沉积学报  2018, Vol. 36 Issue (3): 596−607

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黄远光, 张昌民, 丁雲, 瞿建华, 朱锐, 潘进, 唐勇, 张磊, 陶金雨
HUANG YuanGuang, ZHANG ChangMin, DING Yun, QU JianHua, ZHU Rui, PAN Jin, TANG Yong, ZHANG Lei, TAO JinYu
准噶尔盆地玛湖凹陷百口泉组典型微相砾石定向性定量研究
A Quantitative Study on the Gravel Orientation of Typical Sedimentary Microfacies in Baikouquan Formation, Mahu Sag, Junggar Basin
沉积学报, 2018, 36(3): 596-607
ACTA SEDIMENTOLOGICA SINCA, 2018, 36(3): 596-607
10.14027/j.issn.1000-0550.2018.046

文章历史

收稿日期:2017-06-30
收修改稿日期: 2017-08-22
准噶尔盆地玛湖凹陷百口泉组典型微相砾石定向性定量研究
黄远光1, 张昌民1, 丁雲1, 瞿建华2, 朱锐1, 潘进1, 唐勇2, 张磊2, 陶金雨1     
1. 长江大学地球科学学院, 武汉 430100;
2. 中国石油新疆油田分公司, 新疆克拉玛依 834000
摘要: 砾石定向性可用于辅助判断粗粒沉积物沉积环境的介质性质与强度。在岩芯图像分析与测量的基础上, 运用砾石长轴相对视倾角玫瑰花图中任意相邻三个小扇形的半径之和的最大值(参数a)和小扇形半径大小偏离程度(参数σ), 对玛湖地区百口泉组152种典型砾岩岩石相以及四种典型微相中的砾石定向性进行定量研究, 结果表明:玛湖地区百口泉组不同岩石相中砾石定向性存在一定的差异, 但是总的来说岩石相中包含交错层理属性、平行层理属性、小中砾岩属性的, 砾石定向性比较好, 定向性参数比较大; 四种典型微相中, 辫状河道沉积、水下分流河道沉积、河口沙坝沉积中砾石定向性变化在垂向上都有一定的旋回性, 而泥石流沉积中砾石定向性变化在垂向上的旋回性不是很明显; 四种典型沉积微相中砾石定向性参数大小也存在一定的差别。定向性由差到好依次是泥石流微相(σ最大值为6.61、最小值为3.00、平均值为4.03, a最大值为52.94%、最小值为22.95%、平均值为32.87%)、辫状河道微相(σ最大值为8.91、最小值为3.11、平均值为5.31, a最大值为65.79%、最小值为25.93%、平均值为341.41%)、水下分流河道(σ最大值为7.22、最小值为2.96、平均值为5.11;a最大值为55.71%、最小值为25.93%、平均值为38.76%)、河口沙坝微相(σ最大值为10.34、最小值为3.65、平均值为5.54;a最大值为83.02%、最小值为32.35%、平均值为44.42%)。
关键词砾石定向性     定量表征     沉积微相     百口泉组     玛湖凹陷    
A Quantitative Study on the Gravel Orientation of Typical Sedimentary Microfacies in Baikouquan Formation, Mahu Sag, Junggar Basin
HUANG YuanGuang1, ZHANG ChangMin1, DING Yun1, QU JianHua2, ZHU Rui1, PAN Jin1, TANG Yong2, ZHANG Lei2, TAO JinYu1     
1. School of Geosciences, Yangtze University, Wuhan 430100, China;
2. PetroChina Xinjiang Oilfield Company, Karamay, Xinjiang 834000, China
Foundation: National Science and Technology Major Project, No.2016ZX05027-02-007;National Natural Science Foundation of China, No.41772094, 41702116
Abstract: Gravel orientation can be used to judge the environment of coarse grain deposits.On the basis of the analysis and measurement of the gravel image from the core image, using the parameters a and σ to study the 152 types typical conglomerate lithofacies and four typical sedimentary microfacies of characterization of gravel orientation in the Baikouquan Formation sandstone in the Mahu sag.The parameter a is the maximum value of the sum of the radius of the gravitational axis of any adjacent three small fans, parameter σ is the degree of deviation of the small fan radius.It is found that the larger the a and σ is, the better the orientation of the gravel is; There are some differences in the orientation of different lithofacies and sedimentary microfacies in the Baikouquan Formation in the Mahu area; the orientation of lithofacies with the cross-bedding, the parallel bedding and the small conglomerate attribute is better, the orientation parameter is relatively large.The orientation characteristics show that vertical rotation of the braid channel, the underwater distributary channel and mouth bar are apparent, but the debris flow microfacies's is vague.The size of the orientation parameters exist a difference in four typical sedimentary microfacies, the orientation is poorly followed by debris flow microfacies (σ has a maximum value of 6.61, a minimum of 3.00, and an average of 4.03; a has a maximum value of 52.94%, a minimum of 22.95%, and an average of 41.41%), braided channel (σ has a maximum value of 8.91, a minimum of 3.11, and an average of 5.31; a has a maximum value of 65.79%, a minimum of 25.93%, and an average of 32.87%), underwater distributary channel (σ has a maximum value of 7.22, a minimum of 2.96, and an average of 5.11, a has a maximum value of 55.71%, a minimum of 25.93%, and an average of 32.87%), mouth bar (σ has a maximum value of 10.34, a minimum of 3.65, and an average of 5.54, a has a maximum value of 83.02%, a minimum of 32.35%, and an average of 44.42%).We can use these differences to determine different sedimentary microfacies.
Key words: gravel orientation     quantitative characterization     sedimentary microfacies     Baikouquan Formation     Mahu sag    
0 引言

非三维等轴砾石(尤其扁平砾石)在流水作用下, 为了保持其最稳定的排列状态会发生定向排列[1-3], 例如河流沉积中砾石叠瓦状构造。在不同沉积环境下, 砾石定向排列会存在一定的差异。Potter et al.[4]、Johansson[5]、曾允孚等[6]、何幼斌等[7]在研究中发现河流沉积中砾石最大扁平面是向上游倾斜; Krumbein[8-9], Schlee[10]、吴磊伯等[2]、武安斌[11]认为砾石长轴最优方向和河流流向平行, Twenhofe[12], Doeglas[13]、Seminar[14], Rust[15]在研究中却发现砾石长轴和河流流向垂直。前人通过野外露头对不同沉积环境中砾石定向性做了一定的研究, 如Lindsay[16]对圣海伦斯火山处的泥石流中碎屑颗粒的定向性做了研究, 发现泥石流中砾石定向性较差; Spotts[17]运用定量方法对野外浊流沉积中颗粒定向性做了研究, 发现浊流沉积中颗粒定向性很好; 吴磊伯等[3]对青岛地区沿黄海海滨的砾石定向性做了研究, 发现滨海砾石定向性较好。Dappies et al.[18]对斜坡上受重力控制形成的重力流颗粒定向性做了研究, 发现重力流中颗粒定向性差。邵珠福等[19]对青岛灵山岛受纹层控制的砂级颗粒支撑叠瓦构造做了研究, 发现砂级颗粒的叠瓦状构造可以用于判断沉积环境, 并认为该区的沉积环境为浅水三角洲沉积而不是前人所认为的深水远源浊流沉积。倪良田等[20]对甘肃敦煌现代边滩砂级颗粒叠瓦构造做了研究, 发现边滩上的砂级颗粒叠瓦状构造明显, 而且类型多样。邵珠福等[19]、倪良田等[20]对砂级颗粒的叠瓦状构造的研究拓宽了叠瓦构造理论及应用研究的视野。到目前为止, 前人基于野外露头观察, 对河流、浊流、滨海、泥石流、斜坡处重力流等环境中颗粒定向性做了研究, 发现河流、浊流、滨海环境中颗粒定向性较好; 泥石流、斜坡处重力流沉积中颗粒定向性较差。基于文献调研, 发现野外剖面中不同沉积环境下的颗粒定向性存在一定的差异, 但在油气勘探中, 沉积相和沉积环境的判定大多是基于岩芯资料的观察, 那么基于岩芯资料玛湖地区百口泉组中典型微相中砾石定向性是否存在差异?是否可以依据砾石定向性差异来辅助沉积相的划分?本文依托新疆油田玛湖项目组提供的丰富岩芯资料对玛湖地区典型微相中砾石定向性特征展开定量研究。

1 区域地质概况

玛湖凹陷是准噶尔盆地6大生烃凹陷之一, 凹陷及其周缘是盆地最有利的油气成藏区。玛湖凹陷北部是乌夏断裂带和克百断裂带, 东南部与夏盐凸起、达巴松凸起接壤(图 1), 构造上表现为东南倾的平缓单斜, 局部发育低幅度平台、背斜或鼻状构造。玛湖凹陷百口泉组地层在准噶尔盆地构造演化史上, 属于盆地构造演化的坳陷阶段, 盆地在该阶段相对稳定, 因而斜坡区地层发育较全, 自下而上有石炭系, 二叠系佳木河组、风城组、夏子街组、下乌尔禾组、上乌尔禾组, 三叠系百口泉组、克拉玛依组、白碱滩组, 侏罗系八道湾组、三工河组、西山窑组、头屯河组及白垩系; 二叠系与三叠系, 三叠系与侏罗系, 侏罗系与白垩系之间为区域性不整合, 其中目的层下三叠统百口泉组地层与下伏二叠系为角度不整合接触。

图 1 研究区构造位置图 Figure 1 Tectonic location of the study area

依据岩芯观察以及录井的资料, 百口泉组地层厚度一般为130~240 m, 岩性主要为灰色、灰褐色、灰绿色、红褐色、灰白色的泥岩、砂岩以及砾岩, 其中砾岩层厚度占总厚度的75.27%、砂岩厚度占总厚度的8.27%、泥岩和粉砂岩厚度占总厚度的16.46%。依据岩性和电性特征, 将百口泉组分为3段(图 1), 自下而上依次为百一段(T1b1)、百二段(T1b2)、百三段(T1b3), 百一段地层厚度30~50 m, 主要为灰色砂砾岩; 百二段地层厚度为60~100 m, 岩性以灰绿色砂砾岩为主; 百三段厚度为40~90 m, 为灰绿色砂砾岩与泥岩互层。

玛湖凹陷百口泉组发育丰富的沉积构造, 主要有交错层理、平行层理、块状层理、小型沙纹层理、水平层理。据统计百口泉组砾岩中发育的沉积构造所占的厚度比进行统计显示, 交错层理占65.43%, 块状层理占26.31%, 平行层理占5.62%, 其他沉积构造占2.64%。这表明百口泉组地层中, 砾岩的沉积构造以交错层理为主, 块状层理次之, 这反映百口泉组沉积时以牵引流为主, 局部发育泥石流沉积。

在岩芯观察时, 发现百口泉组多发育厚度不一的红褐色、杂红色泥岩和粉砂质泥岩段, 据统计红褐色和杂红色泥岩占百口泉泥岩总厚度的67.28%, 红褐色和杂红色的粉砂质泥岩段占总粉砂质泥岩段的86.52%。陈奋雄等[21]为明确玛湖地区百口泉组的沉积环境, 对百口泉组红褐色、杂红色泥岩做了取样分析, 结果表明玛湖地区百口泉组主要为弱氧化—还原环境的滨岸沉积或浅水沉积。同时在地震剖面上来看, 玛湖地区百口泉组识别出的扇三角洲前缘沉积厚度比较小, 这同样表明了当时水体比较浅。前人依据这些资料认为玛湖地区为扇三角洲体系, 并且陈奋雄等[21]、张继庆等[22]、牛海青等[23]、宫清顺等[24]、张顺存等[25]、周俊林等[26]、唐勇等[27]、于兴河等[28]对玛湖凹陷百口泉组分别提出了各自的扇三角洲模式。这些模式各有特长, 皆反映了玛湖地区的沉积特点, 但仍然存在一些争议和疑惑。

Harms et al.[29]和Sohn et al.[30]认为岩层中的砾石定向性可以用来解释沉积环境和沉积过程, 而通过文献调研发现前人关于该区百口泉砾岩层砾石定向性研究还停留在定性阶段, 很少有人去总结研究区百口泉组地层所发育的典型微相中砾石定向性特征。如果能够用定量的研究方法对研究区目的层发育的典型岩石相和沉积微相的砾石定向性特征进行总结, 这将会对该区新井区或者争议井区的单井相的分析提供新的理论依据, 进而有利于整个研究区新沉积模式的建立。

2 研究方法

针对本区取芯资料丰富的特点, 本文从岩芯描述入手, 总结研究区发育的典型岩石相类型和典型微相类型。基于高清岩芯照片, 首先依据张昌民等[31]提出的玛湖地区百口泉组砂砾岩岩石相划分方案对研究区获取的岩芯进行岩石相精细划分, 识别出玛湖地区百口泉组152种砾岩石相, 在岩芯观测的基础上, 结合前人研究结果以及测井曲线, 在玛湖地区百口泉组砾质储层中识别出了四种典型的微相, 然后运用黄远光等[32]提出的砾石定向性定量表征研究方法, 运用砾石长轴相对视倾角玫瑰花图中任意相邻三个小扇形的半径之和的最大值(参数a)和小扇形半径大小偏离程度(参数σ), 对玛湖地区百口泉组发育的152种典型砾岩岩石相及四种典型微相中的砾石定向性进行定量研究, 总结出其中砾石的定向性特征, 为研究区沉积模式和沉积相分析提供理论依据。

3 玛湖地区砾岩岩石相砾石定向性特征

利用黄远光等[32]提出的研究方法对玛湖地区砾岩岩石相进行定量研究, 计算出每种岩石相的σa值(表 1)。由表 1可知岩石相四种属性中, 沉积构造和砾石定向性有一定的关系, 岩石相属性中包含块状层理的, 其定向性较差, σ最大值为5.1, 最小值为2.4, 平均值为3.61;a最大值为39.39%, 最小值为21.95%, 平均值为29.12%;岩石相属性中包含交错层理、平行层理的, 其砾石定向性比较好, σ最大值为9.56, 最小值为4.42, 平均值为6.32, a最大值为65.71%, 最小值为28.89%, 平均值为44.94%。定向性和岩性有一定的关系, 总的来说小中砾岩(G4)砾石定向性最好, σ最大值为9.32, 最小值为2.38, 平均值为4.9;a最大值为65.71%, 最小值为21.95%, 平均值为36.66%, 巨砾岩(G1)砾石定向性最差, 其σ平均值为4.14, a平均值为29%。不同岩性的砾石定向性特征见表 2, 不同岩性砾石定向性特征之所以存在差异是因为砾石粒径大小会影响砾石的搬运机理, 从而砾石定向性特征会存在一定的差异。

表 1 玛湖地区典型砾岩岩石相砾石定向性统计表 Table 1 Orientation characteristics of typical conglomerate lithofacies in Mahu sag
编号 岩石相 σ a/% N
1 G1mgⅢ 4.1 34.21 38
2 G1mggⅡ 4.3 28.57 21
3 G1mtⅣ 4.1 24.24 33
4 G2xggⅠ 5.4 39.02 41
5 G2xrⅠ 5.2 41.18 51
6 G2pgⅠ 6.8 41.67 36
7 G2mgⅠ 4.0 32.56 43
8 G2mgⅢ 4.1 38.46 39
9 G2mgⅣ 5.1 36.84 19
10 G2mggⅠ 3.8 30.43 23
11 G2mggⅡ 3.3 26.92 52
12 G2mggⅢ 2.8 23.91 46
13 G2mtⅠ 3.3 25.58 43
14 G2mtⅡ 4.0 30.43 23
15 G2mtⅢ 3.8 34.04 47
16 G2mrⅠ 3.0 25.45 55
17 G2mrⅡ 3.1 28.36 67
18 G2mrⅢ 3.2 26.83 41
19 G2mrⅣ 4.2 28.00 25
20 G2mtⅣ 4.0 35.14 37
21 G2etⅣ 5.0 41.18 17
22 G2erⅢ 4.8 30.77 26
23 G3xgⅠ 6.0 48.72 39
24 G3xgⅡ 7.3 53.57 28
25 G3xgⅢ 5.4 42.86 42
26 G3xggⅠ 6.3 37.78 45
27 G3xggⅡ 5.5 43.48 46
28 G3xtⅠ 5.5 38.89 36
29 G3xtⅡ 6.8 52.50 40
30 G3xrⅠ 4.9 40.48 42
31 G3xrⅡ 5.8 41.67 36
32 G3xgbⅠ 4.7 43.18 44
33 G3xgbⅡ 4.5 39.29 28
34 G3paⅡ 8.1 50.00 20
35 G3pgⅠ 5.2 36.73 49
36 G3ptⅠ 5.7 42.11 57
37 G3ptⅡ 9.6 52.38 21
38 G3maⅡ 4.4 35.00 20
39 G3maⅢ 4.3 26.03 73
40 G3maⅣ 3.6 26.32 38
41 G3mgⅠ 2.7 24.49 49
42 G3mgⅡ 3.8 28.57 28
43 G3mggⅠ 3.9 30.30 33
44 G3mggⅡ 3.8 29.41 34
45 G3mggⅢ 3.6 26.00 50
46 G3mggⅣ 3.8 30.30 33
47 G3mtⅠ 2.6 24.00 50
48 G3mtⅡ 3.6 28.00 50
49 G3mtⅢ 3.3 29.17 48
50 G3mrⅠ 4.4 37.50 32
51 G3mrⅢ 3.2 28.07 57
52 G3mrⅣ 4.2 27.59 29
53 G3mtⅣ 3.3 21.95 41
54 G3mgbⅡ 3.2 25.00 32
55 G3itⅡ 5.8 45.83 48
56 G3igbⅡ 5.6 38.10 21
57 G4xaⅡ 8.5 50.00 22
58 G4xgⅠ 6.5 43.24 37
59 G4xgⅡ 6.5 41.18 34
60 G4xgⅢ 7.1 53.19 47
61 G4xggⅠ 6.0 40.00 25
62 G4xggⅡ 8.1 58.33 36
63 G4xtⅠ 6.7 53.85 52
64 G4xtⅡ 7.4 58.00 50
65 G4xrⅠ 6.4 51.06 47
66 G4xrⅡ 6.7 55.74 61
67 G4xgbⅠ 5.1 30.61 49
68 G4xgbⅡ 6.8 51.43 35
69 G4pgⅠ 5.4 40.00 25
70 G4pggⅠ 7.8 65.71 35
71 G4pggⅡ 6.6 39.13 23
72 G4ptⅠ 6.3 37.50 48
73 G4ptⅡ 9.3 58.33 24
74 G4prⅡ 7.0 45.45 22
75 G4pgbⅠ 7.0 50.00 32
76 G4maⅠ 3.0 23.44 64
77 G4maⅡ 2.63 26.00 50
78 G4maⅢ 3.96 27.66 47
79 G4maⅣ 3.39 23.26 43
80 G4mgⅠ 3.01 23.91 46
81 G4mgⅡ 3.80 21.95 41
82 G4mgⅢ 2.85 27.66 47
83 G4mgⅣ 3.44 33.33 54
84 G4mggⅠ 3.37 30.95 42
85 G4mggⅡ 3.69 32.08 53
86 G4mggⅢ 3.85 23.33 30
87 G4mggⅣ 3.41 26.42 53
88 G4mtⅠ 3.71 35.29 51
89 G4mtⅡ 3.73 36.36 44
90 G4mtⅢ 3.64 28.57 42
91 G4mtⅣ 2.38 26.19 42
92 G4mrⅠ 2.89 28.89 45
93 G4mrⅡ 2.54 25.00 44
94 G4mrⅢ 4.79 32.14 28
95 G4mrⅣ 3.81 26.32 38
96 G4mgbⅡ 2.58 22.50 40
97 G4mgbⅢ 3.81 34.21 38
98 G4mgbⅣ 4.72 37.84 37
99 G4igbⅡ 5.43 42.86 35
100 G4egⅠ 5.64 42.55 47
101 G4egⅡ 5.89 50.00 24
102 G4egⅢ 3.85 33.33 30
103 G4egⅣ 6.64 45.00 20
104 G4eggⅠ 4.27 29.03 31
105 G4eggⅡ 2.38 23.53 51
106 G4etⅠ 5.32 38.10 21
107 G4etⅡ 4.98 30.43 23
108 G4etⅢ 4.81 26.67 45
109 G4etⅣ 3.53 32.26 31
110 G4erⅢ 2.91 22.64 53
111 G4egbⅡ 3.71 23.68 38
112 G5xgⅠ 6.16 46.67 45
113 G5xgⅡ 5.48 40.00 50
114 G5xggⅠ 7.05 47.22 36
115 G5xggⅡ 4.42 30.19 53
116 G5xtⅠ 5.34 45.71 35
117 G5xrⅠ 4.63 33.33 51
118 G5xrⅡ 4.93 36.96 46
119 G5xgbⅠ 8.43 59.38 32
120 G5pgⅠ 6.25 48.39 31
121 G5pggⅠ 6.68 47.22 36
122 G5ptⅠ 4.71 36.54 52
123 G5ptⅡ 5.82 37.04 27
124 G5ptⅢ 5.65 28.89 45
125 G5prⅠ 7.23 44.44 27
126 G5prⅡ 5.91 44.19 43
127 G5maⅠ 3.49 28.26 46
128 G5maⅢ 4.03 31.65 79
129 G5mgⅠ 3.71 30.43 46
130 G5mgⅡ 2.51 23.94 71
131 G5mgⅢ 3.69 32.08 53
132 G5mgⅣ 4.49 32.14 28
133 G5mggⅠ 3.95 33.33 27
134 G5mggⅢ 4.36 31.25 32
135 G5mggⅣ 3.85 29.03 31
136 G5mtⅠ 3.50 30.77 52
137 G5mtⅢ 3.41 29.55 44
138 G5mtⅣ 3.66 35.14 37
139 G5mrⅠ 3.02 24.00 25
140 G5mrⅢ 3.69 31.25 32
141 G5mrⅣ 4.97 39.39 33
142 G5mgbⅠ 2.86 22.92 48
143 G5iggⅠ 8.69 55.56 18
144 G5eaⅢ 5.87 40.54 37
145 G5egⅠ 4.25 32.00 25
146 G5egⅢ 3.86 34.00 50
147 G5eggⅠ 5.05 37.74 53
148 G5eggⅢ 4.90 27.59 29
149 G5etⅠ 5.75 39.62 53
150 G5erⅡ 4.88 36.54 52
151 G5erⅣ 6.03 50.77 65
152 G5egbⅠ 5.56 29.17 24
注:N为所测砾石的总数目。
表 2 不同岩性砾石定向性统计表 Table 2 Different conglomerates orientation characteristics
岩性 σ最大值 σ最小值 σ平均值 a最大值/% a最小值/% a平均值/% N
巨砾岩 4.27 4.07 4.14 34.21 24.24 29 3
粗砾岩 8.69 2.51 4.94 59.38 22.92 36.46 41
大中砾岩 9.56 2.63 4.83 53.57 21.95 36.04 34
小中砾岩 9.32 2.38 4.9 65.71 21.95 36.66 55
细砾岩 8.69 2.51 4.94 59.38 22.92 36.46 41
4 玛湖地区典型微相砾石定向性特征

通过岩芯精细观察、测井曲线以及前人研究, 在本区总共识别出了3种沉积亚相(扇三角洲平原、扇三角洲前缘和前扇三角洲)以及7种沉积微相。其中扇三角洲平原亚相包括泥石流微相、辫状河道微相以及河道间洼地微相; 扇三角洲前缘亚相包括水下分流河道微相、河口沙坝微相、前缘席状砂微相; 前扇三角洲微相则主要是前扇三角洲泥。在这7种微相中, 河道间洼地微相、前缘席状砂微相以及前扇三角洲泥微相中岩性主要是砂岩和泥岩, 不适合做砾石定向性定量研究, 因此本文只讨论玛湖地区泥石流微相、辫状河道微相、水下分流河道微相以及河口沙坝微相中的砾石定向性特征。

4.1 泥石流微相砾石定向性特征

泥石流是指陆地上的一种高密度和高粘度的块体流, 其碎屑颗粒由杂基支撑, 并在重力作用下呈块体搬运[33]。在玛湖地区百口泉组, 泥石流沉积主要出现在扇三角洲平原微相中, 通常以红褐色、灰褐色粗砾、大中砾岩为主, 偶见巨砾岩; 呈棱角状, 分选极差, 一般呈杂基支撑, 部分为多级颗粒支撑, 砾石大多数排列杂乱, 部分砾岩有定向排列呈叠瓦构造, 冲刷充填构造, 但是主要以块状层理为主。本文结合这些特征以及新疆油田研究成果, 在X10井中识别出了典型泥石流微相(图 2), 取芯深度为2 298~2 300.92 m, 岩性主要为大中砾岩以及粗砾岩; 砾石颜色为灰褐色, 代表氧化沉积环境; 支撑方式主要为多级颗粒支撑和杂基颗粒支撑; 沉积构造主要为块状层理, 少数发育交错层理; 典型岩石相为G2mtⅡ、G3mtⅢ、G5mtⅢ; 在垂向上岩性变化没有较明显的旋回性, 这主要是因为泥石流在沉积时是以块体流沉积为主。依据图 2泥石流沉积特征, 笔者在X10井其他深度段也识别出了泥石流微相, 并运用上文研究方法对泥石流沉积微相中砾石定向性进行定量研究(表 3)。

图 2 典型泥石流相中砾石定向性 Figure 2 Typical debris flow facies gravel orientation characteristic
表 3 典型泥石流微相砾石定向性参数统计表 Table 3 Typical debris flow facies gravel orientation characteristics
井号 岩石相 方差 a/% 深度/m
X10 G3mrⅠ 3.13 28.85 2 250.81
X10 G3mrШ 3.62 32.00 2 250.98
X10 G4mrⅠ 3.50 32.69 2 251.56
X10 G3mrⅠ 3.07 25.00 2 252.32
X10 G2mrⅠ 5.15 36.36 2 252.7
X10 G2mrШ 3.00 22.95 2 299.29
X10 G5mrⅣ 3.65 28.57 2 299.74
X10 G3mrШ 3.95 28.85 2 299.94
X10 G3mrⅡ 3.50 26.92 2 300.12
X10 G3xrⅡ 4.90 38.78 2 342.45
X10 G3mrⅠ 3.81 35.19 2 343.1
X10 G3mrШ 3.14 31.82 2 343.21
X10 G2mrШ 4.54 28.21 2 343.44
X10 G4mrⅡ 3.92 30.00 2 343.51
X10 G2mrⅣ 4.36 37.50 2 344.04
X10 G4xrⅡ 4.92 42.00 2 389.2
X10 G3mrⅡ 3.95 32.08 2 389.32
X10 G5xrⅠ 6.61 52.94 2 389.42
X10 G4xrⅡ 4.10 37.74 2 389.61
X10 G2mrⅡ 4.61 37.50 2 390.48
X10 G2mrⅡ 3.13 24.39 2 391.18

图 2表 3可知, 泥石流微相中砾石定向性较差。在玫瑰花图中, 砾石长轴相对视倾角主方向不明显, 主要为双峰模式或者多峰模式(图 2); 定向性参数比较小, σ最大值为6.61、最小值为3.00、平均值为4.03;a最大值为52.94%、最小值为22.95%、平均值为32.87%。泥石流沉积微相中, 砾石定向性参数在垂向上变化旋回性不是很明显(表 3图 2), 但是从表 3统计的数据来看, 从深度2 342.45~2 252.32 m以及2 343.21~2 344.04 m, 参数σa都存在先变小再增大再变小的规律, 但是参数变化的范围不是很大, 因为σ最大值为6.61, 最小值为3.00, 最大值和最小值相差不大, 在垂向上变化不明显, 泥石流中砾石定向性在垂向上变化不明显可能主要是因为泥石流沉积主要以块体流沉积为主, 沉积速度比较快, 泥石流中的颗粒来不及被筛选很快就被沉积下来。

通过上面的分析, 发现泥石流沉积中颗粒定向性杂乱, 这与Lindsay[16]以及Domack[34]等用施密特图研究野外泥石流露头中砾石定向性特征相一致。

4.2 辫状河道微相砾石定向性特征

辫状河道在沉积过程中水动力比较稳定, 沉积物供应比较充足, 通常在河床上形成较厚的岩层。在玛湖地区, 辫状河道中发育的岩性主要以大套的砾岩和砂岩为主, 在河道底部粒度较粗, 发育巨砾岩、粗砾岩、大中砾岩。向上粒度变细, 发育大中砾岩、小中砾岩, 顶部发育细砾岩、砂岩。沉积物中泥质含量较低, 支撑方式通常为颗粒支撑和多级颗粒支撑。砾石颗粒的磨圆度为次棱—次圆状、次圆状。颗粒定向性好, 砾石定向排列显示出明显的层理性, 发育的沉积构造主要为交错层理和平行层理。砾石颗粒多呈灰色、灰白色和灰绿色以及红褐色。图 3为玛湖地区典型辫状河道沉积的柱状图。深度为2 274.80~2 279.68 m, 从岩性上看, 从下到上发育3个正旋回, 2 779.67~2 778.68 m为第一个正旋回, 底部为红褐色大中砾岩, 发育小型交错层理, 颗粒支撑方式为多级颗粒支撑, 岩石相为G3xrⅡ, 上部为红褐色泥岩, 发育块状层理; 从2 778.68~2 777.6 m为第二个正旋回, 其底部岩性为灰绿色大中砾岩和小中砾岩, 沉积构造主要为交错层理, 颗粒支撑方式为多级颗粒支撑, 对应的岩石相分别为G3xggⅡ、G4xggⅡ, 上部为红褐色砂岩和泥岩; 从2 777.6~2 775.8 m为第三个正旋回, 其底部为灰绿色大中砾岩, 灰绿色小中砾岩以及红褐色大中砾岩和红褐色小中砾岩, 沉积构造主要为交错层理, 偶见块状层理, 典型岩石相为G3xggⅡ、G4xggⅡ、G3xrⅡ、G4xrⅡ、G4mrⅡ, 上部主要为红褐色砂岩和泥岩。

图 3 典型辫状河道砾石定向性综合图 Figure 3 Typical braided river facies gravel orientation characteristics

参考上述辫状河道沉积特征, 笔者在岩芯精细观察的基础上在FN16井的其他深度段以及M003井的部分深度段识别出了辫状河道沉积, 然后对其中砾石定向性进行定量研究(表 4)。

表 4 典型辫状河微相砾石定向性参数统计表 Table 4 Typical braided river facies gravel orientation characteristics
井号 岩石相 方差 a/% 深度/m
FN16 G3xggⅠ 8.13 65.79 2 768.37
FN16 G3xgⅠ 4.87 27.66 2 768.47
FN16 G4xggⅡ 4.54 32.61 2 769.15
FN16 G3xgⅠ 4.46 31.58 2 770.94
FN16 G4xgⅠ 6.73 55.26 2 771.69
FN16 G2xggⅠ 5.62 41.46 2 771.84
FN16 G4xggⅡ 4.88 34.62 2 773.19
FN16 G4mggⅡ 4.62 33.90 2 773.39
FN16 G4mggⅠ 4.45 30.00 2 773.47
FN16 G4xggⅠ 4.47 36.21 2 773.67
FN16 G4xtⅡ 4.34 33.78 2 774.18
FN16 G4xrⅠ 5.02 38.71 2 775.17
FN16 G4xtⅠ 6.64 55.00 2 775.55
FN16 G4xrⅡ 7.07 54.35 2 776.04
FN16 G5xtⅡ 5.68 49.46 2 776.25
FN16 G3xtⅠ 4.87 42.22 2 776.46
FN16 G4xrⅠ 5.08 38.98 2 776.55
FN16 G5xrⅠ 4.27 36.11 2 776.6
FN16 G5xtⅡ 8.91 60.00 2 776.72
FN16 G4xtⅡ 8.09 57.14 2 776.87
FN16 G3xrⅠ 5.50 42.50 2 776.97
FN16 G4xtⅠ 4.98 42.22 2 777.82
FN16 G5xgⅠ 4.42 37.93 2 777.92
FN16 G5xaⅠ 4.37 35.71 2 778.67
FN16 G4xaⅠ 5.75 41.10 2 779
FN16 G3xaⅡ 4.92 43.96 2 779.2
FN16 G4xaⅡ 4.89 35.94 2 779.36
FN16 G5xrⅠ 4.97 40.30 2 779.47
FN16 G5xtⅠ 5.17 40.00 2 779.67
M003 G3mgⅠ 3.77 31.37 3 498
M003 G3xgⅡ 4.38 35.90 3 498.31
M003 G3mgⅡ 3.11 28.07 3 498.5
M003 G4xgⅡ 5.44 43.24 3 498.7
M003 G4mgⅡ 3.44 25.93 3 499.12
M003 G4pgbⅡ 6.31 55.17 3 500.3
M003 G3pgbⅡ 6.73 48.98 3 500.56
M003 G3pgbⅠ 5.62 47.50 3 500.74
M003 G3pgbШ 5.14 42.86 3 500.91

表 4以及图 3可知, 在辫状河道沉积中, 砾石定向性较好。在玫瑰花图中, 砾石长轴相对视倾角主方向主要以单峰模式为主(图 3); 定向性参数较大, σ最大值为8.91、最小值为3.11、平均值为5.31;a最大值为65.79%、最小值为25.93%、平均值为41.41%。从定向性参数和玫瑰花图上来看, 辫状河道沉积中, 砾石定向性要比泥石流沉积中的要好, 两种微相中砾石定向性的差异性可以用于复杂井区沉积微相的辨别。在辫状河道微相中, 砾石定向性变化在垂向上有一定的旋回性, 从深度2 779~2 776.87 m定向性参数先变小再增大, 在2 778.67 m处砾石定向性参数达到最小, 对应的岩石相为G5xaⅠ, σ为4.37, a值为35.71%。在辫状河道中, 砾石定向性参数大小变化存在旋回性反应了河道沉积的期次性, 并且这旋回变化可以用于地层对比以及层次界面划分。

通过上述分析发现, 在玛湖地区, 辫状河道中沉积的砾石定向性比较好, 该结论与武安斌[11]在野外对兰州许家滩砾石定向性分析以及Rust[15]在野外对Donjek河流中砾石定向性特征相一致。

4.3 水下分流河道微相砾石定向性特征

据新疆油田研究, 扇三角洲前缘亚相中发育水下分流河道微相, 岩性主要以大套灰色、灰绿色砾岩和砂岩为主, 发育交错层理, 冲刷充填构造, 由于水下分流河道中的沉积物受到流水的冲刷作用比较长, 沉积物从扇源到前缘, 经过层层的淘洗筛选, 沉积物的结构成熟度应该比较高, 砾石的定向性较好, 磨圆度比较好, 颗粒支撑方式主要为颗粒支撑, 多级颗粒支撑, 常见的岩石相为G5xggⅠ、G4xgⅠ、G3xggⅡ、G4xggⅠ。图 4所示是典型水下分流河道砾石定向性综合柱状图。该段为M602井第4次取芯, 深度为3 822.43~3 823.63 m, 从岩性上看, 该段存在两个旋回(3 824.1~3 823 m以及3 823~3 822.4 m), 岩性主要为细砾到小中砾岩以及砂岩, 旋回底部为小中砾岩, 发育大型交错层理, 往上逐渐过渡为砂岩, 砂岩沉积构造为小型交错层理, 颜色主要为灰色和灰绿色, 支撑方式主要为颗粒支撑和多级颗粒支撑, GR和SP测井曲线主要为钟形, 综合新疆油田沉积体系的研究, 该由表 5以及图 4所示, M602井位于扇三角洲前缘, 所以该段为水下分流河道沉积。

图 4 典型水下分流河道砾石定向性综合图 Figure 4 Typical underwater distributary channel facies gravel orientation characteristics
表 5 典型水下分流河道微相砾石定向性参数统计 Table 5 Parameters of typical underwater distributary channel facies gravel orientation characteristics
井号 岩石相 σ a/% 深度/m
M001 G4xtⅠ 4.83 30.00 3 487.98
M001 G4xtⅠ 5.93 50.00 3 488.57
M001 G5xtⅠ 5.13 46.07 3 488.82
M001 G5ptⅠ 4.49 35.19 3 488.92
M001 G5xtⅡ 4.98 38.64 3 488.97
M001 G5xtⅠ 3.72 28.89 3 489.26
M001 G5ptⅠ 4.50 35.63 3 489.44
M001 G4xgⅠ 6.36 45.83 3 489.62
M001 G4mgⅠ 2.96 25.93 3 489.87
M001 G4pgⅠ 4.58 33.33 3 490.54
M001 G3pggⅠ 3.88 37.93 3 490.66
M001 G4pggⅠ 5.99 48.28 3 490.76
M602 G4xggⅡ 4.49 32.14 3 819.01
M602 G5xggⅡ 6.08 37.04 3 819.21
M602 G5xtⅣ 7.05 50.00 3 821.00
M602 G5xtШ 5.77 46.67 3 821.20
M602 G4xggⅡ 5.27 35.29 3 821.46
M602 G5xgⅡ 5.57 41.94 3 821.67
M602 G5xaⅡ 5.57 45.16 3 821.85
M602 G5xggⅠ 5.88 46.67 3 822.23
M602 G4xggⅠ 6.30 55.71 3 822.43
M602 G3xggⅠ 5.71 41.18 3 822.53
M602 G3xggⅡ 7.22 39.13 3 822.76
M602 G5xggⅡ 4.32 33.33 3 822.98
M602 G4xggⅡ 4.32 27.59 3 823.13
M602 G5xggⅡ 6.73 53.19 3 823.43
M602 G3xggⅡ 3.47 30.86 3 823.63
M602 G4xggⅡ 6.35 47.06 3 823.83
M602 G5xggⅣ 4.49 37.50 3 833.65
M602 G4xggШ 7.11 40.00 3 833.94
M602 G5mggШ 3.37 30.99 3 834.26
M602 G4pggⅡ 5.68 40.00 3 834.76
M602 G5pggⅡ 4.56 35.71 3 835.14
M602 G3xggⅡ 5.75 40.00 3 843.00
M602 G4xggⅡ 3.44 34.00 3 843.38
M602 G3xggⅡ 4.44 36.11 3 843.64
M602 G4xggⅠ 5.62 38.46 3 843.89
M602 G3xggⅡ 4.79 35.48 3 844.22
M602 G4xggⅠ 4.99 38.89 3 844.51
M602 G3xggⅡ 5.91 36.36 3 844.71
M603 G5xggⅡ 5.67 45.16 3 837.92
M603 G4xggⅣ 5.86 50.00 3 838.26
M603 G3xggШ 5.32 33.93 3 838.78
M603 G4xggШ 4.62 31.03 3 838.94
M603 G3xggШ 3.62 34.15 3 839.10
M603 G3xggШ 6.34 37.84 3 839.26
M603 G3xggШ 4.80 34.21 3 839.53
M603 G4xggШ 4.66 36.17 3 839.94
M603 G3xggШ 3.80 37.33 3 840.43
M603 G3xggШ 4.15 31.37 3 840.63
M603 G4pggШ 3.33 28.89 3 841.11
M603 G4xggШ 6.09 53.33 3 841.32

依据图 4所示的水下分流河道沉积特征, 通过岩芯精细观察, M001(3 487.98~3490.76 m)、M602(3 819.01~3 844.71 m)、M603(3 837~3 841.32 m)中识别出了水下分流河道微相, 并依据上述方法对水下分流河道微相中砾石定向性进行定量研究, 结果如表 5所示。

表 5以及图 4所示, 在水下分流河道中, 砾石定向性较好。在玫瑰花图中, 砾石长轴相对视倾角分布主要以单峰模式为主。由表 5可知, 砾石定向性参数较大, σ最大值为7.22、最小值为2.96、平均值为5.11;a最大值为55.71%、最小值为25.93%、平均值为38.76%。从垂向上来看, 水下分流河道微相中砾石定向性变化存在一定的旋回性, 例如从3 823.83~3 822.43 m(表 5图 4)来看, 定向性参数先变小再变大, 在深度3 823.63 m处砾石定向性参数达到最小, 对应的岩石相为G3xggⅡ(σ值为3.47, a值为31.03%), 在水下分流河道中砾石定向性变化的旋回性反应了河道沉积的期次性。

4.4 河口沙坝微相砾石定向性特征

据新疆油田研究以及岩芯精细描述, 发现扇三角洲前缘亚相中发育河口沙坝微相, 岩性主要以细砾岩、含砾砂岩以及砂岩为主; 岩石颜色主要为灰色; 颗粒支撑方式主要为杂基支撑以及颗粒支撑为主; 沉积构造主要为交错层理以及平行层理; 呈典型的向上变粗的反粒序特征(图 5); 典型岩石相为G5xgⅡ、G5xgⅠ、G5pgⅠ、G4xaⅡ、G3xggⅠ。图 5所示为典型河口沙坝微相砾石定向性综合柱状图, 该段为D11井第一次取芯, 深度为4 283.84~4 278.83 m, 岩性主要以小中砾岩、含砾砂岩以及砂岩为主, 岩石颜色主要为灰色, 颗粒支撑方式以颗粒支撑和杂基支撑为主, 沉积构造主要为交错层理和平行层理, 有典型的反粒序(4 283.8~4 282.1 m), 测井曲线为箱型以及典型的漏斗型。依据上述沉积特征, 在岩芯精细表述的基础上, 笔者在AH11、AH2、M604上识别出了河口沙坝微相, 然后对其砾石定向性进行定量研究(表 6)。

图 5 典型河口沙坝微相砾石定向性综合图 Figure 5 Typical mouth bar facies gravel orientation characteristics
表 6 典型河口沙坝微相砾石定向性参数统计 Table 6 Parameters of typical mouth bar facies gravel orientation characteristics
井号 岩石相 方差 a/% 深度/m
AH11 G5xaШ 7.58 56.36 2 824.71
AH11 G4xaⅡ 4.37 35.59 2 825.82
AH11 G5xaⅠ 4.12 33.33 2 826.01
AH2 G3xggⅡ 7.62 57.50 3 326.85
AH2 G3xggⅡ 7.28 54.55 3 327.10
AH2 G4xggⅠ 4.46 39.53 3 327.25
AH2 G3xggⅠ 4.93 33.33 3 327.55
AH2 G3xggШ 5.65 40.00 3 327.65
AH2 G4xggⅡ 5.33 39.58 3 327.83
AH2 G5xggШ 5.56 33.33 3 328.00
D11 G5xaШ 4.45 41.67 4 278.83
D11 G5xaⅣ 4.06 37.08 4 279.01
D11 G5xaⅣ 5.29 37.84 4 279.80
D11 G5xgbⅣ 3.65 32.35 4 280.13
D11 G5xaШ 6.50 56.47 4 280.93
D11 G5xaⅣ 7.01 58.97 4 281.45
D11 G5xgⅣ 4.83 35.71 4 281.74
D11 G4xgⅣ 5.77 46.15 4 282.27
D11 G5xgШ 10.34 83.02 4 282.87
D11 G5xgⅣ 10.34 83.02 4 283.84
M604 G3xgbⅡ 4.00 33.33 3 867.11
M604 G3xgbⅡ 3.87 36.21 3 867.23
M604 G4xgbⅡ 4.37 40.91 3 867.38
M604 G3xtШ 5.27 43.64 3 867.42
M604 G4xtⅡ 6.33 45.65 3 867.72
M604 G4xtⅡ 4.69 40.30 3 868.33
M604 G4xtⅡ 4.07 35.71 3 868.48

图 5以及表 6所示, 河口沙坝微相中砾石定向性很好, 在玫瑰花图上, 小扇形分布比较集中, 以单峰模式为主; 定向性参数比较大, σ最大值为10.34、最小值为3.65、平均值为5.54;a最大值为83.02%、最小值为32.35%、平均值为44.42%。河口沙坝微相中砾石定向性参数也存在一定的旋回性, 在深度段(4 283.2~4 280.8 m), 砾石定向性参数数值先变小再增大然后再减小, 在深度段4280.8处定向性参数达到小, 对应的岩石相为G5xgbⅣ(σ为3.65, a为32.35%), 在河口沙坝微相中砾石定向性变化的旋回性反应了河口沙坝沉积的其次性以及水动力变化的周期性。

5 结论

(1) 在岩芯照片的基础上, 运用统计学的方法, 引进参数aσ在岩芯上对玛湖地区152种典型砾岩岩石相的砾石定向性进行了定量研究, 发现不同岩石相中颗粒定向性存在一定的差异, 但是总的来说包含交错层理属性、平行层理属性、小中砾岩属性的砾石定向性比较好, 定向性参数比较大。

(2) 在岩芯照片的基础上, 运用统计学的方法, 引进参数aσ在岩芯上对玛湖地区4种典型沉积微相中砾石定向性进行了定量研究, 结果表明:辫状河道、水下分流河道、河口沙坝中砾石定向性特征在垂向上都有一定的旋回性, 而泥石流微相在垂向上的旋回性不是很明显, 砾石定向性在垂向上的旋回性反应了沉积物在沉积时的期次性。

(3) 这四种典型沉积微相砾石定向性参数大小也存在一定的差别。定向性由差到好依次是泥石流微相(σ最大值为6.61、最小值为3.00、平均值为4.03, a最大值为52.94%、最小值为22.95%、平均值为32.87%)、辫状河道微相(σ最大值为8.91、最小值为3.11、平均值为5.31, a最大值为65.79%、最小值为25.93%、平均值为341.41%)、水下分流河道(σ最大值为7.22、最小值为2.96、平均值为5.11;a最大值为55.71%、最小值为25.93%、平均值为38.76%)、河口沙坝微(σ最大值为10.34、最小值为3.65、平均值为5.54;a最大值为83.02%、最小值为32.35%、平均值为44.42%), 这四种微相间定向性参数存在的差异性可以用于后期其他井区沉积相的分析。

符号注释:

岩性:G5.细砾岩, G4.小中砾岩, G3.大中砾岩, G2.粗砾岩, G1.巨砾岩。

层理:m.块状层理, p.平行层理, x.交错层理。

颜色:gg.灰绿色, g.灰色, a.灰白色, t.灰褐色, r.红褐色系。

支撑方式:Ⅰ.颗粒支撑, Ⅱ.多级颗粒支撑, Ⅲ.杂基—颗粒支撑, Ⅳ.杂基支撑。

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