陳秀艷，羅平，賈進(jìn)華，馬德波，周波

（中國石油勘探開發(fā)研究院）

塔北中部石炭系東河砂巖物源及沉積體系

陳秀艷，羅平，賈進(jìn)華，馬德波，周波

（中國石油勘探開發(fā)研究院）

塔北中部東河塘—哈拉哈塘—哈得遜地區(qū)分布的下石炭統(tǒng)巴楚組東河砂巖段是深埋的海相優(yōu)質(zhì)碎屑巖儲(chǔ)層。對(duì)重礦物的聚類分析以及對(duì)穩(wěn)定系數(shù)、ZTR指數(shù)、砂巖碎屑組分含量和巖屑類型特征的分析表明，研究區(qū)東河砂巖有兩個(gè)主要物源體系，且物源供給方式不同。根據(jù)地震反射特征、碎屑組分平面分布形態(tài)及粒度反映的水動(dòng)力條件等，認(rèn)為位于研究區(qū)西北側(cè)的輪臺(tái)凸起以浪控三角洲的形式向東河塘—哈拉哈塘地區(qū)供給沉積物，而哈得遜地區(qū)以正常波浪侵蝕填平補(bǔ)齊的形式供給沉積物，推測(cè)在這兩個(gè)地區(qū)的中間區(qū)域存在物源混合帶。巖心觀察描述及測(cè)井、錄井資料分析證實(shí)，不同物源供給體系受波浪強(qiáng)烈改造作用，均發(fā)育濱岸沉積，東河塘—哈拉哈塘地區(qū)主要發(fā)育浪控三角洲改造后的前濱海灘砂，哈得遜地區(qū)發(fā)育正常浪控前濱砂礫質(zhì)灘，研究區(qū)中部地區(qū)發(fā)育中上臨濱，南部地區(qū)發(fā)育下臨濱—淺海。

下石炭統(tǒng)；東河砂巖；砂巖；沉積物源；沉積體系；塔里木盆地北部

塔里木盆地下石炭統(tǒng)巴楚組底部東河砂巖段（簡稱“東河砂巖”）是我國典型的深埋海相優(yōu)質(zhì)碎屑巖儲(chǔ)層。隨著1990年東河塘油田的發(fā)現(xiàn)，拉開了塔里木盆地東河砂巖油氣勘探的序幕，打破了超深層缺乏優(yōu)質(zhì)砂巖儲(chǔ)層的理論禁錮［1］。1998年哈得遜油田的發(fā)現(xiàn)，它作為塔里木盆地億噸級(jí)整裝海相砂巖油田，是中國海相油氣勘探理論和實(shí)踐的又一次突破［2］，并帶動(dòng)了非穩(wěn)態(tài)成藏理論體系的誕生［3-4］。位于塔里木盆地塔北中部的這兩個(gè)油田均在海相東河砂巖層位中獲得極大產(chǎn)能，為此，國內(nèi)有不少學(xué)者總結(jié)了東河砂巖的沉積期次、沉積相和沉積儲(chǔ)層特征［5-9］，但對(duì)于東河砂巖段濱岸沉積的物質(zhì)來源卻未曾有人深入研究。本文運(yùn)用塔北中部21口井198個(gè)重礦物數(shù)據(jù)和23口井350個(gè)薄片鑒定數(shù)據(jù)，對(duì)塔北中部地區(qū)的東河砂巖進(jìn)行了物源分析，并結(jié)合巖心、測(cè)井、錄井及地震資料，以期能揭示東河砂巖的沉積相分布差異，為沉積砂體的進(jìn)一步對(duì)比奠定基礎(chǔ)。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)包括東河塘—哈拉哈塘—哈得遜地區(qū)，主要位于塔北隆起中部哈拉哈塘凹陷和北部坳陷滿加爾凹陷北部（圖1）。研究區(qū)內(nèi)的下石炭統(tǒng)巴楚組東河砂巖段已發(fā)現(xiàn)的油田有東河塘油田（位于哈拉哈塘凹陷）和哈得遜油田（位于滿加爾凹陷）［1-2］。研究區(qū)北鄰輪臺(tái)凸起，東鄰輪南低凸起，是油氣運(yùn)移的指向區(qū)［1-4］。輪臺(tái)凸起在古生代是殘余古隆起，出露變質(zhì)巖及火山巖［10］。輪南低凸起缺失中—上奧陶統(tǒng)和泥盆系，石炭系直接覆蓋于下奧陶統(tǒng)，構(gòu)成潛山油氣藏［11］。

東河砂巖段在塔里木盆地內(nèi)是一套泥盆紀(jì)—石炭紀(jì)的穿時(shí)地層單元，在研究區(qū)內(nèi)發(fā)育時(shí)代為石炭紀(jì)，厚度從東河塘地區(qū)的二三百米減薄至哈得遜地區(qū)的二三十米，并且向輪南低凸起超覆沉積，向輪臺(tái)凸起方向削蝕沉積。東河砂巖段底部多與志留系塔塔埃爾塔格組接觸，東北部有些井與奧陶系接觸，底界與下伏地層呈角度不整合接觸關(guān)系（圖2）。東河砂巖段上部依次沉積巴楚組含礫砂巖段、下泥巖段、生物碎屑灰?guī)r段，以及卡拉沙依組中泥巖段。含礫砂巖段厚度薄，分布不均；下泥巖段和生物碎屑灰?guī)r段大部分地區(qū)缺失；中泥巖段在全區(qū)有分布。

陳秀艷：女，1979年生，博士后。主要從事層序地層學(xué)及沉積學(xué)研究。通訊地址：100083北京市海淀區(qū)學(xué)院路20號(hào)

圖1 研究區(qū)位置圖A—A′與B—B′剖面見圖6

2 物源分析

碎屑巖物源的分析方法眾多［12］，本文主要運(yùn)用重礦物法和砂巖碎屑組分法。

重礦物法包括重礦物組合法和單顆粒重礦物含量比值法。重礦物組合法常用的數(shù)學(xué)方法是聚類分析。聚類的核心思想是根據(jù)樣本及變量組合關(guān)系的相似性進(jìn)行分類，包括Q型和R型聚類，兩者區(qū)別在于Q型聚類是對(duì)樣本的分類，而R型聚類是對(duì)變量的分類［13］。單顆粒重礦物含量比值法常用的是穩(wěn)定系數(shù)和ZTR指數(shù)。穩(wěn)定系數(shù)，是指穩(wěn)定重礦物（如鋯石、電氣石、石榴子石、磁鐵礦、白鈦石等）的相對(duì)含量與不穩(wěn)定重礦物（如磷灰石、云母、綠簾石等）的相對(duì)含量的比值。ZTR指數(shù)，是指鋯石（zircon）、電氣石（tourmaline）和金紅石(rutile)三種透明礦物占總重礦物的百分含量，可作為重礦物組合成熟度的一個(gè)度量。

砂巖碎屑組分法是指砂巖中比重礦物輕的石英、長石礦物和巖屑的組成含量，以及巖屑種類和成分含量。重礦物自身具有穩(wěn)定性，能夠保留較遠(yuǎn)距離物源區(qū)特征，而砂巖碎屑組成及巖屑成分特征則是最直接的源區(qū)指示劑。

因此，綜合分析重礦物和輕礦物組成特征是進(jìn)行物源分析非常成熟有效的手段［14］。

2.1 重礦物數(shù)據(jù)分析

東河砂巖中，重礦物類型豐富。不同的重礦物組合可反映不同的物源（母巖）類型，因而重礦物組合特征是物源變化極為敏感的指示劑。在因子分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行聚類分析，并結(jié)合穩(wěn)定系數(shù)及ZTR指數(shù)分布特征，能夠有效分析物源方向。

2.1.1 重礦物因子分析

聚類之前，先進(jìn)行因子分析，目的是將多個(gè)變量減少為少數(shù)幾個(gè)潛在的因子，用以概括大量數(shù)據(jù)中

的信息，這樣既減少變量個(gè)數(shù)，又能再現(xiàn)變量之間的內(nèi)在聯(lián)系。

圖2 塔北中部下石炭統(tǒng)綜合柱狀圖

首先整理數(shù)據(jù)：在研究區(qū)21口井東河砂巖的198件樣品中，將重礦物數(shù)據(jù)中不能反映他源的自生重礦物黃鐵礦、菱鐵礦、石膏以及含量小于1%的礦物剔除，最終選擇穩(wěn)定礦物鋯石、電氣石、石榴子石、磁鐵礦、赤褐鐵礦、榍石、金紅石、白鈦石以及不穩(wěn)定重礦物磷灰石、云母、綠簾石共11種，對(duì)它們進(jìn)行因子分析。

分析結(jié)果表明，這11種重礦物變量之間的共同度比較小，說明變量空間若轉(zhuǎn)化為因子空間時(shí)，保留信息會(huì)比較少。因此，各因子均具有代表性，變量無法再合并，故也不適合對(duì)變量進(jìn)行R型聚類分析。同時(shí)這也說明，研究區(qū)東河砂巖沉積時(shí)處于高能水動(dòng)力環(huán)境，各種礦物經(jīng)歷了充分的混合淘洗。

2.1.2 重礦物Q型聚類分析

將研究區(qū)21口井東河砂巖的198件樣品作為樣本，以11種重礦物為變量進(jìn)行Q型聚類分析。分析結(jié)果表明，這些樣品可按Q型聚類劃分為五類：Ⅰ類樣品以穩(wěn)定重礦物白鈦石、赤褐鐵礦和鋯石為主；Ⅱ類樣品以白鈦石、鋯石為主；Ⅲ類樣品以磁鐵礦和赤褐鐵礦為主；Ⅳ類樣品以赤褐鐵礦、電氣石為主；Ⅴ類樣品以磁鐵礦和磷灰石為主。各類樣品組合重礦物的類型及平均百分含量見表1。

研究區(qū)21口井東河砂巖樣品具有各自的重礦物組合。由這些井的各類重礦物組合在研究區(qū)平面中的分布特征（圖3）可以看出：東河塘地區(qū)多數(shù)井的重礦物組合以Ⅱ類樣品為主，而哈得遜地區(qū)多數(shù)井的重礦物組合以Ⅰ類樣品為主。已知Ⅱ類組合中

白鈦石含量最豐富，白鈦石是鈦鐵礦的蝕變物，而鈦鐵礦通常產(chǎn)自火山巖類，這說明東河塘地區(qū)東河砂巖的物源成分以火山巖類為主。Ⅰ類組合含有較高的赤褐鐵礦，赤褐鐵礦主要產(chǎn)自接觸變質(zhì)巖中（也可見于火山巖和沉積巖中），說明哈得遜地區(qū)東河砂巖的物源成分以變質(zhì)巖類為主（結(jié)合2.2節(jié)的分析）。位于研究區(qū)中部各井的重礦物組合呈較多樣化，推測(cè)其可能具有混源性。

表1 東河砂巖樣品Q型聚類分類及砂巖中不同重礦物平均百分含量（wt%）

圖3 塔北中部東河砂巖重礦物組合平面分布特征圖

2.1.3 重礦物穩(wěn)定系數(shù)和ZTR指數(shù)分布特征

穩(wěn)定系數(shù)可反映重礦物的搬運(yùn)方向和搬運(yùn)距離，其值越大代表礦物的搬運(yùn)距離越遠(yuǎn)。ZTR指數(shù)值越大，代表礦物成分的成熟度越高。

對(duì)研究區(qū)21口井重礦物穩(wěn)定系數(shù)作等值線圖（圖4a），結(jié)果表明：圖中存在兩個(gè)穩(wěn)定系數(shù)低值區(qū)，西北部東河8、東河7、哈5和哈4等井區(qū)的重礦物穩(wěn)定系數(shù)小于280，而東部哈得20和哈得402井區(qū)的穩(wěn)定系數(shù)甚至小于50。研究區(qū)重礦物ZTR指數(shù)的等值線趨勢(shì)變化分析表明：西北部哈5、哈4和哈7-9井區(qū)的重礦物ZTR指數(shù)值小于11，東部哈得20、哈得17和哈得402井區(qū)的ZTR值小于7，即也存在兩個(gè)低值區(qū)（圖4b）。

綜合以上重礦物組合、穩(wěn)定系數(shù)和ZTR指數(shù)的分析認(rèn)為：研究區(qū)東河砂巖存在兩個(gè)物源方向，推測(cè)其可能分別來自研究區(qū)西北部和東部（圖4）。

2.2 砂巖基本類型及碎屑組分特征

對(duì)23口井350個(gè)薄片鑒定數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析表明，研究區(qū)東河砂巖的巖石類型主要為細(xì)粒巖屑石英砂巖和巖屑砂巖，巖性較單一，且結(jié)構(gòu)成熟度較高。石英含量在70%～90%；巖屑含量在12%～30%，一般為20%左右，個(gè)別井可達(dá)44%；而長石含量相對(duì)較低（＜5%）。根據(jù)砂巖組分及含量變化分析，發(fā)現(xiàn)東河401—哈5—躍南2—躍南1等井一線的巖屑+長石含量相對(duì)較高（介于28%～32%之間），向兩側(cè)含量減?。ǎ?2%）；而哈得遜地區(qū)的哈得20、哈得119和哈得7等井一帶的巖屑+長石含量相對(duì)較高（介于24%～35%之間），其余地區(qū)的含量則較低（＜21%）（圖5a）。東河砂巖巖屑成分及含量分析表明：東河塘及哈拉哈塘部分地區(qū)巖屑類型主要為中酸性火山巖，而哈得遜地區(qū)巖屑類型主要為變質(zhì)巖（圖5b），以石英巖及片巖為主。

東河砂巖巖屑成分的分區(qū)特點(diǎn)亦說明：哈得遜地區(qū)與東河塘—哈拉哈塘地區(qū)砂巖物質(zhì)來源不同，即存在兩個(gè)物源區(qū)。東河塘—哈拉哈塘的物源來自輪臺(tái)凸起，這與上述的重礦物分析結(jié)果吻合，但在哈得遜周圍并沒有古老的變質(zhì)巖區(qū)，巖屑類型卻表現(xiàn)為變質(zhì)巖為主。為此，對(duì)哈得遜地區(qū)志留系砂巖成分進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)其含有大量石英巖、千枚巖、石英片巖等變質(zhì)巖巖屑，只是砂巖成分成熟度及結(jié)構(gòu)成熟度比東河砂巖要差。由此推測(cè)，哈得遜地區(qū)東河砂巖的物質(zhì)來源可能為下伏的志留系，而哈得20井和哈得119井東河砂巖段中巖屑+長石含量相對(duì)較高且砂巖中含有灰質(zhì)礫，說明哈得遜東部邊緣局部接受輪南低凸起的物源供給。重礦物分析結(jié)果也驗(yàn)證了這一點(diǎn)。

3 物源供給方式及沉積體系

通過上述重礦物和砂巖碎屑組分特征分析，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料研究以及構(gòu)造背景分析，認(rèn)為東河塘—哈拉哈塘與哈得遜地區(qū)屬于不同的物源體系，且物源供給方式不同：西北部輪臺(tái)凸起通過浪控三角洲向東河塘—哈拉哈塘地區(qū)供給沉積物，而哈得遜地區(qū)以波浪侵蝕填平補(bǔ)齊沉積作用方式供給沉積物。主要證據(jù)有：

圖4 塔北中部東河砂巖重礦物穩(wěn)定系數(shù)及ZTR指數(shù)分布特征圖

圖5 塔北中部東河砂巖碎屑組分特征及巖屑成分和含量分布圖

（1）如上所述，碎屑巖組分特征平面分布呈現(xiàn)為東河401井—哈5井—躍南2井—躍南1井一線巖屑+長石含量較高，向兩側(cè)東河7井、東河8井、東河3井、東河2井和哈7-9井區(qū)域，巖屑+長石含量較低（圖5a），這說明物質(zhì)供給具有方向性，并且平面發(fā)散呈扇形。

（2）在地震剖面上，東河塘地區(qū)東河砂巖段可見退積結(jié)構(gòu)（圖6a），平面屬性切片也表明東河塘—哈拉哈塘地區(qū)東河砂巖段分布呈扇形朵狀形態(tài)；而哈得遜地區(qū)東河砂巖段表現(xiàn)為強(qiáng)振幅、斷續(xù)、局部透鏡反射結(jié)構(gòu)（圖6b），砂巖厚度與地形起伏相關(guān)。

（3）粒度分析表明：東河塘地區(qū)至哈拉哈塘地區(qū)滾動(dòng)組分含量減少，跳躍組分斜率增大（圖7a），說明研究區(qū)波浪淘洗能量強(qiáng)，并且在東河塘—哈拉哈塘地區(qū)存在牽引流作用；而向哈得遜地區(qū)雙跳躍組分增加，斜率更大，并與懸浮組分間有混合帶（圖7b，7c）。

圖6 塔北中部東河砂巖地震反射特征A—A′與B—B′剖面位置見圖1

圖7 塔北中部東河砂巖粒度概率圖

在物源分析基礎(chǔ)上，綜合巖心、測(cè)井、錄井和地震資料的分析及前人研究成果，認(rèn)為研究區(qū)處于海侵環(huán)境，以波浪作用為主，輪臺(tái)凸起雖以浪控三角洲的形式供給沉積物，但因被波浪作用強(qiáng)烈改造，形成浪控濱岸沉積體系，因而巖心資料揭示的沉積構(gòu)造多為浪成低角度交錯(cuò)層理、平行層理及小型槽狀交錯(cuò)層理等（圖8）。

結(jié)合巖性序列，可在研究區(qū)識(shí)別出前濱、中上臨濱和下臨濱三類沉積相區(qū)（圖9）：

圖8 塔北中部東河砂巖濱岸沉積層理類型

（1）研究區(qū)西北部東河塘地區(qū)至躍南2井區(qū)，發(fā)育前濱海灘砂，縱向序列為反旋回：下部為中—厚層狀灰色細(xì)砂巖，上部為中—厚層灰色中砂巖夾粗砂巖薄層，泥質(zhì)膠結(jié)疏松。而哈得遜地區(qū)東部靠近岸線一側(cè)，發(fā)育前濱砂礫質(zhì)灘，巖性為厚層狀灰色細(xì)砂巖和中砂巖夾薄層礫狀砂巖和含礫中砂巖，礫石主要為少量石英礫和灰質(zhì)砂礫，泥灰質(zhì)膠結(jié)較致密，局部見灰質(zhì)團(tuán)塊。

（2）研究區(qū)中部發(fā)育中上臨濱，巖性為厚層狀灰色細(xì)砂巖、中砂巖，見平行層理、槽狀和板狀交錯(cuò)層理夾沖洗層理，并發(fā)育大量生物潛穴，泥質(zhì)膠結(jié)疏松，局部泥灰質(zhì)膠結(jié)。

（3）研究區(qū)南部依敏地區(qū)為下臨濱—淺海，巖性為中細(xì)粒砂巖夾灰綠色和灰色泥質(zhì)紋層，發(fā)育水平層理及緩波狀、洼狀交錯(cuò)層理。

圖9 塔北中部東河砂巖沉積相平面展布

綜上所述，東河塘—哈拉哈塘地區(qū)有外部物源的供給，東河砂巖沉積厚度大，而哈得遜地區(qū)受古地貌影響，填平補(bǔ)齊存在差異。東河塘—哈拉哈塘地區(qū)與哈得遜地區(qū)受控于不同的物質(zhì)來源，屬于不同的含油系統(tǒng)，但受波浪的強(qiáng)烈改造作用，均發(fā)育為濱岸沉積相帶；兩個(gè)地區(qū)之間不同物源的砂質(zhì)充分混合交互，導(dǎo)致物源混合區(qū)砂巖減薄帶、尖滅線或者相變線不易確定。因此，下一步要通過物探及地質(zhì)預(yù)測(cè)手段加強(qiáng)物源混合區(qū)砂體內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)比及精細(xì)刻畫，為尋找有利目標(biāo)區(qū)奠定基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

研究區(qū)處于高能水動(dòng)力沉積環(huán)境，各種礦物充分混合淘洗。因此，根據(jù)重礦物的Q型聚類分析、穩(wěn)定系數(shù)和ZTR指數(shù)特征，并結(jié)合砂巖碎屑組分含量分析，這是進(jìn)行東河砂巖物源體系研究非常有效的方法。

東河塘—哈拉哈塘地區(qū)和哈得遜地區(qū)屬于不同的物源體系，且物源供給方式不同。東河塘—哈拉哈塘地區(qū)物源來自輪臺(tái)凸起，以浪控三角洲形式供給沉積物，而哈得遜地區(qū)為正常波浪侵蝕填平補(bǔ)齊沉積，中間存在物源混合帶。不同的物質(zhì)來源，導(dǎo)致砂巖厚度變化差異大。

東河塘—哈拉哈塘地區(qū)和哈得遜地區(qū)雖然物質(zhì)來源不同，但受波浪強(qiáng)烈改造作用，均發(fā)育濱岸沉積相。東河塘—哈拉哈塘地區(qū)主要發(fā)育浪控三角洲改造后的前濱海灘砂，哈得遜地區(qū)發(fā)育正常浪控前濱砂礫質(zhì)灘，哈拉哈塘與哈得遜之間發(fā)育中上臨濱，南

部依敏地區(qū)發(fā)育下臨濱—淺海。

物源及沉積體系的研究結(jié)果，對(duì)進(jìn)一步開展東河砂巖段砂體結(jié)構(gòu)的精細(xì)刻畫，以及尋找有利巖性圈閉具有重要的指導(dǎo)作用。

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編輯：趙國憲

Provenances and Sedimentary Facies Distribution in Carboniferous Donghe Sandstone in the Central Part of Northern Tarim Basin

Chen Xiuyan,Luo Ping,Jia Jinhua,Ma Debo,Zhou Bo

The“Donghe sandstone”here refers to the Lower Carboniferous Donghe sandstone Member(a member of Bachu Formation),which is the typical deep-buried marine clastic reservoir,distributing in Donghetang,Hanikatam and Hadexun areas in the central part of northern Tarim Basin.The heavy-minerals and rock detrital component methods are used in provenance analysis for Donghe sandstone.Based on the distribution illustrations of clustering sample groups, stability coefficients and ZTR maturity indexes of heavy-minerals,as well as the clastic component content and detrital types of the sandstone,it is indicated that the sediments in Donghe sandstone derived from two predominant provenance systems with different supplying patterns to the study area.According to the seismic reflection features,the plane distribution of detrital components and the grain-size-related hydrodynamic conditions,it is shown that sediments were supplied by the way of wave-dominating delta into Donghetang and Hanikatam from Luntai Uplift on the northwest and by the way of common wave erosion to fill up to lower areas in Hadexun.It is deduced that a mixing zone of both sediments would exist between both of areas.Core descriptions and logging dada analysis have further proved the development of shoreline sedimentary facies from different provenances in the Donghe sandstone areas due to frequent wave reformation.Foreshore sandstone beach subfa cies develops in Donghetang and Hanikatam and foreshore conglomeratic and sandstone beach subfacies is in Hadexun.Mid-upper shoreface subfacies and lower shoreface-neritic subfacies develop respectively in the middle and the south of the study area.

Lower Carboniferous;Donghe sandstone Member;Sandstone;Sediment provenance;Depositional system; North part of Tarim Basin

TE112.23；TE125.1

A

2013-01-29；改回日期：2013-04-17

本文受國家油氣重大專項(xiàng)《巖性地層油氣藏成藏規(guī)律、關(guān)鍵技術(shù)及目標(biāo)評(píng)價(jià)》（項(xiàng)目編號(hào)：2011ZX05001）資助

10.3969/j.issn.1672-9854.2013.02.004

1672-9854(2013)-02-0023-08

Chen Xiuyan：female,Post Doctor.Add:PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration&Development,20 Xueyuan Rd.,Beijing,100083,China