二連盆地馬尼特拗陷砂礫巖體沉 積 類 型 及 模 式

曹蘭柱, 岳佳恒, 王宏霞, 黃傳炎, 項 鑫, 鄭榮華, 田 然

(1.中國石油華北油田 勘探開發研究院， 河北 任丘 062552；2.中國地質大學 地質調查研究院，武漢 430074；3.中國地質大學 構造與油氣資源教育部重點實驗室，武漢 430074)

粗粒沉積在地學界長期重視不足，研究相對滯后[1-2]。由于相關理論、技術的滯后以及粗碎屑儲層相變快、非均質性強的特征，致使該類儲層成為較難勘探、開發的一類。然而，近些年新疆維吾爾自治區瑪湖油田10億噸級大型礫巖型油氣藏的發現使人們重新認識到該類型儲層的潛力[3-7]。在當前細粒非常規油氣尚未形成儲量和產量戰略接替的狀況下[2]，加強粗粒沉積研究已迫在眉睫。砂礫巖體是內蒙古自治區二連盆地油氣勘探、開發的主要儲集體類型。目前，該盆地共發現54個凹陷[8]，但實現突破并能夠形成規模產量的僅11個。此勘探形勢不僅展現出二連盆地廣闊的剩余油氣潛力，同時也體現出復雜砂礫巖沉積所產生的制約性，因而開展以砂礫巖為主的粗粒沉積研究勢在必行。馬尼特拗陷擁有包括烏里雅斯太、巴音都蘭、阿南等在內的多個建產富油凹陷，其油氣意義尤為重要。對建產富油凹陷砂礫巖體的沉積類型、特征和模式等的研究總結，對于二連盆地其他區域砂礫巖扇體、儲層的找尋、預測將會有重要的指導意義。因此，本研究主要選取二連盆地馬尼特拗陷重點富油凹陷的典型扇體為研究對象，以“構造-沉積”結合分析的思路,對凹陷構造、砂礫巖體類型、特征等進行深入研究，構建各類砂礫巖體沉積模式，以期為二連盆地砂礫巖體勘探提供支撐。

1 地質背景

二連盆地位于大興安嶺以西、陰山以北的內蒙古自治區中部，是在內蒙古-大興安嶺海西期褶皺基底上發育起來的中生代-新生代小型斷陷湖盆群[9-10]。在構造位置上，二連盆地東臨大興安嶺隆起，南抵溫都爾廟隆起，北西靠巴音寶力格隆起[11]，大致呈一個由北東向南撒開的三角形[12]。盆地內部包含馬尼特、烏蘭察布、川井、烏尼特、騰格爾5個拗陷。馬尼特拗陷位于二連盆地東北部，受西北部的巴音寶利格隆起和東南部蘇尼特隆起夾持，平面上呈NE-SW向展布(圖1)。在早白堊世，馬尼特拗陷在NW-SE向引張力拉伸下，內部發育了以NE-SW向為主的正斷層，并且形成一系列平面上呈線狀排列的凹陷。凹陷多屬半地塹式，凹陷之間分割性強，主要受隆起以及拗陷內部凸起供源，各凹陷大多有獨立的沉積體系，自成一個獨立的烴類生成、運聚單元[12-13]。馬尼特拗陷沉積蓋層主要為中生界、新生界，具體包括侏羅系、白堊系、古近系、新近系和第四系，普遍缺失三疊系[14-15]。馬尼特拗陷中主要勘探目的層為下白堊統巴彥花群的阿爾善組(K1ba)、騰格爾組(K1bt)(圖2)。地層巖性類型多樣，但以粗粒的礫巖、砂礫巖、含礫砂巖等為主。

2 拗陷構造特征

2.1 內部凹陷結構特征

斷陷湖盆因斷層而生，受控于區域構造應力場，盆內主要斷裂存在幾何特征、活動性等差異，致使湖盆呈現出不同的結構樣式。不同樣式湖盆的物源、沉降中心、可容納空間等存在差異[16-17]，進一步影響了內部沉積充填。筆者主要依據控凹斷裂、Ⅱ級斷裂發育及地層充填等要素，將馬尼特拗陷內部凹陷的結構樣式分為3種，即簡單單斷式、單斷斷階式、單斷斷槽式。簡單單斷式凹陷(圖3-A)，主要受邊界斷層控制，內部Ⅱ級斷裂不發育，可進一步劃分為陡坡帶、洼槽帶、緩坡帶，物源主要來自短軸兩側，沉降中心鄰近陡坡帶，并逐漸向對側遷移。單斷斷階式、單斷斷槽式凹陷內部Ⅱ級斷裂則較發育。具體來說，單斷斷階式凹陷在陡坡帶發育與邊界斷層傾向相同的Ⅱ級斷層，或者是在緩坡帶發育兩條與邊界斷裂傾向相反的Ⅱ級斷層(圖3-B)。前者進一步控制陡坡深洼帶，形成斷階陡坡帶，一定程度上減緩陡帶坡降，擴大了陡坡下的深水區；后者則塑造出斷階緩坡帶，形成了逐級坡降的地形樣式，對緩坡水域深淺變化及沉積相帶分布起到重要控制作用。單斷斷槽式凹陷(圖3-C)，主要是針對阿南凹陷提出的，該類型凹陷在緩坡帶發育一條或一組與邊界斷層傾向相反、走向近平行的斷層，斷層上下盤坡度、水深變化十分明顯，該Ⅱ級斷裂與邊界斷裂嚴格限定了深洼帶范圍。

圖1 馬尼特拗陷構造單元圖Fig.1 Schematic map showing tectonic units of the Manite Depression

圖2 二連盆地綜合地層柱狀圖Fig.2 Comprehensive column of the Erlian Basin(據王權[14]修改)

2.2 凹陷邊緣類型

馬尼特拗陷內的凹陷普遍具有短軸供源的特點，兩側盆緣作為盆外隆起區與盆內洼槽區的過渡地帶，其構造地貌樣式通過影響可容納空間、水系的動力來對沉積發育產生重要控制，實際表現為地層厚度和沉積相帶的變化[18]。因此，凹陷邊緣特征的分析對砂礫巖體的刻畫和預測具有重要意義?；诘卣鹳Y料，按照凹陷構造單元(陡、緩坡帶)、邊緣斷裂發育特點，在3種凹陷中可分解出7種凹陷邊緣類型(圖4)： ①斷裂陡坡型、②斷階陡坡型、③多級斷階型、④撓曲緩坡型、⑤斷裂緩坡型、⑥斷階緩坡型、⑦無坡折緩坡型。其中，①、④、⑦一般為簡單單斷式凹陷所具有的凹陷邊緣類型；②、③、⑤、⑥多為單斷斷階式、單斷斷槽式凹陷所具有的凹陷邊緣類型。

圖3 馬尼特拗陷中的凹陷結構類型Fig.3 Structural types of sag in the Manite Depression

3 砂礫巖體類型、特征及發育環境

砂礫巖體一般是指攜有大量碎屑物的季節性或事件性水流入湖快速卸載，形成的一系列粗粒的扇形沉積體。構成此類扇形沉積體的巖性主要為礫巖、砂礫巖、含礫砂巖等，普遍具有較低的成分成熟度和結構成熟度[19]。通過巖心觀察、測井相分析，馬尼特拗陷內部砂礫巖體主要有4種類型：近岸水下扇、扇三角洲、辮狀河三角洲、湖底扇。

3.1 近岸水下扇

a. 扇體特征

近岸水下扇型砂礫巖扇體多是由陣發性洪水搬運，碎屑物直接在水下坡底堆積形成[20-22]。扇體延伸短、沉積快的特點致使碎屑物分異差，巖石成熟度低，相帶窄、變化快。近岸水下扇包含扇根、扇中、扇端3種亞相，以烏里雅斯太凹陷太11扇體(圖5)、巴音都蘭凹陷巴63扇體(圖6)為典型代表。其特征為：扇根發育灰綠色、灰色的礫巖、砂礫巖，具有雜基支撐或混合支撐的塊狀構造(圖7-A)；礫石粒度大小不一、雜亂分布、缺乏定向性，呈次圓-次棱狀，一般大顆粒礫石的磨圓度相對較好，礫石成分復雜，多為火成巖礫石；可見不規則泥礫；雜基成分以泥為主；測井曲線呈齒化鐘形、齒化箱形。扇中為基質支撐的砂礫巖、含礫粗砂巖，沉積構造仍以塊狀構造為主(圖7-B)，礫石含量相對減少，砂質增多，粗礫少見，多為細礫、中礫，雖礫石粒度差異降低，但分選仍較差，呈微定向性，測井曲線呈齒化鐘形、箱形。扇端則發育水平層理的泥質粉砂巖、泥巖(圖7-C)，局部偶含細礫，測井曲線呈齒型、指型。

b. 發育環境

近岸水下扇一般發育于控凹斷層所在的斷裂陡坡型盆緣，該類型盆緣具有構造活動強、坡底緊鄰深洼、可容納空間充足、碎屑物入湖距離短等環境背景，烏里雅斯太凹陷南洼槽西部太11扇體即為典型代表(圖5)。研究工作中發現,只要達到一定坡度條件,緩坡帶也可發育該類扇體，如巴音都蘭凹陷南洼槽巴63扇體。雖然扇體發育在緩坡一側(圖6)，但該處物源通道窄、坡度陡而無坡折，出物源口之后碎屑物便一泄入湖，形成快速堆積的近岸水下扇。

3.2 扇三角洲

a. 扇體特征

相比于近岸水下扇，扇三角洲型砂礫巖體的物源規模大且持續性好，扇體延伸較遠，包含水上三角洲平原、水下三角洲前緣和前三角洲亞相[23]。馬尼特拗陷中的凹陷普遍具有的盆窄、坡陡的特點，導致扇三角洲在平面上形成“小平原、大前緣”的相帶特點。扇三角洲具有雙重水動力機制，相帶特征變化也較明顯，以巴音都蘭凹陷巴66扇體(圖6)、阿南凹陷阿50扇體為例(圖8)，主要特征為：平原相內陸上重力流特征相對突出，巖心主要為紅棕色礫巖、砂礫巖，呈雜基支撐的塊狀構造(圖7-D)，所含礫石具有次棱-次圓狀，分選性差，長條形礫石呈微定向排列，礫石主要為火成巖塊，基質多為泥、粗砂，測井曲線為齒化箱形、鐘形。前緣相則以牽引流機制為主，多發育灰色砂礫巖、含礫砂巖，其中前緣近端主要為具有塊狀構造的砂礫巖，礫石分選性、磨圓度較差(圖7-E)；前緣遠端為平行、交錯層理的含礫砂巖、細砂巖，分選性、磨圓度明顯變好(圖7-F)，測井曲線多為齒化鐘形；前三角洲主要為灰色泥巖，偶夾薄層砂巖(圖7-G)，測井曲線為局部具有齒形凸起的泥巖基線段。

圖4 馬尼特拗陷中的凹陷邊緣類型Fig.4 Sag edge type in the Manite Depression

b. 發育環境

扇三角洲發育所需的地形坡度較大，常與斷裂相伴，在具有斷裂、斷階的陡、緩坡帶均可見。斷裂陡坡帶坡度大、距離短、坡下空間足，有利于砂體就近入湖沉積，如烏里雅斯太凹陷南洼槽西部陡坡帶扇體(圖5)、阿南凹陷東部陡坡帶扇體(圖8)；斷裂、斷階緩坡帶的平面寬，斷層造就的構造坡折導致可容納空間形成差異，往往出現“上坡折扇三角洲,下坡折重力流扇體”體系，如烏里雅斯太南洼槽東部Ⅲ級斷階盆緣形成的扇三角洲和湖底扇的體系組合(圖5)；此外，在具有撓曲坡折的緩坡帶之下也可發育扇三角洲沉積，如巴音都蘭凹陷南洼槽巴66扇體(圖4-④、圖6)。

圖5 烏里雅斯太凹陷南洼槽騰一段Ⅳ砂組沉積相平面圖Fig.5 Sedimentary facies of the sand group Ⅳ of the lower K1bt1 in southern subsag of the Wuliyasitai Sag

圖6 巴音都蘭凹陷南洼槽阿三段Ⅱ砂組沉積相平面圖Fig.6 Sedimentary facies of the sand group Ⅱ of the K1ba in southern subsag of the Bayindulan Sag

3.3 辮狀河三角洲

a. 扇體特征

在馬尼特拗陷中，辮狀河型砂礫巖扇體的典型特征為相帶平面延展長、牽引流為主、河道極為發育，且頻繁擺動疊置。具體以巴音都蘭凹陷巴18扇體為例(圖6)，其粒度細，以灰色細砂巖為主，礫級碎屑含量較少，一般磨圓度、分選性相對較好。其中，平原亞相缺少巖心資料，據巴35井錄井巖性可以看出其巖石類型為紫紅色砂質泥巖夾灰色砂礫巖(圖7-H)，顯示其暴露的環境特點，測井曲線為高齒化箱形。水下前緣亞相以灰色、灰白色含礫砂巖、粉-細砂巖為主(圖7-I、J)，交錯層理十分常見，測井曲線多為高幅鐘形、指形，多個單砂體可復合形成“圣誕樹”形、“梳”形。

b. 發育環境

相較于前面2種類型，該類型砂礫巖扇體的水體能量弱，臨靠凹陷之間夾持的凸起發育,且斷層與盆緣呈斜交的斷裂緩坡帶、斷階陡坡帶為較理想發育部位。凸起物源供給能力弱、水系碎屑物含量少，在一定程度上降低了流體能量，加上斜交盆緣的斷層之下可形成長而緩的搬運通道，辮狀水系便可向湖盆長距離延伸。如阿南凹陷北部阿3扇體(圖8)，由阿南凹陷與烏里雅斯太凹陷南洼槽之間凸起供源，扇體沿緩坡帶斜向斷裂之間的轉換通道展布；巴音都蘭凹陷南洼槽東部陡帶扇體(圖6)，由東部凸起供源，扇體順著邊緣斷裂與其分支斷裂形成多級斷階延伸。

3.4 湖底扇

a. 扇體特征

“湖底扇”概念是由“海底扇”演變而來，是沉積物以重力流形式堆積在深水區的粗碎屑扇形體，可劃分為內、中、外扇3帶[24-27]。馬尼特拗陷中成規模的湖底扇以烏里雅斯太凹陷南洼槽湖底扇最為典型(圖5)。巖心和測錄井資料中暗色泥巖夾中、薄層砂礫巖是該類型扇體的基本識別特征。內扇一般為深灰色基質支撐的塊狀礫巖、砂礫巖(圖7-K)，多為火山巖礫、泥礫，分選性差，主要為次棱角狀，粗礫可呈次圓狀，不具定向性，基質成分混雜，包含泥、砂、小礫，測井曲線呈現較為平滑的鐘形。中扇巖性為深灰色砂礫巖、含礫砂巖，同樣為基質支撐，礫含量降低，長條形礫石多順層排列，并且相較于內扇基質變純，主要為砂、泥質(圖7-L)，測井曲線為箱形。外扇為黑色泥巖、含礫砂巖，大顆粒礫石基本不見，多為小、細礫，可見大量呈長條撕裂狀的泥屑(圖7-M)，測井曲線多表現為齒形、多期砂疊置成的鐘形。

圖8 阿南凹陷南洼槽騰一下段Ⅳ砂組沉積相平面圖Fig.8 Sedimentary facies map of the sand group Ⅳ of the lower K1bt1 in the Anan Sag

b. 發育環境

烏里雅斯太南洼槽東部木日格地區能夠形成具規模意義的湖底扇與其獨特盆緣背景是密不可分的[28-29]。烏里雅斯太南洼槽東部為斷階緩坡型凹陷邊緣，一方面，相對較寬的緩坡帶有利于砂體在平面上形成規模展布；另一方面，緩坡被2條近平行于盆緣的斷裂分割成3級斷階(圖4-⑥、圖5)，使緩坡形成水深、容納空間的明顯分隔，不至于坡度“一緩到底”。同時斷距的差異導致上部的Ⅰ級、Ⅱ級臺階較淺、容納空間有限，最上級臺階發育扇三角洲平原相帶，Ⅱ級臺階則發育扇三角洲前緣及部分小規模湖底扇；而靠近深洼的最下級臺階區較深，可容納空間大，在物源供給充足的情況下，大量碎屑物會選擇繼續向前搬運，在Ⅲ級臺階處形成較大規模的湖底扇沉積。

4 砂礫巖體沉積模式

a. 近岸水下扇發育環境坡度較陡，主要發育于斷裂陡坡帶，其重力流特征較為突出，缺少水上出露相帶(圖9-A)。扇根一般為厚層混雜堆積的塊狀礫巖；扇中變為砂礫巖、含礫砂巖；扇端則主要為湖相泥巖夾粉砂巖。實際研究中，近岸水下扇沉積速率快，相帶分異不明顯，扇根與扇中亞相往往難以區分，由塊狀礫巖、砂礫巖直接過渡為細粒沉積物質。

b. 扇三角洲分布廣泛，沉積場所的地形坡度較陡，但稍緩于近岸水下扇，具有斷裂的陡、緩坡帶均可發育，斷裂之下水體較深，在有充足物源供給的條件下，扇三角洲入湖就近沉積，平面上延伸一般遠于近岸水下扇(圖9-B)。相帶特征表現為平原面積小，多為砂、泥質雜質支撐的礫巖、砂礫巖；前緣面積廣，牽引流特征較明顯，多為砂質基質支撐的砂礫巖、含礫砂巖；前三角洲主要為灰色、深灰色泥巖，偶夾薄層粉砂巖。

圖9 各類型砂礫巖體沉積模式Fig.9 Sedimentary models of various types of glutenite in the Manite Depression

c. 辮狀河三角洲通常形成于物源供給不充足、坡度較緩的部位，靠近凸起一側的斷裂、斷階緩坡帶為最有利區帶(圖9-C)，個別物源不充足、多級斷階的陡帶也可發育。整體相帶分異明顯：平原相較窄，為砂質基質支撐的砂礫巖、含礫砂巖；前緣面積廣闊，分支河道發育，可見含礫砂巖—細砂巖—粉砂巖的巖性漸變；前三角洲為暗色泥巖夾薄層泥質粉砂巖。

d. 多級斷階緩坡帶容易發育大型的湖底扇，淺部斷階坡度與容納空間有限，不能滿足砂體的大量堆積，主要形成扇三角洲沉積；而深部斷階可容納空間大，在物源充足的情況下，碎屑物可大量在深處斷階堆積(圖9-D)。相帶特征：內扇主要發育厚層多粒度雜基支撐的塊狀礫巖、砂礫巖；中扇主要為砂、泥質基質支撐的砂礫巖、含礫砂巖；外扇砂體變薄，主要為暗色泥巖夾薄層的含礫砂巖。

5 結 論

a. 依據主要斷層及地層充填特征，馬尼特拗陷內部凹陷可分為簡單單斷式、單斷斷槽式、單斷斷階式3種。3種凹陷樣式可分解出斷裂陡坡型、斷階陡坡型、多級斷階型、撓曲緩坡型、斷裂緩坡型、斷階緩坡型、無坡折緩坡型7種凹陷邊緣模式。盆緣作為扇體入湖發生搬運、沉積的地帶，其構造地貌特征對砂礫巖體發育具有重要的控制作用。

b. 馬尼特拗陷內部主要發育4種砂礫巖扇體沉積類型：近岸水下扇、扇三角洲、辮狀河三角洲、湖底扇。馬尼特拗陷內部多為狹窄的小型斷陷湖盆，坡度陡、搬運路程短、碎屑粗是主要共同特點。因此，近源粗粒的扇三角洲、近岸水下扇為主要的沉積類型，尤其是扇三角洲發育最為廣泛；而受湖盆范圍的限制，延伸長的辮狀河三角洲和沉積位置遠的湖底扇一般較難形成。整體來說，小型斷陷湖盆沉積發育規律不同于一般的大型斷陷湖盆，需要根據實際地質背景條件分析其沉積發育規律，從而更好地指導實際勘探。