塔北隆起牙哈地區(qū)吉迪克組灘壩沉積微相遷移規(guī)律及巖性組合

張 萱 林小兵，2，3 楊華童 王壯生，2范峻銘 柳遠(yuǎn)松 張振南

（1. 成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院，四川 成都 610059；2. 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實驗室，四川 成都 610059；3. 自然資源部深時地理環(huán)境重建與應(yīng)用重點(diǎn)實驗室，四川 成都 610059）

0 引 言

灘壩是湖水經(jīng)風(fēng)浪作用對湖泊內(nèi)部及周緣的沉積物進(jìn)行改造形成的灘和壩的復(fù)合體［1］，其單層厚度薄、疊置關(guān)系復(fù)雜、橫向相變較快。灘壩沉積體系在斷陷湖盆、坳陷湖盆、前陸盆地等不同類型的湖盆位置具有不同的發(fā)育規(guī)律［2-4］。前人基于對湖相灘壩巖性組合、展布特征、成因機(jī)制及水動力條件差異的研究，將其劃分為不同的沉積微相類型，并探討了影響灘壩發(fā)育的構(gòu)造活動、古地貌、古物源、古水深及古水動力條件等因素，建立起灘壩砂體的沉積模式及成藏機(jī)制［5-7］。近年來，更多學(xué)者通過古生物、巖石物理、地震學(xué)及數(shù)學(xué)模擬等方法定性、定量地恢復(fù)了灘壩沉積時期的古環(huán)境［8-10］。

吉迪克組研究主要集中在庫車盆地，而針對位于庫車前陸盆地南緣前隆地帶的牙哈地區(qū)的研究則相對較少。前人僅對該區(qū)域吉迪克組底部砂巖段上、下2套砂體進(jìn)行了大尺度的沉積相劃分，早期范學(xué)文等［10］認(rèn)為吉迪克組底部砂巖段發(fā)育三角洲前緣沉積體系，上、下砂體是不同時期2個三角洲前緣的疊置，雖然許多學(xué)者認(rèn)為吉迪克組時期塔北隆起發(fā)育濱淺湖灘壩沉積［11-14］，但都未對2 套砂體內(nèi)幕沉積微相展布、疊置規(guī)律進(jìn)行探討。塔北隆起發(fā)育濱淺湖灘壩沉積，且濱淺湖緩坡帶灘壩砂體單層厚度比較薄，縱向展布延伸短，變化快，難以進(jìn)行砂體遷移疊置精細(xì)刻畫，在進(jìn)行砂體分布預(yù)測以及指導(dǎo)油氣勘探方面存在較大難度。

因此，對單層厚度較薄但面積分布大的灘壩砂體發(fā)育主控因素及分布規(guī)律的研究，需要從砂體組合及沉積機(jī)理方面進(jìn)行更多的探討與思考。本文以牙哈地區(qū)吉迪克組底砂巖段灘壩砂體為例，在小層尺度框架下，開展濱淺湖灘壩沉積微相精細(xì)劃分。重點(diǎn)通過灘壩砂體劃分及對比，開展砂體分布及遷移規(guī)律的研究，建立灘壩砂體遷移模式，分析砂體分布控制因素，研究內(nèi)部巖性組合，以期為灘壩砂體分布研究及油氣勘探開發(fā)提供新的參考。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

塔北隆起位于新疆維吾爾自治區(qū)塔里木盆地北部，是庫車周緣前陸盆地的前緣隆起，也是塔里木盆地油氣最富集的構(gòu)造單元之一。牙哈地區(qū)構(gòu)造位置位于塔北隆起輪臺凸起中段北側(cè)，北鄰庫車坳陷，西鄰英買力低凸起，南為哈拉哈塘凹陷，東為草湖凹陷。整個牙哈潛山構(gòu)造帶呈NEE—SWW 展布（圖1（a）），油氣資源十分豐富［15］。

圖1 牙哈構(gòu)造位置、吉迪克組沉積相及地層綜合柱狀圖Fig. 1 Yaha structural location, sedimentary facies of Jidike Formation and comprehensive stratigraphic column

牙哈地區(qū)新近系被認(rèn)為是在干旱-半干旱氣候條件下形成的一套沉積體系。吉迪克組沉積時期氣候炎熱、干旱，蒸發(fā)旺盛，水體極淺，湖盆的分布范圍廣，湖水總體顯示咸化湖特征，鹽度有周期性的變化，自湖邊向湖心，湖水鹽度逐漸增大，發(fā)育巨厚的膏鹽湖沉積。由于盆地北側(cè)的南天山造山帶向南強(qiáng)烈逆沖推擠，導(dǎo)致地殼撓曲沉降，盆地北側(cè)形成陡峭型邊緣，南側(cè)地形相對平緩發(fā)育寬緩型邊緣，湖水向南萎縮。在此構(gòu)造背景下，形成了地形平坦且面積巨大的氧化寬淺型湖盆。

新近系吉迪克組沉積時期，牙哈地區(qū)總體為濱淺湖沉積體系（圖1（b）），厚度為720～750 m，自上而下分為4 段（圖1（c））。泥巖段：（藍(lán)灰色）高自然伽馬泥巖夾（棕褐色）泥巖，與上覆康村組以高自然伽馬（藍(lán)灰色泥巖頂）為分界，呈整合接觸；膏泥巖段：巨厚棕褐色泥巖、膏泥巖夾灰藍(lán)色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖；泥、膏巖段：厚層棕褐色膏泥巖與棕色泥巖互層夾灰色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖；底砂巖段：2 套厚層灰色砂巖夾棕褐色泥巖。

研究目的層段為吉迪克組底砂巖段，地層總厚度為35～50 m，區(qū)域分布穩(wěn)定，是目前的主力產(chǎn)油層之一。該段地層具有“雙層結(jié)構(gòu)”，即底砂巖段由上砂體（NⅢ-1）、下砂體（NⅢ-2）與距底部25 m 附近發(fā)育一套厚層的泥巖段（圖1（c））組成。上砂體與泥巖段厚度較薄，10～15 m，下砂體厚度20～25 m，上下地層極易區(qū)分。

2 灘壩沉積微相劃分及遷移疊置特征

灘壩的沉積特征復(fù)雜，早期通常將灘和壩作為一種沉積相，概括灘和壩的組合特征。后來一些學(xué)者根據(jù)其成因差異對灘壩砂體進(jìn)行了更加精細(xì)的劃分，并進(jìn)一步區(qū)分了壩亞相、灘亞相，劃分出壩主體、壩側(cè)緣，灘脊、灘席、灘間微相［16-17］。

2.1 壩亞相與灘亞相沉積微相劃分

牙哈地區(qū)吉迪克組底砂巖段發(fā)育典型的濱淺湖灘壩沉積，但前期沉積微相劃分較粗略?；趲r心、測井資料，本文將牙哈地區(qū)吉迪克組底砂巖段進(jìn)一步劃分為灘、壩亞相，壩亞相可識別出壩中和壩緣微相；灘亞相可識別出灘席和灘間微相（圖2）。

圖2 牙哈地區(qū)吉迪克組沉積微相劃分Fig. 2 Division of sedimentary microfacies of Jidike Formation in Yaha area

壩中微相為壩的核心，發(fā)育于湖浪能量最高的地方。巖性以粉砂巖為主，發(fā)育細(xì)砂巖及泥巖夾層，泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)小于10%。砂體厚度在4 m 以上，底部通常有明顯的沖刷面，發(fā)育浪成交錯層理、平行層理。砂體橫切面呈底平頂凸的透鏡體形態(tài)，通常表現(xiàn)為下細(xì)上粗的反粒序結(jié)構(gòu)或是先反后正的復(fù)合粒序特征，偶爾可見與風(fēng)浪改造有關(guān)的向上變細(xì)的沉積序列。自然伽馬曲線多為低值光滑箱形偶見微齒化漏斗形或鐘形（圖2（a）、（b））。

壩緣微相位于壩中外圍，巖性以粉砂巖為主，發(fā)育薄層泥質(zhì)粉砂巖及少量細(xì)砂巖夾層，泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)更高，為10%～18%。砂體厚度一般為2～4 m，見小型交錯層理。自然伽馬曲線為齒化箱形或漏斗形（圖2（a））。

灘席微相位于壩緣外圍，水體能量更弱。巖性主要為泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖與泥巖的互層，泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)大于20%，最高可達(dá)30%。發(fā)育小型交錯層理。砂體厚度一般小于2 m，平面延伸距離遠(yuǎn)呈較寬緩的條帶狀或席狀，一般平行岸線分布。自然伽馬曲線為指狀或齒化漏斗形（圖2（a）、（c））。

灘間微相處于灘席之間的區(qū)域，發(fā)育濱淺湖泥。巖性為泥巖或粉砂質(zhì)泥巖，泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)大于50%，高達(dá)80%。發(fā)育水平層理及少量生物潛穴。垂向上覆蓋于砂壩頂部成為壩與壩之間的夾層。自然伽馬曲線為中頻高值齒狀。（圖2（b）、（c））。

2.2 沉積微相遷移疊置規(guī)律

灘壩砂體疊置關(guān)系與分布特征受控于沉積微相的演化。受風(fēng)浪作用影響，壩體隨風(fēng)浪方向與湖岸線變化而不斷發(fā)生遷移，變化規(guī)律復(fù)雜［18］。

隨著壩體的遷移，牙哈地區(qū)吉迪克組不同沉積微相在空間上的疊置情況復(fù)雜多變（圖3）。下砂體（NⅢ-2）1—4 小層，發(fā)育垂向疊置且橫向連續(xù)的壩體（圖3）。

圖3 小層框架下不同微相灘壩遷移疊置示意Fig. 3 Schematic diagram of migration and superimposition of various microfacies beach-bar in sub-layer framework

1 小層發(fā)育小規(guī)模壩砂（圖3（a）），2 小層砂體規(guī)模擴(kuò)大，壩中發(fā)育位置由YH23-B 井向岸推進(jìn)到Y(jié)H23-C 井和YH23-D 井區(qū)域（圖3（b））。1、2 小層間發(fā)育單一壩體間的淺湖泥及泥砂互層淺灘。3 小層壩中遷移到Y(jié)H23-E 井位置（圖3（c））。到4 小層，壩中繼續(xù)向岸方向遷移（圖3（d））。1—4 小層壩砂主體不斷向岸方向推進(jìn)，體現(xiàn)了灘壩沉積主體隨著湖水加深，壩中位置不斷向岸方向遷移的過程。5 小層屬于上下砂體的過渡層，研究區(qū)為灘間，廣泛發(fā)育泥巖，代表湖水變深期沉積（圖3（e））。上砂體（NⅢ-1）包括了6、7 小層，發(fā)育2 套砂體，具有東西連續(xù)發(fā)育，南北成帶分布的特征。可以看出壩中位置由YH23-E 和YH23-D 井之間到Y(jié)H23-D 井、YH23-C 井，沉積序列由“壩中-壩緣”變?yōu)椤皦尉?壩中”，灘壩沉積主體向湖盆方向遷移，體現(xiàn)了湖退時期灘壩側(cè)向疊置關(guān)系（圖3（f）、（g））。

從圖3 可以看出，吉迪克組灘壩砂體具有典型的層薄且遷移頻繁的特征，代表了水動力條件、湖水平面變化與灘壩沉積位置頻繁的改變。自1 小層至7 小層，隨湖水不斷加深壩體向岸退積，砂體規(guī)模及側(cè)向遷移的延展寬度均先擴(kuò)大后縮小，直至湖平面穩(wěn)定時期大量泥質(zhì)沉積，之后湖平面下降，壩體呈進(jìn)積模式。

2.3 砂體遷移影響因素

灘壩沉積通常受控于風(fēng)場-物源-盆地系統(tǒng)。灘壩砂體發(fā)育位置主要受古地貌背景控制；灘壩遷移疊置則主要受控于古湖平面頻繁升降，湖岸線遷移；濱淺湖灘壩砂體基本上與湖岸線的形態(tài)平行或走向基本一致；砂體橫向擺動受沿岸流控制，沿著岸線突出方向延伸，沿岸流較弱，灘壩砂體橫向分布相對較窄，導(dǎo)致灘砂多呈席狀分布、壩砂呈帶狀分布的特征［19-21］；通常風(fēng)浪垂直岸線傳播時，砂壩脊線一般平行于岸線，而斜交岸線傳播時，砂壩脊線一般斜交岸線。而古風(fēng)向大致與古水流方向相同［22-23］。

從牙哈地區(qū)灘壩沉積微相平面分布（圖4）可以看出，灘壩砂體展布形態(tài)平行于岸線，壩砂呈條帶狀分布，與灘砂側(cè)向拼接，也可以獨(dú)立出現(xiàn)；灘體呈席狀分布，延伸較遠(yuǎn)，東西連續(xù)，南北成帶（圖4（a）、（b））。

圖4 牙哈地區(qū)吉迪克組灘壩沉積相分布及影響因素Fig. 4 Sedimentary facies distribution and influencing factors of beach bar of Jidike Formation in Yaha

從而推斷牙哈地區(qū)灘壩主要受湖岸線、古地貌、古風(fēng)浪及沿岸流因素控制。砂體側(cè)向疊置頻繁，受當(dāng)時湖平面頻繁升降及湖岸線遷移控制。古地貌地形平坦導(dǎo)致灘體席狀分布面積廣布。根據(jù)灘壩展布方向可推斷出古水流方向為北西向，而古風(fēng)向大致與古水流方向相同，為垂直于岸線的北西方向。砂體粒度分布“細(xì)—粗—細(xì)”的格局體現(xiàn)了湖浪“強(qiáng)—弱—強(qiáng)”的變化，而在壩緣、灘位置出現(xiàn)薄層的粗砂巖，可能為湖水沖刷或風(fēng)力改造形成。灘壩沉積的延伸方向受岸線形態(tài)控制，且沿岸流作用較強(qiáng)，上下砂體間泥巖段發(fā)育的薄泥砂互層，可能是沿岸流沖刷改造形成的（圖4（c））。

3 不同沉積微相灘壩巖性組合類型及空間配置關(guān)系

3.1 巖性組合類型

由于不同沉積微相發(fā)育的巖性不同，通過巖心及測井?dāng)?shù)據(jù)等資料，可將吉迪克組底砂巖段劃分為4 種沉積微相-巖性組合樣式（圖5）。

圖5 YH23-A井吉迪克組不同小層灘壩沉積巖性組合類型Fig. 5 Lithologic assemblage types of beach bar deposits ofvarious sub-layers in Jidike Formation of Well YH 23-A

A 類：厚層砂巖疊置組合，代表了壩中微相組合。該類組合縱向單砂層厚度大而層數(shù)較少，以厚層灰色粉砂巖夾薄層細(xì)砂巖或泥質(zhì)粉砂巖為主。為相對高能壩中沉積的持續(xù)疊置，黏土質(zhì)雜基體積分?jǐn)?shù)一般小于1%，膠結(jié)物以碳酸鹽巖為主。平均孔隙度為16.2%，滲透率為51.1×10-3μm2，均質(zhì)程度好，連通性好，為優(yōu)質(zhì)油氣儲集砂體。砂體內(nèi)部孔隙度變化不大，中部滲透率較好，頂?shù)咨圆睢?/p>

B 類：中-厚層砂巖夾薄層泥巖組合，代表了壩中-壩緣微相組合。主要為粉砂巖、細(xì)砂巖夾薄層泥巖，粒度較細(xì)，沉積能量較弱。砂巖厚度為2～10 m，發(fā)育于湖水頻繁動蕩環(huán)境，以壩中和壩緣疊置為主。儲集空間以粒間-粒內(nèi)溶蝕孔為主，裂縫不發(fā)育；孔隙結(jié)構(gòu)主要為縮小型和縮頸型喉道，具有孔徑不大、喉道較小、喉道類型復(fù)雜的特點(diǎn)，平均孔隙度為12.1%，滲透率為42.3×10-3μm2，均質(zhì)程度及連通性較好，為相對優(yōu)質(zhì)儲集砂體。

C 類：薄層泥、砂巖互層組合，代表了灘席微相組合。以灰色、灰綠色粉砂巖、粉砂巖質(zhì)泥薄互層為主。單砂體厚度薄、層數(shù)多、砂泥巖互層頻繁，泥砂厚度一般為1～3 m，通常為致密層。平面上代表了灘壩的遷移邊界，表明灘席與灘間微相交替發(fā)育，說明該沉積時期有充足的可容納空間且湖平面較為穩(wěn)定。

D 類：厚層泥巖夾薄層砂巖組合，代表了灘間夾灘席微相組合。主要為灰綠色、灰褐色厚層泥夾薄砂巖，水動力條件較弱，沉積物供給量較少。

3.2 巖性組合空間配置關(guān)系

研究區(qū)各小層砂體空間分布變化快，巖性組合樣式多樣（圖6）。垂向上，下砂體（NⅢ-2）發(fā)育4 期灘壩砂體，由于湖平面的頻繁升降呈現(xiàn)擺動疊加樣式，該層段由下到上主要為“ACBC”和“ACBB”巖性組合沉積序列，體現(xiàn)了水動力由弱—強(qiáng)—弱或強(qiáng)—弱—強(qiáng)—弱的變化。中間泥巖段隨著水體加深，沉積D 類巖性組合，或發(fā)育C 類巖性組合。上砂體（NⅢ-1）發(fā)育2 期砂體，為湖退時期側(cè)向疊加樣式，常見“AB”“BA”巖性組合沉積序列。橫向上由湖心向湖岸水動力由弱—強(qiáng)—弱，巖性組合顯示為“DBABC”“CBABC”，沉積物粒度也出現(xiàn)細(xì)—粗—細(xì)的變化。壩中沉積物粒度最粗，分選程度最好。壩緣較細(xì)，以粉砂巖沉積為主，在壩緣或者灘的位置，偶有粗砂巖，推測為后期風(fēng)力改造將壩中的沉積物吹卷到了邊緣位置。

圖6 牙哈地區(qū)吉迪克組灘壩沉積巖性組合空間配置關(guān)系Fig. 6 Spatial configuration of lithologic assemblages of beach bar deposits in Jidike Formation of Yaha area

在對復(fù)合灘壩砂體進(jìn)行分析時，可由灘壩砂體內(nèi)部巖性組合在空間中的分布與配置關(guān)系，進(jìn)行復(fù)原，并根據(jù)油氣分布關(guān)系區(qū)分單一壩體［24］，總結(jié)出單一砂壩疊置樣式，繼而判別灘壩沉積微相間組合關(guān)系，同時亦可分析沉積環(huán)境及水動力強(qiáng)弱演化。從牙哈地區(qū)目前的測井解釋結(jié)果及開采現(xiàn)狀來看，在A 類和B 類沉積微相-巖性組合中，發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲層，具有良好的油氣顯示（圖5），其平面展布通常代表了優(yōu)質(zhì)儲層的分布（圖4（a）、（b））。C 類和D 類，通常為泥質(zhì)隔夾層，影響著儲集層非均質(zhì)性和地下流體的滲流，存在效果較好的抵擋底水作用。因此，理清灘壩沉積組合樣式，提升對砂壩儲集層、泥質(zhì)隔夾層成因和分布的認(rèn)識，可為儲集層開發(fā)中后期剩余油挖潛提供更可靠的依據(jù)。

4 結(jié) 論

（1）灘壩沉積中壩砂體沉積厚，儲集物性更好，多為條帶狀平行湖盆邊緣展布，是灘壩儲集層的主體部位。由于不同微相巖性的差異導(dǎo)致壩儲集層中隔夾層頻繁發(fā)育，精細(xì)分析并刻畫壩砂體和隔夾層的空間展布是該類油氣田進(jìn)一步勘探開發(fā)的重要支撐。

（2）牙哈地區(qū)吉迪克組灘壩砂體為緩坡型濱淺湖灘壩沉積，灘壩分布整體呈現(xiàn)東西連續(xù)，南北分帶的展布特征。牙哈地區(qū)灘壩主要受湖岸線、古地貌、古風(fēng)浪及沿岸流因素控制，湖岸線為灘壩砂體發(fā)育的邊界，控制疊置樣式，而古地貌、古風(fēng)向、古水流、沿岸流等因素影響其展布形態(tài)。

（3）牙哈地區(qū)吉迪克組底砂巖段可劃分為4 類灘壩沉積微相-巖性組合，不同巖性組合代表不同沉積特征：A 類組合代表壩中微相砂體連續(xù)疊置，屬于沉積中心，風(fēng)浪作用最強(qiáng)；B 類組合代表壩緣與灘微相砂體疊置關(guān)系，風(fēng)浪作用較A 類弱；C 類組合代表灘席與濱淺湖泥微相疊置，屬于灘壩砂體沉積邊緣；D 類組合代表灘間湖泥微相，夾薄層灘微相，屬于濱淺湖沉積環(huán)境。