辫状河三角洲露头构型——以塔里木盆地库车坳陷三叠系黄山街组为例

朱卫红，吴胜和，尹志军，韩涛，伍轶鸣，刘勇，冯文杰，罗亚男，曹岑（.中国石油大学（北京）；.中国石油塔里木油田公司）



辫状河三角洲露头构型
——以塔里木盆地库车坳陷三叠系黄山街组为例

朱卫红1, 2，吴胜和1，尹志军1，韩涛2，伍轶鸣2，刘勇2，冯文杰1，罗亚男2，曹岑1
（1.中国石油大学（北京）；2.中国石油塔里木油田公司）

摘要：以储集层构型理论为指导，采用旋回约束、分级解剖分析方法，开展塔里木盆地库车坳陷三叠系黄山街组辫状河三角洲露头构型精细研究。根据沉积旋回、岩相组合特征，在露头上识别出分流河道及分流砂坝2种4级构型单元及相应级次的构型界面。纵向上储集层砂体以分流河道-分流砂坝、分流砂坝-分流砂坝及分流河道-分流河道3种样式叠置；侧向上构型单元之间以分流河道-分流河道切叠和并置、分流砂坝-分流砂坝切叠以及分流砂坝-分流河道切叠4种主要的样式拼接。各4级构型单元叠置、拼接形成复合的5级构型河道充填沉积，并以相应的构型界面分隔，形成复杂的构型样式。4级和5级构型界面降低了储集层砂体的纵、横向连通性并加大了储集层的非均质性。通过实地测量，建立起剖面构型要素数据库，并对参数之间的定量关系进行表征。研究成果为塔里木盆地相似沉积条件的油藏精细构型表征提供了地质依据。图8表1参21

关键词：塔里木盆地；库车坳陷；三叠系黄山街组；辫状河三角洲；露头解剖；构型分析

0 引言

三叠系是塔里木盆地塔北地区已开发油田的主要含油层系，储集层主要为辫状河三角洲砂体，该套储集层非均质性普遍较强，在相对稀井网（目前井距大于150 m）条件下，仅依靠钻井资料难以精细刻画储集层的空间结构，而塔北地区的三维地震资料分辨率难以达到储集层构型精细解剖的精度要求。在塔北地区三叠系勘探开发早期，张希明等对储集层非均质性做过宏观定性的研究[1]，但针对塔里木盆地陆相砂岩储集层构型系统的深入研究工作尚属空白。本文在库车坳陷三叠系黄山街组辫状河三角洲露头剖面沉积特征分析的基础上，以Miall构型理论[2-5]为指导，采用旋回约束、分级解剖的思路[6]，对露头剖面进行垂向分期，识别辫状河三角洲储集层砂体内部的构型单元及基本特征，建立露头精细构型分布样式，开展不同级别构型界面的追踪和对比，根据实地测量结果建立构型单元参数之间定量关系，为塔里木盆地三叠系辫状河三角洲油藏储集层构型精细研究[7]提供直接的地质依据。

1 研究区概况

研究区露头位于塔里木盆地北部库车坳陷。露头区地层出露良好，有利于直接观察砂体的空间叠置样式及其内部结构。露头出露地层为上三叠统黄山街组（T3h），地层产状SE125°∠10°。根据前人研究成果，黄山街组沉积时期古气候为温暖潮湿的热带、亚热带型气候[8]，古物源方向大致为正北方[1,9]。本研究选择了地层出露条件较好的4条剖面（剖面1-1、1-2、1-3、2）进行详细的观察、测量和解剖（见图1），其中，剖面1-1、1-2、1-3连接成弧形的完整大剖面，有利于从不同断面进行观测。

图1　库车坳陷三叠系黄山街组露头位置示意图

露头出露地层沉积厚度可达800 m，由两套大的旋回组成，每个旋回底部均为块状砂、砾岩，中部及上部为灰绿或灰黑色泥岩、炭质泥岩夹薄层灰岩或灰岩透镜体，俗称“两硬两软”（见图2）。两期旋回底部的厚层砂体内发育多种牵引流成因的沉积构造，主要有冲刷-充填构造、块状构造、（大型）板状交错层理、单向交错层理、波状层理、平行层理等，沉积构造规模较大，均属于强水动力条件下的产物。在三叠纪总体湿、热气候条件下，辫状河由塔里木盆地边缘向盆地深处延伸，随着地势的逐渐变缓，形成了宽阔的辫状河三角洲沉积体系[1,10]，观测露头剖面砂体属辫状河三角洲前缘亚相，通过对有成因意义和沉积环境指示意义的沉积特征进行识别和分析，划分出分流河道、分流砂坝和支流间湾3种主要的沉积微相类型，支流间湾在露头剖面发育较少，分流河道及分流砂坝规模较大且内部构型样式复杂。

2 构型要素综合评价

2.1 基本特征

针对辫状河三角洲储集层沉积特征，参考已有构型单元划分方案[11-15]，在露头剖面上识别出分流河道和分流砂坝两种单一储集层砂体的4级构型单元，分流河道与分流砂坝在垂向和侧向以不同样式叠置和拼接，形成更高一级河道充填复合砂体的5级构型单元。

依据岩性、沉积构造、沉积韵律等差异，露头剖面上可以识别出两类主要的4级构型单元（见图3）：①分流河道：岩性以中细砂岩为主，底部发育砾岩或含砾砂岩，向上粉砂质、泥质成分增加；底部可见冲刷充填构造，中上部发育槽状交错层理、平行层理；岩相组合由下至上表现为滞留砾岩相-槽状交错层理中细砂岩相-平行层理中细砂岩相，整体表现为向上变细的正旋回，反映沉积时期水动力较强；单一分流河道在露头剖面上具有明显的“顶平底凸”的形态，横向变化快，厚度2～6 m，宽度30～100 m。②分流砂坝[16-17]：岩性以质纯的中细砂岩和粉砂岩为主，底部发育含砾砂岩，向上以细砂岩和粉砂岩为主，剖面上岩石颜色较分流河道浅；内部可见平行层理和小型槽状交错层理；岩相组合由下至上依次为块状含砾砂岩相、平行层理细砂岩相、平行层理粉砂岩相，整体表现为向上变细的正旋回或者粒序不明显的箱型；单一分流砂坝在露头剖面上显示为“底平顶平”或“底平顶凸”的形态，厚度2～10 m，宽度30～120 m。

图2　黄山街组露头岩性剖面及其沉积微相解释

图3　黄山街组露头剖面基本构型单元

露头区构型单元的组合样式多样，本研究主要侧重于构型单元的垂向叠置样式和侧向拼接样式两个方面。分流河道与分流砂坝的垂向叠置关系包括分流河道-分流砂坝、分流砂坝-分流砂坝和分流河道-分流河道3种类型（见图4）。①分流河道-分流砂坝类型表现为两种叠置样式：叠置样式A为分流砂坝沉积于分流河道之上（见图4a），在研究区露头剖面中分布最广；下部分流河道岩性较粗且交错层理发育；上部分流砂坝岩性稍细且以水平层理为主；二者界面产状平缓，岩性较细，横向分布不稳定；分流河道及分流砂坝保留均较完整，砂体厚度分别为2～4 m和2～10 m。叠置样式B为后期形成的分流河道切割早期的分流砂坝（见图4b），研究区露头剖面中相对较少；上部分流河道以含砾砂岩为主，小型冲刷面与下伏细砂岩为主的分流砂坝相切叠；剖面上二者界面清晰且表现出在河道中心部位下凹的特征，反映分流河道在早期形成的砂坝上改道的沉积过程；分流砂坝厚度一般小于5 m，分流河道厚度为2～6 m。②分流砂坝-分流砂坝类型表现为先后两期分流砂坝相叠加的叠置样式C（见图4c），两期分流砂坝的岩相组合相似，岩性存在差异，可以识别出两期单一正旋回的沉积韵律组合，界面较为清晰；在河床顺流加积作用下，前期形成的分流砂坝受到后期分流砂坝的切叠，上部厚度一般大于下部，两期分流砂坝垂向厚度可达6～10 m。③两期分流河道在同一位置向前延伸，垂向上发生切叠，形成本区十分有特色的叠置样式D（见图4d），受后期河道切割，早期河道上部较细的岩相被剥蚀，只保留了下部沉积岩相，上覆分流河道沉积保留较为完整；剖面上表现为两期河道厚度差异明显，下伏分流河道厚约1～3 m，上覆分流河道厚度可达2～6 m；两期河道之间的界面清晰，界面上下岩性存在明显差异，可见冲刷面构造，两期正旋回沉积结构十分明显。

在4条露头剖面上观察到4种构型单元侧向拼接样式：①分流河道侧向迁移引起的冲刷侵蚀作用导致分流河道间出现较大面积的切叠，形成分流河道-分流河道切叠样式（见图5a），复合河道整体上呈现“顶平底凸”的形态；②分流河道-分流河道在侧向上并置，各自形态完整，接触面积较小，规模相近（宽约20 m，厚约4 m），形成分流河道-分流河道并置样式（见图5b）；③由分流砂坝的顺流加积和横向迁移作用形成分流砂坝-分流砂坝切叠样式（见图5c），叠置面积较大，岩性均以粗砂岩或细砂岩为主，在切叠的界面处可以观察到细粒泥质岩相形成的流体渗流界面，单一分流砂坝宽度10～20 m、厚度2～10 m，复合体整体上呈现“底平顶凸”的形态；④由宽10～20 m、厚约5 m、以粗砂岩或细砂岩为主的分流砂坝与宽约10 m、厚约5 m、以中细砂岩及砂砾岩为主的分流河道组合成分流河道-分流砂坝切叠样式（见图5d），在剖面上区别明显的分流砂坝与分流河道共同组成“顶平底平”形态的5级构型单元复合河道，界面处表现为分流河道对分流砂坝的切叠，一般以小型冲刷界面的形式存在。

图4　黄山街组露头构型单元垂向叠置样式

图5　黄山街组露头剖面构型单元侧向拼接样式

在露头上进行构型级次划分和界面识别，是确定砂体连通性的基础与关键[18-20]。为精确剖析沉积体的沉积层次，根据Miall构型级次划分方案[5]，采用旋回约束、分级解剖的思路，对三叠系黄山街组辫状河三角洲前缘沉积的构型界面从大到小划分出两级（即复合河道的5级构型界面和单一河道与单一砂坝间的4级界面），其中局部分流砂坝内部还可以识别出增生体间的3级界面。不同级次的构型界面由相对较细的岩相组成，形成隔夹层，成为不同构型单元之间的渗流屏障（见图6）。

图6　黄山街组露头剖面1-3构型界面解释结果

复合河道的5级构型界面，为分流河道、分流砂坝复合河道充填沉积的顶底界面，是三叠系黄山街组辫状河三角洲前缘沉积体中识别出来的最高级次沉积界面，是主要的侵蚀或洪泛面。界面岩性单一，基本上为较纯的泥岩，颜色较深。界面与地层产状平行，分布较稳定，多为平坦或略微波状起伏，厚约0.8～1.2 m，延伸长度基本上穿越了各个露头剖面。5级界面形成于安静的水体环境，是多期辫状河三角洲前缘河道充填的界面，界面上、下岩相存在显著差异，剖面上表现为两期正旋回河道充填沉积的接触面。在剖面上最多可以识别5期复合砂体的构型界面，该5级界面将不同时期形成的分流河道、分流砂坝相分隔，组成较大规模储集层的层间隔夹层。

单一河道与单一砂坝间的4级界面，为4级构型单元单一分流砂坝或单一分流河道的顶底界面。岩性表现为连续性较差的薄泥质夹层，界面上、下岩相存在一定差异。界面规模较小，保存程度较低，在露头剖面上厚0.5～1.0 m，延伸长度100～200 m，横向上往往随单一的分流河道和分流砂坝的形态而起伏，与更高一级的构型界面（即5级界面）相切割。4级界面反映了沉积作用的短暂变化，是由分流砂坝或分流河道在不断迁移摆动过程中非水道部位的披覆泥岩形成的，其平面连续性取决于分流砂坝与分流河道之间的切割程度。4级界面以其细粒的岩相和较低的渗透性成为单一分流河道、单一分流砂坝之间流体渗流的屏障。

2.2 构型样式综合解释

在构型单元和构型界面综合识别的基础上，依据沉积旋回、岩相组合等特征，对三叠系黄山街组同一连通砂层的3条观测剖面（1-1、1-2、1-3）进行了构型样式综合解释（见图7），解释内容包括：5级构型单元河道充填、4级构型单元分流河道与分流砂坝的几何形态及其剖面叠置样式、5级和4级构型界面的产状及其剖面分布，在剖面1-2中还进行了3级构型单元分流砂坝增生体及其对应界面的精细刻画。

剖面1-3与古物源方向成30°夹角，全长约300 m，地层出露厚度50～100 m（见图7a）。岩性主要为浅灰色块状砂砾岩，灰绿色、灰色、灰黑色泥岩和炭质泥岩，夹薄层泥晶灰岩或泥晶灰岩透镜体。垂向上可识别出5期下粗上细的5级构型单元复合河道充填沉积，每一期5级构型单元由分流河道、分流砂坝（即4级构型单元）以不同的切叠方式复合而成，并以相应的构型界面相分隔，形成复杂的构型样式。由于各级构型界面的分隔，分流河道、分流砂坝之间存在一定的渗流屏障，增强了储集层的宏观非均质性。第1期河道充填剖面上由3个分流砂坝沉积侧向切叠而成，单一分流砂坝厚约10 m、宽约90 m，以质纯的中细砂和粉砂为主，表现为向上变细的正旋回，风化作用导致单一分流砂坝的界面不是很清晰。第2、3期河道充填由分流河道和分流砂坝纵、横向叠置复合而成，整体表现为下粗上细的正旋回沉积，横向上可以清晰分辨出4条同期形成的河道沉积，单一河道厚2～6 m、宽约30～40 m，单一分流砂坝厚2～10 m、宽约50 m，以细砂岩为主；垂向上主要是分流砂坝加积于早期形成的分流河道之上；侧向上可见分流河道-分流河道、分流砂坝-分流砂坝的切叠或并置样式，局部区域可见分流河道与分流砂坝的切叠样式。分流河道及分流砂坝的顶底界面横向连续性差，可从单一旋回的转换处加以确定。第4期复合河道充填由分流河道及分流砂坝在垂向上叠加而成，侧向延伸范围较小（约150 m）。单一分流河道厚约6 m，侧向延伸约100 m；单一分流砂坝厚约6～10 m，侧向延伸可达120 m。剖面中可见分流砂坝-分流河道垂向叠置样式及分流砂坝-分流砂坝侧向切叠样式。4级构型界面与复合河道充填顶面接近平行，分布较稳定。第5期复合河道充填主要为复合分流砂坝沉积，分流砂坝自下而上发育含砾砂岩、细砂岩和粉砂岩，整体为正旋回，厚约6 m，剖面中出露宽度约100 m。

剖面1-2与古物源方向近垂直，全长约100 m，其中出露条件较好的层段长约80 m，厚度30～50 m（见图7b）。剖面上出露主体为一个规模较大的多期分流砂坝复合体，整体呈现“底平顶凸”的形态，自下而上可识别出4期由分流砂坝叠置而形成的5级河道充填构型，其中第1、2期河道充填的底部保留了部分分流河道沉积。根据深色且岩性较细的落淤细粒沉积，可以在单一分流砂坝中进一步识别增生体（即垂向加积沉积物单元体），相当于3级构型单元，其界面相当于3级构型界面。剖面底部发育的第1期河道充填由分流砂坝叠置而成，横向上剖面的中部保留了部分分流河道沉积。因此，该期河道充填下部表现为分流砂坝-分流河道切叠，而上部则为两期分流砂坝切叠，可在单一分流砂坝中部观察到细粒沉积的增生体界面，厚度小于0.5 m，产状与4级构型界面相平行。第2期河道充填发育有较完整的分流河道沉积，厚度2～6 m，宽约40 m，两期分流河道在侧向上发生切叠。侧向迁移作用导致分流河道上部发育的3期分流砂坝呈侧向切叠，厚度3～5 m，宽约50 m。第3、4期河道充填沉积特征相似，均以分流砂坝侧向切叠样式为主，厚约10 m，宽约50 m；单一分流砂坝厚2～5 m，宽约20～30 m；分布广泛的3级构型界面将分流砂坝分隔为多期增生体，增生体厚度的变化反映出沉积环境的变化。

图7　黄山街露头剖面构型要素综合解释成果

剖面1-1与古物源方向近垂直，全长约300 m，地层出露厚度约50 m（见图7c）。垂向上共识别出4个5级构型界面，包含3套由粗变细的沉积旋回，每个旋回底部为块状砂、砾岩，中部及上部为灰色砂岩、粉砂岩，局部可见灰黑色泥岩或炭质泥岩夹薄层泥晶灰岩，据此将剖面划分为3期5级河道充填构型，分别由分流河道和分流砂坝垂向叠置和横向切叠复合而成。5级构型界面以泥质岩性为主，横向延伸超过了剖面的范围。4级构型界面多为沉积间断面或冲刷面，横向延伸局限，产状受构型单元的形态和规模控制。第1期复合河道充填由分流河道及分流砂坝的垂向叠置和横向切叠组成，分流河道大多位于沉积旋回的底部，单一分流河道厚约6 m、宽30～80 m，单一分流砂坝厚约4～6 m、宽50～90 m。4级构型单元垂向上表现为分流砂坝-分流河道、分流河道-分流河道的叠置样式，侧向上表现为分流砂坝-分流砂坝、分流河道-分流河道的切叠样式。分流河道与分流砂坝之间的4级构型界面清晰，不同分流砂坝之间的界面较为模糊，局部区域仅仅表现为粒度的差异。第2期复合河道充填以3期单一分流河道沉积与多期分流砂坝组成复杂的构型叠加样式，垂向上表现为分流砂坝-分流河道、分流砂坝-分流砂坝叠置样式，侧向上表现为分流砂坝-分流砂坝、分流河道-分流砂坝切叠样式。分流砂坝厚约5～8 m、宽30～60 m，本期4级构型单元保存完整，顶平底凸的形态清楚，界面倾角较大，极易识别。第3期复合河道充填可见2期单一分流河道沉积，其中出露较完整的分流河道厚约6 m、宽约90 m，分流河道与其上发育的多期单一分流砂坝沉积组成分流砂坝-分流河道的垂向叠加样式，侧向上则以分流砂坝-分流砂坝切叠样式为主。4级构型界面主要表现为侧向上分布不稳定的分流砂坝与分流河道边界。

2.3 构型单元的定量表征

根据剖面沉积构型单元解剖的成果，对各类构型单元的规模进行了实地测量，通过三角函数归一化处理后得到各类构型单元的规模数据，建立三叠系黄山街组辫状河三角洲露头构型参数数据库，并对各参数之间的定量关系进行拟合，为地下储集层构型预测提供了可靠的经验公式，进而指导相似沉积条件的地下储集层构型定量解剖[21]。

①分流河道宽度（Wdc）与分流河道厚度（hdc）的相关性。分流河道在露头剖面上一般呈透镜状，顶平底凸的特征明显，共测得厚度有效数据15个，与厚度配套的宽度数据11个（见表1）。分流河道厚度分布范围2.0～5.0 m，平均3.5 m；分流河道宽度分布范围37.5～75.0 m，平均56.2 m；分流河道宽度与厚度存在如下线性关系：

二者之间的相关系数达0.691（见图8），表明分流河道宽度与厚度的相关性较高。

表1　黄山街组露头剖面构型单元参数表

②分流砂坝厚度（hdb）与分流河道厚度（hdc）的相关性。由于分流河道和分流砂坝同属一个5级旋回（即同一河道充填沉积）内部，其水动力条件、沉积和构造条件都存在相似性，因此，其规模也存在一定的相关性。通过实地测量，在同期5级构型单元内测得配套的分流砂坝和分流河道厚度数据共14对（见表1），分流河道厚度分布范围2.0～5.0 m，平均3.5 m；分流砂坝厚度分布范围1.7～10.0 m，平均4.8 m；分流河道厚度与分流砂坝厚度存在如下线性关系：

二者之间的相关系数达0.776（见图8），表明分流砂坝厚度与分流河道厚度具有较高的相关性。

对三叠系黄山街组辫状河三角洲露头构型单元定量分析结果表明，复合砂体中，分流河道厚度分别与分流河道宽度和分流砂坝厚度之间存在较好相关性。

图8　黄山街组露头构型单元参数相关性分析

3 结论

塔里木盆地库车坳陷三叠系黄山街组露头为辫状河三角洲前缘粗碎屑沉积，垂向上可分为多个次级正旋回。根据沉积旋回和韵律特征，可识别出分流河道和分流砂坝两种基本的4级构型单元，它们在纵、横向上以不同的方式组合形成复杂的5级河道充填构型。其构型组合样式具有较强的规律性，垂向上主要发育分流河道-分流砂坝、分流砂坝-分流砂坝及分流河道-分流河道3种叠置样式；侧向上则以分流河道-分流河道切叠和并置、分流砂坝-分流砂坝切叠以及分流砂坝-分流河道切叠4种主要的拼接样式。在各观测剖面上最多可以划分出5期由分流河道与分流砂坝复合形成的5级河道充填构型单元。5级构型界面与地层产状平行，延伸较广，为稳定的隔夹层，是良好的渗流屏障；单一的分流河道与分流砂坝构型单元以4级构型界面相分隔，与5级界面形成切割关系，形成分布范围有限的层内夹层，4级和5级构型界面降低了辫状河三角洲储集层的纵、横向连通性并加大了储集层的非均质性。各构型要素宽度、厚度之间具有良好的相关关系。研究成果丰富了辫状河三角洲储集层的构型模式，对建立更加精细的油藏地质模型具有重要指导意义。

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（编辑 王晖 王大锐）

Braided river delta outcrop architecture： A case study of Triassic Huangshanjie Formation in Kuche depression， Tarim Basin， NW China

ZHU Weihong1, 2, WU Shenghe1, YIN Zhijun1, HAN Tao2, WU Yiming2, LIU Yong2, FENG Wenjie1, LUO Ya’nan2, CAO Cen1(1.China University of Petroleum (Beijing), Beijing 102249, China; 2.PetroChina Tarim Oilfield Company, Korla 841000, China)

Abstract：Guided by the theory of reservoir architecture, the architecture of braided river delta of Triassic Huangshanjie Formation in Kuche depression of Tarim Basin was studied using cycle constraints and hierarchical dissection analysis method.According to sedimentary cycle and lithofacies assemblage characteristics, two types (distributary channel and distributary bar) of fourth level architectural units and their boundaries were identified on outcrops.Vertically, the reservoir sand bodies overlay in the three patterns, distributary channel-distributary bar, distributary bar-distributary bar, and distributary channel- distributary channel.Laterally, the architecture units stitching in four patterns, distributary channel-distributary channel intersecting and stacking, distributary channel-distributary bar intersecting and stacking, distributary bar-distributary bar and distributary bar-distributary channel intersecting and stacking.The fourth level units overlay and joint together, forming complex fifth level architectural units of channel filling divided by architectural boundaries of different levels.The fourth and fifth level boundaries reduce the vertical connectivity and enhance the heterogeneity of the reservoir.Through field measurement, profile architecture element database,was established and the quantitative relationship among the parameters was characterized.The research results provide a geological basis for the characterization of fine reservoir architecture of the similar sedimentary conditions in the Tarim Basin.

Key words：Tarim Basin; Kuche depression; Triassic Huangshanjie Formation; braided river delta; outcrop dissection; architectural analysis

中图分类号：TE122.2

文献标识码：A

文章编号：1000-0747(2016)03-0482-08

DOI:10.11698/PED.2016.03.21

基金项目：国家重点基础研究发展计划（973）项目（2011CB201105）

第一作者简介：朱卫红（1967-），男，湖北罗田人，中国石油塔里木油田公司教授级高级工程师，主要从事油气田开发研究与管理工作。地址：新疆库尔勒市115号信箱，中国石油塔里木油田公司开发事业部，邮政编码：841000。E-mail：zhuwh-tlm@petrochina.com.cn

收稿日期：2015-08-09 修回日期：2016-03-23