辮—曲共存河流沉積微相研究21為例
——以靖安油田大路溝一區(qū)東北部長2

戴娜娜

(1.長江大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100； 2.長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，湖北 荊州 434000)

早在數(shù)十年前，沉積學(xué)家們就認(rèn)識到在同一時期的同一河段可能存在多種河型沉積[1-3]，但因河流沉積的復(fù)雜性[4]，目前針對同時期、同河段的不同河型的區(qū)分尚沒有統(tǒng)一的定量劃分標(biāo)準(zhǔn)。早期沉積學(xué)家主要根據(jù)沉積物的砂體厚度、顆粒粒度、砂泥比值、沉積構(gòu)造等來區(qū)分古曲流河和古辮狀河沉積[1-3,5]，但許多實例證明，這種區(qū)分方式存在很多的不合理之處[6-7]。隨著對砂體構(gòu)型研究的發(fā)展，出現(xiàn)了通過砂體連通模式和疊置模式來區(qū)分辮狀河和曲流河沉積的方法[8-9]。近來，談明軒等[10]從影響河型的主要因素(古沉積坡降)的角度出發(fā)，總結(jié)了基于坡降—流量的河流類型判別方法。

1 砂組結(jié)構(gòu)帶的概念和劃分

2016年，郭智等[11]在研究鄂爾多斯盆地蘇里格氣田上古生界石盒子組—山西組的河流相沉積時提出并深化了“辮狀河體系帶”的概念，建立了“區(qū)域沉積體系—辮狀河體系—辮狀河體系帶—沉積微相”的沉積層級序列。其根據(jù)沉積條件和沉積特征的差異，將辮狀河體系劃分為三個帶，并提出了辮狀河體系帶的多參數(shù)定量劃分標(biāo)準(zhǔn)。該劃分方法使得砂組級別的辮狀河體系帶對小層及單砂體級別的沉積微相展布和有效砂體分布具有較強的控制作用。同時這種劃分角度對區(qū)分同時期、同河段的不同河型沉積是同樣適用的。

前人的研究成果表明：辮狀河最重要的地貌特征是心灘，而曲流河的典型地貌是點沙壩[8]。David S.Leigh[12]通過放射性碳測年法研究河流的辮曲轉(zhuǎn)換時發(fā)現(xiàn)，河流體系由辮狀河向曲流河過渡時，曲流河通常先出現(xiàn)在辮狀河階地下1～3 m的漫灘上。在辮—曲流共存的河流體系中，曲流河與辮狀河相比，河道比降較小[10]，沉積物顆粒較細(xì)，砂地比和交錯層理規(guī)模也較小[9]。沖積平原區(qū)的辮狀河沉積物以“砂包泥”為特征[13]，且大多表現(xiàn)出明顯的正相序特征，少部分心灘可以表現(xiàn)出反相序特征[14]；而曲流河在剖面上呈現(xiàn)出“砂泥間互”的特征，且表現(xiàn)出明顯的正相序[15]。辮狀河砂體在剖面上相互疊切，形成大規(guī)模的“疊覆泛砂體”[13-15]。金振奎等[16]將辮狀河砂體的疊置模式分為疊拼式、側(cè)拼式和孤立式三種。疊拼式構(gòu)型砂體橫向拼合、垂向疊置頻繁，主要發(fā)育于河道密集且改道頻繁的地勢低洼區(qū)，為“主河道帶”，其間泛濫平原不發(fā)育，泥質(zhì)沉積少；側(cè)拼式構(gòu)型砂體較少垂向疊置，主要發(fā)育于主河道帶旁邊，總體上能量相對降低，但河道仍較多，泥質(zhì)沉積增大，且此處可能因主河道的擺動改道而演化為主河道帶；孤立式砂體則發(fā)育于距離主河道較遠(yuǎn)的河道稀少的區(qū)域，其泥質(zhì)沉積占主導(dǎo)且砂體相互不連通。曲流河砂體多期疊置較少，整體以單期河道為主[8，15]，河道寬度更大，點壩內(nèi)部側(cè)積層發(fā)育且底部互相連通[9]。結(jié)合前人的研究成果，制定“辮狀河體系-砂組結(jié)構(gòu)帶-沉積微相”的沉積層級序列劃分方案，即根據(jù)砂體的發(fā)育特征，包括單井有效砂體疊置層數(shù)、砂地比、砂體厚度和垂直物源方向的砂體側(cè)向連續(xù)率等，將辮—曲共存的辮狀河體系劃分為疊置帶、過渡帶、連續(xù)帶和體系間四個砂組結(jié)構(gòu)帶。4個帶主要受到古地貌分級的控制。相對傳統(tǒng)的“沉積體系—沉積相—沉積亞相—沉積微相”沉積層級方案，新方案避開了相互過渡的河型之間的沉積相分界問題，而對辮—曲共存的河流體系進(jìn)行定量劃分。

疊置帶，即為主河道帶[16]，位于古地貌的最低洼處，坡降相對最大，水動力最強，古河道發(fā)育，可容空間大，其縱向上多期河道切割疊置形成厚砂體，整體砂地比值高，泥巖夾層基本不發(fā)育，橫向上單砂體寬度差異較大，但連通性較強[9]，以心灘沉積為主，其次為河道充填，沉積顆粒整體較粗。測井曲線為中—高幅的箱形、鐘形或齒化鐘形，指示強水動力的沉積構(gòu)造。

過渡帶位于疊置帶旁邊，地形略高，類似于河流的一級階地處。在低水位期沉積間斷或沉積泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，當(dāng)河流水位上升后才會發(fā)育河道砂巖沉積。與疊置帶相比，過渡帶發(fā)育的心灘較少，主要以河道充填微相為主，其砂體整體粒度略細(xì)，規(guī)模相對較小，橫向連續(xù)性差。測井曲線主要為中-高幅的鐘形或齒化鐘形。

連續(xù)帶處于古地貌較高的平臺區(qū)中的低洼處，在低、中水位期時沉積泥巖或不沉積，高水位期則形成河道砂巖沉積，可容納空間較小。河道砂體較少且薄，顆粒相對較細(xì)，但橫向連續(xù)性強。連續(xù)帶中心灘基本不發(fā)育，其河道砂體主要為點砂壩沉積。測井曲線以中幅和中高幅的鐘形或齒化鐘形及齒形為主。

體系間處于古地貌的最高處，可容空間小，巖性以泥巖和粉砂質(zhì)泥巖為主，主要發(fā)育泛濫平原微相，只有在洪水到達(dá)高水位時偶爾發(fā)育河道細(xì)砂巖相沉積。測井曲線貼近泥巖基線，偶見低幅鐘形或齒形。

2 研究區(qū)砂組結(jié)構(gòu)帶展布特征

靖安油田大路溝一區(qū)位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡的中段，區(qū)內(nèi)構(gòu)造平緩，其三疊系延長組長2油層組為主要含油層系之一，其東北部長22油層亞組是油田目前開發(fā)的重點，全區(qū)面積約13 km2。前人的研究認(rèn)為，長2時期大路溝地區(qū)屬于三角洲和沖積平原環(huán)境，物源區(qū)位于東北方，長2油層組自下而上由辮狀河沉積體系演化到網(wǎng)狀河沉積體系[17-18]，但對大路溝地區(qū)長2油層組的各砂層組和小層的沉積微相展布特征還沒有相關(guān)的研究。

研究區(qū)長22油層亞組巖性以灰白、褐灰色長石細(xì)砂巖及巖屑質(zhì)長石細(xì)砂巖和深灰色泥巖為主，還含有少量中砂巖和粉砂巖等，粒度概率曲線表現(xiàn)為窄區(qū)間、較高斜率的兩段式曲線，整體為沖積平原區(qū)低坡降辮狀河沉積體系[13]。其中長221砂層組西北部地區(qū)與東南部地區(qū)的沉積特征具有明顯的差異：西北部的地層厚度約為東南部的3倍，西北部地區(qū)砂體多期切割疊置，砂泥比值高，呈現(xiàn)出明顯的“砂包泥”特征；東南部地區(qū)砂體少且相對較薄，砂泥比小于20%，砂體呈現(xiàn)出明顯的正韻率且橫向連續(xù)性強，單期砂體橫向?qū)挾饶苓_(dá)到1 km以上。由此推斷，研究區(qū)的西北部和東南部的河型不同，西北部主要發(fā)育辮狀河沉積，而東南部則主要表現(xiàn)曲流河沉積特征。

通過對研究區(qū)各井砂體的統(tǒng)計分析(表1)，將單井有效砂體疊置為3層或3層以上、且砂地比大于60%的區(qū)域劃分為疊置帶，其有效砂體整體厚度大于11 m，測井曲線以中—高幅的箱形和鐘形為主；將單井無砂體疊置且砂地比<12%的區(qū)域劃分為辮狀河體系間，其砂體最厚能達(dá)到2 m，SP曲線貼近泥巖基線，偶見齒化的特征；其他區(qū)域為過渡帶和連續(xù)帶，過渡帶的砂體疊置在2～3層之間，其砂體在垂直物源方向上的側(cè)向連續(xù)率低于70%，砂地比介于20%～60%之間，有效砂體的整體厚度介于5～11 m之間；而連續(xù)帶單井有效砂體為1～2層，但垂直物源方向上的橫向連續(xù)性非常好，有效砂體整體厚度低于5 m，砂地比小于26%，測井曲線以鐘形和齒化鐘形為主。

表1 大路溝長221油層組砂組結(jié)構(gòu)帶劃分標(biāo)準(zhǔn)

注: 橫向連續(xù)率 =砂體連續(xù)層數(shù) /砂體發(fā)育層數(shù)。

研究發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)疊置帶(圖1)發(fā)育在西部，呈沿北東—南西向展布的條帶狀；過渡帶則分布于疊置帶兩側(cè)；連續(xù)帶位于研究區(qū)東部，同樣沿北東—南西向展布。

圖1 長221砂組結(jié)構(gòu)帶分布圖

3 砂組結(jié)構(gòu)帶控制下的沉積微相展布

小層級別的沉積微相展布在整體上是受辮狀河砂組結(jié)構(gòu)帶控制的，二者在物源方向、河道走向上相關(guān)性明顯，而沉積微相的展布又在局部展現(xiàn)出了細(xì)節(jié)變化。研究發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)主要發(fā)育心灘、辮狀河道、邊灘、廢棄河道、泛濫平原五種微相(圖2、表2)，其中辮狀河道微相和邊灘微相在測井曲線上表現(xiàn)都以中高幅鐘形為主，在單井分析時極難區(qū)分其具體微相類型，兩者的區(qū)分主要是通過砂組結(jié)構(gòu)帶來控制的。在疊置帶和過渡帶中主要發(fā)育心灘和辮狀河道微相，偶見泛濫平原微相，且疊置帶以心灘發(fā)育為主，而過渡帶則以辮狀河道沉積為主；連續(xù)帶內(nèi)主要發(fā)育邊灘、廢棄河道以及泛濫平原微相；辮狀河體系間則主要發(fā)育泛濫平原微相。

表2 大路溝一區(qū)長221砂層組河流沉積微相特征表

圖2 大路溝一區(qū)東北部長221測井相特征圖

綜合測井和巖芯資料，將研究區(qū)長221砂層組分為3個小層，由老到新分別為長221-3小層、長221-2小層和長221-1小層。由各個小層沉積微相的展布(圖3)可以看出，研究區(qū)以辮狀河沉積為主且河流走向為北東—南西向。三疊系延長組長221沉積時期，研究區(qū)中部隆起，將研究區(qū)的西北部和東南部分割為兩個不同的沉積區(qū)。西北部地勢低洼且坡度較大，而東南部地勢中等且較為平緩，兩者時有連通。在長221-3時期，研究區(qū)發(fā)育了兩條河流，其中西北部發(fā)育了一條辮狀河，而東南平臺上的河流沉積更近似于曲流河沉積，兩條河流時有連通，整體為一套辮狀河沉積體系；到長221-2時期，西北部辮狀河沉積范圍擴大，而東南平臺上的河道沉積消失。推斷在長221-3末期，研究區(qū)的河流上游位置可能出現(xiàn)襲奪，原長221-3時期東南平臺上的河流被西北部辮狀河襲奪而停止了沉積，同時，物源的增加使得辮狀河的寬度增大；至長221-1時期，西北辮狀河主體變化不大，而東南平臺上再次出現(xiàn)一條曲流河，但規(guī)模較小，二者也不連通。

圖3 大路溝一區(qū)東北部長221各小層沉積微相平面圖

4 結(jié)論

“辮狀河體系—砂組結(jié)構(gòu)帶—沉積微相”的沉積層級序列劃分思路是對經(jīng)典沉積相研究的繼承和借鑒。相對傳統(tǒng)的沉積層級，既避開了相互過渡河型之間的具體河型分界問題，又可以在一定程度上將同一地區(qū)的不同河型沉積區(qū)分開來。從沉積條件和沉積特征的角度出發(fā)，對砂層組進(jìn)行的砂組結(jié)構(gòu)帶劃分，對小層和單砂體級別的沉積微相展布具有很強的控制作用。

大路溝一區(qū)東北部長221時期整體發(fā)育一套NE-SW向的辮狀河沉積體系。依據(jù)河流沉積砂體的發(fā)育特征，將研究區(qū)分為疊置帶、過渡帶、連續(xù)帶和體系間4個砂組結(jié)構(gòu)帶，其分布主要受古地形的控制。疊置帶位于西北部地勢最低洼處，是辮狀河主體發(fā)育區(qū)，砂體多期疊置，規(guī)模大，心灘微相發(fā)育；過渡帶位于疊置帶兩側(cè)，也是辮狀河主體發(fā)育區(qū)，砂體多為孤立型，以辮狀河道微相為主；連續(xù)帶發(fā)育于東南平臺的低洼處，位于古地貌較高的平臺上，剖面上“砂泥間互”，砂體側(cè)向連續(xù)性強，以邊灘和廢棄河道微相為主；體系間則位于地勢最高處，以泥巖為主，發(fā)育泛濫平原微相。

研究區(qū)辮狀河沉積體系以西北部辮狀河為主體，東南平臺上的曲流河發(fā)育不穩(wěn)定，兩者時有連通。長221中期，東南曲流河停止沉積，推測可能是兩條河流在上游交匯，曲流河被襲奪消失。