车排子凸起位于准噶尔盆地西北缘，区域构造上隶属于盆地西部隆起带，西北临近扎伊尔山，西南与四棵树凹陷相接，东面则与红车断裂带及昌吉凹陷毗邻(图 1)。整体的构造形态为一单斜构造，现今地貌北高南低。车排子地区在晚海西中晚期—中燕山期(二叠纪—侏罗纪)为挤压隆升阶段，缺失二叠纪—侏罗纪地层，晚燕山期(白垩纪)—喜山期(新近纪—第四纪)受多幕逆冲挤压，该区经历多期隆升和沉降，在石炭系基岩上发育白垩系、古近系和新近系地层。其中新近系沙湾组是本次研究的目的层段，自下而上又可以分为三个层段，分别为沙一段(N1S1)、沙二段(N1S2)及沙三段(N1S3)。

图 1 研究区区域位置 Fig. 1 The location of the study area

图选项

自2005年油田发现工业性油流开始，新近系沙湾组成为了主力的产油层段。虽然油气勘探的前景光明，但是经过近十年的勘探实践表明，以新近系岩性油藏为主的春光油田面临巨大的挑战，特别是在缺少断层控制的单斜背景下，岩性油藏的隐蔽砂体预测成为了勘探工作中需要重点攻关的课题。由于各时期的资料参差不齐，导致在对探区的物源体系、沉积体系类型、砂体展布规律及相模式依然存在很大争议，尽管针对这些问题展开了多轮次的讨论，但是各时期研究成果依然差异较大^{[1, 2, 3, 4, 5]}。笔者以车排子凸起春光油田为例，在综合利用区域地质、钻井、测井及高分辨率三维地震等资料的基础上，对研究区新近系沙湾组沉积特征进一步探讨后发现，沙湾组并非发育前人认为的水下环境，而是以冲积扇—河流沉积体系为主的陆上暴露环境，并建立起两类冲积扇—河流体系沉积模式，为摸清研究区的油气储层分析提供了新依据。

笔者调研了前人对春光探区沙湾组沉积环境研究成果。不同的专家学者对研究区沉积环境众说纷纭，归结而言，主要包括以下主要的观点。

(1) 洪太元早期提出了扇三角洲—湖泊沉积体系^[6]；向奎^[7]则撰文提出了排2井区滩坝砂沉积，并对滩坝砂形成背景、石油地质特征及勘探意义进行探讨。

(2) 随后，诸多学者认为研究区为三角洲沉积，并提出了不同的沉积模式^{[8, 9]}。如杨少春等^[8]认为工区为辫状河三角洲—湖泊沉积体系，沙湾组沉积时期为缓坡，与物源区存在一定距离，没有形成典型的扇三角洲和曲流河三角洲，而物源来自于北西向的扎伊尔山。杨恺等^[9]则认为工区内发育辫状河三角洲、扇三角洲、湖泊3种沉积相类型，工区大范围展布退积型辫状河三角洲，仅仅北部发育扇三角洲，其前端和侧翼发育滨浅湖滩坝砂沉积。物源则存在西南方向伊林黑比尔根山和西北方向扎伊尔山两个物源体系，且西南方向的物源延伸距离远，波及范围大。但此外，也有学者提出了工区内根本不存在三角洲沉积，而是全部为滩坝砂沉积的观点^[10]。

整体来说，对于工区内的沉积体系既有单一沉积体系的说法^[11]，例如扇三角洲、滩坝砂等；也有多个沉积体系发育的观点^[12]，例如辫状河三角洲—湖泊为主，发育少量扇三角洲沉积体系。关于物源的讨论，既有单一物源影响，例如早期多认为北西向，后期学者认为存在西南向或北东向物源；也存在多个物源同时影响的讨论^[13]，例如西南向、北东向、西北向物源的同时影响等。笔者利用近年来新增资料，提出了沙湾组为冲积扇和河流沉积体系沉积的新认识，详细论述如下文展开。

在前人的研究基础上，结合岩芯、测井、粒度分析等资料，对研究区内岩性特征、沉积结构、沉积构造、垂向系列、砂体平面分布等沉积特征展开综合分析。

利用研究区内近200口钻井资料综合分析，沙湾组不同井区的岩性具有一定的差异性，但垂向上具有较为一致的特征：沙一段多为厚层状砂砾岩、粗砂岩，泥岩含量相对较少，泥岩多为灰绿色或者红色。沙二段总体表现为厚层状红色泥岩夹粉砂岩或含砾细砂岩。沙三段岩性为厚层砂砾岩夹薄层的泥岩，泥岩颜色多为黄色、红色或灰色。

一般而言，远离物源石英含量增大，成分成熟度指数增大；反之相对含量小，说明离物源较近。通过研究区不同井区岩石碎屑含量的统计及成分成熟度计算发现，不同井区的岩石碎屑含量具有一定的差异性。例如位于工区西北方向的春36井区，岩性较为单一，为岩屑砂岩，岩石碎屑成分以岩屑为主，含量平均值可达到90%以上，成分成熟度指数为0.17，代表了一种低成熟度、近物源的特征。春10、春9井区位于工区东北部，岩性多以长石岩屑砂岩、岩屑长石砂岩、岩屑砂岩为主。春10井区碎屑以石英、岩屑为主，石英含量相对较低，平均为42%，岩屑含量平均可达35%，成分成熟度较低，约0.82，整体上表现为低成熟度的特征。春4井区位于工区中部，岩性以长石岩屑砂岩、岩屑砂岩为主，石英含量平均43.1%，岩屑相对含量更高，平均为42.4%，成分成熟度指数为0.88，也表现出低成熟的特点。此外，春22井区岩性相对单一，以岩屑长石砂岩、长石岩屑砂岩为主，碎屑含量中石英含量较高，平均为56.5%，成分成熟度1.55，表现出相对较高的成熟度。总体来说，研究区岩石碎屑成分表现为低石英含量，高岩屑含量，成分成熟度低的特征(图 2)。

图 2 沙湾组各井区砂岩碎屑三角投图 Fig. 2 Triangular diagram of sandstone detrital component of the Shawan Formation in different borehold area

图选项

镜下薄片也表明研究区岩石成分、结构成熟度不高。岩石颗粒以石英、岩屑为主，分选差—中等，磨圆多为次棱—次圆状。颗粒支撑，孔隙发育，胶结物较少，多为方解石胶结或少量的泥晶胶结(图 3)。

图 3 沙湾组砂岩储层典型镜下特征 a.单偏光，920.56 m，沙二段，岩屑长石砂岩，分选一般，磨圆次棱状；b.正交镜，1 315~1 320 m，沙二段，中砂质粗粒长石岩屑砂岩，成分以岩屑、长石为主，磨圆较差；c.单偏光，1 623.69 m，沙三段，岩屑长石砂岩，分选磨圆一般；d.单偏光，867.81 m，沙一段，砂砾岩，分选差，主要成分为凝灰岩、花岗岩等岩浆岩岩屑，近源沉积。 Fig. 3 Typical microscopic characteristics of sandstone reservoir in the Shawan Formation

图选项

沙湾组岩芯观察可以看出，西北部的春36井区岩芯多表现为明显的块状结构，砾石发育，杂乱无序，难以见到典型的层理构造(图 4a,b,c)。其他井区见典型的冲刷构造，例如春2-5井、春10-7井等(图 4d,e,f)，主要为一个起伏不平的岩性突变界面，为底部滞留沉积，可见分选较差、粒径较大的砾石，向上则粒度开始变细，表现出较为典型的“二元结构”(图 4d)。

图 4 沙湾组岩芯中发育的典型沉积构造 a.春36井，沙一段，砂砾岩；b.排2-401井，沙一段，红色块状砂岩；c.排2-400井，沙一段，红色块状砂岩；d.春2-5井，沙一段，“二元结构”；e.春2-5井，沙一段，底部滞留沉积；f. 春10-7井，沙一段，底部见冲刷面，砾石定向排列。 Fig. 4 Typical sedimentary structures in core of the Shawan Formation

图选项

沉积环境的变化会在垂向上形成不同的相序变化。因此通过垂向序列的分析，并结合沉积学的基本原理，不仅可以了解沉积特征，也可以进一步对展开沉积环境的判断。沙湾组垂向演化具有以下特征：

(1) 沙湾组一段岩性以大套的粗粒沉积为特征，以灰色砂砾岩、含砾粗砂岩等岩性为主，泥岩含量低，多个砂体的垂向相互叠置关系明显，曲线垂向上表现为多个齿状箱型(图 5a,b)；

图 5 沙湾组不同段垂向序列特征 Fig. 5 Different vertical sequence feature in the Shawan Formation

图选项

(2) 沙湾组二段岩性则以泥岩为主，颜色多为红色或棕红色，垂向上表现为泥岩夹灰白色细砂岩、粗砂岩，砂岩厚度在5 m左右，与上覆泥岩往往构成下粗上细的正旋回，曲线亦表现出这样的正粒序钟型特征(图 5a,b)；

(3) 沙湾组三段则表现出截然不同的两类垂向序列：一类为大套泥岩或者泥岩夹粗砂岩、砂砾岩沉积(图 5c)，另一类则为大套的砂砾岩夹薄层红色泥岩的粗粒沉积垂向叠置(图 5d)，曲线多表现为锯齿状，表明物源较近，沉积物供给不稳定。

沙一段的正旋回粒序表现不明显，多为砂体的垂向叠置为特征，为典型的河道叠置沉积；沙二段相比，下粗上细的旋回中，泥岩段较厚，二元结构特征明显。沙三段则表现出两类不同的垂向序列，为明显的暴露沉积特征。

以砂组为单元的含砂率平面展布图编制(图 6)，可以看出沙湾组砂体平面分布具有以下特点。

图 6 沙湾组不同时期含砂率平面图(序号表示砂组) Fig. 6 The planar distribution of sand ratio in different sedimentary period of the Shawan Formation (the order number represents sand sets)

图选项

沙湾组一段分为4个砂组，分别对应1-4砂组，砂体集中于西北部及研究区中部、东南部，两个砂体集中区之间间隔一含砂率零值区。西北部的含砂率在30%以上，个别可达70%；中部含砂率带以北东—南西走向分布，含砂率多集中在30%~50%，个别可达70%，甚至达90%(如1砂组)。

沙湾组二段划分为3个砂组,对应5、6、7砂组。其中5、6砂组延续了沙一段沉积特征，砂体以西北、中部条带为基本格局，但是含砂率下降，中间的零值区面积扩大，含砂率集中在10%~30%之间，个别达50%。7砂组砂体展布格局发生一定变化，即西北部砂体由之前的小面积朵体分布扩大为连片的进积分布，含砂率可达到70%，中部砂体则大面积萎缩，仅仅集中于研究区东南角，两者之间的零值区面积也较大。

沙三段划分出2个砂组,分别对应8、9砂组，砂体的展布则不同于沙一段、沙二段：中部的条带砂体完全消失，西北部的砂体以连片的朵叶状由北至南展布，含砂率平均为50%，个别可到70%，甚至为90%。

从含砂率分布特点可以看出，沙湾组沉积期的物源发生了变化，同时含砂率的变化及形态特征也表明沉积体系在相应发生改变。

为讨论沙湾组时期研究区的物源体系问题，本次研究选取了春光油田3口井进行碎屑锆石定年，并结合准噶尔盆地西缘周缘造山带可能源区的地质概况及研究现状，进行了进一步的研究：①对于南面天山山系物源，将春光油田的碎屑锆石年龄直接和准噶尔盆地南缘靠近天山山系的已经发表的野外露头碎屑锆石样品年龄进行对比^[14]；②对于北面扎伊尔山系及阿尔泰山系由于缺少直接的邻近盆地边缘的碎屑锆石年龄对比数据，研究中主要采取地质分析的研究方法^[15]。
如表 1、图 7所示，春光油田C2-5S，C10-7S及C10-2K碎屑锆石样品的年龄与准噶尔盆地南缘新生代碎屑锆石样品年龄存在2点明显的区别：①盆地南缘碎屑锆石的年龄峰值为300~320 Ma，为晚石炭纪，而春光碎屑锆石年龄峰值为390~410 Ma，为早泥盆纪；②盆地南缘含有一定比例的元古代碎屑锆石年龄(＞540 Ma)，约占10%，而春光油田样品中元古代碎屑锆石年龄极少，仅占0.45%。以上两点区别，我们可以否定春光油田沙湾组的物源来源于南部天山山系的可能。

图 7 不同物源区碎屑沉积岩锆石U-Pb年龄分布对比图 Fig. 7 The comparison of detrital U-Pb zircon age in the different source area

图选项

阿尔泰山中带可能出露从元古代—早古生代志留系的火山岩、火山碎屑岩及变质岩，花岗岩年龄主要为早古生代奥陶纪时期和早—中古生代晚志留—泥盆纪时期。从阿尔泰地区花岗岩、沉积岩及片麻岩中分选出来的岩浆成因锆石年龄介于280~2 800 Ma，主要集中在505 Ma左右，因此与本文样品测出研究区锆石年龄集中在早泥盆世(410 Ma)矛盾，也否定了来自阿尔泰山山系的可能性，更可能来自北部的加依尔山源区(表 1)。

同时利用钻井重矿物的组分分析^{[16, 17]}，并结合砂体平面展布特征可进一步判断春光区块的物源方向(表 2)。从重矿物组合统计特征来看，位于研究区西南的春22井区表现出较大的重矿物差异。例如更靠近北部的春22、春22-1井重矿物组合中以绿帘石、角闪石等不稳定重矿物为主，反之，靠近东南部的春27-1井重矿物组合多为稳定重矿物。位于春22井区北东向的春4井区、春10井区、春9井区，越往北东向重矿物组合中不稳定重矿物的含量逐渐增加。例如春4井区的春7、春4井，重矿物组合中以较为稳定的石榴石为主，而春10井区的春10-5井、春10井，重矿物组合中绿帘石、角闪石等不稳定重矿物比例较高。因此可以判定越往北东，其越靠近物源。此外，其他井区资料较少，比较典型的是春36井区内的春23井，重矿物组合内以不稳定重矿物较多。

结合砂体的平面展布特征可以判断研究区内可能存在至少两个物源区，一个来自西北春36井区一带，一个可能来自东北向。为进一步确认这样的推论，笔者又进行了相对重矿物之比的统计，通过平面的分布(图 8)可以看出，研究区西北部明显具有一个稳定重矿物增加的趋势，例如春23井—春22井—春7井—春4井饼状图重矿物比例情况。同时值得注意的是，从春10井开始，稳定重矿物比例通过两个方向逐渐增加，一个方向是春10—春10-5—春10-7井，即南东向趋势；另一个是春10—春10-5—春4—春27-1井，即由北东向向南西向，稳定重矿物的比例逐渐增加。但大体而言，这个变化表明研究区另一个物源来自北东向，并且这个物源方向是研究区主要的碎屑来源区，影响了研究区的大部分区域，也形成了前面所论述的沙湾组一段、沙湾组二段北东—南西向展布的条带。

图 8 春光区块沙湾组沉积期重矿物组合特征及物源分析 Fig. 8 Heavy mineral assemblage and provenance analysis of the Shawan Formation in Chunguang block

图选项

早期成果认为沙湾组为水下环境沉积，而新近所获取的证据存在诸多矛盾之处。笔者通过沉积特征、沉积体空间展布等方面的综合分析，认为沙湾组的基本沉积格局由两部分组成：即西北部物源供给和东北部物源供给的沉积体。其中西北部物源供给的砂体，表现出典型的近源、暴露特征，与前人认为的冲积扇沉积相吻合；而东北物源供给的北东—南西向展布的砂体的沉积体系存在较大差异，笔者认为该套砂体并非三角洲、滩坝砂等水下沉积体系，而是同样具有陆上暴露环境的河流沉积体系。这一结论基于以下一些证据的思考。

从前面的岩石学特征可以看出，沙湾组三个亚段具有明显的暴露特点。特别是沙二段，发育厚层的红色泥岩。国内外的学者对红层也进行了诸多的讨论^{[18, 19, 20]}，红层的出现一方面可能与氧化暴露相关，即原生沉积或准同生期产物；另一方面则与成岩作用有关，即在成岩作用过程中发生风化淋滤或氧化蚀变的结果，为成岩时期的产物。结合春光区块的实际地质背景，排2井区地层中有含膏泥岩出现，排2-1井出现棕红色膏质泥岩^[21]。因此新近系沉积时期，研究区气候相对干旱，并且红色泥岩具有区域性特点，而非仅仅局限于工区某个区域范围，可推测沙湾组红色泥岩成因多半与当时的暴露有关，并不是后期成岩作用的产物。

沙湾组整体表现出岩性较粗、岩石碎屑成分成熟度与结构成熟度较低的特点。通过整个研究区所有样品粒度分析的C-M图显示(图 9)，研究区西北部春36井区的样品表现出明显的快速沉积的特征，投点基本与C=M基线相平行。这种特征表明沉积物主要以悬浮方式搬运，含有大量的泥、泥沙混合沉积，是一种快速沉积的产物。从取芯情况看，该井区主要发育含砾泥岩、泥岩，泥岩颜色多以红色、紫红色为主(图 10)，表明具有暴露特征，因此为冲积扇沉积，而非其他的水下重力流沉积。

图 9 春光油田沙湾组不同井区C-M图 Fig. 9 The C-M diagram in different borehold area of the Shawan Formation in Chunguang block

图选项

图 10 春36井区取芯 a.排400-3井，1 040~1 044 m，红色含砾泥岩；b.春40井，851.59~853.63 m，红色泥岩。 Fig. 10 The drill core of Well Chun 36 borehold area

图选项

其他井区的点组成的图形则仅有一小部分平行C=M基线，表现为牵引流沉积的特征。其中以RQ、PQ、PO段为主，仅小部分落入ON段。从这个特征可以表明，图形缺少RS段，即均匀悬浮段，沉积物以滚动搬运为主。特别是一些样品落入ON段，表明沉积物完全为滚动搬运的方式，而三角洲沉积一般会有有一定量碎屑样品落入RS段。因此再次证明研究区内粒度较粗，成熟度很低，符合河流沉积等近物源沉积体系类型特征。

目前所有的岩芯观察结果来看，研究区内所具有的沉积构造类型主要具有两个特征：①冲刷构造较发育。从图 4的岩芯照片也看出能在沙湾组，特别是沙一段识别出大量的冲刷面，并可见较多的滞留沉积，表现出明显的河道底部沉积特征；②难以识别出具有波浪改造成因的层理类型。虽然缺少浪成沙纹交错层理并不能否定三角洲沉积，但是目前所能见到的层理构造，与典型的三角洲前缘、滩坝砂中通常会出现双向交错层理的特点不符合。

古生物也是一个重要的鉴定标志。因为在三角洲沉积中，往往能在河口地区发现较多的生物扰动、介形虫、叶肢介及瓣鳃类化石^{[23, 24]}。相反，河流体系内古生物化石往往保存不好，难以见到较完整的生物化石，一般可见少量的碳化植物化石是最好的鉴定标志。在选取本区13口钻井沙湾组古生物资料进行详细统计发现，仅有3口钻井在沙三段发现少量藻类、介形虫碎片，而大部分钻井并未发现轮藻和介形类化石，因此，可以推断沙湾组沉积时期湖区并未在研究区内。

研究区基于三维地震资料的地震属性图显示出清晰的曲流河水道的特点(图 11a、b)。特别是沙二段6、7砂组地震属性图中，弯曲的、多分支的曲流河特征较为清晰，水道沿着北东—南西上的条带展布；有时可以看到点砂坝迁移所形成的弧形砂坝，同时牛轭湖等微相亦在平面上能表现出来。相应砂组的钻井表现为细砂岩与泥岩的正粒序结构，曲线上表现出箱型水道的特点(图 11c)，因此从地震属性的证据上看沙二段为典型曲流河沉积体系特点。

图 11 沙湾组二段不同砂组地震属性特点 Fig. 11 Seismic attribution in different sand sets of the 2nd member of the Shawan Formation

图选项

尽管沙一段地震属性很难显示出单个水道的特点，但是从属性图及含砂率图(图 6)都表明其砂体呈条带状展布，而不具备浅水三角洲多呈朵叶状展布的特点。

研究区沙湾组沉积期存在冲积扇、河流沉积体系，其中冲积扇仅发育于西北角，受控于西北物源，在沙湾组沉积期一直存在。河流体系则仅在沙湾组一段、二段沉积，受控东北物源，具有不同的沉积特征，其中沙湾组一段发育辫状河沉积体系，随后在沙二段转变为曲流河沉积体系，在沙三段沉积期河流体系消失而成为洪泛平原沉积。

同时，沙湾组沉积期，研究区并非单一物源控制的单一沉积体系，而是两个物源共同控制下的两套沉积体系。

冲积扇—辫状河沉积体系主要发育于研究区新近系沙湾组一段，由于古地貌高差较大，可容纳空间也较大，物源供给充足，形成了多物源的冲积扇—洪泛平原—辫状河沉积组合。冲积扇发育于研究区西北部，辫状河沉积发育于研究区中南部，厚层状砂体呈NE向展布，两者之间为以紫红色泥岩为主的洪泛平原沉积(图 12a)。其主要特征如下：

图 12 春光油田沙湾组两类沉积模式 Fig. 12 Two different types of sedimentary model of the Shanwan Formation in Chunguang block

图选项

(1) 来自于西北部冲积扇体系主要由泥石流、辫状水道以及漫流沉积为主，在扇远端出现古土壤层以及瘤状结核等暴露标志。早期冲积扇局限于排P2-400井古冲沟一带，辫状水道以中细砂岩为主，但厚度不大。

(2) 来自于东北的辫状河砂体岩性主要由含砾砂岩、砂砾岩、中细砂岩组成，砂岩成分成熟度较差，分选磨圆也较差。自然伽马曲线主要为箱状、漏斗状。沿NE向厚砂带分布，砂体间泥岩厚度较薄。由于该套砂体厚度大，侧向连通性好，可以作为油气运移的通道。

(3) 沙湾组一段冲积扇—辫状河沉积组合分别代表 2个物源体系，从砂岩矿物组成、成分成熟度、重矿物资料均显示明显差异。其中冲积扇以岩屑砂岩为主，辫状河以长石岩屑砂岩为主。

冲积扇—曲流河沉积体系主要发育于研究区新近系沙湾组二段，尽管其沉积面貌与沙一段相似，但随着地形高差的进一步夷平，坡度变缓，研究区河流体系从辫状河演变成曲流河沉积。冲积扇仍然发育于研究区西北及北部，曲流河沉积发育于研究区中南部，但砂体厚度减小，砂体间所夹泥岩厚度增大，两者之间为仍以紫红色泥岩为主的洪泛平原沉积(图 12b)，其主要特征如下：

(1) 与沙一段相似，来自于北部冲积扇体系仅分布于研究区北部边缘，主要由泥石流、辫状水道以及漫流沉积为主。沙二段冲积扇范围进一步扩大，到沙三段发育范围更大，自下而上显示逐渐增强的特点。

(2) 来自于东北的曲流河砂体岩性主要由含砾砂岩、含砾细砂岩、中细砂岩组成，砂岩成分成熟度稍好于沙一段。自然伽马曲线主要为箱状、钟形或指状。沿NE向分布，砂体间泥岩或泥质粉砂岩厚度明显增大，且所夹泥岩以紫红色为主。

(1) 车排子凸起春光区块沙湾组并非陆相水下环境，而具有陆上暴露环境的特点，即具有冲积扇、河流沉积体系同时存在的特征，西北部发育少量的冲积扇沉积，其他大部分区域发育典型的河流沉积体系。

(2) 来自西北物源的冲积扇体系仅发育于西北角，但沙湾组沉积期持续发育，且自下而上沉积规模逐渐增大。来自于东北物源的沉积体构成了NE—NW向展布的条带状河流砂体，其中沙湾组一段为辫状河沉积，随后沙二段演变为曲流河沉积，沙三段沉积期河流退出研究区而演变为洪泛平原沉积。

(3) 沙湾组沉积期具有多物源控制、多沉积体系发育的特点，空间上构成了冲积扇—洪泛平原—河流沉积组合。沙湾组一段为多物源冲积扇—辫状河沉积模式，沙湾组二段为多物源冲积扇—曲流河沉积模式。