柴達木盆地古近系沉積相研究

柴達木盆地位于青藏高原東北部，是一個構造層重疊的復合積盆地。盆地西高東低,西寬東窄,沿北西西-南東東方向延伸,四周被阿爾金山、祁連山、昆侖山所環繞,盆地總面積為12.1×104km2。古近系廣泛分布,出露良好,是柴達木盆地最重要的含油氣層系之一,剩余油氣資源豐富,勘探潛力巨大。對于柴達木盆地的沉積相研究,前人已經取得了很多研究成果,主要包括3大方面:一是層序地層學與沉積相方面的研究,二是沉積相特征及其主控因素方面的研究[5,6,7,8,9,10,11,12,13],三是沉積相與儲層評價、儲層形成的主控因素等方面的研究。這些研究大多采用定性的方法,并且研究工作主要集中在柴西、柴北緣等局部地區,而將柴達木全盆地作為一個整體的巖相古地理研究程度較低,沉積相劃分較粗。筆者以三級層序為單元,采用單因素分析多因素綜合作圖法,進行全盆地沉積相綜合研究,對于明確優質烴源巖和儲層的空間分布規律、尋找有利勘探方向具有重要意義。1柴達木盆地古近系柴達木盆地古近系在盆地內廣泛分布,自下而上劃分為路樂河組(E1+2)、下干柴溝組下段(E31)和下干柴溝組上段(E32)3套地層。依據陸相湖盆層序地層劃分方法,利用野外露頭、鉆井巖心以及地球物理資料的層序地層識別標志,將柴達木盆地古近系劃分為6個三級層序(SQ1~SQ6)、12個體系域(表1)。其中,路樂河組對應于SQ1~SQ2,巖性以棕褐色、紫灰色礫巖、含礫砂巖為主,夾棕褐色、棕紅色砂巖、泥質粉砂巖及砂質泥巖,為一套洪泛平原、河流相紅色粗碎屑巖系。下干柴溝組下段對應于SQ3~SQ4,巖性以棕紅色砂礫巖、泥巖為主,基本上為一套洪泛平原-河流相紅色粗碎屑巖系,是盆地最主要的一套區域儲層。下干柴溝組上段對應于SQ5~SQ6,巖性以棕紅色、灰綠色泥巖為主,整體上為一套湖泊相細粒碎屑巖系。2柴達木盆地沉積相特征在前人研究基礎上,綜合野外露頭、巖心及地球物理資料,在柴達木盆地古近系共識別出7種沉積相類型,各沉積相類型及特征見表2。沖積扇相主要分布于盆地周緣的山前地帶,縱向上主要發育于路樂河組和下干柴溝組下段,巖性以紅褐色礫巖、砂礫巖為主,礫石常呈雜亂堆積(圖1(a))。扇三角洲是沖積扇直接入湖所形成的扇形堆積體,主要分布于阿爾金山前的陡坡地帶,其沉積主體為水下分流河道粗砂巖與砂礫巖,常發育中小型交錯層理、平行層理(圖1(b))。辮狀河在盆地周緣山前帶呈連片分布,河道下切作用明顯,常發育沖刷面,與下伏地層呈突變接觸,其垂向序列顯示了自下而上由砂礫巖向中粗砂巖和粉細砂巖變化的正旋回特征,常發育大型板狀、槽狀交錯層理及平行層理(圖1(c)、(d)、(f))。古近紀氣候干旱,在河道沉積之外發育有大規模的洪泛平原。洪泛平原地形平坦,河道稀少,處于長期暴露于大氣的強氧化環境,只有在發洪水時才被淹沒,其沉積物主要以紅色、棕褐色泥巖和泥質粉砂巖為主,具有微弱的水平層理,大多呈塊狀。由于研究區洪泛平原廣泛發育,故本次研究將其單獨作為柴達木盆地的一種沉積相類型列出。辮狀河直接入湖形成了辮狀河三角洲,主要分布于柴西的阿拉爾、大風山、躍進地區及柴北緣的鄂博梁、冷湖、馬海、南八仙等地區,并隨盆地中心的向東遷移而不斷向東進積,其最重要的識別特征是砂巖、礫巖夾灰色、灰綠色泥巖,常見平行層理與板狀交錯層理。柴達木盆地古近系湖相泥巖為暗色泥巖與薄層泥質粉砂巖、粉砂巖互層,缺乏大套厚層暗色泥巖,故研究區發育濱淺湖和半深湖亞相,深湖不發育。濱淺湖地處弱氧化—弱還原環境,以暗色泥巖、粉砂巖及細砂巖為主,常發育雙向交錯層理、脈狀、透鏡狀層理,生物擾動構造常見(圖1(e)、(g)、(h))。半深湖地處弱還原—還原環境,以暗色泥巖為主,常發育水平層理(圖1(i))。濁積扇是深水重力流成因的扇狀碎屑巖體,一般形成于半深湖—深湖環境,為沖積扇-扇三角洲滑塌再沉積所致。研究區在阿爾金山前的花土溝、咸水泉一帶的下干柴溝組上段發現濁積扇沉積,其特征為砂巖和礫巖夾于大套灰色、深灰色泥巖、泥灰巖中,分選差,大小混雜,常發育不完整的鮑馬層序或遞變層理。3柴達木盆地沉積相分布及演化規律以三級層序為研究單元,采用馮增昭提出的定量巖相古地理研究方法———單因素分析多因素綜合作圖法,選取了地層厚度、砂巖厚度、礫巖厚度、砂礫巖百分比、暗色泥巖百分比及碳酸鹽巖百分比等單因素,綜合編制柴達木盆地古近系定量的沉積相圖,總結各三級層序發育時期的沉積相分布特征及演化規律。3.1半深湖亞相沉積相路樂河組SQ1沉積時期為柴達木古近紀坳陷湖盆的形成時期。此時期青藏高原開始抬升,隨印度洋板塊向亞歐板塊俯沖過程中,盆地西部阿爾金山前和昆侖山前一帶相對沉降較快,形成坳陷湖盆,油砂山一帶為沉積沉降中心,發育半深湖亞相。根據地震資料和地層厚度推測旱參1井區也是沉降中心,發育半深湖亞相。半深湖外圍的獅子溝、干柴溝、咸水泉地區以及一里坪地區廣泛發育濱淺湖亞相。由于地形坡度較陡,在干柴溝、咸水泉地區,沖積扇直接入湖形成扇三角洲,沉積物以棕黃色砂礫巖與暗色泥巖互層為特征;昆侖山前的阿拉爾地區的辮狀河入湖形成小范圍的辮狀河三角洲;切克里克地區連片發育辮狀河。沖積扇沉積主要發育在阿爾金山前的月牙山、尖頂山、牛鼻子梁、鄂博梁地區以及柴北緣的路樂河、潛山、東臺1井區、尕西1和園丘1井區,沖積扇前端廣泛發育辮狀河,呈連片條帶狀分布。柴東地區此時期為超覆尖滅,未接受沉積。在盆地的其他地區則廣泛發育洪泛平原相的紅色碎屑沉積(圖2)。3.2柴北緣加里坪地區的沖積扇路樂河組上部SQ2時期,油砂山和一里坪地區仍然是沉積沉降中心,發育半深湖亞相;SQ2的濱淺湖面積較SQ1時期相比明顯擴大,阿爾金山前的濱淺湖范圍擴展到尖頂山、大風山及墩5井區,一里坪地區的濱淺湖范圍也有所擴大。柴西地區在阿爾金山前的月牙山、牛鼻子梁地區發育沖積扇,在咸水泉地區發育扇三角洲;由于濱淺湖面積擴大,尖頂山地區的辮狀河直接入湖形成辮狀河三角洲;與SQ1時期相比,阿拉爾地區的辮狀河三角洲消失,辮狀河直接過渡為洪泛平原;切克里克地區仍然發育辮狀河。柴北緣祁連山前發育沖積扇,主要分布在東臺1、尕西1和園丘1井區;沖積扇前端的冷湖地區、馬海地區及陵深1井區廣泛發育辮狀河,呈連片條帶狀分布。柴東地區此時期為超覆尖滅,未接受沉積。在盆地的其他地區則廣泛發育洪泛平原相的紅色碎屑沉積(圖3)。3.3棧型沖積扇沉積期阿拉爾地區及柴東地區下干柴溝組下段SQ3時期,阿爾金山前西段和一里坪地區發育湖泊相,其中建參1井區和旱參1井區是沉積沉降中心,發育半深湖亞相。柴西的阿拉爾地區及昆侖山前的切克里克地區廣泛發育辮狀河三角洲。扇三角洲主要分布于阿爾金山前的干柴溝、咸水泉和月牙山地區。沖積扇沉積主要分布于阿爾金山前的牛鼻子梁地區、柴北緣的路樂河、潛山、東臺1井區、馬海地區及園丘1井區以及柴南緣的烏圖美仁地區,這些沖積扇前端向盆地內部過渡為連片的辮狀河。柴東地區此時期為超覆尖滅,未接受沉積。在盆地內部的其他地區則廣泛發育洪泛平原相的紅色碎屑沉積(圖4)。3.4柴南緣加里坪地區的沉積體系下干柴溝組下段SQ4時期,湖泊面積明顯較SQ3時期增大,油砂山和一里坪地區仍然是該時期沉積沉降中心,發育半深湖亞相。油砂山地區的半深湖面積擴大到咸水泉、獅子溝地區,濱淺湖范圍向西擴展到阿爾金山邊緣,向南擴展到阿拉爾及切克里克地區,向北擴展到大風山地區,向東擴展到墩5、茫南1井區;一里坪地區的濱淺湖面積也較SQ3時期有明顯擴大。柴西地區阿爾金山前的干柴溝、咸水泉和月牙山等地區繼承性發育扇三角洲,牛鼻子梁地區發育沖積扇。阿拉爾地區的辮狀河入湖形成辮狀河三角洲。柴北緣祁連山前以辮狀河為主,較SQ3時期相比缺乏沖積扇沉積,冷湖附近的辮狀河入湖形成辮狀河三角洲。柴南緣的烏圖美仁地區發育沖積扇,沖積扇前端為連片狀的辮狀河沉積。柴東地區此時期仍然為超覆尖滅,未接受沉積。在盆地的其他地區則廣泛發育洪泛平原相的紅色碎屑沉積,以紅色泥巖、泥質粉砂巖沉積為主(圖5)。3.5油砂山地區半深湖沉積階段sq3—下干柴溝組上段SQ5沉積相特征下干柴溝組上段SQ5時期,柴達木盆地發生大范圍湖侵,湖泊面積明顯擴大,尤其是濱淺湖面積擴大,原來的兩個濱淺湖連成一片,成為一個大面積的濱淺湖。濱淺湖范圍向西已推進到達阿爾金山邊緣,向北到達大風山、鄂博梁地區,向南推進到昆侖山邊緣及彎參1井區,向東推進到冷湖-南八仙地區。半深湖仍然繼承性地分布在油砂山和一里坪地區,但面積較SQ4時期更大,同時油砂山地區半深湖中的建參1井區還發育灰質泥巖。一里坪地區的旱參1、旱2井區此時已發展為半深湖沉積。由于地形坡度大,月牙山地區的沖積扇入湖后很快進入半深湖形成濁積扇。阿爾金山西段連片發育扇三角洲,阿爾金山中段的尖頂山、大風山、鄂博梁地區主要發育辮狀河三角洲。柴北緣祁連山前仍然缺乏沖積扇沉積,主要發育辮狀河-辮狀河三角洲。柴南緣的烏圖美仁及其以西地區發育沖積扇-辮狀河。柴東地區此時期開始接受沉積,除了山前發育辮狀河外,大部分地區為洪泛平原。在盆地其他地區也廣泛發育洪泛平原相的紅色碎屑沉積(圖6)。3.6sq5沉積期柴東地區的沉積下干柴溝組上段SQ6時期,湖泊范圍又有所變化,主要是湖泊的南邊界由甘森地區退回到大風山地區,原來的落參1井區由濱淺湖相變為洪泛平原相;冷七2處的湖泊也向盆地內部退去,使冷七2井區由SQ5時期的辮狀河三角洲相變為洪泛平原相;牛鼻子梁地區的湖岸線直接推進到阿爾金山前,致使此處由SQ5時期的沖積扇-辮狀河-辮狀河三角洲直接變為辮狀河三角洲前緣。咸水泉、月牙山附近的半深湖中發育濁積扇。與SQ5時期相比,柴西阿拉爾地區由原來的扇三角洲變為辮狀河三角洲,冷湖及南八仙地區由原來的辮狀河三角洲變為辮狀河-洪泛平原。柴南緣的黃石、烏圖美仁地區發育沖積扇-辮狀河-洪泛平原。柴東地區除了山前發育辮狀河外,大部分地區為洪泛平原沉積。在盆地的其他地區也廣泛發育洪泛平原相的紅色碎屑沉積(圖7)。3.7柴達木盆地內生物群落運動和沉積演化構造作用控制了沉積中心的遷移,對柴達木盆地的沉積演化過程起著明顯的控制作用。古近紀由于燕山運動晚期及喜山運動早期的影響,盆地主要以旋轉扭張為主,處于弱斷陷階段,盆地內形成多個沉積-沉降中心,且沉積-沉降中心總體上有由南向北、由西向東遷移的規律。受盆地構造演化作用的控制,柴達木盆地古近系沉積經歷了水體由淺變深的演化過程。縱向上,自下而上隨著湖盆水域的不斷擴大,沖積扇、辮狀河沉積不斷退縮,濱淺湖沉積不斷擴大并向盆地邊部推進,相序上有沖積扇-辮狀河-辮狀河三角洲-濱淺湖-半深湖的變化,沉積物粒級總體由粗變細。平面上,受沉積物源和古地形的控制,沉積相分帶性明顯:在阿爾金山西段的山前陡坡帶主要發育扇三角洲-濁積扇-湖泊沉積體系,阿爾金山中段的山前緩坡帶主要發育沖積扇-辮狀河-辮狀河三角洲-湖泊沉積體系,柴北緣及柴東地區主要發育辮狀河-洪泛平原沉積體系。4柴達木盆地古近紀沉積特征(1)柴達木盆地古近系發育沖積扇、辮狀河、洪泛平原、扇三角洲、辮狀河三角洲、湖