沉积充填演化作为含油气盆地分析的重要内容,在重塑沉积盆地古地理格局、再现盆地演化过程、确定盆地生储盖组合、预测盆地油气藏分布等方面具有重要意义。相对于稳定大陆边缘的海相盆地,陆相断陷盆地的沉积充填对构造活动、气候、物源、沉积基准面的变化更加敏感。因此,陆相断陷盆地的地层结构、沉积物充填特征、沉积体系配置、沉积环境和演化等往往更加复杂和多变。为了准确探寻这类盆地的油气资源,系统的开展其沉积充填演化及控制因素研究具有重要性和必要性。酒泉盆地位于青藏高原东北缘、河西走廊盆地群西部,是我国西北最为重要的含油气盆地之一。该盆地是在古生界基底上发育起来的,由早白垩世伸展断陷盆地和新生代挤压拗陷盆地构成的叠合盆地。受新生代以来印度板块与欧亚板块碰撞、青藏高原挤压隆升的影响,酒泉盆地在祁连山造山带山前地区形成了丰富的构造冲断带油气藏,成为多年来盆地油气勘探的重点目标。然而经过几十年的勘探开发,这类油气藏的潜力日益减小而勘探难度逐渐增大。寻找新的油气藏成为该盆地进行油气资源二次创业、保持稳产亟待解决的问题。研究区青南次凹位于酒泉盆地西部,是一个典型的小型富油气凹陷,也是酒泉盆地实现油气增储上产的关键区块。油气资源评价显示,青南次凹的油气资源丰度位列全国第五,油气探明率为39%,而同类凹陷资源探明率已达到60%,表明青南次凹的增储潜力依然较大。青南次凹之所以能够产生丰富的油气资源在于其早白垩世裂陷期发育的巨厚优质烃源岩。有了高效烃源岩的保障,寻找储层成为该地区获得更多油气突破的方向和重点。目前,下白垩统下沟组是青南次凹的重点勘探层位,也被认为是油气能够获得突破的关键层位。然而当前对下沟组沉积物的充填特征、沉积过程、控制因素、垂向演化、沉积模式、储层分布规律等还缺乏系统认识,直接制约了该区下一步油气勘探。为了解决当前勘探面临的困境,本文充分利用研究区岩心、测井、三维地震等地质资料,在等时层序地层格架内系统开展下沟组的沉积充填演化研究。首先对研究区的沉积背景特征进行详细分析,包括构造活动、盆地沉降、同沉积期古地貌、物源体系以及气候条件,重建其沉积环境。其次在层序地层格架约束下,具体分析了下沟组沉积体系特征及沉积充填样式。再结合沉积背景特征,探讨了研究区沉积充填的控制因素,并构建沉积充填垂向演化模式。在此基础上,针对研究区的储集岩,阐明其沉积过程和演化规律,建立沉积模式,最后结合储集岩的分布规律指出研究区下一步油气勘探目标。第一章主要阐述了论文选题来源、研究的目的和意义等,总结了陆相断陷盆地沉积充填以及扇三角洲沉积体系的研究现状和前沿,并提出了这些研究的一些不足之处。例如:前人对断陷盆地的沉积充填开展研究并提出沉积演化模式,尽管这些模式对盆内砂体的分布和预测提供很好的指导作用,但对湖盆泥岩的特征指示意义较小。研究表明湖盆泥岩在矿物组成、沉积构造、有机质富集程度上存在差异性和非均质性,这些差异与湖盆的沉积环境,沉积过程具有成因联系。因此,有必要加强盆地沉积充填与盆内泥岩沉积的关联性研究。再如:尽管前人对扇三角洲体系开展了广泛的研究,包括沉积相结构、沉积过程、层序样式,控制因素等,并提出了扇三角洲的沉积模式,但是这些研究主要是针对位于盆地边缘的扇三角洲体系,它们的沉积物供给来自于盆外物源。而针对盆地内部构造高部位边缘扇三角洲的系统研究相对较少,这种扇三角洲的物源来自于盆地内部,即构造高部位的剥蚀。这种扇三角洲的发育特征与盆内构造高部位息息相关,例如当湖平面下降时,盆内构造高部位的暴露面积会增大从而能为扇三角洲提供更多的沉积物,使得扇三角洲面积增大;相反当湖平面上升时,该部位暴露的面积会减小甚至被湖水淹没,使得扇三角洲的面积减小甚至不发育。而盆内湖平面升降对盆地边缘扇三角洲的盆外物源影响相对较小。因此盆地边缘扇三角洲的沉积演化模式不一定符合盆内构造高部位边缘扇三角洲。同时,本章结合青南次凹的勘探现状与存在的问题,明确了本文的研究内容,包括下沟组的沉积背景、沉积体系与盆地充填特征、沉积充填控制因素、沉积演化模式等。依据研究区的钻井、地震、地化、及古生物等地质资料情况,确定了本文的研究技术路线和方法。本文的研究不仅针对研究区需要解决的问题,同时研究的部分内容也对上述学术研究的不足之处能起到很好地弥补作用,不仅对青南次凹的勘探具有重要的实际意义,同时也具有一定的学术价值。第二章分别介绍了酒泉盆地和青南次凹的区域地质概况。酒泉盆地在构造位置上位于塔里木地块、阿拉善地块和北祁连山加里东褶皱带三者之间的交叉部位,其演化经历了三个主要阶段:盆地基底形成阶段,早白垩世断陷盆地阶段,以及始新世以来的前陆挤压拗陷盆地阶段。早白垩世断陷盆地的发育主要是受拉萨地块与亚洲板块碰撞产生的张扭应力作用,在盆地内形成了一系列北北东向的地堑和半地堑结构,构成盆内次一级的凹陷。断陷盆地的构造演化主要经历了初始快速裂陷期、裂陷扩张期和断拗转换期。晚白垩世受晚燕山运动的影响,盆地发生抬升剥蚀,湖泊消亡,并终止了断陷湖盆的演化。新生代受印度板块与欧亚板块碰撞的远程作用,进入挤压拗陷盆地的演化阶段,并进一步划分为始新世-中新世挤压拗陷期和上新世以来的逆冲褶皱期。最终形成了盆地现今断坳叠置的双层结构。酒泉盆地沉积盖层主要包含下白垩统、新生界古近系、新近系和第四系地层。青南次凹位于酒泉盆地西部的青西凹陷,青南次凹构造演化与酒泉盆地具有等时性和同步性,经历盆地从伸展断陷到挤压拗陷的全过程。早白垩世青南次凹呈现为单一的半地堑结构,地层具有东断西超的特征。下白垩统赤金组、下沟组及中沟组分别对应初始快速裂陷期、裂陷扩张期和断拗转换期三个演化阶段。研究区油气成藏与后期构造演化息息相关,新生代强烈的挤压拗陷作用,不仅使得下白垩统烃源岩深埋成熟,同时构造反转产生许多构造圈闭,挤压产生的断裂和裂缝也有利于储层的改造和油气运移。第三章结合露头、测井、三维地震数据体等资料,通过识别下白垩统的层序界面,搭建了青南次凹下白垩统的层序地层格架。露头上层序界面表现为古风化面、剥蚀面及岩性突变面;测井曲线上表现为上下曲线的幅度和样式的明显差异;地震剖面上表现为上超、下超、削截等地层接触关系。通过钻井与地震层序界面的解释相互印证,并在全区进行横向追踪、对比、闭合,最终将整个下白垩统可以划分为三个二级层序,从下到上分别对应赤金堡组（CSQK₁c）、下沟组（CSQK₁g）、中沟组（CSQK₁z）。作为研究的目的层位,下沟组又被进一步划分三个三级层序,从底到顶由下沟组零段（SQK₁g₀）、下沟组一段（SQK₁g₁）与下沟组二加三段(SQK₁g₂₊₃)组成。第四章具体分析了青南次凹下白垩统下沟组堆积期的沉积背景,主要包括研究区的盆地沉降和构造活动特征、古地貌形态、物源体系配置及古气候条件。通过对研究区网格剖面采用地层定量回剥技术和平衡剖面分析,计算下沟组三个三级层序发育期盆地的沉降量,结合各个层序发育的时间间隔,获取盆地沉降速率。同时利用断层活动分析法,计算边界断层的活动速率。从SQK₁g₀到SQK₁g₂₊₃,边界断层活动逐渐减弱,研究区呈现由边界断层剧烈活动主导的差异沉降向整体近于均一沉降转化。利用Petrel三维建模软件和盆地沉降数据,恢复下沟组三个层序原始的地貌形态。整体上研究区具有东深西浅的地貌格局,从早期到晚期断层下降盘的地形坡度具有由陡变缓的趋势。采用沉降史分析及构造古地貌恢复宏观把控物源区与沉积区,利用含砂率等值线图精细描绘物源分支,地震反射特征勾绘物源进积方向,并结合钻井约束下的地震波阻抗反演资料对物源波及范围的刻画,从不同角度不同层次厘定青南次凹下沟组物源体系。最终确定研究区下沟组三大物源区:南部凸起物源区、鸭北凸起物源区和青西构造高部位物源区。利用研究区及周缘地区下沟组孢粉化石记录和碳氧同位素数据,指示研究区下沟组沉积期的气候条件。显示气候从早期的温暖潮湿气候转变为中晚期的半干旱气候。第五章以大量详实的岩心、测井、录井、地震资料为基础,结合研究区沉积背景分析,依据“点-线-面”原则,系统研究了青南次凹下沟组沉积体系和盆地充填特征,明确了研究区下沟组沉积充填样式。研究区主要发育扇三角洲、深湖和滨浅湖体系。依据扇三角洲发育的构造位置,将扇三角洲细分为构造高部位边缘扇三角洲和断裂陡坡边缘扇三角洲。构造高部位边缘扇三角洲由下降盘的青西构造高部位提供物源,可分为水上和水下两个相带,总体发育多种沉积物岩相类型,以砂砾岩为主,沉积物的沉积具重力流性质,包括粗粒碎屑流、滑塌、浊流等。断裂陡坡边缘扇三角洲由青西凹陷外部的凸起提供物源,即南部凸起和鸭北凸起。扇三角洲大部分或整体没于水下,常与深湖泥岩接触,沉积物粒度较粗,主要为砾岩,混杂堆积,岩相类型单一,以粗粒碎屑流沉积为主。深湖体系主要发育黑色泥岩与白云质泥岩,具块状层理和水平层理。平面上,构造高部位边缘扇三角洲相带较宽,延伸方向与缓坡倾向方向一致,而断裂陡坡边缘扇三角洲分散方向与断层走向一致。纵向上,从SQK₁g₀到SQK₁g₂₊₃,扇三角洲体系面积逐渐减小,湖盆范围逐渐扩大,表明下沟组整体呈退积型沉积充填样式。第六章在明确下沟组沉积背景及沉积体系和沉积充填特征的基础上,主要探讨沉积体系和沉积充填的控制因素,并建立下沟组沉积充填演化模式。（1）同沉积期的古地貌对扇三角洲具有重要的控制作用,一方面体现在对扇三角洲展布的控制:缓坡边缘扇三角洲主要沿着缓坡向盆内推进,断裂陡坡边缘扇三角洲沿着断层推进;另一方面体现在对扇三角洲沉积作用的控制:断裂边缘坡度陡,沉积物通过粗粒碎屑流沉积作用形成扇三角洲,下降盘构造高部位边缘坡度相对较缓,沉积物以碎屑流、滑塌、浊流等方式沉积形成扇三角洲。（2）盆地的沉降和边界断裂活动的减弱影响着物源区沉积物供给,从而控制凹陷的沉积充填:断层下降盘的持续沉降使得青西构造高部位的面积逐渐减小,供源能力持续减弱,使得该部位边缘扇三角洲逐渐萎缩;边界断裂活动的减弱减轻了断层上升盘的均衡抬升作用,造成断裂陡坡边缘扇三角洲面积减小。（3）气候对沉积填充具有重要的控制性,主要体现在气候条件影响降雨从而影响源区母岩的风化剥蚀速率和沉积物的搬运,控制着沉积物的供给:早期温暖潮湿条件下,降雨量和降雨频率增加,物源剥蚀速率快,同时大量的降水可以将源区沉积物有效地搬运到沉积区;中晚期半干旱条件下,降雨量和降雨的频率都减少,使得源区剥蚀速率减慢且搬运效率降低,减少了沉积物的供给。总体来说,下沟组沉积充填受多种地质因素共同控制。第七章在充分认识青南次凹下沟组沉积背景、沉积充填特征与演化及控制因素的基础上,针对下沟组的储集岩类型,即扇三角洲砂砾岩和含裂缝的纹层状白云质泥岩,分别探讨构造高部位边缘扇三角洲和深湖泥岩的沉积过程和演化,建立沉积演化模式,在认识这两种储层分布规律的基础上,指出下一步油气勘探方向。从SQK₁g₀到SQK₁g₂₊₃,受盆地沉降和气候条件变化影响,研究区构造高部位边缘扇三角洲经历了从最发育到终止的沉积演化过程,呈退积型堆积样式。基于该扇三角洲的沉积特征和演化规律,进一步总结了盆内构造高部位边缘扇三角洲的特性:（1）扇三角洲发育以重力流沉积作用为主,且沉积具有间断性,因为构造高部位在盆内常呈孤立状态,该部位不发育常年性的水流,因此主要是在强降雨期间,经过短暂降水搬运沉积物并发生沉积;（2）在三级层序内,扇三角洲呈退积型堆积样式,因为从低位到高位湖平面上升造成构造高部位暴露面积减小,沉积物供给减少;（3）当构造高部位被湖水淹没时,扇三角洲停止发育;（4）扇三角洲常常发育在盆地断陷早期,断陷晚期或者断拗转换期盆地整体性沉降使得构造高部位被覆盖,接受沉积。通过对研究区深湖泥岩的分析,厘清了块状泥岩和纹层状泥岩的分布规律,块状泥岩主要分布于SQK₁g₀,纹层状泥岩主要分布于SQK₁g₂₊₃。在SQK₁g₀发育期,研究区呈明显的半地堑结构,湖盆范围小,地形坡度较大,强烈的边界断层活动和潮湿的气候条件容易引发山洪和滑坡,对湖泊水体产生剧烈搅动,造成湖泊水体长期处于混合状态,同时带来大量的沉积物,快速堆积,在深湖区易沉积块状泥岩。受湖水混合作用和细粒沉积物稀释作用,块状泥岩有机质含量相对较低。在SQK₁g₂₊₃发育期,湖盆范围扩大,盆内地形坡度相对较缓,较弱的构造活动和半干旱气候条件,降低了盆外沉积物搬运和供给效率,湖泊水体受外部因素干扰较小,常发生季节性分层,在深湖区易沉积纹层状泥岩,由富含有机质的藻纹层和白云质纹层组成。最后根据砂砾岩和纹层状白云质泥岩在整个下沟组的沉积充填和分布,提出了研究区“两储三层”的勘探思路,即SQK₁g₀以勘探砂砾岩储层为主,SQK₁g₁以勘探砂砾岩储层和纹层状白云质泥岩裂缝储层为主,SQK₁g₂₊₃以勘探纹层状白云质泥岩裂缝储层为主。本文的创新点主要包括:（1）相对盆外物源供给的盆地边缘扇三角洲而言,针对盆内物源供给的盆内构造高部位边缘扇三角洲研究相对较少,而盆内构造高部位往往是油气运移聚集的有利场所,使得该部位边缘扇三角洲具备重要的勘探价值。本文结合青南次凹目前油气勘探面临的关键问题,系统研究了本区盆内构造高部位边缘扇三角洲,并在此基础上总结出这类扇三角洲的相关特性,包括沉积特征（重力流为主、沉积具有间断性）、层序样式（退积型）、主要发育阶段（断陷早期）等,为认识其他断陷盆地类似扇三角洲特征及其油气勘探提供指导。（2）研究盆地的沉积充填往往对盆内砂体的特征、分布和预测具有重要指导意义,但对认识深湖泥岩的沉积及其特征指示意义较小。深湖泥岩既可以作为烃源岩,也可以作为一种非常规的储集岩,缺乏对其沉积特征的认识势必为油气勘探带来高风险。本文通过系统研究盆地沉积充填演化,揭示了不同沉积充填条件下深湖泥岩的沉积过程,并建立了小型断陷湖盆深湖块状泥岩和水平纹层泥岩的沉积模式,不仅为本区油气勘探提供指导,也对认识和预测类似沉积背景下深湖泥岩的沉积提供指示作用。