玛湖凹陷位于准噶尔盆地西北缘, 是准噶尔盆地六大生烃凹陷中最具规模的油气聚集带与勘探区(唐勇等, 2014)。由于晚古生代准噶尔— 吐鲁番板块向哈萨克斯坦板块俯冲、消减以至碰撞, 使准噶尔西北缘发育碰撞隆起带及与其相邻的大型陆内拗陷沉积(雷振宇等, 2005a, 2005b; 蔚远江等, 2007)。玛湖凹陷以西在早中石炭世至晚二叠世持续发生碰撞挤压作用, 早三叠世百口泉组沉积时期, 推覆体仍然在继承性发展, 推覆作用产生的持续抬升加快了物源区的物理风化作用, 容易形成大量沉积物供给, 抬升形成的较大坡度使得沉积物在玛湖凹陷西斜坡形成了若干个粗粒沉积扇体, 这些扇体大多呈平缓单斜的特征, 从西南到东北依次发育克拉玛依扇、黄羊泉扇和夏子街扇(图 1)。

图 1

Fig.1

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图 1 准噶尔盆地玛湖凹陷构造位置与下三叠统百口泉组综合柱状剖面Fig.1 Tectonics location and stratigraphy composite columnar of Baikouquan Formation in Mahu sag

在夏子街扇中建立多条顺物源方向剖面, 并以剖面A-A’ (图 1)为例, 分析三维空间中沉积体内部各个微相的接触关系和叠置样式。运用构型层次分析法, 通过识别出的11个界面将百口泉组地层解剖为10个扇体, 按时间关系从底到顶分别命名为X1— X10(图 4)。

图 4

Fig.4

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图 4 玛湖凹陷夏子街扇三叠系百口泉组顺物源方向剖面图Fig.4 Profile characteristics of the Triassic Baikouquan Formation along source direction in Xiazijie fan in Mahu sag

通过4个界面将百一段解剖为3个期次的扇体。3个期次的扇体地层主要发育辫状河道和河道间洼地2种沉积微相, X1的辫状河道延伸范围相对较远, 从夏子街扇区的近端一直延伸到远端。X2和X3的辫状河道延伸范围较近, X3在夏子街扇区的中端辫状河道转变为水下分流河道。各期次扇体由薄层的河道间洼地分隔开, 地层之间厚度变化不明显。湖岸线位置从X1到X3逐渐向扇根方向迁移, 说明在湖平面逐步上升的过程中, 发生了2个期次的扇体退积

在百二段中识别出5个界面以及4个扇体。X4主要发育辫状河道, 岩性以红褐色砂砾岩、灰色砂砾岩为主, 含厚层河道间洼地和薄层泥石流、泥流沉积。在X5中, 大量发育红褐色砂砾岩、灰色砂砾岩为主的辫状河道沉积, 夹薄层河道间洼地, 向湖盆方向在扇体远端逐渐过渡为水下分流河道。X6在扇体近端主要发育厚层河道间洼地和薄层泥石流、泥流, 辫状河道沉积。X7陆上部分多期辫状河道叠置, 同时X7扇体的末端入湖, 发育大量水下分流河道。湖岸线位置从X4到X5向物源方向迁移, 从X6到X7向盆地方向迁移, 说明湖平面的上下摆动分别形成了一次退积和一次进积。

百三段中, 可识别中2个界面3个扇体。最底部的界面与第1个界面间是X8, 第1个和第2个界面之间是X9, 第3个界面和上部的界面之间为X10。三期扇体的根部地层都发育红褐色砂砾岩、灰色砂砾岩, 沉积物粒度较大, 电阻率以高值为主, 为扇三角洲平原沉积亚相, 夹暂时性辫状河道和薄层河道间沉积微相; 扇中录井岩性相对较细, 电阻率值相对较小, 划分为扇三角洲前缘亚相, 主要以水下分流河道、水下分流涧湾沉积为主, 向扇缘方向过渡为湖相泥沉积。湖岸线位置从X8到X10逐渐向扇根方向迁移, 说明在湖平面逐步上升的过程中, 发生了2个期次的扇体退积。

在多条垂向剖面中识别扇体内部沉积相叠置样式, 对扇体沉积相的平面展布特征进行了划分, 并总结和归纳10个期次的扇体沉积相平面展布模式(图 5)。

图 5

Fig.5

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图 5 玛湖凹陷夏子街扇百口泉组10期扇体沉积相平面图Fig.5 Depositional maps of ten periods of the Triassic Baikouquan Formation in Xiazijie fan in Mahu sag

从X1到X6的6期扇体主体是河流扇, 主要发育季节性河道、河道间洼地2种沉积微相。扇体范围较大, 长轴距离为40~59 km, 短轴距离为25~40 km。沉积物供应充足, 物源主要来自北东部, 由北向南, 随着搬运距离的逐渐增大, 河道逐渐变浅变窄, 冲积扇西部部分扇体入湖, 发育小型扇三角洲, 以扇三角洲平原亚相为主体。扇三角洲平原亚相主体位于扇体东部, 扇三角洲前缘亚相分布范围较小, 在离哈拉阿拉特山较近的扇三角洲北部区域发育若干冲积扇, 冲积扇的面积较小, 长轴平均不到10 km, 短轴约为6 km, 冲积扇坡降较大, 坡度较陡, 沉积物粒度较粗, 搬运距离较短, 在X3发育时期受到湖平面上升影响, 冲积扇不发育。

从X7到X10的4期扇体主体是扇三角洲, 主要发育辫状河道、河道间洼地、水下分流河道、河口砂坝、分流间湾5种沉积微相。物源主要来自北东部, 在扇三角洲平原主要发育辫状河道与河道间洼地微相, 在水下部分主要发育水下分流河道、河口砂坝和分流间湾、分流间湾、席状砂、碎屑流和湖相泥6种沉积微相。河口砂坝、水下分流河道、席状砂和碎屑流逐渐发育, 面积逐步扩大, 与之相反水上的扇三角洲平原面积逐步缩小, 从X7到X10扇三角洲平原的长轴距离从37 km逐渐缩短为24 km, 短轴距离从29 km缩短为15 km。

统计研究区82口井1922 m的岩心资料, 通过对比玛湖凹陷夏子街各个扇体的长轴短轴距离、长轴/短轴比例关系、岩心最大粒径在不同复合扇体中的变化、复合扇体平均坡度、沉积厚度与延伸范围等几个方面, 识别并对比玛湖凹陷夏子街扇区各个扇体的特征与差异性。其中取心井平面位置主要分布在夏子街扇区的北部与东部, 纵向位置主要分布在百一段和百二段(表4), 夏子街扇区长轴在24~57 km之间, 扇体的纵向延伸范围很广, 长轴距离变化幅度较大。扇体的长轴与短轴距离逐渐缩短, 表明随着沉积物供给量的下降, 扇体面积逐渐缩小并向物源方向退积, 而扇体长轴与短轴的比在X2与X5扇体中最大, 更大的长轴/短轴比例表明沉积物在第2、第 5期向湖盆方向搬运了更远的距离, 沉积体系也发生了更加复杂的变化。

表 4

Table4

表 4(Table4)

表 4 玛湖扇区百口泉组夏子街扇区扇体参数统计 Table4 Digital statistical parameter characteristics of the Baikouquan Formation in Xiazijie fan in Mahu sag 扇体 名称 长轴距 离/km 短轴距 离/km 长轴 /短轴 扇根厚 度/m 平均坡 度/(° ) 最大粒 径/m X1 57 40 1.420 15.2 0.0152 0.128 X2 57 26 2.192 15.8 0.0158 0.090 X3 59 34 1.730 18.6 0.0180 0.080 X4 58 31 1.870 15.0 0.0148 0.102 X5 55 25 2.200 25.4 0.0264 0.093 X6 40 31 1.290 24.0 0.0343 0.078 X7 37 29 1.270 27.6 0.0427 0.087 X8 29 25 1.160 22.6 0.0446 0.095 X9 24 22 1.090 26.0 0.0620 0.056 X10 30 15 2.000 21.8 0.0416 0.063

表 4 玛湖扇区百口泉组夏子街扇区扇体参数统计 Table4 Digital statistical parameter characteristics of the Baikouquan Formation in Xiazijie fan in Mahu sag

扇体厚度一般在15~27 m, 百二段的X5与X7扇厚度较大, 百一段和百三段相对较小, 夏子街扇区的平均坡度在0.01° ~0.06° 之间, 在百一段坡度较小, 在百三段坡度较大, 达到了0.06° (图 5)。在湖平面频繁升降的过程中, 相同高度的湖平面升降, 湖岸线的位置在较为平缓的坡度上相比陡坡会具有更远的迁移距离, 沉积物在横向上会获得更大的可容空间, 这导致沉积物前积或退积的距离更远, 并在湖平面下降的过程中, 在缓坡中向盆地方向发育相对规模较大的大型缓坡扇体。

各期次扇体的长轴、短轴、长短轴比值、扇根厚度、平均坡度、最大粒径参数的曲线特征(图 6)表明, 在湖平面逐渐上升的背景下, 扇体的长轴与短轴距离逐渐缩短, 扇体规模减小, 大型的缓坡扇逐渐消亡, 扇体坡度增加, 扇体的最大粒径逐渐减小。分析夏子街扇区各期次的扇体特征, 认为扇体顺物源方向有以下变化趋势: (1)沉积物粒径大小随河道搬运逐渐减小, 减小幅度受扇体坡度影响, 坡度越陡扇体粒径减小越快; (2)河道数量减少、流量降低; (3)河道沉积物在横向和纵向上的连通性逐渐降低; (4)砂岩砾岩厚度逐渐减小, 泥岩厚度逐渐增加, 湖相沉积变得较为发育。

图 6

Fig.6

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图 6 夏子街扇10期扇体属性关系图Fig.6 Relationship between attributes of the ten periods of the Xiazijie fan

玛湖凹陷百口泉组的沉积体系规模远大于常规的河流扇与扇三角洲, 而且显示以河流搬运动力为主, 部分为泥石流沉积, 在不同的地区和不同的沉积期, 存在着冲积扇、河流扇、扇三角洲体系的转换。玛湖凹陷百口泉组的河流扇和扇三角洲体系的转变, 主要取决于湖泊水位的升降、沉积物的供给程度、扇体的坡度变化, 这些因素主要受构造与气候控制。百口泉组的沉积体系经历了复杂的演变过程, 根据各期次扇体的规模、坡度、长轴短轴比、沉积结构、主要沉积构造、沉积营力、主要沉积微相等因素, 可以判断与区分不同类型扇体的沉积特征(表 5)。

表 5

Table5

表 5(Table5)

表 5 玛湖凹陷百口泉组冲积扇— 扇三角洲沉积特征比较 Table5 Sedimentary characteristics from fluvial fan to fan delta of the Baikouquan Formation in Mahu sag 扇体类型 冲积扇 河流扇 扇三角洲 大型河流扇 冲积扇 冲积-河流扇 河流-末梢扇 河流扇— 扇三角洲 扇三角洲 大型河流扇 扇体规模 < 20 km 20~50 km 20~50 km 50~100 km 典型扇体 X1、X2北部 冲积扇 X6 X3、X5 X7、X8 X9、X10 X1、X2、X4 扇体坡度 陡 陡 中 中 陡 缓 长短轴比 1.2~2.7 1.6~2.5 1.3~2.2 0.8~1.7 0.6~2.0 1.4~1.9 沉积结构 分选较差, 棱角状, 泥质含量高, 杂基支撑 分选中, 次棱— 次圆状, 泥质含量较高, 多级颗粒支撑 分选中, 次圆状, 泥质含量低, 颗粒支撑 分选中, 次圆状, 泥质含量较低, 颗粒支撑 分选中— 好, 泥质含量低, 颗粒支撑, 次圆状 分选好, 泥质 含量低, 颗粒支撑 主要沉 积构造 块状层理 块状层理 交错层理 交错层理 块状层理 大型交错层理 交错层理 沙纹层理 大型交错层理 沉积营力 泥石流 泥石流, 暂时性河流 暂时性河流风成作用 季节性河流 季节性河流 季节性河流, 暂时性河流 沉积微相 泥石流 辫状河道 辫状河道, 河道间 季节性辫状河道 辫状河道, 河口砂坝 冲积扇, 辫状河道, 席状砂 储层物性 差 较好 好 好 好 较好 储层非 均质性 砂体小, 连通性好 砂体中等, 连通性一般 砂体中等, 连通性好 砂体中等, 连通性一般, 隔夹层发育 砂体规模大, 连通性差, 隔夹层发育 砂体小, 连通性 较好, 隔夹层发育

表 5 玛湖凹陷百口泉组冲积扇— 扇三角洲沉积特征比较 Table5 Sedimentary characteristics from fluvial fan to fan delta of the Baikouquan Formation in Mahu sag

玛湖凹陷百口泉组10期扇体以及周边的小型扇体共可归纳出6种扇体模式: (1)冲积扇: 以暂时性河流沉积作用为主, 偶发暴雨洪水形成泥石流、泥流, 在扇缘发育片流和末端扇, 扇体逐渐变薄, 沉积物变细, 逐渐消失在戈壁、沙漠之中; (2)冲积-河流扇: 以河流扇为主, 主体发育辫状河道, 部分区域见泥石流与泥流沉积, 具有冲积扇的特点; (3)河流-末梢扇: 扇体规模较大, “ 扇厚轴长坡缓” , 辫状河道向前延伸河道规模逐渐减小, 水动力减弱, 在河道末端发育粒度较细的末梢扇, 多为泥岩和粉砂、细砂岩; (4)河流扇— 扇三角洲: 由冲积扇进入水体形成, 扇上发育辫状河道, 缺乏连续的入湖径流, 扇三角洲平原和前缘相带较小, 三角洲前缘地区偶见小型河口砂坝; (5)扇三角洲: 水体淹没了扇体的大部分区域, 新沉积的扇体会发生后退, 大量沉积物在水体边缘迅速堆积, 形成陡峭的前缘斜坡, 容易形成滑塌引发碎屑流沉积; (6)大型河流扇, 较长的河流搬运使得扇体具有较大的规模, 扇体顺物源方向有以下变化趋势: 沉积物粒径大小随河道搬运逐渐减小, 减小的幅度受扇体坡度影响; 河道数量减少, 流量降低; 河道沉积物在横向和纵向上的连通性逐渐降低; 砂岩、砾岩厚度逐渐减小, 泥岩厚度逐渐增加, 湖相沉积变得较为发育。

在湖平面升降、沉积物供给等因素的控制作用下, 玛湖凹陷百口泉组在各个时期形成了不同类型的扇体, 百一段主要发育大型河流扇和河流-末梢扇, 这是由于该时期湖平面较低, 沉积物供给充分, 夏子街扇区具较大可容空间, 较强的水动力将沉积物从物源区向西南方向搬运几十千米, 逐步形成了巨型缓坡粗粒沉积的河流扇, 其中大规模的交错层理辫状河道微相具有较好的物性, 但物性较差的河道间洼地作为隔层大量发育在辫状河道之间, 导致沉积体具有较强的非均质性。百二段主要发育大型河流扇、河流-末梢扇、冲积-河流扇、河流扇— 扇三角洲。主要原因是湖平面上升, 沉积物供给量下降, 扇体逐步侵入湖平面, 水动力减弱, 沉积物搬运距离进一步缩短, 扇体长轴距离减小, 扇体类型由大型河流扇逐步向河流扇— 扇三角洲转变, 其中扇三角洲前缘大规模连片发育的水下分流河道微相具有极好的储层物性。百三段早期主要发育河流扇— 扇三角洲, 晚期主要发育扇三角洲, 湖平面升至较高水位, 沉积物搬运距离缩短, 扇体规模进一步减小, 夏子街扇区连片发育厚层泥岩, 作为大规模的盖层覆盖在作为储集层的百一段、百二段之上, 整个百口泉组形成了一套完整的储盖系统, 具有较高的油藏开发价值。

玛湖凹陷百口泉组沉积体的形成演化经历了多个阶段, 各个阶段的水动力环境有显著的区别。通过研究沉积体内部岩石相、沉积微相在空间和时间上的变化, 在水动力变化、气候和构造控制背景下, 形成建立了从冲积扇、河流扇逐渐向扇三角洲、大型河流扇转变的沉积模式。

在玛湖凹陷百口泉组夏子街扇区中共划分出9个级次的沉积界面, 通过识别玛湖凹陷百口泉组岩心中的3种岩性和5种沉积构造, 将玛湖凹陷百口泉组的岩石相分为8种类型, 并识别出主要发育的10种沉积微相。运用构型层次分析法, 将百口泉组地层解剖为10个扇体。通过对比各个扇体的长轴短轴距离、长轴/短轴比例关系、岩心最大粒径等参数, 认为在湖平面逐渐上升的背景下, 扇体的长轴与短轴距离逐渐缩短, 扇体规模减小, 大型的缓坡扇逐渐消亡, 扇体坡度增加, 扇体的最大粒径逐渐减小。将10期扇体以及周边的小型扇体共归纳出6种扇体模式: 冲积扇、冲积-河流扇、河流-末梢扇、河流扇— 扇三角洲、扇三角洲、大型河流扇。百一段、百二段湖平面较低, 沉积物供给充分, 夏子街扇区具较大可容空间, 主要发育冲积扇和大型河流扇、河流-末梢扇、冲积河流扇, 其中大规模的交错层理辫状河道以及扇三角洲前缘微相具有较好的储层物性。百三段湖平面升至较高水位, 沉积物搬运距离缩短, 扇体规模进一步减小, 主要发育扇三角洲, 连片发育厚层泥岩, 作为大规模的盖层覆盖在作为储层的百一段、百二段之上, 整个百口泉组形成了一套完整的储盖系统, 具有较高的油藏开发价值。