基于等时界面识别的浅水三角洲—河流沉积体系研究——以高邮凹陷黄珏地区古近系垛一段为例

李维，朱筱敏，陈刚，马英俊

1.中国石油大学(北京)地球科学学院，北京 102249 2.中国石化江苏油田分公司勘探开发研究院，江苏扬州 225009

0 引言

浅水三角洲一词最早由Fisk(1954)提出，指在浅水环境、构造稳定和供源充足的盆地缓坡背景下，以发育水下分流河道为典型特征的三角洲沉积体系[1- 6]。我国学者通过对鄂尔多斯盆地[7]、松辽盆地[8- 10]、渤海湾盆地[11]和四川盆地[12]等地区古代沉积以及鄱阳湖现代沉积[13- 14]的研究，系统分析了浅水三角洲形成条件与类型划分[1- 6,15]、主要沉积微相与沉积特征[2,10,12]以及沉积动力机理[4,6,10,13- 14,16]等方面的沉积学问题，总结了稳定缓慢沉降的大型坳陷湖盆易形成浅水三角洲；分流河道骨架砂体发育而河口坝少见；砂体空间展布主要受物源和气候共同控制；缓坡背景下的湖平面大范围变化对沉积特征起重要控制作用等认识。

浅水三角洲强烈河控作用下优势发育的河道砂体与湖相泥岩良好的储盖配置关系及其优越的油气成藏条件使之成为岩性油气藏勘探的重要领域。然而另一方面，大范围稳定泥岩段的缺失、三角洲反旋回特征的弱化、河道的频繁迁移叠置增大了浅水三角洲沉积体系等时界面的识别难度，增加了储层预测难度。前人罕有针对浅水三角洲沉积体系等时界面的系统研究和总结，而准确的界面识别正是砂体展布分析和油气勘探的基础。

研究目标为苏北盆地高邮凹陷黄珏地区始新世垛一段。不同于鄂尔多斯盆地延长组或松辽盆地青山口组等大型坳陷湖盆浅水三角洲沉积的典型代表，黄珏地区垛一段沉积于断陷湖盆发育晚期，但同样具有大量浅水三角洲沉积证据。利用钻测井与地震资料识别了浅水三角洲—河流沉积体系中分别受构造和气候主控的两类关键等时界面，以此为基础建立等时格架分析了沉积演化特征。

1 研究区概况与沉积背景

苏北盆地是位于下扬子地台北部的中—新生代盆地区，自北向南包括盐阜坳陷、建湖隆起、东台坳陷等一级构造(图1a)。位于东台凹陷中部的高邮凹陷是晚白垩世末仪征运动基础上发展起来的箕状断陷湖盆，由南至北分为南断阶、深凹带和北斜坡三个二级构造单元，其中黄珏地区位于深凹带西部(图1b)。

图1 苏北盆地构造单元划分和黄珏地区位置图a.苏北盆地构造区划；b.高邮凹陷构造单元及垛一段砂岩百分含量Fig.1 Tectonic unit division of Subei Basin and location of Huangjue areaa. tectonic unit division of Subei Basin; b. tectonic unit division of Gaoyou Sag and sandstone percent content of Duo1 member

古生物化石研究表明，与其下广湖相戴南组相比，高邮凹陷三垛组的介形虫化石、轮藻化石和腹足类化石数量均出现明显减少[18]，浅而局限的水体成为三垛组沉积时期常态。此外，戴南组沉积晚期孢粉化石组合显示麻黄属花粉占优，指示广阔湖泊水域的消失和干旱高盐环境的出现。而三垛组沉积时期以指示温暖潮湿环境的破隙杉花粉数量占优，表明该时期重回温热潮湿的亚热带气候，低洼处应当存在浅水湖泊。

2 垛一段沉积特征与沉积体系

2.1 主要沉积特征

黄珏地区5口井(井位参见图1)的取芯段岩石颜色、沉积构造和遗迹化石等特征表明，研究区垛一段自下而上依次发育浅水三角洲和河流沉积，主要沉积特征如下：

(2) 水下分流河道发育，沉积水动力较强，发育间断正韵律

垛一段浅水三角洲砂体以粉—细砂岩为主，南部近物源处粒度较粗，常见含砾砂岩。受浅水沉积环境和强烈的河控作用影响，取芯段主要发育板状交错层理、平行层理及块状层理(图2a,b,c)。砂岩底部常见冲刷面及定向排列砾石，砾石成分相对单一且顺层分布(图2c)。河道砂体由具泥砾的冲刷面与块状砂岩细砂岩向上过渡为平行层理粉—细砂岩，与上覆棕色、灰绿色泥岩共同构成间断正韵律。

粒度分析亦表明研究区砂体的形成主要受河流作用控制。粒度分析资料(表1)显示垛一段偏度在0.43～0.65之间，偏态为正偏态，峰度很尖锐；标准偏差在1.27～2.36之间，平均为1.77，分选较差—中等；粒度较粗，以细砂岩为主，也有中—粗砂岩和含砾砂岩。

图2 高邮凹陷黄珏地区垛一段浅水三角洲—河流沉积体系岩性特征与沉积构造a.黄17井，灰色细砂岩，板状交错层理；b.黄2井，灰绿色粉砂岩，平行层理，见近直立虫孔；c.黄3- 1井，浅灰色含砾细砂岩，细砂岩具块状层理，发育多期冲刷面，砾石定向排列，大小约3～10 mm；d.黄12井，灰绿色泥岩与棕色泥岩过渡接触；e.黄2井，灰绿色含砾泥质粉砂岩，生物扰动强烈；f.黄6井，棕色砂质泥岩，见斜立虫孔；g.黄2井，杂色砂质泥岩，泥岩为棕色至绿色，呈斑块状杂乱分布Fig.2 Lithology characteristics and sedimentary structures of shallow- water deltas and fluvial facies sedimentary system in Huangjue area, Gaoyou sag

层位井号样品数粒度中值/mm平均粒径/mmC值/mm偏度峰度标准偏差E2s31黄2340.110.060.490.431.432.36黄1260.210.130.720.51.571.79E2s41黄2140.130.090.40.532.051.68黄1730.440.220.670.61.822.27黄5970.20.150.540.552.371.32E2s51黄650.070.030.210.651.931.94E2s61黄3-1100.180.120.520.551.931.84黄17140.170.130.640.432.371.5黄53160.210.170.570.491.891.27

垛一段中上部泥岩常表现为典型的杂色漫滩沉积(图2g)，或呈现反映强烈氧化作用的砖红色，几乎未见虫孔等生物遗迹；砂岩发育块状层理或模糊的交错层理。此外钟形的SP曲线形态体现了河道砂体的正韵律特征，泥岩段较低的自然伽马和声波时差亦反映砂质含量的明显增加(图3)，综合分析认为垛一段上部已转为陆上河流沉积。

2.2 沉积体系

垛一段自下而上发育浅水三角洲—河流沉积体系(图3)。关于浅水三角洲的亚相划分，有学者将洪水期与枯水期之间的大面积地区称为下三角洲平原以强调其河控作用[12]；也有学者将河控作用强烈区域称为“内前缘”，湖控主导区称为“外前缘”，强调湖湖岸线对外前缘砂体展布特征的控制[19]。分类方案存在差异，但本质上都是为了突出洪水—枯水面之间大片受湖水影响区域的强烈河控作用。湖泊水体的存在除了影响砂体形态，同样会对泥岩沉积性质产生重要影响。后文将详述，泥岩性质变化正是识别气候主控等时界面的基础，故本次研究倾向于采用内前缘—外前缘的划分方案，具体亚(微)相划分如下。

图3 高邮凹陷黄珏地区垛一段单井相与沉积序列特征(黄70井，井位参见图1)Fig.3 Sedimentary facies of single well and sedimentary cycles of Duo1 member in Huangjue area, Gaoyou sag(Well H70)

(1) 浅水三角洲平原：包括分流河道与泛滥平原等微相，前已述及，生物遗迹相对少见和独特的泥岩性质是该亚相重要的识别标志。理论上河道分叉与否是识别三角洲平原与河流相的依据，但二者电性特征类似，往往难以准确区分。本次研究结合区域沉积旋回特征，认为电阻率明显回返段指示沉积水体的逐渐变浅，将其划分为浅水三角洲平原亚相，而回返段上部的电阻率基线稳定层段属于河流沉积(图3)。

(2) 浅水三角洲内、外前缘：受湖平面的影响，砂体展布特征的差异是内、外前缘的细分依据。内前缘包括水下分流河道与水下分流河道间等微相，河口坝少见，高幅度差箱型、钟形水下分流河道是该亚相典型特征；外前缘包括残留水下分流河道、河口坝、席状砂等微相，分流河道多呈钟形，见较多反韵律河口坝和薄层席状砂。内、外前缘垂向叠置出现，反映湖平面的频繁变化，也体现了湖平面对砂体展布特征的控制作用(图3)。

(3) 前浅水三角洲：理论上应以大套厚层泥岩为特征，研究区未见该相带典型岩芯，测井资料识别的垛一段中部泥岩段可能属于该亚相，岩屑录井显示泥岩多呈棕色，偶见灰绿色。

3 关键等时界面识别

3.1 浅水三角洲自旋回改造强烈

根据成因可将沉积旋回分为异旋回和自旋回两类。异旋回由基准面变化引起，包括构造、气候和海(湖)平面升降等，因其主控因素大范围分布，故而在相当大的范围内具有可对比性；而河流改道决口、三角洲朵叶体摆动等自旋回作用不受基准面控制，在其局限的分布范围内往往破坏异旋回特征。

对比储层构型中的三类基本模型，从千层饼(滨岸相)到拼合板(三角洲相)到迷宫状(河流相)，体现的正是自旋回干扰的逐渐增加，从某种意义上来说，河流作用的增强意味着更多的自旋回改造。黄珏地区垛一段河控作用占据主导，河道砂体的横向迁移与纵向叠置，必然不同程度地破坏原有异旋回规律，这一点正是在浅水三角洲内开展大范围精细分层的难点。在井资料丰富的地区，可根据沉积模式指导总结出受自旋回干扰较弱、具有全区普适性的典型异旋回规律，实现等时界面划分。

3.2 构造主控的异旋回特征

中—长期基准面旋回通常受自旋回干扰较弱，显然异旋回级别与相应等时界面的分布范围成反比，长期基准面旋回由上升到下降转换处形成的稳定泥岩发育段往往具有大范围可对比性。一般而言，大于100 m级别的旋回与幕式构造活动有关，10 m级的旋回受湖平面变化的控制，小于10 m级的旋回可能反映受米兰科维奇驱动的气候旋回[20- 21]。

3.3 气候控制的异旋回特征

通常认为气候对浅水三角洲沉积起重要控制[21]，与较深水三角洲相比，浅水三角洲因为沉积背景平缓，湖平面升降将在很大范围内影响沉积相及砂体展布。干旱气候条件下湖水将大范围收缩，导致大片区域沉积环境由浅水转为陆上，若该类由湿润转为干旱的气候变化长期稳定且盆地持续稳定沉降，沉积物得以良好保存，可以形成另一类等时界面。

4 地震沉积学研究与沉积演化特征

4.1 地震等时格架建立

图底界对应地震同相轴特征(黄色箭头所指处)Fig.4 Characteristics of the seismic event corresponding to the bottom of (the yellow array)

图5 高邮凹陷黄珏地区垛一段地震反射特征Fig.5 Seismic reflection characteristic of Duo1 member in Huangjue area, Gaoyou sag

图6 高邮凹陷黄珏地区垛一段地震地层格架Fig.6 Seismic stratigraphic framework of Duo1 member in Huangjue area, Gaoyou sag

4.2 敏感属性验证与沉积演化分析

图7 高邮凹陷黄珏地区垛一段部分砂组敏感属性分析砂组RMS与砂地比；砂组RMS与砂地比；砂组RMS与砂地比；砂组8 Hz，16 Hz，24 Hz，30 Hz，42 Hz振幅属性叠合图与砂地比Fig.7 RMS and sand- shale ratio of some sands group of Duo1 member in Huangjue area, Gaoyou saga. RMS and sand- shale ratio of sands group; b. RMS and sand- shale ratio of sands group; c. RMS and sand- shale ratio of sands group; d. Amplitude attribute overlay map on 8 Hz, 16 Hz, 24 Hz, 30 Hz, 42 Hz and sand- shale ratio of sands group

5 结论

(1) 岩芯观察、粒度分析、古生物资料以及井震资料分析表明，苏北盆地黄珏地区垛一段沉积早、中期发育浅水三角洲沉积，晚期转为河流沉积，共同构成浅水三角洲—河流沉积体系。

(2) 黄珏地区垛一段浅水三角洲发育两类等时界面，分别是受构造主控的长期基准面旋回变化面和受气候主控的沉积环境由水到陆的转换面。两类等时界面是构建浅水三角洲—河流沉积体系大范围等时地层格架的基础。

(3) 浅水三角洲坡缓水浅的沉积背景有利于气候主控等时界面的形成，地层切片显示该界面之下的浅水三角洲与界面之上的河流沉积具有截然不同的砂体展布规律和沉积演化特征。

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