为低幅度齿化箱形（见图5）。镜下薄片为细砂级，颗粒磨圆相对较好，砾石也有一定的磨圆，表明沉积物经过了搬运、分选，最终沉积下来的过程（见图4g）。

图4 车排子地区侏罗系沉积岩岩心特征

图5 车排子地区侏罗系河流相沉积特征

4.2 坡积扇

坡积扇是山间河谷较为发育的一种沉积相类型。坡积扇在国外文献中的翻译很多，主要有talus fan，talus cone，scree cone，cliff debris 等［16-18］，都是指在亚极地或者干旱的亚热带气候条件下，在陡坡或者悬崖脚下发现的岩石堆积［19］。国外学者自20世纪30年代开始持续关注坡积扇的沉积特征及沉积机制［15-16，20］，然而国内对坡积扇的研究报道基本处于空白状态。在山区河流沉积充填结构中，坡积扇与支流扇及正常河流相常交互沉积。坡积扇整体上以角砾岩为主，颗粒支撑结构，砾石直径差别巨大，从细砾到数十米的巨砾均可见，砾石间以砂岩及泥岩充填为主，分选性极差［15］。

图6a为阿尔卑斯山脉山麓盆地内下切谷沉积特征，在河流一侧，由于山体遭受风化、侵蚀，因而导致岩层疏松，发生滑塌，形成多个坡积扇沉积，规模较小。图6b为野外实际观测的坡积扇沉积，岩层为鄂尔多斯盆地延长组三角洲河道沉积砂体。可以发现，在坡脚处堆积多个垮塌沉积，砾石直径变化较大，以直径厘米级砾石为主，砾石直径最大可达3～4 m，进一步证明在陡崖坡脚处可以形成坡积扇。研究区坡积扇主要发育于下切谷的两侧。图6c为研究区现今侏罗系沉积地形。可以发现，在下切谷的一侧，常常发育一个凹坑，下部伴随滑塌形成微小的地形凸起，推测为坡积扇沉积。

基于岩心观察描述，岩心岩性以角砾岩为主，颗粒支撑结构，分选性差，砾石直径变化大，直径主要分布在2～6 mm，最大可达7 cm以上，呈棱角—次棱角状，杂基主要为砂和泥，成熟度低，基本不显示层理（见图4b—4d）。砾石成分主要为凝灰岩，与基岩成分相符，表明坡积扇为近距离搬运、沉积；杂基含量高，主要为砂质、粉砂质以及泥质，成分成熟度低。坡积扇体由于粒度粗，分选性差，砾石排列杂乱，部分砾石近乎直立堆积（见图4c），成层性差；地震上主要表现为空白反射地震相（见图3b），也可出现杂乱反射地震相；录井上以厚层砂砾岩为主，测井响应主要为箱形或齿化箱形（见图7）。

图7 车排子地区侏罗系坡积扇沉积特征

显微镜下，颗粒呈松散堆积状，颗粒大小不一，分选性较差，单个颗粒无论大小均表现为棱角—次棱角状；杂基含量高，颗粒之间点接触或者不接触，杂基支撑结构，碳酸盐胶结物呈片状分布（见图4h，4i）。这一系列现象均表明坡积扇为近源快速堆积。

4.3 支流扇

支流扇主要发育在河流的两侧，是主要分支河道携带大量泥、砂、砾等沉积物，汇聚于主河道时，因卸载作用而形成的沉积。与坡积扇在搬运-沉积地形的差别在于，它是经过一个狭长的河谷搬运，最终卸载沉积。研究区支流扇沉积资料相对较少，根据古地形分析，在主河道两侧发育多个分支河谷（见图8a）。排27井位于分支河谷的出口处，其岩性以砂砾岩及含砾泥质砂岩为主，砾石直径主要分布在2～6 mm，最大可达20 mm，呈次棱角—次圆状，分选性相对较差，颗粒支撑结构（见图4e，4f）；录井上表现为底部砂砾岩、顶部砂岩的特征，反映了支流扇能量由强到弱的特征；测井曲线表现为弱齿化箱形和钟形（见图8b）。

图8 车排子地区侏罗系支流扇沉积特征

5 下切谷体系沉积充填特征及模式

5.1 充填特征

根据研究区不同地区沉积特征差异，通过提取均方根振幅（RMS）属性以反映岩石成分和扇体、河道砂的横向变化（见图9。图9a中红色、紫红色、黄色指示坡积扇、支流扇粗碎屑沉积物，绿色、蓝色指示河流相的相对细碎屑沉积物）。基于钻井和测录井资料，对地震属性不同颜色反映的沉积相进行标定，明确沉积砂体的分布特征。

排606井RMS地震属性颜色主要为红色，周边显示黄色，位于分支河道的前端，录井岩性主要为角砾岩，少量含砾砂岩，测井曲线为低幅度齿化箱形和钟形，可能反映了支流扇的沉积特征。排204井RMS地震属性颜色为黄绿色、绿色，该井基本位于下切谷中央，录井岩性主要为砂砾岩，含少量泥质粉砂岩或粉砂质泥岩，岩心上具有正粒序特征（见图5），地震属性颜色可能反映了河流相的沉积特征。排6井RMS地震属性颜色呈红色、紫红色，录井岩性以角砾岩为主，测井曲线为箱形或齿化箱形（见图7），可能反映了坡积扇的沉积特征。总体上，在下切谷两侧，RMS地震属性颜色为红色、紫红色及黄色，典型井以角砾岩、砾岩等相对粗碎屑沉积为主；在下切谷中央，RMS地震属性颜色为绿色、蓝色，典型井以砂砾岩、含砾砂岩等相对细碎屑沉积为主。

以RMS地震属性为基础，单井测录井特征为辅助，分析研究区下切谷体系沉积砂体展布特征。下切谷体系的主沟道中心主要发育河流相沉积，沉积砂体岩性主要为砂砾岩、含砾砂岩及砂岩等。在主沟道两侧，由于山体失稳及支流的汇入，形成粒度相对较粗、杂乱堆积的坡积扇，其在下切谷两侧较发育。在分支河道的出口处，发育支流扇（见图9）。

图9 车排子地区下切谷RMS地震属性及测井曲线特征

5.2 充填模式

在对车排子地区下切谷内部充填特征分析的基础上，结合国外研究成果，建立研究区下切谷沉积充填模式（见图10）。平面上，下切谷两侧整体上以坡积扇充填沉积为主，分布范围较广，由下切谷上游至下游均可发育。支流扇主要发育于分支河道的出口处，形成扇形堆积体。河流相砂体主要发育于下切谷中心，其沉积规模受坡积扇和支流扇发育的影响，在下切谷的不同位置，其规模不一。垂向上，以A，B，C 3口模拟井为例。A井位于下切谷中央，以牵引流沉积为主，表现为多期河流相沉积砂体垂向叠置。B井位于河流相与坡积扇的叠覆沉积区，块状层理角砾岩或砾岩沉积与正粒序砂砾岩及砂岩叠覆堆积。C井位于下切谷边缘，主要为粗碎屑角砾岩堆积。

图10 车排子地区下切谷充填模式

6 地质意义

目前，对于下切谷内部充填模式，国内外普遍流行“溯源堆积论”［23-24］及“顺源堆积论”［9］2 种观点。二者均偏向于讨论下切谷内砂砾岩层在平行下切谷方向上的搬运-堆积模式［7］，忽略了下切谷两侧岩壁对谷内的供源效应。在研究车排子地区下切谷内部结构时，仅仅运用“溯源堆积论”或“顺源堆积论”，很难解释下切谷上游至下游均发育的角砾岩沉积。角砾岩棱角状特征明显，颗粒大小不一，杂乱排列，显然是近距离快速搬运、沉积的产物；从地震反射结构上，在下切谷边缘也出现与河流相地震反射结构不协调的空白反射或杂乱反射。因此，基于国内外文献调研［25］，结合车排子地区下切谷形成时期的构造与气候条件，提出了下切谷两侧发育坡积扇沉积，这可以更好地解释研究区角砾岩沉积的机理。研究区下切谷形成时期，气候干旱［11］，昼夜温差较大，岩石热胀冷缩，导致内部结构遭到破坏，加速了其风化剥蚀，极易形成坡积扇，因此，坡积扇概念的引入，丰富了陆相湖盆下切谷沉积模式，为下切谷内部角砾岩的发现提供了新的解释方案。

“源-汇”系统逐渐成为沉积学研究新的热点问题。以往过分看重对盆地内沉积体系的研究，而对物源区沉积物的供给方式、供给速率及其对沉积盆地内沉积砂体的影响关注较少。“源-汇”系统的研究思路突破了传统由“汇”到“源”的反演思路，形成了由“源”到“汇”的正演研究思路［26］，因此，物源区沉积物的形成和供给方式已经成为“源-汇”系统研究不可回避的科学问题。详细研究物源区河流相、坡积扇以及支流扇等不同沉积砂体的生成、搬运、沉积机理，定量分析各沉积相的规模及其形成速率，可为完善“源-汇”系统研究提供必要的技术方法。

下切谷的形成机理及充填样式，决定了该体系易于形成透镜体型岩性圈闭、侧向尖灭型岩性圈闭、地层超覆型岩性圈闭和断层-岩性复合型圈闭等4类隐蔽型圈闭［10］。以排6井、排204井等为代表，研究区目前已钻遇的多口井均见到了油气显示，表明下切谷具有良好的油气勘探前景［6］。通过对研究区储层特征分析，发现下切谷边缘角砾岩具有碳酸盐强胶结的特征［27］，有利于形成胶结壳，对油气形成侧向封堵，进而形成透镜体型岩性圈闭。因此，加强对研究区下切谷体系内部充填结构特征的研究、分析不同充填样式的储层特征，有助于最终在油气勘探中取得突破。

7 结论

1）车排子地区侏罗系发育多条典型的下切谷，平面上分为单一型、多分支河道型及复合型，横剖面以“V”形、“U”形以及碟形为主。下切谷的形态特征与侵蚀和沉积作用有关——在早期以及下切谷上游，侵蚀作用明显，下切较深，剖面上显示为“V”形；随着下切作用的减弱，沉积作用主导，下切谷由窄而深的“V”形逐渐演变成宽而深的“U”形；最终形成宽而浅的碟形下切谷。

2）下切谷内部充填河流相、坡积扇及支流扇3种类型的沉积砂体：河流相岩性以砂砾岩、含砾砂岩、含砾泥岩为主，颗粒呈次圆状，成熟度相对较高。坡积扇岩性以角砾岩为主，砾石直径变化很大，呈棱角—次棱角状，颗粒支撑结构，分选性差，成熟度低，基本不显示层理；地震上主要表现为空白反射及杂乱反射地震相。支流扇岩性以砂砾岩及含砾泥质砂岩为主，呈次棱角—次圆状，分选性相对较差，颗粒支撑结构，录井上表现为底部砂砾岩、顶部砂岩的特征。

3）下切谷体系的主沟道中心以河流相沉积为主，沉积砂体岩性主要为砂砾岩、含砾砂岩及砂岩等；主沟道两侧，由于山体失稳及干燥气候，形成粒度相对较粗、杂乱堆积的坡积扇，在下切谷的两侧连片发育；支流扇主要发育于支流河道的出口处。

4）对下切谷内部充填特征的研究，不仅丰富了下切谷充填模式，而且促进了对“源-汇”系统中物源区沉积物的生成方式及供给速率的研究。对下切谷内不同充填方式形成的储集砂体的研究，是该体系下油气勘探取得突破的关键。