桑塔木地區(qū)三疊系曲流河三角洲存在證據(jù)與沉積特征

唐 武，王英民，袁文芳，楊彩虹，張 雷，仲米虹，孫希家，鄭貴春，朱國隆

（1.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； 2.中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249； 3.塔里木油田勘探開發(fā)研究院，新疆 庫爾勒 841000； 4.中國石油化工股份有限公司 上海海洋油氣分公司研究院，上海 200120； 5.中國石油煤層氣有限責(zé)任公司，北京 100028； 6.中海石油氣電集團(tuán)有限責(zé)任公司 技術(shù)研發(fā)中心，北京 100027； 7.大慶油田有限責(zé)任公司 海拉爾石油勘探開發(fā)指揮部，黑龍江 大慶 163000）

0 引言

三角洲是重要的油氣儲層，一直是沉積學(xué)家和石油地質(zhì)學(xué)家關(guān)注的熱點[1-4］.許多學(xué)者從不同角度對三角洲進(jìn)行分類，其中薛良清等的分類方案[2］在我國得到廣泛使用，依據(jù)三角洲供源類型的不同將三角洲劃分為扇三角洲、辮狀河三角洲及曲流河三角洲3種類型，不同類型的三角洲砂體展布特征存在明顯差異，發(fā)育不同類型的油氣藏.桑塔木地區(qū)是塔里木油田的重要油氣產(chǎn)區(qū)，其三疊系經(jīng)過近20a的勘探開發(fā)，構(gòu)造圈閉基本鉆探完畢，含水率快速上升，穩(wěn)產(chǎn)難度大，亟需尋找新的油氣藏類型.有關(guān)該區(qū)的研究認(rèn)為三疊系3個油組儲層為辮狀河三角洲砂體沉積[5-8］，筆者利用巖心、鉆測井及地震資料，通過碎屑巖的粒度、結(jié)構(gòu)、沉積構(gòu)造、砂體的空間展布、地震反射特征等方面分析，厘清該區(qū)三角洲的類型.這對完善桑塔木地區(qū)的沉積體系，重塑演化規(guī)律具有指導(dǎo)意義，為油氣勘探提供依據(jù).

1 地質(zhì)概況

輪南低凸起是塔北隆起上的一個重要次級構(gòu)造單元，北與輪臺斷隆相鄰，南為滿加爾凹陷，東西分別是草湖凹陷及哈拉哈塘凹陷（見圖1），自古生代以來經(jīng)歷多期復(fù)雜的構(gòu)造運動，發(fā)育多套斷裂體系.桑塔木地區(qū)處于輪南低凸起的潛山披覆斜坡帶上，發(fā)育2條近東西向的斷裂帶（桑塔木斷壘帶），是塔里木盆地重要的油氣產(chǎn)區(qū)[9］.三疊系是該區(qū)重要的油氣產(chǎn)層，自下而上劃分為俄霍布拉克組、克拉瑪依組及黃山街組，發(fā)育3套有利的儲蓋組合，其中克拉瑪依組發(fā)育2套（TⅡ油組和TⅢ油組），黃山街組發(fā)育1套（TⅠ油組），以三角洲—湖泊相沉積為主.自1991年投產(chǎn)以來，主力產(chǎn)層為TⅢ和TⅠ油組，2002年以后進(jìn)入高含水期，穩(wěn)產(chǎn)難度大.目前，該區(qū)的勘探開發(fā)主要局限在桑塔木斷壘帶上，圈閉類型主要是構(gòu)造圈閉，對構(gòu)造圈閉以外區(qū)域的認(rèn)識不足.

2 識別依據(jù)

曲流河三角洲是曲流河經(jīng)過長距離搬運攜帶大量泥沙進(jìn)入湖盆所形成的三角洲，而自Mcpherson J G等提出辮狀河三角洲概念以后[10］，人們從不同角度對曲流河三角洲與辮狀河三角洲的區(qū)別進(jìn)行探討，提出一系列的識別依據(jù)[2，11-15］.

2.1 粒度特征

圖1 桑塔木地區(qū)構(gòu)造位置示意Fig.1 The structural location of Sangtamu area

圖2 桑塔木地區(qū)三疊系曲流河三角洲沉積巖心相特征Fig.2 The core facies characteristics of meandering river delta of triassic in Sangtamu area

巖心觀察表明，研究區(qū)三疊系TⅡ油組以中細(xì)砂巖、粉砂巖及泥巖為主（見圖2），沉積物粒度細(xì)，未見礫石沉積，不同于TⅢ油組發(fā)育厚層砂礫巖、含礫砂巖及粗砂巖沉積特征，反映沉積時水動力能量較TⅢ油組弱.粒度分析表明，TⅡ油組的砂巖粒度比TⅢ油組的更細(xì)（見圖3）.由圖3可知，TⅢ油組的粒度概率曲線呈三段式或多段式（見圖3的a和b曲線），其中以跳躍總體為主，占總量的70%～83%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），分選較好，斜率為50°～60°，懸浮總體占20%～25%，滾動總體相對較小，占2%～10%，跳躍總體與懸浮總體的交截點粒度Φ值為2.0～2.5，與柴達(dá)木盆地西部第三系沖積平原辮狀河道沉積的粒度概率曲線十分相似[16］.TⅡ油組的粒度概率曲線呈明顯的兩段式（見圖3的a和b曲線），缺乏滾動總體，跳躍總體含量較TⅢ油組的略低（70%～75%），但斜率更大（大于60°），分選更好，跳躍總體與懸浮總體的交截點Φ值增大，為2.9～3.6，與長江中下游細(xì)粒曲流河段河床沉積物的粒度概率累積曲線極為相似[17］.

圖3 桑塔木地區(qū)三疊系典型粒度概率累積曲線Fig.3 Typical grain size probability graph of Triassic in Sangtamu area

2.2 結(jié)構(gòu)特征

研究區(qū)克拉瑪依組TⅡ油組碎屑顆粒磨圓度好，圓狀和次圓狀居主導(dǎo)地位.顆粒支撐結(jié)構(gòu)接觸性質(zhì)主要為點接觸和線接觸，雜基少見，僅1%左右，沉積物粒度以細(xì)粒為主，說明TⅡ油組具有弱水動力條件下遠(yuǎn)距離搬運的牽引流沉積特點.

2.3 沉積構(gòu)造特征

辮狀河三角洲通常形成于強(qiáng)水動力條件下，以發(fā)育大型交錯層理為典型標(biāo)志之一[12］.克拉瑪依組TⅡ油組廣泛發(fā)育小型槽狀交錯層理（見圖2（a）、（d））、波狀層理（見圖2（b））及水平層理（見圖2（d）），未見大型板狀、楔狀或槽狀交錯層理，說明形成時水動力條件弱，非典型辮狀河三角洲沉積.

2.4 砂體形態(tài)及含砂率

由研究區(qū)東西向的連井相剖面（見圖4，SP為自然電位曲線；GR為自然伽馬曲線）可知，桑塔木地區(qū)三疊系TⅢ油組砂巖含量較高，橫向上連續(xù)性好，分布面積較廣，鉆遇率高，砂體呈席狀展布.TⅡ油組砂體的發(fā)育特征截然不同，砂體厚度薄，側(cè)向上連續(xù)性較差，易殲滅，分布范圍小，呈指狀展布，符合曲流河三角洲砂體的發(fā)育特征[12］.鉆井含砂率統(tǒng)計表明，TⅢ油組砂巖含砂率明顯偏高，大于75%，且其下部含砂率高達(dá)90%；TⅡ油組的含砂率基本小于60%，說明該區(qū)TⅡ油組沉積水動力能量低，搬運砂體的能力相對較弱，建設(shè)性程度相對較差，含砂率明顯低于辮狀河三角洲的.

圖4 桑塔木地區(qū)克拉瑪依組LN19井-LN14井連井沉積相特征（剖面位置見圖1）Fig.4 The sedimentary characteristics of Kelamayi formation of well LN19to well LN14in Sangtamu area

2.5 地震反射特征

在三維地震剖面上，TⅡ油組見明顯的前積反射構(gòu)型（見圖5（a）），前積層表現(xiàn)為中強(qiáng)振幅中連續(xù)性反射特征，頂積層和底積層不發(fā)育，前積層地震雙程旅行時間厚度約為60ms，前積反射是識別三角洲的典型標(biāo)志之一.同時，在三疊系典型相干體地層切片上可見明顯的曲流特征（圖5（b）、（c）），彎曲指數(shù)大于2，與Malay盆地更新世曲流河及墨西哥灣中新世及上新世曲流河的地層切片特征極為相似[18-19］.

因此，通過粒度、結(jié)構(gòu)、沉積構(gòu)造、砂體空間展布及地震反射特征綜合分析，按照三角洲物源供給特點的分類[2］，研究區(qū)發(fā)育的三角洲類型為曲流河三角洲.

3 沉積相類型及特征

利用巖心、鉆測井及高精度三維地震資料，采用點（單井相）、線（連井相）、面相結(jié)合方法（地層切片、含砂率）綜合判斷研究區(qū)的沉積相類型，發(fā)現(xiàn)三疊系TⅡ油組的曲流河三角洲發(fā)育2種亞相、6種微相.

3.1 平原亞相

三角洲平原為三角洲沉積的陸上部分，曲流河三角洲平原沉積特征與曲流河沉積有許多相似之處，垂向上表現(xiàn)為向上變細(xì)的正旋回，具明顯的二元結(jié)構(gòu)，而煤層發(fā)育是河漫沼澤沉積微相的典型識別標(biāo)志.研究區(qū)發(fā)育水上分流河道、天然堤及河漫沼澤等沉積微相，其中以水上分流河道沉積為主.

圖5 桑塔木地區(qū)三疊系曲流河三角洲典型地震反射特征Fig.5 The typical seismic reflection characteristics of triassic of meandering river delta in Sangtamu area

3.1.1 水上分流河道微相

水上分流河道是曲流河三角洲平原亞相中最常見的沉積微相類型，它構(gòu)成平原亞相沉積的骨架（見圖6（a），DT為聲波曲線；RS為淺側(cè)向電阻率曲線；RM為鉆井液電阻率曲線）.研究區(qū)巖石類型以中砂巖、細(xì)砂巖為主，缺乏粗粒成分，底部見河床滯留沉積，具沖刷構(gòu)造，沖刷面上含泥礫，粒徑為2～3mm（見圖2（a））.單個河道砂體呈正粒序，多期河道垂向上相互疊置，發(fā)育小型交錯層理和平行層理，自然電位和自然伽馬曲線表現(xiàn)為鐘形或微齒化鐘形（見圖6（a））.粒度概率曲線基本呈兩段式，以跳躍總體為主，分選較好（見圖3的c和d曲線）.由于平原區(qū)植被較為發(fā)育，河道沉積中植物碎片常見.

3.1.2 天然堤微相

天然堤微相發(fā)育在分流河道兩側(cè)，為洪水區(qū)分流河道攜帶的細(xì)粒沉積物漫溢而成.研究區(qū)巖性以粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖為主，向遠(yuǎn)離分流河道方向逐漸變細(xì).沉積構(gòu)造以波狀交錯層理（見圖2（b））和流水波痕為主，植物碎片少見，測井曲線呈低幅度鐘形（見圖6（a））.

3.1.3 河漫沼澤微相

河漫沼澤微相發(fā)育于分流河道的低洼地區(qū)，巖性以灰色、灰綠色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖為主，中間偶夾少量透鏡狀砂質(zhì)條帶，炭質(zhì)含量較高，發(fā)育水平層理、塊狀層理（見圖2（c））.測井曲線表現(xiàn)為低幅齒形組合；煤層自然電位呈低幅平直狀，自然伽馬正高異常，聲波及電阻率曲線也表現(xiàn)為高幅指狀（見圖6（a））.

圖6 桑塔木地區(qū)三疊系曲流河三角洲測井響應(yīng)特征Fig.6 Logging response characteristics of triassic meandering river delta in Sangtamu area

3.2 前緣亞相

由于三疊系TⅡ油組沉積時期研究區(qū)地形平緩，物源供給充足，曲流河三角洲前緣十分發(fā)育，構(gòu)成三角洲沉積主體.三角洲前緣順?biāo)鞣较虻牡卣鸱瓷涮卣鳛樾苯磺胺e反射，具有中高振幅、高連續(xù)性的反射結(jié)構(gòu)（圖見5（a）），由砂巖、泥巖互層組成.三角洲前緣亞相識別出水下分流河道、河口壩、支流間灣等3種類型的沉積微相，其中水下分流河道占主導(dǎo)地位.

3.2.1 水下分流河道微相

水上分流河道入湖后的水下延伸部分即水下分流河道，其巖性以灰色中細(xì)砂巖為主，底部含扁平狀泥礫，發(fā)育小型槽狀交錯層理（見圖2（d））、平行層理及底沖刷等沉積構(gòu)造.單個河道表現(xiàn)為向上變細(xì)的正粒序，厚度為2～3m，垂向上常見多個河道砂體疊置，形成向上厚度增大、泥巖含量減少的進(jìn)積型沉積序列.其自然電位表現(xiàn)為箱形或微齒化箱形，自然伽馬值較低，負(fù)高異常，表明泥質(zhì)含量低，電阻率曲線值較高，以鐘形為主（見圖6（b））.

3.2.2 河口壩微相

河口壩發(fā)育于水下分流河道的河口處，水動力條件復(fù)雜，受到湖水和河水的交互作用不停地沖刷和篩選沉積物，沉積物的成分和結(jié)構(gòu)成熟度明顯提高，沉積物的分選性也變好.由于地形比較平緩，河口壩微相在桑塔木地區(qū)TⅡ油組中較發(fā)育，主要由灰色細(xì)砂巖及粉砂巖組成，分選磨圓較好，垂向上反旋回特征明顯（見圖2（e）），小型槽狀交錯層理和波狀層理發(fā)育.自然電位和自然伽馬曲線呈典型的漏斗形（見圖6（b）），反映砂體不斷前積的特點.

3.2.3 支流間灣微相

支流間灣微相主要發(fā)育于水動力條件相對較弱、地勢相對較低的湖灣區(qū)，其巖性偏細(xì)，以灰色、灰黑色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖及泥巖為主，砂巖少見.同時，研究區(qū)支流間灣微相厚度較薄，通常只有3～8m，沉積構(gòu)造上未見大型交錯層理，僅發(fā)育小型砂紋層理或水平層理（見圖2（f）），反映其弱水動力環(huán)境產(chǎn)物的特點.測井曲線上自然電位曲線平直，幅度低，自然伽馬值較高，呈鋸齒形（見圖6（b））.

4 沉積相展布特征

桑塔木地區(qū)TⅢ油組沉積時期，地形坡度較陡，沉積物供給充足，湖平面緩慢上升，沉積物供給速率大于可容納空間增長速率，研究區(qū)發(fā)育大型的辮狀河三角洲沉積，砂巖含量較高，厚度可達(dá)100m，呈席狀分布，橫向上連續(xù)性好（見圖4）；TⅡ油組沉積時期，地形坡度變緩，盆地沉降速率加快，湖平面快速上升，超過沉積物供給速率，發(fā)育細(xì)粒的曲流河三角洲.

研究區(qū)123口鉆井砂巖厚度及含砂率的統(tǒng)計表明（見圖7），TⅡ油組沉積時期沉積格局南北對峙，南北邊緣砂體厚，中部砂體薄，有北西部、北部、西南部等方向的物源體系，以北部和西南部為主（見圖7（a））.北部LN30、LG5、LN9、LN17、LN171等井含砂率在50%以上，并且有向南變小的趨勢；西南部LG17、LN54、LG18等井含砂率相對較高，向北的含砂率逐漸降低；北西方向的LN19、LG6等井含砂率較高，自西向東LN44、LG111等井含砂率逐漸減小；中部斷壘帶多數(shù)鉆井含砂率在25%以下，以泥巖或泥質(zhì)粉砂巖為主，分割南北體系.

參照鉆井的砂巖厚度、含砂率，結(jié)合巖心相、測井相及地震相分析成果，對TⅡ油組發(fā)育的曲流河三角洲開展平面沉積微相分析（見圖7（b））.由圖7（b）可知，該時期研究區(qū)表現(xiàn)為北部和西南部2個主要方向的物源，北西向規(guī)模較小，砂體零星分布，其中北部的曲流河三角洲分布范圍廣、延伸距離較長，占主導(dǎo)地位，平原及前緣亞相較發(fā)育，平原上以發(fā)育分流河道微相為主，多期河道相互疊置，砂體呈厚層塊狀，測井曲線以箱形或鐘形為主（如LN30、LG5井等）；天然堤微相發(fā)育在分流河道兩側(cè)，規(guī)模??；河漫沼澤微相發(fā)育于分流河道的低洼地區(qū)（LN17井附近）；前緣亞相以分流河道及河口壩微相為主，測井曲線分別表現(xiàn)為鐘形（如LN171井）或漏斗形（如LN23井）.西南部的三角洲規(guī)模相對較小，平原亞相不發(fā)育，以前緣水下分流河道為主，砂體厚度薄，呈指狀（如LG18井）.北西向三角洲僅一支延伸至研究區(qū)內(nèi)，延伸距離短，發(fā)育三角洲前緣水下分流河道和河口壩沉積.

5 討論

相關(guān)研究認(rèn)為三疊系沉積時期研究區(qū)主要發(fā)育辮狀河三角洲[5-8］.通過曲流河三角洲識別，增添研究區(qū)新的沉積相類型.

曲流河三角洲的發(fā)育與地形坡度有極大關(guān)系，曲流河三角洲的識別反映克拉瑪依組沉積時期構(gòu)造活動逐漸減弱，地形坡度減緩，原來適宜于辮狀河三角洲發(fā)育的條件發(fā)生根本性變化，從而使得辮狀河三角洲逐漸被曲流河三角洲所代替，有關(guān)研究區(qū)三疊系構(gòu)造演化的研究也支持克拉瑪依組沉積時期地形坡度逐漸減小的觀點[20］.同時，氣候潮濕也對曲流河三角洲的發(fā)育起到積極作用.研究區(qū)LN17井TⅡ油組時期發(fā)育的薄層煤系地層（見圖6（a））表明克拉瑪依組晚期氣候濕潤，三角洲平原亞相中局部發(fā)育沼澤環(huán)境，文獻(xiàn)[21］也證實克拉瑪依組晚期為氣候濕潤的熱帶亞熱帶氣候.

此外，桑塔木地區(qū)三疊系油氣藏類型單一，目前鉆遇均為構(gòu)造油氣藏，經(jīng)過近20a的油氣勘探開發(fā)，含水率快速上升，穩(wěn)產(chǎn)難度大，曲流河三角洲的發(fā)現(xiàn)為尋找?guī)r性油氣藏及構(gòu)造—巖性復(fù)合油氣藏提供依據(jù).研究區(qū)三疊系辮狀河三角洲發(fā)育，辮狀河三角洲砂體以分流河道砂體為主，砂體呈層狀分布，垂向上多套下粗上細(xì)的河道砂體相互疊置，厚度巨大，橫向上分布范圍廣，延伸遠(yuǎn)，是目前的主力產(chǎn)層（見圖4）.由于研究區(qū)具備砂體分布連續(xù)性好的特點，不易側(cè)向尖滅，難以形成巖性圈閉.曲流河三角洲不同，砂體呈孤立狀分布，厚度較薄，橫向上延伸不遠(yuǎn)，分布范圍窄，易側(cè)向尖滅，有利于形成巖性圈閉（見圖4）.研究區(qū)前緣以水下分流河道和河口壩沉積為主，由于經(jīng)過長距離搬運，前緣砂體分選、磨圓均較好，可作為有利的儲層.此外，配以斷壘帶的構(gòu)造條件，還可以形成構(gòu)造—巖性復(fù)合圈閉.因此，鑒于目前桑塔木地區(qū)油氣勘探開發(fā)的現(xiàn)狀，曲流河三角洲的識別對勘探部署具有指導(dǎo)意義.

圖7 桑塔木地區(qū)三疊系TⅡ油組曲流河三角洲展布特征Fig.7 The distributary characteristics of meandering river delta of triassic TII oil-member in Sangtamu area

6 結(jié)論

（1）桑塔木地區(qū)三疊系TⅡ油組的砂巖粒度比TⅢ油組的細(xì)，水動力條件比TⅢ油組的弱，以發(fā)育小型交錯層理、砂紋層理及水平層理為主，砂體分選磨圓好，呈指狀產(chǎn)出，地震剖面上具有明顯的前積反射構(gòu)型，地層切片見曲流特征.TⅡ油組為典型的曲流河三角洲沉積.

（2）TⅡ油組的曲流河三角洲發(fā)育2種亞相（平原和前緣亞相）、6種微相（平原的水上分流河道、天然堤及河漫沼澤微相；前緣的水下分流河道、河口壩及支流間灣微相）.

（3）桑塔木地區(qū)三疊系TⅡ油組沉積時期，地形坡度變緩，沉降速率快，湖平面快速上升，超過沉積物供給速率，以發(fā)育北部和西南部2個主要方向的細(xì)粒曲流河三角洲為主，其中北部三角洲規(guī)模大，平原和前緣亞相較發(fā)育，西南部三角洲以前緣亞相為主.

致謝：在完成論文的過程中得到塔里木勘探開發(fā)研究院肖中堯、黃少英、張博等專家的指導(dǎo)，成都理工大學(xué)韓建輝博士對初稿提出意見，在此一并表示衷心感謝！

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