桑塔木地区三叠系曲流河三角洲存在证据与沉积特征

唐 武，王英民，袁文芳，杨彩虹，张 雷，仲米虹，孙希家，郑贵春，朱国隆

（1.中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249； 2.中国石油大学（北京）地球科学学院，北京 102249； 3.塔里木油田勘探开发研究院，新疆 库尔勒 841000； 4.中国石油化工股份有限公司 上海海洋油气分公司研究院，上海 200120； 5.中国石油煤层气有限责任公司，北京 100028； 6.中海石油气电集团有限责任公司 技术研发中心，北京 100027； 7.大庆油田有限责任公司 海拉尔石油勘探开发指挥部，黑龙江 大庆 163000）

0 引言

三角洲是重要的油气储层，一直是沉积学家和石油地质学家关注的热点[1-4］.许多学者从不同角度对三角洲进行分类，其中薛良清等的分类方案[2］在我国得到广泛使用，依据三角洲供源类型的不同将三角洲划分为扇三角洲、辫状河三角洲及曲流河三角洲3种类型，不同类型的三角洲砂体展布特征存在明显差异，发育不同类型的油气藏.桑塔木地区是塔里木油田的重要油气产区，其三叠系经过近20a的勘探开发，构造圈闭基本钻探完毕，含水率快速上升，稳产难度大，亟需寻找新的油气藏类型.有关该区的研究认为三叠系3个油组储层为辫状河三角洲砂体沉积[5-8］，笔者利用岩心、钻测井及地震资料，通过碎屑岩的粒度、结构、沉积构造、砂体的空间展布、地震反射特征等方面分析，厘清该区三角洲的类型.这对完善桑塔木地区的沉积体系，重塑演化规律具有指导意义，为油气勘探提供依据.

1 地质概况

轮南低凸起是塔北隆起上的一个重要次级构造单元，北与轮台断隆相邻，南为满加尔凹陷，东西分别是草湖凹陷及哈拉哈塘凹陷（见图1），自古生代以来经历多期复杂的构造运动，发育多套断裂体系.桑塔木地区处于轮南低凸起的潜山披覆斜坡带上，发育2条近东西向的断裂带（桑塔木断垒带），是塔里木盆地重要的油气产区[9］.三叠系是该区重要的油气产层，自下而上划分为俄霍布拉克组、克拉玛依组及黄山街组，发育3套有利的储盖组合，其中克拉玛依组发育2套（TⅡ油组和TⅢ油组），黄山街组发育1套（TⅠ油组），以三角洲—湖泊相沉积为主.自1991年投产以来，主力产层为TⅢ和TⅠ油组，2002年以后进入高含水期，稳产难度大.目前，该区的勘探开发主要局限在桑塔木断垒带上，圈闭类型主要是构造圈闭，对构造圈闭以外区域的认识不足.

2 识别依据

曲流河三角洲是曲流河经过长距离搬运携带大量泥沙进入湖盆所形成的三角洲，而自Mcpherson J G等提出辫状河三角洲概念以后[10］，人们从不同角度对曲流河三角洲与辫状河三角洲的区别进行探讨，提出一系列的识别依据[2，11-15］.

2.1 粒度特征

图1 桑塔木地区构造位置示意Fig.1 The structural location of Sangtamu area

图2 桑塔木地区三叠系曲流河三角洲沉积岩心相特征Fig.2 The core facies characteristics of meandering river delta of triassic in Sangtamu area

岩心观察表明，研究区三叠系TⅡ油组以中细砂岩、粉砂岩及泥岩为主（见图2），沉积物粒度细，未见砾石沉积，不同于TⅢ油组发育厚层砂砾岩、含砾砂岩及粗砂岩沉积特征，反映沉积时水动力能量较TⅢ油组弱.粒度分析表明，TⅡ油组的砂岩粒度比TⅢ油组的更细（见图3）.由图3可知，TⅢ油组的粒度概率曲线呈三段式或多段式（见图3的a和b曲线），其中以跳跃总体为主，占总量的70%～83%（质量分数），分选较好，斜率为50°～60°，悬浮总体占20%～25%，滚动总体相对较小，占2%～10%，跳跃总体与悬浮总体的交截点粒度Φ值为2.0～2.5，与柴达木盆地西部第三系冲积平原辫状河道沉积的粒度概率曲线十分相似[16］.TⅡ油组的粒度概率曲线呈明显的两段式（见图3的a和b曲线），缺乏滚动总体，跳跃总体含量较TⅢ油组的略低（70%～75%），但斜率更大（大于60°），分选更好，跳跃总体与悬浮总体的交截点Φ值增大，为2.9～3.6，与长江中下游细粒曲流河段河床沉积物的粒度概率累积曲线极为相似[17］.

图3 桑塔木地区三叠系典型粒度概率累积曲线Fig.3 Typical grain size probability graph of Triassic in Sangtamu area

2.2 结构特征

研究区克拉玛依组TⅡ油组碎屑颗粒磨圆度好，圆状和次圆状居主导地位.颗粒支撑结构接触性质主要为点接触和线接触，杂基少见，仅1%左右，沉积物粒度以细粒为主，说明TⅡ油组具有弱水动力条件下远距离搬运的牵引流沉积特点.

2.3 沉积构造特征

辫状河三角洲通常形成于强水动力条件下，以发育大型交错层理为典型标志之一[12］.克拉玛依组TⅡ油组广泛发育小型槽状交错层理（见图2（a）、（d））、波状层理（见图2（b））及水平层理（见图2（d）），未见大型板状、楔状或槽状交错层理，说明形成时水动力条件弱，非典型辫状河三角洲沉积.

2.4 砂体形态及含砂率

由研究区东西向的连井相剖面（见图4，SP为自然电位曲线；GR为自然伽马曲线）可知，桑塔木地区三叠系TⅢ油组砂岩含量较高，横向上连续性好，分布面积较广，钻遇率高，砂体呈席状展布.TⅡ油组砂体的发育特征截然不同，砂体厚度薄，侧向上连续性较差，易歼灭，分布范围小，呈指状展布，符合曲流河三角洲砂体的发育特征[12］.钻井含砂率统计表明，TⅢ油组砂岩含砂率明显偏高，大于75%，且其下部含砂率高达90%；TⅡ油组的含砂率基本小于60%，说明该区TⅡ油组沉积水动力能量低，搬运砂体的能力相对较弱，建设性程度相对较差，含砂率明显低于辫状河三角洲的.

图4 桑塔木地区克拉玛依组LN19井-LN14井连井沉积相特征（剖面位置见图1）Fig.4 The sedimentary characteristics of Kelamayi formation of well LN19to well LN14in Sangtamu area

2.5 地震反射特征

在三维地震剖面上，TⅡ油组见明显的前积反射构型（见图5（a）），前积层表现为中强振幅中连续性反射特征，顶积层和底积层不发育，前积层地震双程旅行时间厚度约为60ms，前积反射是识别三角洲的典型标志之一.同时，在三叠系典型相干体地层切片上可见明显的曲流特征（图5（b）、（c）），弯曲指数大于2，与Malay盆地更新世曲流河及墨西哥湾中新世及上新世曲流河的地层切片特征极为相似[18-19］.

因此，通过粒度、结构、沉积构造、砂体空间展布及地震反射特征综合分析，按照三角洲物源供给特点的分类[2］，研究区发育的三角洲类型为曲流河三角洲.

3 沉积相类型及特征

利用岩心、钻测井及高精度三维地震资料，采用点（单井相）、线（连井相）、面相结合方法（地层切片、含砂率）综合判断研究区的沉积相类型，发现三叠系TⅡ油组的曲流河三角洲发育2种亚相、6种微相.

3.1 平原亚相

三角洲平原为三角洲沉积的陆上部分，曲流河三角洲平原沉积特征与曲流河沉积有许多相似之处，垂向上表现为向上变细的正旋回，具明显的二元结构，而煤层发育是河漫沼泽沉积微相的典型识别标志.研究区发育水上分流河道、天然堤及河漫沼泽等沉积微相，其中以水上分流河道沉积为主.

图5 桑塔木地区三叠系曲流河三角洲典型地震反射特征Fig.5 The typical seismic reflection characteristics of triassic of meandering river delta in Sangtamu area

3.1.1 水上分流河道微相

水上分流河道是曲流河三角洲平原亚相中最常见的沉积微相类型，它构成平原亚相沉积的骨架（见图6（a），DT为声波曲线；RS为浅侧向电阻率曲线；RM为钻井液电阻率曲线）.研究区岩石类型以中砂岩、细砂岩为主，缺乏粗粒成分，底部见河床滞留沉积，具冲刷构造，冲刷面上含泥砾，粒径为2～3mm（见图2（a））.单个河道砂体呈正粒序，多期河道垂向上相互叠置，发育小型交错层理和平行层理，自然电位和自然伽马曲线表现为钟形或微齿化钟形（见图6（a））.粒度概率曲线基本呈两段式，以跳跃总体为主，分选较好（见图3的c和d曲线）.由于平原区植被较为发育，河道沉积中植物碎片常见.

3.1.2 天然堤微相

天然堤微相发育在分流河道两侧，为洪水区分流河道携带的细粒沉积物漫溢而成.研究区岩性以粉砂岩、粉砂质泥岩为主，向远离分流河道方向逐渐变细.沉积构造以波状交错层理（见图2（b））和流水波痕为主，植物碎片少见，测井曲线呈低幅度钟形（见图6（a））.

3.1.3 河漫沼泽微相

河漫沼泽微相发育于分流河道的低洼地区，岩性以灰色、灰绿色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩为主，中间偶夹少量透镜状砂质条带，炭质含量较高，发育水平层理、块状层理（见图2（c））.测井曲线表现为低幅齿形组合；煤层自然电位呈低幅平直状，自然伽马正高异常，声波及电阻率曲线也表现为高幅指状（见图6（a））.

图6 桑塔木地区三叠系曲流河三角洲测井响应特征Fig.6 Logging response characteristics of triassic meandering river delta in Sangtamu area

3.2 前缘亚相

由于三叠系TⅡ油组沉积时期研究区地形平缓，物源供给充足，曲流河三角洲前缘十分发育，构成三角洲沉积主体.三角洲前缘顺水流方向的地震反射特征为斜交前积反射，具有中高振幅、高连续性的反射结构（图见5（a）），由砂岩、泥岩互层组成.三角洲前缘亚相识别出水下分流河道、河口坝、支流间湾等3种类型的沉积微相，其中水下分流河道占主导地位.

3.2.1 水下分流河道微相

水上分流河道入湖后的水下延伸部分即水下分流河道，其岩性以灰色中细砂岩为主，底部含扁平状泥砾，发育小型槽状交错层理（见图2（d））、平行层理及底冲刷等沉积构造.单个河道表现为向上变细的正粒序，厚度为2～3m，垂向上常见多个河道砂体叠置，形成向上厚度增大、泥岩含量减少的进积型沉积序列.其自然电位表现为箱形或微齿化箱形，自然伽马值较低，负高异常，表明泥质含量低，电阻率曲线值较高，以钟形为主（见图6（b））.

3.2.2 河口坝微相

河口坝发育于水下分流河道的河口处，水动力条件复杂，受到湖水和河水的交互作用不停地冲刷和筛选沉积物，沉积物的成分和结构成熟度明显提高，沉积物的分选性也变好.由于地形比较平缓，河口坝微相在桑塔木地区TⅡ油组中较发育，主要由灰色细砂岩及粉砂岩组成，分选磨圆较好，垂向上反旋回特征明显（见图2（e）），小型槽状交错层理和波状层理发育.自然电位和自然伽马曲线呈典型的漏斗形（见图6（b）），反映砂体不断前积的特点.

3.2.3 支流间湾微相

支流间湾微相主要发育于水动力条件相对较弱、地势相对较低的湖湾区，其岩性偏细，以灰色、灰黑色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩及泥岩为主，砂岩少见.同时，研究区支流间湾微相厚度较薄，通常只有3～8m，沉积构造上未见大型交错层理，仅发育小型砂纹层理或水平层理（见图2（f）），反映其弱水动力环境产物的特点.测井曲线上自然电位曲线平直，幅度低，自然伽马值较高，呈锯齿形（见图6（b））.

4 沉积相展布特征

桑塔木地区TⅢ油组沉积时期，地形坡度较陡，沉积物供给充足，湖平面缓慢上升，沉积物供给速率大于可容纳空间增长速率，研究区发育大型的辫状河三角洲沉积，砂岩含量较高，厚度可达100m，呈席状分布，横向上连续性好（见图4）；TⅡ油组沉积时期，地形坡度变缓，盆地沉降速率加快，湖平面快速上升，超过沉积物供给速率，发育细粒的曲流河三角洲.

研究区123口钻井砂岩厚度及含砂率的统计表明（见图7），TⅡ油组沉积时期沉积格局南北对峙，南北边缘砂体厚，中部砂体薄，有北西部、北部、西南部等方向的物源体系，以北部和西南部为主（见图7（a））.北部LN30、LG5、LN9、LN17、LN171等井含砂率在50%以上，并且有向南变小的趋势；西南部LG17、LN54、LG18等井含砂率相对较高，向北的含砂率逐渐降低；北西方向的LN19、LG6等井含砂率较高，自西向东LN44、LG111等井含砂率逐渐减小；中部断垒带多数钻井含砂率在25%以下，以泥岩或泥质粉砂岩为主，分割南北体系.

参照钻井的砂岩厚度、含砂率，结合岩心相、测井相及地震相分析成果，对TⅡ油组发育的曲流河三角洲开展平面沉积微相分析（见图7（b））.由图7（b）可知，该时期研究区表现为北部和西南部2个主要方向的物源，北西向规模较小，砂体零星分布，其中北部的曲流河三角洲分布范围广、延伸距离较长，占主导地位，平原及前缘亚相较发育，平原上以发育分流河道微相为主，多期河道相互叠置，砂体呈厚层块状，测井曲线以箱形或钟形为主（如LN30、LG5井等）；天然堤微相发育在分流河道两侧，规模小；河漫沼泽微相发育于分流河道的低洼地区（LN17井附近）；前缘亚相以分流河道及河口坝微相为主，测井曲线分别表现为钟形（如LN171井）或漏斗形（如LN23井）.西南部的三角洲规模相对较小，平原亚相不发育，以前缘水下分流河道为主，砂体厚度薄，呈指状（如LG18井）.北西向三角洲仅一支延伸至研究区内，延伸距离短，发育三角洲前缘水下分流河道和河口坝沉积.

5 讨论

相关研究认为三叠系沉积时期研究区主要发育辫状河三角洲[5-8］.通过曲流河三角洲识别，增添研究区新的沉积相类型.

曲流河三角洲的发育与地形坡度有极大关系，曲流河三角洲的识别反映克拉玛依组沉积时期构造活动逐渐减弱，地形坡度减缓，原来适宜于辫状河三角洲发育的条件发生根本性变化，从而使得辫状河三角洲逐渐被曲流河三角洲所代替，有关研究区三叠系构造演化的研究也支持克拉玛依组沉积时期地形坡度逐渐减小的观点[20］.同时，气候潮湿也对曲流河三角洲的发育起到积极作用.研究区LN17井TⅡ油组时期发育的薄层煤系地层（见图6（a））表明克拉玛依组晚期气候湿润，三角洲平原亚相中局部发育沼泽环境，文献[21］也证实克拉玛依组晚期为气候湿润的热带亚热带气候.

此外，桑塔木地区三叠系油气藏类型单一，目前钻遇均为构造油气藏，经过近20a的油气勘探开发，含水率快速上升，稳产难度大，曲流河三角洲的发现为寻找岩性油气藏及构造—岩性复合油气藏提供依据.研究区三叠系辫状河三角洲发育，辫状河三角洲砂体以分流河道砂体为主，砂体呈层状分布，垂向上多套下粗上细的河道砂体相互叠置，厚度巨大，横向上分布范围广，延伸远，是目前的主力产层（见图4）.由于研究区具备砂体分布连续性好的特点，不易侧向尖灭，难以形成岩性圈闭.曲流河三角洲不同，砂体呈孤立状分布，厚度较薄，横向上延伸不远，分布范围窄，易侧向尖灭，有利于形成岩性圈闭（见图4）.研究区前缘以水下分流河道和河口坝沉积为主，由于经过长距离搬运，前缘砂体分选、磨圆均较好，可作为有利的储层.此外，配以断垒带的构造条件，还可以形成构造—岩性复合圈闭.因此，鉴于目前桑塔木地区油气勘探开发的现状，曲流河三角洲的识别对勘探部署具有指导意义.

图7 桑塔木地区三叠系TⅡ油组曲流河三角洲展布特征Fig.7 The distributary characteristics of meandering river delta of triassic TII oil-member in Sangtamu area

6 结论

（1）桑塔木地区三叠系TⅡ油组的砂岩粒度比TⅢ油组的细，水动力条件比TⅢ油组的弱，以发育小型交错层理、砂纹层理及水平层理为主，砂体分选磨圆好，呈指状产出，地震剖面上具有明显的前积反射构型，地层切片见曲流特征.TⅡ油组为典型的曲流河三角洲沉积.

（2）TⅡ油组的曲流河三角洲发育2种亚相（平原和前缘亚相）、6种微相（平原的水上分流河道、天然堤及河漫沼泽微相；前缘的水下分流河道、河口坝及支流间湾微相）.

（3）桑塔木地区三叠系TⅡ油组沉积时期，地形坡度变缓，沉降速率快，湖平面快速上升，超过沉积物供给速率，以发育北部和西南部2个主要方向的细粒曲流河三角洲为主，其中北部三角洲规模大，平原和前缘亚相较发育，西南部三角洲以前缘亚相为主.

致谢：在完成论文的过程中得到塔里木勘探开发研究院肖中尧、黄少英、张博等专家的指导，成都理工大学韩建辉博士对初稿提出意见，在此一并表示衷心感谢！

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