汤原断陷新安村庄-达连河组扇三角洲沉积微相研究

汤原断陷新安村庄-达连河组扇三角洲沉积微相研究

0扇三角洲沉积背景这条扇曲线最初是在1965年研究英国西部沿海地区的现代扇三角洲提出的。它被定义为“从附近的高距离推进到稳定水域（海和湖）中的冲积扇”。国外对扇三角洲的沉积学研究始于G.K.Gilbert对Bonneville湖更新世扇三角洲沉积底积层、前积层、顶积层并具陡的水下斜坡的经典描述。1996年,国外学者在讨论了扇三角洲的最初概念及新近的变动后提出了定义修改,认为“扇三角洲是由冲积扇提供物质并沉积在活动扇与静止水体分界面处的、全部或大部分位于水下的沉积体”。我国对扇三角洲的研究始于20世纪70年代后期,在新生代含油气盆地中发现了大量进积到湖盆中的粗碎屑楔状体,它们是以冲积扇为供源沉积到水体的结果,一般至少在近端保留有陆上部分,经过研究认为新生代与裂陷作用有关的盆地边缘粗碎屑楔状体多数应定为扇三角洲。扇三角洲沉积是中国中新生代断陷盆地普遍发育的沉积类型。汤原断陷位于东经129°12′~130°59′,北纬46°12′~47°52′,呈条带状延伸近700km,分布于黑龙江省鹤岗市、汤原县、萝北县及桦川县境内,断陷面积约3320km2,总体上是受东部边界大断裂控制的东断西超的箕状断陷(图1)。本区主要地层有白垩系、古近系、新近系和第四系。古近系是本区油气资源勘探的主要目的层,在汤原断陷东部连续沉积了巨厚的扇三角洲沉积体,在西部局部发育扇三角洲沉积,是重要的岩性油气藏储层。研究本区扇三角洲的沉积特征,对于开展其他地区断陷盆地扇三角洲研究具有一定的指导意义。1扇三角洲亚相和微相的划分根据本区地质概况,结合测井资料、岩心观察、镜下鉴定和粒度分析将扇三角洲进一步划分为扇三角洲平原、扇三角洲前缘、前扇三角洲3个亚相和8个微相(图2、图3、图4)。1.1扇三角洲沉积特征扇三角洲平原是扇三角洲沉积的陆上部分,表现出泥石流和水上分流河道沉积特征,是阵发性洪水冲击卸载的粗粒沉积,单层厚度一般大于2m,由砂砾岩和紫红色、灰色细粒沉积、煤组成,也是扇三角洲粒度最粗的部分。由于冲积扇进入湖中受到水阻力影响很难搬运,形成溯源的粗粒堆积。水上分流河道微相水上分流河道主要以砾岩和砂岩组成,底部见冲刷面,砾石呈叠瓦状构造(图3a、3b)。岩石分选差,成分成熟度较低,石英体积分数在50%左右,呈次棱角—次圆状。在砂砾岩中发育块状层理、中型槽状交错层理、递变层理。显微镜下颗粒粒径主要集中在50~80mm。岩屑主要有花岗岩岩屑、安山岩岩屑、凝灰岩岩屑和沉积岩岩屑。沉积物主要呈颗粒支撑,点接触,孔隙式胶结,粘土矿物充填,部分钙质交代,水上分流河道底部经常为砂砾混杂(图3g)。概率累计曲线呈两段式,跳跃组分体积分数为85%~88%,斜率均小于1。悬浮组分为12%~15%,细截点0.8~3φ(φ为非法定计量单位,1φ=-log2n,n为粒径值,单位为mm)(图4a④)。自然电位和双侧向曲线中高幅钟形或箱形-钟形组合,向上幅值降低(图2)。反映了沉积过程中物源供给丰富,水动力条件较强且能量快速变化的沉积环境。河道间沼泽微相河道间沼泽微相是扇三角洲平原中常见的沉积微相类型,主要由灰黑色的碳质泥岩和煤层组成,一般和下部的河道砂体呈突变接触。因在河泛期间和后期的泛滥平原有水存在,植被生长繁茂,且有生物活动,发育虫孔;其经常被细粉砂岩充填,含铁质结核,发育块状、水平、波纹层理,顶部经常被后期河道冲刷。泥石流由于季节性洪水泛滥,扇三角洲平原还发育泥石流沉积。岩性主要为杂色复成分砾岩和灰色含砾不等粒杂砂岩,表现为砂、泥、砾大小混杂,砾石成分复杂,砾径为10~30mm,分选极差,次棱角状为主,杂基支撑,发育块状层理、递变层理。概率累计曲线呈现一段式和似一段式,斜率在0.5左右,均为递变悬浮组分,为重力流特征(图4a①③)。1.2水下分流河道微相扇三角洲前缘是汤原断陷古近系中最常见的亚相类型,多数为厚层砂岩、含砾砂岩。扇三角洲前缘整体具有向上变粗的反粒序特征,在地震剖面沉积倾向表现为中振幅的、连续—断续的前积反射现象;在测井曲线上总体呈底部渐变、顶部突变接触的中幅微齿漏斗形-钟形-箱形组合,表明水动力能量逐渐加强及沉积物供给逐渐充沛(图2、3c)。在扇三角洲前缘经常见到液化变形层理、泄水构造、碎屑脉等滑塌沉积(图3f)及在扇三角洲中还可见薄层的浊流沉积;通过判断三角洲和重力流的萨胡判别函数对水下分流河道块状层理砂砾岩加以辅助判断,YA/B=0.7215Mz-0.4030σ2+6.7322SK+5.2927Kg,计算值分别为:6.03、6.38、5.88,均在重力流的范围内,可见扇三角洲前缘发育一定的重力流沉积。水下分流河道微相水下分流河道是水上河道的水下延伸,随着扇体向前方扩散,在湖泊水体的影响下不断分叉并下切作用减弱。其主要由较粗的砂岩组成,正粒序且底部常见冲刷面,发育块状层理、平行层理、爬升层理、槽状交错层理(图3d)。镜下沉积物成分成熟度中等,分选中等,次棱角—次圆状,颗粒支撑,孔隙式胶结(图3h)。概率累计曲线主要有两段式。两段式跳跃组分为73%~82%,斜率为1~1.4,呈现由底部到顶部分选变好;悬浮组分为7%~13%,斜率为0.1~0.3(图4b)。水下分流河道微相杂基含量减少并和水下分流河道间微相构成自然伽玛曲线呈中高幅箱形或微齿化箱形、钟形叠在箱形之上的复合型。水下分流河道与水上分流河道的区别在于,水下分流河道粒度偏细、分选较好、层理比较发育,且水下分流河道底部滞留沉积中的泥砾多为灰色,水下分流河道顶部的细粒沉积多为浅灰色、灰色泥岩,显示为水下沉积;而水上分流河道多夹薄煤层沉积。水下分流河道间微相水下分流河道间微相由浅灰色、灰色泥岩,粉砂岩组成,并夹薄层的细砂岩,含植物茎杆化石和炭屑,发育块状、水平、波状层理,颗粒大多小于4.5φ,次棱状,基底胶结,杂基支撑。概率累计曲线为一段悬浮式(图4b)。河口坝微相在水下分流河道河口,由于湖底坡度减缓、水流分散、流速突然降低,大量底负载物质便堆积下来,形成河口坝。河口坝微相主要由灰色细砂岩和粉砂岩组成,常见平行层理、压扁层理、低角度斜层理、双向交错层理,生物扰动明显(图3e)。河流入湖在河口处形成河口坝基本上是一个前积的过程,所以呈现下细上粗的反韵律特征。砂岩分选较好,次棱角—次圆状,颗粒支撑,孔隙式胶结(图3i)。概率累计曲线以三段式为主,它反映了沉积物在河口地区受到较强的、不同类型的水动力作用,有些较粗粒沉积物在沉积界面上发生滚动,滚动组分为4%左右,斜率为0.7;跳跃部分为76%,斜率为1.7;悬浮部分为5%,斜率为0.3,粗截点为3.25φ,细截点为1.85φ(图4c)。自然电位和双侧向曲线总体为中幅漏斗形或齿化漏斗形-箱形组合,下部渐变多齿化,上部齿化或光滑,顶部多为突变的逆粒序结构特征。席状砂微相席状砂是分布在河口坝外缘的薄层砂体,源于河口坝砂体受波浪和岸流淘洗、簸选,发生侧向迁移。主要为灰色细砂岩,粉砂岩与灰色、深灰色泥岩互层;主要见波状、透镜状层理、水平层理,还可见液化现象(图3f)、生物扰动、虫孔。分选较好,次棱角—次圆状,颗粒支撑,孔隙式胶结。概率累计曲线为两段式,跳跃组分为92%,斜率为1.8;悬浮组分为8%,斜率为0.4(图4c)。自然电位曲线与双侧向曲线呈中低幅齿化指形。1.3黄铁矿人工感染亚相区内前扇三角洲为扇三角洲与正常湖泊过渡地带,在深水环境、能量较弱条件下悬浮物质垂向加积而成。岩性为深灰色、灰色粉砂质泥岩,泥岩,夹薄层粉细砂岩条带,发育断续水平层理、透镜状层理及中等—强烈生物扰动构造。泥岩中见自生黄铁矿结核、植物茎干化石及介形虫化石。该亚相往往与河口坝、席状砂相伴生。自然电位曲线为光滑平直线形局部夹微齿线形或低幅指形。在粒度分析的基础上,得到本区扇三角洲样品C-M图点群呈现“S”形,主要发育PQ-QR-RS段,为典型的牵引流沉积。其中扇三角洲平原亚相的点群主要集中在PQ段,C、M值均较大,主要为跳跃搬运;扇三角洲前缘点群主要分布在QR、RS段,少量在PQ段,C、M值均比扇三角洲平原小。总体看来,扇三角洲点群平均粒径最小M值为45μm,大多集中在200μm左右;最大粒径C可达8000μm,大多为800μm左右,反映较强的水动力条件(图5)。2扇三角洲沉积特征通过上述各个沉积微相的描述,可见沉积岩石组合、结构构造、粒度特征、测井曲线特征是区别各个微相的重要因素[12,13,14,15,16,17]。基于岩心特征、测井特征、粒度特征(表1)和粒度参数、石英体积分数(图6),扇三角洲各个亚相和微相明显不同且呈有规律的变化。本区扇三角洲发育在汤原断陷陡坡带,扇三角洲平原不太发育,相带较窄,主要由泥石流、粗粒水上分流河道和河道间沼泽沉积为特征;扇三角洲前缘是本区最发育的沉积亚相,水下分流河道以中粗砂岩为主的沉积、沉积物分选、磨圆、成分成熟度均较水上分流河道高,层理较发育,概率累积曲线斜率较水上分流河道大,表现为能量减弱牵引流沉积;河口坝砂体为细粒沉积,沉积物分选、磨圆、成分成熟度进一步提高,具有生物扰动、发育压扁层理等显示水能量较低的沉积;席状砂是湖浪改造的砂泥互层沉积,砂岩的结构成熟度和成分成熟度最高,概率累计曲线斜率最高,杂基含量最少,生物扰动比较强烈。综上所述,从水上分流河道到席状砂水能量逐渐减弱,沉积粒度逐渐变细,沉积砂岩的结构成熟和成分成熟度逐渐变高。值得注意的是一般扇三角洲沉积多发育在干热的气候条件,水上分流河道侧向多变引起水下分流河道不稳定,不利于河口坝发育。但本区的河口坝较发育,其原因可能为,在近岸地带由于坡度较陡和洪水惯性作用,入湖水流可以保持相对稳定的水路,且汤原断陷古近纪始新统为温暖湿润的古气候,降雨量比较充足,水源供给持续,使得水下分流河道比较稳定,形成较厚的河道砂体。洪水期过后,入湖流体含砂泥量大大减少,致使流体的密度接近于湖水密度,在河口处底负载物迅速沉积,形成较厚的河口坝沉积。因此本区扇三角洲是温暖湿润气候条件下的吉尔伯特型扇三角洲沉积。3层理由砂岩相特征(1)汤原断陷新安村组—达连河组广泛发育扇三角洲沉积,并划分出扇三角洲平原、扇三角洲前缘、前扇三角洲3个亚