川東北元壩地區(qū)須三段沉積相及沉積演化

曾 韜

1.中國石油化工股份有限公司 勘探南方分公司，成都 610041;2.成都理工大學(xué) 沉積地質(zhì)研究院，成都 610059)

須家河組作為四川盆地重要的勘探層系之一，其勘探始于20世紀(jì)50年代，但早期的勘探都以構(gòu)造氣藏為主要勘探對(duì)象。近年來，通過轉(zhuǎn)變思路，陸續(xù)在廣安、合川等地發(fā)現(xiàn)多個(gè)千億方級(jí)巖性氣藏。

元壩地區(qū)位于四川盆地蒼溪-巴中低緩構(gòu)造帶，西北與九龍山背斜構(gòu)造帶相接，東北與通南巴構(gòu)造帶相鄰，南部為川中平緩斷褶帶北斜坡(圖1)。前期的勘探主要以二疊、三疊系礁灘為勘探對(duì)象，發(fā)現(xiàn)了長興組礁灘巖性氣藏。近年來，在須家河組也獲得了一系列重大突破[1-3]，特別是在元壩地區(qū)西北部須三段，多口井測試獲高產(chǎn)工業(yè)氣流。前人研究認(rèn)為須三段為受海水影響的湖泊相沉積，巖性為泥巖、粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖，一直以來都是作為烴源巖來研究；但是近期鉆井證實(shí)，須三期在靠近盆緣的元壩地區(qū)發(fā)育大型的辮狀河三角洲，可形成較好的儲(chǔ)層，巖性并不是傳統(tǒng)意義上的巖屑砂巖、礫巖，而是一套碳酸鹽巖含量很高的巖屑砂巖、礫巖(本文統(tǒng)稱為鈣屑砂巖、礫巖)。其物源主要是龍門山北段抬升剝蝕提供的大量碳酸鹽巖碎屑；同時(shí)鈣屑沉積物中混雜有部分變質(zhì)巖沉積物，分析可能是來自松潘-甘孜褶皺帶[4]。本文應(yīng)用鉆井、地震和測試分析資料,運(yùn)用沉積學(xué)基本原理和方法,對(duì)研究區(qū)須三段沉積相特征、展布及演化開展研究,對(duì)推動(dòng)該地區(qū)須三段油氣藏的勘探開發(fā)具有指導(dǎo)意義。

1 地層劃分

綜合已完鉆井鉆遇地層巖性組合特征，結(jié)合地震、露頭剖面及鄰區(qū)資料，將元壩地區(qū)須三段地層自下而上劃分為下亞段、中亞段和上亞段(圖2)。

下亞段：厚度介于15～29 m，巖性相對(duì)較細(xì)，主要為深灰色、灰色厚層泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，部分地區(qū)發(fā)育薄層鈣屑砂巖及巖屑砂巖。

圖1 元壩地區(qū)地理及構(gòu)造位置圖Fig.1 Geographic and tectonic map of the Yuanba area in Sichuan Basin(據(jù)王威等2012年資料修改)

圖2 元壩地區(qū)須三段地層綜合柱狀圖Fig.2 Integrated stratigraphic column of T3x3 in the Yuanba area

中亞段：厚度介于39～144 m，巖性主要為厚層鈣屑砂巖、鈣屑砂礫巖夾深灰色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，少量巖屑砂巖。

上亞段：厚度介于29～80 m，巖性主要為厚層鈣屑砂礫巖、鈣屑砂巖、巖屑砂巖夾深灰色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖。

2 沉積相類型及特征

據(jù)研究區(qū)55口鉆井、測井、取心、薄片及測試分析資料，結(jié)合前人研究成果[5-13]，將研究區(qū)須三段劃分為2種相類型，即辮狀河三角洲相和湖泊相，并且可細(xì)分為三角洲平原、三角洲前緣、前三角洲、淺湖4個(gè)亞相，其特征分別如下。

2.1 三角洲平原亞相

三角洲平原是指湖平面以上至分流河口的廣大區(qū)域，是三角洲的陸上部分。根據(jù)研究區(qū)內(nèi)沉積特征，可進(jìn)一步劃分為分流河道和河道間沉積微相。

2.1.1 分流河道微相

辮狀河三角洲平原分流河道具有與辮狀河道相似的沉積特征。巖石類型主要為礫巖、含礫砂巖、中-粗砂巖、細(xì)砂巖，整體粒度較粗。垂向上多個(gè)正旋回相互疊置，底部可見明顯的沖刷構(gòu)造(圖3-A)，沖刷面較平直，之上廣泛發(fā)育礫巖，礫石磨圓較好、分選較差，常呈低角度疊瓦狀排列。礫巖之上為中粗砂巖、細(xì)砂巖，常具平行層理、塊狀層理(圖3-B,C)，粒度概率圖表現(xiàn)為兩段式，以躍移載荷為主，斜率高(圖3-D)。測井曲線具有低幅光滑、微齒化箱型或鐘形特征。研究區(qū)西北部須三段中亞段和上亞段發(fā)育該類亞相(圖4)。

圖3 元壩地區(qū)須三段巖心沉積構(gòu)造特征及粒度特征Fig.3 Core sedimentary and tectonic characteristics and grain-size characteristics of T3x3 in the Yuanba area(A)沖刷構(gòu)造，YL20井，深度4 181.5 m,須三段中亞段;(B)平行層理，YL20井，深度4 140.57 m，須三段中亞段;(C)塊狀層理，YL18井，深度4 578.76 m，須三段中亞段;(D)粒度概率圖，YL20井，深度4 483.9 m，須三段中亞段;(E)楔狀交錯(cuò)層理，YL4井，深度4 460.4 m，須三段中亞段;(F)粒度概率圖,YL4井，深度4 458.3 m，須三段中亞段

圖4 YL18井須三段中亞段三角洲平原亞相Fig.4 Delta plain subfacies of T3x3-2 from Well YL18

2.1.2 河道間微相

指三角洲平原辮狀河道與辮狀河道之間天然堤、泛濫平原、沼澤、決口扇等微相的統(tǒng)稱，平面上位于辮狀河道之間的低洼地區(qū)，縱向上位于河道頂部。巖性以粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖、碳質(zhì)泥巖甚至薄煤層不等厚互層為主。測井曲線具有低幅平直或微齒化特征,局部具有指形或齒形特征。

2.2 三角洲前緣亞相

三角洲前緣是指湖平面以下至浪基面以上的區(qū)域，是三角洲沉積的主體地帶。根據(jù)研究區(qū)內(nèi)沉積特征，可進(jìn)一步劃分為水下分流河道、水下分流河道間、水下分流間灣、河口壩、遠(yuǎn)砂壩和席狀砂微相。

2.2.1 水下分流河道微相

水下分流河道是辮狀河道在水下的延伸部分，與辮狀河道的主要區(qū)別在于粒度較細(xì)，巖石類型主要為灰色細(xì)-粉砂巖，縱向上可見多個(gè)正旋回砂體疊置發(fā)育，底部常發(fā)育沖刷面，沖刷面之上多見泥礫，發(fā)育楔狀交錯(cuò)層理、塊狀層理(圖3-E)。粒度概率圖表現(xiàn)為兩段式，以躍移載荷為主(圖3-F)。測井曲線具有典型的中-低幅微齒化箱形、鐘形特征，也間或出現(xiàn)微漏斗形特征。研究區(qū)廣泛發(fā)育該類亞相(圖5)。

2.2.2 河口壩微相

河口壩是指辮狀河道攜帶的砂質(zhì)由于流速降低在河口處形成的沉積，一般位于三角洲前緣向湖的前端，巖石類型主要為中-薄層灰色細(xì)砂巖、粉砂巖。由于辮狀河三角洲水下分流河道具有較強(qiáng)的遷移性，且研究區(qū)內(nèi)波浪作用較弱，因此河口壩發(fā)育規(guī)模不大，僅在個(gè)別鉆井上表現(xiàn)出下細(xì)上粗的反韻律特征。測井曲線具有漏斗形或微齒箱狀漏斗形特點(diǎn)。

圖5 YL6井須三段中亞段三角洲前緣亞相Fig.5 Delta front subfacies of T3x3-2 from Well YL6

2.2.3 遠(yuǎn)砂壩微相

遠(yuǎn)砂壩是指辮狀河流攜帶的細(xì)粒沉積物在河口壩末端與淺湖過渡部位堆積而成的壩狀沉積體，與河口壩的區(qū)別在于沉積物更細(xì)、砂層厚度更小、比河口壩離淺湖方向更近，常見沙紋層理及水平層理，偶見滑塌變形。測井曲線具有薄層齒化漏斗形特征。

2.2.4 席狀砂微相

席狀砂是指水下分流河道、河口壩等砂體被湖浪作用改造，橫向遷移形成的席狀沉積物。席狀砂為三角洲前緣最前端的沉積微相類型，其巖性為深灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖為主夾薄層細(xì)砂巖、粉砂巖。測井曲線具有指狀特征。

2.2.5 水下分流河道間微相

水下分流河道間指相鄰的水下分流河道之間的沉積，巖性主要為碳質(zhì)泥巖、含粉砂泥巖和含泥粉砂巖，測井曲線具有指形特征。

2.2.6 水下分流間灣微相

水下分流間灣是指三角洲前緣水下分流河道與河口壩之間的沉積物，在三角洲前緣各微相中粒度相對(duì)最細(xì)，砂體發(fā)育最少，煤系地層相對(duì)最發(fā)育，以深灰、灰黑色、黑色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖為主，夾薄煤層，常見潮汐層理，水體能量相對(duì)較低，有機(jī)質(zhì)較為豐富，生物活動(dòng)頻繁，可見生物鉆孔、生物擾動(dòng)等構(gòu)造。沉積構(gòu)造主要有塊狀層理、水平層理、液化變形構(gòu)造等。測井曲線具有平直或微齒化、高GR低RT特征。

2.3 前三角洲亞相-淺湖亞相

包括前三角洲亞相和淺湖亞相，二者都以深灰色泥巖為主，并不同程度含砂質(zhì)，煤系地層發(fā)育差，測井曲線都表現(xiàn)為(齒化)線形。因二者相互疊合，特征基本相同難以準(zhǔn)確區(qū)分，所以合稱前三角洲-淺湖亞相，所含微相為前三角洲-淺湖泥。

3 沉積相展布

由于鉆井、測井資料僅反映井筒周圍很局限的范圍，而地震相是由地震反射參數(shù)(振幅、頻率、相位、同相軸以及反射結(jié)構(gòu)等)所限定的三維地震反射單元，它是特定沉積相或地質(zhì)體的地震響應(yīng)，可以很好地反映平面特征，因此本次沉積相展布研究結(jié)合了元壩地區(qū)須三段地震相研究成果。

研究區(qū)須三段主要以強(qiáng)-中振幅、強(qiáng)-中連續(xù)性、平行-亞平行結(jié)構(gòu)、席狀地震相為主，其次為弱振幅、差連續(xù)性亞平行席狀地震相，間或可見透鏡狀及空白反射。以順物源方向的JM102井-YL9井-YB6井-YL6井-YB101井-YB11井-YB12井剖面為例(圖6)，研究區(qū)的西北部地層厚度較大，須三段內(nèi)部反射同相軸數(shù)量可達(dá)4～5個(gè)，主要發(fā)育強(qiáng)振幅-強(qiáng)連續(xù)-平行席狀相為特征的地震相，與上下反射層呈平行接觸關(guān)系，其外部幾何形態(tài)多為席狀，分析為三角洲平原亞相沉積。自YL6井向東南YB101井、YB11井、YB12井一帶反射同相軸逐漸減少，地層厚度自西北向東南方向逐漸減薄，其同相軸的反射強(qiáng)度及連續(xù)性也較元陸9-元陸6井一帶為差，主要發(fā)育有中振幅-中連續(xù)亞平行席狀地震相，可能與河道的橫向擺動(dòng)造成的砂體橫向變化有關(guān)；同時(shí)可見明顯的前積現(xiàn)象，分析為三角洲前緣亞相沉積。

須三早期，由于龍門山隆升不太強(qiáng)烈，研究區(qū)主要發(fā)育三角洲前緣和前三角洲-淺湖亞相(圖7)，古地形總體為西北高東南低，西北部為三角洲前緣沉積，東南部為前三角洲-淺湖亞相沉積。須三中期，因龍門山快速隆升，向研究區(qū)內(nèi)提供了大量碳酸鹽巖物源，三角洲沉積范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，研究區(qū)發(fā)育有三角洲平原和三角洲前緣亞相(圖8)。古地形總體上繼承了須三早期西北高東南低的地勢，自西北向東南依次發(fā)育三角洲平原和三角洲前緣沉積。此時(shí)，由于物源的大量供給，研究區(qū)內(nèi)未發(fā)育前三角洲-淺湖亞相。須三晚期，龍門山隆升程度有所減弱，三角洲沉積范圍相對(duì)中期有所減小，研究區(qū)發(fā)育有三角洲平原、三角洲前緣和前三角洲-淺湖亞相(圖9)；古地形仍然繼承了須三早期、中期西北高東南低的地勢，自西北向東南依次發(fā)育三角洲平原、三角洲前緣和前三角洲-淺湖沉積。

圖6 元壩地區(qū)須三段北西-南東向地震相特征圖Fig.6 Seismic facies characteristic diagram from NW to SE of T3x3 in the Yuanba area

圖7 元壩地區(qū)須三段下亞段沉積相圖Fig.7 Sedimentary facies of T3x3-1 in the Yuanba area

圖8 元壩地區(qū)須三段中亞段沉積相圖Fig.8 Sedimentary facies of T3x3-2 in the Yuanba area

4 沉積模式與演化

元壩地區(qū)須三期沉積環(huán)境主要與龍門山幕式造山運(yùn)動(dòng)有關(guān)。在龍門山活動(dòng)相對(duì)微弱期，松潘-甘孜褶皺帶提供的遠(yuǎn)源細(xì)粒變質(zhì)巖物源，混雜龍門山提供的近源細(xì)粒鈣屑物源，在研究區(qū)形成須三下亞段為代表的遠(yuǎn)源細(xì)粒辮狀河三角洲沉積，只發(fā)育三角洲前緣、前三角洲-淺湖亞相，河流作用相對(duì)較弱(圖10)。在龍門山活動(dòng)相對(duì)強(qiáng)烈期，龍門山提供的近源粗粒鈣屑物源，混雜松潘-甘孜褶皺帶提供的遠(yuǎn)源細(xì)粒變質(zhì)巖物源，在研究區(qū)形成須三中亞段和須三上亞段為代表的近源粗粒辮狀河三角洲沉積，具有完整的三角洲平原、前緣、前三角洲三層結(jié)構(gòu)，河流作用特別發(fā)育(圖11)。

5 結(jié) 論

a.元壩地區(qū)須三段自下而上可劃分為下、中、上3個(gè)亞段。

圖9 元壩地區(qū)須三段上亞段沉積相圖Fig.9 Sedimentary facies of T3x3-3 in the Yuanba area

圖10 構(gòu)造相對(duì)微弱期遠(yuǎn)源細(xì)粒辮狀河三角洲沉積模式Fig.10 Sedimentary model of the distant fine braided river delta in the relatively weak period

圖11 構(gòu)造相對(duì)強(qiáng)烈期近源粗粒辮狀河三角洲沉積模式Fig.11 Sedimentary model of the proximal coarse grain braided river delta in the relatively strong period

b.元壩地區(qū)須三段主要發(fā)育辮狀河三角洲和湖泊相沉積，可識(shí)別出三角洲平原、三角洲前緣和前三角洲-淺湖4個(gè)亞相，并且可進(jìn)一步劃分為分流河道、河道間、水下分流河道、河口壩、席狀砂、遠(yuǎn)砂壩、水下分流間灣、水下分流河道間、前辮狀河三角洲-淺湖泥等9個(gè)微相。

c.元壩地區(qū)須三段沉積環(huán)境主要與龍門山幕式造山運(yùn)動(dòng)有關(guān)。在龍門山活動(dòng)相對(duì)微弱期，松潘-甘孜褶皺帶提供的遠(yuǎn)源細(xì)粒變質(zhì)巖物源，混雜龍門山提供的近源細(xì)粒鈣屑物源，在研究區(qū)形成須三下亞段為代表的遠(yuǎn)源細(xì)粒辮狀河三角洲沉積。在龍門山活動(dòng)相對(duì)強(qiáng)烈期，龍門山提供近源粗粒鈣屑物源，混雜松潘-甘孜褶皺帶提供的遠(yuǎn)源細(xì)粒變質(zhì)巖物源，在研究區(qū)形成須三中亞段和須三上亞段為代表的近源粗粒辮狀河三角洲沉積。

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