准噶尔盆地玛湖凹陷百口泉组岩石相划分

2016-10-18 11:49张昌民王绪龙瞿建华安志渊
新疆石油地质 2016年5期
关键词:玛湖砾岩岩相

张昌民,王绪龙,朱 锐,瞿建华,潘 进,安志渊

准噶尔盆地玛湖凹陷百口泉组岩石相划分

张昌民1,王绪龙2,朱锐1,瞿建华2,潘进1,安志渊2

(1.长江大学地球科学学院,武汉430100;2.中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院,新疆克拉玛依834000)

准噶尔盆地玛湖凹陷下三叠统百口泉组发育一套以砾岩为主的粗粒沉积复杂地层,前人对其岩石相类型进行了深入研究,但依然存在岩石相分类过于粗化、岩石相与沉积微相联系不够密切等问题。主要原因在于,运用少量的岩石相类型,难以表达不同微相中岩石相的组合规律,也难以区分相似沉积微相的岩石相特征及其组合的差异性。在系统描述玛湖凹陷77口取心井的岩性、颜色、沉积构造、分选性、磨圆度、定向性、支撑方式、胶结类型、胶结物成分、最大粒径、平均粒径、含油性和砾石成分等13种属性的基础上,提出一个新的岩石相分类方案,以岩石的沉积构造、颜色、粒度和支撑方式等4种属性为主,进行岩石相分类命名。运用新的岩石相分类方案,在玛湖凹陷百口泉组岩心中识别出了227种岩石相类型,其中砾质岩岩相153种,砂质岩岩相58种,泥质岩岩相16种,这一方法较好地反映了玛湖凹陷百口泉组岩石相的多样性,为准确描述不同沉积微相的沉积学特征奠定了基础,为精细判别沉积相提供了依据。

准噶尔盆地;玛湖凹陷;百口泉组;岩石相;岩石相分类;岩石相命名

岩石相与岩相的含义不同,岩石相是指具有相同沉积构造和岩性、反映特定水动力条件的基本成因单元。Miall倡导的岩石相划分方法[1-3],用岩石相编码将岩石的沉积构造和岩性统一起来,为沉积相研究提供了方便。岩石相分析是沉积砂体建筑结构要素分析的基础[4-10],并随着建筑结构要素分析法的迅速推广[11-15],在沉积体系分析、储集层建模等领域得到广泛应用[16-28]。由于建筑结构要素分析法的应用范围不断扩大,不论是Miall最初总结的17种岩石相类型,还是之后提出的22种岩石相类型[1-3],都难以满足对所有岩石相描述的需要。许多学者结合所研究的对象,对岩石相的命名进行了改进。文献[29]在研究Illgraben扇沉积物岩石相时,把岩石相划分为砂质、砾质和巨砾质岩石相3个大类,分别用S,G和B来代表,较好地适应了冲积扇沉积物的岩石相特点;文献[30]在研究加拿大Saskatchewan冰川沉积物时,用D代表冰碛物,Dmm代表基质支撑块状冰碛物,这一命名方法中不仅描述了岩石相的成因,而且描述了岩石相的沉积构造和支撑方式等特征;文献[31]在研究阿根廷Neuquen盆地的碳酸盐岩-硅质碎屑岩沉积体系时,把岩石相划分为页岩和泥灰岩(SH)、砂岩和粉砂岩(S)、交错层理砂岩(SXB)、生物骨架粒泥灰岩(WP)、骨架灰岩(F)以及颗粒灰岩(G)等6种岩石相类型。

玛湖凹陷位于准噶尔盆地西北缘,下三叠统百口泉组发育一套扇三角洲粗粒砂砾岩[32-39](图1),根据岩性组合,从下到上分为百一段(T1b1)、百二段(T1b2)和百三段(T1b3)。前人对玛湖凹陷的岩石相特征进行了深入的研究,文献[35]依据岩石粒度和沉积构造特征,在百口泉组识别出9种砾岩岩石相类型;文献[36]在百口泉组识别出6类岩石相,配合砾石的颜色、粒度、分选性、磨圆度、沉积构造、支撑方式等对岩石相进行了描述和解释;文献[37]根据沉积岩形成机制、沉积环境、粒度等方面特征,把玛湖凹陷百口泉组划分为9类岩石相类型,3类属水上环境,6类属水下环境;文献[38]对乌尔禾油田百口泉组的岩石特征进行了总结。这些研究为预测玛湖凹陷百口泉组的沉积体系分布提供了有效的手段,但由于不同作者对岩石相和岩相概念的理解不同,在岩石相的划分中皆存有不足,如:仅考虑岩石的粒度和沉积构造,难以反映砾岩的复杂结构;只考虑砾岩类的岩石相特点,忽略了其他岩类岩石相的特征;把岩石相和沉积微相相对应,忽视了沉积微相中岩石相类型的多样性。

图1 玛湖凹陷构造位置与下三叠统百口泉组综合柱状剖面

砂砾岩地层岩性复杂,沉积构造多样,沉积物颜色、磨圆度、颗粒排列方式等特征与沉积微相密切相关,原有的双属性岩石相命名方法难以解决砂砾岩地层的岩石相识别问题。本文在分析国际沉积学领域岩石相研究的新动向,充分吸收前人对研究区百口泉组岩石相研究成果的基础上,对玛湖凹陷百口泉组77口取心井1 819.72 m的岩心进行了详细观察描述,对6 591块岩心的岩石相特征进行了统计,提出一个适合于研究区百口泉组的岩石相分类新方案。

1 玛湖凹陷百口泉组砂砾岩岩石相特点

1.1砂砾岩的岩石相属性

玛湖凹陷百口泉组发育砾质岩、砂质岩和泥质岩等碎屑岩。肉眼所能观察到的各类岩石的岩石相属性各不相同,从泥质岩到砂质岩再到砾质岩,随着岩石的粒度变粗,肉眼能观察到的岩石相属性不断增多。为了详细反映岩石相的特征,尽可能系统地描述每一块岩心的岩性、颜色、沉积构造、分选性、磨圆度、定向性、支撑方式、胶结类型、胶结物成分、最大粒径、平均粒径、含油性和砾石成分等13种属性的特征,并对其他特征进行备注(表1)。共分辨出13种岩性、8种沉积构造、7种颜色、4种支撑方式、5个级别的分选性、4个级别的定向性、5个级别的磨圆度。对于泥质岩相主要描述其颜色和沉积构造,对于砂质岩相主要描述其颜色、粒度、沉积构造、分选性、胶结物成分等特征,对于砾质岩相可以描述的岩石相属性最多最为全面。

1.2主要岩石相属性的选择

岩石相命名时,既要避免所选的岩石相属性过少,难以将不同的岩石相类型区分开来,又不可能将所有属性都参与命名,使得所生成的岩石相名称过长,难以判读和表达。实际工作中不可能将13种属性全部纳入岩石相命名方案,且有些砂质岩和泥质岩的岩石相属性用肉眼难以观察,必须选择一部分属性作为主要的岩石相属性参与命名,其他属性作为辅助属性在描述中加以说明。岩性和沉积构造是反映岩石相特征的主要属性,也是经典岩石相命名方法所使用的属性,应当纳入命名体系;泥岩、砂砾岩的颜色与水体深浅有较好的相关性,可作为命名属性之一;砂砾岩的支撑方式与其沉积时的水动力条件关系非常密切,且较容易观察,可以将这一特征作为岩石相命名属性。砂砾岩的分选性和磨圆度通过岩心观察可以定性评估,能够反映沉积水动力强度和颗粒搬运的距离和时间,但这2种属性都有定量的标定方法,肉眼观察误差较大;砾石的定向性可以通过沉积构造反映;岩石颗粒的最大粒径、平均粒径、粒度范围通过岩性进行了定量描述;胶结类型和胶结物成分是成岩作用过程中形成的,不直接反映沉积时的水动力条件和古环境特征,因此,分选性磨圆度、定向性、最大粒径、平均粒径、胶结类型和胶结物成分等属性不纳入命名体系。将岩石的岩性、沉积构造、颜色和支撑方式等4种属性作为岩石相的分类命名指标。

表1 玛湖凹陷百口泉组岩心岩石相属性统计表样式

2 研究区百口泉组主要岩石相属性特征

2.1粒度特征

参照新疆油田分公司采用的粒级划分方案(表2),笔者将玛湖凹陷百口泉组的岩性分为砾质岩、砂质岩和泥质岩3大类,分别用G(Gravel),S(Sand),M(Mud)表示。进一步将砾质岩划分为巨砾岩、粗砾岩、大中砾岩、小中砾岩和细砾岩,分别用G1,G2,G3, G4和G5表示;将砂岩分为极粗砂岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩、粉砂质岩和泥质粉砂岩,分别用S1,S2,S3,S4,S5,S6表示;将泥质岩划分为含砾泥岩和泥岩,分别用M1和M2表示,如此按照粒度级差共划分出13种岩性(图2)。对玛湖凹陷百口泉组岩心中发育的各种岩性所占地层厚度比例和出现的频率统计表明,百口泉组以细砾岩、小中砾岩和大中砾岩为主,粗砾岩和泥质岩类占少部分,砂质岩总体上不发育(图3)。

表2 玛湖凹陷百口泉组岩石粒度分级及相应的粒级代码(未列含砾泥岩M1)

图2 玛湖凹陷百口泉组岩心的岩性

图3 玛湖凹陷百口泉组岩心的岩性分布

2.2沉积构造类型

玛湖凹陷百口泉组主要发育交错层理(x,crossbedding)、平行层理(p,parallel bedding)、块状层理(m,massive bedding)、小型沙纹层理(r,ripple laminar)、递变层理(含砾泥岩的砾石正粒序/反粒序)(g,grading lamination)、水平层理(h,horizontal bedding)等层理类型,以及冲刷充填构造(s,scour-filling)、叠瓦状构造(i,imbrication)和疏松沉积物变形构造(包括火焰状构造、重核构造)(ssd,soft sediment deformation)等沉积构造,部分泥岩中见零星植物碎屑(ph,phytoclast)(图4),交错层理发育在砂砾岩中,从岩心上难以判断属于槽状还是板状层理,统称交错层理。对玛湖凹陷玛606井百口泉组砾岩中发育的沉积构造所占的厚度比进行统计显示,交错层理占69.60%,块状层理占27.53%,平行层理占2.52%,冲刷充填构造和叠瓦状构造占0.27%.说明百口泉组砾岩的沉积构造以交错层理为主,块状层理次之,反映了百口泉组以牵引流为主,发育部分泥石流沉积的特征。

图4 玛湖凹陷百口泉组岩心沉积构造特征

图5 玛湖凹陷百口泉组岩心的颜色类型

2.3岩石颜色

岩石的颜色与颗粒成分、原始沉积环境和成岩后生作用的改造有关。玛湖凹陷百口泉组的岩石颜色主要有灰白色(a,ashen)、灰色(g,grey)、灰绿色(gg,greenish-grey)、灰褐色(t,taupe)、红褐色(r,rufous)、灰黑色(gb,grayish-black)和黑色(b,black)等7种主要色系(图5)。百口泉组的泥质岩多为红色、紫红色等红褐色系,砂质岩和砾质岩多为灰白色、灰色、灰黑色、黑色等灰黑色系,部分砾质岩因含有较多的正长花岗岩砾石,表现为杂色。在水上氧化环境沉积的岩石多表现为红色、灰白色和灰色等,在水下还原环境形成的岩石多为黑色、灰黑色或褐色。如玛湖凹陷玛606井百口泉组岩心以灰绿色为主(49.51%),其次为灰色(21.33%)和红褐色(13.23%),少量灰褐色(8.28%)、灰黑色(5.43%)、灰白色(2.18%)和黑色(0.04%)。

2.4支撑方式

通过岩心观察将百口泉组的砾质岩颗粒支撑方式划分为4种类型(图6):①颗粒支撑(Ⅰ),即颗粒与颗粒相互接触支撑的结构,杂基较少;②多级颗粒支撑(Ⅱ),显示有多个粒级的颗粒存在,颗粒之间杂基较少;③杂基-颗粒支撑(Ⅲ),介于杂基支撑和颗粒支撑之间的结构特征;④杂基支撑(Ⅳ),颗粒呈悬浮状被杂基包围,杂基含量较高,分选较差。统计表明,各类砾质岩主要表现为颗粒支撑,少量的多级颗粒支撑、杂基-颗粒支撑和杂基支撑(图7)。

图6 玛湖凹陷百口泉组砾质岩颗粒支撑方式

图7 玛湖凹陷百口泉组砾质岩颗粒支撑方式分布

3 岩石相的分类命名与编码

岩石相分类就是要寻找岩石之间的相似性,本次研究中,以岩石的岩性、沉积构造、颜色和支撑方式等4种属性为主,提出一个多属性岩石相命名方案。以岩性作为第一属性,沉积构造作为第二属性,颜色作为第三属性,支撑方式作为第四属性,对岩石相进行命名,并采用统一格式进行编码,例如G1mgⅢ,其中大写英文字母及下标数字代表岩性,第一小写英文字母代表沉积构造,第二小写英文字母代表颜色,罗马数字代表支撑方式。根据这一方案,可以给每一种岩石相一个编码,如:黑色块状泥岩的岩石相编码为M2mb,灰黑色水平层理含砾泥岩为M1hgb,灰色水平层理细砂岩为S2hg,灰褐色多级颗粒支撑交错层理小中砾岩为G4xtⅡ等。

用上述4种属性可以生成一个庞大的岩石相集合,但由于砂质岩和泥质岩的支撑方式难以观察等原因,一些理论上的岩石相类型难以辨别,有些理论上的岩石相在研究区并不发育。通过对玛湖凹陷百口泉组6 591块岩心的岩石相进行分类描述,共识别出227种岩石相类型,其中砾质岩岩相153种,砂质岩岩相58种,泥质岩岩相16种(表3)。

4 岩石相特征

4.1砾质岩岩相

研究区巨砾岩较少,以细砾岩和中砾岩为主。

(1)粗砾岩相(G2)在140块岩心中共识别出粗砾岩相28种。沉积构造45%为块状层理,35%为交错层理。平均孔隙度6.79%,平均渗透率4.55 mD,平均电阻率47.92 Ω·m.颜色以灰绿色、灰色、红褐色和灰褐色为主,分别占38%,23%,19%和18%.支撑方式中,颗粒支撑占42%,多级颗粒支撑占30%.占主体的沉积构造、颜色和支撑方式,反映水体浅、水动力强、泥石流出现较频繁的沉积环境。

(2)大中砾岩相(G3)在575块岩心中共识别出大中砾岩相56种。沉积构造44%为交错层理,38%为块状层理。平均孔隙度7.67%,平均渗透率7.12 mD,平均电阻率35.64 Ω·m.颜色以灰绿色、灰褐色和灰色为主,分别占46%,19%和16%.支撑方式以颗粒支撑为主,占45%.占主体的沉积构造、颜色和支撑方式,反映水体相对较浅、水动力相对较强、牵引流为主的沉积环境。

(3)小中砾岩相(G4)在885块岩心中共识别出小中砾岩相74种。沉积构造47%为交错层理,37%为块状层理。颜色以灰绿色、灰色和灰褐色为主,分别占39%,19%和19%.支撑方式以颗粒支撑为主,占45%,多级颗粒支撑与杂基-颗粒支撑分别占19%和27%.平均孔隙度7.74%,平均渗透率9.40 mD,平均电阻率33.27 Ω·m.占主体的沉积构造、颜色和支撑方式,反映水体相对较深、水动力相对较弱、牵引流为主的沉积环境。

(4)细砾岩相(G5)在606块岩心中共识别出细砾岩相63种。沉积构造50%为交错层理,36%为块状层理。平均孔隙度8.34%,平均渗透率12.30 mD,平均电阻率26.44 Ω·m.其中以灰色和灰绿色为主,分别占30%和29%.支撑方式以颗粒支撑为主,占58%.占主体的沉积构造、颜色和支撑方式,反映水体深、水动力较弱、牵引流为主的沉积环境。

4.2砂质岩岩相

砂质岩相在玛湖凹陷百口泉组总体不发育,主要为中-粗砂岩相。

表3 玛湖凹陷百口泉组岩心岩石相类型及其编码

(1)粗砂岩相(S2)在6种沉积构造138块岩心中共识别出粗砂岩相20种。颜色以灰色和灰白色为主,沉积构造主要为块状层理,平均孔隙度8.43%,平均渗透率5.80 mD,平均电阻率27.95 Ω·m.

(2)中砂岩相(S3)在6种沉积构造139块岩心中共识别出中砂岩相15种。颜色以灰色和灰白色为主。沉积构造主要为块状层理和小型沙纹层理。平均孔隙度8.43%,平均渗透率5.79 mD,平均电阻率22.9 Ω·m.

(3)细砂岩相(S4)在6种沉积构造94块岩心中共识别出细砂岩相14种。颜色以灰色和灰白色为主,沉积构造主要为块状层理。平均孔隙度8.22%,平均渗透率4.85 mD,平均电阻率22.70 Ω·m.

(4)泥质粉砂—粉砂岩相(S6—S5)在6种沉积构造107块岩心中共识别出泥质粉砂—粉砂岩相13种。颜色以红褐色为主,沉积构造主要为交错层理和块状层理。平均孔隙度9.12%,平均渗透率1.72 mD,平均电阻率21.57 Ω·m.

图8 玛湖凹陷玛604井百二段岩石相类型、岩石相组合和沉积相柱状剖面

4.3泥质岩岩相

在182块岩心中共识别出泥质岩岩相16种,其中含砾泥岩相4种,泥岩-粉砂质泥岩相12种。泥质岩岩相颜色以红褐色为主。沉积构造主要为块状层理和冲刷充填构造,红褐色反映了水体呈氧化环境,水体较浅,红色含砾泥岩中常见砾石呈漂浮状分布,或呈递变粒序。

5 岩石相分类的应用

不同的沉积微相发育不同的岩石相类型,运用本文提出的岩石相分类方案,可以对沉积微相进行更加精细的划分。玛604井钻遇的百二段,主要为一套灰色、灰绿色、灰黑色细—中砾岩夹灰绿色、灰褐色、红褐色块状泥岩和粉细砂岩,砾岩中沉积构造比较简单,发育交错层理、块状层理(图8)。根据岩石相类型可以划分出5种微相,其中扇三角洲平原分流河道微相以灰色交错层理和块状层理砾岩为特征,发育G2mgⅠ,G3egⅠ,G3xgbⅠ,G4mgbⅠ,G4xgⅠ,G5mgbⅠ,G5xgbⅠ,S1mg,S2mgb,S2mg和S5mg共11种岩石相类型;扇三角洲平原分流河道间微相以红褐色粉砂岩和泥岩为特征,发育S5mr和M2mr2种岩石相类型;扇三角洲前缘水下分流河道微相以灰褐色、灰绿色交错层理和块状层理砾岩为特征,发育G2mggⅠ,G3xggⅠ,G4mtⅠ,G4mggⅠ和G5xggⅠ共5种岩石相类型;扇三角洲前缘水下分流河道远端以灰黑色交错层理和块状层理砾岩为特征,发育G3xgbⅠ,G4mgb,G5mgbⅠ和G5xgbⅠ共4种岩石相类型;扇三角洲前缘水下分流河道间微相以灰黑、灰绿色泥岩和粉砂岩为特征,发育G3xggⅠ,G4mggⅠ,G5egⅠ,S2mg,S2mgg,S4mgg,S4mg,S4mr和M2mgg共9种岩石相类型。

上述结果表明,采用新的岩石相分类和命名方案,能够更好地表现各种沉积微相中岩石相类型的多样性,有可能从众多的岩石相类型中归纳出不同沉积微相特定的岩石相组合方式,解决了岩石相组合难以表达或用岩石相代替沉积微相的缺陷;同时可以发现,不同微相所发育的岩石相类型具有明显的差异性,更加有利于表现不同沉积微相之间的差别。

岩石相划分、沉积界面识别和建筑结构要素分析,是沉积学建筑结构要素分析法的3项基础性工作,如何利用测井和地震技术识别不同的岩石相类型,预测不同岩石相类型的空间展布,确定不同岩石相类型在空间的接触和叠置关系,通过测井和地震技术识别由不同的岩石相所构成的沉积体建筑结构要素的几何形态等,还需要做进一步研究。受文章的内容和篇幅所限,本文仅讨论岩石相的分类命名方法问题,对上述其他问题将做进一步深入研究,另行撰文讨论。

6 结论

(1)玛湖凹陷百口泉组发育砾质岩、砂质岩和泥质岩等碎屑岩。肉眼所能观察到的岩石相属性包括岩性、颜色、沉积构造、分选性、磨圆度、定向性、支撑方式、胶结类型、胶结物成分、最大粒径、平均粒径、含油性、砾石成分等13种属性。可分辨出13种岩性、10种沉积构造、7种色系、4种支撑方式。

(2)选取岩性、沉积构造、颜色和支撑方式等4种属性,提出了一个适用于复杂砂砾岩地层的岩石相分类方案,结合岩心观察结果,在玛湖凹陷百口泉组岩心中识别出了227种岩石相类型,其中砾质岩岩相153种,砂质岩岩相58种,泥质岩岩相16种。

(3)利用本文提出的岩石相划分方法,能够更好地表征复杂砂砾岩地层中岩石相类型的多样性,较好地体现了不同微相所发育的岩石相类型的差异性,为沉积微相分析提供了有效的方法。

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(编辑顾新元)

Litho-Facies Classification of Baikouquan Formation in Mahu Sag,Junggar Basin

ZHANG Changmin1,WANG Xulong2,ZHU Rui1,QU Jianhua2,PAN Jin1,AN Zhiyuan2
(1.School of Geosciences,Yangtze University,Wuhan,Hubei 430100,China;2.Research Institute of Exploration and Development,Xinjiang Oilfield Company,PetroChina,Karamay,Xinjiang 834000,China)

A set of multi-lithological coarse-grained sediments dominated by conglomerate are developed in the Lower Triassic Baikouquan formation in Mahu sag,Junggar basin.Researchers conducted in-depth studies on litho-facies types,but some problems still exist in lithofacies classification and relationship between lithofacies and sedimentary microfacies.The reason is that it is difficult to express the lithofacies associations in different microfacies and to differentiate the characteristics and association differences among similar microfacies by means of small amount of lithofacies types.Based on the systematic descriptions of lithology,color,sedimentary structure,sorting,roundness,orientation,fabric support,cementation type,cement composition,the max.grain size,average grain size,oil-bearing property and gravel component from 77 cored wells in Mahu sag,the paper proposes a new lithofacies classification method,which can be used to classify and denominate lithofacies mainly according to 4 properties such as sedimentary structure,color,grain size and fabric support.227 lithofacies types have been identified from the cores of Baikouquan formation in Mahu sag,including 153 for conglomerate,58 for sandstone and 16 for mudstone.The results well reflect the diversity of lithofacies of Baikouquan formation in Mahu sag,lay a foundation for accurate description of sedimentary characteristics of different sedimentary microfacies and provide basis for detailed sedimentary facies identification.

Junggar basin;Mahu sag;Baikouquan formation;lithofacies;lithofacies classification;lithofacies denomination

TE122.211

A

1001-3873(2016)05-0606-09DOI:10.7657/XJPG20160521

2016-06-07

2016-07-25

国家科技重大专项(2016ZX05027);国家自然科学基金(41302096)

张昌民(1963-),男,河南灵宝人,教授,沉积和石油地质,(Tel)13707219934(E-mail)zcm@yangtzeu.edu.cn

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