辫状河三角洲与曲流河三角洲沉积特征分析——以塔北隆起西部卡普沙良群为例

夏 辉， 林畅松， 刘永福， 李 浩， 吴高奎， 蒋 军， 张知源

( 1. 中国地质大学(北京) 能源学院，北京 100083； 2. 中国地质大学(北京) 海洋学院，北京 100083； 3. 中国石油塔里木油田分公司 勘探开发研究院，新疆 库尔勒 841000 )

0 引言

塔里木盆地是中国油气资源量潜力巨大的含油气盆地，其中塔北隆起西部白垩系卡普沙良群为重要的含油气层位。塔里木盆地白垩系早期的研究重点主要集中于库车坳陷，该区主要发育冲积扇、河流、辫状河三角洲、三角洲和滨浅湖等沉积相[1-3]，也有学者认为白垩系主要为沙漠沉积体系[4]。有关塔北隆起卡普沙良群沉积相的研究较为薄弱，人们在局部地区开展有利储集砂体及区带预测研究[5-6]。赵敖山等[6]认为，沙西—轮台地区亚格列木组可识别出冲积扇、辫状河、三角洲、辫状河三角洲和砾质滨岸等沉积体系；王英民等[7]认为，雅克拉地区亚格列木组主要发育水下冲积扇和辫状河三角洲相；刘永福等[8]认为，哈拉哈塘凹陷发育辫状河三角洲、曲流河三角洲及湖泊等沉积相；刘勇等[9]和徐桂芬等[10]认为，塔北隆起西部地区白垩系可识别出冲积扇、扇三角洲、辫状河三角洲、河流三角洲和湖泊等沉积相。

三角洲按供源体可分为扇三角洲、辫状河三角洲和曲流河三角洲，人们对中国陆相湖盆不同类型三角洲体系开展对比研究[11-13]，其中浅水环境发育的三角洲是近年研究的热点领域[14-16]。研究区早白垩世古气候干旱炎热，形成宽浅的氧化湖盆，发育的沉积体系有独特的沉积特征[17]，即发育靠近隆起周缘由古隆起提供物源的辫状河三角洲和东南部远源的曲流河三角洲沉积体系，两者沉积特征存在显著差异。利用岩心、测井和岩矿资料，分析辫状河三角洲和曲流河三角洲沉积特征的差异性，建立研究区沉积模式，为研究区后续碎屑岩油气勘探提供一定的理论依据。

1 区域地质背景

塔北隆起是位于塔里木盆地北部的一级构造单元，为中生代库车前陆盆地的前缘隆起，北邻库车坳陷，南接北部坳陷(见图1)，库车—塔北地区油气资源潜力巨大[18]。塔北隆起经历过多期次构造运动，晚加里东至早海西期，塔北隆起稳定抬升并遭受剥蚀；晚海西至印支期，受持续挤压应力作用，塔北隆起继承发展；燕山至喜山期为塔北隆起的调整定型期。白垩纪开始，库车前陆盆地边界大幅度南移，整体表现为南高北低的北倾斜坡形态[19]。塔北隆起通常划分为温宿凸起、英买力低凸起、轮台凸起和哈拉哈塘凹陷等二级构造单元[20]。

图1 塔北隆起构造单元划分及研究区位置Fig.1 Location of study area and subdivision of tectonic units in Tabei uplift

研究区位于塔北隆起西部，包括英买力低凸起和西轮台凸起的部分地区。白垩系地层上统遭受剥蚀；下统发育卡普沙良群和巴什基奇克组，卡普沙良群自下而上发育亚格列木组、舒善河组和巴西盖组。塔北隆起西部卡普沙良群为干旱炎热气候条件下的沉积，以红色碎屑岩为主，偶尔可见气候波动形成的暗色沉积。亚格列木组岩性主要为棕红色、灰绿色砂砾岩及中细砂岩，厚度为20～70 m，仅在研究区局部发育；舒善河组岩性主要为大套棕红色泥岩及粉砂岩，厚度为150～400 m；巴西盖组岩性为棕红色、棕褐色厚层细砂岩和厚层泥岩互层，厚度为30～70 m。研究区卡普沙良群可以划分为4个三级层序，自下而上为SQ1、SQ2、SQ3和SQ4。

2 沉积特征

塔里木盆地塔北隆起西部早白垩世属于大型氧化型宽浅坳陷湖盆沉积环境。根据岩心、测井、岩矿分析等资料，研究区卡普沙良群可识别出辫状河三角洲、曲流河三角洲及湖泊沉积体系。辫状河三角洲是盆内古隆起遭受剥蚀的碎屑物近源堆积而成，曲流河三角洲是远源的曲流河长距离搬运碎屑物质进入湖盆的产物。辫状河三角洲主要发育辫状河三角洲前缘亚相，曲流河三角洲主要发育三角洲平原和三角洲前缘亚相。

2.1 沉积微相

早白垩世卡普沙良群沉积期，辫状河三角洲和曲流河三角洲有丰富的物源供给。受沉积期干旱炎热的古气候影响，研究区湖平面频繁升降，三角洲前缘亚相在研究区最为发育。辫状河三角洲前缘亚相发育水下分流河道、河口坝和分流间湾微相，沉积主体部分为辫状水下分流河道。由于辫状河三角洲发育于古隆起周缘，受古地形和水动力综合影响，导致它快速进入湖盆。湖平面的频繁升降使可容纳空间变小，故河口坝和远砂坝发育较少。

曲流河三角洲的三角洲平原亚相发育分流河道、分流间湾和决口扇等微相；三角洲前缘亚相主要发育水下分流河道、河口坝和分流间湾等微相(见图2)。早白垩世沉积期，古气候干旱炎热，湖面频繁波动而引起水下河道频繁改道多期河道相互叠置。

2.2 测井相特征

辫状河三角洲前缘亚相的水下分流河道微相在测井曲线上可见大段箱形，齿化明显(见图3)，与上、下泥质沉积呈突变接触，说明物源供给充足；河口坝微相测井曲线呈漏斗形或齿化漏斗形；分流间湾微相测井曲线以局部可见指状高伽马为特征。

图2 研究区卡普沙良群曲流河三角洲沉积相综合柱状图

图3 研究区卡普沙良群辫状河三角洲沉积相综合柱状图

曲流河三角洲平原亚相的分流河道微相测井曲线呈微齿化大段箱形；决口扇微相表现为自然伽马曲线呈钟形，顶部渐变为分流间湾沉积，底部突变，具明显正韵律。水下分流河道微相测井曲线为由多个小段箱形复合型过渡为钟形或钟形—箱形复合型(见图2)；河口坝微相测井曲线呈底部渐变、顶部突变的漏斗形。

2.3 粒度分析

辫状河三角洲水下分流河道的粒度概率累积曲线表现为两段式(见图4(a))，跳跃总体含量在80%以上，斜率为53°，分选中等，粒径为0～2.5φ；悬浮总体斜率较小。河口坝的粒度概率累积曲线表现为三段式(见图4(a))，跳跃总体含量较高，斜率较高，说明它形成于较强水动力环境；悬浮总体含量较低。

图4 研究区卡普沙良群沉积微相粒度概率累积曲线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积曲线表现为两段式，跳跃总体含量在50%以上，斜率大于60°，分选较好；悬浮总体斜率较小(见图4(b))。河口坝的粒度概率累积曲线表现为三段式(见图4(b))，跳跃总体含量较高，约为70%，斜率大于50°，分选中等—较好；悬浮总体含量较低。

根据粒度概率累积曲线，辫状河三角洲砂体跳跃总体含量高，曲流河三角洲沉积物分选性更好，细粒沉积物的含量也更多。

2.4 分选磨圆

根据岩心薄片观察，分析研究区岩石颗粒的分选、磨圆程度(见图5)。研究区辫状河三角洲沉积主要以中粗粒岩屑砂岩为主(见图5(a、c-d))，含少量细粒(见图5(b))和含砾岩屑砂岩(见图5(c-d))；分选差—中等；磨圆以棱角状为主，含部分次棱角状，长石风化程度较浅，反映近源堆积的特征。岩石经过一定程度的压实作用后较致密，以颗粒支撑为主，颗粒之间呈点或线接触。

曲流河三角洲沉积主要以细粒岩屑长石砂岩为主(见图5(e、h))，含少量极细粒和中细粒岩屑长石砂岩(见图5(f-g))；分选中等—好；磨圆以次棱角状为主，含部分棱角状—次圆状，长石风化程度中等，反映沉积物搬运距离较远的特征。胶结类型为薄膜—孔隙式，岩石致密程度中等，颗粒之间多呈点接触。

图5 研究区卡普沙良群岩石薄片特征Fig.5 Thin section features of Kapushaliang group in the study area

2.5 沉积构造

辫状河三角洲水下分流河道主要发育平行层理、块状构造和高角度交错层理(见图6(b-d))，杂色砾岩较为发育(见图6(a))，证明古隆起遭受过强烈剥蚀，为周缘发育的辫状河三角洲提供丰富物源。此外，也可见局部发育的递变层理(见图6(f))。曲流河三角洲前缘亚相层理类型多样，在水下分流河道底部可见含泥砾砂岩，为明显冲刷面；湖平面频繁升降，导致水动力强弱变化，形成波状交错层理和脉状层理。水下分流河道微相发育多种类型的交错层理，底部可见明显冲刷面(见图6(j))，发育脉状层理、波状交错层理和楔状交错层理(见图6(g-i))；河口坝发育平行层理(见图6(e))，丰富的层理类型反映曲流河三角洲沉积时双向水流的沉积环境。

图6 研究区卡普沙良群典型沉积构造Fig.6 Typical sedimentary structures of Kapushaliang group in the study area

2.6 沉积序列

研究区辫状河三角洲主要发育于古隆起周缘，受古地形和水动力影响，发育间断的正韵律，缺少泥质沉积，表明沉积期水下分流河道在强水动力条件下反复跌宕，频繁迁移，相互叠置。研究区辫状河三角洲为退积型三角洲，垂向上主要为多个下粗上细的正旋回叠置而成的复合韵律，向上砾岩成分逐渐减少，粉细砂岩含量增加(见图7(a))。分流间湾主要由粉砂质泥岩和泥岩组成，因河道频繁改道，厚度一般较小。

图7 研究区卡普沙良群典型沉积序列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发育粉砂岩、细砂岩，向上可见分流间湾泥岩及粉砂质泥岩。垂向上可见两种典型的沉积序列：一种为水体能量逐渐减弱环境下形成的沉积物向上逐渐变细的正韵律(见图7(b))，表现为水下分流河道的粉砂岩向上演化为分流间湾的泥岩，一般为多个正韵律叠置而成的复合韵律；另一种是形成于较强水动力条件下，后期水下河道冲刷前期的粉砂和泥质沉积，多期河道叠置复合，表现为多期河道砂体叠置，缺少细粒沉积物(见图7(c))。

3 差异性分析

通过对塔北隆起西部辫状河三角洲与曲流河三角洲相沉积特征分析，两者存在明显的差异性(见表1)。卡普沙良群沉积期，曲流河三角洲不断向隆起区推进，辫状河三角洲的分布范围随古隆起范围减小而变小；至卡普沙良群沉积晚期，古隆起被淹没，辫状河三角洲逐渐不再发育(见图8)。辫状河三角洲主要发育于古隆起周缘地区，曲流河三角洲自研究区东南部不断向西北方向推进(见图9)。

辫状河三角洲以细砂岩、含砾细砂岩和中—细砂岩为主，碎屑组成以岩屑为主；发育多种孔隙类型，原生粒间孔、粒间溶蚀孔、粒内溶蚀孔有分布，属于中孔、中—低渗储层类型(见图10)。平均孔隙度为12.31%，主要分布于10.00%～15.00%；平均渗透率为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为主要的储集砂体类型，岩性以细砂岩和粉砂岩为主，成分成熟度较高，分选中等—好；孔隙较发育，主要为粒间孔、粒间溶孔，其次为粒内溶孔和微孔隙。平均孔隙度为19.53%，主要分布于20.00%左右；平均渗透率为66.65×10-3μm2，主要分布于(10.00～100.00)×10-3μm2，为中孔、中渗储层类型。总体上，曲流河三角洲砂体的储集性能优于辫状河三角洲的。

表1 研究区辫状河三角洲与曲流河三角洲沉积特征

图8 研究区卡普沙良群连井沉积相对比剖面Fig.8 Connecting-well sedimentary profile of Kapushaliang group in the study area

两类三角洲沉积特征的差异主要受物源和构造活动两方面的影响。首先，两类三角洲发育于不同的沉积环境，沉积物的物源区不同。辫状河三角洲发育于古隆起周缘区，曲流河三角洲发育于盆地较平缓的地区，为远源河流携带沉积物进入湖盆而形成的。辫状河三角洲砂体以岩屑砂岩为主，大多数石英的体积分数低于岩屑的，较高的岩屑体积分数表明它具有较低的成分成熟度，为近源堆积特征；曲流河三角洲沉积砂体以长石砂岩为主，大多数长石体积分数高于岩屑的，较低的岩屑体积分数表明它主要是由远源碎屑物经受风化剥蚀、远距离搬运而形成的(见表2)。来自于古隆起物源的沉积物岩屑体积分数较高，岩屑主要为岩浆岩屑和变质岩屑；来自于远源物源的沉积物石英体积分数较高，岩屑以沉积岩岩屑为主。

其次，两类三角洲发育于不同构造活动时期，导致沉积规模有所差别。辫状河三角洲主要发育于亚格列木组沉积期，对应古天山逆冲构造活动初始期，塔北古隆起遭受强烈剥蚀，剥落的砂砾岩堆积于古隆起周缘区域[8,21]。曲流河三角洲主要发育于舒善河组和巴西盖组沉积期，舒善河组沉积期对应构造活动中期，逆冲作用增强，可容纳空间增加，形成水进序列，发育小规模的曲流河三角洲，滨浅湖泥质沉积分布广泛；巴西盖组沉积期处于古天山逆冲活动的减弱或停息期，盆地沉降变缓，曲流河三角洲广泛发育，向盆地腹地推进较远，沉积规模较大[22]。

图9 研究区三级层序SQ2 高位体系域沉积相分布

层位φ(岩矿组分)/%石英长石岩屑杂基胶结物粒径/mm分选磨圆井号亚格列木组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巴西盖组38.0～55.025.0～40.015.0～23.02.0～5.01.0～10.00.03～0.80中等—好;次棱、次圆—次棱英买46、英买206、英买5

图10 研究区不同三角洲相储层物性分布

通过辫状河三角洲与曲流河三角洲沉积特征分析，建立研究区沉积模式，即塔北隆起西部卡普沙良群沉积期，古隆起暴露剥蚀后的沉积物经搬运在隆起周缘形成辫状河三角洲，而东南部的远源曲流河三角洲不断向湖盆中心推进，沉积范围不断扩大(见图11)。

图11 研究区卡普沙良群沉积模式Fig.11 The depositional model of the Kapushaliang group in the study area

4 结论

(1)塔北隆起西部卡普沙良群发育辫状河三角洲和曲流河三角洲沉积，主要发育辫状河三角洲前缘、三角洲平原、三角洲前缘等亚相，可进一步识别出分流河道、决口扇、水下分流河道、河口坝和分流间湾等沉积微相。

(2)研究区两类三角洲沉积特征差异明显，辫状河三角洲以中细粒岩屑砂岩为主，粒度概率累积曲线跳跃总量含量高，分选磨圆差，发育杂色砾岩和大型交错层理。曲流河三角洲以细粒岩屑长石砂岩为主，粒度概率累积曲线悬浮总量较辫状河三角洲的含量高，分选磨圆较好，层理类型多样，发育下粗上细具“二元结构”沉积序列和多河道复合的缺“二元结构”沉积序列。

(3)辫状河三角洲发育于古隆起周缘，由古隆起遭受暴露剥蚀提供物源，发育范围与隆起规模有关；曲流河三角洲为来自于研究区东南部的远源河流进入宽浅氧化湖盆的沉积，不断向隆起区推进。曲流河三角洲砂体的储集物性优于辫状河三角洲砂体的，为更有利的储集砂体，其发育区带是下一步勘探的重点目标。

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