一種辮狀河、曲流河復(fù)合沉積體層序特征及其成因

郭 嶺,姜在興,李瑞鋒

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院,北京 100083)

一種辮狀河、曲流河復(fù)合沉積體層序特征及其成因

郭 嶺,姜在興,李瑞鋒

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院,北京 100083)

為了探討辮狀河、曲流河復(fù)合沉積體系的層序地層分析方法,以哈薩克斯坦南圖爾蓋盆地南部下白堊統(tǒng)沉積體為例,在確定河流成因類型和相構(gòu)成的基礎(chǔ)上,考慮沉積地質(zhì)、測(cè)井和地震資料,對(duì)下白堊統(tǒng)沉積體進(jìn)行層序地層劃分.結(jié)果表明:研究區(qū)下白堊統(tǒng)層序1主要發(fā)育低位體系域和湖侵體系域,高位體系域發(fā)育局限.低位體系域主要為辮狀河沉積,包括河床滯留沉積和心灘;湖侵體系域主要為曲流河沉積,包括曲流河河道和泛濫平原.辮狀河與曲流河復(fù)合沉積層序主要受古氣候、古構(gòu)造和沉積物供給因素控制.該復(fù)合沉積層序的形成為認(rèn)識(shí)和對(duì)比地下復(fù)雜河流相地層提供了較好的實(shí)例.

南圖爾蓋盆地;下白堊統(tǒng);辮狀河;曲流河;復(fù)合沉積;層序特征

0 引言

河流相儲(chǔ)層是陸相盆地中油氣存儲(chǔ)的重要單元,探討河流砂體的層序形成機(jī)制以及沉積特征對(duì)在縱向和橫向上預(yù)測(cè)砂體展布具有重要意義.關(guān)于河流相沉積層序的類型,Vail P R等認(rèn)為與Ⅰ型層序有關(guān)的河流相沉積主要有2種類型:一種是在全球海平面下降期所形成的下切河谷中河流相充填物,表現(xiàn)為線狀及彎曲的展布模式;另一種是形成于高水位后期寬闊的河流平原上,分布廣泛,側(cè)向上不受限制[1].W right V P等在Vail P R研究基礎(chǔ)上,提出一個(gè)較為簡(jiǎn)潔的包括低位體系域、水進(jìn)體系域和高位體系域的河流相層序模式[2].國(guó)內(nèi)學(xué)者也對(duì)河流沉積和層序做了大量的研究[3-5],但對(duì)曲河流和辮狀河的復(fù)合沉積體研究相對(duì)較少,筆者基于沉積地質(zhì)資料和地震資料,對(duì)哈薩克斯坦南圖爾蓋盆地下白堊統(tǒng)河流復(fù)合沉積體進(jìn)行了層序地層分析.

1 地質(zhì)背景

哈薩克斯坦南圖爾蓋盆地為典型的中生代斷陷盆地,地處烏拉爾山—天山縫合線的轉(zhuǎn)折端,整體呈南北向長(zhǎng)軸狀分布,面積約為8.0×104km2.研究區(qū)位于南圖爾蓋盆地南部,受南部特提斯洋關(guān)閉的擠壓應(yīng)力作用,沿盆地西緣伴有走滑構(gòu)造運(yùn)動(dòng),形成近南北走向的Karatau擠壓—走滑斷裂.該斷裂造就盆地向東南部收斂、向西北部發(fā)散的隆—拗相間的構(gòu)造格局[6].研究區(qū)由西向東依次為阿雷斯庫(kù)姆地塹、阿克塞凸起、阿克沙布拉克地塹、阿希塞凸起、薩雷蘭地塹、塔巴克布拉克凸起和鮑金根地塹(見(jiàn)圖1).

圖1 南圖爾蓋盆地構(gòu)造分區(qū)

南圖爾蓋盆地基底固結(jié)于早古生代末,中—晚古生代形成碎屑巖、碳酸鹽巖過(guò)渡層.Karatau大斷層和次級(jí)斷層在晚三疊世—早侏羅世形成.地塹經(jīng)歷強(qiáng)烈的差異沉降,沉積了厚層陸相地層[7].早侏羅世拗陷沉降幅度大,晚侏羅世拗陷沉降幅度逐漸降低,侏羅—白堊紀(jì)交接期結(jié)束裂谷沉積,地塹停止強(qiáng)烈活動(dòng),整個(gè)盆地轉(zhuǎn)為緩慢拗陷,并逐漸停止沉積,河流相沉積廣泛分布,有些地區(qū)遭受剝蝕,形成白堊系底部砂礫巖.

2 層序界面特征

2.1 層序界面

2.1.1 巖性剖面標(biāo)志

泥巖顏色變化處可以作為層序的界面.根據(jù)Walther相律,在整合的沉積序列中,只有橫向上緊密相鄰出現(xiàn)的相,才能在垂向?qū)有蛑羞B續(xù)疊加而沒(méi)有間斷.橫向上相距較遠(yuǎn)的相類型在垂向上相鄰出現(xiàn),意味著地層之間存在沉積間斷.研究區(qū)常出現(xiàn)橫向上相距較遠(yuǎn)的相類型在垂向上相鄰出現(xiàn),如AR-26井1 250 m處,底部為灰色濱淺湖泥巖,上部出現(xiàn)雜色的辮狀河砂礫巖(其中泥巖為棕紅色)沉積體(見(jiàn)圖2),一般濱淺湖泥巖和辮狀河砂礫巖沉積中間有過(guò)渡相的三角洲沉積等,但是在研究中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)過(guò)渡相沉積,這反映沉積環(huán)境突然變化或者過(guò)渡相沉積體遭到后期的剝蝕,因此可以作為層序界面.

圖2 AR-26井巖性綜合柱狀圖

河床滯留沉積是留在河床底部、集中堆積成不連續(xù)透鏡體的礫石等粗粒碎屑物質(zhì)(見(jiàn)圖3).這些粗碎屑物質(zhì)由上游河流搬來(lái)或近側(cè)向侵蝕河岸形成,細(xì)粒物質(zhì)被選擇性搬運(yùn)走,河床滯留沉積底部常具有明顯的沖刷界面,是層序邊界的標(biāo)志(見(jiàn)圖2).

圖3 AR40層序1底部辮狀河河道砂礫巖沉積體

濱岸上超的向下遷移可以作為層序界面,在鉆井剖面中常表現(xiàn)為沉積相向盆地方向移動(dòng),如淺水沉積物甚至陸相沉積體直接覆于較深水沉積物之上,河流砂礫巖直接覆于深水泥巖之上,兩類沉積之間往往缺乏過(guò)渡環(huán)境沉積,研究區(qū)多處可見(jiàn)陸上沉積的辮狀河、曲流河河道砂體直接覆蓋在下部層序2(上白堊統(tǒng)頂部沉積,圖2未顯示,下同)濱淺湖灰色泥巖之上(見(jiàn)圖2),這也反映沉積相向盆地的遷移.

2.1.2 測(cè)井標(biāo)志

在理想條件或正常埋藏壓實(shí)條件下,沉積地層中泥巖的聲波時(shí)差對(duì)數(shù)與埋深關(guān)系圖表現(xiàn)為一條具有一定斜率的直線.地層間斷造成間斷面上下沉積物特征和沉積物的壓實(shí)作用效果出現(xiàn)明顯差異,這種差異可體現(xiàn)為泥巖的聲波時(shí)差隨深度變化曲線發(fā)生錯(cuò)斷(見(jiàn)圖2).沉積環(huán)境的變化在SP測(cè)井曲線上也有所反應(yīng),由于層序界面上下沉積相類型、巖性、泥巖顏色等有明顯的變化,其在SP曲線上的響應(yīng)表現(xiàn)為明顯的曲線突變(見(jiàn)圖2),測(cè)井曲線的特征變化可作為層序界面的識(shí)別標(biāo)志[8].除此之外,研究中還使用聲波時(shí)差曲線和電阻率曲線交匯法[9],該方法利用測(cè)井曲線的重迭法,把刻度合適的孔隙度曲線(一般為聲波時(shí)差曲線)迭加在電阻率曲線上,在富含有機(jī)細(xì)粒烴源巖中,2條曲線存在幅度差,定義為Δlog R.在一般情況下Δlog R與烴源巖中的有機(jī)碳總量(TOC)成正比關(guān)系,層序邊界對(duì)應(yīng)于Δlog R低值段(見(jiàn)圖2).

2.1.3 地震標(biāo)志

不整合面表明存在指示重大沉積間斷的陸上侵蝕或陸上暴露現(xiàn)象.地層不整合在地震剖面上表現(xiàn)為地震不整合現(xiàn)象,故利用地震剖面可以識(shí)別不整合.基準(zhǔn)面下降過(guò)程中,河道產(chǎn)生下切作用.在地震地層學(xué)上,河道下切反映地層沉積表面的年代地層界面,因此可以將其作為層序的界面[10-13].研究區(qū)下白堊統(tǒng)地層發(fā)育大量的河道下切谷,下切谷沉積體為雜色的砂礫巖(見(jiàn)圖3).研究區(qū)層序1與下部層序2沉積特征不同,層序1低位體系域?yàn)橐惶咨暗[巖辮狀河沉積體,而下部層序2為一套濱淺湖泥質(zhì)沉積和部分曲流河泛濫平原泥質(zhì)沉積,這就造成層序1和層序2界面上下波阻抗不同(底部泥巖,上部砂礫巖),在地震剖面上出現(xiàn)一個(gè)較強(qiáng)振幅的同相軸,同時(shí)在部分地區(qū)還可以看到河道下切現(xiàn)象,結(jié)合巖心和測(cè)井資料,能夠保證這條強(qiáng)振幅的地震同相軸就是層序1和層序2中間的層序界面(見(jiàn)圖4).

圖4 研究區(qū)SQ1底部地震層序界面特征(河道下切,沖刷面)(單位:m)

2.2 層序內(nèi)部體系域

南圖爾蓋盆地下白堊統(tǒng)曲流河、辮狀河復(fù)合沉積體中,下部層序主要為復(fù)合河道砂體(見(jiàn)圖5),沉積物粒度較大,以砂礫巖沉積為主,反映辮狀河向盆地遷移并切割下伏地層的過(guò)程;上部層序沉積物粒度向上變細(xì),主要為細(xì)砂巖和泥巖沉積,是低彎度的曲流河沉積,在細(xì)粒的泥質(zhì)沉積體中偶爾夾有孤立河床,同時(shí)點(diǎn)壩的側(cè)向加積形態(tài)和細(xì)粒的泥質(zhì)沉積保存較好,侵蝕面明顯減少,可能還會(huì)有湖泊水體的間歇性進(jìn)入.

圖5 研究區(qū)層序序列構(gòu)成

南圖爾蓋盆地下白堊統(tǒng)曲流河、辮狀河復(fù)合沉積體中,低位體系域主要由辮狀河河床滯留沉積組成,同時(shí)部分地區(qū)還可見(jiàn)明顯的河道下切谷,其中河道充填物也多為砂礫巖(見(jiàn)圖3);湖侵體系域中,河流體系中由潛水面、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等造成基準(zhǔn)面上升,低位體系域的辮狀河沉積轉(zhuǎn)變?yōu)榍骱映练e,如果基準(zhǔn)面上升過(guò)快,可能還會(huì)導(dǎo)致河流體系決口,進(jìn)而形成大面積的泛濫平原沉積.層序1的湖侵體系域主要發(fā)育曲流河泛濫平原沉積.通常情況下,在高位體系域中,河流體系晚期由于潛水面緩慢下降,造成基準(zhǔn)面下降,河流體系主要為曲流河.研究區(qū)中,高位體系域的河流沉積較為局限,只在部分鉆井中出現(xiàn).

3 層序控制因素

3.1 氣候變化

氣候的周期性變化對(duì)河流層序的形成與構(gòu)成影響也較大.潮濕氣候條件下,河流常年具有較大的水流量,對(duì)源區(qū)具有較強(qiáng)的侵蝕作用,此時(shí)碎屑物質(zhì)被攜帶到下游地區(qū)沉積下來(lái),形成較多的泛濫平原和河漫沉積體.從早白堊世開(kāi)始,研究區(qū)氣候由半干旱進(jìn)一步變化到炎熱干旱氣候(見(jiàn)圖6),造成出現(xiàn)間歇性水流,容易對(duì)下伏地層造成侵蝕,進(jìn)而形成較多的河道下切谷.

圖6 南圖爾蓋盆地南部J2-J3-K1構(gòu)造、古氣候、沉積綜合耦合圖

3.2 構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

構(gòu)造對(duì)沉積有重要控制作用,河流相研究中,古構(gòu)造的分析尤為重要.通過(guò)構(gòu)造演化分析,可以判斷物源的方向和變化,確定古地貌的高低,從而在宏觀上確定河流的發(fā)育范圍和大致流向.在研究區(qū),通過(guò)分析構(gòu)造演化和古地貌,可以確定物源主要來(lái)自南部,河流的主流向是從南往北.

斷層在河流發(fā)育過(guò)程中起到至關(guān)重要的作用,通常“逢溝必?cái)唷?在斷層發(fā)育區(qū),巖性較為疏松,容易被河水侵蝕,下切形成河道.

南圖爾蓋盆地南部地區(qū)經(jīng)歷晚侏羅世斷拗轉(zhuǎn)換期后,從白堊世開(kāi)始進(jìn)入差異熱沉降為主的拗陷階段.基底沉降速率相對(duì)于斷陷強(qiáng)烈活動(dòng)時(shí)期明顯降低,但構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作為制約陸相盆地可容納空間變化的主要因素,仍控制著河流相層序界面的形成與層序構(gòu)成.基底明顯抬升導(dǎo)致河道下切作用的增強(qiáng)、層序界面形成;沉積可容納空間的變化引起河型改變,進(jìn)而導(dǎo)致層序結(jié)構(gòu)與沉積相構(gòu)成變化.可容納空間較低時(shí),河道砂體橫向上連通性較好,如AR-26井底部的辮狀河河道砂礫巖體(見(jiàn)圖2),平面上分布較為廣泛,河道在橫向上的遷移具有連續(xù)性;可容納空間較大時(shí),河道砂體在地層中比較孤立,河道在橫向上的遷移具有很大的不確定性.層序1低位體系域時(shí)期,可容納空間小,橫向上發(fā)育連續(xù)性較好的砂礫巖;到湖侵體系域時(shí)基準(zhǔn)面上升,可容納空間增大,河道砂體不發(fā)育,此時(shí)僅見(jiàn)到一些孤立的河道砂體.

3.3 沉積物補(bǔ)給

沉積物補(bǔ)給作為氣候和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的反映,補(bǔ)給量的變化在可容納空間較小的河流相環(huán)境中控制層序地層結(jié)構(gòu)特征,表現(xiàn)為河道沉積準(zhǔn)層序(準(zhǔn)層序組)疊加樣式的變化.呈進(jìn)積疊加樣式的河流準(zhǔn)層序(準(zhǔn)層序組)常形成于沉積物補(bǔ)給量增大、河道化作用逐漸增強(qiáng)的階段,如AR-26井層序1低位體系域3個(gè)進(jìn)積式準(zhǔn)層序組的疊加(見(jiàn)圖2);呈退積疊加樣式的河流準(zhǔn)層序(準(zhǔn)層序組)常形成于沉積物補(bǔ)給量減少、河道化作用減弱的階段.

研究區(qū)辮狀河、曲流河復(fù)合沉積層序主要受到古構(gòu)造、古氣候和沉積物補(bǔ)給因素的控制,且3種因素有較好的耦合關(guān)系(見(jiàn)圖6).

4 結(jié)束語(yǔ)

南圖爾蓋盆地南部下白堊統(tǒng)沉積體是由辮狀河與曲流河組成的復(fù)合沉積體,層序主要發(fā)育低位體系域和湖侵體系域,高位體系域發(fā)育局限.低位體系域主要發(fā)育一套辮狀河沉積體,巖性以粗粒的砂礫巖為主,夾少量薄層棕紅色泥巖和粉細(xì)砂巖;湖侵體系域主要發(fā)育一套以棕紅色泥巖為主的曲流河泛濫平原沉積體.通過(guò)對(duì)南圖爾蓋盆地晚侏羅世到早白堊世的構(gòu)造、古氣候和沉積特征耦合關(guān)系的分析,認(rèn)為研究區(qū)辮狀河與曲流河復(fù)合沉積體層序的形成主要受古氣候、古構(gòu)造和沉積物供給因素的控制,其中構(gòu)造起主要的作用,特別是下部的隱伏斷裂.

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Characteristics of com posite sedimen tary sequence of braided and meandering river and their genetic in terpretation/2011,35(2):29-33

GUO Ling,JIANG Zai-xing,L IRui-feng
(School of Energy Resources,China University of Geosciences,Beijing 100083,China)

A composite stratigraphy of depositional system of braided and meandering river in South Turgai Basin in Kazakhstan is analyzed.The causes of river type and phase composition are determined,it includes the meandering river channel,flood p lain,riverbed detention sediment and bar of braided river.According to sedimentary geology,logging and seismic data,the sedimentary sequence of Lower Cretaceous sedimentary body is divided.Low stand system tract and transgrasive system tract developed in sequence 1,and high stand system tract poo rly developed.Braided river developed in LST and meandering river mostly developed in TST.The composite sedimentary sequence of braided river and meandering river is controlled by paleoclimate,palaeotectonic and sediment supp ly.This composite sedimentary sequence of braided and meandering river p rovides a good examp le of comparison fo r understanding the fo rmation of underground strata of river.

South Turgai Basin;Low er Cretaceous;braided river;meandering river;composite sedimentation;sequence character

TE121.3

A

1000-1891(2011)02-0029-05

2010-05-25;審稿人:張?jiān)品?編輯:張兆虹

國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2009ZX05009-002);高校博士點(diǎn)基金(200804910004)

郭 嶺(1983-),男,博士,主要從事沉積學(xué)和非常規(guī)天然氣儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)方面的研究.