川西拗陷新場地區(qū)須二段沉積微相與砂體展布

王興龍, 劉 磊, 林良彪, 陳洪德,劉君龍, 潘 博, 王志康, 劉開鸞

(1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué))，成都 610059；2.中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；3.四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 成都綜合巖礦測試中心，成都 610081)

川西前陸盆地上三疊統(tǒng)須家河組(T3x)是陸上油氣勘探的重要層位[1-16]。須家河組第二段(簡稱“須二段”, T3x2)沉積期，龍門山及米倉山-大巴山構(gòu)造活動分為2幕，早期構(gòu)造活動以強(qiáng)烈擠壓為主，末期活動相對減弱[2,12-15]，自北向南沿龍門山沉積厚層砂體。由于盆地形成過程中構(gòu)造背景十分復(fù)雜，小尺度的沉積演化以及精細(xì)的砂體展布規(guī)律研究成為難點(diǎn)[1-8,17-25]。前人對川西前陸盆地須家河組的地層劃分、構(gòu)造演化、砂體充填方式描述相對較多，但總體為盆地級或大尺度的研究。鄭榮才等[2-5]搭建了須家河組層序地層格架，闡明了不同時(shí)期四川盆地須家河組各時(shí)期古地理特征及沉積相帶展布規(guī)律，并提出多元相沉積體系來預(yù)測砂體分布；林良彪等[7]、葉黎明等[8]、劉安然等[9]建立了川西須家河組高分辨率層序地層，明確了須二段為川西前陸盆地開始形成期，沉積環(huán)境主要為海灣背景下的海相三角洲；施振生等[12]解釋了四川盆地須家河組第二、第四、第六段大面積富砂的原因，強(qiáng)調(diào)坡降、物源、海平面升降對控砂的重要性；劉君龍等[13]將川西須家河組劃分為造山期與寧靜期兩個(gè)體系域，指出須二段時(shí)期為造山期，主要發(fā)育粗粒沉積物。

盡管上述學(xué)者對川西前陸盆地須家河組取得了許多的成果認(rèn)識，但對新場地區(qū)須二段精細(xì)的沉積微相、砂體展布的規(guī)律和主控因素研究尚待深入。本文著重精細(xì)刻畫新場地區(qū)不同水動力背景下的沉積微相與砂體展布特征，明確新場地區(qū)須二段內(nèi)不同時(shí)期砂體展布的主控因素，揭示儲集砂體分布規(guī)律，旨在為優(yōu)質(zhì)儲層預(yù)測以及油氣探勘有所啟示。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

新場構(gòu)造帶隸屬于川西拗陷內(nèi)的Ⅲ級構(gòu)造單元，位于龍門山前緣中部地帶，自西向東延伸，傾伏幅度較小(圖1)。須二段沉積期，龍門山上沖推覆體的自西向東側(cè)向擠壓和巨厚沉積物重力負(fù)荷的雙重作用，導(dǎo)致川西拗陷巖石圈發(fā)生強(qiáng)烈扭曲變形和大幅度沉降，隨后西北部龍門山和北大巴山的隆升，使得四川盆地初具形態(tài)，并在很長一段時(shí)間內(nèi)都表現(xiàn)出西深東淺的古地貌特征[12]。在此過程中海水沿著龍門山與康滇古陸缺口進(jìn)入川西拗陷盆地，發(fā)育快速進(jìn)積和緩慢退積的辮狀河三角洲沉積體系。研究區(qū)位于三角洲前緣及前三角洲相帶并且靠近物源區(qū)[7]，在沉積體系演化過程中，始終成為重要的優(yōu)質(zhì)淺層氣藏儲集相帶[16]。

2 地層特征

依據(jù)巖石類型以及巖性組合將新場地區(qū)須二段劃分為3個(gè)亞段，并進(jìn)一步劃分為10個(gè)砂組，分別對應(yīng)下亞段(T3x2-7-T3x2-10)、中亞段(T3x2-4- T3x2-6)、上亞段(T3x2-1- T3x2-3)(圖2-A)。

圖1 新場地區(qū)構(gòu)造位置及井位略圖Fig.1 Tectonic location and drilling well positions in Xinchang area(A)新場地區(qū)構(gòu)造位置圖； (B)井位分布圖

圖2 新場地區(qū)須二段地層劃分及連井剖面Fig.2 Stratigraphic division and well-connecting profile of the Xu 2 in Xinchang area

上沖推覆造山運(yùn)動導(dǎo)致的巖石圈巨大變形使得山前構(gòu)造帶撓曲凹陷[6-8]，新場地區(qū)沉積的須二段地層整體呈現(xiàn)“西厚東薄”的特征，主要發(fā)育大套中粗砂巖夾中薄層泥巖，西部地層厚度達(dá)到740 m，東部僅為550 m。其中下亞段地層“西厚東薄”，下部發(fā)育大套粗砂巖與中砂巖韻律互層，上部發(fā)育一套泥巖；中亞段地層厚度較為均一，主要以中粗砂巖為主；上亞段地層則表現(xiàn)為“東厚西薄”，整體為大套泥巖夾不等厚中砂巖。須二段沉積時(shí)期新場地區(qū)地層發(fā)育特征反映了沉降、沉積中心由西向東遷移的過程(圖2-B)。

3 沉積微相與砂體展布

沉積微相控制著更小尺度的砂體展布方式，詳細(xì)刻畫沉積微相對總結(jié)砂體展布規(guī)律有著指導(dǎo)性作用[9]。通過巖心觀察、測井識別、井-震結(jié)合、地震相分析等綜合研究，認(rèn)為研究區(qū)發(fā)育海陸過渡體系的三角洲前緣亞相和前三角洲亞相，并進(jìn)一步識別出水下分流河道、分流河道間、河口壩、前三角洲泥4類沉積微相(圖3，表1)。

3.1 沉積相類型

須二段沉積時(shí)期新場地區(qū)西靠龍門山、北鄰米倉山-大巴山，充足的物源供給使得新場地區(qū)廣泛富砂?；谧钚抡J(rèn)識，建立了新場地區(qū)須二段沉積模式，并進(jìn)一步討論了須二段時(shí)期砂體展布特征以及演化規(guī)律。

表1 新場地區(qū)須二段不同時(shí)期沉積相類型Table 1 Types of sedimentary facies of the Xu 2 at different periods in Xinchang area

該時(shí)期水下分流河道微相以粗-中砂巖為主，單層砂體較厚，最大厚度達(dá)到30 m以上。地震相顯示出雜亂、不規(guī)則的反射特征，以中強(qiáng)振幅及中弱振幅為主，振幅強(qiáng)度變化較大(圖4-A)。測井相顯示有輕微回返，呈低幅齒化狀“箱形”，頂?shù)淄蛔兠黠@，具有穩(wěn)定沉積特征，屬于典型的水下分流河道微相(圖4-D)。

河口壩沉積速率較快，在油氣勘探中也被視為重點(diǎn)微相[23-24]。巖性組合為向上發(fā)育泥質(zhì)粉砂巖-粉砂巖-細(xì)砂巖-中砂巖的反韻律特征，并且發(fā)育沙紋層理、交錯(cuò)層理和平行層理(圖4-D)。地震相呈透鏡狀、高頻、中弱振幅反射特征，反映沉積環(huán)境不穩(wěn)定且變化快(圖4-B)，測井形態(tài)以“漏斗形”為主。

圖3 新場地區(qū)川孝565井須二段沉積綜合柱狀圖 Fig.3 Comprehensive sedimentary column of the Xu 2 in Well CX565

圖4 新場地區(qū)須二段過井地震剖面及沉積相綜合柱狀圖Fig.4 The cross-well seismic profile and comprehensive sedimentary facies of the Xu 2 in Xinchang area(A)過川孝565井水下分流河道地震識別剖面; (B)過新場15井河口壩地震識別剖面; (C)過新場15井分流河道間地震識別剖面; (D)新場15井測井、錄井、巖心沉積相綜合柱狀圖

分流河道間受控于海平面與河道遷移方向的變化，廣泛發(fā)育于新場地區(qū)須二段，規(guī)模大小不一。沉積物粒度較細(xì)，巖性主要以大段的泥巖為主，其中也夾雜薄層的粉砂和少量的細(xì)砂。地震相顯示出平行及亞平行關(guān)系，振幅強(qiáng)，反射同軸連續(xù)性較好，沉積環(huán)境穩(wěn)定(圖4-C)；單井上識別測井曲線伽馬值為90～103 API，發(fā)育水平層理(圖4-D)。

前三角洲泥微相僅在T3x2-1時(shí)期發(fā)育，沉積物粒度最細(xì)，巖性以黑色泥巖為主。地震反射特征與分流河道間相似，但分布范圍較大，測井曲線伽馬值大于103 API。

3.2 砂體展布特征

龍門山構(gòu)造活動不僅影響著須二段整體的地層發(fā)育特征，也控制著砂體的發(fā)育規(guī)模和展布方式。在幕式構(gòu)造活動控制下，砂體最厚區(qū)域經(jīng)歷了由西緣到東緣的遷移過程。但不同亞段時(shí)期砂體發(fā)育特征有明顯差異性：下亞段時(shí)期砂體橫向連通性差，空間上呈不連續(xù)疊置發(fā)育，西部砂體發(fā)育程度優(yōu)于東部砂體；中亞段時(shí)期砂體整體較厚，空間上連續(xù)疊置，連通性強(qiáng)，單砂體厚度達(dá)到最大；上亞段時(shí)期砂體“西薄東厚”，東部砂體空間上連續(xù)疊置，連通性較好，砂體發(fā)育程度整體優(yōu)于西部砂體(圖5)。

圖5 新場地區(qū)須二段砂體連井圖Fig.5 Sand body connection diagram of the Xu 2 in Xinchang area

3.2.1 下亞段砂體展布特征

T3x2-8砂組沉積時(shí)期西北部砂體發(fā)育程度較高，新場地區(qū)西側(cè)相對富砂，孝深1井砂體最大厚度達(dá)到81 m，并且由此趨勢成階梯式向東部遞減，具有“西厚東薄”的特征(圖6-A)。T3x2-7砂組在T3x2-8砂組的基礎(chǔ)上繼承性發(fā)育，砂體展布特征相近，東側(cè)砂體沉積速率快速增加，形成“兩側(cè)厚中間薄”的沉積特征；相對于T3x2-8砂組時(shí)期物源豐富，河道砂面積相對增大，呈連片式沉積(圖6-B)。

3.2.2 中亞段砂體展布特征

中亞段早期，即T3x2-6、T3x2-5砂組，砂體厚度較下亞段沒有明顯變化。西部砂體厚度均一，砂體平面變化小(圖6-C)；東部砂體快速發(fā)育；中部砂體沉積速率增快：逐漸形成“兩側(cè)厚中間薄”的沉積特征(圖6-D)。中亞段末期，即T3x2-4砂組沉積期，砂體厚度為整個(gè)須二段時(shí)期的最高峰，平均厚度達(dá)到70 m，新場中部和東部地區(qū)砂體沉積速率的快速增大使得此時(shí)期“滿區(qū)富砂”(圖6-E)。

3.2.3 上亞段砂體展布特征

T3x2-3砂組沉積時(shí)期的顯著特征是砂體最厚區(qū)域遷移至新場東部，砂體厚度由西至東開始呈階梯式遞增，逐漸形成“東厚西薄”的特征(圖6-F)。T3x2-2砂組沉積時(shí)期，砂體展布繼承性發(fā)育，致使新場地區(qū)東部砂體不斷變厚，西部地區(qū)砂體厚度持續(xù)減薄(圖6-G)。T3x2-1砂組沉積時(shí)期砂體厚度整體減薄，但仍具有“東厚西薄”的特征。此時(shí)期由于須二末期的構(gòu)造活動，西部地區(qū)地層整體被剝蝕(圖6-H)。

3.3 沉積水體能量演化特征

新場地區(qū)須二段沉積期發(fā)育大套砂巖，而砂巖是河道的卸載體，通過統(tǒng)計(jì)中粗砂巖含量能夠有效反映該時(shí)期沉積水體能量演化特征[25]。新場地區(qū)須二段中亞段沉積期中-粗砂巖含量最高，上亞段次之，下亞段低；空間上反映沉積水體能量由弱突然增強(qiáng)再緩慢減弱的過程，T3x2-2、T3x2-3、T3x2-4、T3x2-5、T3x2-6砂組時(shí)期水體能量最強(qiáng)，河道動能最大(圖 7)。

3.4 沉積相展布特征

T3x2-8砂組沉積時(shí)期主要以水下分流河道微相為主，由北西往南東方向推進(jìn)，河口壩主要發(fā)育在西側(cè)(圖8-A)。T3x2-7砂組沉積時(shí)期，水下分流河道依然是主要沉積微相，受海平面和物源進(jìn)一步影響，河道發(fā)生部分改道，河口壩范圍擴(kuò)大到東側(cè)(圖8-B)。

T3x2-6、T3x2-5沉積時(shí)期河道繼承性發(fā)育，主河道的數(shù)量及推進(jìn)方向變化較小，但砂體展布特征由北向南似“條帶狀”發(fā)育。中亞段海岸線整體向南遷移，說明該時(shí)期海平面快速下降，致使河口壩面積開始縮小，水下分流河道微相轉(zhuǎn)變?yōu)樾聢龅貐^(qū)的主要相帶(圖8-C、D)。T3x2-4砂組沉積時(shí)期主河道微相面積進(jìn)一步增大，海平面的快速下降導(dǎo)致新場地區(qū)相帶整體向南遷移，河道砂體不斷進(jìn)積，河口壩逐漸消失(圖8-E)。

T3x2-3砂組沉積時(shí)期仍然以水下分流河道微相為主，海平面進(jìn)一步下降，河道開始向新場地區(qū)東部遷移(圖8-F)。T3x2-2砂組沉積時(shí)期河道規(guī)模開始減少，河道砂呈北東-南西方向展布，覆蓋面積較大(圖8-G)。與上述砂組不同，T3x2-1砂組沉積時(shí)期新場東部處于三角洲前緣，水下分流河道由北向南展布，河道整體向東遷移；而西部大面積處于前三角洲，主要發(fā)育前三角洲泥微相(圖8-H)。

4 須二段沉積模式

川西前陸盆地須家河組發(fā)育海相、海陸過渡相、陸相等一系列完整的沉積體系[3]。須二段沉積時(shí)期，受印支Ⅱ幕運(yùn)動影響，龍門山強(qiáng)烈推覆隆升，古特提斯洋逐漸閉合[26]，物源主要來自米倉山-大巴山地區(qū)，川西前陸盆地發(fā)育海陸過渡相的辮狀河三角洲體系[7]。新場地區(qū)主體位于辮狀河三角洲前緣地帶，沉積一套厚層的粗中砂巖[13]；但不同時(shí)期砂體疊置與展布差異明顯，其主控因素也各不相同。

下亞段沉積時(shí)期，米倉山-大巴山構(gòu)造活動致使快速海退，該時(shí)期沉積水體動力最弱，砂體連通性較差，厚層砂體發(fā)育在新場地區(qū)東部。由于海岸線退至新場地區(qū)南部，前緣位置便于河道砂體卸載，有利于發(fā)育大量河口壩砂體[12]；三角洲砂體向前進(jìn)積，相帶向南遷移，砂體整體“西厚東薄”并呈北西-南東方向大面積展布。

中亞段時(shí)期，受北部米倉山-大巴山以及西側(cè)龍門山“雙構(gòu)造”活動影響，雙物源同時(shí)向新場內(nèi)部供源，沉積水體能量達(dá)到最大，全區(qū)發(fā)育厚層砂體，連通性好。新場地區(qū)坡度平緩，平面上主河道頻繁遷移側(cè)向侵蝕[12]，空間上砂體相互疊置，沉積中心逐漸向東遷移，致使砂體大面積分布。

上亞段時(shí)期，海水倒灌，沉積水體能量開始減弱，西部地層減薄，砂體規(guī)模開始整體變小，最大砂體厚度區(qū)域遷移至新場地區(qū)東部，形成“東厚西薄”的特征[13]。水下分流河道幾經(jīng)改道不斷向東遷移，分流河道間大面積發(fā)育，但河道砂依舊是主體。T3x2-1時(shí)期受特提斯洋關(guān)閉剪切應(yīng)力影響，海平面上升至新場地區(qū)[27]；前三角洲亞相在新場西緣開始發(fā)育，豐富了新場須二時(shí)期的沉積相類型，也預(yù)示著新場地區(qū)即將迎來新的沉積充填序列(圖9)。

圖8 新場地區(qū)須二段各砂組沉積微相圖 Fig.8 Sedimentary micro-facies map of each sand group of the Xu 2 in Xinchang area

圖9 川西拗陷新場地區(qū)須二段沉積模式圖Fig.9 Depositional model of the Xu 2 in Xinchang area

5 結(jié) 論

a.受大巴山-米倉山構(gòu)造影響，新場地區(qū)須二段沉積時(shí)期砂體展布整體表現(xiàn)為空間上相互疊置、平面上廣泛展布。下亞段沉積時(shí)期，沉積水體動力最弱，連通性差，砂體“西厚東薄”；中亞段沉積時(shí)期，沉積水體動力最強(qiáng)，砂體厚度達(dá)到最大值，連通性強(qiáng)；上亞段沉積時(shí)期，沉積水體動力減弱，新場西緣地層被剝蝕，砂體最厚區(qū)域遷移至新場東部地區(qū)。

b.新場地區(qū)須二段時(shí)期沉積體系為海陸過渡體系下的辮狀河三角洲前緣。微相以水下分流河道為主，河口壩受海平面遷移僅在高水位時(shí)期發(fā)育；分流河道間存在于各個(gè)時(shí)期，僅在須二末期新場西緣發(fā)育前三角洲泥微相。水體能量在中亞段時(shí)期達(dá)到最強(qiáng)，上亞段次之，下亞段最弱。

c.上沖推覆構(gòu)造下的物源體系控制了新場地區(qū)須二段砂體的最大厚度；海平面升降、河道側(cè)蝕作用等因素控制了砂體展布差異以及空間疊置方式。下亞段沉積時(shí)期砂體順物源方向弱進(jìn)積，中亞段沉積時(shí)期強(qiáng)進(jìn)積，上亞段沉積時(shí)期弱退積；富砂區(qū)域經(jīng)歷了由新場西緣向東緣的轉(zhuǎn)移過程。