川东北元坝地区须三段沉积相及沉积演化

曾 韬

1.中国石油化工股份有限公司 勘探南方分公司，成都 610041;2.成都理工大学 沉积地质研究院，成都 610059)

须家河组作为四川盆地重要的勘探层系之一，其勘探始于20世纪50年代，但早期的勘探都以构造气藏为主要勘探对象。近年来，通过转变思路，陆续在广安、合川等地发现多个千亿方级岩性气藏。

元坝地区位于四川盆地苍溪-巴中低缓构造带，西北与九龙山背斜构造带相接，东北与通南巴构造带相邻，南部为川中平缓断褶带北斜坡(图1)。前期的勘探主要以二叠、三叠系礁滩为勘探对象，发现了长兴组礁滩岩性气藏。近年来，在须家河组也获得了一系列重大突破[1-3]，特别是在元坝地区西北部须三段，多口井测试获高产工业气流。前人研究认为须三段为受海水影响的湖泊相沉积，岩性为泥岩、粉砂岩和粉砂质泥岩，一直以来都是作为烃源岩来研究；但是近期钻井证实，须三期在靠近盆缘的元坝地区发育大型的辫状河三角洲，可形成较好的储层，岩性并不是传统意义上的岩屑砂岩、砾岩，而是一套碳酸盐岩含量很高的岩屑砂岩、砾岩(本文统称为钙屑砂岩、砾岩)。其物源主要是龙门山北段抬升剥蚀提供的大量碳酸盐岩碎屑；同时钙屑沉积物中混杂有部分变质岩沉积物，分析可能是来自松潘-甘孜褶皱带[4]。本文应用钻井、地震和测试分析资料,运用沉积学基本原理和方法,对研究区须三段沉积相特征、展布及演化开展研究,对推动该地区须三段油气藏的勘探开发具有指导意义。

1 地层划分

综合已完钻井钻遇地层岩性组合特征，结合地震、露头剖面及邻区资料，将元坝地区须三段地层自下而上划分为下亚段、中亚段和上亚段(图2)。

下亚段：厚度介于15～29 m，岩性相对较细，主要为深灰色、灰色厚层泥岩、泥质粉砂岩，部分地区发育薄层钙屑砂岩及岩屑砂岩。

图1 元坝地区地理及构造位置图Fig.1 Geographic and tectonic map of the Yuanba area in Sichuan Basin(据王威等2012年资料修改)

图2 元坝地区须三段地层综合柱状图Fig.2 Integrated stratigraphic column of T3x3 in the Yuanba area

中亚段：厚度介于39～144 m，岩性主要为厚层钙屑砂岩、钙屑砂砾岩夹深灰色泥岩、泥质粉砂岩，少量岩屑砂岩。

上亚段：厚度介于29～80 m，岩性主要为厚层钙屑砂砾岩、钙屑砂岩、岩屑砂岩夹深灰色泥岩、泥质粉砂岩。

2 沉积相类型及特征

据研究区55口钻井、测井、取心、薄片及测试分析资料，结合前人研究成果[5-13]，将研究区须三段划分为2种相类型，即辫状河三角洲相和湖泊相，并且可细分为三角洲平原、三角洲前缘、前三角洲、浅湖4个亚相，其特征分别如下。

2.1 三角洲平原亚相

三角洲平原是指湖平面以上至分流河口的广大区域，是三角洲的陆上部分。根据研究区内沉积特征，可进一步划分为分流河道和河道间沉积微相。

2.1.1 分流河道微相

辫状河三角洲平原分流河道具有与辫状河道相似的沉积特征。岩石类型主要为砾岩、含砾砂岩、中-粗砂岩、细砂岩，整体粒度较粗。垂向上多个正旋回相互叠置，底部可见明显的冲刷构造(图3-A)，冲刷面较平直，之上广泛发育砾岩，砾石磨圆较好、分选较差，常呈低角度叠瓦状排列。砾岩之上为中粗砂岩、细砂岩，常具平行层理、块状层理(图3-B,C)，粒度概率图表现为两段式，以跃移载荷为主，斜率高(图3-D)。测井曲线具有低幅光滑、微齿化箱型或钟形特征。研究区西北部须三段中亚段和上亚段发育该类亚相(图4)。

图3 元坝地区须三段岩心沉积构造特征及粒度特征Fig.3 Core sedimentary and tectonic characteristics and grain-size characteristics of T3x3 in the Yuanba area(A)冲刷构造，YL20井，深度4 181.5 m,须三段中亚段;(B)平行层理，YL20井，深度4 140.57 m，须三段中亚段;(C)块状层理，YL18井，深度4 578.76 m，须三段中亚段;(D)粒度概率图，YL20井，深度4 483.9 m，须三段中亚段;(E)楔状交错层理，YL4井，深度4 460.4 m，须三段中亚段;(F)粒度概率图,YL4井，深度4 458.3 m，须三段中亚段

图4 YL18井须三段中亚段三角洲平原亚相Fig.4 Delta plain subfacies of T3x3-2 from Well YL18

2.1.2 河道间微相

指三角洲平原辫状河道与辫状河道之间天然堤、泛滥平原、沼泽、决口扇等微相的统称，平面上位于辫状河道之间的低洼地区，纵向上位于河道顶部。岩性以粉砂岩、泥质粉砂岩、泥岩、碳质泥岩甚至薄煤层不等厚互层为主。测井曲线具有低幅平直或微齿化特征,局部具有指形或齿形特征。

2.2 三角洲前缘亚相

三角洲前缘是指湖平面以下至浪基面以上的区域，是三角洲沉积的主体地带。根据研究区内沉积特征，可进一步划分为水下分流河道、水下分流河道间、水下分流间湾、河口坝、远砂坝和席状砂微相。

2.2.1 水下分流河道微相

水下分流河道是辫状河道在水下的延伸部分，与辫状河道的主要区别在于粒度较细，岩石类型主要为灰色细-粉砂岩，纵向上可见多个正旋回砂体叠置发育，底部常发育冲刷面，冲刷面之上多见泥砾，发育楔状交错层理、块状层理(图3-E)。粒度概率图表现为两段式，以跃移载荷为主(图3-F)。测井曲线具有典型的中-低幅微齿化箱形、钟形特征，也间或出现微漏斗形特征。研究区广泛发育该类亚相(图5)。

2.2.2 河口坝微相

河口坝是指辫状河道携带的砂质由于流速降低在河口处形成的沉积，一般位于三角洲前缘向湖的前端，岩石类型主要为中-薄层灰色细砂岩、粉砂岩。由于辫状河三角洲水下分流河道具有较强的迁移性，且研究区内波浪作用较弱，因此河口坝发育规模不大，仅在个别钻井上表现出下细上粗的反韵律特征。测井曲线具有漏斗形或微齿箱状漏斗形特点。

图5 YL6井须三段中亚段三角洲前缘亚相Fig.5 Delta front subfacies of T3x3-2 from Well YL6

2.2.3 远砂坝微相

远砂坝是指辫状河流携带的细粒沉积物在河口坝末端与浅湖过渡部位堆积而成的坝状沉积体，与河口坝的区别在于沉积物更细、砂层厚度更小、比河口坝离浅湖方向更近，常见沙纹层理及水平层理，偶见滑塌变形。测井曲线具有薄层齿化漏斗形特征。

2.2.4 席状砂微相

席状砂是指水下分流河道、河口坝等砂体被湖浪作用改造，横向迁移形成的席状沉积物。席状砂为三角洲前缘最前端的沉积微相类型，其岩性为深灰色泥岩、粉砂质泥岩为主夹薄层细砂岩、粉砂岩。测井曲线具有指状特征。

2.2.5 水下分流河道间微相

水下分流河道间指相邻的水下分流河道之间的沉积，岩性主要为碳质泥岩、含粉砂泥岩和含泥粉砂岩，测井曲线具有指形特征。

2.2.6 水下分流间湾微相

水下分流间湾是指三角洲前缘水下分流河道与河口坝之间的沉积物，在三角洲前缘各微相中粒度相对最细，砂体发育最少，煤系地层相对最发育，以深灰、灰黑色、黑色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩为主，夹薄煤层，常见潮汐层理，水体能量相对较低，有机质较为丰富，生物活动频繁，可见生物钻孔、生物扰动等构造。沉积构造主要有块状层理、水平层理、液化变形构造等。测井曲线具有平直或微齿化、高GR低RT特征。

2.3 前三角洲亚相-浅湖亚相

包括前三角洲亚相和浅湖亚相，二者都以深灰色泥岩为主，并不同程度含砂质，煤系地层发育差，测井曲线都表现为(齿化)线形。因二者相互叠合，特征基本相同难以准确区分，所以合称前三角洲-浅湖亚相，所含微相为前三角洲-浅湖泥。

3 沉积相展布

由于钻井、测井资料仅反映井筒周围很局限的范围，而地震相是由地震反射参数(振幅、频率、相位、同相轴以及反射结构等)所限定的三维地震反射单元，它是特定沉积相或地质体的地震响应，可以很好地反映平面特征，因此本次沉积相展布研究结合了元坝地区须三段地震相研究成果。

研究区须三段主要以强-中振幅、强-中连续性、平行-亚平行结构、席状地震相为主，其次为弱振幅、差连续性亚平行席状地震相，间或可见透镜状及空白反射。以顺物源方向的JM102井-YL9井-YB6井-YL6井-YB101井-YB11井-YB12井剖面为例(图6)，研究区的西北部地层厚度较大，须三段内部反射同相轴数量可达4～5个，主要发育强振幅-强连续-平行席状相为特征的地震相，与上下反射层呈平行接触关系，其外部几何形态多为席状，分析为三角洲平原亚相沉积。自YL6井向东南YB101井、YB11井、YB12井一带反射同相轴逐渐减少，地层厚度自西北向东南方向逐渐减薄，其同相轴的反射强度及连续性也较元陆9-元陆6井一带为差，主要发育有中振幅-中连续亚平行席状地震相，可能与河道的横向摆动造成的砂体横向变化有关；同时可见明显的前积现象，分析为三角洲前缘亚相沉积。

须三早期，由于龙门山隆升不太强烈，研究区主要发育三角洲前缘和前三角洲-浅湖亚相(图7)，古地形总体为西北高东南低，西北部为三角洲前缘沉积，东南部为前三角洲-浅湖亚相沉积。须三中期，因龙门山快速隆升，向研究区内提供了大量碳酸盐岩物源，三角洲沉积范围进一步扩大，研究区发育有三角洲平原和三角洲前缘亚相(图8)。古地形总体上继承了须三早期西北高东南低的地势，自西北向东南依次发育三角洲平原和三角洲前缘沉积。此时，由于物源的大量供给，研究区内未发育前三角洲-浅湖亚相。须三晚期，龙门山隆升程度有所减弱，三角洲沉积范围相对中期有所减小，研究区发育有三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲-浅湖亚相(图9)；古地形仍然继承了须三早期、中期西北高东南低的地势，自西北向东南依次发育三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲-浅湖沉积。

图6 元坝地区须三段北西-南东向地震相特征图Fig.6 Seismic facies characteristic diagram from NW to SE of T3x3 in the Yuanba area

图7 元坝地区须三段下亚段沉积相图Fig.7 Sedimentary facies of T3x3-1 in the Yuanba area

图8 元坝地区须三段中亚段沉积相图Fig.8 Sedimentary facies of T3x3-2 in the Yuanba area

4 沉积模式与演化

元坝地区须三期沉积环境主要与龙门山幕式造山运动有关。在龙门山活动相对微弱期，松潘-甘孜褶皱带提供的远源细粒变质岩物源，混杂龙门山提供的近源细粒钙屑物源，在研究区形成须三下亚段为代表的远源细粒辫状河三角洲沉积，只发育三角洲前缘、前三角洲-浅湖亚相，河流作用相对较弱(图10)。在龙门山活动相对强烈期，龙门山提供的近源粗粒钙屑物源，混杂松潘-甘孜褶皱带提供的远源细粒变质岩物源，在研究区形成须三中亚段和须三上亚段为代表的近源粗粒辫状河三角洲沉积，具有完整的三角洲平原、前缘、前三角洲三层结构，河流作用特别发育(图11)。

5 结 论

a.元坝地区须三段自下而上可划分为下、中、上3个亚段。

图9 元坝地区须三段上亚段沉积相图Fig.9 Sedimentary facies of T3x3-3 in the Yuanba area

图10 构造相对微弱期远源细粒辫状河三角洲沉积模式Fig.10 Sedimentary model of the distant fine braided river delta in the relatively weak period

图11 构造相对强烈期近源粗粒辫状河三角洲沉积模式Fig.11 Sedimentary model of the proximal coarse grain braided river delta in the relatively strong period

b.元坝地区须三段主要发育辫状河三角洲和湖泊相沉积，可识别出三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲-浅湖4个亚相，并且可进一步划分为分流河道、河道间、水下分流河道、河口坝、席状砂、远砂坝、水下分流间湾、水下分流河道间、前辫状河三角洲-浅湖泥等9个微相。

c.元坝地区须三段沉积环境主要与龙门山幕式造山运动有关。在龙门山活动相对微弱期，松潘-甘孜褶皱带提供的远源细粒变质岩物源，混杂龙门山提供的近源细粒钙屑物源，在研究区形成须三下亚段为代表的远源细粒辫状河三角洲沉积。在龙门山活动相对强烈期，龙门山提供近源粗粒钙屑物源，混杂松潘-甘孜褶皱带提供的远源细粒变质岩物源，在研究区形成须三中亚段和须三上亚段为代表的近源粗粒辫状河三角洲沉积。

[参考文献]

[1] 郭彤楼.四川盆地北部陆相大气田形成与高产主控因素[J].石油勘探与开发，2013，40(2)：139-149.

Guo T L. Key controls on accumulation and high production of large non-marine gas fields in northern Sichuan Basin[J]. Petroleum Exploration and Development, 2013, 40(2): 139-149. (In Chinese)

[2] 盘昌林，刘树根，马永生，等.川东北地区须家河组天然气成藏主控因素分析[J].断块油气田，2011，18(4)：418-423.

Pan C L, Liu S G, Ma Y S,etal. Analysis on main controlling factors of gas accumulation in Xujiahe Formation of northeast Sichuan Basin[J]. Fault-block Oil & Gas Field, 2011, 18(4): 418-423. (In Chinese)

[3] 马如辉.YB地区须家河组须三段钙屑砂岩气藏成藏主控因素——以X7井为例[J].天然气工业，2012，32(8)：56-62.

Ma R H. Main controlling factors of gas accumulation in the calcarenaceous sandstone reservoirs in the 3rdmember of the Xujiahe Formation in the YB area：A case study of X7 well[J]. Natural Gas Industry, 2012, 32(8): 56-62. (In Chinese)

[4] 邓飞，贾东，罗良，等.晚三叠世松潘甘孜和川西前陆盆地的物源对比:构造演化和古地理变迁的线索[J].地质论评，2008，54(4)：561-573.

Deng F, Jia D, Luo L,etal. The contrast between provenances of Songpan-Garze and Western Sichuan Foreland Basin in the Late Triassic: Clues to the tectonics and palaeogeography[J]. Geological Review, 2008, 54(4): 561-573. (In Chinese)

[5] 郑荣才，李国辉，戴朝成，等.四川类前陆盆地盆-山耦合系统和沉积学响应[J].地质学报，2012，86(1)：170-180.

Zheng R C, Li G H, Dai C C,etal. Basin-Mountain coupling system and its sedimentary response Sichuan analogous foreland basin[J]. Acta Geologica Sinica, 2012, 86(1): 170-180. (In Chinese)

[6] 赵正望，谢继容，吴长江，等.川西北地区须家河组碎屑组分特征与物源分析[J].天然气勘探与开发，2012，35(4)：6-10.

Zhao Z W, Xie J R, Wu C J,etal. Detrital composition of Xujiahe Formation and its source, Northwestern Sichuan Basin [J]. Natural Gas Exploration & Development, 2012, 35(4): 6-10. (In Chinese)

[7] 陈汉军，胡佑华，刘殊.川西凹陷须家河组三段沉积特征与勘探潜力征[J].天然气工业，2010，30(7)：13-16.

Chen H J, Hu Y H, Liu S. Sedimentary features and exploration potentials of the third member of the Xujiahe Formation in West Sichuan Depression[J]. Natural Gas Industry, 2010, 30(7): 13-16. (In Chinese)

[8] 高红灿，郑荣才，柯光明，等.川东北地区前陆盆地须家河组层序-岩相古地理特征[J].沉积与特提斯地质，2005，25(3)：38-45.

Gao H C, Zheng R C, Ke G M,etal. The Upper Triassic Xujiahe Formation in the northeastern Sichuan foreland basin: Sequence-based sedimentary facies and palaeogeography[J]. Sedimentary Geology and Tethyan Geology, 2005, 25(3): 38-45. (In Chinese)

[9] 施振生，王秀芹，吴长江，等.四川盆地上三叠统须家河组重矿物特征及物源区意义[J].天然气地球科学，2011，22(4)：618-627.

Shi Z S, Wang X Q, Wu C J,etal. The heavy minerals and provenances of the Upper Triassic Xujiahe Formation in Sichuan Basin[J]. Natural Gas Geoscience, 2011, 22(4): 618-627. (In Chinese)

[10] 钱治家，钟克修.川东北地区须家河组沉积相与储层特征[J].天然气工业，2009，29(6)：9-12.

Qian Z J, Zhong K X. Sedimentary facies and reservoir features of the Xujiahe Formation in northeastern Sichuan Basin[J]. Natural Gas Industry, 2009, 29(6): 9-12. (In Chinese)

[11] 楼章华.地形、气候与湖面波动对浅水三角洲沉积环境的控制作用——以松辽盆地北部东区葡萄花油层为例[J].地质学报，1999，73(1)：83-91.

Lou Z H. Controls of the topography, climate and lake level fluctuation on the depositional environment of a shallow-water delta: A case study of the Cretaceous Putaohua reservoir in the northern part of Songliao Basin[J]. Acta Geologica Sinica, 1999, 73(1): 83-91. (In Chinese)

[12] Revenne C. Heterogeneity and geometry of sedimentary bodies in fluvial deltaic reservoir[J]. SPE, 1989, 64(6): 239-246.

[13] Coleman J M, Prior D B. Deltaic environments of deposition[C]//AAPG Memoir 31: Sandstone Depositional Environment. Tulsa: AAPG, 1981: 139-169.