瑪湖地區三疊系克拉瑪依組淺水辮狀河三角洲沉積特征

楊 帆，曹正林，衛延召，路琳琳，吳愛成，馬麗亞，王瑞菊

（1.中國石油勘探開發研究院，北京100083；2.中國石油新疆油田分公司勘探開發研究院，新疆克拉瑪依834000）

0 引言

自準噶爾盆地西北緣逆沖斷裂帶上盤發現了克拉瑪依大油田以后，在“跳出斷階帶，走向斜坡區”的勘探思路指導下，通過多輪勘探攻關，終于在該逆沖斷裂帶下盤取得了重要進展，近期在瑪湖斜坡區三疊系百口泉組和上二疊統上烏爾禾組發現了新的油氣富集區［1-4］，表明瑪湖地區蘊含著豐富的油氣資源，瑪湖凹陷周緣的斜坡帶是油氣運聚的有利區。中下二疊統風城組和下烏爾禾組均為瑪湖凹陷重要的優質烴源巖發育段，縱向上從石炭系到白堊系發育多套儲蓋組合，且油源斷裂發育。與渤海灣盆地復式油氣聚集帶［5-6］的成藏模式類似，瑪湖地區也是一個多層系整體含油的復式油氣聚集區。

中三疊統克拉瑪依組超覆于百口泉組之上，在上三疊統白堿灘組區域性泥巖蓋層的封蓋作用下，克拉瑪依組與百口泉組具有相似的宏觀成藏背景，也應是重要的油氣富集層系，然而，作為克拉瑪依油田主要的目的層之一，過去對克拉瑪依組的認識主要局限于斷裂帶附近的儲量區域范圍內，認為其儲集體主要為洪積扇沉積，沉積體系延伸范圍極其有限［7-8］，因此并未把斜坡區作為主要勘探區域對待。過去學者們對斜坡區克拉瑪依組的研究較為薄弱，可借鑒的資料較少。為了查明斜坡區克拉瑪依組沉積體系展布特征和有利儲層分布情況，本次研究從克拉瑪依組的沉積背景和物源體系研究入手，通過對27口克拉瑪依組取心井的巖心分析和瑪湖地區120余口單井沉積相分析，系統編制瑪湖地區克拉瑪依組上段和下段的沉積相平面展布圖，以期為克拉瑪依組油氣勘探向斜坡區拓展提供依據。

1 區域地質概況

瑪湖地區位于準噶爾盆地西北部，其西側和北側分別為克百斷裂帶和烏夏斷裂帶，東南部與夏鹽凸起和達巴松凸起接壤（圖1）。現今構造表現為東南傾的平緩單斜，局部發育低幅度正向構造。從二疊紀到三疊紀，瑪湖地區逐漸由低隆坳格局向坳陷湖盆轉化，而西部地區從“多隆多坳”逐漸演化為“陸內坳陷”盆地。對于二疊紀準噶爾盆地西部地區的盆地原型，許多學者認為是前陸盆地［9-13］，也有部分學者認為是造山后的伸展裂陷盆地［14-17］。關于西部地區的構造演化和成盆機理雖然存在爭議，但在二疊紀準噶爾盆地西部地區存在多個獨立的沉降中心已經達成共識，即瑪湖凹陷、盆1井西凹陷和沙灣凹陷等3個獨立凹陷，分別被中拐凸起和達巴松凸起分隔［圖2（a）］。進入三疊紀后，準噶爾盆地演化為大型陸內坳陷盆地，瑪湖凹陷、盆1井西凹陷和沙灣凹陷共同組成一個統一的坳陷，沉積中心向盆地腹部遷移，瑪湖地區逐漸演化為寬緩大斜坡［圖2（b）］，即“瑪湖凹陷”實際上為石炭紀和二疊紀的構造單元名稱，進入三疊紀以后，“瑪湖凹陷”逐步演化為“瑪湖斜坡”。

瑪湖地區地層發育齊全，從石炭系到第四系均有發育。瑪湖地區西側的逆沖斷裂帶上盤石炭系之上的地層剝蝕嚴重，石炭系直接被上三疊統、侏羅系披覆，缺失二疊系和中、下三疊統。瑪湖地區三疊系自下而上分別為百口泉組（T1b）、克拉瑪依組（T2k）和白堿灘組（T3b），其中百口泉組與下伏二疊系為角度不整合，克拉瑪依組與百口泉組之間為平行不整合，白堿灘組與克拉瑪依組為連續沉積，與上覆侏羅系之間為平行不整合［18］。

根據巖性組合特征，可進一步將百口泉組細分為3段：百一段一般為褐紅色砂礫巖，泥質含量高、大小顆粒混雜堆積，分選、磨圓均差，代表百口泉組沉積時期的早期為低位域沉積；百二段在瑪湖斜坡區為大量灰綠色砂礫巖，分選、磨圓都比百一段更好；百三段以砂礫巖和泥巖互層為主，代表百口泉組沉積末期的水進產物［19-20］。

圖1 瑪湖地區T2 k構造綱要圖及綜合柱狀圖Fig.1 Structural map of T2 k in Mahu area and stratigraphic column

圖2 瑪湖地區P2 x（a）與T 2 k（b）殘余地層厚度Fig.2 Residual thicknessmapsof P2 x（a）and T 2 k（b）in Mahu area

克拉瑪依組分為上、下2段：下段在斷裂帶附近局部發育，為混雜堆積的角礫狀礫巖［8］，進入斜坡區迅速變為灰色砂礫巖、中—粗砂巖，砂礫巖、砂巖厚度一般在10～20 m左右，以底部最為發育，夾薄層褐紅色泥巖，向上逐漸變為褐灰色泥巖與薄層砂礫巖和砂巖互層，表明瑪湖斜坡區大部分地區已被湖水覆蓋，但湖水相對較淺；上段底部為“泥包砂”結構，暗色泥巖夾薄層砂巖，向上變為含礫砂巖，單層厚度約為4～8 m，儲層主要集中在頂部，分布范圍廣，頂部砂體中普遍發育2～5 m的煤層，在斜坡高部位煤層厚度更大，洼陷區煤層厚度小，表明早期水進范圍較大，后期變為高位域沉積，此時地形比較平坦，沉積物向盆內進積，湖水來回震蕩，甚至發生湖平面短暫的小幅下降，導致斜坡區大范圍出現煤層。

白堿灘組的巖性突變為巨厚暗色泥巖沉積，泥巖厚度為150～500 m，反映了一次快速、長期的湖泛過程［21］，可將白堿灘組細分為3段：白一段為巨厚泥巖；白二段為“泥包砂”結構；白三段主要為20～50 m厚的灰色中—粗砂巖。

2 沉積相標志

2.1 巖性與沉積特征

圖3 瑪湖地區克拉瑪依組巖心照片（a）夏89井，2 400.8 m，塊狀中礫巖，分選、磨圓均較差；（b）夏89井，2 283.3 m，含礫粗砂巖，礫石定向排列；（c）黃3井，2 267 m，雜色礫巖，次磨圓，次棱角；（d）百 64井，1 986.96 m，含礫細砂巖；（e）百 64井，2 676.7 m，泥質粉砂巖，泥巖撕裂屑；（f）瑪 133井，3 138.45 m，頂部含礫粗砂巖，沖刷面；（g）瑪東 2井，3 446.3 m，含礫砂巖；（h）百 75井，2 481.4 m，砂礫巖侵入構造；（i）瑪 5井，3 051.8 m，礫巖與砂巖突變接觸，沖刷面；（j）瑪 133 井，3 135.8 m，含礫砂巖，泥巖巖屑；（k）百 64 井，1 980.81 m，植物碳化根莖；（l）瑪 18 井，3 439.57 m，植物莖干大量發育；（m）瑪18井，3 441.15 m，黑色泥頁巖；（n）瑪001井，3 273.32 m，細砂巖，炭屑紋層，平行層理；（o）瑪2井，3 067.65 m，灰色泥礫，沖刷面；（p）瑪004井，3 093.37 m，粉砂巖，炭屑紋層Fig.3 Core photos of Karamay Formation in Mahu area

通過系統觀察瑪湖地區27口克拉瑪依組取心井的巖心（圖3），開展了瑪湖地區克拉瑪依組沉積相的研究工作。這27口井遍布研究區不同的構造部位，發育包括砂巖、砂礫巖和泥巖等各種巖石類型。近斷裂帶附近，巖性以砂礫巖、含礫粗砂巖為主，顆粒分選和磨圓都較差，礫石粒徑1～2 mm，成分復雜，還可見大量泥巖碎屑、小型沖刷面等現象。斜坡區的巖石粒度普遍要比斷裂帶的粒度細，以含礫粗砂巖、中—細砂巖為主，礫石分選和磨圓均較好且定向排列，發育塊狀層理、平行層理和小型沖刷面。從層系上看，斜坡區克拉瑪依組上段泥巖顏色多為灰綠色、深灰色，普遍含炭屑、植物莖干，薄煤層非常發育；克拉瑪依組下段泥巖顏色以褐紅色、雜色為主。沉積構造特征顯示，瑪湖斜坡區克拉瑪依組為辮狀河三角洲前緣沉積，具有“水淺流急”的特征。斷裂帶附近以三角洲前緣沉積為主，局部發育三角洲平原亞相沉積。

2.2 粒度特征

瑪湖地區克拉瑪依組取心井段的粒度概率曲線可劃分出2個主要類型：①二段式，為主要發育類型，具有河道的沉積特征，以跳躍-搬運為主，反映了較強的水動力牽引流沉積，斷裂帶附近的井和粒度較粗的井段多發育此種類型；②三段式，由滾動、跳躍、懸浮3段組成，曲線斜率較高，“跳躍”段總體占比高，顯示顆粒分選好，以牽引流為主，水動力相對較弱，粒度偏細，沉積區距離物源區較遠，斜坡區多發育此種類型。

2.3 沉積相劃分

通過巖心觀察與測井相的研究，重新劃分了瑪湖地區120余口井的單井沉積相。克拉瑪依組以淺水辮狀河三角洲前緣亞相為主，水下分流河道發育，河口壩較少。水下分流河道沉積在測井曲線上表現為箱形，上、下皆為突變接觸；錄井結果顯示巖性為灰白色塊狀砂巖、砂礫巖。斷裂帶附近的井（圖4），縱向上為多期水下分流河道疊加，單期河道沉積厚度約為10～35 m；斜坡區的井（圖5），河道沉積的砂體厚度、疊加頻次明顯較小，單層厚度約為3～15 m。從沉積相的平面展布上看，斷階帶到斜坡區，沉積相由淺水辮狀河三角洲平原逐漸過渡為辮狀河三角洲內前緣、辮狀河三角洲外前緣，到洼陷區則變為淺湖亞相。

圖4 瑪湖地區斷裂帶附近夏89井綜合柱狀圖Fig.4 Comprehensivecolumnsof well Xia 89 near the fault zonein Mahu area

圖5 瑪湖地區斜坡區瑪001井綜合柱狀圖Fig.5 Comprehensive columns of well Ma 001 in Mahu area

3 沉積相展布特征

3.1 物源體系

瑪湖地區克拉瑪依組存在夏子街、黃羊泉、中拐和達巴松等四大物源體系。目前有重礦物資料和測井資料的井主要分布在瑪湖西北部地區。傾角測井資料顯示，瑪湖西斜坡克拉瑪依組水流方向主要為NW—SE向（方位角平均為135°），古水流為NW—SE向，紅旗壩—夏子街地區的局部古水流方向為NE—SW向。瑪湖西北斜坡克拉瑪依組的重礦物資料顯示，可劃分為3種重礦物組合區，即中拐地區的電氣石-褐鐵礦-鋯石-白鈦石組合，黃羊泉地區的鋯石-尖晶石-白鈦石組合，夏子街地區的鈦鐵礦-褐鐵礦-黃鐵礦組合，3種不同的重礦物組合顯示了西北地區存在3個物源體系。克拉瑪依組沉積期的古地貌圖也顯示多個物源輸入口和沉積物輸入通道，夏子街地區和黃羊泉地區有2個明顯的近南北向的溝谷地貌，這2個地區也是瑪湖地區繼承性物源供給區，南部的中拐地區和東部的達巴松地區在古地貌上表現為隆起地形，與周邊的地形高差達300 m以上，表明中拐地區和達巴松地區也是重要的物源供給區（參見圖2）。

3.2 沉積相連井剖面

克拉瑪依組沉積橫向變化快，砂體多呈透鏡狀，垂向疊置、橫向連片。從中拐地區到夏子街地區橫切物源的剖面可以看到，百口泉組厚度大，砂礫巖發育，沉積物粒度粗［22-23］，以扇三角洲平原沉積為主。到克拉瑪依組主體演變為辮狀河三角洲前緣沉積。其中，瑪湖北斜坡夏子街沉積體系的砂體最發育，西斜坡的黃羊泉次之，南斜坡的中拐地區的砂體最不發育［圖6（a）］。從夏子街地區開始，沿物源方向到沉積中心的連井剖面顯示，儲層發育的連續性較好，淺水辮狀河三角洲前緣砂體延伸距離較遠，平面上呈疊瓦狀向湖盆中心推進［圖6（b）］。

圖6 瑪湖地區克拉瑪依組連井沉積相剖面Fig.6 Well-tie sedimentary sections of Karamay Formation in Mahu area

3.3 沉積相平面展布

綜合上述研究成果，對瑪湖地區克拉瑪依組上段和下段的沉積參數進行了系統梳理，并結合古地貌和古水流方向，勾繪了含砂率、砂體厚度等值線，再根據單井相、連井相、地震相、地震屬性確定出不同沉積相的邊界，最終編制了克拉瑪依組上段和下段的沉積相平面圖。

克拉瑪依組下段沉積時期，雖然處于湖盆擴張期，水體較深，但黃羊泉和夏子街沉積體系依靠周緣山系提供物源，仍然有沉積物源源不斷地向盆內輸送，因此夏子街和黃羊泉地區的三角洲沉積體系均較為發育。斷階帶附近，局部發育辮狀河三角洲平原沉積，以厚層狀砂礫巖、礫巖為主，含砂率最高能夠達到70%左右，一般為50%～60%，三角洲前緣相帶主要分布于斜坡高部位。斜坡東部的達巴松扇體，距物源區較遠，而且地形高差不大，使得其以濱淺湖沉積為主，含砂率10%～25%［圖7（a）］。

克拉瑪依組上段為高位體系域沉積，斜坡區的砂體由加積逐漸向進積演變，后期沉積物逐漸向湖盆中心推進。由于西部山系物源供給有限，克拉瑪依組上段砂體整體規模較小，砂體主要發育于黃羊泉、夏子街等幾個主要物源供給較為充足的區域。斷裂帶附近發育辮狀河三角洲內前緣，含砂率在60%～85%；斜坡區以三角洲外前緣為主，含砂率迅速減小，一般為20%～50%。主物源區的中拐、黃羊泉、夏子街和達巴松等地區主水系攜砂能力較強，向湖盆中心推進較遠［24-26］［圖7（b）］。

圖7 瑪湖地區克拉瑪依組沉積相圖Fig.7 Sedimentary facies distribution of Karamay Formation in Mahu area

4 結論

（1）瑪湖地區克拉瑪依組為淺水辮狀河三角洲沉積，從斷裂帶到斜坡區沉積相由三角洲平原、三角洲內前緣逐漸過渡為三角洲外前緣，發育夏子街、黃羊泉、中拐和達巴松等四大物源體系，斜坡區以三角洲前緣亞相沉積為主，主力儲層為水下分流河道微相沉積。

（2）瑪湖地區克拉瑪依組可細分為上段和下段，其中下段砂體主要集中在底部，在夏子街和黃羊泉地區廣泛分布；上段砂體主要發育于頂部，呈疊瓦狀向湖盆中心進積，受溝谷地貌控制，沿黃羊泉和夏子街等主物源的下切水道分布，向湖盆中心延伸較遠。

（3）瑪湖地區克拉瑪依組下段儲層與上段厚層暗色泥巖形成的儲蓋組合和克拉瑪依組上段砂巖集中發育段與白堿灘組巨厚泥巖形成儲蓋組合，這2套儲蓋組合在瑪湖斜坡區廣泛發育，均為有利的勘探領域。