博格达北麓山前凹陷侏罗系沉积相及砂体展布特征∗

德勒恰提·加娜塔依，李玲，任尧，方巧，吾木提汗

(新疆大学地质与矿业工程学院，新疆乌鲁木齐830049)

0 区域沉积背景

研究区构造上属于准噶尔盆地南缘东部、北天山山前冲断带的次一级构造单元——博格达山前阜康断裂带（图1），其西段北邻阜康凹陷，东段北邻吉木萨尔凹陷，为有利的油气聚集构造带.该区经过几十年的勘探，钻探井近百口，在侏罗系中上统发现了马庄气田,台3井区齐古组油气藏等，获得了一批出油气井点，具有巨大的勘探开发前景[1].近年来，不同地质和地球物理工作者对该区二叠系、三叠系和侏罗系的地层划分、层序地层和沉积储层、油气成藏条件和油气藏分布、勘探评价目标进行过不同层次的研究，取得了大量的地质研究成果[2−4].为了深化该区石油地质研究，总结油气成藏规律，对该区的沉积体系及沉积相研究十分必要.

图1 研究区区域构造位置图

工区东西长约120 km，南北宽约30 km，面积约3 000 km2.现今构造形态为近东西向、围绕博格达主峰山体向北弧凸的弧形构造带.博格达山前由于三叠纪末的印支运动，侏罗纪中及末期的燕山运动等几次大的构造运动，造成各地段均衡的抬升剥蚀和沉积间断[5].根据野外露头剖面与井下地层划分对比，侏罗系顶、底与上覆、下伏层之间均为区域性不整合，其次是中侏罗统头屯河组不整合在西山窑组及以下层位之上；在电性上，头屯河组底、八道湾组底的砂岩或砾岩显示高阻，自然电位呈较大的负值[6].侏罗纪各期沉积了一系列山前陆源碎屑沉积，文章通过录井、测井、地震资料和野外露头剖面描述，重点对沉积体系及砂体展布规律进行分析研究，为研究区进一步勘探开发提供有力的地质依据.

1 物源及古流向分析

物源分析的主要任务是确定沉积物来源方向、剥蚀区或母岩区位置、搬运距离及母岩性质.通过碎屑岩的碎屑成分、岩屑类型分布、砂砾岩厚度及砂砾岩百分含量、重矿物组分等特征对研究区侏罗系地层进行物源及古流向分析，值得说明的是，为了较准确的分析沉积体系的水动力条件，判断古流向，在统计砂砾岩厚度时，泥质砂岩类、粉砂岩类未计入其中[7].

八道湾组主要物源方向分布在工区东段.根据近物源岩屑含量高，远物源石英含量高的特点，可以推断八道湾组的物源方向为南东—北西向(图2).三工河组砂砾岩发育区具有良好的继承性，砂体展布方向由南向北，推断该时期物源来自南部.

图2 八道湾组碎屑成分平面图

头屯河组沉积时期，构造频繁，南部隆起区不断抬升，物源供给充分，砂体发育，明显反映有三个方向的物源区，即以南部物源区为主的主要物源以及东段自东向西和北三台凸起顶部由东向西的两个方向的次要物源.为了更加定量的说明物源方向，以头屯河组作为重点，分段统计了其重矿物成分，并计算出ZTR值和绿帘石含量，作出ZTR等值线图（图3），判断出以上三个方向的物源，特征完全吻合.岩屑成分含量分布、重矿物组合，表明工区南部及三台凸起物源的类型均为变质岩+沉积岩型，北三台凸起顶部物源类型为沉积岩+火成岩（表1），且具多物源、近物源的特点.

图3 侏罗系头屯河组中上段ZTR等值线图

表1 博格达北麓山前头屯河组（J2t）中上段重矿物组合及母岩类型

对于齐古组，其物源方向主要为自南向北方向.三台凸起与北三台凸起在此阶段有些不同，来自三台凸起上的物源此时较发育，而北三台凸起物源缺乏.由于工区中段有火山岩喷发，所以岩屑类型以岩浆岩岩屑为主，母岩类型为火成岩+沉积岩，远离源区的此阶段沉积中常见凝灰岩夹层[8].

2 沉积相标志及沉积相类型

通过对典型剖面和钻井作综合单井相分析，并根据多种相标志，划分出辫状河三角洲、扇三角洲、三角洲、河流相及湖泊相等五种相类，各种相、亚相及微相划分.文章重点阐述本区主要发育的辫状河三角洲和扇三角洲.本项目研究过程中十分重视剖面及岩心的观察描述，以下列出了其中的部分取心井段的观察描述.

2.1 岩心描述及岩相类型

通过工区内取心井及野外露头剖面的薄片资料进行系统分析，侏罗系地层中与储层有关的岩石类型有砂砾岩类、含砾砂岩类、砂岩类.

砂砾岩在扇三角洲平原及前缘亚相、辫状河三角洲平原亚相、三角洲平原亚相、滨湖亚相和辫状河三角洲前缘等均有分布.砂砾岩颜色多以褐灰色、褐红色为主，砾石主要成分为泥砾、凝灰岩，其次为霏细岩、石英片岩等，泥砾大致顺层分布.砾岩磨圆度中等，分选极差，呈块状层理，由砂泥质填隙，底部发育冲刷面，向上有不明显的粒级递变或平行层理（图4-a）.在台15井J1b地层中可见辨状河三角洲平原分流河道的砂砾岩，颜色以灰色、深灰色为主，砾石以凝灰岩、霏细岩和变质岩岩屑为主，而泥砾少.砾石大小一般1.3 cm左右，分选差，但磨圆度较好；底部发育冲刷面，向上常过渡为含砾粗砂岩，缺少上部砂泥岩沉积，常形成多个由粗到细的沉积韵律（图4-b）.

图4 研究区岩心素描图

三角洲平原分流河道滞留沉积中的砂砾岩厚度一般小于10 cm.砾石分选、磨圆中等，砾石成分多为来自物源区的变质岩、凝灰岩、火成岩类，泥砾少见，炭屑十分发育，底部发育冲刷构造，内部可见斜层理，主要分布在J1s、J2x地层中.

在J3q滨湖环境中常见含砾粗砂岩、含砾不等粒砂岩、含砾中—细砂岩、含砾粉—细砂岩等，与上、下砂岩无明显的冲刷痕迹，砾石分选、磨圆度好.在辫状河三角洲前缘分支河道中的含砾粗砂岩、含砾不等粒砂岩、含砾中—细砂岩，颜色以绿灰色为主，岩石中砾石占8∼12%，以细砾岩为主，成分以凝灰岩为主，其次为霏细岩、石英岩等，分选、磨圆中等.一般位于粒序层理底部，冲刷构造较发育，不等粒岩屑砂岩、粉砂岩过渡，内部发育槽状交错层理、平行层理等.J2t、J3q组三角洲平原分流河道中，其特点是炭屑极为发育（图4-c）.

在J1s、J1b三角洲前缘、辫状河三角洲前缘和滨湖砂坪中发育有一种含砾不等粒岩屑石英砂岩，颜色呈灰白色，碎屑成分以石英为主，填隙物以泥质为主，表明较远物源，湖水动力条件较弱（图4-d）.

小泉沟、三台地区的J2t、J3q、J3k地层中常见混合砂岩分布，其特征为低石英含量，高长石、岩屑含量，充分表明近物源、干旱、半干旱条件，颜色以灰绿色、灰色为主，碎屑成分主要为石英、长石、岩屑.岩屑成分主要为变质岩、凝灰岩，其次有霏细岩、泥岩、硅质岩等.填隙物以泥质为主，含量较高，分选较好，次棱角状.

岩屑砂岩的分布范围最广，为主要的储层岩石类型[9].颜色以灰绿色、灰色为主，石英含量15∼25%，长石含量10∼26%，岩屑含量30∼52%，中—细粒为主，长石质岩屑砂岩居多.碎屑分选中等，次棱角状.其内部发育槽状交错层理、块状层理等，是水下分支河道、河口砂坝、远砂坝及滨浅湖砂坪环境的产物(图4-e).

2.2 辫状河三角洲相标志

2.2.1 反映浅水环境的岩性特征

在本区的J1b下部、J2t、J3q地层中均有辫状河三角洲相沉积.辫状河三角洲浅水环境中沉积的砂体，其岩性特征能反映浅水氧化环境，主要由浅紫色褐色泥岩、绿灰色泥岩及浅灰色泥岩夹粉细砂岩、粗砂岩和含砾砂岩组成，在前缘和前三角洲有灰色砂泥沉积.J1b、J2t辫状河三角洲相沉积以灰绿色、灰色砂岩为主，J3q则以褐红、紫色为主，表明干旱、半干旱气候特征[10].

2.2.2 较低的成分成熟度和中等结构成熟度

由于形成辫状三角洲的辫状河流入湖前流程较短，碎屑物质较粗，得不到充分分选就很快堆积下来，岩屑和长石含量高，成分成熟度较低，砂体以辫状分流河道和间歇性洪水片流沉积为主，常在前缘地带构成大型席状砂相带[11].由于沉积水体浅，波浪作用相对较强，杂基一般小于15%，分选中等，结构成熟度呈中等.

2.2.3 反映以牵引流为主的粒度分布特征

辫状河三角洲平原上缺少泥石流沉积，这是与扇三角洲相不同的重要区别.辫状河三角洲相沉积总体具牵引流的特征，粒度概率曲线以两段式为特征，以跳跃总体为主，其含量大于80%，粗截点在-1.5Ф左右，表明水动力较强；2∼4 mm的细砾都以跳跃方式搬运，细截点也偏粗，在3Ф左右.跳跃段有时又可分为两段，表明流体以牵引作用为主.辫状河三角洲平原部分的概率图斜率较大,频率曲线较平稳，表明水动力较前缘强[12].

2.2.4 沉积构造特征

辫状河三角洲发育各种沉积构造，根据野外露头资料的观察和研究井段岩心所见，与储层共生的沉积构造主要由牵引流形成为主.当物质供给充分时，形成以厚层的块状层理或平行层理为主的砂岩相.当波浪作用较强,物源供给不很充分时形成大型板状的交错层理、斜层理、波状层理砂岩相.辫状分流、分支河道中常见槽状交错层理，以及天然堤中的斜波状层理和发育在河道间的泥岩搅混构造及粉砂岩包卷在泥岩中的疙瘩状构造等[13].另外，常见各种岩相组成的粒序层理，辫状分流河道中砾岩显粒序层理，由泥砾、各种变质岩岩屑、火成岩岩屑在河道底部具有不良的叠瓦构造，大致由粗到细沉积，显粒序特征，底部发育冲刷构造；含砾中粗砂岩—细砂岩—粗粉砂岩粒序层理，其底部有2～5 cm厚含细砾砂岩段，发育有冲刷构造（图4-f），在前缘分支河道中可见.

另外，在野外白杨河剖面J1b−J1s中，辫状河三角洲相沉积特征与阜康断裂带中段井下特征吻合（图5）

图5 白杨河剖面沉积相分析

2.2.5 地震反射特征

在地震剖面上，J3q、J2t、J1b地层中辫状河三角洲前缘、前辫状河三角洲的反射结构多变，典型地震相模式主要有S型前积地震相（图6）、斜交前积地震相及顶超前积地震相.

图6 T8311地震测线齐古组S型前积地震相

2.2.6 测井曲线特征

辫状分流河道的自然伽马或自然电位曲线显中幅微齿化的钟形，表明下粗上细的正旋回特征；前缘分支河道的自然伽马曲线为中高幅、顶底突变的箱形或钟形；水下分支河道间的自然伽马曲线特征为中低幅齿化曲线；河口砂坝的自然伽马曲线形态为中、高幅漏斗形或顶底突变的箱形[14].

2.3 扇三角洲相标志

扇三角洲相重力流沉积通常较辫状河三角洲要发育，故扇三角洲的层序粒度变化较快，粒度较辫状河三角洲要粗[15].工区内中段小泉沟J3k及东段三台地区部分地区的J3q、J2t中有扇三角洲相分布(见图7)，且属于水退型扇三角洲，发育于博格达山前陡岸一侧，距物源近；平原部分不太发育，直接与滨浅湖共生，为冲积扇—扇三角洲—滨浅湖沉积体系[16].粒度粗，沉积厚，块状层理和粒序层理十分发育，其他特征与前述辫状河三角洲相似.

图7 博格达山前侏罗系沉积相模式

2.4 滨浅湖相标志

工区内湖泊相分布最广，砂体主要分布在滨浅湖环境中，有河流注入的地方（三角洲）湖泊水动力进一步改造砂体成为滩坝；无河流注入的地方，形成滨湖砂坝或滩坝[17−19].在北三台凸起边缘不同时期均有滨浅湖砂体分布，其相标志主要有以下特征.

2.4.1 反映浅水环境的岩性特征

工区J3q滨浅湖最为发育，另外古牧地J2x、J2t滨浅湖较发育，中薄层波状层理的粉细砂岩相与灰绿色、褐红色及灰色泥岩相互层.泥岩多呈褐红色、灰绿色、灰色均反映了浅水氧化环境.

2.4.2 较高的成分成熟度和结构成熟度

工区东段及北三台凸起西南斜坡边缘滨浅湖滩坝（砂坪）很发育，以较纯细粒岩屑砂岩相和岩屑石英砂岩相、石英砂岩相为主，分选好，泥质含量少，为最好的储集岩相.

2.4.3 反映波浪作用的粒度分布特征

粒度概率曲线为三段式和双跳跃式，双跳图形一般反映的是往复水流作用.三段式中牵引总体的出现是由于轻度的波浪使细粒沉积物能以滚动方式搬运.

2.4.4 反映波浪作用的沉积构造特征

常见的层理有波状层理（见图4-d）、斜波状层理及浪成交错层理，还见有中小型浪成波痕.

2.4.5 地震反射特征

在地震剖面上，滨岸砂体的反射特征为底平顶凸、横向展布宽的丘状反射，其内部具微波状起伏的亚平行结构.

另外，在三角洲间发育滨湖湖湾，在早侏罗世J1b、J1s、J2x地层中可见，水体有时封闭或半封闭，其沉积物为砂泥岩、泥岩、煤层及菱铁矿层[20].具微波状层理及小型交错层理，自然伽马曲线平直或微有起伏，岩性以暗灰色泥、沼泽沉积为特征.

3 砂体展布及有利油气聚集区

3.1 北三台西南斜坡及小泉沟有利区

本区带自八道湾组至喀拉扎组为盆地边缘三角洲相、辫状河三角洲或扇三角洲相与滨浅湖亚相交互沉积，砂体发育，继承性好（表2）.J1b累计骨架砂厚度8∼307 m，J1s累计骨架砂厚度4∼68 m，J2x累计骨架砂厚度8∼104 m，J2t累计骨架砂厚度12∼172 m，J3q累计骨架砂厚度16∼94 m，J3k累计骨架砂厚度10∼149 m.储层条件较好，岩性以细粒、中细粒岩屑砂岩为主，主要为Ⅲ-Ⅳ类储层，低孔低渗、中孔低渗，中等偏细或细孔喉[21].

表2 侏罗系各地层骨架砂岩厚度分布表

3.2 阜康断裂带西段断裂上盘有利区

本区为沉积相有利区，自八道湾组至头屯河组以盆地边缘湖泊三角洲、辫状河三角洲相与滨浅湖亚相交互沉积为主，齐古组和喀拉扎组主要为河流相沉积.由于本区为侏罗系的沉降中心，砂体发育，继承性好，J1b累计骨架砂厚度14∼267 m，J1s累计骨架砂厚度312 m，J2x累计骨架砂厚度34∼107 m，J2t累计骨架砂厚度92∼298 m，J3q累计骨架砂厚度73∼148 m，J3k累计骨架砂厚度37∼132 m.储层岩性以细中粒、细粒、砂砾、中细粒岩屑砂岩、长石岩屑砂岩为主，Ⅳ类储层为主，低孔特低渗、中等偏细或细孔喉.

3.3 三台凸起有利区

本区八道湾组、三工河组、头屯河组、齐古组以辫状河三角洲相、扇三角洲相、河流相与滨浅湖亚相交互沉积为主.砂体较发育，J1b累计骨架砂厚度10∼68 m，J1s累计骨架砂厚度3∼34 m，J2t累计骨架砂厚度16∼122 m，J3q累计骨架砂厚度12∼137 m.储层条件比较好，岩性以中细粒、含砾不等粒、中粗粒岩屑砂岩为主，主要为Ⅲ-Ⅳ类、Ⅲ-Ⅱ类、Ⅱ-Ⅲ类储层[22]，中孔低渗、中等偏细或细孔喉.西山窑组和喀拉扎组被削失，砂体不发育.

4 结论

通过录井、测井、地震资料和野外露头剖面描述，重点对沉积体系及砂体展布规律进行分析研究，得出以下几点认识：

（1）八道湾组与三工河组的物源方向主要为南东-北西向；头屯河组有三个方向的物源区，以南部物源区为主的主要物源以及东段自东向西和北三台凸起顶部由东向西的两个方向的次要物源；齐古组的物源主要由南部的博格达山提供；

（2）博格达北麓山前发育辫状河—辫状河三角洲—滨浅湖沉积体系、曲流河—湖泊三角洲—滨浅湖沉积体系、冲积扇（干扇、湿扇）—扇三角洲—辫状河三角洲—滨浅湖沉积体系三种；

（3）辫状河三角洲、三角洲砂体主要分布于J1b下部、J1s、J2x、J2t、J3q高位域至低位域中，滨浅湖砂体各层位均有分布；

（4）工区中段地区广布辫状河三角洲前缘砂体，向正北方向预测有浊积相砂体，所以有必要进一步向盆内进行勘探.西段砂体也较发育，为各地层的沉降中心，沉积巨厚，但构造破坏性强，分布较深.东段J1b、J2t、J3q沉积时期，三台凸起上河流相发育，东南又发育巨厚的冲积扇—扇三角洲沉积体系，砂体发育，尤其是台50井、台5井、台58井至台7井这一大区域，预测可成为良好的勘探目标区.