柴达木盆地西南区古近系浅水三角洲形成条件及砂体特征

柴达木盆地西南区古近系浅水三角洲形成条件及砂体特征
施辉;刘震;张勤学;连良达;毛亚昆
【摘要】柴达木盆地西南区古近纪沉积时期古构造平缓,具备“盆浅湖阔”的古地貌特征;古气候以干旱到半干旱为主,母源区物理风化强烈,为大型浅水三角洲的沉积提供了充足的物质基础;同时,古水深约在10 m以内,相对湖平面变化相当频繁,水体来回动荡,说明柴西南区在古近纪具有发育浅水三角洲沉积的古地理环境.总体岩性
以中—细砂岩、粉砂岩、砾岩和含砾砂岩夹棕红色泥岩为主,粒度概率曲线多呈现
两段式的特征,具有丰富的反映强水动力成因的沉积构造和生物遗迹化石.依据气候
变化、相对湖平面变化和物源供给等方面的耦合关系,可以将研究区古近纪浅水三
角洲砂体形态分为树枝状、坨状和席状3种,大致对应于下干柴沟组下段、下干柴
沟上段和上干柴沟组的砂体形态特征.砂体的分布主要受七个泉、红柳泉、阿拉尔、昆北和XI号共5条规模较大的断裂坡折带及其派生的挠曲坡折带的影响,并将断裂坡折带分为逆源型和顺源型2种,在此基础上建立柴西南区古近纪构造坡折带控砂
模式.
【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2015(046)001
【总页数】11页(P188-198)
【关键词】浅水三角洲;古地理环境;砂体形态;柴西南
【作者】施辉;刘震;张勤学;连良达;毛亚昆
【作者单位】中国科学院地质与地球物理研究所油气资源研究重点实验室,北
京,100029;中国石油大学地球科学学院,北京,102269;中国石油大学地球科学学院,
北京,102269;中国石油青海油田分公司,甘肃敦煌,736202;中国石油大学地球科学学院,北京,102269;中国石油大学地球科学学院,北京,102269
【正文语种】中文
【中图分类】TE121.34
浅水三角洲是发育于水体较浅和构造相对稳定的台地、陆表海或地形平缓、整体缓慢沉降的坳陷湖盆中的一类三角洲[1−4]。

浅水三角洲的主要特征可以从3个方面来概括，分别是形成条件、沉积特征和砂体分布。

这种类型的三角洲常形成于基底稳定沉降、盆广坡缓和古水体较浅的地质背景条件下；沉积特征表现为岩性较细，成熟度中等，牵引流特征为主，具有丰富的强水动力沉积构造，生物扰动强烈；发育的砂体以分流河道为骨架，薄而广泛，常纵横叠置，是岩性油气藏勘探的重要目标[5−10]。

目前，浅水三角洲的分类主要存在2种方案：第一种是主要依据于三角洲前缘倾斜的坡度大小，即是否发育Gilbert三层结构为标准，如Postma划分的传统型与河口坝型2种亚类共8种浅水三角洲端元[3]和引入供源体系(冲积扇、辫状河和曲流河)的毯式和Gilbert式2种亚类共6种浅水三角洲类型[11]；另一种分类方案是以浅水三角洲所发育的砂体形态为标准，主要可以分为席状、坨状和枝状3种亚类，并对应于湖盆湖平面变化的不同时期[7]。

国内学者自20世纪80年代开始对浅水三角洲进行研究，主要分析了松辽盆地[6, 9, 12]、鄂尔多斯盆地[11, 13]、渤海湾盆地[14−15]和四川盆地[16]等主要含油气盆地的浅水三角洲沉积特征、相模式、砂体及有利储层分布和岩性圈闭成藏规律。

由于浅水三角洲发育的背景、动力机制和沉积相带组合所受到的控制因素较多，在一些问题上还存在着一些争议，如浅水三角洲形成与盆地构造演化的耦合关系、浅水三角洲形成时古水深的界定、河口坝发育的程度等。

柴达木盆地西南区主要发育了阿尔金山前的冲积扇—扇三角洲沉积体系与祁漫塔格山前阿拉尔河辫状河—三角洲—滨浅湖沉积体
系[17]。

张昌民等[18]利用密井网资料对跃进地区古近系和新近系砂体进行解剖时发现，柴西南地区所发育的三角洲沉积体系属于极浅水湖盆三角洲，不同构造部位在相同的时期内却具有2种完全不同的砂体分布形态，上盘以连片分布砂体为特征，而下盘的砂体表现为相对局限的窄条状砂体分布。

尽管前人已经提出柴西南区发育过浅水三角洲，但是，系统地对柴西南区浅水三角洲发育的古地理环境以及沉积特征的研究还不够完善，本文作者针对此问题，结合全区地质、地球物理资料和化验分析资料，对古近纪沉积时期的古地形、古气候及古水深进行综合地分析，建立走滑挤压拗陷型盆地浅水三角洲的控砂模式，以便为柴西南区岩性油气藏的勘探提供理论依据。

1 区域地质背景
柴达木盆地西南区夹持于盆地西北的阿尔金山和西南的祁漫塔格山之间，东北部以XI号断裂为界，东抵东柴山，面积约7 500 km2，是一个新生代发育的前陆拗陷
区(图1)。

柴西南区油气资源是柴达木盆地目前发现油田最多、储量丰度最高的地区，截至2009年底，该区已探明油气储量约2.77×108 t，探明率仅为22%，其岩性油气藏的勘探潜力较大。

区内新生代地层发育齐全，自下而上有古近系路乐河组(E1+2)、下干柴沟组下段(E31)、下干柴沟组上段(E32)、上干柴沟组(N1)，新近系下油砂山组(N21)、上油砂山组(N22)、狮子沟组(N23)，第四系七个泉组
(Q3+4)，主要勘探目的层为路乐河组(古新世—早始新世，54~44 Ma)、下干柴
沟组下段(中始新世，44~38 Ma)、上干柴沟组(晚始新世—渐新世，31~22 Ma)
及下油砂山组(早—中中新世，22~15 Ma)[19]。

柴西地区构造非常复杂，自古近纪以来一直受到盆地南缘昆仑山—祁漫塔格山逆
冲断裂系和西北的阿尔金左旋走滑断裂系的联合制约，从而形成该区NWW和NEE向2组断裂格架。

这2组断裂格架将柴西分为了昆北断隆构造带、尕斯—扎
哈泉断褶构造带、英雄岭滑脱断褶构造带和中央拗陷带共4个二级构造区[19−20]，
其中由昆北断层、阿拉尔断层(包括阿拉尔东断层)、红柳泉断层、XI号断层、III号断层、绿东断层和XIII号断层所组成的昆北断隆构造带和尕斯—扎哈泉断褶构造带构成了柴西南区的主体(图1)。

2 浅水三角洲发育背景
柴西南区古近纪之所以能发育大型浅水三角洲沉积，主要是该沉积时期区内构造平缓导致盆浅湖阔，并且古水深极浅，干旱炎热的古气候配合充足的沉积物源供应。

2.1 古构造背景
自侏罗纪时期开始，柴达木盆地就已经进入挤压状态，并一直持续至今。

柴西南地区从新生代以来长期处于近南北挤压应力体制下，演化历史可以分为挠曲拗陷(E1+2早期~N1晚期)、逆冲(N21)、强烈逆冲(N22早期~N23晚期)和表层滑脱褶皱(Q) 4个主要构造演化阶段[20]。

挠曲拗陷阶段的沉积环境比较稳定，沉积范围广阔，可能一直越过现今的阿尔金山，仅在局部发育一些低幅度隆起[21]。

通过对七个泉斜坡区古地形恢复的结果发现，古斜坡在中生代时期为东南高、西北低，古近纪时期处于相对平坦的阶段，而新近纪之后则表现为西北高、东南低的构造格局[22]。

大量的构造平衡剖面也表明，柴西南地区在古近纪沉积期内构造相对平缓，基底稳定均匀地沉降，地势平坦，地层的产状也接近水平，地层的厚度变化并不大(图2)。

由此可见，柴西南区在古近纪时期，具备盆浅湖阔的古地形，具有形成大型浅水三角洲的古构造基础。

2.2 古气候背景
根据柴达木盆地古近系湖相沉积碳氧同位素分析[23]，盆地在渐新世时期隆升至海拔约2 500 m，古年温为20 ℃。

通过大量微古生物化石的分析，柴达木盆地古新世—始新世期间孢粉植物群以被子植物为主，含大量楝粉属Meliaceoidites、栎粉属Qoercoidites、拟白刺粉属Nitrariadites等，裸子植物以麻黄粉属
Epheddripites数量最多，代表暖热半干旱的气候环境，海拔环境约500 m。

渐
新世早期具有大量反映半干旱的林块及灌丛植被孢粉组合，中期植被为灌丛类型，晚期则是灌丛和草原相间混生的局面，说明渐新世盆地海拔高度为1 000~1 500 m，古气温为干旱条件[17]。

通过对盆地内古近系生物礁古生物鉴定、同位素测试和地化数据进行分析，认为柴达木盆地在生物礁发育的时期(主要为E32和N1)，地理位置可能位于北纬30°以南的热带—亚热带地区，海拔高度在1 500 m以下，古气候表现为温暖干燥，沉积环境是咸水—半咸水的内陆盐湖环境[24]。

综合分析，柴西南区在古近纪沉积期内古气候主要是干旱或半干旱的环境，这样的气候造成了母源区强烈的物理风化作用。

大型河流在构造相对平缓的盆地内对陆源碎屑物质进行长距离搬运，为大型浅水三角洲的形成提供了丰富的物质基础。

2.3 古水体背景
在湖盆当中，风力直接作用在湖泊的水面形成较强的波浪，所引起的水体波动振幅达到湖浪1/2波长的水深时，水体质点几乎没有运动，此深度的水深界面就是通
常所说的浪基面。

浪基面以下湖水基本不受湖浪的干扰，成为静水环境。

根据对现代湖泊浪基面的研究，浪基面深度常常小于20 m，因此，邹才能等[11]将浪基
面以上的滨浅湖区定为浅水区。

柴达木盆地古近纪生物地层序列分别是下干柴沟组下段南星介—梅球轮藻组合带、下干柴沟组上段多边真星介—后尖美星介—柴北沟介组合带。

南星介Austrocypris主要分布于湖侵体系域(TST)中，一般生活在入湖水量小的河口区，且水体已经有不同程度的咸化，反映干燥的古气候环境。

真星介(Eucypris)化石所指示的沉积环境背景是有一定盐度，流动性很少或滞流的浅水，可能与三角洲平原沼滩环境有关，常产于高位域(HST)顶部。

轮藻生态一般产于水进域(TST)和高位域(HST)，适宜淡水和相对安静的水体[25]。

苏新等[26]采用微体古生物对东营凹陷
沙四上亚段沉积早期湖泊古水深进行定量分析，认为南星介可能反映的古水深为
4~10 m，轮藻在0~5 m之间。

由此可见：不论是从定性的古水深判断还是定量
的古水深分析，柴西南区古近纪沉积期内三角洲沉积的古水深大都维持在10 m左右，处于典型的浅水沉积环境。

前人曾经对柴达木盆地西部磁化率数据进行详细分析[27]，发现上、下干柴沟组(E31~N1)地层从老至新，共发育161个不同厚度的沉积旋回，旋回厚度分布在2.3~23.1 m，而通过自然伽马数据进行旋回分析，共计算出454个沉积旋回，旋回厚度为2.5~20.0 m，综合对比的频谱分析显示上、下干柴沟组相对湖平面变化主要旋回周期厚度为2~4 m和5~10 m，说明柴西南地区在古近纪相对湖平面变化相当频繁，水体来回动荡，充分反映浅水沉积环境的特点。

3 浅水三角洲砂体
柴西南区古近纪主要存在阿尔金山前物源、阿拉尔物源、铁木里克物源、祁漫塔格山物源和东柴山物源共五大物源供给方向[17]。

根据物源距离、古地形和沉积物特征，可以将阿尔金山供源区划分为近源陡坡型沉积体系，发育冲积扇—扇三角洲(近岸水下扇)—湖泊沉积体系，主要分布于七个泉地区；其他供源区为远源缓坡型沉积体系，以辫状河—辫状河三角洲—湖泊沉积体系为特征(表1)，是研究区的主体沉积体系。

柴西南区浅水三角洲同样也具有以下浅水三角洲沉积共性特征：1) Gilbert型顶积层、前积层、底积层的3层结构发育不明显，缺乏前积地震反射结构；2) 水下分流河道砂体为主，砂体具有不同程度的席状化，垂向沉积层序通常
不连续；3) 浅湖相泥岩为主的前三角洲沉积。

3.1 砂体岩性特征
研究区古近纪浅水辫状河三角洲最为发育，而三角洲前缘亚相又是三角洲相的主体。

浅水三角洲总体岩性以中—细砂岩、粉砂岩、砾岩和含砾砂岩夹棕红色泥岩为主(图3)。

通过对砂岩的岩石矿物成分分析，石英颗粒质量分数为15%~45%，长石质量分数为10%~43%，岩屑质量分数为30%~70%，主要岩石类型为长石岩屑
砂岩和岩屑长石砂岩。

砂岩的结构成熟度中等，泥质杂基质量分数一般小于3%，分选中等。

研究区古近纪古水体较浅且动荡，具有丰富的反映强水动力成因的沉积构造和生物遗迹化石。

如在红柳泉地区上干柴沟组下段(E31)的岩心中就可以观察到小型的槽
状交错层理(图4(a))、楔状交错层理(图4(b))；在水下分流河道微相内还发育有凹凸不平的冲刷面沉积构造(图4(c))和紫红色泥砾的定向排列(图4(d))。

同时，上干
柴沟组下段(E31)还保存着少量“氧化根铸模形式”的植物根茎碎片(图4(e))，一
些井段内还可以观察到强烈的生物扰动，以垂直或倾斜的居住、觅食潜穴系统为主(图4(f))。

3.2 砂体形态
浅水三角洲砂体的形态是由多种因素联合控制的。

其中，最重要的影响因素应该是气候[12]。

在干旱条件下，随着降水量减少，蒸发量增大，湖盆水体逐渐变浅，物源供给相对缺乏，水下分流河道在波浪和沿岸流的长期冲刷、回流作用下，砂体被高度地席状化，容易形成普遍具正韵律的连片砂体，平面上呈现席状形态；在潮湿或半干旱条件下，降水量增大，蒸发量减小，湖盆水体逐渐变深，物源供给较充足，水下分流河道在充填沉积以后被波浪和沿岸流冲刷改造的时间较长，砂体的席状化程度比较低，容易形成树枝状的砂体形态，向湖盆中心推进。

对砂体形态影响比较重要的另外一个因素是相对湖平面的变化情况，湖平面从相对缓慢上升到相对稳定，直至湖平面快速下降的整个升降旋回，导致古水体从浅至深再变浅，经历一个对砂体的改造由强变弱再变强的过程。

因此，根据湖盆气候的转变及与湖平面变化的耦合关系，可以将浅水三角洲砂体的形态分成席状、坨状和树枝状3种类型(表2)。

结合柴西南区古构造和古气候的演化特征，认为研究区在下干柴沟组下段(E31) 沉积期内，先存的主干断裂继续活化[19−20]，但活动强度较小，引起湖盆稳定下沉接受沉积，相对湖平面缓慢
上升。

同时，古气候从干旱向半干旱转变，陆源碎屑供应充足，古水体逐渐变深，三角洲平原分流河道快速进入湖盆，波浪和沿岸流对水下分流河道砂体的改造变得微弱，砂体呈现出树枝状不断向湖盆中心推进，形成“大平原小前缘”的浅水三角洲形态(图5(a))。

在下干柴沟组上段(E32)沉积期内，由于青藏高原的强烈隆升，
柴西南地区变形强度达到了古近纪的最高峰，同时古气候又相对潮湿，引起湖盆扩张，古水深达到最大化，砂体在向湖盆推进的过程中受到湖水的阻碍作用逐渐变强，形成中等规模和中等连片的坨状砂体(图5(b))。

在上干柴沟组(N1)沉积期内，构造运动的强度开始减弱，湖盆逐渐萎缩，同时古气候从半干旱向干旱转变，物源的供给量开始减少，古水体的深度变浅，砂体在向湖盆中心推进的过程中受到了湖浪和沿岸流的强烈改造，席状化程度非常高，形成叠合连片分布广泛的砂体(图5(c))。

4 浅水三角洲砂体分布规律
敞流坳陷湖盆中心浅水三角洲砂体的分布受到敞流通道或溢流通道的控制，湖盆中心砂体向溢出口方向延伸[11]。

浅水三角洲砂体的展布还受到湖平面升降、物源方向的明显控制[15−16]。

李元昊等[13]在对鄂尔多斯盆地西北部上三叠统延长组长
8段油层组浅水三角洲砂体进行研究时发现：砂体展布方向主要受河道方向控制，顺河道发育坨状砂体，而这些坨状砂体分布在湖岸线附近，呈环带状围绕着湖盆，从而提出“湖岸线控砂”的观点[16]。

总之，浅水三角洲砂体的分布主要受古物源、古地貌和古水深的综合控制，如前所述，古物源和古水深控制了柴西南区浅水三角洲砂体的形态和规模(表2)，古地貌则主要控制了砂体的分布。

柴西南区在古近纪的构造格局表现为以阿拉尔和昆北断层为界，组成了七个泉—
红柳泉—跃进(阿拉尔断层下盘)、铁木里克(阿拉尔断层上盘)和昆北—乌南三大古
斜坡带，负向构造单元主要有英雄岭和扎哈泉2大凹陷[28]。

经研究，柴西南三大古斜坡在古近纪也发育有构造坡折带[29−30]，是砂体叠置连片堆积的良好区带。

通过地震和地质资料的综合识别，结合古构造的演化特征(图2)，研究区在古近纪
发育了七个泉、红柳泉、阿拉尔、昆北和XI号共5条规模较大的断裂坡折带，这5条断裂坡折带与相对湖平面的升降控制了整个柴西南区的沉积充填，自然也控制了区内砂体的分布。

根据物源供给方向与断裂坡折带倾向之间的关系，可以将断裂坡折带分为逆源型与顺源型2种，逆源型断裂坡折带的倾向与物源供给方向相同，下降盘可形成一定规模的小断槽，砂体顺着断层的走向大致呈条带状分布(图6(a))，顺源型断裂坡折带的倾向与物源供给方向相反，顺着物源方向下降盘可以提供砂体堆积的可容空间(图6(b)和图7)。

柴西南地区靠近阿尔金山一侧的断裂坡折带，如七个泉和红柳泉断裂坡折带，其倾向为北东向，跟阿拉尔物源的方向大致相同，因此属于逆源型断裂坡折带。

相反，靠近昆仑山一侧的断裂坡折带和XI号断裂坡折带，其倾向为南西向，与铁木里克和祁漫塔格物源的方向相反，属于顺源型断裂坡折带(图7)。

与此同时，由于该区的断裂主要是受到来自南北方向上的挤压应力而形成的逆断层，断层的上、下盘均容易在挤压应力的影响下形成低幅度的古隆起[29]，导致上覆地层挠曲坡折带的产生，如XI号断层上盘在下干柴沟组下段(E32)沉积期沿断层走向发育藻礁和滩坝(图5(b)、图6(a)和6(b))。

断裂坡折带和挠曲坡折带一起统称为构造坡折带，是柴西南地区控制古近系砂体分布的最重要因素之一。

目前，柴西南区岩性油气勘探主要集中在断裂坡折带的上盘，如红柳泉油田、七个泉油田、昆北油田等，主要是寻找辫状河三角洲前缘水下分流河道砂体为主上倾尖型岩性油气藏，而事实上，根据坡折带控砂机制，断裂坡折带以下具有更多沉积旋回、更多层和更厚层砂岩，而且储集体更邻近物源，极容易形成以滩坝砂体和浊积扇砂体为主体的砂岩透镜体岩性油气藏，例如在Ⅺ号断裂以下，三角洲前缘随着水体的加深相变成滨浅湖，发育相当规模的滩坝砂体和浊积扇砂体(图7)，是“下凹找油”最主要的岩性目标体。

5 结论
1) 柴西南区在古近纪时期，整体构造相对平缓，形成“盆浅湖阔”的古地形，具有形成大型浅水三角洲的古构造基础；同时，古气候主要是干旱或半干旱的环境，有利于母源区的强烈物理风化作用，为大型浅水三角洲的形成提供了丰富的物质基础；并且古水深在10 m以下，湖平面变化相当频繁，水体来回动荡，充分反映了浅水沉积环境的特点。

2) 柴西南区古近系浅水三角洲相总体岩性以中—细砂岩、粉砂岩、砾岩和含砾砂岩夹棕红色泥岩为主，粒度概率曲线多呈现两段式的特征，具有丰富的反映强水动力成因的沉积构造和生物遗迹化石。

3) 从气候变化、相对湖平面变化和物源供给等方面综合考虑，认为柴西南区古近纪浅水三角洲砂体形态根据席状程度可以分为树枝状、坨状和席状3种，大致对应于下干柴沟组下段、下干柴沟上段和上干柴沟组的砂体特征。

4) 研究区在古近纪发育了七个泉、红柳泉、阿拉尔、昆北和XI号共5条规模较大的断裂坡折带，这5条断裂坡折带及其派生的挠曲坡折带与相对湖平面的升降控制了整个柴西南区的沉积充填，也控制了区内砂体的分布。

5) 根据物源供给方向与断裂坡折带倾向之间的关系，可以将断裂坡折带分为逆源型与顺源型2种，逆源型断裂坡折带的倾向与物源供给方向相同，下降盘可形成一定规模的小断槽，砂体顺着断层的走向大致呈条带状分布，顺源型断裂坡折带的倾向与物源供给方向相反，顺着物源方向下降盘可以提供砂体堆积的可容空间，并在此基础上建立了柴西南区古近纪构造坡折带控砂模式，为岩性油气藏的勘探提供了指导方向。

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