塔河油田S75井区卡拉沙依组沉积特征与演化

崔金栋，郭建华，李群

(中南大学 地球科学与信息物理学院，有色金属成矿预测教育部重点实验室，湖南 长沙，410083)

前人对S75井区石炭系卡拉沙依组的沉积相和沉积特征进行了不同程度的研究，但对储层沉积相和其平面展布存在较大的异议。钟大康等[1]认为是具河口湾性质的潮坪沉积，郭齐军等[2]认为是潮坪—辫状三角洲沉积，何发岐等[3]认为是受潮汐影响的扇三角洲—河流相沉积。为了后续滚动勘探和开发方案调整的需要，本文作者结合岩芯、录井剖面、测井、地震等资料对S75井区的沉积特征进行了研究，并且进行了层序地层划分，结合等时层序地层格架来分析S75井区的沉积演化规律。

1 区域地质概况

塔河油田位于塔里木盆地北部轮台县与库车县交界处的沙雅隆起中段阿克库勒凸起的西南斜坡，其主力储层为奥陶系碳酸盐岩油藏。自从2000年S75井石炭系钻获高产油流后，石炭系便成为塔河油田今后稳产增产的重要含油层系[4]。S75井区北至 S88井，南至TK732井，西至S92井，东至TK461井(图1)，区内石炭系是在海西早期古风化剥蚀地貌基础上发展起来的海陆交互相地层，按岩性划分，自上而下分为卡拉沙依组砂泥岩段及上泥岩段、巴楚组双峰灰岩段

(一套灰黄色灰岩中间夹泥岩地层)。储层具有单层厚度小、横向变化大、纵向砂体叠置、非均质性强、产量递减快等特点。

图1 研究区位置图Fig. 1 Location of studied area

2 沉积类型与特征

根据岩芯、测井曲线、录井剖面、地震资料、岩石组合特征及沉积构造的研究，研究区石炭系卡拉沙依组共识别出3种沉积相类型：陆架型扇三角洲、潮坪以及碳酸盐台地(为了沉积演化研究方便将下部巴楚组双峰灰岩包括在内)。

2.1 陆架型扇三角洲相类型与特征

Nemec等[5]对三角洲的分类中，提出了陆架型扇三角洲沉积相类型。陆架型扇三角洲因大陆架开阔不会被陡坡所中断，所以其沉积体向盆地方向推进很长的距离，近物源的情况下形成的一种非正常的三角洲[5-6]。该类型三角洲具有明显的向上层组变厚，砂岩变粗，砂泥比增高的特征。它的主体是扇三角洲平原亚相和扇三角洲前缘亚相，前三角洲亚相一般不发育(图2)。卡拉沙依组砂泥岩段中的粗粒碎屑砾岩较为发育(图3)，分选较差，粒度分布曲线主要以跳跃总体为主，同时也有推移体和少量悬浮体。卡拉沙依组中地震反射类型丰富，尤其是代表沉积物向盆地方向进积的前积反射或叠瓦状反射现象较多，这是扇类沉积的主要地震反射标志(图4)，同时在层振幅切片上富砂的强振幅异常成扇体形态展布，本文作者认为卡拉沙依组砂泥岩段中的粗碎屑基本上属于陆架型扇三角洲成因。由于卡拉沙依组沉积时期盆地地形平缓，但山前粗粒碎屑沉积物仍然供给充分，这种沉积物进入盆地之后与潮坪沉积交织一起，形成了一种特殊的由分流河道沉积与潮坪沉积互层的组合。

图2 岩心素描和解释(S85井)Fig. 2 Sketch and explanation of core(S85 Well)

图3 卡拉沙依组的砾岩沉积(S92井)Fig. 3 Conglomerate sedimentation of Kalashayi Formation(S92 Well)

图4 T2553测线卡拉沙依组中的前积反射结构Fig. 4 Foreset reflection structure cross line T2533 of Kalashayi Formation

2.1.1 扇三角洲平原亚相

该亚相主要由辫状水下分流河道和分流河道间微相组成(图5)。

辫状水下分流河道微相：岩性为灰、灰褐色砂砾岩、含砾中砂岩、含砾粗砂岩、中砂岩组成，单层厚度为10 m。砾径为3～7 mm，岩石矿物成熟度低，含大量的长石及岩屑，颗粒分选差，可见平行层理、板状交错层理和槽状交错层理。测井曲线特征为低的自然电位和自然伽玛值。

分流河道间微相由深褐色泥岩、灰褐色粉砂质泥岩组成。纵向上与河道间沉积相间互出现，具有波状层理和水平层理，岩芯显示为泥质砂和有机质泥。

2.1.2 扇三角洲前缘

该亚相区内较发育。岩性以灰、灰褐色细粒长石石英砂岩、中粒石英砂岩、中粒长石石英砂岩、杂色中砾岩及粉砂岩组成。矿物成分以石英为主，具较好的分选性。发育水下分流河道和河道间沉积微相(图6)，水下分流河道由中砾岩和粗—细砂岩组成，发育有中—大型交错层理、斜层理、扭曲变形层理、冲刷面以及薄的沙纹纹层。分流河道间由细和极细的泥质砂和泥岩组成，发育有泥裂和生物扰动构造。

2.2 潮坪相类型与特征

潮间泥坪主要的岩石类型为棕褐、深灰色泥岩与灰褐、灰色粉砂岩、灰褐色、褐色含泥粉砂岩，夹少量的粉和细砂岩薄层。泥岩中发育水平层理，粉砂岩中具生物扰动构造及变形层理，可见波状—透镜状层理和波纹层理，在局部地区可见泥裂。

潮间沙坪则由红褐色泥岩、灰色泥岩和灰色中细砂岩组成，砂岩以粉细粒岩屑砂岩和长石岩屑砂岩为主，结构成熟度中等，颗粒呈次棱角状—次圆状，分选中—差，可见波状层理及波痕等构造，常与泥岩交互。电测曲线呈锯齿状或指状(图7)。

2.3 碳酸盐台地相

碳酸盐台地主要由深灰色、黄灰色、灰色厚层状微晶、泥晶灰岩夹灰色膏质粉砂岩、含膏泥岩或深灰色泥岩组成。灰岩单层厚度为5～9 m，成分以泥晶方解石为主，少量白云石、黄铁矿及微量生物介屑，泥晶结构。碳酸盐台地只发育在双峰灰岩中(图8)。

图5 三角洲平原水下分流河道和河道间微相岩相柱状图(S67井)Fig. 5 Lithofacies column of delta plain distributary channel and interchannel microfacies(S76 Well)

图6 三角洲前缘水下分流河道和河道间微相岩相柱状图(S75井)Fig. 6 Lithofacies column of delta front distributary channel and interchannel microfacies(S75 Well)

图7 潮坪的沙坪和泥坪微相岩相柱状图(T703井)Fig. 7 Lithofacies column of tidal flat sand flat and corcagh microfacies(T703 Well)

图8 双峰灰岩的碳酸盐岩台地岩相柱状图(S93井)Fig. 8 Lithofacies column of bimodal limestone carbonatite plateau facies(S93 Well)

3 沉积体系等时对比

具体研究工作中，充分利用S75区岩芯、录井和测井等多种资料，通过分析典型井沉积微相序列和测井相等特征，进行卡拉沙依组各类层序界面的识别和层序划分[7-8]。在此基础上，进行连井剖面等时地层对比，建立等时层序地层格架，进而为沉积特征演化研究提供科学的依据。

3.1 层序边界识别及准层序、准层序组划分

通过研究，本文作者在S75井区卡拉沙依组由底到顶识别出4个三级层序界面(BJ1～BJ4)(图9)。

边界 1：位于双峰灰岩段的底部，与下伏泥岩段呈假整合接触，确定此界面为层序边界是根据其上、下的岩相特征所反映的海平面变化关系而定。下伏泥岩段主要由棕红色、褐灰色的泥岩、泥质粉砂岩及膏泥岩组成，这种岩相组合代表了干旱蒸发环境下的障壁海岸潮间—潮上的砂泥混合坪环境；而双峰灰岩段的形成代表了一次明显的海侵事件。

边界 2：位于砂泥岩段的下部，这一界面可以在较大范围内追踪对比，界面上、下岩相特征清楚，属干旱蒸发环境下的障壁海岸潮上环境。上覆砂泥岩段下部以较粗粒的中厚层砂砾岩与泥岩互层为特征，代表海岸平原与陆源冲积交互沉积的环境，并且砂泥岩段的底部可见有对下伏泥岩的侵蚀和河流回春[9]，此界面应为I型层序边界。

边界 3：这一界面大致位于砂泥岩段上部，以一套粗粒的碎屑岩出现为标志，代表了沉积相的突变及向盆地方向的迁移。

边界 4：位于砂泥岩段的顶部和上覆三叠系柯吐尔组深灰色泥岩底部，将此界面定为I型层序边界。界面之下是砂泥岩段陆架型扇三角洲碎屑岩或障壁海岸的碎屑岩潮间坪，界面之上是三叠系柯吐尔组深灰色泥岩，该界面为受海西运动影响而形成的一套不整合界面。

准层序是成因上有联系的多个岩层或岩层组组成的地层单元，地层规模相当于五或六级沉积旋回，准层序的发育受控于相对海平面、沉积速率及可容空间增加速率的变化。S75井区卡拉沙依组主要处于潮坪—扇三角洲沉积环境，海平面升降变化频繁，因此其准层序较为发育且易于识别。每个准层序总体上具有向上沉积水体逐渐变浅的特点，但根据粒度的变化特征又可划分为2类：① 向上变粗准层序，主要出现于卡拉沙依组水下分流河道—河道间亚相中，向上岩性变粗、厚度增大、砂泥比增加(图9)；② 向上变细准层序，主要发育于卡拉沙依组的扇三角洲前缘—潮坪亚相中，向上岩性变细、厚度变小、砂泥比降低(图9)。

准层序组是一组具清晰叠加模式的和有成因联系的准层序系列，准层序的叠加模式受控于沉积物补给速率与新增可容空间速率之比。S75井区卡拉沙依组中可见到3种准层序以不同叠加方式垂向组合而成的准层序组(图9)：① 加积式准层序组：由一系列相似的准层序垂向叠加，准层序和砂体的厚度垂向上无明显的变化，主要见于上泥岩段，反应水体相对稳定，沉积物供给速率约等于新增可容空间形成速率；② 进积式准层序组：准层序逐渐向盆地中心迁移，砂体厚度向上增大，主要见于砂泥岩段，形成条件是沉积物供给速率大于新增可容空间形成速率；③ 退积式准层序组：准层序逐渐向陆地方向移动，向上砂体变薄，湖盆水体逐渐变深，砂泥岩段可见，反应沉积物沉积速率小于新增可容空间速率。

3.2 体系域的识别、划分与特征

图9 S75井卡拉沙依组层序地层综合柱状图Fig. 9 S75 well sequence stratigraphy columnar section of Kalashayi Formation

体系域是一系列同期沉积体系的集合，每个体系域被认为与全球海平面变化曲线的某一特定段有关。塔河油田S75井区卡拉沙依组各层序可分为低位体系域、海侵体系域和高位体系域。

3.2.1 低位体系域(LST)

低位体系域形成于层序发育的早期，岩性主要为含砾细砂岩、砾状砂岩、细砂岩与泥岩、碳质泥岩成不等厚互层。主要相组合为下切河谷的水下分流河道砂岩复合体，测井曲线呈锯齿状箱形或钟形，垂向上组成一个或几个加积准层序组(图9)。

3.2.2 海侵体系域(TST)

海侵体系域形成于各层序发育的中期，形成时期为海洋的扩张期，沉积水体变深、面积扩大，新增可容空间大于沉积物供给体积，形成以海岸上超为特征的沉积体系。岩性主要为粉砂岩与泥岩沉积。由多个向上变细的准层序叠置成退积准层序组(图9)。

3.2.3 高位体系域(HST)

高位体系域形成于各层序发育的晚期，其形成于海洋开始收缩、水体变浅、新增可容空间小于沉积物供给体积、沉积速率大于沉降速率时期。岩性主要为细砂岩、泥岩及灰岩。岩相主要为潮坪相的潮间坪亚相。由多个向上变细准层序叠置成进积准层序组(图 9)。

3.3 层序地层格架建立

选择处于工区不同位置的7口井进行层序划分，以有效地反映井区内层序发育特征。划分时遵循由大到小的原则，以三级层序边界为约束，以沉积相垂向演变为基础划分准层序。以S75井为例说明卡拉沙依组层序划分(图 9)。卡拉沙依组共发育 3个三级层序(Csq1，Csq2和Csq3)，层序1(Csq1)发育5个准层序，其中海侵体系域由双峰灰岩组成；高位体系域由4个准层序组成进积式准层序组，从下而上泥岩逐渐减少，砂岩逐渐增多，沉积相组合由潮间坪的沙坪和泥坪组成，测井组合表现为漏斗型，缺失低位体系域。层序2(Csq2)发育13个准层序，其中低位体系域由7个准层序组成，由三角洲前缘相的水下分流河道和河道间组成；海侵体系域由6个准层序组成退积式准层序组，从下而上泥岩逐渐增多，砂岩逐渐减少，沉积相组合由潮间坪的沙坪、泥坪组成。层序3(Csq3)有1个准层序组成，仅发育低位体系域，由三角洲平原的分流河道构成下粗上细的沉积序列。

本研究的小层划分完全依照层序地层学原理，并由此展开全区的统一划分对比，依据准层序划分结果相应地划分小层。目的层段共发育17个准层序，分别对应于17个小层，小层划分结果见表1。在单井层序划分的基础上，建立了研究区南北向和东西向连井对比格架剖面，为小层内的储层追踪和预测提供框架。

表1 石炭系卡拉沙依组小层划分结果Table 1 Sublayer division results of carboniferous Kalashayi Formation

4 沉积演化

从石炭系开始，南天山古洋盆进入那拉提山和虎拉山南北2个洋盆演化阶段，南天山南缘洋盆和北缘洋盆进一步俯冲，南天山洋逐渐闭合。由于南天山洋闭合使塔北地区隆升，形成塔北—塔东弧形隆起，在塔里木板块南缘形成古特提斯洋。塔里木盆地石炭系卡拉沙依组砂泥岩段底界与下伏上泥岩段地层侵蚀接触，为全盆地内不整合面[10-12]。巴楚组时期由于发生了古特提斯洋大规模的北侵，整个塔北地区处于海洋环境，S75井区由于缺少陆源碎屑供应，海水清澈，发育浅水碳酸盐岩台地。海侵期过后，随着海水的退去，潮流携带来自滨外陆架上的悬浮物质进入潮坪区，形成了沙坪成透镜状分布的潮间坪的沙坪和泥坪互层沉积。

海退后发生陆源碎屑的进积沉积。在Csq2L1沉积时期，北部阿克库勒凸起进一步上升隆起，由此导致了S75井区北部地形高差逐渐加大，北北东方向的物源开始加强，开始出现大面积的扇三角洲前缘的水下分流河道沉积，在研究区的 S93-TK1021井和TK1014-T753井一带局部发育水下分流河道间和河道间湾沉积微相(图10(a))。在Csq2L2-Csq2L6沉积时期，随着北部物源供应的减弱，水分流河道面积逐渐减少，泥岩沉积开始增加，水下分流河道间和河道侧缘发育面积增加(图10(b))。

随着海平面又一次大规模的上升，在Csq2T1沉积时期，先前发育的扇三角洲沉积遭受到潮汐的改造作用，在扇三角洲的边缘大面积出现潮坪相沉积，在有侵蚀性沟槽切割的泥坪上，砂体沉积下来，形成沙坪沉积(图10(c))。当达到最大海平面后，海平面开始逐渐下降。北部陆源碎屑供应开始加强，潮坪相面积逐渐减少，到Csq2T3沉积时期，潮坪相退至研究区东南部的TK733-TK1111井一带，扇三角洲向研究区大面积推进，发育水下分流河道和河道间以及河道侧缘沉积(图 10(d))。

由于海西晚期构造运动的影响，研究区进一步隆升，局部地区遭受到剥蚀。Csq2T5沉积时期工区北部和中部的T752-TK454井及T753-TK846井一带地层被剥蚀，其余地区发育泥坪相沉积，局部有河道侧缘和支流间湾出现。海平面接着开始下降，发育陆源碎屑沉积的扇三角洲平原相的水下分流河道、河道间以及河道侧缘沉积(图10(e))。随着地层的进一步剥蚀，仅在研究区南部的T807K-T453井一带发育水下分流河道和河道侧缘沉积(图10(f))。

图10 S75井区石炭系卡拉沙依组沉积演化Fig. 10 Sedimentary evolution of Carboniferous Kalashayi Formation in S75 Well Area

总体看来，S75井区石炭系卡拉沙依组经历了潮坪—陆架型扇三角洲前缘—潮坪—扇三角洲平原的沉积演化过程。

5 结论

(1) 根据岩芯、测井曲线、录井剖面、地震资料、岩石组合特征以及沉积构造的研究结果表明：S75井区石炭系底部的巴楚组双峰灰岩为碳酸盐台地相，上泥岩段为潮坪相沉积，砂泥岩段下部为陆架型扇三角洲相沉积，砂泥岩段的上部为潮坪相和扇三角洲平原相沉积。

(2) 在S75井区卡拉沙依组由底到顶识别出4个层序界面，将卡拉沙依组划分为3个三级层序。每个三级层序又识别出高位体系域、海侵体系域和高位体系域，依据准层序划分结果将卡拉沙依组划分为 17个小层。

(3) 受构造运动和海平面变化的影响，研究区的沉积相经历了碳酸盐岩台地—潮坪—陆架型扇三角洲前缘—潮坪—扇三角洲平原的沉积演化过程。潮坪相主要发育沙坪和泥坪微相，扇三角洲主要发育水下分流河道、河道间以及河道侧缘沉积微相。

[1] 钟大康, 漆立新, 刘康宁, 等. 塔河油田南部石炭系卡拉沙依组沉积相研究[J]. 沉积学报, 2009, 27(4): 614-621.ZHONG Dakang, QI Lixin, LIU Kangning, et al. Study on sedimentary facies of Carboniferous Kalashayi Formation in the south of Tahe Oilfield[J]. Acta Sedmentologica Snica, 2009,27(4): 614-621.

[2] 郭齐军, 赵省民. 塔河地区石炭系沉积特征[J]. 石油与天然气地质, 2002, 23(1): 99-102.GUO Qijun, ZHAO Xingmin. Depositional characteristics of Carboniferous in Tahe Region[J]. Oil & Gas Geology, 2002,23(1): 99-102.

[3] 何发岐, 翟晓先, 俞仁连, 等. 塔河油田石炭系卡拉沙依组沉积与成因分析[J]. 石油与天然气地质, 2004, 25(3): 258-262.HE Faqi, ZHAI Xiaoxian, YU Renlian, et al. Deposition and genetic analysis of Carboniferous Kalashayi Formation in Tahe oilfield[J]. Oil & Gas Geology, 2004, 25(3): 258-262.

[4] 刘辰生, 郭建华, 苏娟. 塔里木盆地阿克库勒地区石炭系卡拉沙依组成岩作用[J]. 新疆地质, 2005, 23(3): 288-291.LIU Chensheng, GUO Jianhua, SU Juan. Digenesis of Kalashayi Formation, Carboniferous, Akekule Area, Tarim Basin[J].XinJiang Geology, 2005, 23(3): 288-291.

[5] Nemec W, Steel R J. Fan deltas: Sedimentology and tectonic settings[M]. Berkeley: Blackie, 1988: 3-13.

[6] 唐海发, 贾爱林, 彭仕宓, 等. 洪积扇相储层沉积微相-岩石相随机模拟[J]. 中国石油大学学报: 自然科学版, 2010, 34(3):12-17.TANG Haifa, JIA Ailin, PENG Shimi, et al. Stochastic modeling of sedimentary microfacies-lithofacies in proluvial fan reservoir[J]. Journal of China University of Petroleum: Natural Science, 2010, 34(3): 12-17.

[7] 阎相宾, 李永宏. 塔河油田石炭系砂层划分对比与横向预测[J]. 勘探地球物理进展, 2002, 25(5): 36-51.YAN Xiangbin, LI Yonghong. Division and lateral prediction of Carboniferous and in Tahe oilfield[J]. Progress in Exploration Geophysics, 2002, 25(5): 36-51.

[8] 盛湘, 何发岐, 云露. 塔河地区卡拉沙依组小层划分、连通性及油藏类型[J]. 石油与天然气地质, 2009, 30(2): 143-148.SHENG Xiang, HE Faqi, YUN Lou. Subzone division，Connectivity and pool types of the Carboniferous Kalashayi Formation in the Tahe area[J]. Oil & Gas Geology, 2009, 30(2):143-148.

[9] 郭建华, 孙磉墩, 许杰, 等. 塔里木盆地巴楚地区石炭系层序地层学研究[J]. 中南大学学报: 自然科学版, 2010, 41(1):257-264.GUO Jianhua, SUN Sangdun, XU Jie, et al. Sequence Stratigraphy of Carboniferous at Bachu area, Tarim Basin[J].Journal of Central South University: Science and Technology,2010, 41(1): 257-264.

[10] 许杰, 何治亮, 郭建华, 等. 塔里木盆地及周缘晚泥盆世沉积演化[J]. 石油实验地质, 2008, 30(6): 568-574.XU Jie, HE Zhiliang, GUO Jianhua, et al. Late Devonian sedimentary evolution in the Tarim Basin and its margins[J].Petroleum Geology & Experiment, 2008, 30(6): 568-574.

[11] 朱如凯, 罗平, 罗忠. 塔里木盆地晚泥盆世及石炭纪岩相古地理[J]. 古地理学报, 2002, 4(1): 13-24.ZHU Rukai, LUO Ping, LUO Zhong. Lithofacies palaeography of the Late Devonian and Carboniferous in Tarim Basin[J].Journal of Palaeogeography, 2002, 4(1): 13-24.

[12] 李永宏, 阎相宾, 张涛, 等. 塔河油田石炭系卡拉沙依组储层特征及控制因素[J]. 石油实验地质, 2004, 26(1): 17-27.LI Yonghong, YAN Xiangbin, ZHANG Tao, et al. Reservoir characteristics and their controlling factors of the Carboniferous Kalashayi Formation in Tahe Oilfield[J]. Petroleum Geology &Experiment, 2004, 26(1): 17-27.