二连盆地马尼特拗陷砂砾岩体沉 积 类 型 及 模 式

曹兰柱, 岳佳恒, 王宏霞, 黄传炎, 项 鑫, 郑荣华, 田 然

(1.中国石油华北油田 勘探开发研究院， 河北 任丘 062552；2.中国地质大学 地质调查研究院，武汉 430074；3.中国地质大学 构造与油气资源教育部重点实验室，武汉 430074)

粗粒沉积在地学界长期重视不足，研究相对滞后[1-2]。由于相关理论、技术的滞后以及粗碎屑储层相变快、非均质性强的特征，致使该类储层成为较难勘探、开发的一类。然而，近些年新疆维吾尔自治区玛湖油田10亿吨级大型砾岩型油气藏的发现使人们重新认识到该类型储层的潜力[3-7]。在当前细粒非常规油气尚未形成储量和产量战略接替的状况下[2]，加强粗粒沉积研究已迫在眉睫。砂砾岩体是内蒙古自治区二连盆地油气勘探、开发的主要储集体类型。目前，该盆地共发现54个凹陷[8]，但实现突破并能够形成规模产量的仅11个。此勘探形势不仅展现出二连盆地广阔的剩余油气潜力，同时也体现出复杂砂砾岩沉积所产生的制约性，因而开展以砂砾岩为主的粗粒沉积研究势在必行。马尼特拗陷拥有包括乌里雅斯太、巴音都兰、阿南等在内的多个建产富油凹陷，其油气意义尤为重要。对建产富油凹陷砂砾岩体的沉积类型、特征和模式等的研究总结，对于二连盆地其他区域砂砾岩扇体、储层的找寻、预测将会有重要的指导意义。因此，本研究主要选取二连盆地马尼特拗陷重点富油凹陷的典型扇体为研究对象，以“构造-沉积”结合分析的思路,对凹陷构造、砂砾岩体类型、特征等进行深入研究，构建各类砂砾岩体沉积模式，以期为二连盆地砂砾岩体勘探提供支撑。

1 地质背景

二连盆地位于大兴安岭以西、阴山以北的内蒙古自治区中部，是在内蒙古-大兴安岭海西期褶皱基底上发育起来的中生代-新生代小型断陷湖盆群[9-10]。在构造位置上，二连盆地东临大兴安岭隆起，南抵温都尔庙隆起，北西靠巴音宝力格隆起[11]，大致呈一个由北东向南撒开的三角形[12]。盆地内部包含马尼特、乌兰察布、川井、乌尼特、腾格尔5个拗陷。马尼特拗陷位于二连盆地东北部，受西北部的巴音宝利格隆起和东南部苏尼特隆起夹持，平面上呈NE-SW向展布(图1)。在早白垩世，马尼特拗陷在NW-SE向引张力拉伸下，内部发育了以NE-SW向为主的正断层，并且形成一系列平面上呈线状排列的凹陷。凹陷多属半地堑式，凹陷之间分割性强，主要受隆起以及拗陷内部凸起供源，各凹陷大多有独立的沉积体系，自成一个独立的烃类生成、运聚单元[12-13]。马尼特拗陷沉积盖层主要为中生界、新生界，具体包括侏罗系、白垩系、古近系、新近系和第四系，普遍缺失三叠系[14-15]。马尼特拗陷中主要勘探目的层为下白垩统巴彦花群的阿尔善组(K1ba)、腾格尔组(K1bt)(图2)。地层岩性类型多样，但以粗粒的砾岩、砂砾岩、含砾砂岩等为主。

2 拗陷构造特征

2.1 内部凹陷结构特征

断陷湖盆因断层而生，受控于区域构造应力场，盆内主要断裂存在几何特征、活动性等差异，致使湖盆呈现出不同的结构样式。不同样式湖盆的物源、沉降中心、可容纳空间等存在差异[16-17]，进一步影响了内部沉积充填。笔者主要依据控凹断裂、Ⅱ级断裂发育及地层充填等要素，将马尼特拗陷内部凹陷的结构样式分为3种，即简单单断式、单断断阶式、单断断槽式。简单单断式凹陷(图3-A)，主要受边界断层控制，内部Ⅱ级断裂不发育，可进一步划分为陡坡带、洼槽带、缓坡带，物源主要来自短轴两侧，沉降中心邻近陡坡带，并逐渐向对侧迁移。单断断阶式、单断断槽式凹陷内部Ⅱ级断裂则较发育。具体来说，单断断阶式凹陷在陡坡带发育与边界断层倾向相同的Ⅱ级断层，或者是在缓坡带发育两条与边界断裂倾向相反的Ⅱ级断层(图3-B)。前者进一步控制陡坡深洼带，形成断阶陡坡带，一定程度上减缓陡带坡降，扩大了陡坡下的深水区；后者则塑造出断阶缓坡带，形成了逐级坡降的地形样式，对缓坡水域深浅变化及沉积相带分布起到重要控制作用。单断断槽式凹陷(图3-C)，主要是针对阿南凹陷提出的，该类型凹陷在缓坡带发育一条或一组与边界断层倾向相反、走向近平行的断层，断层上下盘坡度、水深变化十分明显，该Ⅱ级断裂与边界断裂严格限定了深洼带范围。

图1 马尼特拗陷构造单元图Fig.1 Schematic map showing tectonic units of the Manite Depression

图2 二连盆地综合地层柱状图Fig.2 Comprehensive column of the Erlian Basin(据王权[14]修改)

2.2 凹陷边缘类型

马尼特拗陷内的凹陷普遍具有短轴供源的特点，两侧盆缘作为盆外隆起区与盆内洼槽区的过渡地带，其构造地貌样式通过影响可容纳空间、水系的动力来对沉积发育产生重要控制，实际表现为地层厚度和沉积相带的变化[18]。因此，凹陷边缘特征的分析对砂砾岩体的刻画和预测具有重要意义。基于地震资料，按照凹陷构造单元(陡、缓坡带)、边缘断裂发育特点，在3种凹陷中可分解出7种凹陷边缘类型(图4)： ①断裂陡坡型、②断阶陡坡型、③多级断阶型、④挠曲缓坡型、⑤断裂缓坡型、⑥断阶缓坡型、⑦无坡折缓坡型。其中，①、④、⑦一般为简单单断式凹陷所具有的凹陷边缘类型；②、③、⑤、⑥多为单断断阶式、单断断槽式凹陷所具有的凹陷边缘类型。

图3 马尼特拗陷中的凹陷结构类型Fig.3 Structural types of sag in the Manite Depression

3 砂砾岩体类型、特征及发育环境

砂砾岩体一般是指携有大量碎屑物的季节性或事件性水流入湖快速卸载，形成的一系列粗粒的扇形沉积体。构成此类扇形沉积体的岩性主要为砾岩、砂砾岩、含砾砂岩等，普遍具有较低的成分成熟度和结构成熟度[19]。通过岩心观察、测井相分析，马尼特拗陷内部砂砾岩体主要有4种类型：近岸水下扇、扇三角洲、辫状河三角洲、湖底扇。

3.1 近岸水下扇

a. 扇体特征

近岸水下扇型砂砾岩扇体多是由阵发性洪水搬运，碎屑物直接在水下坡底堆积形成[20-22]。扇体延伸短、沉积快的特点致使碎屑物分异差，岩石成熟度低，相带窄、变化快。近岸水下扇包含扇根、扇中、扇端3种亚相，以乌里雅斯太凹陷太11扇体(图5)、巴音都兰凹陷巴63扇体(图6)为典型代表。其特征为：扇根发育灰绿色、灰色的砾岩、砂砾岩，具有杂基支撑或混合支撑的块状构造(图7-A)；砾石粒度大小不一、杂乱分布、缺乏定向性，呈次圆-次棱状，一般大颗粒砾石的磨圆度相对较好，砾石成分复杂，多为火成岩砾石；可见不规则泥砾；杂基成分以泥为主；测井曲线呈齿化钟形、齿化箱形。扇中为基质支撑的砂砾岩、含砾粗砂岩，沉积构造仍以块状构造为主(图7-B)，砾石含量相对减少，砂质增多，粗砾少见，多为细砾、中砾，虽砾石粒度差异降低，但分选仍较差，呈微定向性，测井曲线呈齿化钟形、箱形。扇端则发育水平层理的泥质粉砂岩、泥岩(图7-C)，局部偶含细砾，测井曲线呈齿型、指型。

b. 发育环境

近岸水下扇一般发育于控凹断层所在的断裂陡坡型盆缘，该类型盆缘具有构造活动强、坡底紧邻深洼、可容纳空间充足、碎屑物入湖距离短等环境背景，乌里雅斯太凹陷南洼槽西部太11扇体即为典型代表(图5)。研究工作中发现,只要达到一定坡度条件,缓坡带也可发育该类扇体，如巴音都兰凹陷南洼槽巴63扇体。虽然扇体发育在缓坡一侧(图6)，但该处物源通道窄、坡度陡而无坡折，出物源口之后碎屑物便一泄入湖，形成快速堆积的近岸水下扇。

3.2 扇三角洲

a. 扇体特征

相比于近岸水下扇，扇三角洲型砂砾岩体的物源规模大且持续性好，扇体延伸较远，包含水上三角洲平原、水下三角洲前缘和前三角洲亚相[23]。马尼特拗陷中的凹陷普遍具有的盆窄、坡陡的特点，导致扇三角洲在平面上形成“小平原、大前缘”的相带特点。扇三角洲具有双重水动力机制，相带特征变化也较明显，以巴音都兰凹陷巴66扇体(图6)、阿南凹陷阿50扇体为例(图8)，主要特征为：平原相内陆上重力流特征相对突出，岩心主要为红棕色砾岩、砂砾岩，呈杂基支撑的块状构造(图7-D)，所含砾石具有次棱-次圆状，分选性差，长条形砾石呈微定向排列，砾石主要为火成岩块，基质多为泥、粗砂，测井曲线为齿化箱形、钟形。前缘相则以牵引流机制为主，多发育灰色砂砾岩、含砾砂岩，其中前缘近端主要为具有块状构造的砂砾岩，砾石分选性、磨圆度较差(图7-E)；前缘远端为平行、交错层理的含砾砂岩、细砂岩，分选性、磨圆度明显变好(图7-F)，测井曲线多为齿化钟形；前三角洲主要为灰色泥岩，偶夹薄层砂岩(图7-G)，测井曲线为局部具有齿形凸起的泥岩基线段。

图4 马尼特拗陷中的凹陷边缘类型Fig.4 Sag edge type in the Manite Depression

b. 发育环境

扇三角洲发育所需的地形坡度较大，常与断裂相伴，在具有断裂、断阶的陡、缓坡带均可见。断裂陡坡带坡度大、距离短、坡下空间足，有利于砂体就近入湖沉积，如乌里雅斯太凹陷南洼槽西部陡坡带扇体(图5)、阿南凹陷东部陡坡带扇体(图8)；断裂、断阶缓坡带的平面宽，断层造就的构造坡折导致可容纳空间形成差异，往往出现“上坡折扇三角洲,下坡折重力流扇体”体系，如乌里雅斯太南洼槽东部Ⅲ级断阶盆缘形成的扇三角洲和湖底扇的体系组合(图5)；此外，在具有挠曲坡折的缓坡带之下也可发育扇三角洲沉积，如巴音都兰凹陷南洼槽巴66扇体(图4-④、图6)。

图5 乌里雅斯太凹陷南洼槽腾一段Ⅳ砂组沉积相平面图Fig.5 Sedimentary facies of the sand group Ⅳ of the lower K1bt1 in southern subsag of the Wuliyasitai Sag

图6 巴音都兰凹陷南洼槽阿三段Ⅱ砂组沉积相平面图Fig.6 Sedimentary facies of the sand group Ⅱ of the K1ba in southern subsag of the Bayindulan Sag

3.3 辫状河三角洲

a. 扇体特征

在马尼特拗陷中，辫状河型砂砾岩扇体的典型特征为相带平面延展长、牵引流为主、河道极为发育，且频繁摆动叠置。具体以巴音都兰凹陷巴18扇体为例(图6)，其粒度细，以灰色细砂岩为主，砾级碎屑含量较少，一般磨圆度、分选性相对较好。其中，平原亚相缺少岩心资料，据巴35井录井岩性可以看出其岩石类型为紫红色砂质泥岩夹灰色砂砾岩(图7-H)，显示其暴露的环境特点，测井曲线为高齿化箱形。水下前缘亚相以灰色、灰白色含砾砂岩、粉-细砂岩为主(图7-I、J)，交错层理十分常见，测井曲线多为高幅钟形、指形，多个单砂体可复合形成“圣诞树”形、“梳”形。

b. 发育环境

相较于前面2种类型，该类型砂砾岩扇体的水体能量弱，临靠凹陷之间夹持的凸起发育,且断层与盆缘呈斜交的断裂缓坡带、断阶陡坡带为较理想发育部位。凸起物源供给能力弱、水系碎屑物含量少，在一定程度上降低了流体能量，加上斜交盆缘的断层之下可形成长而缓的搬运通道，辫状水系便可向湖盆长距离延伸。如阿南凹陷北部阿3扇体(图8)，由阿南凹陷与乌里雅斯太凹陷南洼槽之间凸起供源，扇体沿缓坡带斜向断裂之间的转换通道展布；巴音都兰凹陷南洼槽东部陡带扇体(图6)，由东部凸起供源，扇体顺着边缘断裂与其分支断裂形成多级断阶延伸。

3.4 湖底扇

a. 扇体特征

“湖底扇”概念是由“海底扇”演变而来，是沉积物以重力流形式堆积在深水区的粗碎屑扇形体，可划分为内、中、外扇3带[24-27]。马尼特拗陷中成规模的湖底扇以乌里雅斯太凹陷南洼槽湖底扇最为典型(图5)。岩心和测录井资料中暗色泥岩夹中、薄层砂砾岩是该类型扇体的基本识别特征。内扇一般为深灰色基质支撑的块状砾岩、砂砾岩(图7-K)，多为火山岩砾、泥砾，分选性差，主要为次棱角状，粗砾可呈次圆状，不具定向性，基质成分混杂，包含泥、砂、小砾，测井曲线呈现较为平滑的钟形。中扇岩性为深灰色砂砾岩、含砾砂岩，同样为基质支撑，砾含量降低，长条形砾石多顺层排列，并且相较于内扇基质变纯，主要为砂、泥质(图7-L)，测井曲线为箱形。外扇为黑色泥岩、含砾砂岩，大颗粒砾石基本不见，多为小、细砾，可见大量呈长条撕裂状的泥屑(图7-M)，测井曲线多表现为齿形、多期砂叠置成的钟形。

图8 阿南凹陷南洼槽腾一下段Ⅳ砂组沉积相平面图Fig.8 Sedimentary facies map of the sand group Ⅳ of the lower K1bt1 in the Anan Sag

b. 发育环境

乌里雅斯太南洼槽东部木日格地区能够形成具规模意义的湖底扇与其独特盆缘背景是密不可分的[28-29]。乌里雅斯太南洼槽东部为断阶缓坡型凹陷边缘，一方面，相对较宽的缓坡带有利于砂体在平面上形成规模展布；另一方面，缓坡被2条近平行于盆缘的断裂分割成3级断阶(图4-⑥、图5)，使缓坡形成水深、容纳空间的明显分隔，不至于坡度“一缓到底”。同时断距的差异导致上部的Ⅰ级、Ⅱ级台阶较浅、容纳空间有限，最上级台阶发育扇三角洲平原相带，Ⅱ级台阶则发育扇三角洲前缘及部分小规模湖底扇；而靠近深洼的最下级台阶区较深，可容纳空间大，在物源供给充足的情况下，大量碎屑物会选择继续向前搬运，在Ⅲ级台阶处形成较大规模的湖底扇沉积。

4 砂砾岩体沉积模式

a. 近岸水下扇发育环境坡度较陡，主要发育于断裂陡坡带，其重力流特征较为突出，缺少水上出露相带(图9-A)。扇根一般为厚层混杂堆积的块状砾岩；扇中变为砂砾岩、含砾砂岩；扇端则主要为湖相泥岩夹粉砂岩。实际研究中，近岸水下扇沉积速率快，相带分异不明显，扇根与扇中亚相往往难以区分，由块状砾岩、砂砾岩直接过渡为细粒沉积物质。

b. 扇三角洲分布广泛，沉积场所的地形坡度较陡，但稍缓于近岸水下扇，具有断裂的陡、缓坡带均可发育，断裂之下水体较深，在有充足物源供给的条件下，扇三角洲入湖就近沉积，平面上延伸一般远于近岸水下扇(图9-B)。相带特征表现为平原面积小，多为砂、泥质杂质支撑的砾岩、砂砾岩；前缘面积广，牵引流特征较明显，多为砂质基质支撑的砂砾岩、含砾砂岩；前三角洲主要为灰色、深灰色泥岩，偶夹薄层粉砂岩。

图9 各类型砂砾岩体沉积模式Fig.9 Sedimentary models of various types of glutenite in the Manite Depression

c. 辫状河三角洲通常形成于物源供给不充足、坡度较缓的部位，靠近凸起一侧的断裂、断阶缓坡带为最有利区带(图9-C)，个别物源不充足、多级断阶的陡带也可发育。整体相带分异明显：平原相较窄，为砂质基质支撑的砂砾岩、含砾砂岩；前缘面积广阔，分支河道发育，可见含砾砂岩—细砂岩—粉砂岩的岩性渐变；前三角洲为暗色泥岩夹薄层泥质粉砂岩。

d. 多级断阶缓坡带容易发育大型的湖底扇，浅部断阶坡度与容纳空间有限，不能满足砂体的大量堆积，主要形成扇三角洲沉积；而深部断阶可容纳空间大，在物源充足的情况下，碎屑物可大量在深处断阶堆积(图9-D)。相带特征：内扇主要发育厚层多粒度杂基支撑的块状砾岩、砂砾岩；中扇主要为砂、泥质基质支撑的砂砾岩、含砾砂岩；外扇砂体变薄，主要为暗色泥岩夹薄层的含砾砂岩。

5 结 论

a. 依据主要断层及地层充填特征，马尼特拗陷内部凹陷可分为简单单断式、单断断槽式、单断断阶式3种。3种凹陷样式可分解出断裂陡坡型、断阶陡坡型、多级断阶型、挠曲缓坡型、断裂缓坡型、断阶缓坡型、无坡折缓坡型7种凹陷边缘模式。盆缘作为扇体入湖发生搬运、沉积的地带，其构造地貌特征对砂砾岩体发育具有重要的控制作用。

b. 马尼特拗陷内部主要发育4种砂砾岩扇体沉积类型：近岸水下扇、扇三角洲、辫状河三角洲、湖底扇。马尼特拗陷内部多为狭窄的小型断陷湖盆，坡度陡、搬运路程短、碎屑粗是主要共同特点。因此，近源粗粒的扇三角洲、近岸水下扇为主要的沉积类型，尤其是扇三角洲发育最为广泛；而受湖盆范围的限制，延伸长的辫状河三角洲和沉积位置远的湖底扇一般较难形成。整体来说，小型断陷湖盆沉积发育规律不同于一般的大型断陷湖盆，需要根据实际地质背景条件分析其沉积发育规律，从而更好地指导实际勘探。