Sedimentary characteristics and controlling factors of the Ba 66 fan in Bayindulan Sag
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摘要: 为了确定巴音都兰凹陷巴66扇体的成因类型和特征,利用岩心、岩石薄片、测井和三维地震等资料对其沉积特征、控制因素、沉积模式等进行了系统性研究。研究表明,巴66扇体为间歇性洪流经短距离搬运后快速沉积而成的扇三角洲,扇体水动力以重力驱动为主导,平面延伸短,内部分异差,整体呈朵状,具有“小平原-大前缘”的相带特点。扇体主要特征为:岩石成分成熟度和结构成熟度均低,以杂乱块状砂砾岩为典型岩相;测井曲线具有高幅、齿化、多突变接触等形态特征;地震相包含乱岗状、前积状、席状等类型,并据此划分出平原,前缘(近、中、远端),前三角洲或湖相等相带。综合分析认为斜坡带之所以发育扇三角洲主要受凹陷背景环境、古地貌控制:①隆起物源、盆窄(无宽缓斜坡)、湖阔等背景条件保证了物源供给以及短距离搬运的条件;②凹槽古地貌提供了砂体发育空间,坡折带改变了坡度,分割了可容纳空间并控制了相带分布,水下低凸起影响了扇体平面形态展布,最终构建了巴66扇体的沉积模式。Abstract: Based on the data of core, thin sections, logging and 3D seismic, the sedimentary characteristics, controlling factors and sedimentary model of Ba 66 fan are studied systematically to determine the types and characteristics of the fan.The study shows that Ba 66 fan is a fan delta rapidly deposited by torrent after short-distance transport, and the hydrodynamic force of the fan is mainly driven by gravity.The extension distance of the fan is short on the plane.The fan is lobate as a whole and has the facies feature of " large plain, small front".The main characteristics of the fan are as follows: the maturity of the rock is low, and the disorderly massive glutenite is the typical lithofacies; The fan has the logging characteristics of high amplitude, odonation and abrupt contact.The fan bodies can be divided into plain, front (including proximal, middle and distal), pre-delta or lacustrine facies according to the characteristics of seismic facies, such as random hills, front accumulations, and sheets.The analysis shows that the development of fan delta in the slope belt is mainly controlled by the background environment of the depression and paleogeomorphology: ①The background conditions such as source of uplift area, narrow lake basin (no gentle slope) and wide lake surface ensure the supply of source and short-distance transportation conditions for the formation of fan delta; ②Grooves provide space for sand body development. The slope break changes the slope, divides the accommodation space, and controls the distribution of facies, and the low bulge under the water affects the plane distribution of the fan.Finally, the deposition model of Ba 66 fan is constructed.
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Key words:
- Bayindulan Sag /
- glutenite /
- fan delta /
- sedimentary characteristics /
- controlling factor
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在我国陆相含油气盆地中,扇三角洲沉积是普遍发育的油气储集体类型,一直备受关注。二连盆地的下白垩统广泛发育扇三角洲型砂砾岩扇体,由于砂砾岩沉积所具有的组分多样、结构复杂、非均质性强、相变快、平面预测难等特征[1-7],致使勘探工作难度大。近年来,玛湖凹陷扇三角洲型砂砾岩油藏的发现与突破[8-13],使人们重新认识到该类储层的潜力,提振了勘探信心。沉积是储层、油藏研究的前提和主要控制因素,因此需要正视扇三角洲砂砾岩沉积体系的基础研究。
目前,巴66扇体是巴音都兰凹陷西斜坡所发现扇体中规模最大的一个,是西部斜坡带勘探的先行区块。在早期少井的情况下,该扇体被定为辫状河三角洲沉积[14-15]。之后在钻井的不断揭示下,巴66扇体被改为扇三角洲,但该扇体与以往勘探所遇到的扇三角洲在相变规律上存在一定差异,从而增添了勘探复杂性。搞清巴66扇体沉积类型、特征及成因机理等是当前亟待开展的工作。因此,笔者将以该扇体及其主要含油层段为研究对象,利用岩心、薄片鉴定、测井、地震等资料和手段进行扇体特征分析、成因类型判定,分析其控制因素,并建立其沉积模式,以期为西部斜坡带的勘探提供有益支撑。
1. 工区概况
巴音都兰凹陷是二连盆地马尼特坳陷东北部的一个次级凹陷,西北靠巴音宝力格隆起,东南依布林凸起,西南邻阿拉坦合力凹陷[16-17]。凹陷长约80 km,宽16~20 km, 面积逾1 170 km2,湖盆狭窄,具有东南断、西北超的半地堑结构[16](图 1)。凹陷包含南、中、北3个次洼,其中南洼槽面积最大,油气意义也最为重要。南洼槽内部被一系列燕山中期的NE向同沉积断层分割出东部断阶带、中部洼槽带和西部斜坡带。南洼槽以往的勘探开发工作主要集中在东部断阶带,西部斜坡带动用程度低。随着东部勘探逐渐进入高程度阶段,西部斜坡带便成为了勘探接替区。近两年针对西部斜坡带巴66扇体部署的几口钻井均获工业油流,彰显了西部斜坡带的勘探前景。
巴音都兰凹陷南洼槽地层缺失三叠系、侏罗系以及下白垩统阿尔善组的一、二段,在古生界基底上自下而上直接覆盖了下白垩统的阿尔善组(K1ba)三、四段,腾格尔组(K1bt)一、二段以及赛汉塔拉组(K1bs)等地层(图 2-a)。其中,阿四段砂砾岩为该油区主要勘探层,包含3个砂组(图 2-b),勘探证明阿四段Ⅱ砂组为油层主要分布段,因此该砂组为本次的主要研究层段。
图 2 巴音都兰凹陷地层综合柱状图(据文献[18]修改)Figure 2. Stratigraphic comprehensive histogram of Bayindulan Sag2. 沉积特征及沉积相类型
2.1 岩石、岩心特征
薄片鉴定结果显示:岩石类型主要为含砾砂岩、含砾岩屑砂岩、泥质砂砾岩、灰质砂砾岩以及细粒灰质粉、细砂岩等;岩屑占比高(图 3),成分主要为花岗岩、凝灰岩及少量中基性喷出岩,石英、长石含量较少;填隙物主要为泥质杂基、方解石胶结物(图 3)。岩石整体呈现出粒度粗、成分成熟度低的特征。
基于对研究区5口取心井岩心、壁心的观察,将其岩心、岩石特征归纳如下。
(1) 岩心整体表现为以灰色砂砾岩、含砾砂岩为主,其次为较细的泥质粉-细砂岩、灰黑色泥岩(图 4-g, i),基本反映了扇体粒度粗、搬运距离短、大部分处于水下环境等特点。
图 4 巴音都兰凹陷巴66扇体阿四段(K1ba4)Ⅱ砂组岩心特征a.B1井, 1 645.9 m,阿四段(K1ba4)Ⅱ砂组,含砾砂岩,见巨砾(最大直径约14 cm);b.B1井, 1 644.19 m,阿四段(K1ba4)Ⅱ砂组下部为块状砂砾岩,上部为泥质中-细砂岩,底部发育冲刷面;c.B3井, 1 679.68 m,阿四段(K1ba4)Ⅱ砂组,下部为砂砾岩,上部为粉砂岩,呈正旋回,上下岩性之间过渡快;d.B3井, 1 626 m, 阿四段(K1ba4)Ⅱ砂组含砂细砾岩,可见漂浮状中砾,微顺层发育;e.B2井, 1 743.8 m, 阿四段(K1ba4)Ⅱ砂组壁心扫描侧面展开图,砂砾岩;f.B4井, 1 626 m, 阿四段(K1ba4)Ⅱ砂组,块状砂砾岩,砾石略显杂色,为多期叠置;g.B4井, 1 628.11 m, 阿四段(K1ba4)Ⅱ砂组,下部为黑灰色泥岩,上部为粉砂岩,可见顺层油浸;h.B5井, 1 983.86 m, 阿四段(K1ba4)Ⅱ砂组,上、下为泥质细砂岩,中部为块状砂砾岩,见冲刷面;i.B5井, 1 985.36 m, 自下而上分别为灰黑色泥岩-粉砂岩-泥岩、粉砂岩互层-砂砾岩-中砂岩Figure 4. Features of core of sandgroupⅡ in the fourth Member of the Aershan Formation of the Ba 66 fan in Bayindulan Sag(2) 粗粒的砂砾岩段多发育杂乱块状构造,具有杂基支撑和混合支撑结构,内部所含砾石略显杂色(图 4-f),粒径分布范围广,细砾、中砾、巨砾(图 4-a下部)均有分布,表现出岩石分选差且在平面上由近到远不见分异向好的趋势(比较图 4-b, e, f, h);砾石磨圆属次棱—次圆状,大颗粒砾石磨圆一般较好,呈次圆状;砾石的定向性不明显,仅部分砾石微显顺层排列(图 4-c, h);基质成分混杂,由砂、泥以及部分细砾组成(图 4-b, e, h)。以上特征充分反映出该扇体沉积中牵引流机制下的层状层理构造、粒度分异、定向排列等特征较弱,而重力流机制下的块状杂乱堆积特征则较明显,其中一些砾石虽表现出一定磨圆,但分选性差和基质成分混杂性的特点则为强水动力环境增强了砾石间碰撞摩擦的结果[19]。
(3) 细粒岩性段主要为泥质细砂岩、粉砂岩以及黑灰色泥岩,细砂岩中可见块状(图 4-b上段)、平行层理(图 4-i上段)构造,泥质粉砂岩、泥岩主要发育水平层理(图 4-g),交错层理不发育,整体反映出水动力相对变弱的特点。
(4) 结合图 4-a, b, c, f, i的岩心特征,可总结出该扇体“下部块状或多期叠置砂砾岩+上部块状、层状泥质砂岩”的正旋回岩相组合,旋回内部上、下岩性差异明显,多表现为快速过渡特征(图 4-b, c, i),证明水动力强弱变化显著、快速,造成扇体沉积垂向连续性差,事件性特征明显。
基于以上分析,建立了巴66扇体的基本认识:该扇体应为冲积扇入湖形成的扇三角洲沉积;扇体延伸短、沉积快,在冲积扇入湖后流体势能未能较好地向动能转换,虽具有双重水动力机制,但以重力流机制为主导,由此导致了低成熟、差分选的岩石、岩心特征;扇体事件性突出,具有泥石流和水携牵引沉积作用——洪水期,以泥石流沉积为主,形成大范围泥、砂、砾混杂的块状砂砾岩;进入洪水末期或间洪期,水动力快速减弱,牵引流或河道特征逐渐显现,形成砂岩沉积和泥质细粒物落淤,以上事件过程塑造出了“下砂砾-上泥砂”的岩相组合。
2.2 测井相特征
测井曲线形态、量值是对所探测地层岩性及组合特征变化的响应,其曲线形态及组合样式可以反映水动力条件和物源供给条件的变化[20]。整体上,阿四段Ⅱ砂组测井曲线普遍具有高幅、齿化、多突变接触等特征,基本符合由岩心特征得出的水动力强且多变的观点。经比较,各井的自然电位曲线(SP)更具对比性,依此对比分析得到各类测井相的特征:①高幅短箱型+平直基线(图 5-a)。早期的箱型反映能量强的洪流沉积所形成的砾石含量高、分选差的厚层砂砾岩段;之后进入微齿的低平基线,表明水动力迅速减弱,虽岩性也为砂砾岩,但泥、砂等细粒基质相对增加;另外,下部砂砾岩段呈杂色,反映Ⅱ砂组早期该井距平原位置较近,并且近源处强水动力使得泥岩夹层难以保存。②高幅齿化钟型+平直基线(图 5-b)。水动力特征与①类似,但SP曲线呈齿化钟型、颜色呈灰色、泥岩夹层增厚等特点证明其位置远于①,并且水动力显现出一定渐变过程。③齿化钟型、漏斗型叠置(图 5-c)。短的钟型和漏斗型无规律叠置,反映水动力呈频繁动荡性变化,除受洪水期影响外,间洪期牵引流或河道也频繁发育,因此砂砾岩层的分选也要好于其他井(图 4-c, d)。④指型(图 5-d, e, f)。所处位置远、水动力弱、物质供给不足,砂岩、泥岩夹层增多,甚至出现黑色泥岩(图 4-g, i),反映向半深湖过渡的前缘远端,但岩心中块状的砂砾岩仍有发育(图 4-f, h, i),表示洪水期高能的泥石流可波及至此。
图 5 巴66扇体阿四段Ⅱ砂组测井相特征(岩性同图 2)Figure 5. Characteristics of log facies of sand group Ⅱ in the fourth Member of the Aershan Formation of the Ba 66 fan2.3 地震相特征
巴66扇体形态在顺物源剖面上呈自斜坡向湖盆进积而成的楔形(图 6-a),由图 6-e中A-A′剖面可识别出一挠曲坡折带,它对沉积地层表现出明显的控制作用;扇体在切物源方向为沉积于凹槽中的透镜状(图 6-b),向远端延伸发生两朵体分异,因而扇体在三维空间中表现为一末端分叉的扇状(图 7-E)。
研究区主要发育3类地震相:①乱岗状地震相(图 8中①),具有弱振幅、不连续特征的杂乱反射结构,主要分布于坡折之上,厚度薄,反映可容纳空间有限、岩性粗的特征,代表扇三角洲平原亚相。②前积状地震相,分布于坡折以下,根据反射属性可细分出A段(图 8中②-A)和B段(图 8中②-B),A段具有中-弱振幅、低频、中-低连续性特征,分布于坡折下的近端,代表前缘近端沉积,反映流体越过坡折后可容纳空间明显增加,碎屑物开始大量堆积,由于水动力仍然很强,细粒物质难以保存,主要为多期砂砾岩叠置(B1井测录井特征可近似反映);B段表现为中振幅、高-中频、中连续性特征,分布于A段的前方,属前缘中、远端沉积,反映此处水动力稍有减弱,洪水期形成厚层砂砾岩、洪水末期或间洪期可形成细粒沉积,垂向上粗、细岩性叠合,当前钻井主要分布于此区域(B2、B3井为其典型代表)。③平行、亚平行地震相,空间上呈席状几何形态,具有强振幅、中频、高连续性特征,前缘远端开始显现,主要分布于扇体前端和两侧,代表湖相沉积背景。根据地震相分布,最终编制了地震相平面图(图 8-b)。
2.4 相类型及相带展布
2.4.1 相类型
巴66扇体为间歇性洪流搬运入湖,之后经短距离延伸,快速堆积而成的扇三角洲。扇体重力驱动机制较明显,以分选差、成熟度低的杂乱块状砂砾岩为典型岩相。巴66扇体的特殊性在于事件性洪流起主要塑造作用,平面上岩性缺乏较好的规律性变化:洪水期,强劲的陆源流体在短距离搬运的情况下(延伸距离约5.6 km),缺乏充足的时间或距离进行分异便发生卸载堆积,泥石流沉积作用明显,形成内部岩性混杂、由近到远分异性差的砂砾岩朵体;洪水期末-间洪期,流体能量明显变弱,河道牵引特征稍有显现,发育细粒泥质砂岩,由此在垂向上构成“下砂砾岩+上粉-细砂岩”的岩相组合。扇体沉积特征对储层的孔隙度,特别是渗透率具有明显影响(图 9),使该类扇体通常形成低孔低渗型储层[21]。
2.4.2 平面相带展布及垂向沉积序列
巴66扇体平面延伸距离短,具有“小平原,大前缘”的相带特征(图 10)。大致以挠曲坡折带为界,坡折带以西为扇三角洲平原,空间小、相带窄;坡折带以东为扇三角洲前缘,沉积物在此大量堆积,综合岩心、测录井、地震相特征可将前缘细分为近端、中端、远端。前缘近端区域暂无钻井,临近的B1井可大致反映该区域沉积序列特征:由于侵蚀作用强,细粒层较难保存,多期灰色、杂色砂砾岩形成厚层叠置,随着后期的水进,向前缘中端过渡(图 11-a);前缘中端沉积序列主要表现为:中-厚层灰色砂砾岩夹薄层含砾砂岩、泥质粉砂岩,随着湖水扩展,向前缘远端演化(图 11-b);前缘远端主要为泥夹薄层砂,洪水期可受到波及,形成薄砂砾岩层,若水体上涨,便大量形成半深湖相泥岩沉积(图 11-c)。
3. 控制因素及沉积模式
3.1 控制因素
3.1.1 凹陷背景环境
(1) 西部斜坡带临近大物源区(巴音宝力格隆起),在阿四段时期接受了充足的物源供给。
(2) 巴音都兰凹陷短轴方向窄(约12 km)[22],不具有宽缓的斜坡带,天然具有盆缘至深洼距离短的特点;另外阿四段时期也为凹陷一次重要的成湖期[23],湖泊扩张也缩短了陆源流体入湖距离。
以上“盆窄、湖阔”的环境背景促成碎屑物质短距离搬运入湖的条件,使扇体缺乏充足的分选过程。
3.1.2 古地貌
(1) 同沉积地貌对于砂体沉积类型、发育位置、平面展布等具有重要的控制作用[24-30]。切物源方向地震剖面揭示(图 12)西部斜坡带整体具有“凹凸相间”的古地貌格局,凹槽为碎屑物提供了沉积场所,控制了扇体的发育位置。
(2) 挠曲坡折改造了斜坡地貌,坡折之下坡度增大,一方面为扇三角洲发育提供了有利的坡度条件,另一方面也造成坡折上下水深或可容纳空间的差异,进而控制扇体平面相带的格局。
(3) 结合图 7地震剖面和图 13地貌特征,水下前缘前端古低凸的存在造成了巴66扇体远端分叉的平面形态。
3.2 沉积模式
整合巴66扇体的沉积特征及其控制因素,最终建立了该扇体的沉积模式(图 14,15):西部斜坡带临近巴音宝力格隆起,隆起上大量的火成岩碎屑沿斜坡凹槽入湖,由于斜坡带窄以及挠曲坡折的存在,大量碎屑物经短距离搬运后便在坡底、深洼处堆积,整体上构成了“源-沟-坡-扇”的配置关系[31](图 14)。古地貌不仅控制了扇体的形成也影响了沉积相带(亚相)的分布以及岩性特征:以坡折带为分界点,坡折以上主要发育平原相,岩性以砂砾岩为主;坡折之下可容纳空间充足,发育扇体的主体前缘相,岩性仍以砂砾岩为主,出现泥岩、粉砂岩夹层;前缘远端扇体迅速减薄、变细,主要形成泥岩与砂岩、砂砾岩互层(图 15)。
4. 讨论
(1) 扇三角洲的发育通常与断层联系紧密,断陷湖盆的陡坡带是其主要的发育场所[32-35],而王海林等[36]提出“形成扇三角洲的实质性背景条件是湖泊水体逼近物源区且地形坡度陡”。巴音都兰凹陷西部斜坡带早期少钻井,人们按照箕状凹陷沉积相发育的一般规律[14-15],推测该位置为辫状河三角洲,但随后钻井逐步揭示斜坡带可以发育粗粒的扇三角洲。这主要是由于二连盆地的凹陷普遍具有湖盆狭窄、坡度大的凹陷特征,加上断层、坡折等对局部地貌的改造,形成差异性地貌。因此,在进行沉积类型判断时需要摆脱思维定式,抓住沉积相的本质特征并结合实际地质条件。受巴66扇体的实例启发,对二连盆地一些砂砾岩扇体的成因类型需要进行重新评价,并重视对同沉积地貌、坡折、断层组合样式等对扇体发育控制作用的分析。
(2) 扇三角洲是介于冲积扇和正常三角洲之间的过渡类型,其过渡性体现在扇三角洲水动力机制和沉积特征等方面。常规三角洲以牵引流为主,而扇三角洲多具有双重水动力——除牵引流之外还有重力流成因,扇三角洲内部由平原向前缘表现出重力流特征逐渐减弱而牵引流特征逐渐明显的变化,坡度、湖岸距离等因素对于扇体水动力特征及变化具有重要的影响。因此,不同背景下的扇三角洲存在或多或少的特征差异[37-39],为此陈景山等[40]对靠山型扇三角洲、靠扇型扇三角洲进行了识别对比;唐勇等[8]对玛湖凹陷山口陡坡型、山口缓坡型、靠山缓坡型、靠山陡坡型和靠扇陡坡型5类扇三角洲特征进行了对比总结。巴66扇体受实地地质条件的控制,为近物源、短距离、快速堆积而成,重力流机制较明显,导致其特征不同于牵引流或河道特征突出的扇三角洲。若以一般的共性模式指导巴66扇体区块精细目标勘探,效果难免会不尽人意。科学分类体系的建立既是知识规律化、条理化的需要,也是对客观事物属性、发展规律科学认识的体现[41],因此需要从扇三角洲特征差异出发,进行扇三角洲亚类划分,建立相应模式,便于进行具针对性的勘探指引。以往对于二连盆地不同区域扇三角洲类型和特征的对比研究不足,存在对扇体“远近不分”、“陡缓不分”、“粗细不分”等认识问题。受巴66扇体启发,笔者认为可以以“流体机制+扇体特征”为依据进行二连盆地扇三角洲分类和总结,从而在对不同扇体的勘探中实现“对症下药”。
5. 结论
(1) 巴66扇体为间歇性洪流搬运入湖,快速堆积而成的扇三角洲。扇体重力驱动机制较明显,以分选差、成熟度低的杂乱块状砂砾岩为典型岩相,以随水动力变化呈现出的“下砂砾-上泥砂”为典型岩相旋回,扇体平面延伸短,相带分异差。
(2) 巴66扇体整体具有“小平原、大前缘”的相带特征。以坡折带为界,坡折带以西为三角洲平原沉积,空间小、沉积薄、乱岗形地震相;坡折带以东为三角洲前缘沉积,是三角洲的主体部分,空间足、沉积厚、前积形地震相,前缘进一步可细分为近端、中端、前端。
(3) 巴音都兰凹陷西部斜坡带能够发育扇三角洲主要受凹陷背景环境、构造古地貌的影响:大物源、盆窄、湖阔等条件营造了物源充足、水面逼近源区的的环境背景,奠定了流体近距离搬运的基础;凹槽地貌为扇体沉积提供了空间,控制了扇体发育位置;挠曲坡折带造成坡度的突变,分割了容纳空间,控制了相带分布格局和扇体的主体;凹槽内水下低凸起微地貌影响了扇体平面分支形态的特点。
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图 2 巴音都兰凹陷地层综合柱状图(据文献[18]修改)
Figure 2. Stratigraphic comprehensive histogram of Bayindulan Sag
图 4 巴音都兰凹陷巴66扇体阿四段(K1ba4)Ⅱ砂组岩心特征
a.B1井, 1 645.9 m,阿四段(K1ba4)Ⅱ砂组,含砾砂岩,见巨砾(最大直径约14 cm);b.B1井, 1 644.19 m,阿四段(K1ba4)Ⅱ砂组下部为块状砂砾岩,上部为泥质中-细砂岩,底部发育冲刷面;c.B3井, 1 679.68 m,阿四段(K1ba4)Ⅱ砂组,下部为砂砾岩,上部为粉砂岩,呈正旋回,上下岩性之间过渡快;d.B3井, 1 626 m, 阿四段(K1ba4)Ⅱ砂组含砂细砾岩,可见漂浮状中砾,微顺层发育;e.B2井, 1 743.8 m, 阿四段(K1ba4)Ⅱ砂组壁心扫描侧面展开图,砂砾岩;f.B4井, 1 626 m, 阿四段(K1ba4)Ⅱ砂组,块状砂砾岩,砾石略显杂色,为多期叠置;g.B4井, 1 628.11 m, 阿四段(K1ba4)Ⅱ砂组,下部为黑灰色泥岩,上部为粉砂岩,可见顺层油浸;h.B5井, 1 983.86 m, 阿四段(K1ba4)Ⅱ砂组,上、下为泥质细砂岩,中部为块状砂砾岩,见冲刷面;i.B5井, 1 985.36 m, 自下而上分别为灰黑色泥岩-粉砂岩-泥岩、粉砂岩互层-砂砾岩-中砂岩
Figure 4. Features of core of sandgroupⅡ in the fourth Member of the Aershan Formation of the Ba 66 fan in Bayindulan Sag
图 5 巴66扇体阿四段Ⅱ砂组测井相特征(岩性同图 2)
Figure 5. Characteristics of log facies of sand group Ⅱ in the fourth Member of the Aershan Formation of the Ba 66 fan
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