柴达木盆地油砂山湖盆网状河三角洲沉积模式

柴达木盆地油砂山湖盆网状河三角洲沉积模式 柴达木盆地油砂山湖盆网状河 三角洲沉积模式 雷卞军 林克湘 张昌民 刘怀波 () ()地质矿产部宜昌地质矿产研究所, 湖北宜昌 443003江汉石油学院, 湖北荆州 434102 柴达木盆地油砂山地区上新统底部湖盆网状河三角洲沉积, 主要受盆地长轴控制, 砂砾岩占 近 30% , 成分和结构成熟度均较低。垂向层序现为不规则的正旋回、反旋回的频繁交替, 与湖 盆半干旱气候下间歇性涨缩密切相关。 三角洲平原亚相最为发育, 由网状河道砂体、 河道间洪泛 及天然堤、 决口扇组成。 河道砂体呈低弯度窄条带状相互网结, 以砂砾比例高、 砂体规模和宽厚 比小为特点。 三角洲前缘亚相规模不大, 水下分流河道向湖延伸不远, 河口坝砂体规模较小, 前 缘席状砂则在湖水作用下分布较广, 可建立枯水期、 洪水初期、 洪水中晚期及最大湖涨期 4 种沉 积模式。 关键词 油砂山 网状河 三角洲 湖盆 沉积特征 沉积模式 第一作者简介 雷卞军 男 42 岁 副教授 沉积学 沉积背景 1 柴达木盆地基底为古生代及前古生代地层, 盖层主要为中新生代特别是新生代的砂、泥建 ( 造。盆地周边与老山边界地质体呈断层接触。三组边框断裂体系 昆仑山北缘、祁连山南缘、阿 1 ) 尔金山南缘控制着第三纪的内陆山间湖盆高钙多盐碎屑岩沉积。 111 湖盆水域间歇性涨缩 2 孢粉研究表明第三纪属半干旱 干旱气候, 下油砂山组泥岩的粘土矿物定量分析和元素 3 分析说明沉积水体为半咸水。 由于蒸发量大、降水量不均和盆地封闭等因素, 湖盆水域范围 发生不断地收缩扩张变化。 112 湖盆长轴坡降和沉积速率 柴达木盆地长轴方向约为 290,? 110,? 油砂山地区正处在湖盆长轴线附近。下油砂山组下 () 部沉积时盆地西缘由西向东坡降较小, 证据有三: 1地面油砂山研究层段厚度的比较说明东 3 () 西方向地层厚度变化小; 2湖涨高峰期形成的灰色泥灰岩或杂色钙质泥岩的分布面积相当 ( ) 广, 可作为本区地层对比的层; 3据油砂山油田钻井资料估算, 盆地长轴方向坡降为 4 015, 0174 。 这在河流三角洲地带是属较小的。 下油砂山组厚度 700, 2 000 , 沉积 ƒm km m 速率平均 0174, 211 其沉积速率在三角洲地区也是较低的。 ƒ, cm h a 3 青海石油局研究队. 油砂山构造油砂沟高点细测工作. 1972 收稿日期: 1995 01 12 改回日期: 1995 09 19 113 沉积体系受盆地长轴控制 露头砂体三维形态和古流向测量显示, 下油砂山组的物源方向和沉积体系方向是由西向 东展布的。 碎屑岩砾石和砂的成分、重矿物组合及含量变化表明, 沉积物是近物源和多物源 3 , 即来自昆仑山脉祁漫塔格山的花岗岩、碳酸盐岩、碎屑岩和阿尔金山西段变质岩、花岗岩 的 3 等。27 个实测砂体的统计表明砂体展布方向主要为 另两个次要方向是 和 主要 , , SE E N E SE 展布方向与盆地长轴一致。 2 沉积特征 ( 油砂山位于柴达木盆地西缘 图 ) 1, 本文所研究的 —标准层之 K 121 K 123 3 3 () 间 即 9, 107 层12219 地层, 属 m 油砂山组下部, 其垂向层序反映了三 角洲各相带的标志和水进、水退的沉 ()积旋回 图 2。 图 1 研究区构造位置图 211 层序特征 从图 2 可以看出, 油砂山地区上 新统三角洲沉积不具有陆源碎屑控制 的三角洲向上变粗反旋回层序, 也不 是以水进河床充填砂体为特征的水进 图 2 —层段岩性、沉积构造和沉积旋回图K 121 K 123 5 1—介形虫; 2—泥裂; 3—虫孔; 4—网状虫迹; 5—平行层理; 6—槽状交 型三角洲沉积, 整个层序表现出间 错层理; 7—板状交错层理; 8—浪成交错层理; 9—沙纹层理; 10—低角 歇性涨缩湖盆三角洲的特征。 如 9, 度交错层理; 11—粒序层理; 12—冲刷充填构造; 13—浪成波痕; 14—泥 灰岩; 15—灰绿色泥岩; 16—沉积旋回; 17—层号; 18—三角洲平原; 30 层 的 浅 湖—三 角 洲 前 缘—三 角 洲 19—三角洲前缘; 20—前三角洲或浅湖 平原的反旋回中夹了几个次一级的小 3 唐修鑫. 柴达木盆地第三系重矿物组合及物源方向研究. 1987 3 3 分层沿用“1972 年青海油田油砂山构造细测”资料 旋回, 正常的三角洲进积过程受湖水进退或物源供应量的干扰明显。 56, 66 层的三角洲平 原—三角洲前缘—浅湖沉积则是大的湖涨过程形成的向上变细的水进三角洲沉积。 垂向层序 中湖涨、缩沉积标志明显。最大湖涨期沉积了区域上可作对比的标准层 浅湖相灰色泥灰岩 或杂色泥岩, 其中富含介形虫。最大湖缩期形成大面积的大型干裂。棕红色泥岩和砂岩中见多 种形态的水平、倾斜和垂直虫孔; 河道砂岩中常见一种密集的粗虫孔和生物扰动。 灰绿色泥岩 层面上见代表安静水体的网状虫迹。 在 K 121 —K 123 层段有两个大的沉积旋回, 其中又包括若干 () 次一级的小旋回 图 2, 小的沉积旋回主要受气候因素影响, 大的沉积旋回与湖盆构造活动有 关。 212 亚相特征 21211 三角洲平原亚相 主要由网状河道砂体和河道间洪泛沉积组成, 还包括不发育的天然堤和决口扇沉积。河道 砂体总的特征是呈低弯度的窄条带状相互网结, 砂砾质比例较高。 河道砂体规模较小, 宽厚比 小。据测量统计, 宽度< 10 m , 10, 60 m , 60, 130 m 的分别为 7% , 73% , 20% ; 厚度< 2 m , 2, 4 , 4, 6 , > 6 的分别为 18175% , 50% , 25% , 25% , 砂体宽厚比 5, 40 的占 9313% ; 40,m m m 65 的占 617% 。 宽深型河道砂体横断面常呈箱状, 宽浅型河道砂体横断面局部呈阶状下切, 窄 字形横断面, 小型的河道砂体横断面呈下击透镜体状。 深型河道砂体具有 U 网状河道砂体以粗颗粒碎屑垂向加积为特征, 侧积体仅在河道弯曲部分可见。宽深型河道 砂体从下往上岩石相通常为河床滞留砾岩相、大型倾斜非均质层理砾岩相、大型槽状层理砾岩 相、大型槽状层理含砾粗砂岩相、平行层理含砾砂岩相、生物扰动砂岩相、浅槽状层理砂岩相, 砂体顶部两侧有沙纹层理粉砂岩相。宽浅型和中型河道砂体岩石相组成相似, 从下往上为河床 滞留砾岩相、大型槽状层理砾岩相、生物扰动砂岩相、大 中型槽状层理砂岩相、平行层理砂岩 相、低角度层理砂岩相、沙纹层理粉砂岩相。窄深型河道砂体从下往上为河床滞留砾岩相、低角 度层理砾岩相、平行层理含砾砂岩相、板状层理砂岩相、低角度层理砂岩相。小型河道砂体主要 是大 中型槽状层理砂岩相。 河道间洪泛沉积以棕红色泥岩为主, 常常夹粉 细砂岩甚至细砾岩扁豆荚体, 未见泥炭沉 积。宽深比较大的河道砂体两侧发育一些天然堤粉砂和泥互层沉积, 窄深型河道砂体两侧没有 ( 天然堤, 主要由洪水下切先前的泥、砂沉积形成河道。 决口扇沉积不发育, 仅见于第 58 层 图 ) 3, 由分选较好的粉细砂岩组成, 单斜交错层理发育。 21212 三角洲前缘亚相 规模不大, 可分出水下分流河道、河口坝和前缘席状砂 3 个微相。 水下分流河道向湖延伸距离不远, 水下天然堤沉积较发育, 砂体内泥质夹层多, 分层现象 明显, 并且粒度较细, 分选较好。 河口坝砂体平面上呈扇形或椭圆形, 断面呈上击下平透镜体状, 一般宽度小于 60 m , 最大 厚度 314 。砂体与周围浅湖相地层界线清楚。有时两个河口坝砂体垂向上叠置, 有时几个河 m 口坝横向上连接和部分并重。 以细至粗粉砂岩为主, 少量中砂岩, 分选好。 砂体内从下往上粒 度逐渐变粗, 内部一般不分层, 发育大型低角度单斜层理, 其前积层为凹形曲线, 表明沉积时悬 6 浮物质较多。有时河口坝砂体不显层理为块状, 砂体顶部因受湖浪作用常发育小型浪成交错层理。 前缘席状砂在河口坝周围和前方分布较广, 由粉砂、细砂和少量中砂岩组成。 一个前缘席 状砂基本沉积层序可达 1 m , 砂岩向上有变厚变粗的趋势。其单层席状砂厚度 10, 40 cm , 其间 夹 1, 6 深红色和灰绿色泥岩薄层。 沙纹层理和虫孔发育。cm 21213 前三角洲亚相 泥质沉积, 前缘席状砂的泥质夹层即属于前三角洲亚相, 估计主要分布在油砂山以东湖 区。 213 第 13 层辫状河三角洲沉积特征 第 13 层的沉积与其余层段不同, 是一层厚板状的横向上厚度和组构均有变化的复合砂岩 3 体。砂体在山崖上的断面与古湖岸线呈 30交?角, 所以从南往北出露的沉积相是渐变的, 南端 为大型河口坝, 中段为河口坝和水下河道, 北端为水下河道。 复合砂体厚度平均 2 左右, 宽m 500 以上, 宽厚比大。砂体底部下蚀不明显, 粒度均匀, 分选较好, 河口坝砂体规模大, 粒度也 m 较粗, 且发育单层系大型高角度单斜层理, 总体上具有游荡型河流三角洲沉积特征。 根据砂体 和古流向详测结果, 可断定第 13 层是由西向东的辫状河道向湖推进形成的辫状三角洲沉积。 第 13 层辫状河三角洲沉积与上覆层段的网状河三角洲沉积是连续的, 大量粗碎屑的输入 与气候短时期相对湿润和降雨量增加, 则是造成两者之间的转化的主要因素。 214 —层段砂体骨架和沉积相特征K1-1 K1-2 将 —60 余米地层划分为 14 个小层, 进行了砂体骨架模型和沉积相研究, 归纳特 K 121 K 122 () ( ) 征如下: 1垂向剖面上, 三角洲平原、三角洲前缘、滨浅湖沉积交替; 2三角洲平原河道砂体 () () 呈网状展布, 河道间为洪泛沉积; 3每小层的网状河道发育是断续的, 平面样式都不相同; 4 () 在 和 这两层大的湖涨期沉积之间有次一级涨缩事件; 5油田主力储层是平原网状河 K 121 K 122 道砂体, 其次是河口坝和席状砂。 3 沉积模式 311 网状河三角洲发育的有利条件 2 7 () 1处于活跃的山间盆地的稳定沉降期, 属于有利于网状河道发育的构造位置。 7 () 2盆地长轴方向三角洲地带坡降小, 使水系过剩的能量小, 适宜于网状河道发育。 ( ) 3在枯水期水量和砂量少, 河道不易淤积而向深窄蠕动型发展; 洪水期水、砂量大, 易发 生河岸冲裂, 形成新河道和滩淤能力强; 冰冻寒冷期, 岸冰起着护岸作用, 冰盖使近底流速增 大, 泥砂沉速较小。 () 4湖盆的间歇性涨缩也为本区发育网状三角洲创造了独特的条件。 312 模式建立 应用成因地层和垂向层序分析, 考虑构造、地理和气候条件, 建立起油砂山地区上新统底 ()部间歇性涨缩湖盆网状河三角洲沉积模式 图 3。 枯水期, 扩张湖区完全暴露于大气, 形成大面积的干裂。三角洲平原地带沉积少, 稀疏的网 )(状河道中有细流进入湖区, 河口坝砂体规模小, 前缘席状砂特别薄 图 3 。 A 洪水初期, 湖泊仍处于低水位, 河流携带大量泥砂进入三角洲地带, 下切或冲开湖泛沉积 未固结的细粒物质, 形成深窄型河道, 河道又靠冲裂发生新河道, 河道相互呈网状交织, 一般呈 ()顺直或低弯状。 这个时期网状三角洲平原和前缘地带均有沉积 图 3 。B 洪水中晚期, 湖泊处在一般高水位期,“河进”紧跟着“湖进”, 湖水顶托作用增加使砾、砂等 粗粒物质卸载于河道中, 网状河道平原范围逐渐缩小, 上游河道易诱发进一步的冲裂分汊。 这 图 3 湖盆网状河三角洲沉积模式 ( ) ( ) ( ) ( ) —最低水位 枯水期; —一般低水位 洪水初期; —一般高水位 洪水中晚期; —最高水位 最大湖涨期; A B C D —辫状河; —网状河平原; —辫状三角洲; —网状三角洲前缘BR A R P BD A RD F 个时期网状河三角洲平原沉积量大, 砂砾等粗粒物质主要集中在网状河道和水下河道中, 河道 ( 间的宽阔地带以泥和粉砂沉积为主, 三角洲前缘河口坝和席状砂的规模也相应较大 图 3 ) 。C 最大湖涨期, 整个网状河三角洲平原被淹没, 主要接受正常浅湖相泥灰岩和钙质泥岩沉 ()积, 以及少量三角洲前缘的锋端席状砂 图 3 。 D 从露头范围内垂向层序和井下地质情况综合分析, 可知油砂山地区三角洲沉积主要为沉 积模式 B 和 C 状态下的网状河三角洲沉积, 沉积模式 D 和 A 所占比例很小。 网状河三角洲中的条带状砂体, 应是勘探的主要目标, 由于其宽厚比较小, 连通性差, 应在 顺河道方向拉大井距, 垂直河道方向缩小井距, 这样才能钻遇更多的河道砂体。 致谢: 青海石油管理局范连顺、屈平彦、石惠诚、张景元、马文雄和江汉石油学院高振中、李 桂森、李维峰等同志给予的大力支持表示感谢。 参 考 文 献 青海油气区石油地质讠志编写组. 中国石油地质讠志. 卷十四. 北京: 石油工业出版社, 1990. 38, 104 1 石惠诚. 柴达木盆地. 见: 吴崇筠, 薛叔浩编著. 中国含油气盆地沉积学. 北京: 石油工业出版社, 1992. 360, 381 2 刘怀波, 林克湘, 张昌民等. 柴达木盆地西缘油砂山剖面上新统底部储层沉积相的初步研究. 见: 中国石油天然气总公司 3 科技发展局编. 中国油气储层研究集. 北京: 石油工业出版社, 1993. 77, 87 ( ) 裘亦楠, 肖敬修, 薛培华. 湖盆三角洲分类的探讨. 石油勘探与开发, 1982, 9 1: 1, 11 4 四川盆地中西部上三叠统某些成因探讨并试论水进三角洲. 沉积学 罗启后. 水进河床充填砂体在古代沉积中的发现 5 ( ) 报, 1983, 1 3: 59, 68 刘宝王君主编. 沉积岩石学. 北京: 地质出版社, 1980. 325, 327 6 7 史密斯 D G. 网状河流沉积: 加拿大西部现代实例. 见: 柯林森 J D , 卢恩 J 编. 现代和古代河流沉积体系. 裘亦楠, 甘克文 等译. 北京: 石油工业出版社, 1991. 81, 94 SED IM ENTA RY M OD EL S O F A NA STOM O SED D EL TA , A T YO USHA SHA NCHA ID AM BA S IN L e i B ian ju n (),, , Y ich ang I ns t itu te of M ine ra l G eology M GM R Y ich ang H u be i L in K ex ian g Zh an g C h an gm in L iu H u a ibo (), , J iang h an P e t roleum I ns t itu teJ ing z h ou H u be i A bstra c t T h e an a stom o sed de lta ic depo sit s a t th e bo t tom o f th e P lio cen e in Yo u sh a sh an , C h a idam 2. B a sin a re co n t ro lled m a in ly b y th e m ac ro ax is o f a lak e b a sinT h e co n ten t s o f san d sto n e an d 30%. co n g lom e ra te is abo u t T h e low e r m a tu r ity o f com po sit io n an d tex tu re o f th e san d sto n e . an d co n g lom e ra te ref lec t qu ick depo sit io n an d n ea r p ro ven an ceT h e ve r t ica l sequ en ce s o f ir2 regu la r ly a lte rn a te no rm a l an d reve r sa l cyc le s a re re la ted to in te rm it ten t exp an d in g an d 2. , sh r in k in g o f th e lak e w a te rleve lT h e an a stom o sed de lta ic p la in su b fac ie s deve lop ed w e ll , , . co n sist in g o f b ra ided ch an n e l san dbo d ie sin te rch an n e l p ro lu v ia lsdam s an d sp lay sD e lta ic , , f ro n t su b fac ie s is no t b ig r ive r m o u th b a r s a re sm a llde lta ic f ro n t sh ee t san d s d ist r ib u te . , w ide lyA cco rd in g to th e abo ve m en t io n ed ch a rac te r sfo u r sed im en ta ry m o de ls su ch a s low , 2w a te rth e ea r ly stage an d th e m id la te stage o f f loo d an d f lu sh sed im en ta ry m o de ls co u ld b e .e stab lish ed