許濤， 王昭君， 周發(fā)鑫， 聶銀蘭， 殷文

(1.中國石油大學(xué)(北京)克拉瑪依校區(qū)石油學(xué)院， 克拉瑪依 834000； 2. 中國石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測國家重點實驗室， 北京 102249)

物源是沉積盆地與造山帶的紐帶，作為研究源-匯系統(tǒng)的切入點，在沉積期原型盆地恢復(fù)、巖相古地理重建和沉積砂體展布等研究方面起著重要的作用[1-2]。傳統(tǒng)的物源研究方法如巖石學(xué)、沉積學(xué)、地球化學(xué)和地球物理學(xué)等已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，主要運用碎屑巖巖石分析、輕重礦物類型及組合特征、平面砂地比和砂礫巖厚度分布規(guī)律、地層傾角測井資料分析和地震剖面反射特征分析等傳統(tǒng)方法，針對不同盆地和層系對物源體系研究取得了較好的研究成果[3-6]。隨著實驗技術(shù)的不斷進步，元素地球化學(xué)分析手段與同位素測年手段近年來廣泛應(yīng)用到了物源分析中[7-11]，通過能夠代表不同物源區(qū)的主微量元素參數(shù)分析，利用主量元素計算化學(xué)蝕變指數(shù)(chemical index of alteration，CIA)、成分變異指數(shù)(index of compositional variability，ICV)、斜長石蝕變指數(shù)(plagioclase index of alteration，PIA)和化學(xué)風(fēng)化指數(shù)(chemical index of weathering，CIW)等參數(shù)，采用元素A-CN-K圖解、主量元素判別圖解等分析手段，進行物源區(qū)性質(zhì)、母巖風(fēng)化程度、古氣候背景和構(gòu)造背景等方面的研究，物體體系研究已經(jīng)進入了精細化、定量化階段。

敦煌盆地五墩凹陷雖然具有油氣資源潛力，但是勘探程度較低，區(qū)內(nèi)只有3口有資料的鉆井和二維地震資料，前期開展的研究主要集中于構(gòu)造背景、沉積相類型、基本成藏地質(zhì)條件等方面[12-17]。針對物源條件，張敏等[12]通過對鉆測錄井等資料以及物源區(qū)粗碎屑沉積物的發(fā)育程度分析，認為五墩凹陷中下侏羅統(tǒng)沉積時期主要受北東向的北山物源體系控制，向研究區(qū)內(nèi)提供相對細粒的沉積物，同時還受到南部三危山及東部物源體系的影響，沉積物以粗粒沉積物為主；韋敏鵬[13]通過露頭資料和鉆測井資料，利用重礦物分析和地震相等地球物理方法分析來判斷物源方向，推測中間溝組一段沉積時期五墩凹陷北部主要發(fā)育受北山物源供給的辮狀河三角洲沉積，南部主要發(fā)育三危山物源向北持續(xù)性供源的扇三角洲沉積。這些研究普遍認為五墩凹陷中間溝組發(fā)育于一個多物源供給的沉積環(huán)境，物源可能來自北部的北山物源區(qū)和南部的三危山物源區(qū)，但是由于資料的限制，對于區(qū)內(nèi)已鉆井的物源歸屬尚無充足的證據(jù)，不同物源體系的控制范圍也未最終落實，導(dǎo)致無法進一步開展砂體成因類型及展布、有利烴源巖分布范圍等相關(guān)研究，這在很大程度上制約了進一步的油氣勘探。

鑒于研究區(qū)的資料現(xiàn)狀，在前人研究基礎(chǔ)上，現(xiàn)以巖礦分析與元素分析為基礎(chǔ)，依據(jù)不同源區(qū)母巖類型的差異，重點分析鏡下巖屑組合類型和主量元素特征，區(qū)分不同井區(qū)物源歸屬的差異性；開展水動力條件研究，判識不同井區(qū)在不同物源供給條件下的沉積類型，推測沉積物來源；結(jié)合地震剖面同相軸反射特征，尋找物源方向的直觀證據(jù)，恢復(fù)目的層沉積期古地貌，判斷物源搬運通道與方向，綜合落實物源體系展布，以期為該區(qū)油氣勘探部署提供依據(jù)。

1 區(qū)域概況

五墩凹陷位于敦煌盆地安墩坳陷中部，北為玉門關(guān)斜坡，南臨三危山隆起，西靠南湖低凸起，東接甜水井凸起。在剖面上表現(xiàn)為南深北淺的箕狀特征，東西狹長、南陡北緩，構(gòu)造上可劃分為北部斜坡帶、中央洼陷帶、南部斷裂帶3個構(gòu)造單元[12](圖1)。

圖1 五墩凹陷構(gòu)造位置及地質(zhì)剖面圖Fig.1 Tectonic location and geological section of Wudun Sag

五墩凹陷主體構(gòu)造格局在印支期初步形成，經(jīng)歷了燕山期板內(nèi)近SN向走滑-伸展構(gòu)造背景下的斷陷-拗陷階段和喜山期整體沉降背景下的拗陷階段，形成了目前的構(gòu)造格局。在早中侏羅世，形成三危山南北坳陷帶，受斷層活動影響，五墩凹陷斷陷明顯；晚侏羅世，敦煌盆地東部同時受阿爾金斷裂左行走滑及北祁連造山帶持續(xù)的擠壓，多個小型斷陷逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿璧卣w拗陷，五墩凹陷性質(zhì)逐漸從斷陷型轉(zhuǎn)為拗陷型；在晚白堊世末期，敦煌盆地南部中特提斯洋關(guān)閉，拉薩地塊與歐亞板塊碰撞拼貼，引起阿爾金造山帶抬升，導(dǎo)致敦煌盆地白堊紀沉積間斷，侏羅系發(fā)生整體抬升，遭受嚴重剝蝕；至新近紀，特提斯殘留海繼續(xù)擴張，敦煌盆地整體下降，五墩凹陷繼續(xù)接受沉積。

五墩凹陷地層自下而上依次發(fā)育震旦系(Pt)、侏羅系(J)、新近系(N)和第四系(Q)，侏羅系是主要的勘探層系，發(fā)育下統(tǒng)大山口組(J1d)、中統(tǒng)中間溝組(J2z)、新河組(J2x)和上統(tǒng)博羅組(J3b)。中統(tǒng)中間溝組下部一段(J2z1)油氣顯示最為活躍，主要發(fā)育灰色砂礫巖及砂巖，分選中等，局部發(fā)育泥巖，泥巖顏色向上由灰色到灰黑色，XC1井、D1井試油獲低產(chǎn)油流，D2井也在該層鉆遇良好的油氣顯示。前人研究認為中間溝組一段主要發(fā)育辮狀河、辮狀河三角洲、扇三角洲、湖泊4種沉積相類型，以辮狀河三角洲-湖泊沉積體系為主。

2 巖礦分析

五墩凹陷北部北山物源區(qū)主要出露石炭紀花崗巖、斜長花崗巖，二疊紀花崗巖、花崗閃長巖、閃長巖和三疊紀花崗巖，局部出露太古代片麻巖、角閃片巖，表現(xiàn)出主要以巖漿巖為主、少量變質(zhì)巖的特征[15]，由于其時代均早于侏羅紀，在中侏羅統(tǒng)中間溝組一段沉積時期，其提供的沉積物也必然反映這樣的特征。而南部三危山隆起物源區(qū)主要出露太古代片麻巖、角閃片巖等變質(zhì)巖，少量侵入巖[15]，雖無法推測侏羅系沉積時期是否發(fā)育大量的巖漿巖，但若在凹陷內(nèi)鉆井鉆遇大量變質(zhì)巖組分，則必然是南部三危山隆起物源區(qū)供源的結(jié)果。

通過統(tǒng)計分析五墩凹陷3口鉆井D1、D2、XC1井的13件巖心樣品的鏡下微觀特征發(fā)現(xiàn)(圖2)，D1井巖屑類型主要為花崗巖巖屑(占巖屑總含量的50.41%～58.69%，平均54.20%)和隱晶巖巖屑(占巖屑總含量的20.56%～29.35%，平均25.81%)等巖漿巖巖屑，以及少量的變質(zhì)石英巖、片巖等變質(zhì)巖巖屑(占巖屑總含量的17.07%～24.98%，平均19.99%)，推斷其母巖以巖漿巖為主[圖2(a)、圖2(b)]；而D2井和XC1井巖屑類型主要為變質(zhì)石英巖、片巖和板巖等變質(zhì)巖巖屑(D2井占巖屑總含量的 72.32%～86.52%，平均80.63%；XC1井占巖屑總含量的94.78～99.11%，平均96.85%)，以及少量的隱晶巖巖屑(D2井占巖屑總含量的13.48%～27.68%，平均19.37%；XC1井占巖屑總含量的0.89%～5.22%，平均3.15%)，推斷其母巖以變質(zhì)巖為主[圖2(c)～圖2(f)]。整體反映D1井的物源區(qū)主要為巖漿巖發(fā)育區(qū)，與北山物源區(qū)巖性組合具有一定的相似性；D2井和XC1井的物源區(qū)主要為變質(zhì)巖發(fā)育區(qū)，與三危山隆起物源區(qū)巖性組合具有一定的相似性。

圖2 五墩凹陷D1、D2、XC1井巖屑鏡下鑒定照片F(xiàn)ig.2 Identification photos of rock cuttings under microscope of well D1, D2 and XC1 in Wudun Sag

3 主量元素特征分析

陸源碎屑沉積巖由于其母源區(qū)類型不同，其主量元素含量和元素比值等地球化學(xué)參數(shù)必然存在一定的差異性，通過不同鉆井樣品的主量元素參數(shù)分析，可以間接反映其物源區(qū)的差異性，區(qū)分不同井區(qū)的物源歸屬。Roser等[18]根據(jù)新西蘭已知構(gòu)造背景下的砂泥巖地層巖石化學(xué)特征，建立了主量元素的判別函數(shù)圖版，劃分了4種物源區(qū)類型：鐵鎂質(zhì)火成物源區(qū)、中性巖火成物源區(qū)、長英質(zhì)火成物源區(qū)和石英巖沉積物源區(qū)，利用該圖版進行了數(shù)據(jù)檢驗，取得了比較好的判別效果[19]。研究采集研究區(qū)3口取芯井共13件樣品開展主量元素分析，分析結(jié)果見表1。利用Roser判別圖版分析發(fā)現(xiàn)，D1井樣品均分布在長英質(zhì)火成物源區(qū)，而D2井和XC1井樣品主要分布在中性巖火成物源區(qū)(圖3)，表現(xiàn)出了與D1井不同物源區(qū)的特征。為印證這一結(jié)論，采用Q型聚類開展分析[20]，變量為實驗測得的Na2O、MgO、Al2O3、K2O、CaO、Fe2O3、SiO2與TiO2等主量元素的相對質(zhì)量百分含量。通過聚類分析的樹狀圖(圖4)能夠看出，XC1井與D2井樣品具有較好的相關(guān)性，與D1井存在較明顯區(qū)別。可以推測中侏羅統(tǒng)中間溝組一段沉積時期XC1井與D2井沉積物來自同一物源，D1井沉積物來自另一物源，進一步證實了巖屑類型組合所表述的觀點。

表1 五墩凹陷中間溝組一段主量元素分析數(shù)據(jù)Table 1 Major element compositions of the first member of Zhongjiangou Formation in Wudun Sag

圖3 五墩凹陷J2z1主量元素函數(shù)判別圖解Fig.3 Major element discriminant diagrams of J2z1 Formation

圖4 五墩凹陷D1、D2、XC1井J2z1主量元素聚類譜系圖Fig.4 Major element clustering pedigree figure of J2z1 Formation of well D1, D2 and XC1 in Wudun Sag

4 水動力條件分析

根據(jù)前人研究成果，北部北山物源區(qū)提供的沉積物主要形成了遠距離搬運的辮狀河三角洲沉積，南部三危山隆起物源區(qū)提供的沉積物主要形成了近源扇三角洲沉積，二者的沉積水動力條件具有一定的差異性，前者為沖積扇直接入湖所致，具有重力流和牽引流并存的水動力特征；后者則主要為牽引流的水動力特征[12]。通過對不同鉆井砂巖樣品開展粒度分析，結(jié)合沉積相標志，可以判識其水動力條件，推測沉積物來源。

對D1井、XC1井和D2井3口井共64件砂巖樣品進行了激光粒度分析，從制作的粒度概率累積曲線圖中可以看出，D1井粒度曲線的類型以一跳一懸加過渡式[圖5(a)、圖5(b)]與兩段式[圖5(c)]為主，巖心可見礫石的定向排列及平行層理[圖6(a)、圖6(b)]，具有明顯的牽引流水動力特征，為辮狀河三角洲前緣水下分支河道沉積；D2井和XC1井的粒度曲線類型是以寬緩上拱式[圖5(e)、圖5(h)]、多跳一懸式[圖5(d)、圖5(g)]和低斜一跳或多跳一懸式[圖5(f)、圖5(i)]為主，過渡組分含量明顯高于D1井，巖心可見大量長石顆粒懸浮于泥質(zhì)粉砂巖之中[圖6(c)]，礫巖中礫石分選差、排列不規(guī)則、常見高角度或直立的礫石[圖6(d)]，常見代表重力流沉積的遞變層理[圖6(e)、圖6(f)]，整體表現(xiàn)出以重力流為主的水動力特征，為扇三角洲前緣沉積。分析認為，D2井和XC1井為來自南部三危山隆起物源區(qū)的扇三角洲沉積，而D1井為來自北部北山物源區(qū)的辮狀河三角洲沉積。

圖5 五墩凹陷D1井、D2井、XC1井粒度概率累積曲線Fig.5 Probability cumulative grain-size curves of well D1, D2 and XC1 in Wudun Sag

圖6 五墩凹陷D1井、D2井、XC1井巖心照片F(xiàn)ig.6 Core photos of well D1, D2 and XC1 in Wudun sag

5 物源體系

5.1 地震反射特征

根據(jù)地震反射特征可以確定砂體的發(fā)育程度、沉積類型和物源方向等[21]。通過合成記錄標定，對J2z1的頂?shù)捉缑孢M行了全區(qū)追蹤解釋，分析目的層地震同相軸反射特征，可以看出，過XC1井的近南北向Dh-x2地震剖面表現(xiàn)為較明顯向南退積的同相軸反射特征[圖7(a)]，表明XC1井區(qū)主要接受來自南部物源區(qū)的沉積物供給；D1井東部近南北向Dh-7地震剖面同相軸表現(xiàn)為較明顯向南進積的同相軸反射特征[圖7(b)]，表明D1井區(qū)主要接受來自北部物源區(qū)的沉積物供給。

箭頭方向指示水流方向圖7 五墩凹陷地震剖面圖Fig.7 Seismic profile of Wudun Sag

5.2 古地貌特征

研究區(qū)3口井位置相近，表現(xiàn)出的物源歸屬存在明顯的差異，為了落實各種分析化驗資料及地震資料物源指示的合理性，在本次研究中，根據(jù)陸相層序地層學(xué)理論基礎(chǔ)，采用層拉平技術(shù)進行了J2z1沉積期古地貌的恢復(fù)，其基本原理是假定各層原始厚度不變(未受壓實作用)，參照沉積基準面選擇對比層的頂?shù)捉缑?，利用地震資料對目的層(J2z1)頂?shù)捉缑孢M行全區(qū)追蹤，將底面時間減去頂面時間，即拉平層序頂界面，視為古沉積時期的湖平面，底面形態(tài)即可近似認為是該地層沉積前的古地貌，也稱為相對古地貌[22]，古地貌低的地區(qū)即為物源向前搬運的指向區(qū)。從恢復(fù)的古地貌圖中(圖8)可以看出，J2z1沉積時期，在D1井區(qū)發(fā)育一個近南北向的古溝谷(稱為D1井古溝谷)，由北向南地層逐漸加厚，為一明顯的北部物源搬運通道，D1井區(qū)接受北部北山物源區(qū)沉積物供給。XC1井北部發(fā)育一個近東西向古構(gòu)造相對較高的區(qū)域(稱為XC1井北低突起)，阻止了北部物源的向南搬運，XC1井區(qū)難以接受北部物源體系的沉積物供給，接受南部物源區(qū)沉積物供給的可能性更大。D2井西部發(fā)育近南北向的古溝谷(稱為D2井西古溝谷)，為一明顯的南部物源搬運通道，D2井區(qū)、XC1井區(qū)接受南部三危山隆起物源區(qū)沉積物供給。

圖8 五墩凹陷J2z1沉積時期古地貌示意圖Fig.8 The ancient landform at J2z1 sedimentary period of Wudun Sag

從地層厚度對比來看，D2井西古溝谷厚度向XC1井逐漸減薄，需要分析南部物源到達XC1井區(qū)的可能性。結(jié)合早期認識，南部物源體系主要為扇三角洲沉積，為沖積扇直接進入湖盆形成的沉積體，扇主體由于快速沉積作用而厚度較大，向前端厚度逐漸減薄，表現(xiàn)為楔狀特征，導(dǎo)致了目前的地層厚度展布特征，南部物源具有搬運到XC1井區(qū)的可能性。

5.3 物源展布特征

總的來說，巖屑組合特征與主量元素特征表明D1井與D2井和XC1井物源區(qū)具有差異性。水動力特征表明，D1井主要為辮狀河三角洲沉積，為北部北山物源區(qū)的沉積物供給，D2井和XC1井為扇三角洲沉積，為南部三危山隆起物源區(qū)的沉積物供給。地震剖面反射特征與沉積期古地貌特征印證了水動力條件分析的結(jié)果。綜合研究成果認為，在J2z1沉積時期，北部北山物源區(qū)提供的物源經(jīng)長距離搬運形成辮狀河三角洲沉積，沉積砂體主要沿D1井古溝谷分布，D1井區(qū)沉積物為北部物源供給的產(chǎn)物；南部三危山隆起物源區(qū)提供的物源形成近源扇三角洲沉積，沉積砂體主要沿三危山隆起北坡一線分布，D2井與XC1井沉積物為南部物源供給的產(chǎn)物。

6 結(jié)論

(1)中間溝組一段沉積時期，D2、XC1井區(qū)沉積物具有同源性，其母源區(qū)主要為變質(zhì)巖發(fā)育區(qū)；而D1井區(qū)沉積物的母源區(qū)主要為偏酸性巖漿巖發(fā)育區(qū)，具有一定的差異性。

(2)D2、XC1井區(qū)中間溝組主要發(fā)育扇三角洲沉積，為南部三危山隆起供源的產(chǎn)物；D1井區(qū)主要發(fā)育辮狀河三角洲沉積，為北部北山物源供給的產(chǎn)物。

(3)中間溝組一段沉積時期，北部物源體系受北山物源區(qū)沉積物供給，在凹陷內(nèi)主要沿近南北向的D1古溝谷搬運，控制D1井區(qū)等凹陷東部、東北部的砂體展布；南部物源體系受三危山隆起物源區(qū)的沉積物供給，在凹陷內(nèi)主要沿近南北向的D2井西古溝谷搬運，控制D2井區(qū)、XC1井區(qū)等凹陷南部的砂體展布。

(4)XC1井在中間溝組一段沉積時期，主要發(fā)育南部三危山隆起物源區(qū)供源背景下的扇三角洲沉積，屬于南部物源體系。該認識將有助于推進研究區(qū)沉積砂體展布的進一步認識。