基于等時界面識別的淺水三角洲—河流沉積體系研究
——以高郵凹陷黃玨地區(qū)古近系垛一段為例

李維，朱筱敏，陳剛，馬英俊

1.中國石油大學(北京)地球科學學院，北京 102249 2.中國石化江蘇油田分公司勘探開發(fā)研究院，江蘇揚州 225009

0 引言

淺水三角洲一詞最早由Fisk(1954)提出，指在淺水環(huán)境、構造穩(wěn)定和供源充足的盆地緩坡背景下，以發(fā)育水下分流河道為典型特征的三角洲沉積體系[1- 6]。我國學者通過對鄂爾多斯盆地[7]、松遼盆地[8- 10]、渤海灣盆地[11]和四川盆地[12]等地區(qū)古代沉積以及鄱陽湖現(xiàn)代沉積[13- 14]的研究，系統(tǒng)分析了淺水三角洲形成條件與類型劃分[1- 6,15]、主要沉積微相與沉積特征[2,10,12]以及沉積動力機理[4,6,10,13- 14,16]等方面的沉積學問題，總結了穩(wěn)定緩慢沉降的大型坳陷湖盆易形成淺水三角洲；分流河道骨架砂體發(fā)育而河口壩少見；砂體空間展布主要受物源和氣候共同控制；緩坡背景下的湖平面大范圍變化對沉積特征起重要控制作用等認識。

淺水三角洲強烈河控作用下優(yōu)勢發(fā)育的河道砂體與湖相泥巖良好的儲蓋配置關系及其優(yōu)越的油氣成藏條件使之成為巖性油氣藏勘探的重要領域。然而另一方面，大范圍穩(wěn)定泥巖段的缺失、三角洲反旋回特征的弱化、河道的頻繁遷移疊置增大了淺水三角洲沉積體系等時界面的識別難度，增加了儲層預測難度。前人罕有針對淺水三角洲沉積體系等時界面的系統(tǒng)研究和總結，而準確的界面識別正是砂體展布分析和油氣勘探的基礎。

研究目標為蘇北盆地高郵凹陷黃玨地區(qū)始新世垛一段。不同于鄂爾多斯盆地延長組或松遼盆地青山口組等大型坳陷湖盆淺水三角洲沉積的典型代表，黃玨地區(qū)垛一段沉積于斷陷湖盆發(fā)育晚期，但同樣具有大量淺水三角洲沉積證據(jù)。利用鉆測井與地震資料識別了淺水三角洲—河流沉積體系中分別受構造和氣候主控的兩類關鍵等時界面，以此為基礎建立等時格架分析了沉積演化特征。

1 研究區(qū)概況與沉積背景

蘇北盆地是位于下?lián)P子地臺北部的中—新生代盆地區(qū)，自北向南包括鹽阜坳陷、建湖隆起、東臺坳陷等一級構造(圖1a)。位于東臺凹陷中部的高郵凹陷是晚白堊世末儀征運動基礎上發(fā)展起來的箕狀斷陷湖盆，由南至北分為南斷階、深凹帶和北斜坡三個二級構造單元，其中黃玨地區(qū)位于深凹帶西部(圖1b)。

圖1 蘇北盆地構造單元劃分和黃玨地區(qū)位置圖a.蘇北盆地構造區(qū)劃；b.高郵凹陷構造單元及垛一段砂巖百分含量Fig.1 Tectonic unit division of Subei Basin and location of Huangjue areaa. tectonic unit division of Subei Basin; b. tectonic unit division of Gaoyou Sag and sandstone percent content of Duo1 member

古生物化石研究表明，與其下廣湖相戴南組相比，高郵凹陷三垛組的介形蟲化石、輪藻化石和腹足類化石數(shù)量均出現(xiàn)明顯減少[18]，淺而局限的水體成為三垛組沉積時期常態(tài)。此外，戴南組沉積晚期孢粉化石組合顯示麻黃屬花粉占優(yōu)，指示廣闊湖泊水域的消失和干旱高鹽環(huán)境的出現(xiàn)。而三垛組沉積時期以指示溫暖潮濕環(huán)境的破隙杉花粉數(shù)量占優(yōu)，表明該時期重回溫熱潮濕的亞熱帶氣候，低洼處應當存在淺水湖泊。

2 垛一段沉積特征與沉積體系

2.1 主要沉積特征

黃玨地區(qū)5口井(井位參見圖1)的取芯段巖石顏色、沉積構造和遺跡化石等特征表明，研究區(qū)垛一段自下而上依次發(fā)育淺水三角洲和河流沉積，主要沉積特征如下：

(2) 水下分流河道發(fā)育，沉積水動力較強，發(fā)育間斷正韻律

垛一段淺水三角洲砂體以粉—細砂巖為主，南部近物源處粒度較粗，常見含礫砂巖。受淺水沉積環(huán)境和強烈的河控作用影響，取芯段主要發(fā)育板狀交錯層理、平行層理及塊狀層理(圖2a,b,c)。砂巖底部常見沖刷面及定向排列礫石，礫石成分相對單一且順層分布(圖2c)。河道砂體由具泥礫的沖刷面與塊狀砂巖細砂巖向上過渡為平行層理粉—細砂巖，與上覆棕色、灰綠色泥巖共同構成間斷正韻律。

粒度分析亦表明研究區(qū)砂體的形成主要受河流作用控制。粒度分析資料(表1)顯示垛一段偏度在0.43～0.65之間，偏態(tài)為正偏態(tài)，峰度很尖銳；標準偏差在1.27～2.36之間，平均為1.77，分選較差—中等；粒度較粗，以細砂巖為主，也有中—粗砂巖和含礫砂巖。

圖2 高郵凹陷黃玨地區(qū)垛一段淺水三角洲—河流沉積體系巖性特征與沉積構造a.黃17井，灰色細砂巖，板狀交錯層理；b.黃2井，灰綠色粉砂巖，平行層理，見近直立蟲孔；c.黃3- 1井，淺灰色含礫細砂巖，細砂巖具塊狀層理，發(fā)育多期沖刷面，礫石定向排列，大小約3～10 mm；d.黃12井，灰綠色泥巖與棕色泥巖過渡接觸；e.黃2井，灰綠色含礫泥質(zhì)粉砂巖，生物擾動強烈；f.黃6井，棕色砂質(zhì)泥巖，見斜立蟲孔；g.黃2井，雜色砂質(zhì)泥巖，泥巖為棕色至綠色，呈斑塊狀雜亂分布Fig.2 Lithology characteristics and sedimentary structures of shallow- water deltas and fluvial facies sedimentary system in Huangjue area, Gaoyou sag

層位井號樣品數(shù)粒度中值/mm平均粒徑/mmC值/mm偏度峰度標準偏差E2s31黃2340.110.060.490.431.432.36黃1260.210.130.720.51.571.79E2s41黃2140.130.090.40.532.051.68黃1730.440.220.670.61.822.27黃5970.20.150.540.552.371.32E2s51黃650.070.030.210.651.931.94E2s61黃3-1100.180.120.520.551.931.84黃17140.170.130.640.432.371.5黃53160.210.170.570.491.891.27

垛一段中上部泥巖常表現(xiàn)為典型的雜色漫灘沉積(圖2g)，或呈現(xiàn)反映強烈氧化作用的磚紅色，幾乎未見蟲孔等生物遺跡；砂巖發(fā)育塊狀層理或模糊的交錯層理。此外鐘形的SP曲線形態(tài)體現(xiàn)了河道砂體的正韻律特征，泥巖段較低的自然伽馬和聲波時差亦反映砂質(zhì)含量的明顯增加(圖3)，綜合分析認為垛一段上部已轉(zhuǎn)為陸上河流沉積。

2.2 沉積體系

垛一段自下而上發(fā)育淺水三角洲—河流沉積體系(圖3)。關于淺水三角洲的亞相劃分，有學者將洪水期與枯水期之間的大面積地區(qū)稱為下三角洲平原以強調(diào)其河控作用[12]；也有學者將河控作用強烈區(qū)域稱為“內(nèi)前緣”，湖控主導區(qū)稱為“外前緣”，強調(diào)湖湖岸線對外前緣砂體展布特征的控制[19]。分類方案存在差異，但本質(zhì)上都是為了突出洪水—枯水面之間大片受湖水影響區(qū)域的強烈河控作用。湖泊水體的存在除了影響砂體形態(tài)，同樣會對泥巖沉積性質(zhì)產(chǎn)生重要影響。后文將詳述，泥巖性質(zhì)變化正是識別氣候主控等時界面的基礎，故本次研究傾向于采用內(nèi)前緣—外前緣的劃分方案，具體亞(微)相劃分如下。

圖3 高郵凹陷黃玨地區(qū)垛一段單井相與沉積序列特征(黃70井，井位參見圖1)Fig.3 Sedimentary facies of single well and sedimentary cycles of Duo1 member in Huangjue area, Gaoyou sag(Well H70)

(1) 淺水三角洲平原：包括分流河道與泛濫平原等微相，前已述及，生物遺跡相對少見和獨特的泥巖性質(zhì)是該亞相重要的識別標志。理論上河道分叉與否是識別三角洲平原與河流相的依據(jù)，但二者電性特征類似，往往難以準確區(qū)分。本次研究結合區(qū)域沉積旋回特征，認為電阻率明顯回返段指示沉積水體的逐漸變淺，將其劃分為淺水三角洲平原亞相，而回返段上部的電阻率基線穩(wěn)定層段屬于河流沉積(圖3)。

(2) 淺水三角洲內(nèi)、外前緣：受湖平面的影響，砂體展布特征的差異是內(nèi)、外前緣的細分依據(jù)。內(nèi)前緣包括水下分流河道與水下分流河道間等微相，河口壩少見，高幅度差箱型、鐘形水下分流河道是該亞相典型特征；外前緣包括殘留水下分流河道、河口壩、席狀砂等微相，分流河道多呈鐘形，見較多反韻律河口壩和薄層席狀砂。內(nèi)、外前緣垂向疊置出現(xiàn)，反映湖平面的頻繁變化，也體現(xiàn)了湖平面對砂體展布特征的控制作用(圖3)。

(3) 前淺水三角洲：理論上應以大套厚層泥巖為特征，研究區(qū)未見該相帶典型巖芯，測井資料識別的垛一段中部泥巖段可能屬于該亞相，巖屑錄井顯示泥巖多呈棕色，偶見灰綠色。

3 關鍵等時界面識別

3.1 淺水三角洲自旋回改造強烈

根據(jù)成因可將沉積旋回分為異旋回和自旋回兩類。異旋回由基準面變化引起，包括構造、氣候和海(湖)平面升降等，因其主控因素大范圍分布，故而在相當大的范圍內(nèi)具有可對比性；而河流改道決口、三角洲朵葉體擺動等自旋回作用不受基準面控制，在其局限的分布范圍內(nèi)往往破壞異旋回特征。

對比儲層構型中的三類基本模型，從千層餅(濱岸相)到拼合板(三角洲相)到迷宮狀(河流相)，體現(xiàn)的正是自旋回干擾的逐漸增加，從某種意義上來說，河流作用的增強意味著更多的自旋回改造。黃玨地區(qū)垛一段河控作用占據(jù)主導，河道砂體的橫向遷移與縱向疊置，必然不同程度地破壞原有異旋回規(guī)律，這一點正是在淺水三角洲內(nèi)開展大范圍精細分層的難點。在井資料豐富的地區(qū)，可根據(jù)沉積模式指導總結出受自旋回干擾較弱、具有全區(qū)普適性的典型異旋回規(guī)律，實現(xiàn)等時界面劃分。

3.2 構造主控的異旋回特征

中—長期基準面旋回通常受自旋回干擾較弱，顯然異旋回級別與相應等時界面的分布范圍成反比，長期基準面旋回由上升到下降轉(zhuǎn)換處形成的穩(wěn)定泥巖發(fā)育段往往具有大范圍可對比性。一般而言，大于100 m級別的旋回與幕式構造活動有關，10 m級的旋回受湖平面變化的控制，小于10 m級的旋回可能反映受米蘭科維奇驅(qū)動的氣候旋回[20- 21]。

3.3 氣候控制的異旋回特征

通常認為氣候?qū)\水三角洲沉積起重要控制[21]，與較深水三角洲相比，淺水三角洲因為沉積背景平緩，湖平面升降將在很大范圍內(nèi)影響沉積相及砂體展布。干旱氣候條件下湖水將大范圍收縮，導致大片區(qū)域沉積環(huán)境由淺水轉(zhuǎn)為陸上，若該類由濕潤轉(zhuǎn)為干旱的氣候變化長期穩(wěn)定且盆地持續(xù)穩(wěn)定沉降，沉積物得以良好保存，可以形成另一類等時界面。

4 地震沉積學研究與沉積演化特征

4.1 地震等時格架建立

圖底界對應地震同相軸特征(黃色箭頭所指處)Fig.4 Characteristics of the seismic event corresponding to the bottom of (the yellow array)

圖5 高郵凹陷黃玨地區(qū)垛一段地震反射特征Fig.5 Seismic reflection characteristic of Duo1 member in Huangjue area, Gaoyou sag

圖6 高郵凹陷黃玨地區(qū)垛一段地震地層格架Fig.6 Seismic stratigraphic framework of Duo1 member in Huangjue area, Gaoyou sag

4.2 敏感屬性驗證與沉積演化分析

圖7 高郵凹陷黃玨地區(qū)垛一段部分砂組敏感屬性分析砂組RMS與砂地比；砂組RMS與砂地比；砂組RMS與砂地比；砂組8 Hz，16 Hz，24 Hz，30 Hz，42 Hz振幅屬性疊合圖與砂地比Fig.7 RMS and sand- shale ratio of some sands group of Duo1 member in Huangjue area, Gaoyou saga. RMS and sand- shale ratio of sands group; b. RMS and sand- shale ratio of sands group; c. RMS and sand- shale ratio of sands group; d. Amplitude attribute overlay map on 8 Hz, 16 Hz, 24 Hz, 30 Hz, 42 Hz and sand- shale ratio of sands group

5 結論

(1) 巖芯觀察、粒度分析、古生物資料以及井震資料分析表明，蘇北盆地黃玨地區(qū)垛一段沉積早、中期發(fā)育淺水三角洲沉積，晚期轉(zhuǎn)為河流沉積，共同構成淺水三角洲—河流沉積體系。

(2) 黃玨地區(qū)垛一段淺水三角洲發(fā)育兩類等時界面，分別是受構造主控的長期基準面旋回變化面和受氣候主控的沉積環(huán)境由水到陸的轉(zhuǎn)換面。兩類等時界面是構建淺水三角洲—河流沉積體系大范圍等時地層格架的基礎。

(3) 淺水三角洲坡緩水淺的沉積背景有利于氣候主控等時界面的形成，地層切片顯示該界面之下的淺水三角洲與界面之上的河流沉積具有截然不同的砂體展布規(guī)律和沉積演化特征。

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