馮懷偉 ,許淑梅 ,王金鐸 ,張關(guān)龍 ,曾治平,任新成 ,修金磊,王千軍

1)濰坊科技學(xué)院,山東濰坊,262700;2)中國(guó)海洋大學(xué)海底科學(xué)與探測(cè)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東青島,266100;3)中國(guó)海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院,山東青島,266100;4)深海圈層與地球系統(tǒng)前沿中心,山東青島,266100;5)中石化股份公司勝利油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院,山東東營(yíng),257000

內(nèi)容提要：針對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地腹部侏羅系三工河組物源、砂體構(gòu)型及儲(chǔ)層物性認(rèn)識(shí)存在爭(zhēng)議的問(wèn)題,筆者等基于巖芯、錄井、鉆井等方面的資料,結(jié)合前人在準(zhǔn)噶爾盆地周緣磷灰石及鋯石年齡數(shù)據(jù),運(yùn)用沉積學(xué)、層序地層學(xué)、沉積盆地分析及儲(chǔ)層沉積學(xué)的基本原理和方法對(duì)三工河組二段物源方向、遠(yuǎn)近和類(lèi)型、沉積體系展布、砂體構(gòu)型及儲(chǔ)層物性之間的關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。研究表明,在敞流盆地快速抬升/緩慢沉降的構(gòu)造背景下形成辮狀河三角洲退積式沉積序列,在五級(jí)層序地層格架中,河道強(qiáng)沖刷疊置砂體見(jiàn)于第1、2砂組,三角洲退積,分支河道強(qiáng)烈沖刷,導(dǎo)致河道砂體疊置,微相類(lèi)型單一,單砂體厚度向上變薄,砂體全區(qū)穩(wěn)定分布,儲(chǔ)集性較好。河道弱沖刷疊置砂體見(jiàn)于第3、5砂組,三角洲退積,分支河道沖刷不明顯,形成河道“二元結(jié)構(gòu)”,單砂體厚度向上變薄,粒度變細(xì),儲(chǔ)集性好;河口壩組合砂體見(jiàn)于第4砂組,在三角洲退積過(guò)程中,水下分流河道末端形成河口壩,總體巖性向上變細(xì),砂體不連續(xù),儲(chǔ)集性好,遠(yuǎn)砂壩席狀砂組合砂體見(jiàn)于第6、7砂組,砂體零星分布,儲(chǔ)集性很差。在淺水、低可容納空間、快速抬升/緩慢幕式沉降構(gòu)造背景之下,淺水三角洲的物源的方向、遠(yuǎn)近及類(lèi)型是影響沉積微相展布的關(guān)鍵因素,也是影響砂體構(gòu)型及其儲(chǔ)層物性的物質(zhì)基礎(chǔ)。

淺水三角洲由Fisk在1954年首次提出,在我國(guó)中、新生界大型盆地中廣泛發(fā)育,通常由分流河道構(gòu)成骨架砂體,多發(fā)育在構(gòu)造穩(wěn)定,地形平緩,水體較淺且物源充足的盆地中,眾多學(xué)者對(duì)其沉積演化、沉積微相類(lèi)型、砂體形態(tài)做了諸多研究,取得了一系列進(jìn)展(鄒才能等,2008;趙偉等,2011;尹太舉等,2014;施輝等,2015;Xi Kelai et al., 2015; 呂傳炳等,2016;馮文杰等,2017;呂端川等,2020;梁曉偉等,2022)。研究區(qū)永進(jìn)—莫西莊地區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地腹部偏西,在侏羅系三工河組沉積期發(fā)育典型的粗粒淺水三角洲沉積,近年來(lái)對(duì)其周緣的中部地區(qū)、東部將軍戈壁、阜康凹陷、莫北地區(qū)、瑪湖凹陷的侏羅系三工河組的沉積特征、沉積相、層序地層、油氣成藏進(jìn)行了一系列的研究(Li Shunli et al., 2014; Feng Youliang et al., 2015;陶國(guó)亮等,2008;馮庚等,2022;厚剛福等,2022),但是對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地腹部永進(jìn)—莫西莊地區(qū)侏羅系三工河組二段層序劃分、沉積相識(shí)別、物源追溯、砂體構(gòu)型及儲(chǔ)層物性的認(rèn)識(shí)存在分歧(許淑梅等,2020;孔家豪等,2022;王金鐸等,2022),制約著本區(qū)油氣資源的進(jìn)一步勘探開(kāi)發(fā)。

針對(duì)上述問(wèn)題,筆者等利用準(zhǔn)噶爾盆地永進(jìn)—莫西莊地區(qū)鉆遇三工河組38口井的取芯、測(cè)井及錄井資料,結(jié)合巖芯地質(zhì)觀察、巖石鑄體薄片觀察、掃描電鏡分析和壓汞分析等資料,基于沉積學(xué)、層序地層學(xué)、沉積盆地分析及儲(chǔ)層沉積學(xué)的基本原理和方法,在五級(jí)層序地層框架之下,系統(tǒng)分析了侏羅系三工河組二段物源方向、類(lèi)型、遠(yuǎn)近、砂體構(gòu)型與儲(chǔ)層物性之間的關(guān)系,以此深化對(duì)三工河組二段物源、沉積體系及儲(chǔ)層物性之間的關(guān)系的認(rèn)識(shí)。

1 研究區(qū)的大地構(gòu)造及侏羅系層序地層

準(zhǔn)噶爾盆地位于西伯利亞板塊、哈薩克斯坦板塊與天山褶皺造山帶之間(eng?r et al., 1993; Jahn et al., 2004; He Dengfa et al., 2018),是自石炭紀(jì)至第四紀(jì)發(fā)育的多期疊合盆地(趙淑娟等,2014; Li Xiaogang et al., 2023)?，F(xiàn)今盆地周緣主要為略呈三角形的古生代弧盆及裂谷系所圍繞:西北部是泥盆紀(jì)洋殼殘片和石炭紀(jì)板內(nèi)裂谷系組成扎伊爾山和晚古生代島弧及巖漿弧帶哈拉阿拉特山;東部為石炭紀(jì)紅海裂谷及晚古生代弧盆系組成的克拉美麗山;南部為由震旦—二疊紀(jì)弧盆裂谷系組成的北天山(徐學(xué)義等,2016)。研究區(qū)莫西莊—永進(jìn)地區(qū)處于準(zhǔn)噶爾盆地腹部偏西,構(gòu)造上歸屬準(zhǔn)噶爾腹部的中央凹陷帶(圖1a)。主體部分位于盆1井西凹陷與昌吉凹陷北斜坡,東西兩側(cè)為莫索灣水下隆起、中拐水下隆起和達(dá)巴松水下隆起。研究區(qū)內(nèi)自北向南分為四個(gè)小區(qū):沙窩地、莫西莊、征沙村和永進(jìn)(圖1b)。

依據(jù)巖性組合及湖平面變化,以征11井為例,將下侏羅統(tǒng)三工河組劃分為4個(gè)四級(jí)層序,其中第一層序?yàn)槿ず咏M一段(J1s1)半深湖沉積,主要為灰色、深灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖與細(xì)砂巖互層沉積,具有“泥包砂”特征;三工河組二段下亞段(J1s21)(4424.40 m)下部為水下分流河道滯留沉積,巖性為灰色含礫粗砂巖,礫石成分為灰?guī)r,結(jié)構(gòu)成熟度高,成分成熟度低;上部(4420.90 m)為河口壩遠(yuǎn)端沉積,巖性為灰色油斑中砂巖,沙波層理,雙粘土層清晰不連續(xù),潮汐作用顯著,總體具有“滿(mǎn)盆砂”的特征。三工河組二段上亞段(J1s22)下部(4412.60 m)為灰色中砂巖,楔狀層理,河流化作用顯著,是水下分流河道心灘沉積,上亞段上部(4409.75 m)為灰色中砂巖,沙紋層理,雙粘土層較清晰,弱潮作用,河口壩遠(yuǎn)端沉積,總體具有“砂包泥”特征。三工河組三段(J1s3)為一套深湖亞相灰色泥巖,夾有零星的灰色薄層粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖,總體具有“滿(mǎn)盆泥極少砂”為特征(圖1c)。

通過(guò)對(duì)研究區(qū)三工河組巖芯觀察,發(fā)現(xiàn)不同期次砂層間具有明顯的退積疊加特征,鑒于此種現(xiàn)象,所以在層序劃分上不能機(jī)械的套用常規(guī)的陸相盆地的“三分”或“二分”的體系域劃分模式,而是采用“旋回沉積”來(lái)劃分研究區(qū)地層層序。這種方法與非常規(guī)體系域中“T—R層序模式”(Zecchin, 2007)的思路一致,但是本文中未完全套用此模式,研究區(qū)三工河組屬于“T層序模式”,缺少“R層序模式”。這種模式在前人的研究中也有涉及,比如在美國(guó)馬里蘭州中新統(tǒng) Calvert Cliffs 沉積序列、南美厄瓜多爾Canoa盆地更新統(tǒng)Tablazo組沉積序列以及意大利Crotone盆地上更新統(tǒng)Belvedere組沉積序列采用“T層序模式”劃分(Catuneanu et al., 2013),因此,本文中也對(duì)三工河組采用退積式層序地層劃分方法(圖2)(許淑梅等,2020)。

2 研究區(qū)三工河組物源體系分析

物源是沉積相研究和盆地分析的非常關(guān)鍵的問(wèn)題之一。因?yàn)檠芯繀^(qū)位于盆地腹地稍偏西位置,更增加了物源分析和認(rèn)識(shí)的難度,過(guò)去基于古地勢(shì)的分析結(jié)果,認(rèn)為沙窩地沉積物來(lái)自扎伊爾山,莫西莊、征沙村和永進(jìn)沉積受哈拉阿拉特山影響(張?jiān)混o,2012;焦國(guó)華等,2023)。本次研究利用巖心及鏡下巖屑、砂泥厚度及砂泥厚度比等資料,結(jié)合前人研究成果進(jìn)行深入研究。

通過(guò)(圖1a)可知,扎伊爾山屬泥盆系洋殼殘片和石炭系板內(nèi)裂谷系,主要發(fā)育中酸性巖漿巖、火山碎屑巖與沉積巖;哈拉阿拉特山屬下古生界島弧及巖漿弧帶,巖性以中酸性巖漿巖為主;克拉美麗山屬石炭系紅海式裂谷及下古生界弧盆系,由沉積巖及中酸性巖漿巖、火山碎屑巖等組成(徐學(xué)義等,2016)。因缺少永進(jìn)巖心資料,所以通過(guò)其它地區(qū)巖心及巖屑鏡下觀察,發(fā)現(xiàn)莫西莊礫石主要為碳酸鹽巖(灰?guī)r、白云巖),其次是碎屑巖(砂巖、粉砂巖、泥巖)和火山碎屑巖(凝灰?guī)r),巖漿巖(花崗巖、粗面巖、細(xì)晶巖)及變質(zhì)巖(板巖、石英巖)相對(duì)較少,征沙村及沙窩地礫石巖屑成分類(lèi)型與莫西莊相似。三個(gè)區(qū)塊礫石主要巖屑成分均具有很強(qiáng)的復(fù)合性(圖3)。

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地永進(jìn)—莫西莊地區(qū)侏羅系三工河組巖屑代表性照片F(xiàn)ig. 3 Detrital Photographs of rock cores and cuttings from the Sangonghe Formation in the Junggar Basin(a) 沙1井, J1s21, (3662.95 m), 含礫粗砂巖(巖屑為灰?guī)r、白云巖、花崗巖等); (b) 征1-1井, J1s22, (4786.95 m)含礫粗砂巖(巖屑為灰?guī)r、白云巖、花崗巖等); (c) 莊105井, J1s21 (4387.90 m), 含礫粗砂巖(巖屑為灰?guī)r、白云巖等). (d) 征1-2井,(4799.80 m),砂礫巖 (巖屑為灰?guī)r、花崗巖和石英等); (e) 莊105井, J1s21(4383.79m)含礫巖屑砂巖(-),(巖屑為花崗巖、火山凝灰?guī)r); (f) 莊105井J1s21,(4383.79 m)含礫巖屑砂巖(+),(巖屑為花崗巖、火山凝灰?guī)r); (g) 莊102井, J1s21 (4305.15 m)含礫巖屑砂巖(-), (巖屑為花崗巖、粉砂質(zhì)泥巖、粗面巖、火山凝灰?guī)r等) ; (h) 莊102井, J1s21 (4305.15 m)含礫巖屑砂巖(+),(巖屑為花崗巖、粉砂質(zhì)泥巖、粗面巖、火山凝灰?guī)r等)(a) Sha 1-Well, J1s21, (3662.95 m), gravel-bearing coarse sandstone, (detritus are limestone, dolostone and granite, etc); (b) Zheng 1-1 Well, J1s22, (4786.95 m), gravel-bearing coarse sandstone, (detritus are limestone, dolostone and granite, etc); (c) Zhuang-105 Well, J1s21 (4387.90 m), (detritus are limestone, dolostone); (d) Zheng 1-2 Well, (4799.80 m), glutenite, (detritus are limestone, granite and quartz, etc); (e) Zhuang-105 Well, J1s21(4383.79 m), gravel-bearing lithic sandstone, (detritus are granite and volcanic tuff),(-); (d) Zhuang-105 Well, J1s21(4383.79 m), gravel-bearing lithic sandstone, (detritus are granite and volcanic tuff),(+); (g) Zhuang-102 Well, J1s21, (4383.79 m), gravel-bearing lithic sandstone, (detritus are granite, siliceous mudstone, trachyte and volcanic tuff), (-); (h) Zhuang-102 Well, J1s21, (4383.79 m), gravel-bearing lithic sandstone, (detritus are granite, siliceous mudstone, trachyte and volcanic tuff), (+)

通過(guò)對(duì)比,研究區(qū)沉積物巖屑成分組合類(lèi)型與克拉美麗山及扎伊爾山相近,推測(cè)研究區(qū)沉積物來(lái)自該兩處物源。至于哈拉阿拉特山是否為研究區(qū)的物源,結(jié)合前人對(duì)該區(qū)沉積體系分布特征的認(rèn)識(shí),發(fā)現(xiàn)哈拉阿拉特山在SSE方向輸運(yùn)沉積物過(guò)程中,受到了研究區(qū)西北部湖泊的阻隔,致使沉積物無(wú)法到達(dá)永進(jìn)—莫西莊地區(qū),因此推斷哈拉阿拉特山不是本區(qū)物源。而且根據(jù)沉積體系分布特征可知(匡立春等,2013),西北部扎伊爾山沉積物運(yùn)輸是直接經(jīng)過(guò)沙窩地搬運(yùn)到研究區(qū)腹部的,沒(méi)有大的方向轉(zhuǎn)變,所以不會(huì)對(duì)莫西莊、征沙村與永進(jìn)地區(qū)產(chǎn)生明顯影響,沉積物主要是來(lái)自東部克拉美麗山(圖4)。

圖4 準(zhǔn)噶爾盆地侏羅系三工河組二段上亞段(a)和下亞段(b)沉積體系分布(據(jù)匡立春等,2013修改)Fig. 4 The sedimentary system of the upper 2nd Member (a) and the lower 2nd Member (b) of the Jurassic Sangonghe Formation in the Junggar Basin (modified from Kuang Lichun et al., 2013)

結(jié)合已有的地震剖面可知(匡立春等,2013),古隆起處地層厚度較薄,兩側(cè)地層相對(duì)較厚,而且發(fā)育的砂體具有向古隆起超覆的特征,說(shuō)明水下古隆起已經(jīng)影響到盆地內(nèi)部三工河組沉積物的分散和沉積,制約了沉積體系分布和砂體展布特征。三工河組二段沉積時(shí)期,腹部地區(qū)在莫索灣和石東地區(qū)存在水下古隆起,對(duì)物源起到了分隔、阻擋作用,如石東地區(qū)的水下隆起,使得東部物源體系受到阻擋,向西南方向轉(zhuǎn)移,呈支狀向西部的盆1井西凹陷和南部運(yùn)移,南部的分支河道在莫索灣地區(qū)受到水下隆起的阻擋分隔作用,沿隆起北翼和東翼分成兩支。

利用砂泥厚度及砂泥比能夠大致了解莫西莊、沙窩地、征沙村及永進(jìn)距離物源遠(yuǎn)近的關(guān)系。通過(guò)表1分析對(duì)比得知,莫西莊J1s21地層砂泥比總體比征沙村大,永進(jìn)J1s21地層砂泥比略低于莫西莊,征沙村J1s22地層砂泥比高于永進(jìn)。因此可大致推斷,莫西莊、征沙村和永進(jìn)沉積物來(lái)自同一物源,而沙窩地受另一物源區(qū)影響。

表1 準(zhǔn)噶爾盆地永進(jìn)—莫西莊地區(qū)三工河組單井各段砂泥厚度及砂泥比Table 1 Sandstone and mudstone thickness and sand—mud ratio of the Jurassic Sangonghe Formation in Yongjin—Moxizhuang region of the Junggar Basin

綜上分析推斷,永進(jìn)—莫西莊地區(qū)侏羅系三工河組沉積物主要來(lái)自西北部和東部。莫西莊、征沙村和永進(jìn)沉積受克拉美麗山物源區(qū)影響,沙窩地沉積物來(lái)自扎伊爾山(克拉瑪依)物源區(qū)。

3 研究區(qū)砂體空間組合樣式

依單砂體厚度、測(cè)井曲線形狀及組合樣式、巖心描述進(jìn)行不同旋回砂體組合樣式劃分(許淑梅等,2022)。 第一旋回砂體疊置樣式為半深湖灘壩組合。垂向上灘壩砂體厚度一般不大,呈薄層條帶狀,側(cè)向延伸遠(yuǎn)。其巖性主要為粉砂巖或泥質(zhì)粉砂巖,部分為細(xì)砂巖。測(cè)井曲線為低平鋸齒狀;第二旋回的4個(gè)五級(jí)亞旋回對(duì)應(yīng)4個(gè)砂組(第1砂組～第4砂組),砂體組合樣式包括河道強(qiáng)沖刷疊置砂體、河道較強(qiáng)沖刷疊置砂體、河道弱沖刷疊置砂體和河口壩組合砂體。第1～2砂組河道控厚砂,單層水下分流河道砂體一般較厚,可達(dá)到數(shù)米,GR測(cè)井曲線呈低幅箱狀;巖性包括砂礫巖、粗—中砂巖及細(xì)砂巖;河道(較)強(qiáng)沖刷疊置組合厚度大(多為30～60 m)、分布廣。第3～4砂組主要為河道弱沖刷疊置和河口壩組合砂體,厚度變化范圍大,巖性主要為中—細(xì)砂巖、粉砂巖。河道GR測(cè)井曲線呈鐘形,河口壩GR測(cè)井曲線呈高幅漏斗狀(圖2)。

在物源研究基礎(chǔ)上,結(jié)合單井沉積微相圖和連井沉積微相剖面圖,分析永進(jìn)—莫西莊地區(qū)侏羅系三工河組形成時(shí)期相帶展布特征及演化規(guī)律。①J1s1沉積時(shí)期沉積相平面展布:第1旋回形成于高湖平面期,相對(duì)湖平面快速升高,為半深湖環(huán)境。盆地腹地砂體不連片分布。灘壩主要分布在莫西莊地區(qū),沙窩地、征沙村和永進(jìn)砂體較發(fā)育。②J1s21沉積時(shí)期沉積相平面展布:第2旋回能夠劃分為4個(gè)亞旋回。辮狀河三角洲沉積非常發(fā)育,砂體厚度大,形成4個(gè)砂組(第1～4砂組)。沉積微相類(lèi)型為水下分流河道、河道間灣、河口壩、壩間灣,為濱湖沉積。第1砂組沉積時(shí)相對(duì)湖平面降低形成最低湖平面期,河道回春,盆地腹部水下分流河道砂體連片發(fā)育,形成強(qiáng)沖刷河道砂體疊置及少量分流間灣,微相類(lèi)型單一(圖1c,圖5a);第2砂組沉積時(shí)湖平面稍微升高,水下分流河道稍有回退,砂體連片發(fā)育,形成較強(qiáng)沖刷河道砂體疊置及少量分流間灣,微相單一(圖1c,圖5b);第3砂組形成時(shí)湖平面繼續(xù)升高,三角洲退積,河道持續(xù)回退變窄,砂體連片發(fā)育,形成弱沖刷河道砂體疊置(圖1c,圖5c);第4砂組形成時(shí)三角洲進(jìn)一步退積,水下分流河道回撤并縮短變窄,河道前端發(fā)育河口壩,砂體基本連片,形成河口壩砂體疊置。河口壩分布較廣泛,只在莊6、莊7、征2、永3、沙2、準(zhǔn)沙5等井不可見(jiàn)(水下分流河道發(fā)育)(圖1c,圖5d)。③J1s22沉積時(shí)期沉積相平面展布:第3旋回包含3個(gè)亞旋回(古隆起井區(qū)為2個(gè))。砂體厚度較小,除征1井附近為2個(gè),大部分井可劃分3個(gè)砂組(第5～7砂組)。沉積微相類(lèi)型包括水下分流河道、遠(yuǎn)砂壩及席狀砂。第5砂組沉積時(shí)期,湖平面先是快速降低,三角洲有一定的回春,形成弱沖刷河道砂體疊置及少量分流間灣,微相單一,砂體連片分布,但沉積范圍較第1～2砂組縮小(圖1c,圖6f);隨后,在第6砂組形成時(shí),隨著湖平面升高,三角洲逐漸退積萎縮,河道寬度和砂體厚度減薄,河道前緣發(fā)育遠(yuǎn)砂壩—席狀砂砂體疊置,征沙村井仍為河道沉積,連片性變差(圖1c,圖6g);第7砂組形成時(shí),相對(duì)湖平面繼續(xù)上升,為淺湖環(huán)境。三角洲繼續(xù)萎縮,河道寬度和砂體厚度持續(xù)減薄。征3、征6井仍為河道沉積,其余地區(qū)井均為遠(yuǎn)砂壩—席狀砂,形成遠(yuǎn)砂壩—席狀砂砂體疊置(圖1c,圖5h)。④J1s3沉積時(shí)期沉積相平面展布:第4旋回形成于最高湖面期,相對(duì)湖平面快速升高,為深湖環(huán)境。三角洲逐漸萎縮消亡,盆地腹地發(fā)育不連片的灘壩砂,灘壩零星分布。

圖5 準(zhǔn)噶爾盆地三工河組二段淺水辮狀河三角洲前緣構(gòu)型要素類(lèi)型與識(shí)別標(biāo)志Fig. 5 The shallow water braided delta front architecture element types and their identification signs of the 2nd Member of the Jurassic Sangonghe Formation in the Junggar Basin

4 物源對(duì)三工河組二段儲(chǔ)層物性的影響

物源的遠(yuǎn)近影響了沉積微相的分布,而沉積微相是影響砂體物性及儲(chǔ)層的物質(zhì)基礎(chǔ)。研究區(qū)根據(jù)物源由近及遠(yuǎn),劃分出水下分流河道、河口壩、遠(yuǎn)砂壩、席狀砂和前緣泥沉積微相(圖5)。將沉積微相與各砂組砂巖厚度和孔滲結(jié)合分析統(tǒng)計(jì),三工河組二段第1砂組以強(qiáng)水下分流河道砂體為主,多以粗粒碎屑砂巖組成,各井平均孔隙度在8.6%～13.53%,平均滲透率在1.33×10-3μm2～9.75×10-3μm2,是有利的油氣儲(chǔ)集體;第2砂組以較強(qiáng)水下分流河道砂體為主,各井平均孔隙度為7.33%～14.6%,平均滲透率在1.36×10-3μm2～27.12×10-3μm2,是有利的油氣儲(chǔ)集體;第3砂組以弱沖刷分流河道砂體為主,各井平均孔隙度為5.78%～17%,平均滲透率在0.4×10-3μm2～239.23×10-3μm2,儲(chǔ)集性增強(qiáng);第4砂組以河口壩砂體為主,各井平均孔隙度為7.41%～15.49%,平均滲透率在0.51×10-3μm2～48.2×10-3μm2,儲(chǔ)集性好;第5砂組為以弱沖刷分流河道砂體為主,各井平均孔隙度為4.48%～15.43%,平均滲透率在0.66×10-3μm2～23.92×10-3μm2,儲(chǔ)集性很好;第6砂組以分流河道—遠(yuǎn)砂壩—席狀砂砂體為主,各井平均孔隙度為4.94%～15.88%,平均滲透率在0.01×10-3μm2～20.03×10-3μm2,儲(chǔ)集性較差;第7砂組以遠(yuǎn)砂壩—席狀砂—前緣泥砂體為主,僅在征2井有空隙與滲透率數(shù)據(jù),儲(chǔ)集性極差(圖6)。

由此可見(jiàn),近源高能環(huán)境下形成的水下分流河道砂體,砂、礫被強(qiáng)烈淘洗致使粒間雜基含量低,原生孔隙保存較好,孔喉結(jié)構(gòu)主要為中粗喉型,且砂體發(fā)育面積廣、厚度大,儲(chǔ)層物性最好。其次為中源河口壩砂體,次生孔隙發(fā)育,孔喉結(jié)構(gòu)主要為較細(xì)喉型,儲(chǔ)層物性相對(duì)較好,遠(yuǎn)源遠(yuǎn)砂壩席狀砂砂體孔隙度滲透率較低,次生孔隙發(fā)育較差,孔喉結(jié)構(gòu)以細(xì)喉型和微喉型為主,物性較差。除了物源的影響之后,后期的成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性也有影響,如研究區(qū)四個(gè)小區(qū)的埋藏差異對(duì)壓實(shí)作用的影響、膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)層的破壞、“冷”盆低溫梯度延緩壓實(shí)作用的進(jìn)程、隔夾層分布等對(duì)儲(chǔ)層非均質(zhì)性都有影響(王金鐸等,2022),但是,物源的方向、類(lèi)型及遠(yuǎn)近直接控制了沉積微相的類(lèi)型、分布及砂體構(gòu)型,間接影響了儲(chǔ)層物性的好壞。

5 物源、砂體構(gòu)型與儲(chǔ)層性質(zhì)的關(guān)系

在區(qū)域大地構(gòu)造上,下侏羅統(tǒng)三工河組沉積期介于南部羌塘板塊碰撞后與北部鄂霍茨克洋關(guān)閉之前(Van der Voo et al., 2015; Yang Yongtai et al., 2015; Fritzell et al., 2016; Ma Anlin et al., 2017)。從早侏羅世到早白堊世,碎屑鋯石年齡結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出從復(fù)雜趨向單一的特征,早侏羅世,鋯石年齡均有分布于450～210 Ma之間的寬闊范圍,三工河組出現(xiàn)200～160 Ma、490～460 Ma年齡(李忠等,2012),表明古地貌平緩,天山隆升減弱,均衡剝露,多個(gè)構(gòu)造—巖石單元(天山加里東造山帶、準(zhǔn)噶爾盆地北部)向準(zhǔn)噶爾盆地南緣提供物源。從晚侏羅世到早白堊世,鋯石年齡主要由310～250 Ma組成,且基底物源增加(李忠等,2012),暗示早白堊世之后天山顯著隆升,盆—山格局凸顯。

根據(jù)準(zhǔn)噶爾盆地周緣造山帶磷灰石裂變徑跡年齡數(shù)據(jù),可發(fā)現(xiàn)中—新生代以來(lái)盆地周緣具2次顯著隆升,分別在160～145 Ma(晚侏羅世—早白堊世)與25Ma(新生代中新世)兩個(gè)時(shí)期。在早侏羅世硫磺階(三工河組沉積期)識(shí)別出5期程度不同的隆升事件,對(duì)應(yīng)的時(shí)間分別為174±14 Ma、176±13 Ma、178±11 Ma、184±23 Ma和187±19 Ma(郭召杰等,2006;沈傳波等,2008;Yuan Wanming et al.,2009)。筆者等認(rèn)為176～178 Ma、184～187 Ma分別為盆地兩次構(gòu)造隆起的時(shí)間,因此,鋯石及磷灰石年齡特征表明:侏羅紀(jì)時(shí),準(zhǔn)噶爾盆地具有淺水、低可容納空間、快速抬升—緩慢幕式沉降等特點(diǎn)。

早侏羅世,準(zhǔn)噶爾盆地為緩坡背景下的半敞流湖盆,水體整體淺,小幅度的構(gòu)造活動(dòng)都能夠?qū)杩扇菁{空間造成明顯的影響,在垂向上表現(xiàn)為相對(duì)湖平面的升降變化。當(dāng)盆地基底抬升時(shí),湖水外流,相對(duì)湖平面下降,可容納空間減小;反之,在盆地基底沉降時(shí),相對(duì)湖平面相對(duì)上升,可容納空間隨之增大。

本研究認(rèn)為,侏羅系三工河組沉積期,準(zhǔn)噶爾盆地具快速湖退與緩慢湖進(jìn)的變化規(guī)律,具體表現(xiàn)為:第1旋回盆地基底逐漸沉降,相對(duì)湖平面緩慢上升,湖岸線向盆地邊緣遷移,可容納空間增大,研究區(qū)最大水深處為半深湖環(huán)境(圖1c);在三工河組一段與二段界面為湖平面快速降低與盆地基底迅速抬升,無(wú)沉積作用;第2旋回初期盆地基底迅速抬升,導(dǎo)致相對(duì)湖平面快速降低至最低處,湖岸線向盆地中心方向移動(dòng),河流回春,可容納空間驟減至最小。隨后基底緩慢沉降,相對(duì)湖平面緩慢升高,岸線向陸退縮,可容納空間逐漸增大,研究區(qū)最深處演變?yōu)闉I湖。該旋回內(nèi)形成4個(gè)退積式砂組。三工河組二段下亞段沉積期為最低湖平面期,形成第1砂組退積式近源河道強(qiáng)沖刷疊置砂體,儲(chǔ)集性較好(圖7a);隨著湖平面逐漸升高,在次低湖平面期,水下分流河道稍有回退,形成第2砂組退積式遠(yuǎn)源河道強(qiáng)沖刷疊置砂體,儲(chǔ)集性較好(圖7b); 隨著湖平面繼續(xù)升高, 三角洲發(fā)生退積,形成第3砂組退積式中源河道弱沖刷疊置砂體,儲(chǔ)集性好(圖7c);之后形成第4砂組退積式河口壩組合砂體,儲(chǔ)集性好(圖7d);三工河組二段下亞段與上亞段界面處于湖平面降低與盆地基底抬升時(shí)期,無(wú)沉積作用發(fā)生;第3旋回伊始盆地基底再次快速隆升,相對(duì)湖平面再次急劇下降,湖岸線向盆地中心遷移,河流稍有回春,但降低幅度和河道規(guī)模不及第2旋回,可容納空間減小。之后基底緩慢沉降,相對(duì)湖平面逐漸上升,岸線向陸退縮,可容納空間擴(kuò)大,研究區(qū)最深處演變?yōu)闇\湖。該旋回內(nèi)一般形成3個(gè)退積式砂組,古隆起處則為2個(gè)砂組三工河組二段上亞段沉積期為湖平面逐漸升高過(guò)程,形成第5砂組退積式河道弱沖刷,儲(chǔ)集性較好(圖7e);隨著物源距離增大,第6砂組為河口壩沉積,儲(chǔ)集性變差(圖7f);隨著湖平面的升高,形成第7砂組遠(yuǎn)源低能遠(yuǎn)砂壩與席狀砂組合,儲(chǔ)集性最差(圖7g):第4旋回盆地基底繼續(xù)沉降,相對(duì)湖平面快速上升至最高位置,湖岸線繼續(xù)向盆緣方向遷移,可容納空間達(dá)到最大,三工河組三段為最高湖平面期,三角洲逐漸消亡,為半深湖環(huán)境(圖1c)。

圖7 準(zhǔn)噶爾盆地永進(jìn)—莫西莊地區(qū)侏羅系三工河組二段退積模式圖Fig. 7 The J1s2 retrogradation model of the Yongjin—Moxizhuang region of the Junggar Basin

6 結(jié)論

(1)陸相湖盆淺水三角洲退積序列的形成主要受控于低山的古地形背景、快速抬升—緩慢沉降的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、物源供給、敞流湖盆的水動(dòng)力特征等多種地質(zhì)因素及其綜合作用。

(2)其中,物源的遠(yuǎn)近、類(lèi)型及變化不僅影響了沉積微相的空間展布,而且也影響了砂體的儲(chǔ)集性?xún)?yōu)劣。河道強(qiáng)沖刷疊置砂體見(jiàn)于第1、2砂組,分支河道強(qiáng)烈沖刷,導(dǎo)致河道砂體疊置,砂體全區(qū)穩(wěn)定分布,儲(chǔ)集性較好。河道弱沖刷疊置砂體見(jiàn)于第3、5砂組,分支河道沖刷不明顯,形成河道“二元結(jié)構(gòu)”,儲(chǔ)集性好;河口壩組合砂體見(jiàn)于第4砂組,在三角洲退積過(guò)程中水下分流河道末端形成河口壩,砂體不連續(xù),儲(chǔ)集性好,遠(yuǎn)砂壩席狀砂組合砂體見(jiàn)于第6、7砂組,砂體零星分布,儲(chǔ)集性很差。