坡折帶對陸相湖盆辮狀河三角洲層序和沉積的控制
——以準噶爾盆地東緣三工河組為例

萬 力，李勝利，于興河，李 文，單 新

（中國地質大學（北京）能源學院，北京 100083）

坡折帶對陸相湖盆辮狀河三角洲層序和沉積的控制
——以準噶爾盆地東緣三工河組為例

萬 力，李勝利，于興河，李 文，單 新

（中國地質大學（北京）能源學院，北京 100083）

針對準噶爾盆地東緣三工河組底部發育粗砂—礫巖沉積，異于盆地腹部與南緣，且相鄰井區砂體發育狀況差異明顯的問題，分析坡折帶對層序和沉積的控制作用.根據鉆井、地震及露頭資料識別關鍵層序界面，將三工河組劃分為2個三級層序.識別撓曲和斷裂2種構造坡折帶，“徑向溝梁輻射、緯向階梯分布”的坡折帶體系使得低位體系域發育；坡下沉積物卸載大量堆積；坡上侵蝕作用強烈.以彩9—C1805井區為例，識別6種沉積微相組合，前者為坡折發育的陡坡富河口壩型前緣，砂體連片性好；后者為坡折欠發育的緩坡富河道型前緣，砂體較孤立.因此，坡折帶是富砂儲層發育的有利地帶，對油氣預測勘探具有指導意義.

坡折帶；辮狀河三角洲；準噶爾盆地東緣；三工河組；沉積微相組合序列

0 引言

坡折帶是指地形坡度發生突變的地帶，最初主要指被動大陸邊緣的陸架坡折，是經典層序地層學中的重要概念［1］，坡折帶之下是低位楔、低位扇發育的主要位置［2］.近年來，人們逐漸將這一概念用于陸相湖盆，將坡折帶分為構造、沉積、侵蝕3種成因類型，構造坡折帶又可分為2種，一種為貫通至地表的同沉積斷裂構成的斷裂坡折帶，另一種為基底構造引起上覆地層的變形，形成撓曲坡折帶.侵蝕作用、構造作用和沉積作用構成控制坡折帶形成的3種地質營力端元組分［3］.與陸架坡折相比，坡折帶具有多級多類坡折帶組合分布的特點，規模小且接近［4］.在剖面上具有正向階梯、逆向階梯、溝谷、山梁、溝梁組合等特征，在平面上具有梳狀、帚狀、斜交、喇叭狀、平行組合等特征［5］.由此提出構造坡折域的概念，即一組具有成因聯系和類似組合樣式特征的坡折帶［6］.

斷裂坡折帶構成盆內古構造單元和沉積區域的邊界，常是沉積相帶和沉積厚度發生突變的地帶［7］.構造坡折帶控制優質烴源巖發育，進而控制砂礫巖體巖性油氣藏富集帶的位置［8］.在深水湖盆條件下，坡折帶發育較厚的低位體系域并可形成砂體發育的優質儲集體，是尋找隱蔽圈閉的重點目標［9］.準噶爾盆地侏羅系坡折帶類型多，空間分布復雜，多種樣式多級分布.王英民等在準噶爾盆地侏羅系中識別6種構造坡折域類型，即西北坳陷構造坡折域、中部扭動構造坡折域、烏倫古前陸構造坡折域、南緣構造坡折域、莫南交會構造坡折域和東部構造坡折域［6］.Liu Hao等在準噶爾西北緣地區侏羅系識別斷裂和撓曲坡折帶，成因主要包括深部逆沖構造活動、繼承性古隆起及盆內次級斷層活動等［10］.

針對準噶爾盆地東緣克拉美麗山沉積體系的坡折帶研究較少.自1981年彩參1井開鉆后，相繼發現滴西油氣田、彩南油田等.三工河組一段，即三工河組下段為研究區重要油氣產層，勘探開發存在2個問題：一是，準噶爾盆地腹部［11］與南緣［12］的大量野外露頭研究與實際鉆探資料表明，三工河組呈頂部和底部粒度細、中間粒度粗的特點，底部主要為細粒乃至泥質沉積，在三工河底部發育粗砂—礫巖沉積；二是，在彩9－C1805井區，同為三工河組一段辮狀河三角洲前緣，但砂體變化十分迅速，導致物性及含油氣性存在顯著差異.首先結合鉆井、測井地震資料識別層序界面，重新劃分層序.然后從宏觀盆地構造單元與微觀開發井區角度，分別闡述坡折帶對層序及沉積的控制作用.宏觀方面，選取自克拉美麗山至白家海凸起的大型連井地震剖面，分析研究區低位體系域發育的原因；微觀方面，選取彩9－C1805井區的順物源鉆井、測井剖面，探討砂體分布規律迥異的原因.最終認為研究區發育多級別、多類型坡折帶，促進富砂低位體系域與富河口壩三角洲前緣的發育，應作為油氣預測勘探的重點目標.

1 區域地質概況

準噶爾盆地是晚石炭世到第四紀發展起來的大陸板內復合疊加盆地.研究區東臨克拉美麗山，在古爾班通古特大沙漠的邊緣地帶.三工河組沉積于印支運動末期、燕山運動之前.該時期研究區已形成中央坳陷帶、中央隆起帶、陸梁隆起區等一級構造單元，其中包括東道海子凹陷、白家海凸起、滴南凸起等二級構造單元，準噶爾盆地東緣構造區的五彩灣凹陷也初步形成［13］（見圖1）.

圖1 準噶爾盆地東緣構造位置Fig.1 The tectonic situation of eastern Junggar basin

2 層序地層劃分方案及沉積特征

以侏羅系下侏羅統三工河組為研究層段，巖心包括灰白、灰色礫巖，粗砂—中砂巖，灰色粉砂巖—細粉砂巖，灰綠色、灰黑色泥巖，厚度為79.0～218.5m，平均厚度約為150.0m.平均孔隙度為16.4%，平均滲透率為182.7×10－3μm2，與下伏八道灣組和上覆西山窯組總體呈整合接觸，局部存在不整合，三工河組內部偶見不整合接觸［14］.

2.1 劃分方案

根據全區160余口探井、評價井及開發井的鉆探資料，以及巖心、測井曲線、錄井剖面等，結合野外露頭和地震資料，應用沉積學及Vail經典層序地層學理論和方法進行層序劃分與對比，確立不同于準噶爾盆地南緣和腹部的層序劃分方案.

研究區識別3個層序界面、2個最大湖泛面、2個初始湖泛面及2套煤層.將三工河組劃分為2個三級層序，下部的J1sQ1與三工河組一段對應，上部的J1sQ2與三工河組二段、三段對應（見圖2）.每個層序內部又自下而上依次劃分為低位體系域、湖侵體系域和高位體系域.

圖2 彩502井侏羅系三工河組層序地層綜合柱狀圖Fig.2 Column of sequence stratigraphy for Sangonghe formation

2.2 最大湖泛面特征

最大湖泛面是湖平面上升到最大時的相對平衡面，在陸相盆地中主要為陸源碎屑補給不足時形成的一套準層序向陸推進的、遠離陸岸的較深水沉積［15］.三工河組存在2個最大湖泛面.J1sQ2上部為色深質純的灰色泥巖—粉細砂巖，含有鈣質（見圖3（a）），反映深水還原環境，厚度接近100m，自然伽馬值高；偶見細砂—中砂巖，為灘壩沉積.根據準層序疊置方式，此界面具有由退積向進積轉化的特征（見圖2）.在地震剖面上此界面的反射同相軸振幅弱但連續性好，分布穩定.J1sQ1頂部為較薄的細砂—中砂巖，局部存在致密泥巖，為三角洲前緣相與湖相沉積.最大湖泛面的地震反射同相軸連續性弱于上部的湖泛面界面（見圖4）.

2.3 初始湖泛面特征

初始湖泛面形成于湖平面下降到最低點后開始快速回返時［15］，巖心上表現為三角洲前緣的中砂—粗砂巖向湖相泥巖的突變（見圖3（b）），測井曲線上可識別箱型、鐘型曲線向上突變為線性低幅曲線.在J1sQ1還表現為三角洲平原的粗粒沉積向三角洲前緣的偏細粒沉積過渡，反映基準面上升，可容納空間增大的過程（見圖2）.

圖3 三工河組典型巖心與露頭Fig.3 The typical cores and outcrops for Sanggonghe formation

2.4 層序界面特征

三工河組上覆層為西山窯組，西山窯組底部煤層之下分布底礫巖，為曲流河河道沉積，底礫巖之下突變為灰色—灰綠色湖相泥巖，此突變界面為三工河組J1sQ2層序的上層序界面（見圖2）.在地震剖面上可見斷續的正向同相軸，呈前積式形態，為不同期次的三角洲朵葉形成（見圖4）.

地震剖面自下而上由弱振幅突變為強振幅的界面，即為J1sQ2層序與J1sQ1層序之間的界面（見圖4）.此界面之上為J1sQ2層序內低位體系域形成的富礫沉積，此時期呈現多個正韻律，沖刷面明顯發育，底部礫石定向排列，分選磨圓較好（見圖3（c）、（d））.界面之下粒度變細，為三角洲前緣外帶和湖泊的細粒沉積.J1sQ1與J1sQ2底部特征相似，但厚度與粒度均小于后者，J1sQ1底界面之下為八道灣組頂部的細粒沉積.J1sQ2層序底界面之上的相對富砂—富礫沉積與準噶爾盆地三工河組一段底細粒沉積的規律不一致，這與研究區的構造沉積背景有關.

圖4 準噶爾東緣三工河組層序界面反射特征Fig.4 The seismic reflections of sequence stratigraphy boundaries for Sangonghe formation

3 坡折帶對層序的影響

選擇自克拉美麗山至白家海凸起末端的一條連井剖面及相應二維地震剖面，闡述坡折帶對層序及沉積分布的影響.西山窯組底煤層近似等時沉積［16］，因此采用煤層拉平等高程對比方法，排除三工河后期構造作用的影響，確立層序格架控制下的沉積相充填剖面（見圖5（a））.

圖5 準噶爾東緣八道灣頂煤層－西山窯底煤層沉積層序對比剖面Fig.5 The deposition profiles from the top coal in Badaowan formation to the bottom coal in Xishanyao formation

3.1 平面展布

研究準噶爾盆地腹地及南緣的層序地層特征，認為三工河底部為基準面下降半旋回，層序格架劃分方案將整個三工河組劃分為一個三級層序［17］.研究區底部存在明顯的河道沖刷沉積，總體為2套正旋回，因此需要分析研究區與準噶爾腹地和南緣的層序成因差異.

準噶爾腹地古地貌地勢平坦，且受到來自周邊山脈的多個物源供給［18］.研究區緊鄰克拉美麗山，坡度較大，且物源單一來自克拉美麗山.與南緣相比，研究區屬于中部扭動構造坡折域，溝梁狀斷裂坡折帶呈喇叭狀輻射展布，一方面形成發散狀的疏導體系，另一方面形成限制性河谷，因此物源對研究區控制作用明顯強于南緣；南緣雖有博格達山作為物源供給［19］，但博格達山以北的坡折帶呈東西向展布，受物源影響減弱.

研究區除了存在溝梁狀坡折帶，還存在近似平行于克拉美麗山的環狀構造帶，即五彩灣凹陷與東道海子凹陷—白家海凸起之間的構造分區界限等，構造活動復雜，形成構造成因的坡折帶.此外還存在因古地貌坡度不同形成的地形坡折帶.因此，研究區大體具有“徑向溝梁輻射、緯向階梯分布”的古地貌特征（見圖5（b））.

研究區受到單一物源供給且距離物源近、搬運距離短、坡度較大、沉積體系兩側受限制、臺階狀下傾古地貌等因素的影響，物源供給充足，沉積物堆積方式為過補償，低位體系域發育，明顯有別于準噶爾盆地南緣及腹部地區.

3.2 剖面展布

在地震剖面上可識別3處古地貌轉折帶，坡折帶1為下部基底撓曲形成的撓曲坡折帶；坡折帶2為正斷層形成的斷裂坡折帶，為五彩灣凹陷與東道海子凹陷之間的構造帶界限；坡折帶3為古地貌的洼陷處（見圖5（c））.將三者依次對應到連井剖面上可體現坡折帶對層序的影響.

以坡折帶2處J1sQ2的低位體系域為例，此坡折帶之下層序厚度增大，由單一的退積準層序演變為由2～4個退積準層序疊加而成的退積式準層序組，反映可容納空間增加后河道下蝕能力減弱，沉積充填作用增強.并且陡坡帶為高部位的沉積物提供勢能，沉積物易沿坡卸載，在坡下大量堆積，往往終止于坡下，具有填平補齊的作用（見圖5（c））.

在坡折帶高部位可容納空間有限，A／S（A為可容納空間，S為沉積供給量）遠小于1，河道下蝕作用強烈.因此該部位上部層序往往剝蝕下部層序，如J1sQ2的低位體系域在彩11井（坡折帶2）和彩29井（坡折帶1）處侵蝕下伏的J1sQ1高位體系域，導致2口井在J1sQ1幾乎不見區域性分布的湖泛泥巖，J1sQ2低位體系域大套粗粒砂巖—礫巖與J1sQ1低位體系域的粗粒砂巖接近直接相鄰（見圖5（c））.

4 坡折帶對沉積的影響

三工河組為辮狀河三角洲，某些相鄰區塊雖同屬某一沉積亞相，但是儲層物性及含油氣性差異巨大.如相鄰的彩9—C1805井區同為白家海凸起上的三工河組一段油田開發區，總面積為27.0km2，同為辮狀河三角洲前緣相，然而砂體規模與含油氣性差異巨大.C1805井區砂體分布不穩定、突變快，主要含氣，2013年探明有利面積為4.5km2，天然氣地質儲量為10.49億m3.彩9井區砂體連續性好，成片分布，為良好含油儲層，截至2003年，探明含油面積為1.7km2，石油地質儲量為102.0×104t，井區北部試采20井39層，獲工業油氣流14井21層；南部試采8井10層，獲工業油流5井5層.以彩9—C1805井區為例，分析差異成因.

4.1 沉積微相組合類型

通過巖心觀察，以SP曲線結合GR曲線為主要參照，確立研究區測井相.三工河組存在沉積微相組合：（1）疊加河道沉積.2個或3個鐘型測井曲線疊加，最高幅相當，呈現幾個正旋回的疊加，在巖心上體現多個河道沖刷面，為多期河道疊加而成.（2）河口壩上覆河道（對稱型）.下部為箱型或漏斗型曲線，上部為鐘型曲線，SP曲線呈現燈籠狀弧線，上下厚度相當，對稱分布.（3）厚河口壩上覆薄河道（非對稱型）.下部為較厚箱型曲線，上部為較薄鐘型曲線，鐘型曲線的最高幅小于箱型曲線的最高幅，上薄下厚，不具有對稱性.（4）單一河道.為單一鐘型曲線，底部具沖刷面，具有明顯的河道滯留沉積，可見泥礫或者是礫石定向排列（見圖3（g）），發育板狀和槽狀交錯層理（見圖3（e））.（5）單一河口壩.單一箱型或漏斗型曲線，發育高角度的板狀交錯層理（見圖3（f））.（6）薄河口壩上覆厚河道（非對稱型）.下部為較薄箱型曲線，上部為較厚鐘型曲線，鐘型曲線的最高幅大于箱型曲線的最高幅（見圖6）.

4.2 沉積特征及成因

4.2.1 彩9井區

彩9井區物源來自北部［20］，對彩9井區三工河組一段進行近似北—南方向的連井對比（見圖6（a）），三工河組一段的砂巖段自下而上可識別3個序列：（1）下部為單一河道過渡到疊加河道，由近端明顯的單一鐘型曲線到遠端似箱型曲線變化，說明近端底部河道沖刷作用顯著，但是隨著搬運距離增加，河道遷移增多，沖刷作用減弱.（2）中部為疊加河道—河口壩上覆河道（對稱型）—厚河口壩上覆薄河道（非對稱型）和單一河口壩，反映河流下蝕作用弱，河道遷移明顯，在遇到坡度較大處，河口壩逐漸發育，上覆河道沖刷作用更加微弱，后期河道直接覆蓋在前期河口壩之上.（3）上部沉積微相組合序列與中部相似，僅存在疊加河道—河口壩上覆河道（對稱型），疊加河道延續距離遠，厚河口壩上覆薄河道（非對稱型）和單一河口壩在此井區剖面上未見，因為此小層發育于三工河組一段上部，先期沉積經過坡折處大量卸載沉積物，填平補齊，此時坡折帶已不發育.

沉積微相組合在順物源方向上的變化序列反映不同的三角洲前緣類型［21］.彩9井區沉積微相平面與垂向特征的重要影響因素為古地貌的控制沉積作用（見圖7（c））.在彩9井區北部存在陡坡，坡折明顯，沉積亞相為陡坡型辮狀河三角洲前緣，微相有水下分流間灣、河口壩、水下分流河道、席狀砂等［12］.此種類型三角洲前緣河口壩比較發育，砂體連通性好，連片發育，平面展布形態近似于朵葉狀（見圖7（a））.

圖6 彩9－C1805井區沉積微相組合序列Fig.6 The sequences of depositional microfacies assemblages in Cai9－C1805well area

圖7 彩9－C1805井區三工河組一段沉積微相展布模式Fig.7 The distribution of depositional microfacies in Cai9－C1805well area

彩9井區沉積物經歷陡坡后，可容納空間突然增加，由于水體加深，水體的阻礙能力增強，河流的搬運能力減弱，因此能量易釋放，沉積物發生分異，大量底負載粗粒沉積物及少量懸浮負載細粒沉積物在陡坡下堆積，形成河口壩.

4.2.2 C1805井區

C1805井區物源來自北東部，由近似北東—南西方向的連井對比看出（見圖6（b）），與彩9井區相比，缺失上部序列，僅識別2個砂巖序列：（1）下部與彩9井區相似，為低位體系域的河道沖刷沉積，但差異在于單一河道沉積厚度更大，遠端疊置河道為三期河道，總體反映侵蝕作用更強，河道更為發育.（2）中部存在間斷的2個砂巖序列，由古地貌推斷，為中部低幅古隆起造成粗粒沉積的間斷.C1805到C1807井顯示從單一河道—下薄河口壩上覆厚河道（非對稱型）的序列，后期河道常侵蝕先期河口壩.彩157井中部為典型河口壩，彩156井中部為疊加河道.推測受到古隆起的影響，導致沉積物卸載形成河口壩，河道遷移頻繁，形成疊置河道，與彩9井區中部序列具有相似性.

C1805井區的沉積微相與彩9井區相同，但河道發育，河口壩不發育，砂體分布較為孤立，平面形態近似鳥足狀（見圖7（b））.C1805井區北東—南西方向地勢平坦，坡折不夠明顯，延續湖相三角洲河流入湖后的高搬運—侵蝕能力，以緩坡型辮狀河三角洲前緣為主；水下分流河道十分發育，且水動力強，以下切沖刷為主，常與湖相泥巖—粉細砂巖直接接觸，因此河道沖刷面的泥礫較為發育.河道側向遷移少，搬運距離長，大部分底負載沉積物與懸浮負載沉積物被搬運至遠端，可容納空間相對恒定，缺乏突然卸載的觸發機制，而是在搬運過程中逐漸卸載，導致河口壩不發育，孤立的河道構成主要的儲層砂體.

彩9井區陡坡坡折明顯的富河口壩型三角洲前緣儲層砂體連片分布，含砂層厚，總體含砂率高，且分布集中，為含油優良儲層.C1805井區緩坡坡折不明顯的富河道型三角洲前緣儲層砂體孤立分布，連通性差，含砂率低，勘探開發難度大，需要明確主要水下分流河道的分布規律后再進行后續的勘探開發，否則易被砂體不規律性影響.

5 結論

（1）應用Vail經典層序地層學理論和方法，在準噶爾盆地東緣識別層序邊界、最大湖泛面和初始湖泛面，將三工河組劃分為2個三級層序，即J1sQ1和J1sQ2，將每個層序劃分為低位體系域、湖侵體系域和高位體系域.

（2）在連井剖面和地震剖面上識別斷裂坡折帶和撓曲坡折帶2種構造坡折帶.認為坡折帶對層序的控制作用為“徑向溝梁輻射、緯向階梯分布”的古構造坡折體系，有利低位體系域發育；低位體系域在坡折帶高部位侵蝕下伏地層；低位體系域坡下沉積物大量卸載，填平補齊作用明顯.

（3）確立彩9井區發育3個砂巖序列，總體呈現疊加河道—河口壩上覆河道（對稱型）—厚河口壩上覆薄河道（非對稱型）和單一河口壩的規律.彩9井區為陡坡坡折發育條件下的富河口壩型辮狀河三角洲前緣沉積.C1805井區發育2個砂巖序列，缺失上部序列，總體呈現單一河道—下薄河口壩上覆厚河道（非對稱型）的規律，平面上河道發育，為緩坡坡折不夠發育條件下的富河道型辮狀河三角洲前緣沉積.

（4）陡坡帶下低位體系域為尋找富砂儲層的勘探重點，陡坡區富河口壩型辮狀河三角洲前緣砂體多且連通性好，為有利儲層.緩坡區富河道型辮狀河三角洲前緣砂體少且孤立，需要精準確立河道分布位置.

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DOI 10.3969／j.issn.2095－4107.2015.01.004

TE111.3；P618.130.2

A

2095－4107（2015）01－0023－09

2014－08－08；編輯：陸雅玲

國家自然科學基金項目（41272132）

萬 力（1989－），女，碩士研究生，主要從事油氣田開發及工程開發地質方面的研究.

李勝利，E－mail：slli＠cugb.edu.cn