库车坳陷新近系库车组冲积扇沉积特征及分布规律

库车坳陷新近系库车组冲积扇沉积特征及分布规律

0前陆构造运动近年来，通过发现新生代砂岩储层中的高产工业油气流，特别是发现克里克湖田，引起了对新世库车村基础设施条件的研究。库车坳陷经历了侏罗纪—古近纪伸展夷平阶段,新近纪进入再生前陆盆地演化阶段,尤其是库车期,强烈的构造运动是冲积扇发育的主控因素。朱如凯等认为库车期库车坳陷北部为冲积扇沉积,南部过渡为冲积平原;然而目前关于库车坳陷库车组冲积扇空间分布特征和前陆构造运动对冲积扇发育的控制作用研究较少。由于新近系钻井取心较少,笔者通过对库车坳陷露头考察,结合测井、地震和三维电法资料研究,分析冲积扇的沉积特征及分布规律,并在构造为主控因素的基础上建立了库车坳陷库车组冲积扇沉积模式,完善和丰富了前陆构造背景下冲积扇沉积模式。13.2库车坳陷位于塔里木盆地北部的天山南麓,南抵塔北隆起,呈NEE向展布,东西长270km,南北宽20～60km,总面积约2.8×104km2(图1)。库车坳陷主要经历了3期构造运动:晚二叠世—三叠纪的前陆盆地演化阶段、侏罗纪—古近纪伸展夷平阶段和新近纪以来的再生前陆演化阶段,库车坳陷现今构造格局主要受新近纪以来构造运动的控制,尤其是库车组沉积晚期,南天山快速向南俯冲,强烈的构造抬升导致剥蚀剧烈,陆相碎屑岩的沉积厚度巨大,其中在北部的山前凹陷内厚度可达万米,冲积扇极为发育,成为山前地区主要的沉积相类型。2冲积扇沉积相标志2.1克拉苏构造带内储层岩性野外露头是沉积相识别和研究的最直观和最可靠的资料,库车坳陷新近系库车组地层出露较多,而且植被稀少,有利于观察和研究。通过对野外露头剖面观察,库车组沉积物岩性变化较大。在北部天山山前单斜构造带上,沉积物岩性主要为浅褐红色粗-中砾岩和含粗砾中砾岩,砾石大小混杂,有时可见数十厘米的大砾石呈漂浮状分布,砾石呈次圆-次棱角状,分选极差,层理不发育,杂基支撑,基质中以砂级颗粒为主,含少量泥质,胶结疏松(图2(a)、(b))。中部克拉苏构造带岩性主要为浅褐红色中砾岩、细砾岩、含砾粗砂岩和砂砾岩,分选较差(图2(c)、(d))。底部见冲刷面,砾石呈叠瓦状排列,可见大中型槽状交错层理(图2(e)、(f))。克拉苏构造带以南,主要为粉砂岩、细砂岩和泥岩(图2(g)),发育水平层理,沉积厚度较大,一般在30m以上,在东盐水沟剖面,库车组发育钙质胶结砂岩(图2(h)、(i))。2.2冲积扇基本特征库车组与第四系容易区分。第四系发育高阻砾岩,深、浅电阻率曲线出现明显的幅差,且第四系电阻率曲线呈漏斗状;库车组岩性较康村组粗,且砾石含量增加,因此库车组电阻率值增大,但是康村组和库车组在测井资料上的区分要结合录井岩性变化。通过对库车坳陷40多口井研究发现,冲积扇整体呈电阻率高、GR低的特征,扇根的砾岩层较厚,电阻率值较高,表现为带齿边的大幅度曲线,曲线呈箱形,其异常幅度往往是整个冲积扇中最大的,自然伽马曲线的异常幅度也较大(图3左图);扇中砂岩和泥岩含量增多,砾石含量减小,整体上电阻率值较扇根低,曲线呈中等幅度箱形、漏斗形和钟形(图3右图);扇端泥岩含量高,砾石含量最小,在电阻率曲线上,表现为带齿边的小幅度箱形或钟形曲线,自然伽马曲线的形态也呈带齿边的箱形或钟形曲线,但是幅度最小。2.3杂反射或无反射结构地震相库车组底界在地震剖面上表现为康村组最后一个强轴的顶部反射,库车组与第四系不整合接触,在不同部位表现不同,拜城凹陷内部表现为强轴,局部见削截和下超终止关系;凹陷边部表现为强烈不整合,无轴,杂乱反射直接削蚀下伏库车组层序。在地震剖面上,由于砂砾岩的杂乱堆积,冲积扇反射结构主要为杂乱反射或无反射结构,振幅强弱多变,层速度较高,与顶底反射终端不清楚;因此,库车坳陷主要以杂乱反射地震相和楔状前积地震相为主。杂乱反射地震相(图4(a))内部由不规则、连续性差的反射段组成,具有同相轴杂乱反射的特征,同相轴终止和同相轴分叉现象变化频繁,向两侧同相轴隐隐约约有减少。这种地震相由冲积扇物源近物源、快速堆积造成的,反映了较强的水动力条件。楔状前积地震相(图4(b),由一系列反射振幅强至中等、连续性好、中等至差的反射同相轴组成,厚度向凹陷中央变厚,剖面形态呈楔状,内部存在不太明显的下超前积反射,但是地震反射同相轴则存在明显的同相轴的减少和消失。这种楔状地震相代表一种快速、不均匀的沉积作用,反映了一种相对高能向相对低能变化的沉积环境。地震反射在冲积扇各个部位的特征也有所不同:扇根呈杂乱短波状的反射结构,扇中可见到明显的斜交前积反射结构,扇端在地震反射特征上同相轴呈较强的亚平行反射。2.4利用地震资料进行地质识别电法勘探是勘探地球物理学中的一个重要分支,是电学、电磁学、电子学及电化学在解决地质找矿及地质学问题中发展起来的一门应用科学。电法勘探具有数据体信息丰富、采集数据大和可运用切片技术进行高精度数据解释的特点。三维电法以地下岩石的导电性差异为物质基础,通过观测和研究人工建立的地下稳定电流场的分布规律反演地质结构,对解决地形、地表和地下地质条件复杂的问题具有重要的作用。对测得的岩石电阻率值进行校正,界定出库车坳陷研究层位不同岩性的电阻率值域,使电法资料直观地反映研究区岩性的变化。由于电法勘探无法识别出地层界线,因此将电法剖面与相对应的地震剖面叠合,利用地震资料在电法剖面上建立地层格架,在地层格架内对沉积相进行精细的识别和研究。本次研究共收集整理了研究区内40口井电测电阻率资料,通过分析、整理,并结合岩心测试结果,得出泥岩电阻率一般小于6Ω·m,砂岩的电阻率为6～50Ω·m,砾岩电阻率较大,大于50Ω·m,砾石含量越多,电阻率越高。通过对电阻率数值色标化,使每一个数据值区间对应着一种颜色,用不同的颜色来区分不同的岩性。图5为过Db4井和Db5井三维电法剖面,从图中可以看出,三维电法剖面反映的岩性与实际的钻测井岩性相一致,保证了电法解释的可靠性。经分析认为库车组沉积时期,断层上盘主要为冲积扇沉积,断层下盘逐渐由冲积扇过渡为冲积平原沉积。3井-震综合分析对库车坳陷野外露头剖面考察,并根据研究区40口井测井曲线和地震反射特征等相标志的综合分析,冲积扇可以划分出扇根、扇中和扇端3个亚相,沉积微相包括主河道、泥石流、砾质辫状河道和漫流沉积。3.1岩石和含粗砾岩中砾岩扇根分布在库车坳陷山前部位,沉积坡角较大,主要发育主河道和泥石流微相。主河道微相沉积物主要由砾岩和砂砾岩组成,岩性主要为浅褐红色粗-中砾岩和含粗砾中砾岩,砾石成分主要为变质石英岩、砂岩、泥岩、火山岩和片麻岩等。砾石大小混杂,分选极差,有时可见数十厘米的大砾石呈漂浮状分布。砾石呈次圆-次棱角状,杂基支撑,砾间填隙物以小砾、细砾和粗砂为主。基质中以砂级颗粒为主,含少量泥质,胶结疏松。泥石流微相多发于在扇体的上部,由砾、砂、泥混杂组成,分选极差;砾石呈棱角状,磨圆度极差;层理不发育,基质支撑,向扇中方向,泥石流沉积的厚度急剧减薄,砾石含量降低。3.2砾质栈状河道岩性结构扇中位于冲积扇中部,为冲积扇的主要组成部分,它与扇根没有明显的界线,沉积坡度角较低,砂与砾比率增加,沉积物偏细,成分成熟度和结构成熟度增高,砾石碎屑多呈叠瓦状排列。通过分析,扇中主要发育砾质辫状河道微相。砾质辫状河道岩性主要为浅褐红色中砾岩、细砾岩、含砾粗砂岩和砂砾岩,分选较差。底部见冲刷面,砾石呈叠瓦状排列,可见大中型槽状交错层,具下粗上细的正粒序。水道沉积末期,因能量减小,其顶部常沉积一层透镜状砂质盖层,辫状河道沉积在冲积扇内侧分布不稳定,一般呈透镜状夹于泥石流沉积中。3.3积扇周围沉积物扇端是整个冲积扇沉积物最细、流体能量最低的部分,呈环带状围绕在冲积扇周围。沉积物主要为少量细砾、含砾砂、砂及泥,其微相主要为漫流沉积。漫流沉积微相的沉积物较细,岩性以浅褐红色含泥质粉砂岩和细-粉砂岩为主,多泥岩夹层,沉积构造以粉砂岩和泥岩构成的水平层理为主。4冲积扇分布特征4.1岩性及沉积扇分布三维电法对库车坳陷库车组岩性具有很好的反映,为了提高冲积扇分布研究的可靠性,尤其是钻井分布稀疏和地震相特征不明显的地区,将三维电法用于冲积扇分布的研究极具优势。将电法剖面与对应的地震剖面叠合,在电法剖面上建立地层格架,利用三维电法对岩性及沉积相分布进行识别,如图6所示。从图6中可以看出,冲积扇主要分布在西部地区,其中在Db1井和Db4井地区冲积扇发育规模最大,东部地区冲积扇发育规模较少,以冲积平原为主。库车组Ⅰ段厚度较薄,以冲积平原为主,仅在Db1井地区发育扇中和扇端沉积;库车组Ⅱ段厚度明显增大,与Ⅰ段相似,以冲积平原为主,只是Db1井地区的冲积扇规模变大,以粗粒的扇根沉积为主;库车组Ⅲ段沉积时期,南天山构造活动强烈,以冲积扇和冲积平原为主,在东部的Ks4井地区发育冲积扇。4.2冲积扇分布特征古近纪,天山造山带已经隆起。至新近纪,南天山进一步抬升呈明显的山系状态,库车坳陷为前陆盆地前渊,北高南低的古地形决定了本区古流向主要为自北向南。库车组沉积时期,物源主要来自于南天山,从北向南依次为冲积扇、冲积平原和滨浅湖沉积体系。由于受到构造运动的影响,不同地区冲积扇规模和分布特征不同。第四纪以来,由于强烈的构造抬升,部分地区(图7中的Qc1井、Db3和Db2井区)的库车组被强烈剥蚀。从图7中可以看出,在Bz1井地区,冲积扇具有继承性,冲积扇持续沉积,规模和范围不断扩大;在Qc1井地区,沉积相类型过渡为冲积平原(图7中①)。Db1井地区构造运动复杂,发育了吐孜玛扎断裂,对库车组冲积扇发育及其分布具有控制作用。库车组Ⅰ段厚度较薄,一般为500m,冲积扇规模较小,Db1井地区主要为冲积扇扇端沉积(图7中②)。同时通过对吐孜玛扎断裂上下盘的Db2井和Db1井岩屑分析(表1),认为这两个地区的岩屑组合类型相同,均为火山岩+变质岩+沉积岩。从粒度分析结果也可以看出(图8),从北部的Db3到南部的Db5井,库车组Ⅰ段粒度逐渐减小。库车组Ⅱ段沉积时期,由于下部岩盐底辟作用,吐孜玛扎断裂活动加强。从岩屑分析来看,断裂上盘的Db2井岩屑以火山岩+变质岩+沉积岩为主,而断裂下盘的Db4井和Db1井岩屑组合类型为变质岩+沉积岩,同时南部的Db4井和Db1井出现了中砾岩,粒度比北部的Db2井大,说明了该时期Db1井地区存在局部物源。经分析,认为吐孜玛扎断裂导致局部抬升,遭受剥蚀,在断裂下盘发育了冲积扇;因此,才出现了岩屑成分和粒度的突变。从连井剖面亦可以看出,库车组Ⅱ段断裂下盘的Db4井区和Db1井区沉积了巨厚的砾石层,粒度粗,厚度大,为扇根沉积,但是规模小,到Db5井就快速过渡为冲积平原。库车组Ⅲ段沉积时期,为南天山强烈活动时期。南天山快速隆升为冲积扇的发育提供了动力和物源,从山前的Db3井到Db5井依次为冲积扇、冲积平原沉积,沉积物的岩屑组合类型相似,均为火山岩+变质岩+沉积岩,粒度从山前到Db5井逐渐减小。同时从图7可以看出,构造运动较弱的库车组Ⅱ段,冲积扇发育规模应该较库车组Ⅲ段小;但是通过实际钻测井连井剖面分析,Db4井和Db1井却出现了扇根沉积,这也进一步说明了库车组Ⅱ段出现了近距离的局部物源。4.3冲积扇分布及沉积相通过野外露头、测井、地震和三维电法资料分析,结合地层厚度和砾地比分析,绘制了库车坳陷库车组冲积扇分布图,如图9所示。从图9中可以看出,库车坳陷新近系库车组冲积扇在南天山山前连片分布,从山前到盆地中心依次为冲积扇、冲积平原和湖泊沉积,西部的Bz1井和Db1井地区冲积扇规模最大,东部地区冲积扇规模较小。库车组Ⅰ段,由于构造运动强度较小,冲积扇发育规模较小,仅在库车坳陷西部和中部发育;库车组Ⅱ段,基本继承了库车组Ⅰ段的沉积格局,在Db1井地区,由于吐孜玛扎断裂的活动,局部抬升遭受剥蚀,为Db1井和Db4井地区提供了局部物源,发育了规模较小的冲积扇;库车组Ⅲ段,库车坳陷构造运动强烈,冲积扇在南天山山前成群分布,由于强烈的构造抬升,湖泊面积急剧减小,仅在东盐水沟剖面地区有分布。5控制因素5.1干旱热值的环境指导思想沉积物的颜色与沉积环境和古气候有关,具红色调的岩石通常指示沉积时为干旱氧化环境,因此库车坳陷库车组为干旱炎热的氧化环境。通过对库车坳陷野外露头观察,库车组沉积物以杂色、黄色等氧化色为主,干旱的环境有利于母岩的风化侵蚀,在季节性洪水时期,山间河流携带的大量粗粒沉积物在山前快速堆积,形成大规模的冲积扇。5.2库车提出沉积期沉积型冲积扇新近纪以来,库车坳陷沉积相演化直接受构造演化的控制,由于印度—西藏碰撞的远距离构造效应在新近纪传递到南天山古生代碰撞造山带,使得晚二叠世—三叠纪曾经存在的A型俯冲带再生活动,库车盆地再次进入前陆盆地演化阶段,主要构造变形发生在新近系库车组沉积晚期,此时南天山向南强烈挤压,使本区发生极高速率的沉降和强烈的逆掩-逆冲-褶皱。库车坳陷库车期,从库车坳陷西部到东部,构造活动强度逐渐减小,从图10中可以看出砾石主要分布在南天山山前地区,且西部地区的砾石层的厚度最大,可达1600m,西部地区砾石厚度远大于东部地区。Bz1井地区未受到断裂影响,南天山持续隆升,由于Bz1井地区构造运动简单,因此没有分段进行构造演化分析。从Bz1井南北向构造演化剖面可以看出(图11),库车组沉积时期,北部的南天山持续隆升,Bz1井地区持续沉降,为冲积扇沉积提供了充足的可容空间;同时南天山持续隆升,遭受剥蚀,为冲积扇发育提供了充足的物源,冲积扇持续沉积,发育规模逐渐增大。库车组Ⅰ段沉积时期,Db1井地区构造运动强度较弱,盆地沉降量和挤压量均较小(图12),该时期冲积扇发育规模较小;库车组Ⅱ段沉积时期,由于下部岩盐的底辟作用,吐孜玛扎断裂活动加强,导致局部隆升,遭受剥蚀,为冲积扇提供了局部物源,在断裂的下盘发育小型冲积扇;库车组Ⅲ段,库车坳陷构造活动开始加强,南北向挤压应力增大,南天山快速隆升,遭受剥蚀,在盆地范围内发育大规模的冲积扇,冲积扇的扇中已经扩大到Db1井和Db4井地区。6库车提出了冲积扇发育模式通过对库车坳陷冲积扇发育规模、分布特征及其控制因素的研究,认为库车坳陷冲积扇主要有2种发育模式:长期稳定的继承性单物源冲积扇和受局部构造控制的多物源冲积扇。(1)冲积扇继承性沉积该类型的冲积扇主要发育在Bz1井地区(图13(a)),由于受断裂作用影响小,持续