冲积扇主要发育在库车坳陷北部山前地区, 冲积扇体成群分布, 侧向连成扇群。冲积扇可以划分出扇根、扇中和扇端3个亚相, 沉积微相主要有主河道、泥石流、砾质辫状河道和漫流沉积。

2.1.1 扇根

扇根分布在库车坳陷山前部位, 沉积坡角较大, 扇根的砾岩层较厚, 主要发育主河道和泥石流微相。

主河道微相岩性主要为浅褐红色粗— 中砾岩和含粗砾中砾岩, 砾石大小混杂, 分选极差(图 3-a, 3-b)。砾石呈次圆— 次棱角状, 杂基支撑, 砾间填隙物以小砾、细砾和粗砂为主。基质中以砂级颗粒为主, 含少量泥质, 胶结疏松。测井曲线呈箱形(图 4), 地震相呈杂乱短波状的反射结构(图 5)。

图3

Fig.3

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	图3 库车坳陷新近系和第四系野外露头照片(拍摄地点见图1) a— 砾石大小混杂, 分选极差, 第四系; b— 紫红色中砾岩, 分选差, 次圆状, 库车组; c— 杂色中砾岩、细砾岩和砂砾岩, 库车组; d— 细砂岩— 粉砂岩— 泥岩组成正韵律, 库车组; e— 杂色砾岩、砂砾岩和泥岩, 库车组; f— 槽状交错层理, 库车组; g— 细砂岩, 钙质胶结, 库车组; h— 褐红色砾岩、粗砂岩和粉砂岩混杂, 康村组; i— 含砾中粗砂岩, 细砂岩和粉细砂, 康村组; j— 灰色泥岩, 吉迪克组; k— 粉砂质泥岩夹粉砂岩, 吉迪克组; l— 膏盐— 泥岩旋回Fig.3 Outcrop photos of the Neogene and Quaternary in Kuqa Depression(photo locations in Fig.1)

图4

Fig.4

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	图4 库车坳陷新近系和第四系综合柱状图Fig.4 Comprehensive column of the Neogene and Quaternary in Kuqa Depression

图5

Fig.5

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	图5 库车坳陷典型地震相 测线位置见图1Fig.5 Typical seismic facies of Kuqa Depression

泥石流微相多发于在扇体的上部, 由砾、砂、泥混杂组成, 分选极差; 砾石呈棱角状, 磨圆度极差; 层理不发育, 基质支撑, 向扇中方向, 泥石流沉积的厚度急剧减薄, 砾石含量降低。

2.1.2 扇中

扇中位于冲积扇中部, 为冲积扇主要组成部分, 与扇根没有明显界线, 沉积坡角较小, 砂/砾值增大, 沉积物偏细, 成分成熟度和结构成熟度增高, 砾石碎屑多呈叠瓦状排列; 测井曲线呈箱形、漏斗形和钟形(图 4); 地震相以楔状地震相为主(图 5); 主要发育砾质辫状河道微相。

砾质辫状河道岩性主要为浅褐红色中砾岩、细砾岩、含砾粗砂岩和砂砾岩(图 3-c), 分选较差。底部见冲刷面, 砾石呈叠瓦状排列, 可见大中型槽状交错层, 具下粗上细的正粒序。

2.1.3 扇端

扇端是整个冲积扇沉积物最细、流体能量最低的部分, 呈环带状围绕在冲积扇周围。沉积物主要为少量细砾、含砾砂、砂及泥(图 3-d), 测井曲线呈箱形和钟形, 地震反射主要为同相轴呈较强的亚平行反射, 微相主要为漫流沉积。

漫流沉积微相的沉积物较细, 岩性以浅褐红色含泥质粉砂岩和细— 粉砂岩为主, 多泥岩夹层, 沉积构造以粉砂岩和泥岩构成的水平层理为主。

冲积平原以河道— 泛滥平原的沉积组合发育为特征, 其中河道是碎屑沉积物的主要输送渠道, 以辫状河道为主。由于库车坳陷古近纪以来气候干旱, 同时辫状河道侧向迁移频繁, 河道内水流也不稳定, 很难确定辫状河道的水流样式。冲积平原主要由河床和河漫亚相组成。

2.2.1 河床

河床亚相的测井曲线为钟形或箱形(图 4), 显正韵律特征。可进一步划分为河道和心滩沉积。河道以杂色砾岩、砂砾岩和泥岩为主(图 3-e), 具有块状层理。心滩的规模很小, 为河道沉积产物, 以棕红色、灰白色中砂岩, 细砂岩为主, 底部具有冲刷面, 发育大中槽状或板状交错层理(图 3-f)。

2.2.2 河漫

河漫亚相的电测曲线多为低幅或齿化低幅(图 4), 地震相以中强振幅断续平行地震相为主(图 5), 主要发育河漫滩和河漫湖泊微相。河漫滩微相主要为粉砂质沉积物, 其次为细砂岩和泥岩, 沉积物颜色呈灰色、深灰色等弱还原色(图 3-g)。河漫湖泊微相以黏土岩沉积为主, 一般发育水平层理, 沉积厚度较大, 一般在30 m以上。

沉积物主要由杂色复成分砾岩、灰白色的砂砾岩、含砾粗砂岩、粗砂岩和粉细砂岩组成。砂岩成熟度低, 岩石以颗粒支撑、次棱角状为主, 分选差, 以块状层理为主(图 3-g); 地震相以前积地震相为主(图 5)。

2.3.1 扇三角洲平原

扇三角洲平原是扇三角洲水上部分, 以黄红色和褐红色的中砾岩为主, 大小混杂, 层理不发育, 分选和磨圆度差(图 3-h); 电性特征往往反映正粒序的特征; 沉积微相以分支河道和河漫为主。

分支河道微相由辫状河流作用形成, 由于河道经常变迁, 流量及流速变化大, 河床以垂向加积作用为主, 沉积物主要由杂色砾岩、灰白色的砂砾岩、含砾粗砂岩、粗砂岩和粉细砂岩组成。砂岩成熟度低, 岩石以颗粒支撑、次棱角状为主, 分选差, 以块状层理为主; 电测曲线多为箱形或齿化箱形(图 4)。

河漫沉积微相以薄— 中厚层状的含砾砂岩、砂岩、泥质粉砂岩为主, 层状或似层状, 发育水平层理和波纹层理; 电测曲线以低幅或齿化低幅为主; 地震相以中强振幅断续波状地震相为主(图 5)。

2.3.2 扇三角洲前缘

扇三角洲前缘是扇三角洲的水下部分, 是扇三角洲沉积最活跃的部分, 由水下分流河道、河口坝和支流间湾等构成。

水下分流河道主要由砂砾岩, 含砾中粗砂岩, 细砂岩和粉细砂岩组成(图 3-i); 颗粒支撑, 泥质或钙质胶结, 分选中等— 差。垂向上也一般表现为正粒序。支流间湾沉积物主要由灰色、灰绿色泥岩和粉砂质泥岩组成, 呈现块状层理和变形层理。河口坝主要由细砂岩和粉砂岩组成, 分选较好。

2.3.3 前扇三角洲

前扇三角洲是扇三角洲的外围部分、入湖冲积扇的前端。此处水流作用消失, 以盆内水体作用为主, 主要以粉砂岩和泥岩为主, 发育平行层理、块状层理等, 与湖相泥难以区分, 微相包括砂坝和前扇三角洲泥。

库车坳陷新近纪吉迪克期和康村期构造运动表现为弱挤压, 滨浅湖向盆地南部退缩, 水域宽而浅(李维锋等, 1996), 湖相沉积物以灰色、褐色粉砂岩、泥质粉砂岩夹同色粉砂质泥岩、泥岩为主(图 3-j, 3-k), 膏岩和泥岩相间分布, 分选好、磨圆好, 发育小型交错层理、冲洗层理, 在库车河剖面, 发现介形类、轮藻、孢粉等化石。湖泊进一步可分为滨浅湖亚相和膏盐湖亚相。

2.4.1 滨浅湖

滨浅湖亚相以红色的陆源碎屑为主, 夹少量石膏, 可进一步划分为滨浅湖砂坝和滨浅湖泥微相。滨浅湖砂坝微相主要为褐灰色粉砂岩、泥质粉砂岩夹粉砂质泥岩、泥岩, 分选好、磨圆好, 发育小型交错层理。电测曲线多为低幅箱型, 发育锯齿(图 4)。地震相以中振幅较连续亚平行地震相为主。滨浅湖泥微相主要为暗色泥岩、粉砂质泥岩夹泥质粉砂岩; 电测曲线以低幅齿化为特征; 地震相多为强振幅连续地震相(图 5)。

2.4.2 膏盐湖

库车坳陷古近纪和新近纪, 气候干旱、炎热, 蒸发岩极为发育, 形成了较厚的白色膏岩、灰绿色泥膏盐及无色盐岩(图 3-l), 发育揉皱变形构造。

3.1.1 野外露头标定

野外露头是沉积相识别和研究的最直观和最可靠的资料, 库车坳陷新近系和第四系出露较多, 而且植被稀少, 有利于观察和研究。共对西盐水沟、卡普沙良河、克拉苏河和库车河等6条野外露头剖面(图 1)进行了观察, 所观察的剖面点达74个。通过野外露头的岩性、颜色、结构和构造等特征(图 3), 对研究层段沉积相类型进行识别, 为沉积相分布研究提供了可靠的证据。

3.1.2 连井剖面分析

在野外露头观察的基础上, 通过连井剖面研究库车坳陷新近系和第四系沉积相的变化。从图6-A中可以看出, 库车坳陷db1井地区, 吉迪克组和康村组厚度较为稳定, 从山前到盆地中心, 依次为扇三角洲和湖泊沉积, 其中吉迪克组扇三角洲分布规模比康村组小。由于库车期强烈的构造运动, 断裂抬升剧烈, 库车组地层厚度变化大, db1井和db4井位于吐孜玛扎断裂下盘, 沉积厚度骤增, 最厚达4000, m左右, 且冲积扇分布规模大, 库车组从山前到盆地中心为冲积扇— 冲积平原。第四系遭受严重的剥蚀, 厚度较薄, 以冲积扇沉积为主。图6-B为ks地区的连井剖面图, 由于库车期以来强烈的构造运动, ks地区抬升剥蚀较db1井地区严重, 库车组和第四系大部分被剥蚀, 从图中可以看出, 吉迪克组和康村组厚度较为稳定, 以扇三角洲沉积为主, 且康村组扇三角洲分布范围较大。库车组发育冲积扇和冲积平原, 与db1井地区相比, 冲积扇规模较小, 以冲积平原沉积为主。第四系被大规模剥蚀, 以冲积扇沉积为主。

图6

Fig.6

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	图6 库车坳陷新近系和第四系连井沉积相剖面Fig.6 Connecting-well sedimentary facies profile of the Neogene and Quaternary in Kuqa Depression

3.1.3 地震相及属性分析

通过对库车坳陷地震相研究, 认为吉迪克组和康村组主要的地震相类型有中振幅连续亚平行和断续杂乱、强振幅连续地震相和前积地震相, 主要为扇三角洲和湖泊沉积。库车组以中强振幅断续平行或亚平行地震相、杂乱地震相和楔状前积地震相为主, 主要的沉积相类型为冲积扇和冲积平原。第四系地震特征主要为杂乱短波状的反射结构, 主要为冲积扇沉积。

从地震资料中可以提取的地震属性有很多, 但都是以振幅、频率、相位这3种基本地震属性为基础, 而与岩性相关性最大的就是地震的振幅, 其中与振幅相关的地震属性主要有均方根振幅, 它是将振幅平方的平均值再开平方, 由于振幅值在平均前平方了, 因此, 它对特别大的振幅非常敏感。通过钻井和岩心标定, 得出库车坳陷新近系和第四系均方根振幅值表现为砂泥岩互层最大、泥岩中等、砾岩最小的规律, 图7为沿吐孜玛扎断裂下盘db1井地区的均方根振幅分布图, 从图中可以看出, 沿吐孜玛扎断裂下盘均方根振幅表现为带状低值, 经分析认为其沉积相类型为冲积扇, 而南部地区均方根振幅值变高, 主要为冲积平原。通过对地震剖面进行地震相分析和均方根振幅平面分布研究, 提高了绘制沉积相分布图的准确度。

图7

Fig.7

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	图7 库车坳陷库车组均方根振幅平面分布Fig.7 Horizontal distribution of RMS amplitude of the Kuqa Formation in Kuqa Depression

3.1.4 三维电法识别

本次研究将东方地球物理公司综合物化探事业部采集和处理的三维电法资料运用到沉积相分布的研究中, 解决了部分地区钻井稀疏和地震相特征不明显的难题。三维电法以地下岩石的导电性差异为物质基础, 通过观测和研究人工建立的地下稳定电流场的分布规律反演地质结构, 在解决地形、地表和地下地质条件复杂的山前带的问题具有重要的作用(曾庆全等, 2003)。利用钻、测井资料对三维电法进行标定, 得出库车坳陷新近系至第四系泥岩电阻率小于 6 Ω · m, 砂岩电阻率为6~50 Ω · m, 砾岩电阻率大于50 Ω · m, 且含砾越多, 电阻率越高, 同时砾岩的电阻率大小与成岩程度相关, 表现出未成岩砾岩、准成岩砾岩、已成岩砾岩电阻率依次减小的特点。从图8中可以看出, db5和db4井的测井曲线和岩性与电法剖面吻合, 为沉积相分布识别奠定了基础。

图8

Fig.8

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	图8 库车坳陷三维电法剖面 测线位置见图1Fig.8 Profiles of 3-D electrical method of Kuqa Depression

将三维地震与三维电法叠合, 利用地震在电法剖面上建立地层和构造样式, 进而在地层格架内对岩性及沉积相分布进行研究。图8为过db5和db4井的三维电法剖面, 在明确新近系至第四系主要的沉积相类型的基础上, 通过识别岩性来研究沉积相的分布特征。从图9的解释剖面中可以看出, 康村期, 扇三角洲规模增加, 扇三角洲前缘扩大到了db5井地区; 库车早期, 冲积扇向盆地中心进积, 库车中后期, 冲积扇规模减小, 发生退积, 在db5井地区, 过渡为冲积平原; 第四系以冲积扇发育为主。

图9

Fig.9

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	图9 库车坳陷新近系和第四系地质剖面 L1~L9— 地质剖面号。地层代号:Q— 第四系; N1-2k— 库车组; N2k— 康村组; Nj— 吉迪克组; E2-3s— 苏维依组; E1-2km— 库姆格列木群; K— 白垩系Fig.9 Geologic profiles of the Neogene and Quaternary in Kuqa Depression

图10

Fig.10

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	图10 库车坳陷新近纪以来沉积相分布 A— 吉迪克组沉积相分布; B— 康村组沉积相分布; C— 库车组沉积相分布; D— 第四系沉积相分布Fig.10 Distribution of sedimentary facies in Kuqa Depression since the Neogene

在单剖面研究的基础上, 可以对三维电法进行平行剖面研究, 实现对沉积相空间分布的研究, 从图9中可以看出, 康村期, 扇三角洲规模较吉迪克期大, 湖泊面积进一步减小; 库车期, 冲积扇规模在L2测线地区开始增大, 在L5测线地区规模最大, 到了L6测线地区, 冲积扇的规模开始减小, 同时从图中可以看出库车期冲积扇具有早期进积、中晚期退积的发育特征; L6测线以东地区, 构造活动较为复杂, 出现局部高电阻, 经研究, 该地区的高电阻是由于岩盐底辟引起的, 而非砾石层造成的高电阻。三维电法用于沉积相分布的研究是对常规研究方法的补充, 提高了沉积相分布研究的精度。

经历了晚二叠世— 三叠纪的前陆盆地和侏罗纪— 古近纪拗陷盆地演化阶段后, 库车坳陷新近纪再次进入前陆盆地演化阶段(Lu at al., 1994; 刘志宏等, 2000), 主要构造变形发生在新近纪库车期和第四纪, 此时南天山向南强烈挤压(卢华夏等, 2000), 强烈的抬升和沉降控制着沉积相的演化。

3.2.1 吉迪克组沉积相分布

库车坳陷经历古近纪拗陷盆地阶段后, 发生于印度板块与欧亚板块之间的碰撞作用的应力已传递到塔里木盆地北缘, 库车盆地北部的南天山造山带因此而再生活动(刘志宏等, 2001)。吉迪克期, 库车坳陷进入再生前陆盆地阶段, 受到区域挤压应力的作用, 古近纪形成的湖泊开始向南部萎缩, 扇三角洲主要分布在山前地区, 从图10-A中可以看出, 扇三角洲主要分布在库车坳陷西部和中部的山前地区。库车坳陷吉迪克期湖泊总体上为宽浅型湖泊, 湖水总体很浅, 湖岸线随气候和构造活动而频繁变化, 湖水的水动力条件较弱, 对扇三角洲搬运来的碎屑物质改造相对不强。该时期气候干燥, 蒸发强烈, 盐湖主要分布在qc1井和dq5井地区, 从山前到盆地中心依次为扇三角洲和湖泊沉积。

3.2.2 康村组沉积相分布

康村组基本上继承了吉迪克组的沉积格局, 物源主要来自北部的南天山, 从山前到盆地中心, 依次发育扇三角洲和湖泊; 该时期受到的构造挤压应力加强, 北部南天山持续隆起, 湖泊进一步向南萎缩, 扇三角洲向盆地中心扩张, 库车坳陷东部地区也开始发育扇三角洲, 扇三角洲前缘已达到qc1井、dw1井和kc2井地区, 盐湖主要分布在dq5井地区(图10-B)。

3.2.3 库车组沉积相分布

库车期, 库车坳陷进入强烈的构造挤压应力环境之中, 该时期南天山迅速隆升并向南猛烈逆冲, 对库车坳陷的发育产生了重要影响, 该时期库车坳陷挤压量增大, 断层活动和盐底辟作用加强(邬光辉等, 2004), 同时气候干旱, 风化作用强烈, 为冲积扇提供了大量的物源, 冲积扇极为发育, 湖泊快速退缩, 该时期已无扇三角洲沉积。从山前到盆地中心, 依次发育冲积扇、冲积平原和湖泊, 从图10-C中可以看出, 西部的bz1井和中部db1井地区冲积扇规模较大, 东部以发育冲积平原为主, 湖泊仅分布在dq8井南部地区。

3.2.4 第四系沉积相分布

第四纪以来, 印度板块向欧亚板块快速楔入, 青藏高原迅速隆起, 该构造事件使天山和昆仑山产生强烈的挤压缩短, 库车坳陷大幅度隆升(田作基和宋建国, 1999), 第四系被大量剥蚀, 以库车坳陷中部和东部最为强烈, 通过野外观察, db6井地区出露库车组, ks2井地区出露康村组。从图10-D中可以看出第四系冲积扇极为发育, 冲积扇主要分布在库车坳陷西部bz1井地区和中部地区, 冲积平原仅分布在西盐水沟— 东盐水沟一线的南部地区。