川西拗陷新场地区须二段沉积微相与砂体展布

王兴龙, 刘 磊, 林良彪, 陈洪德,刘君龙, 潘 博, 王志康, 刘开鸾

(1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学)，成都 610059；2.中国石化石油勘探开发研究院，北京 100083；3.四川省地质矿产勘查开发局 成都综合岩矿测试中心，成都 610081)

川西前陆盆地上三叠统须家河组(T3x)是陆上油气勘探的重要层位[1-16]。须家河组第二段(简称“须二段”, T3x2)沉积期，龙门山及米仓山-大巴山构造活动分为2幕，早期构造活动以强烈挤压为主，末期活动相对减弱[2,12-15]，自北向南沿龙门山沉积厚层砂体。由于盆地形成过程中构造背景十分复杂，小尺度的沉积演化以及精细的砂体展布规律研究成为难点[1-8,17-25]。前人对川西前陆盆地须家河组的地层划分、构造演化、砂体充填方式描述相对较多，但总体为盆地级或大尺度的研究。郑荣才等[2-5]搭建了须家河组层序地层格架，阐明了不同时期四川盆地须家河组各时期古地理特征及沉积相带展布规律，并提出多元相沉积体系来预测砂体分布；林良彪等[7]、叶黎明等[8]、刘安然等[9]建立了川西须家河组高分辨率层序地层，明确了须二段为川西前陆盆地开始形成期，沉积环境主要为海湾背景下的海相三角洲；施振生等[12]解释了四川盆地须家河组第二、第四、第六段大面积富砂的原因，强调坡降、物源、海平面升降对控砂的重要性；刘君龙等[13]将川西须家河组划分为造山期与宁静期两个体系域，指出须二段时期为造山期，主要发育粗粒沉积物。

尽管上述学者对川西前陆盆地须家河组取得了许多的成果认识，但对新场地区须二段精细的沉积微相、砂体展布的规律和主控因素研究尚待深入。本文着重精细刻画新场地区不同水动力背景下的沉积微相与砂体展布特征，明确新场地区须二段内不同时期砂体展布的主控因素，揭示储集砂体分布规律，旨在为优质储层预测以及油气探勘有所启示。

1 区域地质背景

新场构造带隶属于川西拗陷内的Ⅲ级构造单元，位于龙门山前缘中部地带，自西向东延伸，倾伏幅度较小(图1)。须二段沉积期，龙门山上冲推覆体的自西向东侧向挤压和巨厚沉积物重力负荷的双重作用，导致川西拗陷岩石圈发生强烈扭曲变形和大幅度沉降，随后西北部龙门山和北大巴山的隆升，使得四川盆地初具形态，并在很长一段时间内都表现出西深东浅的古地貌特征[12]。在此过程中海水沿着龙门山与康滇古陆缺口进入川西拗陷盆地，发育快速进积和缓慢退积的辫状河三角洲沉积体系。研究区位于三角洲前缘及前三角洲相带并且靠近物源区[7]，在沉积体系演化过程中，始终成为重要的优质浅层气藏储集相带[16]。

2 地层特征

依据岩石类型以及岩性组合将新场地区须二段划分为3个亚段，并进一步划分为10个砂组，分别对应下亚段(T3x2-7-T3x2-10)、中亚段(T3x2-4- T3x2-6)、上亚段(T3x2-1- T3x2-3)(图2-A)。

图1 新场地区构造位置及井位略图Fig.1 Tectonic location and drilling well positions in Xinchang area(A)新场地区构造位置图； (B)井位分布图

图2 新场地区须二段地层划分及连井剖面Fig.2 Stratigraphic division and well-connecting profile of the Xu 2 in Xinchang area

上冲推覆造山运动导致的岩石圈巨大变形使得山前构造带挠曲凹陷[6-8]，新场地区沉积的须二段地层整体呈现“西厚东薄”的特征，主要发育大套中粗砂岩夹中薄层泥岩，西部地层厚度达到740 m，东部仅为550 m。其中下亚段地层“西厚东薄”，下部发育大套粗砂岩与中砂岩韵律互层，上部发育一套泥岩；中亚段地层厚度较为均一，主要以中粗砂岩为主；上亚段地层则表现为“东厚西薄”，整体为大套泥岩夹不等厚中砂岩。须二段沉积时期新场地区地层发育特征反映了沉降、沉积中心由西向东迁移的过程(图2-B)。

3 沉积微相与砂体展布

沉积微相控制着更小尺度的砂体展布方式，详细刻画沉积微相对总结砂体展布规律有着指导性作用[9]。通过岩心观察、测井识别、井-震结合、地震相分析等综合研究，认为研究区发育海陆过渡体系的三角洲前缘亚相和前三角洲亚相，并进一步识别出水下分流河道、分流河道间、河口坝、前三角洲泥4类沉积微相(图3，表1)。

3.1 沉积相类型

须二段沉积时期新场地区西靠龙门山、北邻米仓山-大巴山，充足的物源供给使得新场地区广泛富砂。基于最新认识，建立了新场地区须二段沉积模式，并进一步讨论了须二段时期砂体展布特征以及演化规律。

表1 新场地区须二段不同时期沉积相类型Table 1 Types of sedimentary facies of the Xu 2 at different periods in Xinchang area

该时期水下分流河道微相以粗-中砂岩为主，单层砂体较厚，最大厚度达到30 m以上。地震相显示出杂乱、不规则的反射特征，以中强振幅及中弱振幅为主，振幅强度变化较大(图4-A)。测井相显示有轻微回返，呈低幅齿化状“箱形”，顶底突变明显，具有稳定沉积特征，属于典型的水下分流河道微相(图4-D)。

河口坝沉积速率较快，在油气勘探中也被视为重点微相[23-24]。岩性组合为向上发育泥质粉砂岩-粉砂岩-细砂岩-中砂岩的反韵律特征，并且发育沙纹层理、交错层理和平行层理(图4-D)。地震相呈透镜状、高频、中弱振幅反射特征，反映沉积环境不稳定且变化快(图4-B)，测井形态以“漏斗形”为主。

图3 新场地区川孝565井须二段沉积综合柱状图 Fig.3 Comprehensive sedimentary column of the Xu 2 in Well CX565

图4 新场地区须二段过井地震剖面及沉积相综合柱状图Fig.4 The cross-well seismic profile and comprehensive sedimentary facies of the Xu 2 in Xinchang area(A)过川孝565井水下分流河道地震识别剖面; (B)过新场15井河口坝地震识别剖面; (C)过新场15井分流河道间地震识别剖面; (D)新场15井测井、录井、岩心沉积相综合柱状图

分流河道间受控于海平面与河道迁移方向的变化，广泛发育于新场地区须二段，规模大小不一。沉积物粒度较细，岩性主要以大段的泥岩为主，其中也夹杂薄层的粉砂和少量的细砂。地震相显示出平行及亚平行关系，振幅强，反射同轴连续性较好，沉积环境稳定(图4-C)；单井上识别测井曲线伽马值为90～103 API，发育水平层理(图4-D)。

前三角洲泥微相仅在T3x2-1时期发育，沉积物粒度最细，岩性以黑色泥岩为主。地震反射特征与分流河道间相似，但分布范围较大，测井曲线伽马值大于103 API。

3.2 砂体展布特征

龙门山构造活动不仅影响着须二段整体的地层发育特征，也控制着砂体的发育规模和展布方式。在幕式构造活动控制下，砂体最厚区域经历了由西缘到东缘的迁移过程。但不同亚段时期砂体发育特征有明显差异性：下亚段时期砂体横向连通性差，空间上呈不连续叠置发育，西部砂体发育程度优于东部砂体；中亚段时期砂体整体较厚，空间上连续叠置，连通性强，单砂体厚度达到最大；上亚段时期砂体“西薄东厚”，东部砂体空间上连续叠置，连通性较好，砂体发育程度整体优于西部砂体(图5)。

图5 新场地区须二段砂体连井图Fig.5 Sand body connection diagram of the Xu 2 in Xinchang area

3.2.1 下亚段砂体展布特征

T3x2-8砂组沉积时期西北部砂体发育程度较高，新场地区西侧相对富砂，孝深1井砂体最大厚度达到81 m，并且由此趋势成阶梯式向东部递减，具有“西厚东薄”的特征(图6-A)。T3x2-7砂组在T3x2-8砂组的基础上继承性发育，砂体展布特征相近，东侧砂体沉积速率快速增加，形成“两侧厚中间薄”的沉积特征；相对于T3x2-8砂组时期物源丰富，河道砂面积相对增大，呈连片式沉积(图6-B)。

3.2.2 中亚段砂体展布特征

中亚段早期，即T3x2-6、T3x2-5砂组，砂体厚度较下亚段没有明显变化。西部砂体厚度均一，砂体平面变化小(图6-C)；东部砂体快速发育；中部砂体沉积速率增快：逐渐形成“两侧厚中间薄”的沉积特征(图6-D)。中亚段末期，即T3x2-4砂组沉积期，砂体厚度为整个须二段时期的最高峰，平均厚度达到70 m，新场中部和东部地区砂体沉积速率的快速增大使得此时期“满区富砂”(图6-E)。

3.2.3 上亚段砂体展布特征

T3x2-3砂组沉积时期的显著特征是砂体最厚区域迁移至新场东部，砂体厚度由西至东开始呈阶梯式递增，逐渐形成“东厚西薄”的特征(图6-F)。T3x2-2砂组沉积时期，砂体展布继承性发育，致使新场地区东部砂体不断变厚，西部地区砂体厚度持续减薄(图6-G)。T3x2-1砂组沉积时期砂体厚度整体减薄，但仍具有“东厚西薄”的特征。此时期由于须二末期的构造活动，西部地区地层整体被剥蚀(图6-H)。

3.3 沉积水体能量演化特征

新场地区须二段沉积期发育大套砂岩，而砂岩是河道的卸载体，通过统计中粗砂岩含量能够有效反映该时期沉积水体能量演化特征[25]。新场地区须二段中亚段沉积期中-粗砂岩含量最高，上亚段次之，下亚段低；空间上反映沉积水体能量由弱突然增强再缓慢减弱的过程，T3x2-2、T3x2-3、T3x2-4、T3x2-5、T3x2-6砂组时期水体能量最强，河道动能最大(图 7)。

3.4 沉积相展布特征

T3x2-8砂组沉积时期主要以水下分流河道微相为主，由北西往南东方向推进，河口坝主要发育在西侧(图8-A)。T3x2-7砂组沉积时期，水下分流河道依然是主要沉积微相，受海平面和物源进一步影响，河道发生部分改道，河口坝范围扩大到东侧(图8-B)。

T3x2-6、T3x2-5沉积时期河道继承性发育，主河道的数量及推进方向变化较小，但砂体展布特征由北向南似“条带状”发育。中亚段海岸线整体向南迁移，说明该时期海平面快速下降，致使河口坝面积开始缩小，水下分流河道微相转变为新场地区的主要相带(图8-C、D)。T3x2-4砂组沉积时期主河道微相面积进一步增大，海平面的快速下降导致新场地区相带整体向南迁移，河道砂体不断进积，河口坝逐渐消失(图8-E)。

T3x2-3砂组沉积时期仍然以水下分流河道微相为主，海平面进一步下降，河道开始向新场地区东部迁移(图8-F)。T3x2-2砂组沉积时期河道规模开始减少，河道砂呈北东-南西方向展布，覆盖面积较大(图8-G)。与上述砂组不同，T3x2-1砂组沉积时期新场东部处于三角洲前缘，水下分流河道由北向南展布，河道整体向东迁移；而西部大面积处于前三角洲，主要发育前三角洲泥微相(图8-H)。

4 须二段沉积模式

川西前陆盆地须家河组发育海相、海陆过渡相、陆相等一系列完整的沉积体系[3]。须二段沉积时期，受印支Ⅱ幕运动影响，龙门山强烈推覆隆升，古特提斯洋逐渐闭合[26]，物源主要来自米仓山-大巴山地区，川西前陆盆地发育海陆过渡相的辫状河三角洲体系[7]。新场地区主体位于辫状河三角洲前缘地带，沉积一套厚层的粗中砂岩[13]；但不同时期砂体叠置与展布差异明显，其主控因素也各不相同。

下亚段沉积时期，米仓山-大巴山构造活动致使快速海退，该时期沉积水体动力最弱，砂体连通性较差，厚层砂体发育在新场地区东部。由于海岸线退至新场地区南部，前缘位置便于河道砂体卸载，有利于发育大量河口坝砂体[12]；三角洲砂体向前进积，相带向南迁移，砂体整体“西厚东薄”并呈北西-南东方向大面积展布。

中亚段时期，受北部米仓山-大巴山以及西侧龙门山“双构造”活动影响，双物源同时向新场内部供源，沉积水体能量达到最大，全区发育厚层砂体，连通性好。新场地区坡度平缓，平面上主河道频繁迁移侧向侵蚀[12]，空间上砂体相互叠置，沉积中心逐渐向东迁移，致使砂体大面积分布。

上亚段时期，海水倒灌，沉积水体能量开始减弱，西部地层减薄，砂体规模开始整体变小，最大砂体厚度区域迁移至新场地区东部，形成“东厚西薄”的特征[13]。水下分流河道几经改道不断向东迁移，分流河道间大面积发育，但河道砂依旧是主体。T3x2-1时期受特提斯洋关闭剪切应力影响，海平面上升至新场地区[27]；前三角洲亚相在新场西缘开始发育，丰富了新场须二时期的沉积相类型，也预示着新场地区即将迎来新的沉积充填序列(图9)。

图8 新场地区须二段各砂组沉积微相图 Fig.8 Sedimentary micro-facies map of each sand group of the Xu 2 in Xinchang area

图9 川西拗陷新场地区须二段沉积模式图Fig.9 Depositional model of the Xu 2 in Xinchang area

5 结 论

a.受大巴山-米仓山构造影响，新场地区须二段沉积时期砂体展布整体表现为空间上相互叠置、平面上广泛展布。下亚段沉积时期，沉积水体动力最弱，连通性差，砂体“西厚东薄”；中亚段沉积时期，沉积水体动力最强，砂体厚度达到最大值，连通性强；上亚段沉积时期，沉积水体动力减弱，新场西缘地层被剥蚀，砂体最厚区域迁移至新场东部地区。

b.新场地区须二段时期沉积体系为海陆过渡体系下的辫状河三角洲前缘。微相以水下分流河道为主，河口坝受海平面迁移仅在高水位时期发育；分流河道间存在于各个时期，仅在须二末期新场西缘发育前三角洲泥微相。水体能量在中亚段时期达到最强，上亚段次之，下亚段最弱。

c.上冲推覆构造下的物源体系控制了新场地区须二段砂体的最大厚度；海平面升降、河道侧蚀作用等因素控制了砂体展布差异以及空间叠置方式。下亚段沉积时期砂体顺物源方向弱进积，中亚段沉积时期强进积，上亚段沉积时期弱退积；富砂区域经历了由新场西缘向东缘的转移过程。