柴達木盆地北緣第三系沉積體系演化模式

鄒妞妞，張大權，龍國輝，張順存，魯新川，姜 華，史基安

（1.甘肅省油氣資源研究重點實驗室/中國科學院油氣資源研究重點實驗室，蘭州730000；2.中國科學院大學，北京100049；3.中國石油青海油田分公司勘探開發研究院，甘肅敦煌736202；4.中國石油勘探開發研究院石油地質所，北京100083）

柴達木盆地北緣第三系沉積體系演化模式

鄒妞妞1，2，張大權1，2，龍國輝3，張順存1，魯新川1，姜 華4，史基安1

（1.甘肅省油氣資源研究重點實驗室/中國科學院油氣資源研究重點實驗室，蘭州730000；2.中國科學院大學，北京100049；3.中國石油青海油田分公司勘探開發研究院，甘肅敦煌736202；4.中國石油勘探開發研究院石油地質所，北京100083）

基于柴達木盆地北緣第三系的地質背景和構造演化，結合野外露頭、巖心、測井解釋和地震相特征，研究了沉積相的縱橫分布特征并建立了柴北緣第三系沉積體系演化模式。結果表明：盆地邊緣的馬北、馬西和平臺地區一帶主要以沖積扇和辮狀河沉積為主，靠近湖盆中心的南八仙、冷湖Ⅵ號和Ⅶ號、鄂博梁等地區主要發育辮狀河三角洲平原或前緣相帶。路樂河組（E1+2）沖積扇較為發育，辮狀河相對發育；下干柴溝組（E3）主要發育辮狀河和辮狀河三角洲沉積，下干柴溝組下段（E13）到下干柴溝組上段（E23）是一個辮狀河向辮狀河三角洲演化的水進沉積序列；上干柴溝組（N1）和油砂山組（N2）發生進一步湖侵，湖盆擴張，為辮狀河三角洲前緣與濱淺湖的交互沉積。在此基礎上，建立了柴北緣古近紀—新近紀從物源區向盆地中心發育的沖積扇—辮狀河—辮狀河三角洲—湖泊沉積體系模式，并探討了沉積體系演化過程及其油氣意義。

柴達木盆地北緣；第三系；沉積體系；沉積模式；沉積相

柴達木盆地是中新生代的一個大型內陸含油氣盆地，由東、西部拗陷區和北部塊斷帶3個Ⅰ級構造單元組成。其中柴達木盆地北緣塊斷帶位于盆地北部的阿爾金山和南祁連山前，是盆地的重點勘探區塊之一，發育鄂博梁構造帶、冷湖零號—Ⅶ號構造帶、南八仙和馬海構造[1-3]（圖1）。由于北緣受盆地基底的構造變動和西端阿爾金山的一系列逆沖斷裂及北面南祁連山系的右行走滑沖斷推覆作用，形成了柴北緣獨具特征的構造格局[4，5]。柴北緣作為柴達木盆地的三大主力油氣勘探區域之一，具有良好的儲油構造和廣泛連續分布的蓋層條件，生油前景可觀，卻缺乏足夠的理想儲集體。而研究沉積體系的演化是尋找有效的儲集層分布區，實現柴北緣油氣勘探突破的關鍵[2，6，7]。因此，研究柴北緣沉積相特征、沉積體系的演化及沉積模式具有重要的意義。

本文結合區域地質背景和氣候演變，依據野外剖面、鉆井巖心、測井資料和地震相特征，結合沉積相標志分析柴北緣第三系的沉積相類型及特征；通過沉積相剖面和砂體格架的空間展布及沉積相平面分布，建立沉積相模式并確定有利儲集砂體，以期為該區油氣勘探研究提供依據。

1 沉積背景

柴達木盆地北緣現今復雜疊合式的構造起始于印支運動，形成于燕山運動，改造于喜馬拉雅期。其中柴北緣經歷了2個伸展和擠壓的構造旋回：古始新世末路樂河組（E1+2）的喜馬拉雅早幕運動的區域應力強烈擠壓和青藏高原的隆升、漸新世—中新世（E3—N1）的喜馬拉雅中幕運動的繼續擠壓和青藏高原的持續上升，使盆地處于持續快速沉降的伸展裂陷期。上新世到第四紀（N2末—Q1+2）為擠壓拗陷期，柴北緣自下而上沉積了路樂河組、下干柴溝組下段（）、下干柴溝組上段（）、上干柴溝組（N1）、下油砂山組（）、上油砂山組（）和獅子溝組（，圖2）[1-6]。

前人對柴達木盆地北緣第三系的沉積相認識差別較大：金振奎認為柴北緣結綠素—紅山地區第三系發育沖積扇—辮狀河—湖泊沉積體系[8]。王鵬和陳吉通過對第三系下干柴溝組沉積類型研究認為柴北緣以三角洲和濱湖相為主[9，10]。李鳳杰認為柴北緣冷湖地區受逆沖斷層作用影響，發育沖積扇—扇三角洲—湖泊沉積體系，馬海—南八仙地區受逆沖斷層和古隆起的共同控制，發育沖積扇—辮狀河—辮狀河三角洲—湖泊沉積體系[11]。劉偉以地震相特征為依據認為柴北緣主要發育河流—三角洲—湖泊為主，部分地區發育沖積扇[12]。本文認為構造運動和氣候控制沉積環境的演變，其中構造運動起主導作用，由于第三紀早期（E1+2）的強烈擠壓和構造隆升，在干熱氣候條件下，靠近物源的北部阿爾金山和賽什騰山遭受強烈風化和剝蝕，遇到暫時性的山區洪水沖刷，在山麓處堆積，形成沉積相類型眾多、相變快的沖積扇；隨后的漸新世—中新世的干柴溝組（E3—N1）沉積期氣候較為潮濕，降雨量增大，主要發育辮狀河和辮狀河三角洲沉積，尤其是潮濕氣候下的辮狀河三角洲平原和前緣比較發育；時代較新的上新世油砂山組（N2）處于半干旱氣候條件下，主要發育濱淺湖和湖泊相[8]。

2 沉積相標志

根據柴北緣野外露頭和主要取心井的巖心觀察，地層的巖性特征迥異，粒度粗細變化明顯，具有韻律旋回性，這是構造演化和氣候變化的沉積響應，具良好的指相性。通過巖石類型、粒度和成分特征分析，路樂河組主要以沖積扇和辮狀河沉積為主，靠近山前沖積扇較為發育，遠離山前辮狀河較為發育；下干柴溝組主要發育辮狀河和辮狀河三角洲沉積，時代較新的上干柴溝組和油砂山組主要是辮狀河三角洲前緣與湖盆的交互沉積。

2.1 巖石學特征

通過柴北緣野外露頭的觀察和不同構造帶20多口取心井的巖心沉積構造特征精細觀察，可知柴北緣第三系巖石類型和沉積構造類型復雜多樣。巖石類型主要包括礫巖、礫狀砂巖、含礫砂巖、中砂巖、細砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖、砂質泥巖和泥巖。其中：（1）礫巖以灰色、棕紅色為主，路樂河組和下干柴溝組底部分布廣泛（圖2），在野外路樂河剖面的獅子溝組可見大套的礫巖分布，發育于沖積扇和辮狀河河道相中。（2）礫狀砂巖和含礫砂巖呈灰色、棕色和黃灰色，分選差，多為次棱角狀—次圓狀，是組成沖積扇、辮狀河、辮狀河三角洲平原及前緣河道的主要巖石類型。（3）中砂巖和細砂巖呈灰色、棕色、棕紅色、灰褐色及黃褐色，發育于第三系各種沉積相中。（4）粉砂巖、泥質粉砂巖、砂質泥巖和泥巖多為灰色、深灰色、棕褐色及灰黃色，是組成辮狀河和辮狀河三角洲及濱淺湖相的主要巖石類型，尤其是上干柴溝組泥質巖都以紅色為主，反映水上暴露氧化性的沉積環境。在冷湖Ⅳ號剖面可見大型凹凸不平的底沖刷構造（圖3-A），這是判別沖積扇和辮狀河河床沉積的主要標志；常見辮狀河和辮狀河三角洲分流水道沉積的大型塊狀、板狀（圖3-B、E、G）和槽狀交錯層理（圖3-F），也見較弱水動力條件下的波紋層理和水平層理（圖3-D、I），代表分流間灣或平原的沉積。細粉砂巖和泥巖互層的同生變形構造的包卷層理（圖3-C）、負載構造，是發育于三角洲前緣的特有標志[10，11]；發育于濱淺湖中的透鏡狀層理和脈狀層理（圖3-H）也較常見。

通過巖石碎屑成分分析，研究區砂巖類型主要以長石巖屑砂巖、巖屑長石砂巖為主，少量巖屑砂巖和長石砂巖。雖然不同地區不同類型的砂巖結構成熟度和含量存在差異，但巖石類型基本保持一致，如南八仙構造帶（圖4-A）和冷湖Ⅴ號構造帶（圖4-B）主要的砂巖類型都為長石巖屑砂巖、巖屑長石砂巖，這說明水動力條件較穩定和沉積環境繼承與漸變。但是儲集巖的粒度分布具有明顯的區域性（圖5）：靠近盆地邊緣地帶，主要指馬北地區、馬西地區和平臺地區一帶，儲層主要為礫巖、砂質礫巖、含礫粗砂巖和中-粗砂巖等粗碎屑巖，發育沖積扇、辮狀河等相帶；靠近湖盆沉積中心的南八仙、冷湖Ⅵ號和Ⅶ號、鄂博梁等地區的儲層主要由中-細粒砂巖組成，發育辮狀河三角洲平原或前緣相帶。通過馬北Ⅷ號構造（圖5-A）和冷湖Ⅴ號構造帶（圖5-B）巖石粒度統計可知：馬北Ⅷ號構造粗碎屑巖比例較高，中粗砂巖的質量分數可達42.56%，細砂巖和礫巖平均質量分數分別為17.81%和12.5%，說明碎屑物質搬運距離較近，水動力條件較強，為典型的辮狀河沉積特征；冷湖Ⅴ號構造帶細粉砂和泥質含量所占比例約為80%，反映比較微弱和穩定的水動力環境，發育濱淺湖和泛濫平原沉積，這和冷湖構造靠近湖盆內部的構造位置相對應。

2.2 地震相特征

地震相是由特定地震反射參數所限定三維空間的地震反射單元，是特定的沉積相或地質體的地震響應。地震相的分布受沉積體系演化的控制，因此分析地震相對沉積相的識別具有重要意義[11-14]。本文根據地震反射終止關系，結合柴達木盆地第三紀的地質背景和巖石組合序列，在研究區的古近系與新近系地震反射剖面上可以識別出5種地震相，分別是平行、亞平行連續強地震相、亞平行較連續中強地震相、亞平行較連續弱地震相及亞平行較連續中弱地震相。各種地震相的振幅、連續性和頻率都具有不同的特征，代表不同的水動力條件和沉積環境。通過研究區所識別的地震反射特征（圖6）在平面上追蹤了該區的沉積相類型，結合巖相組合序列，認為研究區沉積相類型具有沖積扇—辮狀河—辮狀河三角洲—濱淺湖的演化過程，不同層位和不同的構造帶地震反射特征明顯，具有明顯的指相意義。

3 沉積相展布規律

3.1 沉積相特征

通過野外剖面觀察、鉆井剖面、沉積特征和巖性組合及地震相特征的研究，對柴北緣第三系縱橫方向的沉積相進行對比研究，顯示柴北緣第三系主要發育沖積扇、辮狀河、辮狀河三角洲相和湖泊相（圖7、圖8、圖9）：在路樂河組和下干柴溝組下段底部沉積期，由于地殼的劇烈隆升，山體高大，物源充沛，導致沖積扇相當發育[15]；辮狀河相在柴北緣第三系各個層段都不同程度的發育，是主要的辮狀河沉積期，河床滯留和心灘最為發育；柴北緣砂體成因類型（圖7、圖8）逐漸由近緣的辮狀河向下游演化為辮狀河三角洲沉積，下干柴溝組上段（）主要發育辮狀河三角洲沉積，并且較的沉積物的粒度明顯變細（圖2），反映出由辮狀河—辮狀河三角洲的水進沉積序列；上干柴溝組到油砂山組（N1—N2）湖盆進一步擴張，主要是濱淺湖和湖泊相的細粒沉積，同時發育辮狀河三角洲平原和前緣：形成了柴達木這個大型內陸疊合盆地古近系—新近系獨具特征的沉積體系組合。

從柴北緣沉積相的空間展布可明顯看出，從緊鄰阿爾金山和祁連山物源較近的地區以沖積扇沉積為主，向盆地中心逐漸過渡為辮狀河沉積，辮狀河下游演化為辮狀河三角洲沉積，發育沖積扇-辮狀河-辮狀河三角洲相-湖泊相沉積體系，代表了一個明顯湖侵和水進的過程。從研究區西北到東南向的冷湖-南八仙的連井剖面（圖7、圖9-A中“a-a′”）可以看出，從冷湖構造帶到南八仙構造帶主要發育沖積扇—辮狀河—辮狀河三角洲的沉積體系組合，冷四1井和冷科1井底部發育的沖積扇范圍較大，東南方向的冷七1井和仙6井逐步過渡為辮狀河沉積，具有明顯的相帶演變。而從盆地邊緣到湖盆中心的橫剖面（圖8、圖9-A中“b-b′”）可明顯地看出柴北緣第三系明顯的水進過程，沉積體系由沖積扇向湖盆中心逐漸演化為辮狀河和辮狀河三角洲的過程，反映沉積環境的繼承性和漸變性，也說明沉積體系演化過程受物源和地理構造位置的影響。

3.2 沉積相平面展布

根據單井相及沉積相連井剖面的分布特征（圖2、圖7、圖8），結合柴北緣物源和湖盆中心遷移特征，研究了沉積相平面分布特征。E1+2沉積期，研究區從東北向西南依次發育沖積扇、辮狀河、辮狀河三角洲平原、辮狀河三角洲前緣和湖泊相沉積（圖9-A）；沉積期，湖盆面積略有擴大，沖積扇范圍向東北方向退卻較明顯（圖9-B）；沉積期與沉積期相比，湖盆面積也略有擴大，沖積扇完全萎縮，在研究區已不發育；N1和沉積期，研究區從東北向西南主要發育辮狀河三角洲前緣和平原沉積，辮狀河相零星發育（圖9-C）；沉積期發生進一步的湖侵，湖岸線進一步擴張，辮狀河三角洲前緣十分發育，砂體厚度同沉積期相比變化不大，但三角洲平原平面分布明顯較小，辮狀河只在靠近山前且水動力較強的陡坡處發育（圖9-D）。總體上，從柴達木盆地北緣的物源山系到湖盆中心，砂地比逐漸變小，西北方向冷湖Ⅳ號、Ⅴ號構造帶的砂地比變小較快，這與沉積相的剖面特征相類似[16]。從平面特征看，整個柴北緣濱淺湖沉積的范圍是逐漸增大的，反映了一個水進的沉積序列，北緣近物源山系的朵葉狀沖積扇，隨著季節的更替，降雨量增加，湖盆的湖岸線進一步擴大，過渡為辮狀河和辮狀河三角洲及濱淺湖沉積。這些沉積相均呈環帶狀依次排列，說明水動力比較穩定。由于構造演化，第三紀沉積期地形較為平緩，從盆地邊緣至沉積中心是由沖積扇→辮狀河→辮狀河三角洲→濱淺湖組合而成。同時也可根據沉積巖性和粒度的變化特征可看出柴北緣周期性洪水期和枯水期的沉積演化特點[17]。

3.3 沉積體系演化

柴達木盆地北緣侏羅紀末期受構造運動抬升后，長期風化、剝蝕、夷平，地勢差異不大[18]。古近紀初由于周邊老山的隆升使盆地整體下沉接受沉積，在柴達木盆地北緣大范圍內都發育古近系，其中古始新世沉積早期（E1+2）主要沉積了一套河流相碎屑巖，來自北部的物源充足，山體高大，以山前沖積扇沉積為主；漸新世（E3）山體高差變小，物源供應穩定，加之此時發生快速湖侵，這一時期研究區北部盆地邊緣地區主要發育辮狀河沉積，向南則過渡為辮狀河三角洲沉積，盆地沉積中心區域發育濱淺湖相和前三角洲相的泥巖或粉砂質泥巖（圖10-A）；新近紀中新世-上新世（N1-N12）盆地沉積中心由西向東逐步遷移，地形坡度逐漸變緩，湖盆水體面積及沉積范圍顯著擴大，由于辮狀河三角洲的發育，平面上的三角洲前緣砂體與濱淺湖砂體廣泛連片相互交疊，前緣席狀砂和河口砂壩十分發育（圖10-B）[19]。從野外剖面和鉆井巖心特征看（圖1、圖3），柴北緣大部分地區各沉積相帶較清楚，易于辨別，沉積特征鮮明，各沉積相呈帶狀從山前到盆地中心依次為沖積扇—辮狀河—辮狀河三角洲—湖泊。

4 結論

a.柴北緣第三系發育礫巖、砂巖和泥巖為主的碎屑巖沉積，粗碎屑巖和細碎屑巖不等厚交互沉積，主要發育沖積扇相、辮狀河相、辮狀河三角洲相和湖泊相，各沉積相從盆地邊緣到盆地沉積中心呈環帶狀分布，沉積體系為沖積扇—辮狀河—辮狀河三角洲—湖泊組合。該模式的建立為柴北緣第三系優良儲層的預測及湖盆區勘探部署提供了新思路。

b.通過對柴北緣巖性特征、沉積相空間展布規律和沉積體系演化過程的研究，認為上干柴溝組、下干柴溝組和油砂山組應為第三系目的勘探層段，沖積扇、辮狀河等相帶的礫巖、含礫砂巖、粗砂巖等較粗碎屑巖和辮狀河三角洲平原或前緣相帶的中細砂巖等較細碎屑巖是有利儲集巖，與侏羅系的煤系烴源巖和第三系多套連續泥巖蓋層有效匹配，形成良好的油氣藏。

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Sedimentary system evolution of Tertiary reservoirs in northern Qaidam Basin，China

ZOUNiu-niu1，2，ZHANGDa-quan1，2，LONGGuo-hui3，ZHANGShun-cun1，LUXin-chuan1，JIANG Hua4，SHI Ji-an1
1.Key Laboratory of Petroleum Resources，Gansu Province/Key Laboratory of Petroleum Resources Research，Institute of Geology and Geophysics，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou730000，China；2.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing100049，China；3.Research Institute of Exploration and Development，PetroChina Qinghai Oilfield Company，Dunhuang736202，China；4.PetroChina Institute of Petroleum Exploration ＆Development，Beijing100083，China

Based on the Tertiary geological setting and tectonic evolution of the northern Qaidam Basin in China，combined with the outcrop，core，well log interpretation and internal seismic reflection structure，this paper establishes the sedimentary system evolution model of Paleogene and Neogene and studies the transversal-longitudinal distribution characteristics of the sedimentary facies.The results reveal that in the Mabei，Maxi and Pingtai regions on the edge of the basin，there mainlydevelop alluvial fans and braided rivers，and in Nanbaxian，LenghuⅥandⅦ，Eboliang near the center of the lake basin，there develop the braided river delta front and braided river delta plain.In Lulehe Formation（E1+2），alluvial fans relatively develop，and braided rivers comparatively develop. In Xiaganchaigou Formation（E3），the braided river and braided river delta exist extensively，and from Lower Xiaganchaigou Formation（E13）to Upper Xiaganchaigou Formation（E23），there is the sedimentary sequence from braided river evolving towards braided river delta.Then in Shangganchaigou Formation（N1）and Youshashan Formation（N2），there occur further lake invasion and lake basin expansion，and the sedimentary system here is the braided river delta front alternating with the shallow lake.On this basis，this paper sets up the Tertiary sedimentary system model of the northern Qaidam Basin in which the alluvial fan-braid braided river-braid braided river delta-lacustrine facies develop from the source area to the basin center，and discusses the sedimentary system evolution process and hydrocarbon significance.

Northern Qaidam Basin；Tertiary；sedimentary system；sedimentary model；sedimentary facies

TE121.3

A

10.3969/j.issn.1671-9727.2015.02.02

1671-9727（2015）02-0149-10

2014-02-22。

中國科學院油氣資源研究重點實驗室開放基金資助項目（KFJJ2012-05）。

鄒妞妞（1989-），女，博士研究生，研究方向：沉積學、石油地質學，E-mail：niuniu9728＠126.com。