銀額盆地拐子湖凹陷斷陷早期沉積充填演化

張 斌, 王宏語, 樊太亮, 彭 君, 周 杰, 侯云超, 楊潤澤

( 1. 中國地質大學(北京) 能源學院，北京 100083； 2.中國地質大學(北京) 海相儲層演化與油氣富集機理教育部重點實驗室，北京 100083； 3. 中國石化中原油田分公司 勘探開發研究院，河南 濮陽 457001 )

0 引言

陸相斷陷湖盆構造—沉積綜合研究是盆地分析領域的重要內容[1-2]。目前，銀額盆地包括查干凹陷、哈日凹陷等區塊的陸相斷陷盆地經過幾十年的勘探開發，已經取得成果與突破。拐子湖凹陷位于銀額盆地中部的達古坳陷的北端,由于深處沙漠區，前期地質勘探投入少，以少量二維地震資料為主，盆地演化及沉積充填研究缺乏，構造與沉積特征尚不清晰。

對拐子湖凹陷構造演化特征的研究較少。陳啟林等認為，拐子湖凹陷總體演化特征與銀額盆地具有相似特征[3]。荊國強等認為，拐子湖凹陷隨銀額盆地一起經歷斷陷期、坳陷期和擠壓抬升期，具有斷坳雙層結構，坳陷期地層疊置于早期斷陷層之上，斷陷期巴音戈壁組在控凹斷層的作用下形成東斷西超的箕狀斷陷基本格局[4]。2017年，拐子湖凹陷開始三維地震工區與探井的部署，其中A井的巴音戈壁組具有良好的油氣顯示，預示該區具有良好的油氣勘探前景。筆者利用新的地震與鉆井資料，通過構造沉積學分析，研究拐子湖凹陷巴音戈壁組的構造與沉積特征：一方面為該區含油層系的儲層評價提供地質依據；另一方面為揭示拐子湖凹陷的構造、沉積演化歷史提供支撐。

1 地質概況

1.1 區域位置與構造格局

銀額盆地位于古亞洲構造域與特提斯構造域的交匯部位[4]，構造上處于塔里木、哈薩克斯坦、西伯利亞和華北四大板塊的構造結合部位[5-7]，是天山—興安嶺造山系的主要組成部分[8]。拐子湖凹陷位于達古坳陷北部，西鄰務桃亥坳陷，東為宗乃山隆起與蘇紅圖坳陷(見圖1)。拐子湖凹陷全區面積約為2 600 km2,分為南凹、北凹與中凹。其中中凹面積約為800 km2,大部分被三維地震工區覆蓋，分布有A、C與D井；南凹以二維測線為主，部署有B井。拐子湖中凹斷陷早期的構造格局主要受東部邊界斷層控制，整體呈現伸展構造樣式，形成東斷西超的盆地格局，自西向東可劃分為斜坡帶、洼陷帶、陡坡帶。拐子湖南凹斷陷早期的構造格局主要受西部邊界斷層控制，形成西斷東超的盆地格局，自東向西可劃分為斜坡帶、洼陷帶、陡坡帶。

圖1 拐子湖凹陷區域構造位置與盆地結構特征Fig.1 Regional tectonic position and basin structural characteristics of Guaizihu depression

1.2 地層沉積特征

拐子湖凹陷主要發育白堊系(K)與新生界(Cz)。其中白堊系由下而上劃分為巴音戈壁組、蘇紅圖組、銀根組與烏蘭蘇海組(見圖2)；巴音戈壁組又可分為巴一段、巴二段，蘇紅圖組又可分為蘇一段、蘇二段[5-6、9-10]。

圖2 拐子湖凹陷地層與構造階段劃分(以A井為例)

巴音戈壁組底界面是一個區域不整合界面，表現為白堊系與基底古生界變質巖的不整合接觸；頂界面與蘇紅圖組呈現局部不整合接觸，表現為盆地邊緣地區的削蝕現象及上超特征(見圖1)。區域的斷塊掀斜與剝蝕造成較多的近源粗碎屑快速堆積，但沉積物分布受到斷陷限制。巴一段與巴二段巖性組合在A井上顯示較大差別，巴一段上部為厚層棕褐色砂礫巖，中部以深色泥頁巖為主；巴二段主要為深灰色泥巖夾淺灰色粉砂巖或呈不等厚互層。

蘇紅圖組分布局限于斷陷，巖性特征差異也較大：蘇一段下部巖性以紫紅色泥巖、粉砂質泥巖互層為主，夾薄層粉砂質泥巖，局部夾薄—中厚層雜色泥巖和含礫粗砂巖；蘇二段巖性主要為淺灰色白云質泥巖、粉砂質泥巖。

銀根組越過邊界斷層，分布面積大，巖性以灰褐色泥巖夾少量灰色泥質粉砂巖為主。

烏蘭蘇海組屬于盆地坳陷期沉積，分布范圍廣，與其他斷陷連通；其頂界與新生界在巖相、地震相上表現為典型的不整合特征。鉆井揭示，烏蘭蘇海組巖性以棕紅色泥巖為主，偶夾薄層粉砂巖。

1.3 構造演化背景

銀額盆地是在前寒武系變質結晶基底和古生代褶皺基底的基礎上，發育形成的中新生代斷坳疊合型盆地，經歷板塊構造演化、板內伸展和陸內造山等不同演化階段[1]。南華紀—早、中泥盆世階段，盆地經歷從陸殼拉張形成洋盆、洋盆閉合到陸殼與陸殼碰撞的不同構造發展過程；石炭—二疊紀階段加里東—早華力西期，構造帶活動強烈，形成若干個陸內裂谷或裂陷盆地；晚二疊世—三疊紀，受海西運動的改造作用，盆地形成隆坳相間格局；印支運動末期，研究區普遍抬升，上三疊統沉積遭受剝蝕。從侏羅紀早期開始，盆地整體表現為張應力狀態，為初始裂陷階段。早白堊世，全盆轉化為張扭應力狀態，進入以張扭、拉分為主的深陷階段，盆地屬拉分盆地類型；晚白堊世，盆地整體表現為坳陷沉積，盆地轉變為坳陷盆地；古近紀—新近紀，由于印度板塊與歐亞板塊碰撞，盆地以擠壓抬升為主；第四紀，廣大地區接受沉積，形成現在的地質面貌[4,11]。

拐子湖凹陷受控于整個銀額盆地的形成演化，經歷多次構造運動，具體表現為剝蝕不整合界面的存在[10,12-13]，地層結構樣式具有明顯的斷陷、坳陷雙重結構。巴音戈壁組及蘇一段對應于斷陷期。拐子湖凹陷斷陷期開始于燕山Ⅲ幕構造活動，斷陷早期形成巴音戈壁組沉積。巴一段沉積期是區內斷層活動性較強烈的階段，除邊界斷裂外，盆地內部還發育多個次級小斷裂，形成多個局限的小地塹或半地塹。巴二段沉積期，盆內次級斷裂活動減弱，邊界斷裂的劇烈活動造成斷塊掀斜，形成典型的東斷西超的半地塹湖盆。隨后的快速裂陷期形成巨厚的蘇一段沉積；蘇二段及銀根組對應于斷坳轉換期。蘇一段沉積末期，燕山Ⅳ幕構造活動造成盆地的掀斜與抬升，形成區域的剝蝕不整合面；隨后盆地進入斷坳轉換階段，裂陷活動強度減弱，沉積厚度差異較小的蘇二段。蘇二段沉積末期，區域的整體抬升形成蘇紅圖組與銀根組之間的區域性不整合；銀根組沉積期，沉積范圍迅速擴大，盆地由斷陷逐漸轉變為凹陷特征；烏蘭蘇海組對應于坳陷期。銀根組沉積末期，燕山Ⅴ幕構造活動造成盆地整體抬升與被剝蝕，從而形成區域性不整合面；隨后盆地進入熱沉降坳陷階段，區內斷裂欠發育，地貌平緩，沉積廣泛分布的烏蘭蘇海組。其中烏蘭蘇海組沉積后，在喜山構造運動的影響下，形成壓扭應力場，凹陷發生構造反轉。

2 沉積充填與沉積相展布

2.1 沉積相類型

拐子湖凹陷斷陷期具有典型的半地塹盆地結構特征，存在2個快速裂陷旋回，斷陷早期發育巴音戈壁組形成第一個裂陷旋回，同沉積斷層活動強烈，對沉積控制作用最為明顯。巖心、測井、地震相及盆地古地貌背景綜合分析表明，巴音戈壁組主要發育扇三角洲、沖積扇、湖泊、重力流沉積等4種沉積相類型。

2.1.1 扇三角洲

扇三角洲沉積一般發育在盆緣邊界斷裂下降盤，為陸源碎屑物從臨近隆起區進入穩定的水體形成的扇狀沉積[14-19]。扇三角洲在整個巴音戈壁組較為發育，可劃分為平原與前緣2種亞相。其中前緣亞相可識別水下分流河道及水下分流間灣微相，平原亞相以發育辮狀分流河道微相為特征。

扇三角洲平原的辮狀分流河道以粗粒沉積物為特征，主要巖性以礫巖、含礫砂巖為主。結構及成分成熟度低，分選差—中等，沉積構造以交錯層理、平行層理及波狀層理為主(見圖3)。底部具有沖刷面，測井曲線(GR)形態呈箱形，頂、底為突變接觸。地震相為中強振幅—中連續—楔狀發散反射地震相，反映水動力較強的沉積環境。

圖3 拐子湖凹陷斷陷早期扇三角洲與沖積扇識別標志(以D井為例)Fig.3 Characteristics of fan delta and alluvial fan during the early rifting phase of Guaizihu depression(taking the D well as an example)

扇三角洲前緣的水下分流河道巖性以棕褐色砂礫巖、含礫粗砂巖及細砂巖為主，分選中等，磨圓為次棱—次圓狀。發育塊狀層理與交錯層理，常見巖性突變面、沖刷面及植物碎屑等。GR測井曲線呈微齒化—齒化的箱形—鐘形。地震相顯示為中振幅—中高連續的S形前積反射特征(見圖3)。水下分流間灣巖性以淺灰色泥質粉砂巖及粉砂質泥巖為主，主要發育水平層理、波狀及透鏡狀層理，局部可見植物碎屑。GR測井曲線呈指狀特征。地震反射為一套弱振幅—差連續—亂崗狀反射，表現為一種分散性弱水流沉積。

2.1.2 沖積扇

沖積扇沉積發育于巴音戈壁組沉積初期，主要巖性為雜色砂礫巖，礫石礫徑大，分選差，磨圓為棱角—次棱狀，成熟度低，雜基含量高，沉積構造可見塊狀層理及沖刷面等。地震相表現為中振幅的楔形亂崗狀反射，反映多變而不規則的層面、水動力較強的沉積環境；GR測井曲線表現為齒化箱形(見圖3)，反映沉積物充足和搬運距離短的特點。

2.1.3 湖泊

湖泊沉積揭示淺湖、半深—深湖亞相沉積。淺湖亞相主要發育泥坪、砂坪及砂泥混合坪沉積，半深湖—深湖亞相主要發育半深湖泥沉積。

淺湖沉積的巖性主要為淺灰—灰色泥巖及粉砂巖，或夾粉砂質泥巖；沉積構造以水平層理、細波狀層理為主，可見碳質植物碎屑。地震相為一套中強振幅—中連續—平行亞平行反射，在平面上呈條帶狀展布，反映一種穩定水體的勻速沉積作用。砂坪是沉積物進入湖盆后，受到湖浪的重新改造，使沉積物沿湖岸線方向發生側向移動而形成的，在巖性上以粉砂巖與泥巖互層為特征，單砂體底部偶見少量沖刷礫巖；GR測井曲線表現為微齒化—指狀響應特征。砂泥混合坪主要表現為頻繁互層的砂泥互層，紋層厚度一般為幾毫米到幾厘米，巖性主要為灰色泥巖與灰色粉砂質泥巖，GR測井曲線表現為微齒狀；泥坪巖性主要為深灰色泥巖與灰色粉砂質泥巖，水平層理，紋層變化韻律低。半深湖—深湖以水平層理的深灰色、灰黑色泥巖沉積為主，GR測井曲線以微齒狀的泥巖基線為主(見圖4)。

圖4 拐子湖凹陷斷陷早期湖泊相識別標志(以A井為例)Fig.4 Characteristics of lacustrine facies during the early rifting phase of Guaizihu depression(taking the A well as an example)

2.1.4 重力流

重力流沉積主要發育于巴一段沉積期，巖性以含礫粗砂巖、中—粗砂巖及不等粒砂巖為主，礫石最大為2.0 cm,一般為0.5 cm,礫石形態整體為均質的塊狀,細粒的砂巖層中有漂浮的礫石，砂礫巖條帶發生揉皺變形，沉積構造可見巖性突變面，含礫砂巖與底部泥巖突變接觸。粒度概率累積曲線為兩段式和三段式。兩段式跳躍組分粒徑在-3φ～2φ之間，占總體質量的98%～99%；懸浮組分粒徑在2φ～5φ之間，占總體質量的1%～2%,斜率較小。三段式滾動組分粒徑在-2φ～φ之間，占總體質量的50%～70%；跳躍組分粒徑在φ～3φ之間，占總體質量的28%～30%；懸浮組分粒徑在3φ～5φ之間，占總體質量的1%～2%。斜率較小，平均分選因數為2.27，反映重力流砂體分選為中等、水動力條件較強；GR測井曲線表現為微齒化箱形—鐘形(見圖5)。根據巖心觀察、粒度分析及巴一段的構造古地貌背景，推測重力流砂體是在巴一段沉積晚期，受斷層活動及自身重力影響，盆地內A井周邊早期快速堆積的三角洲前緣砂體發生滑塌，再受古地形影響，沉積物在斜坡帶形成砂質碎屑流塊體[20-24]。

2.2 沉積相剖面展布

選取過A井和C井的連井剖面及與其垂直的剖面，綜合巴音戈壁組單井沉積相、地震相及構造—古地貌背景，分析巴音戈壁組的沉積相剖面展布規律：A井在巴一段底部砂礫巖表現為沖積扇相，中部深灰色泥巖為深湖、半深湖相，上部棕褐色砂礫巖推測為重力流沉積；C井沒有鉆穿巴音戈壁組，推測巴一段砂巖來自于東部陡坡帶，巴一段早期在沉積相上表現為扇三角洲前緣亞相，巴一段晚期表現為半深湖沉積。

圖5 拐子湖凹陷斷陷早期重力流沉積識別標志(以A井為例)Fig.5 Characteristics of gravity flow deposition during the early rifting phase of Guaizihu depression(taking the A well as an example)

巴二段A井為紫紅色泥巖，表現為淺水環境，C井在巴二段下部主要為灰色泥巖與泥質粉砂巖互層，表現為湖相沉積，上部發育大套砂礫巖，推測物源由東部陡坡帶進入而形成扇三角洲前緣亞相。整體上，自陡坡帶到緩坡帶發育扇三角洲(見圖6)，發育扇三角洲—湖泊—重力流砂體—扇三角洲的橫向變化特征。

2.3 沉積相平面展布

對比巴音戈壁組巖心相及地震相特征。巴一段底部巖性為一套砂礫巖，地震相大多為雜亂反射和亂崗狀反射；巴一段上部為泥巖、粉砂巖、含油砂礫巖，地震相一般為楔狀發散和平行亞平行反射。巴二段底部為淺灰色泥巖夾粉砂巖，地震相為前積反射與平行反射為主；巴二段上部為泥質粉砂巖、粉砂巖互層，地震相為亂崗狀反射與平行反射為主。因此，將巴音戈壁組劃分為4個地層單元，通過構造古地貌、地震相、單井沉積相、連井沉積相對比，研究沉積相平面展布特征。

圖6 巴音戈壁組沉積相剖面(剖面位置見圖1)Fig.6 Sedimentary facies section of Bayingebi formation(section position as shown in fig.1)

2.3.1 巴一段早期

巴一段沉積早期，盆地周緣主要表現為扇三角洲，中部地區主要發育湖泊沉積。陡坡帶發育扇三角洲沉積，C井西側地區為沉降中心，水體較深，表現為半深湖湖泊沉積。南部斜列斷層轉換帶、西部及北部緩坡帶發育扇三角洲沉積；凹陷西南部次洼發育扇三角洲沉積(見圖7(a))。A井與D井底部為雜色砂礫巖，表現為沖積扇沉積。

2.3.2 巴一段晚期

巴一段沉積晚期，沉積體系基本繼承巴一段早期的沉積格局，主要發育扇三角洲和湖泊沉積, 但扇三角洲平原沉積面積減小，前緣沉積面積增大，表現為小平原、大前緣的格局(見圖7(b))。A井巖性為厚層棕褐色砂礫巖、粉砂巖與泥巖互層，發育滑塌重力流沉積；D井巖性為粉砂巖與泥巖互層，表現為扇三角洲沉積；C井巖性為粉砂巖泥巖互層，表現為扇三角洲前緣沉積。凹陷西北部次洼，東側由斷層控制，表現為半深湖沉積。

2.3.3 巴二段早期

巴二段沉積早期，西部2個次洼停止沉積充填，巴二段沉積范圍縮小。凹陷東側半深湖面積有所減小。緩坡帶的A井巖性為粉砂質泥巖夾淺灰色粉砂巖，表現為淺湖沉積，多發育砂坪沉積；D井巖性為粉砂巖與泥巖不等厚互層，表現為扇三角洲沉積；C井巖性以粉砂質泥巖為主，發育扇三角洲前緣沉積，(見圖7(c))。該時期斷層坡腳區與凹陷北部扇三角洲沉積范圍較巴一段時期的有所增大。

2.3.4 巴二段晚期

巴二段沉積晚期，沉積相展布繼承巴二段早期的沉積格局。A井巖性為紫紅色粉砂質泥巖，發育淺湖亞相；D井為紫紅色粉砂質泥巖與泥巖不等厚互層，表現為淺湖砂坪沉積；C井巖性以灰色含礫砂巖、粉砂巖為主，表現為扇三角洲前緣沉積。平面上，東部陡坡邊緣扇體較發育，前緣沉積面積進一步增大，盆地深湖沉積范圍縮小，淺湖沉積范圍增大，砂壩、混合坪沉積較為發育(見圖7(d))。

3 沉積演化與構造響應

構造—古地貌的形態控制物源體系的分布及層序的充填樣式、沉積體系的空間配置[25-26]。綜合鉆井揭示與井間對比、地震相變化、盆地古地貌特征(見圖8)，判斷物源體系分布與變遷，分析巴音戈壁組的沉積演化特征。

圖7 巴音戈壁組沉積相平面展布Fig.7 The planar distribution of sedimentary facies of Bayingebi formation

巴一段沉積早期，斷層活動強烈，盆地格局存在多個地塹、半地塹及局部隆起；盆地分割性較強，為多凹充填(見圖8)，靠東側邊界斷層的洼陷深度較大。湖盆面積小，屬于封閉式水系，為近物源快速沉積，主要為古隆起從四周向湖盆提供物源，盆地周緣發育扇三角洲相，中部地區主要發育湖泊沉積(見圖7)。A井由凹陷內部凸起供源，發育沖積扇相(見圖9(d))。巴一段沉積晚期，邊界斷層持續活動、盆內斷層活動減弱導致盆內凸起下沉，北部古隆起供給規模增加。D井區沉積物來自北部物源，三角洲前緣沉積范圍增大。相比于巴一段沉積早期，盆地緩坡地區變陡，水體進一步加深，沉降中心向南部偏移，盆地半深湖沉積面積增大，三角洲平原沉積面積減小。凹陷西北部斷層活動、水體加深，發育半深湖沉積。A井西側發育的扇三角洲沉積物，受斷塊掀斜滑塌影響而發育為重力流沉積(見圖9(c))。

巴二段沉積早期，盆地格局為一個統一的半地塹，東部邊界斷層持續活動，造成斷塊掀斜作用，盆地西部邊緣地區遭受剝蝕，西部2個次洼停止沉積充填，巴二段沉積范圍縮小(見圖7)。物源體系在早期的基礎上繼承性發展，但盆地地貌差異變大，物源分割性變弱，A井西側隆起繼續下沉(見圖9(b))。A井區與D井區缺乏近源物源供給，主要物源來自東部邊界斷層上升盤古隆起及盆地北部古隆起。緩坡帶的A井周緣發育湖泊沉積，東邊界斷層中段錯斷位移大，斷層坡腳區的扇三角洲縱向疊置且累計厚度大，但橫向展布規模較小，邊界斷層下盤的沉降中心區地層加深，水體變淺，半深湖面積有所減小。由于地貌較陡，盆緣扇體主要由含礫的粗碎屑沉積物組成。巴二段沉積晚期，凹陷邊界斷層活動減弱，斷塊掀斜速率下降，盆地沉降中心位于凹陷東北部；盆地水體變淺，可容納空間減小；盆地深湖沉積范圍縮小，淺湖沉積范圍增大，砂壩、混合坪沉積較為發育(見圖7)，東部陡坡區的三角洲前緣扇體向湖盆內部延伸(見圖9(a))。

圖9 巴音戈壁組構造沉積演化(剖面位置見圖7(b))Fig.9 Tectonoic-sedimentary evolution of Bayingebi formation(section position as shown in fig.7(b))

4 結論

(1)銀額盆地拐子湖凹陷為具有明顯的斷、坳雙重結構的陸相斷陷盆地，經歷斷陷期、斷坳轉換期、坳陷期3個構造演化階段； 其中斷陷早期斷層活動強烈，對沉積的控制作用較為顯著。巴一段沉積期為盆地初始裂陷階段，拐子湖中部凹陷及南部凹陷控邊斷裂開始活動，盆地格局存在多個地塹、半地塹，分割性較強，主要為眾多古隆起從四周向湖盆及凹陷內部隆起供源；巴二段沉積期，東部邊界斷層活動劇烈，斷塊發生掀斜，半地塹式盆地格局初步形成，東部邊界斷層上升盤古隆起及盆地北部古隆起供源占主導。

(2)盆地斷陷早期的巴音戈壁組主要充填扇三角洲、沖積扇、湖泊與重力流沉積，以近源粗礫沉積為主，存在多期的沉積再搬運。巴一段早期—巴一段晚期為一個水進的過程，巴二段早期—巴二段晚期為一個水退的過程；沉積體系經歷由早期的沖積扇、扇三角洲—湖泊到巴一段晚期的扇三角洲—滑塌重力流沉積—湖泊，再到巴二段期的扇三角洲—砂壩—湖泊的充填過程。盆內同沉積斷層活動性的演變及其橫向差異性決定盆地的結構與地貌，也是影響沉積充填類型及演化特征的重要影響因素。