准噶尔盆地侏罗系辫状河三角洲沉积特征_朱筱敏.pdf

第29卷 第2期O I L&GAS GEOLOGY2008年4月 收稿日期:2008-02-13。第一作者简介:朱筱敏(1960),男,教授、博士生导师,层序地层和沉积地质。基金项目:国家重点基础研究发展规划(973)项目(2006CB202306)。文章编号:0253-9985(2008)02-0244-08准噶尔盆地侏罗系辫状河三角洲沉积特征朱筱敏1,张义娜1,杨俊生1,李德江1,张年富2(11中国石油大学,北京102249;21中国石油天然气股份有限公司 新疆油田分公司勘探开发研究院,新疆 克拉玛依834000)摘要:辫状河三角洲是陆相沉积盆地重要的油气储集类型和今后油气勘探的重点对象。综合分析岩心、测井与地震资料,认为准噶尔盆地侏罗系三工河组发育的辫状河三角洲处于沉积坡度较缓的、沉积水体较浅的沉积背景,该辫状河三角洲不断地由盆地北侧边缘向盆地中央方向远距离前积,沉积了砂砾质的、发育大型交错层理和间断正韵律的、具有典型前积地震反射的进积型辫状河三角洲,进而论述了该三角洲的亚相和微相沉积特征以及有利的地层岩性圈闭勘探地区。关键词:沉积特征;辫状河三角洲;侏罗系;准噶尔盆地中图分类号:TE121.3 文献标识码:ASedimentary characteristics of the shallow Jurassic bra idedriver delta,the Junggar BasinZhu Xiaomin1,Zhang Yina1,Yang Junsheng1,LiDejiang1,Zhang Nianfu2(11China University of Petroleum,Beijing102249,China;21Research Institute of Exploration andDevelopm ent,PetroChina Xinjiang O ilfield Com pany,Karamay,Xinjiang834000,China)Abstract:Braided river delta is an important reservoir type in continental sedimentary basins and the potential ex2ploration target for the future.Core,log,and geophysical data indicate that the braided river delta in the JurassicSangonghe For mation of Junggar basin was deposited in an environmentwith gentle slope and shallow water.As aresult of continuousprogradation from the north to the centerof the basin,arenaceous2conglomeritic deposits in thedelta showed typical progradational seis mic reflectance signatures,large cross bedding,and non2continuouspositiverhythm.Its characteristics of sedi mentary subfacies and microfacies aswell as the favorable areas for exploration oflithologic traps are also discussed in this paper.Key words:Sedi mentary characteristics;braided river delta;Jurassic;JunggarBasin 准噶尔盆地是中国西部大型的晚古生代至中新生代叠合型含油气盆地,面积达130 000 km2。经历了海西、印支、燕山和喜马拉雅4期构造沉积旋回,发育充填石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、古近系、新近系和第四系沉积地层,沉积岩最大厚度达14 000 m1,2。自20世纪50年代在准噶尔盆地进行石油地质勘探工作以来,人们不断深化油气勘探工作,在石油地质以及沉积层序领域取得了大量的研究成果,认为烃源岩生烃潜力控制着二叠系、三叠系和侏罗系油气分布的丰度,近油源油气丰富;储层质量影响着油气的储集丰度和油气藏的规模;侏罗系沉积环境具有盆大水浅、物源多、坡度缓、河流源远流长、冲积扇局限于盆地边缘并快速相变为河流的特点。侏罗纪早中期湖盆广阔、气候温湿,发育大型三角洲和沼泽;侏罗纪晚期湖盆局限、气候干旱,发育河流杂色沉积物310。自Homes(1965)提出沉积体系概念以来,沉积体系研究又形成了一个新高潮。近年来,沉积体系的概念在层序地层和沉积学研究中得到了广 第2期朱筱敏,等.准噶尔盆地侏罗系辫状河三角洲沉积特征245泛的应用,在不同类型河流、三角洲、深水沉积体系研究与相应砂体油气勘探方面均取得了显著成果1113。近年来,人们加强了对辫状河三角洲以及层序地层与三角洲之间关系的综合研究,发现辫状河三角洲与正常三角洲之间具有不同的沉积特征,如加拿大西部阿尔伯达盆地白垩系在低可容空间中发育浅水三角洲等陆相沉积1416,而准噶尔盆地侏罗系辫状河三角洲砂体具有典型的三角洲沉积特征,影响了主力油气产层的油气分布和富集程度。故本文综合利用20余口井岩心资料以及大量的钻井、测井和地震资料(1 km1 km测网),对盆地腹部石南、莫北等地区辫状河三角洲沉积特征进行了系统研究,以阐明三角洲的沉积特征和分布规律,指导油气精细勘探。1 盆地沉积背景利于发育浅水辫状河三角洲 侏罗系三工河组普遍发育远源、水浅、坡缓、粗粒的辫状河三角洲,这是因为准噶尔盆地在侏罗纪沉积时期具备了发育该类三角洲的沉积背景。111 盆地整体稳定沉降,盆广坡缓准噶尔盆地侏罗纪古地理基本轮廓是北部(包括陆梁、莫北、莫索湾等地)为宽阔的缓坡区,南部为陡坡区,东部是中等斜坡区,西北缘为中等斜坡至陡坡区。准噶尔盆地构造演化经历了前陆盆地沉积阶段(P1)、坳陷沉积阶段(P2T1+2)、泛盆沉积阶段(T3K)和萎缩阶段(EQ)。研究层段侏罗系处于盆地构造演化的泛盆沉积阶段(T3K)。该阶段以湖相、河流相沉积为主。晚三叠世发育宽阔较深湖沉积,早侏罗世八道湾组沉积时期地势较平坦,基底呈振荡抬升,致使水体时深时浅,但平均水深比晚三叠世时浅得多。早侏罗世三工河期湖盆整体下降,盆地坡缓水浅,以滨、浅湖和河流三角洲沉积体系为主,为广泛分布的浅水辫状河三角洲发育提供了稳定沉降的构造基础。112 侏罗系气候潮湿,水深旋回变化准噶尔盆地侏罗系整个气候的演化特点是从早期的热带亚热带潮湿气候演化成晚期的炎热干旱气候。下侏罗统八道湾组和三工河组沉积时期,充填了碎屑岩和煤层,孢子以桫椤科植物cya2thidites占优胜,花粉以松科双气囊花粉为主,表明早侏罗世为温热潮湿气候。西山窑组大量出现拟苏铁杉、南美杉、桫椤科孢和紫萁等,也反映中侏罗世早期为热带潮湿气候。中侏罗统头屯河组和上侏罗统齐古组出现了大量的耐旱型裸子植物classopollis属,反映该时期气候发生了明显的变化,即气候由潮湿转化为炎热干旱气候。显然,三工河组沉积时期潮湿的气候为提供充足的碎屑物质提供了良好的气候背景。古生物组合特征不仅可以反映古气候的变化,而且可以说明古沉积环境和湖平面的变化。准噶尔盆地侏罗纪基本存在4个水深由浅变深再变浅的变化旋回。即准噶尔盆地侏罗纪曾发生过4次湖侵事件。第一次湖侵发生在八道湾组中期,沉积了一套含双壳类化石的巨厚湖相地层。第2次湖侵发生在三工河组早期,沉积了较深湖沉积物,双壳类和叶肢介化石丰富。第3次湖侵发生在三工河组晚期,湖侵范围广泛,湖相沉积十分稳定。第4次湖侵发生在头屯河组中期(中侏罗世晚期),湖泊分布较为局限,双壳类、腹足类和介形虫化石丰富。显然,三工河组沉积中期,碎屑供给充足,水体动荡,水生动物稀少,易于发育浅水辫状河三角洲。2 富有浅水粗粒辫状河三角洲的典型沉积特征211 岩性粗,成熟度中等,粒度概率曲线反映牵引流特征 侏罗系三工河组三角洲岩石类型主要为粗粒的岩屑砂岩、长石岩屑砂岩和砂质砾岩。这些砂岩的成分成熟度中等偏低、结构成熟度中等(表1)。它们的重矿物组合具有钛铁矿含量很高(可高达84%),锆石、电气石、石榴石含量较高,无金红石的特点,反映沉积物母岩类型主要为中酸性岩浆岩及变质岩和凝灰岩。稳定重矿物锆石、电气石和石榴石的含量变化较大,ZRT指数平均值为1818%,高者可达27.6%,说明沉积区相对远离供源区。粒度概率图多为跳跃总体,斜率较低、悬浮总体含量较高、细截点偏细的两段式,反映了浅水牵246石 油 与 天 然 气 地 质第29卷 表1 马桥-莫北地区侏罗系三工河组岩矿特征Table 1L ithology of the Jurassic Sangonghe Formation i n Maqiao2M obeiarea层位岩矿组分含量,%石英长石岩屑杂基胶结物粒径/mm分选磨圆胶结类型井号J1s2154010273860281501250150(最大2)分选差-好,磨圆次圆-次棱角状孔隙-镶嵌式盆5井(23),盆6井(27),莫101井(8),莫102井(29),莫103井(16)注:括号内是样品数。图1 盆5井三工河组三角洲间断沉积序列和粒度概率曲线Fig11Discontinuous sedi mentary sequence and grain size curve of the Sangonghe For mation,Well Pen25,the JunggarBasin引流沉积特点。例如,三角洲前缘水下分支河道概率图为由悬浮和跳跃总体组成的双段式,跳跃总体含量65%75%,斜率在11732左右,反映了水下分支河道水动力能量相对较强的特点,在莫索湾盆5井区,这种粒度概率图常与槽状交错层理细砂岩和有碳屑显现的斜纹层含粒粗砂岩相对应(图1)。向三角洲前缘远端方向,砂岩粒度概率图也具两段式特征,虽跳跃总体含量较高(85%90%),但斜率较低(倾斜角30 40),悬浮总体含量明显增加,反映牵引流水动力有所降低的特点。212 发育强水动力浅水沉积构造和粗粒间断正韵律 在三工河组砂砾岩中发育强牵引流成因的冲刷面、平行层理、楔状交错层理、槽状交错层理、板状交错层理和砾石叠瓦状排列等沉积构造(图2)。比如,盆5、莫101、莫4井三工河组岩心中发育纹层平直的大中型交错层理,可见013 cm115 cm泥砾,层系厚度830 cm,并与下伏平行层理砂岩或块状砾质中粗砂岩伴生。另外常见具叠瓦状沉积构造的砾状砂岩、砾岩冲刷下伏泥岩,也常见叠瓦状排列的砾岩、砾石成分复杂的具单向斜纹层的细砾岩冲刷下伏的具单向斜层理的细砂岩或具槽状交错层理的中粗砂岩,这些沉积构造序列均反映了强水动力沉积环境。侏罗系三工河组发育多次叠置的粗粒间断正韵律,反映了强水动力的辫状河三角洲沉积的反复迁移和冲刷、叠置沉积过程(图3)。三工河组三角洲发育的粗粒间断正韵律包括无泥岩的粗粒间断正韵律和有泥岩的粗粒间断正韵律。前者出现在砾质砂岩和细砾岩之中,比如,莫102井4 2571154 266106 m取心等井段,它的最大特点是正韵律的单层沉积厚度较小,为012112 m;岩性粗,为砾质砂岩;沉积水动力强;相互叠 第2期朱筱敏,等.准噶尔盆地侏罗系辫状河三角洲沉积特征247覆,之间无泥岩夹层。每个间断正韵律自下而上可为冲刷下伏层的砾质粗砂岩和具单向斜纹层的粉细砂岩,也可为块状砾质中粗砂岩和楔状交错层理砂岩,正韵律底部发育冲刷面、砾石含量较高。后者如莫101井,它在间断正韵律之间存在着泥岩夹层并且砂岩沉积厚度也较大,灰色泥岩夹层厚度为014 m,砂岩的序列自下而上为冲刷面、具单向斜纹层的含砾中细砂岩和略显平行层理的细砂岩,厚度119218 m(图3)。213 具有典型的浅水三角洲地震响应特征侏罗系三工河组沉积时期,准噶尔盆地湖盆水域范围较大,沉积物源供给丰富,在盆地的中北部发育了许多源远流长的、由北向南进积的、水体较浅的、水动力能量较强的粗粒三角洲。前积反射地震相常常是三角洲沉积物质不断向盆地中央推进形成的、相互叠置的三角洲朵叶体的沉积地震响应。在垂向上,前积地震相主要分布在侏罗248石 油 与 天 然 气 地 质第29卷 图4 侏罗系三工河组三角洲前积地震反射特征(测线P9206)Fig14Seis mic reflection characteristics of the prograded delta in the Jurassic Sangonghe Formation(Line P9206)系三工河组二段和三段;在平面上,前积反射地震相主要分布在石南、莫北等广大地区。斜交前积是研究区最主要的前积地震相类型,它是由一组相对平直、较低角度倾斜同相轴叠置而成的,常由23个反射同相轴组成,以中强振幅和中等连续性、延伸距离长(958 km)、分布面积大(1 2002 000 km2)为特征(图4),它是水浅、坡缓、沉积水动力能量较强的三角洲沉积响应。钻遇该地震相的莫4井4 4161264 425102 m(J1s2)取心井段自下而上发育具叠瓦构造的砾质中粗砂岩、下凹式前积斜纹层的细砂岩、楔状交错层理的粉砂岩,沉积韵律厚度约4 m,反映出浅水粗粒三角洲前缘的沉积特征。214 沉积砂体较厚,朵叶状大面积稳定分布准噶尔盆地侏罗系三工河组发育的辫状河三角洲存在着多期性,推进速度较快、沉积砂体厚度大、面积广。例如,莫北地区三工河组上部J1s2(1)沉积砂岩单层厚度大(达20 m)、层数少(14层),水动力相对强;而南侧马桥地区J1s2(1)沉积砂岩单层厚度小(最厚7 m)、层数多(35层),水动力相对弱,这反映了沉积水体由北向南具有变深的趋势。三工河组中部J1s2(2)以浅灰色砂岩为主,夹少量砂质砾岩和泥岩、砂质泥岩,在垂向上构成多个间断正韵律。J1s2(2)砂岩沉积厚度大,多为2469 m,最大可达106 m。这些厚层砂岩横向展布十分稳定,面积达千平方公里以上。三工河组下部J1s3以灰色泥岩夹砂岩和砂质泥岩为特征,上部和下部砂岩单层厚度大(达26 m),中部为中厚层砂、泥岩间互。沉积砂体平面分布具有厚度变化梯度较小的特点。三工河组二段(J1s2)的砂岩分布具有典型的辫状河三角洲砂体展布特征,沉积物供给速率快,沉积地形坡度较缓,导致三角洲不断由北东向南西方向生长。即由莫北地区分别向西南方向的盆5井区和南部的盆参2井区方向生长形成规模较大的朵状砂体,该砂体的砂地比值可达74%100%(J1s2(2),反映了浅水强水动力沉积特征。3 浅水辫状河三角洲沉积亚相特征311 三角洲平原(沼泽)沉积辫状河三角洲平原主要岩性为浅灰色含砾砂岩、砂质砾岩和中细砂岩、灰黑色碳质泥岩和中厚层煤(图5)。整个序列厚度约在60 m左右,且从石南到莫北以及盆5井区方向沉积序列厚度逐渐减薄。它可进一步分为平原河道和平原沼泽两个微相。在自然伽马曲线上,平原河道砂岩呈微齿化的箱形,在地震反射剖面上与三角洲平原沼泽构成中振幅、中连续亚平行反射结构。平原沼泽主要的标志是发育中厚层的煤层,电性上为典型的低自然伽马、高电阻“双尖峰”特征。312 三角洲前缘和前三角洲沉积三角洲前缘沉积是三工河组主要的沉积类型,包括水下分支河道、支流间湾、河口砂坝及远砂坝等微相(图3,图5)。三角洲前缘水下分支河道形成于“坡浅流急”的沉积背景下,沉积物较粗,强水流作用形成的沉积构造较为丰富,可见冲刷面、平行层理、板状交错层理、砾石叠瓦构造等。它们在垂向上构成向上粒度变细的、沉积厚度数米到数十米的间断正旋回,并在自然伽马测井曲线上具有良好的箱形和钟形电性响应。三角洲前缘水下分支河道沉积是三工河组最为发育的沉积微相,在石南、莫北地区以及在盆5井区中都极为发育(图5)。第2期朱筱敏,等.准噶尔盆地侏罗系辫状河三角洲沉积特征249图5 准噶尔盆地侏罗系三工河组高位体系域沉积相图Fig15Sedimentary facies of highstand systems tract in the Jurassic Sangonghe Formation三角洲前缘分流间湾沉积主要岩性为灰色、灰绿色泥岩和浅灰色泥质粉砂岩、粉砂岩,粉砂岩中具波状交错层理以及小型槽状交错层理,泥岩具水平层理或块状层理,在垂向上,总体构成泥厚、砂薄的反旋回沉积序列,反映了分流间湾为水体不太深、水动力不太强、粗粒沉积物供给较少的、相对安静的沉积环境。在盆参2井区、莫北地区以及在盆5井区都有所发育。三角洲前缘河口砂坝沉积由分选好、质纯的细砂和粉砂组成,发育槽状交错层理,沉积速率很高。因工区内湖底地形较缓,砂质供应充分,水动力条件强,三角洲前缘水下分支河道较易发生河道的迁移,所以研究区分流河口砂坝沉积并不十分发育,仅在莫北地区(J1s2(1)和盆参2井区(J1s2(2)有所发育。三角洲前缘远砂坝沉积物主要由粉砂岩及少量泥岩、细砂岩构成,以由粉砂和粘土组成的结构纹层和由植物碳屑构成的颜色纹层为典型特征,向河口方向结构纹层增加,颜色纹层减少,向湖盆中央方向则相反。在垂向上,发育下细上粗的垂向沉积序列,发育于盆参2井区(J1s2(1)、莫北地区(J1s2(2)附近。前三角洲沉积以色暗质纯的厚层泥岩为特征,发育在莫索湾周边地区。准噶尔盆地侏罗系三工河组沉积时期,马桥和莫北地区地形较为平缓,沉积水体相对较浅、分布较为广泛,沉积物质供给十分丰富,三角洲沉积物质不断向前推进,形成了分布范围较大的、沉积粒度较粗的辫状河三角洲。这种辫状河三角洲沉积快、前积作用明显、砂岩沉积厚度大、三角洲水下分支河道沉积序列(间断正韵律)相当发育、河口砂坝不太发育(图3),构成了有别于其他三角洲的沉积模式(图6)。4 三角洲沉积与油气勘探411 三角洲砂体临近生油凹陷,发育中孔低渗型储集层 侏罗系三工河组发育浅水粗粒辫状河三角洲沉积砂体,这些砂体临近盆1井西凹陷,易聚集由盆1井西凹陷二叠系烃源岩形成的大量油气。三角洲储层岩性以细中粒岩屑砂岩为主,砂250石 油 与 天 然 气 地 质第29卷 体沉积厚度大(可达72 m),储层岩石中半塑性、塑性碎屑平均含量高达40%,岩石受压实作用影响显著。储层的孔隙组合类型为原生粒间孔隙(52%)加剩余粒间孔(42%);储层平均孔隙度为1314%,平均渗透率为510-3m2,具有中孔低渗型储集特征。412 加强地层岩性圈闭勘探侏罗纪盆地构造活动较弱,盆地中北部地形平缓,在继承性古隆起附近发育小规模张性正断裂和低幅度背斜构造。但是,该地区地处北部沉积体系的河湖相变带,地势平坦,相带较宽,以大型推进式浅水辫状河三角洲沉积为特征。从寻找岩性地层圈闭的角度来看,三工河组二段第二砂组J1s2(2)以埋藏较浅,岩性较粗、物性较好为特点,是重要的油气勘探目标。三工河组二段第一砂组J1s2(1)主要为湖底滑塌浊积扇和受浊流影响较明显的湖侵三角洲沉积,上覆盖层为J1s1巨厚暗色泥岩沉积,所以J1s2(1)砂组最有利于形成三角洲朵体岩性圈闭和断层-岩性圈闭(图7)。三工河组三段J1s3为振荡背景下的三角洲前缘砂岩与滨浅湖泥岩交互沉积,砂层厚度一般为1020 m,以中细砂岩为主,砂岩含量为25%35%,具备形成岩性圈闭和断层-岩性圈闭的条件。第2期朱筱敏,等.准噶尔盆地侏罗系辫状河三角洲沉积特征251参 考 文 献1 翟光明.中国石油地质志(卷15上)M.北京:石油工业出版社,1996.37,57872 何登发,张义杰,王绪龙.准噶尔盆地大油气田勘探方向J.新疆石油地质,2004,25(2):1171213 张越迁,张年富.准噶尔盆地腹部油气勘探回顾与展望J.新疆石油地质,1998,21(2):67704 邱楠生,杨海波,王绪龙.准噶尔盆地构造-热演化特征 J.地质科学,2002,37(4):4234295 张满郎,张琴,朱筱敏.准噶尔盆地侏罗系层序地层划分探讨J.石油实验地质,2000,22(3):2362406 朱筱敏,康安,张琴,等.准噶尔盆地东北缘侏罗系含煤岩系层序地层和隐蔽圈闭 J.石油与天然气地质,2002,23(2):1211267 徐志诚.准噶尔盆地侏罗系地层与岩性油气藏形成条件及勘探前景J.油气地质与采收率,2005,12(5):27298 刘豪,王英民.准噶尔盆地坳陷湖盆坡折带在非构造圈闭勘探中的应用J.石油与天然气地质,2004,25(4):4224279 张年富,齐雪峰,王英民,等.准噶尔盆地侏罗系 层序底界上 下砂体预测与有利区评价J.石油与天然气地质,2002,23(2):14514910 高新生,赵霞飞,李天明,等.准噶尔盆地西部侏罗系层序地层特征J.石油与天然气地质,2001,22(2):16516811 孙枢.中国沉积学的今后发展:思考与建议 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