柴北缘马海东地区路乐河组冲积扇特征

2022-12-19张俊锋肖永军陈云锋林武

科学技术与工程 2022年31期

张俊锋，肖永军，陈云锋，林武

(中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院，东营 257015)

路乐河组(E1-2l)是柴达木盆地山前带的主要勘探目的层系之一，在柴达木盆地南缘昆仑山前的昆北油田、西缘阿尔金山前的东坪气田、北缘祁连山前的冷湖油气田、马西气田均发现了以路乐河组为储层的油气藏。马海东地区位于柴达木盆地北缘中段马北凸起东翼，东邻绿梁山，地表为平顶山背斜构造，为典型的山前带。该地区紧邻尕西中侏罗统生烃凹陷，周边油气显示活跃，是柴达木盆地北缘较为有利的勘探区带[1-7]。汪立群等[1]分析成藏条件及油气显示，认为马海东地区所在的绿南山前构造带为有利的油气聚集带。杨明林等[2]认为马海构造东南斜坡(研究区南部)发育地层圈闭，但南部的尕丘凹陷烃源岩较差，难以成藏。颜小宁[3]、李军亮等[4-5]分析烃源岩特征、落实中侏罗统分布并恢复原型盆地，明确了马海东地区紧邻发育中侏罗统成熟源岩的尕西凹陷。王大华等[6]、柳忠泉等[7]开展了山前带构造建模，明确了马海东地区断层双向对冲，发育三层结构，具备“下生上储”的有利条件。马北凸起为古凸起，缺失路乐河组，绿梁山为盆内山，前人普遍认为马北-马海东-绿梁山地区在古-始新世处于剥蚀区，缺失路乐河组[8-11]。因此，对马海东地区路乐河组沉积-充填沉积相尚无研究。从区域沉积相上来看，前人对柴北缘的路乐河组沉积相存在争议[8-19]，主要表现在两个方面。一是沉积物是否在附近入湖形成三角洲沉积。蒋斌等[9]认为柴北缘中段发育冲积扇-辫状河-三角洲沉积，西段的赛南地区发育扇三角洲；易定红等[12]认为柴西北发育扇三角洲；邹妞妞等[11]认为柴北缘路乐河组均为冲积扇-辫状河-辫状河三角洲体系；付玲等[13-14]、苏妮娜等[10]、李军亮[8]则认为柴北缘远离湖泊，主要发育冲积扇-河流沉积。二是各个地区的沉积物属于冲积扇还是辫状河，蒋斌等[9]、李军亮[8]认为柴北缘中段冲积扇较为发育，孟万斌等[15]认为柴北缘发育末端扇体系，苏妮娜等[10]、田继先等[16]、孙国强等[17]、吕婧文等[18]则认为柴北缘西段路乐河组以辫状河为主，冲积扇局部分布。此外，殷建国等[19]通过对比分析，认为马西、仙东地区路乐河组存在风成砂岩，发育于冲积扇-冲积平原的过渡地带。

2017年，在马北凸起东缘的马海东地区钻遇了路乐河组，并见到了丰富的油气显示。但对于其沉积特征和展布规律认识不清，制约了下一步的勘探。在前人研究基础上，通过对马海东周缘露头路乐河组的野外实测、录井岩心岩屑及测井资料、薄片、粒度等分析测试资料，对马海东周缘路乐河组的沉积体系开展了系统研究，为马海东地区及柴达木盆地路乐河组的油气勘探提供可靠的地质依据。

1 地质概况

马海东地区处于柴达木盆地北缘马海大红沟隆起的北缘。马仙断裂、赛南断裂、绿南断裂三大断裂在马海东地区交汇，形成了三个构造单元上下叠置的构造格局。下部为尕西凹陷，发育中侏罗统优质烃源岩，为马海东地区提供了优越的油源条件；中部为马北凸起东缘，发育Pt、J、E1-2l、E3g下、E3g上5套含油层系，其中E1-2l为主要的勘探目的层，其他层系见到不同程度的油气显示；上部为平顶山断裂(绿南断裂分支)之上的平顶山背斜及绿梁山，构造破坏严重，保存条件较差。

E1-2l下与J/Pt不整合接触，上与E3g下局部不整合接触，处于新生界一个大的构造旋回(路乐河组-下油砂山组)的最底部，具有填平补齐的性质。它是经历了晚白垩世长期剥蚀以后，在古-始新世沉积的一套粗碎屑沉积物，在盆缘主要发育冲积扇相-河流相(图1)。受古地貌控制，各个地区沉积厚度不一。其中，路乐河剖面为E1-2l标准剖面，地层发育最为齐全，根据岩性变化，自下而上可以划分为2个长期沉积旋回和5个中期沉积旋回，对应于5个砂组。马海东地区处于鱼卡凹陷向马北凸起的超覆区，发育1-3砂层组。这些沉积旋回均呈下粗上细的正旋回特征，反映出冲积扇退积特征，有利于在盆内形成储盖组合。

图1 马海东及周缘路乐河组沉积相及位置图Fig.1 Sedimentary facies and location of the Mahaidong Area

2 沉积相特征

2.1 沉积相类型及标志

针对马海东及周缘E1-2l沉积相研究中存在的问题，充分利用钻井和周缘露头开展沉积相分析，初步明确了其沉积相类型及典型标志。

在柴北缘路乐河、马海尕秀、大红沟、无柴沟露头(马海大红沟凸起南缘)均呈棕红色、红褐色，呈现出强烈的氧化色，仅在无柴沟露头的路乐河组顶部见到40 cm厚的灰绿色泥岩，指示了路乐河组沉积末期-下干柴沟组下段沉积初期，湖泊范围扩张，向滨浅湖过渡的特征。柴北缘在路乐河组沉积时处于氧化环境[20]。结合前人研究结果(付玲等[13-14]、苏妮娜等[10]、邹妞妞等[11])和野外观测结果，认为柴北缘路乐河组总体上为干旱气候背景下的沉积产物，远离柴西南的湖泊中心，为冲积扇-冲积平原(河流)沉积体系。

通过对马海东周缘的路乐河、马海尕秀、大红沟等多个剖面的野外实测和观察，结合录井测井特征及粒度分析，明确了柴北缘中段路乐河组主要为冲积扇沉积(表1、图2)。需要说明的是，粒径均采用φ标度，其转换公式为：φ=-log2D，其中D为颗粒直径(mm)。

表1 马海东及周缘路乐河组沉积相类型及特征Table 1 Sedimentary facies types and characteristics of the Lulehe Formation around Mahaidong area

在露头区各种相带发育齐全，包括常发育在扇根的河道充填砂砾岩和泥石流沉积。但在研究区路乐河组发育冲积扇相扇中亚相和扇缘亚相，微相主要为河道充填和漫流沉积两种类型。漫流沉积在扇中岩性一般为不等粒砂岩、细砂岩，典型粒度概率累积曲线为宽缓上拱式[21-22]，在扇缘为粉砂岩和粉砂质泥岩。扇中河道充填沉积，也称辫状水道、槽流沉积，岩性一般为砂砾岩、含砾粗砂岩、含砾中砂岩。由于激光法粒度分析无法反映砾级碎屑含量，因此野外选送样品一般为河道充填的上部，反映河道充填微相底部特征的砾岩、砂砾岩未做粒度分析。其典型粒度特征为多段式、三段式、二段式，特征与辫状河河床亚相类似。在扇缘牵引流特征更为明显，河道充填可出现三段式、二段式等类似河流相的粒度特征。此外，部分样品与扇缘河道特征相近，显示出两段式特征，但分选更好，悬浮组分极低(<5%)，呈现出风成砂的特征。

冲积扇扇根以其分选极差的泥石流和砂砾岩易于与其他沉积相区分，但冲积扇扇中-扇缘的河道充填沉积与辫状河河床沉积有一定相似性，均可能发育砾岩-砂岩组合或砂岩为主的岩性组合。特别是一些冲积扇本身为山区河流末端形成的末端扇沉积[8]。这就需要通过相伴的其他微相上加以区分。冲积扇漫流沉积与泛滥平原沉积均以悬浮搬运为主，有一定相似性，但在粒度和成因上并不相同，前者为重力流向牵引流过渡的砂质沉积物，后者则是牵引流悬浮搬运形成的泥质沉积。在扇中亚相中，漫流砂岩广泛分布，是冲积扇相区别于辫状河相的一种典型特征。前人往往将路乐河南翼剖面厚层的砂岩视作辫状河沉积，但从其沉积构造和粒度特征来看，为扇中河道充填与漫流沉积的组合，应当归于冲积扇。

2.2 单井相特征

马海东地区有6口探井揭示了路乐河组，发育3个砂层组，其中有4口井在E1-2l进行了取心。通过对探区岩心观察描述、粒度分析和测井相分析，结合地震相特征和附近露头资料，明确了探区3个砂层组的沉积相类型(图3)。

图3 马海东地区路乐河组冲积扇典型粒度概率累积曲线Fig.3 Probability cumulative grain size curves of E1-2l in the Mahaidong area

2.2.1 E1-2l3砂组

S3井首次在马海东地区钻遇了3砂组，指示了路乐河组从盆缘向盆内古凸起超覆的特征。3砂组岩性组合以灰色含砾细砂岩为主，夹棕红色砂质泥岩、泥岩。岩屑录井将砂岩定为灰色含砾细砂岩。从粒度参数来看，应以中砂岩为主，粗粒部分与2砂组相近，但粒度中值明显粗于2砂组漫流沉积[图3(d)]。从概率累积曲线看，大多数样品具有二段式特征，跳跃组分斜率较高，标准偏差分布在1.064～1.709，为河道充填微相沉积；个别样品为宽缓上拱式，标准偏差为2.011，为典型的漫流沉积(宽缓上拱式)。需要注意的是，S3井3砂组粒度粗于2砂组，更多是河道充填和漫流沉积两种微相的差异导致的，不代表3砂组距离物源更近。

2.2.2 E1-2l2砂组

Sg1井区E1-2l2砂组岩性主要为灰色含砾粗砂岩、含砾细砂岩、泥质细砂岩，夹棕色泥岩。沉积相较为复杂。砾石成分有泥岩、变质岩、石英等，砾径最大8 mm，一般2～5 mm，且自下而上，砾石砾径减小，泥砾含量增加。与1砂组相比，砂岩粒度更粗，砂地比更高，Sg1井可达83%，但分选相对较差。自然伽马曲线呈齿化漏斗型、齿化箱型组合；自然电位曲线呈低幅箱型、漏斗型；阵列感应电阻率曲线呈锯齿状、尖刀状，且明显高于1砂组，表明2砂组砾石含量较高。Sg1井区E1-2l2砂组砂体以冲积扇扇中辫状水道沉积为主，夹漫流沉积。在Sg1井区北部的S3井区钻遇的2砂组与Sg1井区有所不同，录井岩性以灰色泥质细砂岩为主，灰色细砂岩为主，自然伽马(GR)曲线呈齿化箱型。该井路乐河组无岩心，选择岩性较为均一的岩屑做了粒度分析，结果具有一定的参考价值。根据粒度定名以不等粒砂岩为主，个别为混合砂岩，其粒度特征总体表现为上细下粗，平均粒径为(φ)1.8～4.5。根据概率累积曲线，S3井2砂组以宽缓上拱式为主，部分样品表现为低斜二段式、低斜多段式。标准偏差σ1为1.785～2.332，分选差。偏态SK1为-0.002～0.26，其中宽缓上拱式和二段式以正偏态为主，低斜多段式表现为多个粒度总体的混合，往往近于对称。总体来看，是以悬浮搬运为主，特征与浊流相近，略微有向牵引流转化的趋势，为扇中漫流沉积的产物。而在与S3井相邻的S3侧井，2砂组顶部取心段却呈现粒度细(平均粒径为3.16)，分选好(标准偏差σ1平均为0.95)，泥质含量低(悬浮总体6%～13%)的特征，初步判断为风成砂。

2.2.3 E1-2l1砂组

E1-2l1砂组岩性为棕色、棕红色泥岩与灰色粉砂岩不等厚互层，底部极细粒砂岩储层发育。Sg1井取心井段1 879～1 885.3 m、Sg101井取心井段1 926～1 929.7 m揭示1砂组储层岩性主要为灰色油斑极细粒砂岩，沉积构造为平行层理、波状层理等，局部可见棕红色泥砾和粉砂岩砾石。粒度概率曲线主要为两段式、三段式，跳跃总体含量较高，分选较好，但粒度较细，细截点φ≈4，悬浮总体含量约10%，特征与河道心滩类似，具有明显的牵引流特征，反映扇缘河道充填沉积。其中二段式的粒度特征与殷建国等[19]所定的风成砂岩相近，但粉砂等悬浮组分含量高于典型的风成砂岩，且不发育风成交错层理，因此仍将其归为扇缘河道充填沉积。尽管如此，冲积扇砂体为风成砂岩的形成提供了物质基础，不排除马海东E1-2l存在风成砂岩的可能。测井相与典型河流相存在差异，自然伽马曲线特征多变，呈箱型、漏斗型、指状，部分钻井砂岩和泥岩GR值接近，无法区分；受扩径和地层水矿化度影响，自然电位曲线呈低幅特征，变化无规律；阵列感应电阻率曲线呈低幅锯齿状(图4)。Sg1井、Sg101井E1-2l1砂组中上部的泥岩颜色为棕红色、棕色，反映陆上氧化环境，且GR值较低，与砂岩分异不明显，与河流相中典型的泛滥平原沉积存在明显差异；结合区域资料，认为1砂组泥岩属于冲积扇扇缘漫流沉积。综合分析认为该区E1-2l1砂组为冲积扇扇缘河道充填和漫流沉积。

图4 Sg1井路乐河组单井相特征Fig.4 Single well facies of Lulehe Fm. in Sg1

2.3 物源分析

根据重矿物分析、砾石和岩屑成分分析等物源分析和区域沉积规律，柴北缘E1-2l物源主要来自北东方向的祁连山。邻区马北、马西、南八仙地区的重矿物组合为磁铁矿-石榴石-锆石-绿帘石[14]，与路乐河、马海尕秀的重矿物分析结果一致，其北东方向的物源区为Pt中高级变质岩和加里东-海西期酸性侵入岩。而马海东地区，路乐河组砂岩中石英阴极发光呈棕色，指示浅变质岩，岩屑成分以凝灰岩为主，表明源区母岩存在大量的火山岩。马海东北东方向的南祁连下古生界分布区(今鱼卡河上游)岩性组合为浅变质岩夹中酸性火山岩，与碎屑成分具有较好的对应关系。

重矿物和砾石成分、岩屑成分的差异表明路乐河组各地区物源区不同。但路乐河、羊水河、马海尕秀、大红沟等多个露头沉积特征表明，从盆缘到盆内均发育冲积扇相，且扇体叠合连片形成广泛发育的冲积扇群，而非相对孤立的冲积扇体，扇与扇之间不存在泥岩为主的泛滥平原沉积。这与柴达木盆地现代沉积的冲积扇极为相似。表明在古-始新世构造活动强烈，柴达木盆地周缘山体剧烈隆升，为盆内提供了充足的物源。从祁连山前向盆内方向，逐渐由冲积扇扇根(如路乐河北翼剖面)向扇中(如马海尕秀剖面、马海东2-3砂组)、扇缘(如Md1)过渡。

3 沉积-储层发育规律

3.1 沉积相变规律

E1-2l处于喜山期构造旋回的底部，具有填平补齐的特征，在柴北缘沉积了大面积分布的冲积扇群。马北—马海东地区古近系的物源来自于北东方向的祁连山。受古地貌控制，呈现出由盆缘向马北凸起超覆的特征(图5)。

E1-2l4-5砂组沉积时期，在路乐河-马海尕秀接受了较厚的砾岩-砂砾岩-砂岩沉积，为冲积扇扇根-扇中沉积，马北—马海东地区处于凸起区，未接受沉积。其中，路乐河组5砂组主要沉积在路乐河一带，扇根亚相的筛状沉积砂砾岩极为发育，泥石流沉积局部发育。4砂组在路乐河—马海尕秀一线广泛发育，除底部发育扇根亚相的砂砾岩外，普遍发育冲积扇扇中沉积，晚期发育扇缘沉积。

3砂组沉积时期，除路乐河北翼剖面以外，路乐河-马海尕秀及附近钻井均以扇中沉积为主。其沉积范围进一步扩大，在马北凸起东西两翼，包括马西地区、马海东地区开始接受沉积。受马北古凸起控制，在马北凸起和绿梁山之间形成了一个马鞍状的古沟谷，控制了路乐河组的沉积充填。E1-2l沉积期，在马海东北斜坡处沉积了向马北凸起超覆的3砂组，已被S3井钻遇。马海东地区3砂组范围最小，厚度和砂地比较高，为扇中沉积，受古地貌限制，河道充填沉积较为发育，多层砂体叠置，形成良好的储层，顶部泥岩增多，可以形成局部盖层。

至2砂组沉积时期，祁连山为柴北缘提供了更为丰富的物源，2砂组分布范围大于3砂组而小于1砂组，路乐河北翼剖面等靠近祁连山物源区的地区发育冲积扇扇根沉积外，在路乐河南翼、马海尕秀等露头区发育大范围的冲积扇扇中沉积，马海东地区鞍部的Sg1、Sg101等井此时已经开始接受沉积，主要发育冲积扇扇中沉积，砂地比较高，粒度较粗的河道充填砂岩呈辫状分布于广泛分布的漫流砂岩中，组合形成巨厚的砂岩储层复合体，储层发育但非均质性较强。2砂组顶部仍属扇中，但已经有向扇缘过渡的趋势，漫流沉积砂质泥岩厚度增加，一般为3～5 m，分布较稳定、横向连续性较好，形成较好的局部盖层。

1砂组沉积时期沉积范围进一步扩大，但祁连山供应物源减少，冲积扇发生退积，扇根、扇中范围减小，路乐河南翼、马海尕秀等露头区1砂组上部已经由扇中向扇缘转变，马海东地区则已经完全转变为扇缘沉积。马海东地区1砂组砂岩储层主要集中在下部，粒度细，分选好，为扇缘河道充填沉积，上部以扇缘漫流沉积的泥质粉砂岩和泥岩为主，灰质胶结严重，形成一套区域性的盖层。

从马海东地区5口钻井路乐河组的岩性看，均以砂岩为主，而缺乏砾岩等近物源产物，反映碎屑物经历了较远距离的搬运，马北凸起不提供物源或影响范围极为有限。因此，这种古地貌控制了路乐河组的沉积充填，但对沉积相带影响不大。

3.2 储层发育模式

结合露头和单井相分析、沉积相对比和沉积古地貌特征，明确了马海东地区E1-2l主要层段的沉积特征。在此基础上，选取E1-2l反映冲积扇相各微相特征的典型岩性序列，结合储层物性分析成果，建立了冲积扇相沉积-储层发育模式(图6)。

图6 马海东及周缘路乐河组冲积扇有利储集相带发育模式Fig.6 Favorable reservoir facies of alluvial fans in E1-2l, Mahaidong Area

E1-2l冲积扇从祁连山前物源区的扇根向盆内推进，依次沉积了扇中、扇缘沉积。扇根岩性以砾岩、砾质泥岩为主，河道充填砂砾岩和泥石流较为发育，分选差，物性差，马海东地区不发育。扇中以河道充填砂砾岩、砂岩以及漫流沉积砂岩为主，砂地比高，是主要的储集相带，其中河道充填砂岩渗透性明显好于漫流沉积砂岩。扇缘以漫流沉积的粉砂岩、砂质泥岩为主，下部河道充填微相的细砂岩较为发育，其中的河道充填微相的细砂岩是良好的储层，漫流沉积渗透率极低，可以形成有效的盖层。