柴达木盆地新近系沉积特征及演化-有色金属在线

面、钻井剖面、岩心观察以及测井、地震等各种定性及定量资料，采用单因素分析多因素综合作图法，以三级层序为作图单位，编制柴达木盆地新近系各类单因素图件和沉积相图。研究结果表明：柴达木盆地新近系沉积经历湖泊面积持续扩大的演化过程，沉积中心总体上有由南向北、由西向东迁移的规律。沉积相的空间展布具有明显的分带性：在阿尔金山西段的山前陡坡带主要发育扇三角洲－湖泊沉积体系，阿尔金山中段的山前缓坡带主要发育冲积扇-辫状河-辫状河三角洲-湖泊沉积体系，柴北缘及柴东地区主要发育辫状河-洪泛平原沉积体系。

关键词：

柴达木盆地；新近系；单因素分析多因素综合作图法；定量沉积相；沉积相演化；

中图分类号：P512.2 文献标志码：A 文章编号：1672-7207(2015)11-4155-10

Sedimentary characteristics and evolution of Neogene in Qaidam Basin

SU Nina¹, JIN Zhenkui², SONG Fan¹, GU Junfeng², CHEN Ying², ZHANG Weidan²

(1. School of Geosciences, China University of Petroleum, Qingdao 266580, China;

2. Key Research Laboratory of Petroleum Reservoir, China University of Petroleum, Beijing 102249, China)

Abstract: Based on all kinds of qualitative and quantitative data of field outcrop section, drilling profiles, core observation, well logging and seismic data, according to the single factor analysis and multifactor comprehensive mapping method, the maps of single factors and sedimentary facies of the Neogene in Qaidam Basin were compiled with three-order sequence as the mapping unit. The results show that the lake area of the Neogene continues to expand and the sedimentary center has migrated from south to north and from west to east in Qaidam Basin. Spatial distribution of sedimentary facies has obvious zonality. The sedimentary facies are respectively fan delta-lake sedimentary system in piedmont steep slope zone of the western Altun Mountains, the alluvial fan-braided river-braided river delta-lake sedimentary system in piedmont gentle slope zone of the middle section of the Altun Mountains, and the braided river-floodplain sedimentary system in the eastern and northern margin of Qaidam Basin.

Key words: Qaidam Basin; Neogene; single factor analysis and multifactor comprehensive mapping method; quantitative sedimentary facies; sedimentary facies evolution

柴达木盆地是青藏高原东北部边缘的一个大型内陆山间盆地，四周被阿尔金山、祁连山和昆仑山所环绕，为西宽东窄的菱形盆地，盆地总面积为12.1×10⁴ km²，是中国西部大型含油气盆地之一^[1]。柴达木盆地基本构造格局可划分为柴西隆起、一里坪坳陷、柴北缘隆起和三湖坳陷共4个一级构造单元，进一步可划分出11个二级构造单元^[2-3](图1)。新近系是柴达木盆地目前最重要的含油气层系之一，剩余资源量丰富，勘探潜力巨大，是我国西部主要油气突破口。沉积相研究是油气勘探的重要基础，关于柴达木盆地的沉积相研究，前人已经取得了很多研究成果^[4-13]，但其研究方法大多是定性的，缺乏定量性表征，并且研究成果大多仅仅针对柴西、柴北缘及其它局部地区开展，缺乏全盆地整体性认识，不利于打开柴达木盆地油气勘探新局面。为此，本文作者在层序地层划分基础上，采用定量岩相古地理研究方法，即单因素分析多因素综合作图法^[14]，以三级层序为作图单位，对柴达木盆地新近系沉积相进行综合研究，明确全盆地新近系沉积相发育的类型和空间展布特征，分析沉积相演化历史，研究结果对柴达木盆地油气勘探取得新突破具有一定的理论和现实意义。

1 地层发育特征

柴达木盆地新近系在盆地内部广泛发育，自下而上划分为上干柴沟组(N₁)、下油砂山组(N₂¹)、上油砂山组(N₂²)和狮子沟组(N₂³) 4套地层。上干柴沟组岩性以黄绿、灰绿、灰色的砂岩和棕红色泥岩为主，柴西地区以灰色细粒沉积为主，是盆地新近系的一套烃源岩。下油砂山组和上油砂山组地层在盆地边缘岩性较粗，以棕灰色、灰色砾岩、砾状砂岩为主，夹浅绿黄色砂岩及浅棕红色泥岩，是盆地新近系主要的潜力储层；在盆地中心岩性较细，以灰色、深灰色泥岩、钙质泥岩和砂质泥岩为主，偶见鲕状泥灰岩，是盆地主要的生油层系。狮子沟组岩性特征除了具有继承性外，膏盐层增多，是目前柴达木盆地新近系中唯一发育的一套生物气源岩和生物气储集岩。

综合露头、钻井及地震层序地层识别标志，将柴达木盆地新近系划分为6个三级层序和12个体系域(表1)。由于柴达木盆地湖泊无坡折，初次湖泛面不易识别，因此，本次研究采用湖侵-湖退(T-R)旋回体系域的二分法，通过识别最大湖泛面将体系域划分为湖侵体系域和湖退体系域。

2 沉积相类型

根据野外露头剖面、钻井剖面、岩心观察以及测井、地震等相标志的综合分析，在柴达木盆地新近系共识别出5种沉积相类型：冲积扇、辫状河、扇三角洲、辫状河三角洲和湖泊。

2.1 冲积扇

冲积扇相是柴达木盆地新近系广泛发育的边缘相带。纵向上主要发育于上干柴沟组，平面上主要分布在阿尔金山、祁连山和昆仑山的山前地带。冲积扇沉积物岩性粗，其岩石类型主要为砾岩、砂质砾岩，其次为砂岩、粉砂岩和少量泥岩。剖面上砂砾岩体积分数一般大于50%并且砾岩厚度大；泥岩以棕红色、紫红色、棕褐色、棕黄色为主。砾岩成分成熟度和结构成熟度均较低，分选差、磨圆差(图2(a))。

图1 柴达木盆地构造单元划分图

Fig. 1 Tectonic units division of Qaidam Basin

表1 柴达木盆地新近系岩性特征及地层层序划分表

Table 1 Neogene lithologic features and stratigraphic sequence division of Qaidam Basin

2.2 辫状河

辫状河沉积主要围绕盆地周边的阿尔金山、祁连山和昆仑山边缘连片展布。岩石类型主要为砂岩、砾岩夹泥岩。剖面上砂砾岩体积分数多在20%以上。河道沉积以砂岩、砾岩为主，砂体侧向连续性好，平行层理、板状交错层理、槽状交错层理、楔状交错层理和冲刷面较为发育(图2(b)~(d)和图2(g))，岩石颗粒分选中等，磨圆中等。泥岩呈棕红色、棕黄色，见泥裂，为氧化环境中的洪泛平原沉积。由于新近纪气候干旱，研究区河道沉积亚相之外广泛发育洪泛平原，其沉积物主要以红色、棕褐色泥岩和泥质粉砂岩为主，砂砾岩体积分数平均在20%以下。

2.3 扇三角洲

扇三角洲垂向上主要分布于上干柴沟组和下油砂山组，平面上主要分布在阿尔金山前的咸水泉、干柴沟、尖顶山和昆仑山前的切克里克等地形坡度较陡的地区。研究区可识别出扇三角洲平原和扇三角洲前缘2种亚相。沉积物以中粗粒碎屑为主，多为砾岩、砂砾岩、砾状砂岩夹薄层粉细砂岩和泥岩(图2(e))。

2.4 辫状河三角洲

辫状河三角洲广泛发育于柴西的阿拉尔地区和柴北缘的牛鼻子梁、路乐河、冷湖、马海等地区，垂向上主要分布于上干柴沟组和下油砂山组。研究区可识别出辫状河三角洲平原和辫状河三角洲前缘两种亚相，辫状河三角洲平原亚相主要发育砂砾岩和水上沉积的氧化色泥岩。辫状河三角洲前缘亚相主要发育砂岩、砾岩、粉砂岩和水下沉积的灰色、灰绿色等还原色泥岩。总体沉积物碎屑颗粒分选较好，磨圆较好，以次圆状为主。砂岩中常见交错层理和平行层理。

2.5 湖泊

湖泊相在柴达木盆地新近系演化的不同时期均有发育。研究区湖泊较浅，缺乏深湖，可识别出滨浅湖和半深湖2种亚相。滨浅湖沉积物以暗色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩和细砂岩互层为主，可见波痕等层面构造(图2(f))、小型波状、透镜状层理(图2(h))，生物扰动构造常见(图2(i))。半深湖以暗色泥岩沉积为主，常见水平层理(图2(j))。

图2 柴达木盆地新近系沉积构造

Fig. 2 Neogene sedimentary structures of Qaidam Basin

3 单因素分析多因素综合作图法

3.1 作图单位

本次沉积相研究以三级层序为作图单位，采用“单因素分析多因素综合作图法”^[15-16]，编制柴达木盆地新近系定量的沉积相图，对新近系沉积相及其演化特征进行系统分析。

3.2 单因素的选取

本次研究共选取6个单因素，即地层厚度、砾岩厚度、砂岩厚度、砂砾岩体积分数、暗色泥岩体积分数及碳酸盐岩体积分数。

1) 地层厚度。主要反映地层分布特征、相对隆起和相对凹陷的分布与走向，进而可以确定该沉积层段的沉降中心。

2) 砾岩厚度。反映砾岩的绝对多少和砾岩体的形态、走向，可进一步反映物源位置、水流方向和盆地边界。

3) 砂岩厚度。主要反映砂体分布、走向、形态，也能反映物源位置和水流方向，可作为砾岩厚度和砂砾岩体积分数的补充来确定物源。

4) 砂砾岩体积分数。指砂岩和砾岩厚度的总和与整个作图单位中地层厚度之比，可以用来反映物源位置和水流方向。砂砾岩含量最大的地方是物源所在位置，砂砾岩含量逐渐降低的方向是水流方向。砂砾岩含量高、厚度大的地区也是冲积扇沉积的地区，代表盆地边界。

5) 暗色泥岩体积分数。指暗色泥岩厚度与整个作图单位中所有泥岩厚度之比。一般暗色泥岩代表还原环境，即水下环境，因此，其是判断水上、水下环境的重要标志。研究区的暗色泥岩沉积于湖泊环境，是烃源岩，其体积分数可反映湖泊分布范围和有利生烃区。

6) 碳酸盐岩体积分数。指深水沉积的灰泥石灰岩、灰质泥岩和泥质灰岩厚度与整个作图单位中碳酸盐岩厚度之比，不包括浅水颗粒碳酸盐岩，在研究区代表的是水体能量较低的半深湖环境，可以辅助暗色泥岩体积分数确定半深湖的分布范围。

图3 柴达木盆地新近系N₁-SQ8砂砾岩含量等值线图

Fig. 3 Content isoline map of Sandstone and conglomerate of Neogene N₁-SQ8 of Qaidam Basin

图4 柴达木盆地新近系N₁-SQ8暗色泥岩含量等值线图

Fig. 4 Content isoline map of dark mudstones of Neogene N₁-SQ8 of Qaidam Basin

本文以上干柴沟组N₁-SQ8为例，选取砂砾岩体积分数和暗色泥岩体积分数2种单因素说明作图和分析过程。上干柴沟组SQ8砂砾岩体积分数等值线图反映出研究区砂砾岩体积分数一般为10%~50%，其体积分数最大地区位于阿参井区和甘森地区，其值一般大于40%，总体砂砾岩体积分数等值线图呈扇形或条带状分布于三大山系边缘(图3)；暗色泥岩体积分数等值线图反映出研究区切克里克、墩5井区一带暗色泥岩体积分数可达到90%，反映该区为半深湖沉积范围，柴西大部分地区暗色泥岩体积分数均大于10%，反映为滨浅湖沉积，而柴北缘和柴东地区基本无暗色泥岩，反映为陆上沉积(图4)。

4 沉积相演化特征

根据7条野外露头剖面资料、150余口钻井资料，并结合区域地质资料，编制柴达木盆地新近系各三级层序(SQ7~SQ12)单因素等值线图，综合这些单因素图，结合前人物源研究成果以及其他有关地质资料，以三级层序为作图单位，编制全盆地新近系定量的沉积相图，分析沉积相的平面展布特征，探讨沉积相的演化规律。

4.1 上干柴沟组SQ7~SQ8沉积相特征

上干柴沟组SQ7时期，油砂山、开2、墩5井区以及一里坪地区是沉积沉降中心，发育半深湖亚相，其中开2、墩5井区发育灰质泥岩沉积。半深湖外围发育大面积的滨浅湖沉积。柴西阿参1井区发育洪积扇沉积，向盆地内部依次变为洪积扇-辫状河-辫状河三角洲-湖泊沉积；阿尔金山前的干柴沟-咸水泉-月牙山等陡坡地带发育扇三角洲沉积；柴西南的切克里克和茫南1井区主要发育辫状河三角洲沉积。柴北缘的东台1井区和尕西1井区发育洪积扇；路乐河、冷湖地区主要发育辫状河-辫状河三角洲沉积；马仙地区主要发育辫状河-洪泛平原沉积。柴南缘主要发育辫状河-洪泛平原沉积，柴东地区的红山参1、德参1井区发育洪积扇沉积，洪积扇前端发育连片的辫状河沉积。在盆地的其他地区广泛发育洪泛平原相的红色碎屑沉积(图5)。

SQ8时期，湖泊面积进一步扩大，主要是滨浅湖东边界扩展到落参1、鸭参3井区；北边界向盆地内推进，使葫2井由SQ7时期的滨浅湖沉积变为此时的洪泛平原沉积，柴北缘冷七2井区由SQ7时期的辫状河三角洲沉积变为辫状河沉积。柴西阿拉尔地区主要发育辫状河-辫状河三角洲沉积；咸水泉、月牙山地区仍继承性发育扇三角洲沉积；柴西南的黄石地区发育辫状河-辫状河三角洲沉积。柴北缘东台1井区继承性发育洪积扇，洪积扇沉积向盆地内部过渡为广泛的辫状河沉积，而后过渡为洪泛平原沉积。柴南缘继承性发育辫状河-洪泛平原沉积，柴东地区继承性发育洪积扇-辫状河-洪泛平原沉积(图6)。

4.2 下油砂山组SQ9~SQ10沉积相特征

下油砂山组SQ9时期，油砂山和一里坪地区仍是该时期的沉积沉降中心。滨浅湖北边界扩展到葫2井区。半深湖面积较SQ8有所扩大，并且半深湖有向东迁移的趋势。位于油砂山处的半深湖面积扩展到墩5、茫南1井区，位于一里坪处的半深湖面积也有所扩大，油砂山、茫南1以及旱参1井区发育灰质泥岩。柴西阿拉尔地区仍继承性发育辫状河-辫状河三角洲沉积；干柴沟、咸水泉、月牙山地区仍继承性发育扇三角洲沉积；牛鼻子梁地区发育洪积扇-辫状河-辫状河三角洲沉积；柴西南的黄石地区发育辫状河-辫状河三角洲沉积。柴北缘继承性发育辫状河-辫状河三角洲沉积，辫状河三角洲沉积范围较SQ8时期有所扩大。柴南缘主要发育辫状河-洪泛平原沉积，柴东德令哈地区发育洪积扇沉积，洪积扇前端继承性发育辫状河沉积。在盆地的其他地区广泛发育洪泛平原相的红色碎屑沉积(图7)。

下油砂山组SQ10时期，柴西南黄石地区的辫状河三角洲消失，全部发育滨浅湖亚相。其他地区的沉积相展布特征基本和SQ9时期一致(图8)。

图5 柴达木盆地新近系N₁-SQ7沉积相图

Fig. 5 Sedimentary facies map of Neogene N₁-SQ7 of Qaidam Basin

图6 柴达木盆地新近系N₁-SQ8沉积相图

Fig. 6 Sedimentary facies map of Neogene N₁-SQ8 of the Qaidam Basin

图7 柴达木盆地新近系N₂¹-SQ9沉积相图

Fig. 7 Sedimentary facies map of Neogene N₂¹-SQ9 of Qaidam Basin

4.3 上油砂山组SQ11沉积相特征

上油砂山组SQ11时期，由于受周围三大山系的剧烈抬升，上油砂山组遭受了强烈的剥蚀。和SQ10时期相比，半深湖面积明显扩大，原来的2个半深湖连为一片变成一个大面积的半深湖，在油砂山和一里坪地区的半深湖中发育灰质泥岩。滨浅湖西边界和南边界向盆地内部推进，致使阿尔金山前的扇三角洲和辫状河三角洲沉积范围减小。与SQ10相比，柴西阿拉尔地区辫状河三角洲消失，主要发育辫状河和洪泛平原沉积；阿尔金山前的扇三角洲沉积明显减少，仅在干柴沟和咸水泉等局部地区发育；月牙山地区主要发育辫状河和洪泛平原沉积；碱山和大风山地区的辫状河三角洲消失，发育半深湖亚相。柴北缘的冷湖、南八仙地区的辫状河三角洲消失，以大范围的洪泛平原沉积为主。根据地震相和地层厚度推测，柴东地区的盐新深1井区及其以东的埃1井区附近发育滨浅湖沉积，盐新深1井区附近的锡铁山可作为物源在此处形成辫状河－辫状河三角洲沉积。在盆地的其他地区广泛发育洪泛平原相的红色碎屑沉积(图9)。

4.4 狮子沟组SQ12沉积相特征

由于受周围三大山系的剧烈抬升，狮子沟组遭受了强烈的剥蚀。狮子沟组SQ12时期，湖泊面积进一步扩大，滨浅湖北边界扩展到牛参1—葫2—冷七2—仙3—北1—东参4井区；半深湖面积也进一步扩大，其北边界扩展到鄂2井区，半深湖中开2—墩5—旱2井区发育灰质泥岩。柴西阿拉尔、月牙山、狮子沟地区发育辫状河-辫状河三角洲沉积。该时期湖泊面积大，整个盆地缺乏洪积扇和扇三角洲沉积，湖泊周围是广泛的洪泛平原和辫状河沉积(图10)。

综上所述，由于青藏高原向东北方向的持续挤压，柴达木盆地新近纪一直处于挤压状态。由于这种挤压作用，从上干柴沟组到下油砂山组沉积时期，边界断层阶梯式前进，盆地南部边界不断向盆地内部推进，使湖泊南部边界大幅度向北迁移；下油砂山组沉积末期，盆地边缘部位大幅度隆起并遭受剥蚀，形成了上油砂山组和下油砂山组之间的区域不整合。从上油砂山组到狮子沟组沉积时期，盆地继续受到青藏高原向东北方向的挤压，盆地持续坳陷并接受沉积，周边山脉继续隆升，雪域继续扩大，因此流入盆地的水量不断增大，形成的湖泊面积也不断扩大。总体来看，柴达木盆地新近纪湖泊面积持续扩大，上油砂山组-狮子沟组沉积时期为最大湖侵期，沉积-沉降中心总体上有由南向北、由西向东迁移的规律^[17-21]。受沉积物源和古地形的控制，沉积相分带性明显，从老山向盆地中部，形成了冲积扇-辫状河-辫状河三角洲－湖泊沉积体系。阿尔金山西段的山前陡坡带主要发育扇三角洲-湖泊沉积体系，阿尔金山中段的山前缓坡带主要发育冲积扇-辫状河-辫状河三角洲-湖泊沉积体系，柴北缘及柴东地区主要发育辫状河-洪泛平原沉积体系。

图8 柴达木盆地新近系N₂¹-SQ10沉积相图

Fig. 8 Sedimentary facies map of Neogene N₂¹-SQ10 of Qaidam Basin

图9 柴达木盆地新近系N₂²-SQ11沉积相图

Fig. 9 Sedimentary facies map of Neogene N₂²-SQ11 of Qaidam Basin

图10 柴达木盆地新近系N₂³-SQ12沉积相图

Fig. 10 Sedimentary facies map of Neogene N₂³-SQ12 of Qaidam Basin

5 结论

1) 柴达木盆地新近系主要发育5种类型的沉积相：冲积扇、辫状河、扇三角洲、辫状河三角洲和湖泊。不同沉积相的岩性组合、沉积物颜色及沉积构造等特征各不相同。

2) 柴达木盆地新近系沉积经历了湖泊面积持续扩大的演化过程，沉积-沉降中心总体上有由南向北、由西向东迁移的规律。沉积相空间展布具有明显的分带性：阿尔金山西段的山前陡坡带主要发育扇三角洲-湖泊沉积体系，阿尔金山中段的山前缓坡带主要发育冲积扇-辫状河-辫状河三角洲-湖泊沉积体系，柴北缘及柴东地区主要发育辫状河-洪泛平原沉积体系。

3) 以三级层序为作图单位，采用“单因素分析多因素综合作图法”，编制了柴达木盆地新近系定量的沉积相图，这种定量的沉积相研究方法在整个柴达木盆地尚属首次应用，该研究对柴达木盆地下一步油气勘探取得新突破具有重要的理论和实际意义。

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(编辑杨幼平)

收稿日期：2014-11-12；修回日期：2015-02-17

基金项目(Foundation item)：山东省自然科学基金资助项目(ZR2011DL005)；国家科技重大专项(2011ZX05009-002)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(11CX04013A) (Project(ZR2011DL005) supported by the Natural Science Foundation of Shandong Province of China; Project(2011ZX05009-002) supported by the National Science and Technology Major Program of China; Project(11CX04013A) supported by the Fundamental Research Funds for the Central Universities)

通信作者：宋璠，博士，讲师，从事储层沉积学及油藏描述研究；E-mail: songfan0026@163.com

摘要：综合野外露头剖面、钻井剖面、岩心观察以及测井、地震等各种定性及定量资料，采用单因素分析多因素综合作图法，以三级层序为作图单位，编制柴达木盆地新近系各类单因素图件和沉积相图。研究结果表明：柴达木盆地新近系沉积经历湖泊面积持续扩大的演化过程，沉积中心总体上有由南向北、由西向东迁移的规律。沉积相的空间展布具有明显的分带性：在阿尔金山西段的山前陡坡带主要发育扇三角洲－湖泊沉积体系，阿尔金山中段的山前缓坡带主要发育冲积扇-辫状河-辫状河三角洲-湖泊沉积体系，柴北缘及柴东地区主要发育辫状河-洪泛平原沉积体系。