辮狀河三角洲與曲流河三角洲沉積特征分析
——以塔北隆起西部卡普沙良群為例

夏 輝， 林暢松， 劉永福， 李 浩， 吳高奎， 蔣 軍， 張知源

( 1. 中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 能源學(xué)院，北京 100083； 2. 中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 海洋學(xué)院，北京 100083； 3. 中國石油塔里木油田分公司 勘探開發(fā)研究院，新疆 庫爾勒 841000 )

0 引言

塔里木盆地是中國油氣資源量潛力巨大的含油氣盆地，其中塔北隆起西部白堊系卡普沙良群為重要的含油氣層位。塔里木盆地白堊系早期的研究重點(diǎn)主要集中于庫車坳陷，該區(qū)主要發(fā)育沖積扇、河流、辮狀河三角洲、三角洲和濱淺湖等沉積相[1-3]，也有學(xué)者認(rèn)為白堊系主要為沙漠沉積體系[4]。有關(guān)塔北隆起卡普沙良群沉積相的研究較為薄弱，人們在局部地區(qū)開展有利儲集砂體及區(qū)帶預(yù)測研究[5-6]。趙敖山等[6]認(rèn)為，沙西—輪臺地區(qū)亞格列木組可識別出沖積扇、辮狀河、三角洲、辮狀河三角洲和礫質(zhì)濱岸等沉積體系；王英民等[7]認(rèn)為，雅克拉地區(qū)亞格列木組主要發(fā)育水下沖積扇和辮狀河三角洲相；劉永福等[8]認(rèn)為，哈拉哈塘凹陷發(fā)育辮狀河三角洲、曲流河三角洲及湖泊等沉積相；劉勇等[9]和徐桂芬等[10]認(rèn)為，塔北隆起西部地區(qū)白堊系可識別出沖積扇、扇三角洲、辮狀河三角洲、河流三角洲和湖泊等沉積相。

三角洲按供源體可分為扇三角洲、辮狀河三角洲和曲流河三角洲，人們對中國陸相湖盆不同類型三角洲體系開展對比研究[11-13]，其中淺水環(huán)境發(fā)育的三角洲是近年研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域[14-16]。研究區(qū)早白堊世古氣候干旱炎熱，形成寬淺的氧化湖盆，發(fā)育的沉積體系有獨(dú)特的沉積特征[17]，即發(fā)育靠近隆起周緣由古隆起提供物源的辮狀河三角洲和東南部遠(yuǎn)源的曲流河三角洲沉積體系，兩者沉積特征存在顯著差異。利用巖心、測井和巖礦資料，分析辮狀河三角洲和曲流河三角洲沉積特征的差異性，建立研究區(qū)沉積模式，為研究區(qū)后續(xù)碎屑巖油氣勘探提供一定的理論依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

塔北隆起是位于塔里木盆地北部的一級構(gòu)造單元，為中生代庫車前陸盆地的前緣隆起，北鄰庫車坳陷，南接北部坳陷(見圖1)，庫車—塔北地區(qū)油氣資源潛力巨大[18]。塔北隆起經(jīng)歷過多期次構(gòu)造運(yùn)動，晚加里東至早海西期，塔北隆起穩(wěn)定抬升并遭受剝蝕；晚海西至印支期，受持續(xù)擠壓應(yīng)力作用，塔北隆起繼承發(fā)展；燕山至喜山期為塔北隆起的調(diào)整定型期。白堊紀(jì)開始，庫車前陸盆地邊界大幅度南移，整體表現(xiàn)為南高北低的北傾斜坡形態(tài)[19]。塔北隆起通常劃分為溫宿凸起、英買力低凸起、輪臺凸起和哈拉哈塘凹陷等二級構(gòu)造單元[20]。

圖1 塔北隆起構(gòu)造單元劃分及研究區(qū)位置Fig.1 Location of study area and subdivision of tectonic units in Tabei uplift

研究區(qū)位于塔北隆起西部，包括英買力低凸起和西輪臺凸起的部分地區(qū)。白堊系地層上統(tǒng)遭受剝蝕；下統(tǒng)發(fā)育卡普沙良群和巴什基奇克組，卡普沙良群自下而上發(fā)育亞格列木組、舒善河組和巴西蓋組。塔北隆起西部卡普沙良群為干旱炎熱氣候條件下的沉積，以紅色碎屑巖為主，偶爾可見氣候波動形成的暗色沉積。亞格列木組巖性主要為棕紅色、灰綠色砂礫巖及中細(xì)砂巖，厚度為20～70 m，僅在研究區(qū)局部發(fā)育；舒善河組巖性主要為大套棕紅色泥巖及粉砂巖，厚度為150～400 m；巴西蓋組巖性為棕紅色、棕褐色厚層細(xì)砂巖和厚層泥巖互層，厚度為30～70 m。研究區(qū)卡普沙良群可以劃分為4個(gè)三級層序，自下而上為SQ1、SQ2、SQ3和SQ4。

2 沉積特征

塔里木盆地塔北隆起西部早白堊世屬于大型氧化型寬淺坳陷湖盆沉積環(huán)境。根據(jù)巖心、測井、巖礦分析等資料，研究區(qū)卡普沙良群可識別出辮狀河三角洲、曲流河三角洲及湖泊沉積體系。辮狀河三角洲是盆內(nèi)古隆起遭受剝蝕的碎屑物近源堆積而成，曲流河三角洲是遠(yuǎn)源的曲流河長距離搬運(yùn)碎屑物質(zhì)進(jìn)入湖盆的產(chǎn)物。辮狀河三角洲主要發(fā)育辮狀河三角洲前緣亞相，曲流河三角洲主要發(fā)育三角洲平原和三角洲前緣亞相。

2.1 沉積微相

早白堊世卡普沙良群沉積期，辮狀河三角洲和曲流河三角洲有豐富的物源供給。受沉積期干旱炎熱的古氣候影響，研究區(qū)湖平面頻繁升降，三角洲前緣亞相在研究區(qū)最為發(fā)育。辮狀河三角洲前緣亞相發(fā)育水下分流河道、河口壩和分流間灣微相，沉積主體部分為辮狀水下分流河道。由于辮狀河三角洲發(fā)育于古隆起周緣，受古地形和水動力綜合影響，導(dǎo)致它快速進(jìn)入湖盆。湖平面的頻繁升降使可容納空間變小，故河口壩和遠(yuǎn)砂壩發(fā)育較少。

曲流河三角洲的三角洲平原亞相發(fā)育分流河道、分流間灣和決口扇等微相；三角洲前緣亞相主要發(fā)育水下分流河道、河口壩和分流間灣等微相(見圖2)。早白堊世沉積期，古氣候干旱炎熱，湖面頻繁波動而引起水下河道頻繁改道多期河道相互疊置。

2.2 測井相特征

辮狀河三角洲前緣亞相的水下分流河道微相在測井曲線上可見大段箱形，齒化明顯(見圖3)，與上、下泥質(zhì)沉積呈突變接觸，說明物源供給充足；河口壩微相測井曲線呈漏斗形或齒化漏斗形；分流間灣微相測井曲線以局部可見指狀高伽馬為特征。

圖2 研究區(qū)卡普沙良群曲流河三角洲沉積相綜合柱狀圖

圖3 研究區(qū)卡普沙良群辮狀河三角洲沉積相綜合柱狀圖

曲流河三角洲平原亞相的分流河道微相測井曲線呈微齒化大段箱形；決口扇微相表現(xiàn)為自然伽馬曲線呈鐘形，頂部漸變?yōu)榉至鏖g灣沉積，底部突變，具明顯正韻律。水下分流河道微相測井曲線為由多個(gè)小段箱形復(fù)合型過渡為鐘形或鐘形—箱形復(fù)合型(見圖2)；河口壩微相測井曲線呈底部漸變、頂部突變的漏斗形。

2.3 粒度分析

辮狀河三角洲水下分流河道的粒度概率累積曲線表現(xiàn)為兩段式(見圖4(a))，跳躍總體含量在80%以上，斜率為53°，分選中等，粒徑為0～2.5φ；懸浮總體斜率較小。河口壩的粒度概率累積曲線表現(xiàn)為三段式(見圖4(a))，跳躍總體含量較高，斜率較高，說明它形成于較強(qiáng)水動力環(huán)境；懸浮總體含量較低。

圖4 研究區(qū)卡普沙良群沉積微相粒度概率累積曲線Fig.4 Grain size curves of micro facies of Kapushaliang group in the study area

曲流河三角洲水下分流河道的粒度概率累積曲線表現(xiàn)為兩段式，跳躍總體含量在50%以上，斜率大于60°，分選較好；懸浮總體斜率較小(見圖4(b))。河口壩的粒度概率累積曲線表現(xiàn)為三段式(見圖4(b))，跳躍總體含量較高，約為70%，斜率大于50°，分選中等—較好；懸浮總體含量較低。

根據(jù)粒度概率累積曲線，辮狀河三角洲砂體跳躍總體含量高，曲流河三角洲沉積物分選性更好，細(xì)粒沉積物的含量也更多。

2.4 分選磨圓

根據(jù)巖心薄片觀察，分析研究區(qū)巖石顆粒的分選、磨圓程度(見圖5)。研究區(qū)辮狀河三角洲沉積主要以中粗粒巖屑砂巖為主(見圖5(a、c-d))，含少量細(xì)粒(見圖5(b))和含礫巖屑砂巖(見圖5(c-d))；分選差—中等；磨圓以棱角狀為主，含部分次棱角狀，長石風(fēng)化程度較淺，反映近源堆積的特征。巖石經(jīng)過一定程度的壓實(shí)作用后較致密，以顆粒支撐為主，顆粒之間呈點(diǎn)或線接觸。

曲流河三角洲沉積主要以細(xì)粒巖屑長石砂巖為主(見圖5(e、h))，含少量極細(xì)粒和中細(xì)粒巖屑長石砂巖(見圖5(f-g))；分選中等—好；磨圓以次棱角狀為主，含部分棱角狀—次圓狀，長石風(fēng)化程度中等，反映沉積物搬運(yùn)距離較遠(yuǎn)的特征。膠結(jié)類型為薄膜—孔隙式，巖石致密程度中等，顆粒之間多呈點(diǎn)接觸。

圖5 研究區(qū)卡普沙良群巖石薄片特征Fig.5 Thin section features of Kapushaliang group in the study area

2.5 沉積構(gòu)造

辮狀河三角洲水下分流河道主要發(fā)育平行層理、塊狀構(gòu)造和高角度交錯(cuò)層理(見圖6(b-d))，雜色礫巖較為發(fā)育(見圖6(a))，證明古隆起遭受過強(qiáng)烈剝蝕，為周緣發(fā)育的辮狀河三角洲提供豐富物源。此外，也可見局部發(fā)育的遞變層理(見圖6(f))。曲流河三角洲前緣亞相層理類型多樣，在水下分流河道底部可見含泥礫砂巖，為明顯沖刷面；湖平面頻繁升降，導(dǎo)致水動力強(qiáng)弱變化，形成波狀交錯(cuò)層理和脈狀層理。水下分流河道微相發(fā)育多種類型的交錯(cuò)層理，底部可見明顯沖刷面(見圖6(j))，發(fā)育脈狀層理、波狀交錯(cuò)層理和楔狀交錯(cuò)層理(見圖6(g-i))；河口壩發(fā)育平行層理(見圖6(e))，豐富的層理類型反映曲流河三角洲沉積時(shí)雙向水流的沉積環(huán)境。

圖6 研究區(qū)卡普沙良群典型沉積構(gòu)造Fig.6 Typical sedimentary structures of Kapushaliang group in the study area

2.6 沉積序列

研究區(qū)辮狀河三角洲主要發(fā)育于古隆起周緣，受古地形和水動力影響，發(fā)育間斷的正韻律，缺少泥質(zhì)沉積，表明沉積期水下分流河道在強(qiáng)水動力條件下反復(fù)跌宕，頻繁遷移，相互疊置。研究區(qū)辮狀河三角洲為退積型三角洲，垂向上主要為多個(gè)下粗上細(xì)的正旋回疊置而成的復(fù)合韻律，向上礫巖成分逐漸減少，粉細(xì)砂巖含量增加(見圖7(a))。分流間灣主要由粉砂質(zhì)泥巖和泥巖組成，因河道頻繁改道，厚度一般較小。

圖7 研究區(qū)卡普沙良群典型沉積序列Fig.7 Typical sedimentary sequences of Kapushaliang group in the study area

曲流河三角洲水下分流河道多發(fā)育粉砂巖、細(xì)砂巖，向上可見分流間灣泥巖及粉砂質(zhì)泥巖。垂向上可見兩種典型的沉積序列：一種為水體能量逐漸減弱環(huán)境下形成的沉積物向上逐漸變細(xì)的正韻律(見圖7(b))，表現(xiàn)為水下分流河道的粉砂巖向上演化為分流間灣的泥巖，一般為多個(gè)正韻律疊置而成的復(fù)合韻律；另一種是形成于較強(qiáng)水動力條件下，后期水下河道沖刷前期的粉砂和泥質(zhì)沉積，多期河道疊置復(fù)合，表現(xiàn)為多期河道砂體疊置，缺少細(xì)粒沉積物(見圖7(c))。

3 差異性分析

通過對塔北隆起西部辮狀河三角洲與曲流河三角洲相沉積特征分析，兩者存在明顯的差異性(見表1)?？ㄆ丈沉既撼练e期，曲流河三角洲不斷向隆起區(qū)推進(jìn)，辮狀河三角洲的分布范圍隨古隆起范圍減小而變?。恢量ㄆ丈沉既撼练e晚期，古隆起被淹沒，辮狀河三角洲逐漸不再發(fā)育(見圖8)。辮狀河三角洲主要發(fā)育于古隆起周緣地區(qū)，曲流河三角洲自研究區(qū)東南部不斷向西北方向推進(jìn)(見圖9)。

辮狀河三角洲以細(xì)砂巖、含礫細(xì)砂巖和中—細(xì)砂巖為主，碎屑組成以巖屑為主；發(fā)育多種孔隙類型，原生粒間孔、粒間溶蝕孔、粒內(nèi)溶蝕孔有分布，屬于中孔、中—低滲儲層類型(見圖10)。平均孔隙度為12.31%，主要分布于10.00%～15.00%；平均滲透率為41.06×10-3μm2，主要分布于(10.00～100.00)×10-3μm2。

曲流河三角洲水下分流河道為主要的儲集砂體類型，巖性以細(xì)砂巖和粉砂巖為主，成分成熟度較高，分選中等—好；孔隙較發(fā)育，主要為粒間孔、粒間溶孔，其次為粒內(nèi)溶孔和微孔隙。平均孔隙度為19.53%，主要分布于20.00%左右；平均滲透率為66.65×10-3μm2，主要分布于(10.00～100.00)×10-3μm2，為中孔、中滲儲層類型。總體上，曲流河三角洲砂體的儲集性能優(yōu)于辮狀河三角洲的。

表1 研究區(qū)辮狀河三角洲與曲流河三角洲沉積特征

圖8 研究區(qū)卡普沙良群連井沉積相對比剖面Fig.8 Connecting-well sedimentary profile of Kapushaliang group in the study area

兩類三角洲沉積特征的差異主要受物源和構(gòu)造活動兩方面的影響。首先，兩類三角洲發(fā)育于不同的沉積環(huán)境，沉積物的物源區(qū)不同。辮狀河三角洲發(fā)育于古隆起周緣區(qū)，曲流河三角洲發(fā)育于盆地較平緩的地區(qū)，為遠(yuǎn)源河流攜帶沉積物進(jìn)入湖盆而形成的。辮狀河三角洲砂體以巖屑砂巖為主，大多數(shù)石英的體積分?jǐn)?shù)低于巖屑的，較高的巖屑體積分?jǐn)?shù)表明它具有較低的成分成熟度，為近源堆積特征；曲流河三角洲沉積砂體以長石砂巖為主，大多數(shù)長石體積分?jǐn)?shù)高于巖屑的，較低的巖屑體積分?jǐn)?shù)表明它主要是由遠(yuǎn)源碎屑物經(jīng)受風(fēng)化剝蝕、遠(yuǎn)距離搬運(yùn)而形成的(見表2)。來自于古隆起物源的沉積物巖屑體積分?jǐn)?shù)較高，巖屑主要為巖漿巖屑和變質(zhì)巖屑；來自于遠(yuǎn)源物源的沉積物石英體積分?jǐn)?shù)較高，巖屑以沉積巖巖屑為主。

其次，兩類三角洲發(fā)育于不同構(gòu)造活動時(shí)期，導(dǎo)致沉積規(guī)模有所差別。辮狀河三角洲主要發(fā)育于亞格列木組沉積期，對應(yīng)古天山逆沖構(gòu)造活動初始期，塔北古隆起遭受強(qiáng)烈剝蝕，剝落的砂礫巖堆積于古隆起周緣區(qū)域[8,21]。曲流河三角洲主要發(fā)育于舒善河組和巴西蓋組沉積期，舒善河組沉積期對應(yīng)構(gòu)造活動中期，逆沖作用增強(qiáng)，可容納空間增加，形成水進(jìn)序列，發(fā)育小規(guī)模的曲流河三角洲，濱淺湖泥質(zhì)沉積分布廣泛；巴西蓋組沉積期處于古天山逆沖活動的減弱或停息期，盆地沉降變緩，曲流河三角洲廣泛發(fā)育，向盆地腹地推進(jìn)較遠(yuǎn)，沉積規(guī)模較大[22]。

圖9 研究區(qū)三級層序SQ2 高位體系域沉積相分布

層位φ(巖礦組分)/%石英長石巖屑雜基膠結(jié)物粒徑/mm分選磨圓井號亞格列木組16.0～26.013.0～20.057.0～67.05.0～13.01.0～6.00.10～3.00差—中等;棱角—次棱羊塔11、羊塔10、星火3巴西蓋組38.0～55.025.0～40.015.0～23.02.0～5.01.0～10.00.03～0.80中等—好;次棱、次圓—次棱英買46、英買206、英買5

圖10 研究區(qū)不同三角洲相儲層物性分布

通過辮狀河三角洲與曲流河三角洲沉積特征分析，建立研究區(qū)沉積模式，即塔北隆起西部卡普沙良群沉積期，古隆起暴露剝蝕后的沉積物經(jīng)搬運(yùn)在隆起周緣形成辮狀河三角洲，而東南部的遠(yuǎn)源曲流河三角洲不斷向湖盆中心推進(jìn)，沉積范圍不斷擴(kuò)大(見圖11)。

圖11 研究區(qū)卡普沙良群沉積模式Fig.11 The depositional model of the Kapushaliang group in the study area

4 結(jié)論

(1)塔北隆起西部卡普沙良群發(fā)育辮狀河三角洲和曲流河三角洲沉積，主要發(fā)育辮狀河三角洲前緣、三角洲平原、三角洲前緣等亞相，可進(jìn)一步識別出分流河道、決口扇、水下分流河道、河口壩和分流間灣等沉積微相。

(2)研究區(qū)兩類三角洲沉積特征差異明顯，辮狀河三角洲以中細(xì)粒巖屑砂巖為主，粒度概率累積曲線跳躍總量含量高，分選磨圓差，發(fā)育雜色礫巖和大型交錯(cuò)層理。曲流河三角洲以細(xì)粒巖屑長石砂巖為主，粒度概率累積曲線懸浮總量較辮狀河三角洲的含量高，分選磨圓較好，層理類型多樣，發(fā)育下粗上細(xì)具“二元結(jié)構(gòu)”沉積序列和多河道復(fù)合的缺“二元結(jié)構(gòu)”沉積序列。

(3)辮狀河三角洲發(fā)育于古隆起周緣，由古隆起遭受暴露剝蝕提供物源，發(fā)育范圍與隆起規(guī)模有關(guān)；曲流河三角洲為來自于研究區(qū)東南部的遠(yuǎn)源河流進(jìn)入寬淺氧化湖盆的沉積，不斷向隆起區(qū)推進(jìn)。曲流河三角洲砂體的儲集物性優(yōu)于辮狀河三角洲砂體的，為更有利的儲集砂體，其發(fā)育區(qū)帶是下一步勘探的重點(diǎn)目標(biāo)。

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