柴西咸水泉地區(qū)下油砂山組湖相沉積特征

摘 要 【目的】勘探實踐表明，柴達木盆地剩余油主要集中于西部地區(qū)，但受復雜地表及低滲儲層的影響，勘探程度相對較低。為提高柴西咸水泉地區(qū)地質(zhì)認識，可進一步加快油氣勘探。【方法】基于巖心沉積構(gòu)造，結(jié)合巖石薄片、X衍射全巖分析化驗和地震反射等資料，對咸東1井上新統(tǒng)下油砂山組取心段的沉積相進行綜合研究。【結(jié)果與結(jié)論】（1）深灰—灰黑色灰質(zhì)泥頁巖中夾有灰色薄—中層塊狀層理細雜砂巖，砂體頂、底部與泥巖突變接觸，底界面為明顯凸凹不平的侵蝕面，侵蝕面之下的泥頁巖中變形層理發(fā)育，砂體為沉積物再搬運的砂質(zhì)碎屑流沉積；（2）深灰—灰黑色灰質(zhì)泥頁巖中夾有含介殼—陸源碎屑的礫屑灰?guī)r和具明顯變形層理的粉砂巖及粉砂質(zhì)團塊，其變形紋層清晰且具明顯的變形方向，為滑塌碎屑沉積；（3）深灰—灰黑色灰質(zhì)泥頁巖主要夾有薄層灰色含云灰黏土質(zhì)粉砂巖，泥頁巖中發(fā)育水平層理及韻律層理等，粉砂巖中發(fā)育較多泥質(zhì)紋層的小型單斜層理、上攀波痕紋理及厚互層層理，為半深—深湖沉積夾由沉積物重力流末期演變的較弱底流沉積。此外，盆地發(fā)育的不同時期在阿爾金山前較深水區(qū)可能具備發(fā)育類似咸東1井滑塌—沉積物重力流沉積儲層的條件，尚需進一步研究。

關(guān)鍵詞 柴達木盆地；咸水泉地區(qū)；上新統(tǒng)；下油砂山組；巖心；沉積相

第一作者簡介 陳琰，女，1972年出生，博士，教授級高級工程師，油氣地質(zhì)勘探，E-mail： licqh@petrochina.com.cn

通信作者 高紅燦，男，副教授，沉積學與石油地質(zhì)學，E-mail： gaohongcan@126.com

中圖分類號 P618.13 文獻標志碼 A

0 引言

柴達木盆地是中國西部唯一以新生界為主的大型含油氣盆地[1]，與中國其他含油氣盆地相比，高原持續(xù)性隆升和成盆多期性改造使之具有復雜的地理環(huán)境和獨特的石油地質(zhì)條件[2]。據(jù)柴達木盆地第4次油氣資源評價[2]，柴達木盆地常規(guī)石油地質(zhì)資源量為29.59×108 t，可采資源量為5.54×108 t；致密油地質(zhì)資源量為8.58×108 t，可采資源量為0.697×108 t。剩余常規(guī)石油資源最豐富和豐度最大的地區(qū)為柴達木盆地西南地區(qū)，其剩余常規(guī)石油地質(zhì)資源量達17.96×108 t，致密油資源也主要集中于柴達木盆地西部地區(qū)。勘探實踐及柴達木盆地剩余常規(guī)石油和致密油資源潛力表明，包括咸水泉地區(qū)在內(nèi)的柴達木盆地西部地區(qū)仍為柴達木盆地石油勘探的重點區(qū)域，咸水泉地區(qū)（咸東1井）下油砂山組沉積特征的研究可為柴達木盆地西部地區(qū)新近系的油氣勘探提供基礎地質(zhì)資料。

包括咸水泉地區(qū)的柴達木盆地西部地區(qū)地表條件復雜，且新生界儲集層巖性復雜、孔隙類型多樣、儲層物性較差，屬于典型的非常規(guī)低滲儲集層[3]，勘探程度相對較低。前人主要從構(gòu)造[4?5]、儲層[6?7]、成藏[8?9]等方面對咸水泉地區(qū)新生界進行了初步研究，其上新統(tǒng)下油砂山組沉積相的研究相對較薄弱，且前人對咸東1井區(qū)下油砂山組沉積相的認識分歧較大，有“較深湖”[10]、“濱湖—淺湖”[11]或“濱淺湖夾半深—深湖”[12]等觀點。

在勘探程度較低的地區(qū)，特別是由于地質(zhì)資料的限制，沉積相的平面展布，甚至單井的沉積相分析都比較困難。巖心是最直觀的第一手地質(zhì)資料，通過其沉積特征和測試化驗等資料的綜合分析可較準確地確定取心段的沉積環(huán)境。在此基礎上，可進一步拓展至單井沉積相乃至平面上沉積相的研究。因此，以咸水泉地區(qū)下油砂山組唯一有取心且測試化驗資料較豐富的咸東1井的取心段為研究對象，通過巖心、巖石薄片、X衍射全巖分析、地震反射等資料的綜合分析，對其沉積相進行較深入的研究，以期為咸水泉地區(qū)乃至柴達木盆地西部地區(qū)沉積相的進一步研究提供基礎地質(zhì)資料。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

柴達木盆地位于青藏高原北部，盆地西部以阿爾金走滑斷裂、北部以南祁連山?jīng)_斷帶、南部以東昆侖山走滑沖斷帶為界，咸水泉地區(qū)位于柴達木盆地西緣的阿爾金山脈前緣，構(gòu)造上屬于柴達木盆地西部坳陷的茫崖凹陷（圖1）。柴達木盆地西部地區(qū)新生代湖盆的演化經(jīng)歷了發(fā)生—發(fā)展、穩(wěn)定沉降和收縮—衰亡三個階段[13?14]，形成了一套干燥氣候條件下的高鈣多鹽內(nèi)陸湖盆沉積。（1）古近紀古新世和始新世（E1+2）—古近紀漸新世早期（E13）為湖盆演化的初始發(fā)生—發(fā)展階段。阿爾金山開始隆升，盆地開始逐漸下沉，接受了一套洪積、河流相紅色碎屑巖和泥質(zhì)巖沉積。（2）古近系漸新統(tǒng)下干柴溝組上段（E23）—新近系中新統(tǒng)上干柴溝組（N1）沉積時期為湖盆演化的穩(wěn)定沉降階段。阿爾金山持續(xù)隆升，昆侖山開始隆升，該時期湖盆整體下沉，湖盆水域擴大，在盆地中心沉積了一套千余米厚的深灰、灰色生油灰質(zhì)泥頁巖，為盆地最好的生油巖系。（3）上新統(tǒng)下油砂山組（N12）沉積期—上新世晚期（N32）為湖盆演化的收縮—衰亡階段。昆侖山迅速抬升，湖盆面積逐漸縮小，直至湖盆衰亡，在上新世晚期（N32）氣候逐漸干旱，湖水濃縮，鹽巖和石膏普遍發(fā)育，局部出現(xiàn)光鹵石等鉀鹽礦物沉積。

2 巖石類型及沉積機制

咸東1井共有6次取心，均在下油砂山組（圖2）。第1～3 次為連續(xù)取心，取心深度分別為2 018.00～2 022.05 m（心長2.87 m，收獲率70.86%）、2 022.05～2 031.25 m（心長9.58 m，收獲率104.13%）和2 031.25～2 048.75 m（心長17.50 m，收獲率100%）；第4次取心深度為2 367.00～2 370.76 m（心長3.20 m，收獲率85.11%）；第5～6 次為連續(xù)取心，取心深度分別為2 528.35～2 531.46 m（心長2.80 m，收獲率90.03%）和2 531.46～2 535.20 m（心長3.74 m，收獲率100%）。

咸東1井下油砂山組取心段主要為深灰—灰黑色灰質(zhì)泥頁巖夾灰色含云灰黏土質(zhì)粉砂巖（表1、圖2、圖3a～d）—暗褐色含粉砂黏土白云巖（表1、圖2、圖3e～h），局部夾細雜砂巖（表1、圖2），其灰質(zhì)含量較高是由于柴達木盆地新生代為鹽湖盆地[15?16]，而白云巖主要是準同生期通過回流滲透交代方解石發(fā)生白云石化[17]，對沉積環(huán)境的分析影響不大。

通過對咸東1井下油砂山組取心段沉積相的綜合研究，認為其為半深湖相夾砂質(zhì)碎屑流及少量滑塌沉積。

2.1 泥頁巖及沉積機制

灰質(zhì)泥頁巖顏色為深灰—灰黑色（圖4），發(fā)育水平層理、透鏡狀層理以及由灰黑色泥巖與暗褐色含粉砂黏土白云巖紋層（圖4a，b），或灰色粉砂巖紋層（圖4c，d）相間發(fā)育的韻律層理（圖4a～d），指示其為沉積水動力較弱且無底棲生物擾動的還原—強還原沉積環(huán)境。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景分析，下油砂山組（N12）沉積期為湖盆收縮的早期階段[13?14]，西部坳陷仍是柴達木盆地的沉積中心之一，咸東1井區(qū)為水體較深的半深湖沉積環(huán)境。

另外，由于半深湖泥巖含水率高且透水性差，致使其中包裹的飽水粉—細砂沉積物在地震等振動影響下易于形成局部高液壓區(qū)，并產(chǎn)生泄水沉積構(gòu)造、液化砂巖脈（圖4e）以及球—枕構(gòu)造（圖4f）等沉積構(gòu)造，也可間接反映其半深湖沉積環(huán)境。

2.2 細砂巖及沉積機制

咸東1井第5次取心的2.80 m巖心中有6層共計1.40 m厚的塊狀細砂巖，每層砂巖厚0.08～0.40 m，與黑色泥頁巖相間分布（圖2），與咸東1井下油砂山組以深灰—灰黑色灰質(zhì)泥頁巖夾灰色含云灰黏土質(zhì)粉砂巖—暗褐色含粉砂黏土白云巖的細粒沉積相比極不協(xié)調(diào)（圖2），指示其為事件沉積[18]。

咸東1井第5次取心中的細砂巖均發(fā)育塊狀層理（圖5a～d）。通過X衍射全巖礦物含量及巖石薄片分析為細粒長石雜砂巖（表1、圖5e），成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度均較低，其泥質(zhì)含量高但分布較均一而未顯示出紋層狀層理構(gòu)造。同時，與砂巖上下相鄰發(fā)育的灰黑色泥頁巖指示其沉積環(huán)境為強還原環(huán)境，不利于底棲生物生長，即該細粒長石雜砂巖的塊狀構(gòu)造不是由生物擾動造成的。同時，砂體頂、底部與泥巖呈突變接觸，特別是砂體底界面為明顯凸凹不平的侵蝕面，侵蝕面之下灰黑色泥頁巖中發(fā)育變形層理（圖5a，b，d）。分析該砂體沉積時水動力較強而使下伏沉積遭受侵蝕與拖拽而成。綜合分析認為，第5次取心中的塊狀層理砂巖是砂質(zhì)碎屑流沉積[19?20]，為阿爾金山前緣扇三角洲沉積[21]經(jīng)再搬運雜亂堆積而成。

2.3 粉砂巖及沉積機制

粉砂巖主要呈薄層—紋層狀夾于深灰—灰黑色灰質(zhì)泥頁巖中，粉砂巖中發(fā)育的層理均不具有浪成層理典型的前積紋層呈束狀排列和紋層具人字形構(gòu)造的特征，以及因波浪波痕不規(guī)則遷移習性造成的相當不規(guī)則或鏈曲拱形的層系下界面特征[22]，而與單向流水形成的層理特征相似，呈現(xiàn)出小水流波痕層理具有的規(guī)則，直或彎曲的層系界面（圖6a～e）。咸東1井下油砂山組粉砂巖中主要發(fā)育三種層理。

第一種層理為由單向傾斜紋層組成的小型單斜層理（圖6a，b）。單個層系厚度較小，大部分小于1 cm。在該小型單斜層理中，其泥質(zhì)紋層由下向上逐漸尖滅，至層系頂部基本沒有泥質(zhì)紋層（圖6a，b），所以，該小型單斜層理的識別主要依據(jù)各層系中下部的泥質(zhì)紋層，但各層系界面較清晰，特別是部分層系之間發(fā)育平行于層系界面呈波狀的泥質(zhì)紋層使得層系分界明顯（圖6a，b），反映該類型小型斜層理的發(fā)育與較弱的單向水流和較充分的細粒沉積物供應有關(guān)。分析在以深灰—灰黑色灰質(zhì)泥頁巖沉積為主的較深水沉積環(huán)境中，該小型單斜層理的發(fā)育是在碎屑流或濁流等高密度流體發(fā)展至末期逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檩^弱的深水底流的條件下，由該較弱的單向底流（牽引流）搬運黏土質(zhì)粉砂（高密度流體含有較充足的細粒沉積物），并在較安靜的半深湖深灰—灰黑色灰質(zhì)泥頁巖中沉積而成（圖6a，b）。

第二種層理為上攀波痕紋理（climbing-ripplelamination）[22]，通常稱為爬升沙紋層理[23]。不同于具單向傾斜紋層的斜層理，上攀波痕紋理的紋層是連續(xù)且相互平行的，并呈波狀與層面大致平行而不是斜交（圖6d，e）。當有大量沉積物，特別是以懸浮態(tài)沉積物供應時，砂質(zhì)沉積會被快速埋藏并全部或部分地保存了原始波痕，在波痕遷移的同時可進一步向上生長，其向流面紋層（后積層）與背流面紋層（前積層）同時得以保存，上疊的波痕系列最終產(chǎn)生了上攀波痕紋理。當各波痕紋層相位相同時，形成同相位波痕紋層（ripple laminae in-phase）[22]（圖6d），也常稱為波狀層理[23]；當各波痕紋層相位不同時，形成遷移波痕紋層（ripple laminae in-drift）[22]（圖6d，e），但當砂質(zhì)沉積持續(xù)時間短時，其可表現(xiàn)為透鏡狀外形，但以內(nèi)部紋層結(jié)構(gòu)（圖6e）區(qū)別于透鏡狀層理（其紋層呈單向傾斜）。該類型上攀波痕紋理與上述第一種類型的由單向傾斜紋層組成的小型單斜層理的沉積環(huán)境相似，區(qū)別在于前者的沉積環(huán)境中懸浮細粒沉積物更豐富且水動力較弱，同為水體較深的半深湖事件沉積流體進一步演變?yōu)槟┢谳^弱的底流沉積。

第三種層理為厚互層層理（coarsely interlayeredbedding）[22]。由交互的粗粒層和細粒層組成，層的厚度為幾毫米至幾厘米，粗粒層可以是細砂或粉砂，細粒層可以是粉砂或泥或黏土。區(qū)別于單個紋層厚度一般小于3～4 mm的薄互層組成的韻律層理（薄互層層理）。一般情況下，厚互層層理粗粒層的紋層呈水平紋層狀，但有時在砂層中能看到波痕的前積紋層。根據(jù)砂層與泥層的相對厚度可分出三種類型的厚互層層理類型：砂層與泥層差不多等厚的、較厚的砂層被較薄的黏土層或細粒層分開的、較厚的泥層與相對較薄的砂層交互的[22]。咸東1井第2次取心中發(fā)育厚互層層理，表現(xiàn)為較厚的粗粒層（粉—細砂層）被較薄的細粒層（黏土層）分開（圖6c），砂層中的細層呈水平狀，分隔砂層的泥質(zhì)紋層很薄且部分不清晰，即以砂質(zhì)紋層中頻繁夾有泥質(zhì)紋層而區(qū)別于全部由平行砂質(zhì)紋層組成且剝離面發(fā)育的平行層理。該厚互層層理是在有較充足砂質(zhì)碎屑供應和高流態(tài)條件下以水平紋層狀的形式形成的，流速的波動和脈動導致極薄泥質(zhì)層的沉積[22]。分析其與上述兩類層理沉積同為半深湖中的事件沉積演變?yōu)槟┢谳^弱的底流沉積或與正常半深湖的交替沉積。

另外，巖心中發(fā)育具明顯變形層理的粉砂巖（表1、圖7）或灰黑色泥巖中發(fā)育具明顯變形層理的粉砂質(zhì)團塊（圖7c，e），其變形紋層較清晰且具明顯的變形方向（圖7a，7c～e），指示其為具一定強度的塑性流體滑動而成[24]，為滑塌沉積最顯著的內(nèi)部特征[20，25?26]。

2.4 礫屑灰?guī)r及沉積機制

咸東1井第1～3次取心中，在深灰色泥頁巖中夾有含介殼—陸源碎屑的礫屑灰?guī)r（表1、圖8a～d），局部為介殼富集的介殼灰?guī)r（圖8e）或為含介殼黏土質(zhì)粉砂巖（圖8f）。其中礫屑灰?guī)r中的礫屑主要為深褐色—深灰色含陸源碎屑灰?guī)r的礫屑或含陸源碎屑泥巖的礫屑，礫屑以長條形為主，其長軸可達9 mm，平均約3 mm（圖8a～d），部分礫屑邊緣呈塑性變形的彎曲枝狀凸出（圖8d）或呈港灣狀凹進（圖8b，d），礫屑磨圓較好但分選差，局部具定向性（圖8a，b）但整體為與介殼碎屑及粉砂呈混雜堆積（圖8a～d）；同樣，在介殼灰?guī)r（圖8e）及含介殼黏土質(zhì)粉砂巖（圖8f）中，介殼亦不具定向性。介殼碎屑主要為半個未破碎的介殼或一個完整的介殼，介殼長軸長0.10～0.40 mm，以0.15 mm為主（圖8d～f）。介殼未破碎或指示其生活在水動力相對較弱的較深水環(huán)境，且被突發(fā)事件（如滑塌事件）以高密度的碎屑流體（如碎屑流）形式裹挾至水體較深的半深湖中沉積下來，因在以基質(zhì)強度支撐的高密度流體中搬運使得介殼受到保護而未被破碎[18]。

3 討論

3.1 咸水泉主體構(gòu)造與油泉子構(gòu)造的沉積體系

咸東1井位于咸水泉主體構(gòu)造與油泉子構(gòu)造的結(jié)合部位，其沉積環(huán)境分析可判斷兩構(gòu)造單元是否為同一沉積體系。咸東1井區(qū)地震反射資料表明，其下油砂山組頂（T2’）底（T2）界地震反射層明顯，由7～8個同相軸組成，具有強振幅、高連續(xù)和高頻率的反射特征，波形為平行狀（圖9），表明咸東1井區(qū)下油砂山組為相對穩(wěn)定的沉積環(huán)境；而下伏的上干柴溝組底（其頂、底界面地震反射層分別為T2和T3）地震反射層則發(fā)生明顯變化，其上部主要為強振幅、高連續(xù)和高頻率的反射特征，下部逐漸過渡為弱—中反射振幅、低—中連續(xù)和低—中頻率，波形為亞平行及雜亂狀（圖9），為湖底扇沉積環(huán)境[14]，與上述通過對咸東1井取心段各巖石類型沉積特征及沉積機制分析得出的咸東1井下油砂山組取心段主要為半深—深湖沉積環(huán)境明顯不同。

與咸東1井區(qū)下油砂山組較穩(wěn)定的反射特征相比，咸水泉主體構(gòu)造區(qū)（咸10井—咸9井區(qū)）與油泉子構(gòu)造（油8井區(qū)）下油砂山組地震反射波形雜亂、同相軸連續(xù)性差、振幅變化大，表明咸東1井區(qū)與咸水泉主體構(gòu)造和油泉子構(gòu)造區(qū)下油砂山組分屬不同的沉積體系。地層對比與巖屑錄井剖面（圖10）也表明，咸水泉主體構(gòu)造與油泉子構(gòu)造下油砂山組厚度比咸東1井區(qū)薄，咸水泉主體構(gòu)造咸10井砂礫巖發(fā)育，為扇三角洲沉積[21]；油泉子構(gòu)造油8井發(fā)育泥灰?guī)r及灰質(zhì)泥巖，且藻灰?guī)r發(fā)育，為淺湖沉積[27]，與咸東1井深灰—灰黑色灰質(zhì)泥頁巖夾灰色含云灰黏土質(zhì)粉砂巖為主的巖性有很大的差異，反映咸東1井區(qū)為半深湖沉積，分割了咸水泉主體構(gòu)造與油泉子構(gòu)造的沉積，使咸水泉主體構(gòu)造與油泉子構(gòu)造分屬兩類沉積體系，油氣勘探開發(fā)不能一體化進行。

3.2 滑塌—碎屑流沉積的啟示

通過前述分析得知咸東1井區(qū)在下油砂山組沉積期發(fā)育半深—深湖，而阿爾金山邊緣以沖積扇—扇三角洲沉積為主[21]，山前較陡地形及構(gòu)造活動等誘因使得扇三角洲沉積砂體易于通過二次搬運在其前緣深水區(qū)形成滑塌—沉積物重力流沉積。

由于沉積物重力流沉積與半深—深湖烴源巖直接接觸，油氣更易運移到其形成的儲層中而有利于形成以自生、自儲、自蓋為特色的地層—巖性油氣藏[28?29]。我國鄂爾多斯盆地[29]和珠江口盆地[30?31]等的深水重力流油氣勘探已獲重大突破，特別是通過借鑒砂質(zhì)碎屑流的沉積模式在鄂爾多斯盆地延長組長7油層組發(fā)現(xiàn)了儲量規(guī)模為10億噸級的慶城油田，將盆地深水油氣勘探推入一個新階段[32]。

咸東1井下油砂山組取心段主要為半深—深湖沉積夾有源于盆地邊緣扇三角洲[21]的滑塌—碎屑流沉積，即該井下油砂山組半深—深湖沉積中發(fā)育沉積物重力流沉積儲層。綜上分析認為，柴達木盆地發(fā)育的不同時期，在阿爾金山前較深水區(qū)可能具備發(fā)育類似咸東1井滑塌—沉積物重力流沉積儲層的條件，尚需進一步研究。

4 結(jié)論

（1） 咸東1井下油砂山組取心段深灰—灰黑色灰質(zhì)泥頁巖中夾薄—中層塊狀層理細粒雜砂巖（第5次取心），砂體頂、底部與泥巖突變接觸，底界面為明顯凸凹不平的侵蝕面，侵蝕面之下的泥頁巖中變形層理發(fā)育，為沉積物再搬運的砂質(zhì)碎屑流沉積。

（2） 咸東1井下油砂山組取心段深灰—灰黑色灰質(zhì)泥頁巖中夾含介殼—陸源碎屑的礫屑灰?guī)r和具明顯變形層理的粉砂巖及具明顯變形層理的粉砂質(zhì)團塊（第1～3次取心），其變形紋層清晰且具明顯的變形方向，為滑塌碎屑沉積。

（3） 咸東1井下油砂山組取心段主要為深灰—灰黑色灰質(zhì)泥頁巖夾灰色含云灰黏土質(zhì)粉砂巖，泥頁巖中發(fā)育水平層理及韻律層理等，粉砂巖中發(fā)育較多泥質(zhì)紋層的小型單斜層理、上攀波痕紋理及厚互層層理等，為半深—深湖沉積夾由沉積物重力流演變?yōu)槟┢谳^弱的底流沉積。

（4） 盆地發(fā)育的不同時期，在阿爾金山前較深水區(qū)可能具備發(fā)育類似咸東1井滑塌—沉積物重力流沉積儲層的條件，尚需進一步研究。

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