臺北凹陷淺水三角洲沉積特征及勘探啟示

肖冬生，陳 旋，陳永慧，何燕清，張 華*

（1.中油吐哈油田博士后科研工作站，新疆 哈密 839009；2.中油吐哈油田分公司，新疆哈密 839009）

引 言

三角洲的研究始于1885年至1890年G. K. Gilbert對美國Bonneville湖更新世三角洲沉積體的研究。國內(nèi)外學者對三角洲開展了大量研究工作，研究主要涉及類型劃分、形成條件、動力學特征、沉積作用過程、沉積特征等多個方面[1-3]。研究證實，淺水三角洲形成的古地形背景、水動力學特征、三角洲形態(tài)、微相類型及三角洲內(nèi)部結構等與正常三角洲存在很大差異[4-7]。目前，淺水三角洲研究主要集中在大型坳陷湖盆及萎縮期斷陷湖盆，鮮見前陸盆地淺水三角洲研究成果。以吐哈盆地臺北凹陷三間房組為例對前陸湖盆淺水三角洲發(fā)育地質條件及沉積特征進行分析，并從鄯善弧形帶勘探實踐中得出了前陸盆地淺水三角洲油氣勘探啟示，以期為中國中西部地區(qū)廣泛發(fā)育的前陸盆地油氣勘探提供借鑒。

1 區(qū)域地質背景

吐哈盆地是一個多階段、多類型盆地疊置形成的多旋回復合盆地[8]。臺北凹陷是盆地內(nèi)最大的富油氣凹陷，含油氣構造帶主要分布在凹陷南緣和西緣。主力含油層系三間房組沉積期，臺北凹陷處于早期再生前陸盆地演化階段，發(fā)育西、南、北3個方向的沉積體系，呈“東西高、中間低，南緩北陡”古地理格局[9]。

2 淺水三角洲發(fā)育的地質條件

2.1 構造運動與古地形條件

古地理環(huán)境對沉積物供應和沉積體系分布起重要控制作用，如現(xiàn)代里海Volga淺水三角洲的平均坡降只有5cm/km[10]，松遼盆地姚一段沉積期北部地層傾角只有0.07～0.95°，南部為 0.07～0.58°[11]。臺北凹陷南部覺羅塔格山褶皺隆升始于中石炭世末，山前形成前陸盆地，至晚二疊世逆沖活動基本停滯，凹陷南緣形成寬泛的斜坡區(qū)；北部博格達裂谷從晚二疊世開始回返，之后在近南北向的擠壓作用下忽強忽弱地持續(xù)隆升[12]，造就了侏羅系沉積期“碟狀”古地理背景，呈西、南緣寬緩穩(wěn)定、北緣窄陡突變的特點。凹陷內(nèi)三間房組地層厚度為0～1300m。據(jù)地層厚度估算，凹陷北緣窄陡，地層傾角為4.00～6.00°，南緣為覺羅塔格山前緣寬緩斜坡，傾角為 0.29～0.50°，西緣為布爾加凸起前緣大型寬緩斜坡，傾角為0.09～0.30°。凹陷西、南緣平緩的古地形為發(fā)育淺水三角洲提供了必要條件。

2.2 古氣候與沉積物供給條件

氣候環(huán)境對物源區(qū)剝蝕物的組成、水體的大小、沉積物的性質及供給條件等都具有強烈的控制作用。三間房組孢粉組合為云杉粉屬—桫欏孢屬—克拉梭粉（Piceaepollenites-Cyathidites-Classopollis），以克拉梭粉（Classopollis）含量急劇上升（平均為 19.4%）區(qū)別于下伏西山窯組溫暖潮濕的溫帶-亞熱帶桫欏孢屬—三角孢屬—四字粉屬組合（Cyathidites—Deltoidospora—Quadraeculina）[8]；鎂/鈣值為1.6～7.5，平均值為 5.3；古氣候指數(shù)平均為 0.22；硬石膏和重晶石等自生礦物體積分數(shù)為 0.5%～2.0%[13]，表明三間房組沉積期古氣候整體較為干熱。干熱的古氣候加劇了母巖區(qū)的物理風化作用，產(chǎn)生了豐富的紫紅色、棕紅色及雜色碎屑物質，為河流提供了充分的物源供給。

2.3 古水深與湖平面變化

臺北凹陷三間房組為一套淺水河湖相沉積。巖心觀察及巖屑錄井表明，三間房組砂泥巖剖面中發(fā)育多層棕紅色、紫紅色、雜色及灰綠色泥巖，泥巖中可見直立狀蟲孔遺跡、碳化植物莖葉化石及灰質、白云質團塊；砂巖中常見波紋層理、爬升層理等沉積構造，反映了淺水湖泊沉積環(huán)境特征及湖平面的頻繁升降過程。

3 淺水三角洲沉積相類型及沉積特征

3.1 沉積相類型

3.1.1 淺水三角洲平原

淺水三角洲平原亞相主要發(fā)育在凹陷南緣廣泛斜坡背景，包括分流河道、河道間和泛濫平原沼澤3種微相類型。分流河道構成三角洲平原的骨架砂體，河道二元結構特征明顯，下部以中粗砂巖、砂礫巖為主，中上部為細、粉砂巖；河道底部常見泥礫，沖刷現(xiàn)象明顯，反映了強水動力特征；分流河道在測井曲線上以鐘形和齒化箱型為主。河道間由紫紅色、雜色、灰綠色及灰色泥巖組成，反映了陸上沉積特征。泛濫平原沼澤以灰色、深灰色泥巖與炭質泥巖或薄煤層互層沉積為特征，為三角洲平原地勢低洼區(qū)相對穩(wěn)定淺水環(huán)境沉積產(chǎn)物。

3.1.2 淺水三角洲前緣

淺水三角洲前緣亞相主要發(fā)育水下分流河道、河道間和席狀砂3種微相類型。水下分流河道以灰色、灰白色細砂巖和中砂巖為主，粗砂巖和粉砂巖次之，主要發(fā)育槽狀、板狀交錯層理及平行層理，底部可見沖刷現(xiàn)象，單期分流河道厚度為 2～15m；垂向上，一般由多期河道疊置而成，且常見早期河道頂部粉砂巖-泥巖被后期河道沖刷改造現(xiàn)象；平面上，沿水流方向砂體呈連續(xù)或斷續(xù)條帶狀分布；測井曲線上以鐘形和齒化箱形為主。河道間以灰色、灰綠色泥巖和粉砂質泥巖為主，主要發(fā)育水平層理，偶見蟲孔構造，常見炭化植物碎片。席狀砂以灰色、灰白色粉砂巖為主，分選磨圓好，常見波紋層理，厚度多小于 2m，測井曲線呈對稱指型，平面上連片分布。

3.1.3 前淺水三角洲

前淺水三角洲亞相位于三角洲前緣末端，巖性由灰色、深灰色泥巖和粉砂質泥巖組成，主要發(fā)育水平層理和塊狀層理，與湖泊相不易區(qū)分。

3.2 淺水三角洲沉積特征

淺水三角洲的平面展布、內(nèi)部結構及微相類型等與正常三角洲存在明顯差異，主要表現(xiàn)在以下方面。

（1）“河控”特征明顯，前緣亞相以水下分流河道、河道間為主，河口壩基本不發(fā)育。水動力學條件是控制三角洲沉積特征的重要因素。臺北西部三間房組沉積期，湖盆水體淺、能量弱，陸上河流攜帶沉積物入湖以后，受湖流、湖浪影響較小，尤其在河流剛入湖的河口區(qū)附近，表現(xiàn)出明顯的河流控制沉積特點。“河強湖弱”水動力學特征決定了淺水三角洲前緣亞相以水下分流河道和河道間微相為主。河口壩基本不發(fā)育，主要原因：一是湖泊水體能量較弱，不利于河口壩的形成；二是湖岸線的頻繁變化使得先期存在的河口壩容易被后期遷移或疊置的分流河道沖刷破壞，不利于保存。

河流入湖以后，隨著遠離湖岸而向湖盆中心推進，河流能量逐漸減弱，湖流、湖浪作用相對增強，對水下分流河道末端粉、細砂巖具有一定改造作用，出現(xiàn)不同程度的席狀砂化。如神泉地區(qū)，處于南物源淺水辮狀河三角洲前緣末端，多見單層厚度為0.5～2.0m的粉砂巖、細砂巖，電測曲線呈中低幅對稱指狀，平面連片性較好，為分流河道末端席狀砂化成因。

（2）湖岸線大范圍遷移，三角洲持續(xù)推進至湖盆中心，形成“滿盆砂”。三間房組一段灰綠色-棕紅色泥巖、二段多層雜色泥巖及三段上部灰色-灰綠色泥巖大面積分布，在臺北凹陷西、南緣桃兒溝、勝南-雁木西、神泉、英也爾、鄯南、紅胡、溫吉桑南等環(huán)凹斜坡區(qū)廣泛發(fā)育，反映了沉積期緩坡背景下湖盆水體頻繁漲縮過程伴隨著湖岸線大范圍遷移。由于古地形平緩，環(huán)凹斜坡區(qū)頻繁大面積出露水面或處于極淺水環(huán)境，導致湖平面下降期分流河道持續(xù)向前推進，平面呈樹枝狀，一直延伸至湖盆中心，形成“滿盆砂”。

（3）不具備正常建設性三角洲“頂積層、前積層、底積層”沉積結構，剖面結構呈多期河道疊覆組合特征。由于古地形平緩，無明顯沉積坡折，使得淺水三角洲平原與前緣亞相無明顯變換界線，因此，淺水三角洲不具備正常建設性三角洲“頂積層、前積層、底積層”沉積結構。在臺北西部地震剖面上很難找到大型建設性三角洲特有的“S”型前積反射結構；季節(jié)性洪水期，河流攜帶沉積物增加，沉積物快速向前推進，平面上形成單一的薄層朵葉體，多個洪水期形成的朵葉體相互疊置形成復合體，在剖面上表現(xiàn)為多期河道疊覆的正韻律組合特征，地震剖面表現(xiàn)為小型“疊瓦狀”地震反射特征。

臺北西部鉆井揭示出多期河道疊覆組合方式包括有泥巖分隔的間斷正韻律組合和無泥巖分隔的連續(xù)組合。前者在不同時期分流河道之間存在明顯泥巖分隔，泥巖顏色從灰色、灰綠色、棕紅色到紫紅色變化較大，厚度從幾米到幾十米不等，河道“二元結構”保存完整，正韻律特征明顯，該組合方式主要分布在淺水三角洲平原；后者在不同時期分流河道之間無泥巖分隔或泥巖層很薄，泥巖多為灰色，為后期河道沖刷破壞早期河道“二元結構”中上部泥巖的結果，該組合方式主要分布在淺水三角洲前緣主體區(qū)，反映了該相帶可容空間增長速率較低、分流河道水動力較強、頻繁沖刷-遷移的沉積過程。

4 鄯善弧形帶淺水三角洲油氣勘探啟示

鄯善弧形帶位于臺北凹陷東部，包括丘陵、鄯善、溫米、丘東等油氣田，三間房組為主要含油層系。2012年開始，以淺水三角洲地質認識為指導，鄯善弧形帶發(fā)現(xiàn)了一系列構造-巖性油氣藏，逐步實現(xiàn)主體構造疊合連片含油。筆者從中總結出以下勘探啟示，以期為同類盆地相近地質條件地區(qū)的油氣勘探提供借鑒。

4.1 前緣斜坡區(qū)為前陸盆地淺水三角洲發(fā)育的有利構造單元

三間房組沉積期，臺北凹陷處于再生前陸盆地演化階段，在北部博格達山褶皺-逆沖帶載荷作用下，凹陷南部前緣斜坡區(qū)發(fā)生撓曲沉降，表現(xiàn)為寬泛緩坡，古地形特征與坳陷湖泊具有一定的相似性，為前陸盆地淺水三角洲發(fā)育的有利構造單元。不僅吐哈盆地，中國中西部塔里木、準噶爾、柴達木等前陸盆地普遍具有再生前陸盆地的特征[14]，其前緣斜坡區(qū)往往具有寬、緩構造背景，如具備物源供給、古水深及湖平面變化等地質條件，也可發(fā)育淺水三角洲。

4.2 樹枝狀“窄河道、薄砂體”決定了構造-巖性復合型油藏為主要油藏類型

圖1為鄯善弧形帶三間房組SC13-2層序構造-沉積疊合圖。由圖1可以看出，淺水三角洲前緣水下分流河道較為發(fā)育，呈樹枝狀展布，沉積的“窄河道、薄砂體”與中晚燕山期逆沖構造匹配，在構造斜坡區(qū)及結合部平臺區(qū)以構造-巖性油氣藏為主，構造背景下油氣分布明顯受巖性控制。在鄯善南斜坡、丘東背斜南翼、溫8塊與溫西8塊結合部針對構造-巖性圈閉部署的SN3、W11、W403等井均獲成功。勘探結果表明，除五級層序SC13-2因河道砂體連續(xù)性較好而在WX3和W5井區(qū)表現(xiàn)出一定的構造油藏特征外，其他層序均表現(xiàn)為構造-巖性復合型油藏特征。另外，繼鄯善弧形帶之后，具有相近地質背景的紅連構造帶、葡北-葡萄溝構造帶淺水三角洲勘探也獲得新進展，P406、PB104、HN6等構造-巖性油藏的發(fā)現(xiàn)打破了前人背斜構造油藏的認識。

圖1 鄯善弧形帶三間房組SC13-2層序構造-沉積疊合圖

4.3 淺水三角洲“滿盆砂”為前淵凹陷區(qū)油氣成藏提供了儲層條件

由于古地形寬、緩，湖平面的小幅升降引起湖岸線大范圍遷移，基準面下降期分流河道持續(xù)向前推進至前淵凹陷區(qū)，形成“滿盆砂”。三間房組沉積期，隨著湖岸線南北遷移，鄯善弧形帶不同層序砂體推進距離最大相差8km以上，如前淵凹陷區(qū)的丘陵地區(qū)距相對穩(wěn)定的湖岸位置（馬紅斷層）達16km，SC12至SC14層序水下分流河道砂體仍較為發(fā)育，單砂層厚度為 3～16m。由此推測，丘陵、鄯東、米登以北的前淵凹陷區(qū)仍具備儲層條件，可能發(fā)育構造-巖性油藏或巖性油藏。

4.4 高分辨率層序地層學和地震沉積學方法精細儲層描述是勘探的核心工作

研究區(qū)構造特征落實程度高，精細儲層描述是落實構造-巖性油氣藏的關鍵。三間房組沉積期，研究區(qū)發(fā)育辮狀河三角洲-濱淺湖沉積體系，湖平面頻繁周期性升降，基準面變化對儲層發(fā)育控制作用明顯，這是高分辨率層序地層學方法的適用基礎。研究中將三間房組劃分為3個長期基準面旋回、5個中期基準面旋回和13個短期基準面旋回（相當于單砂層），有效建立了五級層序地層格架。三間房組儲層以 300～500m窄河道、2～15m薄砂體為主，橫向變化快，常規(guī)地震屬性及反演受解釋層位和分辨率限制，儲層預測效果不好，而地震沉積學方法利用地質體平面尺度大于垂向厚度的特點，充分發(fā)揮地震資料平面分辨率優(yōu)勢，通過地層切片、90°相位旋轉等手段可較好刻畫出河道砂體展布及演化特征。

5 結 論

（1）三間房組沉積期，臺北凹陷處于早期再生前陸盆地演化階段，凹陷西、南緣古地形寬緩，氣候干熱，沉積物供給充足，湖泊水體淺、能量弱，湖平面頻繁升降，湖岸線大范圍遷移，以淺水辮狀河三角洲和濱淺湖沉積為主。

（2）淺水三角洲“河控”特征明顯，前緣亞相以水下分流河道、河道間為主，砂體呈樹枝狀持續(xù)推進至湖盆中心，形成“滿盆砂”，剖面結構呈多期河道疊覆組合特征。

（3）前緣斜坡區(qū)為前陸盆地淺水三角洲發(fā)育的有利構造單元，樹枝狀“窄河道、薄砂體”決定了構造-巖性復合型油藏為主要油藏類型，“滿盆砂”為前淵區(qū)巖性油藏提供儲層條件，高分辨率層序地層學和地震沉積學方法精細儲層描述是勘探的核心工作。

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