巴基斯坦N 區(qū)塊浪控三角洲沉積相劃分及模式

陳旭，歐榮生，斯尚華，董玉文，柯欽

1.長江大學地球科學學院，武漢 430100

2.構造與油氣資源教育部重點實驗室（中國地質大學），武漢 430074

3.青海油田公司勘探事業(yè)部，甘肅敦煌 736202

4.西安石油大學地球科學與工程學院，西安 710065

5.中石油東方地球物理公司研究院，河北涿州 072750

0 引言

在海陸過渡帶沉積環(huán)境中，海、陸交互作用對海岸帶沉積的改造、再分布作用明顯。Gallowayet al.[1]根據陸地和海洋的相互作用關系，總結三角洲“三端元”劃分認識。Orton[2]根據三角洲沉積物粒度變化，提出“結構—成因”的劃分依據。Gonget al.[3]指出三角洲沉積可容納空間、氣候和物源的“三因素”劃分方案。朱筱敏等[4]結合實例區(qū)，探討了過渡帶三角洲類型劃分及進展。Dalrympleet al.[5]基于不同水動力條件，建立了河流—海洋過渡的形態(tài)和沉積相序模式。隨著人們對國內外沉積盆地及不用類型三角洲研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)不同控制因素的三角洲沉積特征差異性較大[6-12]，而這些因素與沉積儲層、油氣富集規(guī)律密切關聯(lián)[13-23]。

研究區(qū)位于印度河盆地塔爾斜坡的N 區(qū)塊，是巴基斯坦重要的產油氣區(qū)[24-26]。自上世紀80 年代以來，國內外學者對該區(qū)下白堊統(tǒng)海相沉積體系進行不同程度的研究，然而對沉積相標志、微相劃分、儲層展布及油氣成藏的認識相差懸殊[27-32]，達不到油氣精細評價的現(xiàn)實需求。而近年來中國石油“一帶一路”戰(zhàn)略的深入實施，尤其是N區(qū)塊近年來實現(xiàn)全區(qū)三維地震資料觀測覆蓋，同時大批鉆井上鉆，亟需人們從整體上對其沉積儲層及油氣潛力有更深入了解。因此，筆者跟進最新的勘探進展，綜合利用20多口井取心資料以及大量的鉆井、測井和地震數(shù)據，在大量的沉積相標志分析基礎上，提出研究區(qū)發(fā)育浪控三角洲沉積相類型，并開展微相劃分、儲集砂體展布和沉積模式研究，為油氣儲層描述提供科學依據。

1 地質概況

印度河盆地是巴基斯坦國內最大的沉積盆地，地處于喜馬拉雅山南部，大地構造位置處印度板塊西北部地區(qū)[26-27]。盆地總面積達3.8×105km2，其中90%以上的面積處于巴基斯坦境內。盆地形態(tài)由向西北傾斜的大陸架組成，構造單元劃自西到東依次為：西部褶皺造山帶（蘇來曼和薩哈爾褶皺帶）、中部前淵帶（蘇來曼前淵和薩哈爾前淵帶）和東部隆后帶（北部的盼遮普臺地、中部瑪里—坎科塔高地的和南部的德信臺地、塔爾斜坡）。盆地構造演化主要經歷了侏羅紀裂谷作用、早白堊世被動大陸邊緣沉降作用、晚白堊世斜向拉張斷陷作用，以及新近紀前陸碰撞造山作用。自下至上發(fā)育了侏羅系至第四系多套沉積地層，巖性由碎屑巖和碳酸鹽組成，含少量火山巖，地層沉積厚度在3～6 km[28-29]（圖1）。

圖1 印度河盆地構造單元劃分（a）、地層綜合柱狀圖（b）和南部L1 地質大剖面Fig.1 (a) Tectonic element division of Indus Basin, showing location of section L1; (b) generalized stratigraphic column;and (c) L1 geological structural section in southern part

N 區(qū)塊構造位置處于印度河盆地塔爾斜坡東南端，西北部臨近薩哈爾生烴凹陷，構造形態(tài)為一個長期繼承性發(fā)育、向東南傾的單斜構造，主要目標層系為下白堊統(tǒng)砂巖儲層，三維地震勘探面積近2 500 km2，相對于其他勘探區(qū)塊，該地區(qū)基礎資料豐富、油氣探明程度高、鉆井數(shù)量多（近200口鉆井），為一個相對成熟的勘探區(qū)塊。

2 沉積相劃分

下早白堊世被動大陸邊緣沉降階段，盆地構造活動較弱，地層穩(wěn)定沉降。N區(qū)塊處于塔爾斜坡構造帶，坡度寬緩，海岸線寬廣，形成了大面積的淺水區(qū)，為廣泛發(fā)育三角洲沉積體系提供穩(wěn)定的構造基礎[32-33]。鉆井揭示白堊統(tǒng)為大范圍、厚層碎屑巖沉積，巖性由（淺）褐色、灰色或灰綠色砂巖夾深灰色、暗色泥巖組成。

通過大量的沉積相標志分析，認為研究區(qū)發(fā)育向海洋推進的沉積層序，即在濱淺海背景下發(fā)育浪控三角洲沉積，細分為平原亞相、前緣亞相及前三角洲亞相。三角洲前緣相帶寬廣，沉積水動力作用活躍，為N 區(qū)塊特色巖性相帶。根據水動力條件和砂體組合特征，細分為內、外兩個前緣亞相。特別的，內前緣的灘砂和外前緣的臨濱砂為研究區(qū)主要的儲層發(fā)育區(qū)（表1）。

2.1 三角洲平原亞相

少量鉆井揭示平原亞相分布在N區(qū)塊東南部地帶，沉積微相由分流河道砂巖和洪泛平原泥巖構成。分流河道巖性普遍粗，分選差—中等，磨圓度為次凌狀—次圓狀，巖性成分混雜，由雜色砂礫巖、粗—中砂巖組成，含薄層泥質粉砂巖或泥巖夾層，具間斷的正旋回特征。河道砂巖中發(fā)育板狀交錯層理和平行層理。河道底部存在沖刷面或突變接觸面，常見泥礫、泥屑和砂屑，代表了強的水動力條件和河道沖刷作用。測井相為中高幅、（微）齒化箱型和鐘型。地震相為中等振幅、中等連續(xù)、亞平行的特征（圖2）。

河道間的低洼處為洪泛平原或沼澤泥巖沉積，巖性為雜色泥巖夾粉砂質泥巖，往與分流河道沉積伴生，處于氧化—弱還原的沉積環(huán)境。取心發(fā)現(xiàn)沼澤中殘存有植物碎屑、根系化石和木質煤層，具有明顯的指相意義（圖2）。

圖2 N 區(qū)塊下白堊統(tǒng)浪控三角洲平原亞相的相標志（鉆井及剖面位置見圖6a）Fig.2 Wave-controlled delta plain subfacies markers in Lower Cretaceous in N Block(well and section location is shown in Fig.6a)

2.2 三角洲內前緣亞相

內前緣相帶基本上處于平均高潮線和低潮線之間。在海水循環(huán)較好的開闊海岸地帶，碎屑物沉積特點發(fā)生了顯著的變化：首先，該時期海平面持續(xù)上升，海侵作用強烈[29-30]。陸源碎屑物供給規(guī)模小，東南部僅有若干條、小規(guī)模河流入海，相應河流輸入泥沙體量偏少。其次，在高能波浪和向陸方向沿岸流的強烈作用下，陸源碎屑沉積被改造，原有的水下分流河道和河口壩微相基本上不發(fā)育。取而代之的是，在河口兩側形成平行于海岸線、連片、厚層、巖性純、延伸規(guī)模大的灘砂沉積發(fā)育區(qū)。而在海岸帶灘砂之間的相對低洼處，形成了局限海灣泥質沉積。

2.2.1 灘砂微相

灘砂微相為浪控三角洲內前緣骨干砂體類型，構成了N區(qū)塊最富特色的沉積相帶。灘砂微相取心相標志主要有：1）單砂層普遍大于4 m，最厚達20 m；2）巖心觀察發(fā)現(xiàn)，巖性以灰色中—細砂巖為主，偶見粗砂，在厚層砂巖段內部常見薄層深灰色（粉砂質）泥質條帶，厚度普遍小于1 m；3）垂向以疊加漸變的正韻律為主；4）鏡下薄片發(fā)現(xiàn)，砂巖質純，石英等穩(wěn)定組分含量高，含量在95%以上，巖屑及長石含量極低或不含。顆粒分布均勻，點、線接觸，分選磨圓中等—好，孔隙結構好，表明碎屑沉積物經歷了長期的搬運、淘洗和改造作用，具有高的成分和結構成熟度；5）粒度曲線為“兩段式”，跳躍組分大于70%，中等懸浮總體小于15%，滾動組分極少。跳躍組分見2個斜率不等的次組分，這反映了海岸地帶波浪作用強烈，對河流攜帶碎屑物的改造作用明顯，具有多次往返搬運、簸選的沉積特點；6）層理構造廣泛發(fā)育。塊狀層理形成于相對穩(wěn)定的水體環(huán)境，砂巖顆粒均勻，肉眼難以發(fā)現(xiàn)層理，反映砂質快速堆積過程。平行層理紋層較薄，部分與生物介殼（厚度可達5 cm）互層，反映了海陸過渡帶淺水區(qū)高流態(tài)、水動力強的特征。沖洗交錯層理和波狀交錯層理是波浪傳播過程中往返的沖洗作用標志，反映了海岸帶波浪改造作用；7）取心常見垂向潛穴、不規(guī)則的鈣質團塊、鈣質（泥質）條帶等，含少量貝殼碎片、植物莖化石和云母等，指示水體處在動蕩的濱海環(huán)境（圖3）。

此外，測井相為高幅塊狀、箱型或鐘型，曲線為微齒狀或光滑形態(tài)，反映灘砂巖性單一、砂質均勻。特別的，由于N區(qū)塊三角洲內前緣灘砂十分發(fā)育，厚層砂體直接覆蓋在海灣或者淺海泥巖中，單層砂體厚度大，例如部分鉆井揭示灘砂累計厚度達到100 m，類似這樣的厚層砂巖，在N區(qū)塊中部地區(qū)普遍發(fā)育，前人將該類型的砂巖籠統(tǒng)劃分為水下分流河道[34-36]，顯然不合適。取心相和測井相標志分析認為，這正是高能海岸帶的、具有海洋波浪改造背景下三角洲內前緣灘砂的重要特色。

地震相組合規(guī)律性明顯。地震同相軸外形呈席狀，中高頻、連續(xù)性好、振幅強，平行—亞平行反射，分布范圍廣，表明海岸帶淺水區(qū)水動力作用較強，砂巖十分發(fā)育，具有垂向加積和側向遷移的特征（圖3）。

2.2.2 海灣微相

海灣微相位于灘砂之間低洼處，處于弱還原環(huán)境。巖性為深灰色細?；蚍凵百|泥巖，含生物介殼和植物碎片，發(fā)育透鏡狀層理、水平層理或塊狀層理（圖3）。測井相為平直型或指狀。特別的，經鉆井資料證實，由于波浪改造作用明顯，海灣泥質沉積往往容易被侵蝕掉，最終形成零星存在、斑點狀分布的泥質沉積。因此，海灣泥質零星發(fā)育，在中部地區(qū)形成了以灘砂為骨干砂體的特征。

圖3 N 區(qū)塊下白堊統(tǒng)浪控三角洲內前緣亞相的相標志（鉆井及剖面位置見圖6a）Fig.3 Wave-controlled proximal delta front subfacies markers in Lower Cretaceous in N Block(well and section location is shown in Fig.6a)

2.3 三角洲外前緣亞相

外前緣相帶介于平均低潮線和浪基面之間，波浪沖洗和擾動作用仍然比較明顯，形成頻繁的砂泥互層。薄層砂巖往、返穿插于泥巖之間，以席狀、條帶狀或不規(guī)則狀分布在三角洲前緣末端，構成了特色的巖性相帶。根據N區(qū)塊水體動力變化和巖相組合分為上臨濱、下臨濱兩個有利的微相類型。

2.3.1 上臨濱微相

上臨濱微相位于海洋平均低潮線之下的較高能帶。單砂厚度在2～4.5 m，砂巖純凈，由灰色細砂、少量粉砂和泥質粉砂組成。顯微照片發(fā)現(xiàn)顆粒分選中等—好，磨圓為次凌狀—次圓狀，砂巖成熟度較高。波狀層理、浪成波紋交錯層理發(fā)育，見生物擾動現(xiàn)象。碎屑顆粒向上變粗，具有向廣海方向推進特征。測井相呈中—高幅、（微）齒化漏斗型，少量鐘型。地震相為中低振幅、斷續(xù)分布和亞平行反射（圖4）。

2.3.2 下臨濱微相

下臨濱微相位于浪基面附近的較低能帶，波浪作用微弱，偶爾有淺海風暴浪（流）作用。單砂體普遍小于2 m，由灰色細、粉砂巖夾暗色（砂質）泥巖組成。丘狀（風暴）、波狀和透鏡狀層理十分發(fā)育。泥巖段質純，發(fā)育水平層理，見少量蟲孔和生物擾動現(xiàn)象，含介殼化石和透鏡狀黃鐵礦結核（風化后呈灰黃色），反映水下還原環(huán)境。測井相為中低幅、弱齒化漏斗型或指狀。地震相與上臨濱的特征類似（圖4）。

圖4 N 區(qū)塊下白堊統(tǒng)浪控三角洲外前緣亞相的相標志（鉆井及剖面位置見圖6a）Fig.4 Wave-controlled distal delta front subfacies markers of Lower Cretaceous in N Block(well and section location is shown in Fig.6a)

2.4 前三角洲亞相

前三角洲泥沉積分布工區(qū)西北部廣大地區(qū)。位于浪基面之下的濱外地帶，以低能沉積作用為主。巖性由厚層塊狀泥巖夾少量泥質粉砂巖組成，泥巖質純，顏色深，原生層理構造難以識別，見少量海相生物遺跡相組合，測井相為平直形或線形（圖4）。

3 沉積相展布

3.1 剖面相

N 區(qū)塊下白堊統(tǒng)A 砂組發(fā)育向海洋推進的沉積層序。在順物源方向的連井地震剖面上，在A 砂層頂、底面限定的波阻反射單元內，呈現(xiàn)為斜交前積反射結構。地震波組為一系列前積層，較低角度傾斜，不同的前積層大致平行，部分重復疊置，反映水體較淺、坡度平緩的沉積環(huán)境，沉積砂體表現(xiàn)為垂向加積或向海進積的特點（圖5a）。

通過鉆井、地震標定認為，宏觀上發(fā)育3 組地震前積反射單元（S1～S3），對應為3 期三角洲沉積體。對應的連井沉積相對比可見，內前緣灘砂十分發(fā)育，由厚層砂巖夾薄層泥巖組成，構成了研究區(qū)骨干砂體。垂向上，W3 和W4 井的S1～S2 段為向上變粗的反旋回沉積，之后經過短暫的海侵，S3砂巖段在工區(qū)形成廣泛發(fā)育的面貌，揭示不斷向廣海方向推積的過程（圖5b）。

圖5 L5 剖面斜交前積地震相（a）及連井沉積相對比（b）（剖面位置見圖6a）Fig.5 (a) Seismic facies of oblique foreproduct in L5 section; and (b) well sedimentary profile(section location is shown in Fig.6a)

3.2 平面相

研究區(qū)面積較大、鉆井分布不均勻，依靠鉆井資料難以精確刻畫平面相展布。因此需要以覆蓋全區(qū)高精度三維地震資料為有效補充，特別是依據地震相、地震屬性為輔助手段，將沉積相研究從有井區(qū)推廣到無井區(qū)，從而宏觀上、定性的預測海陸過渡帶沉積相平面展布。

A砂層S2砂巖段的RMS屬性與三角洲沉積相分布有較好的吻合關系。從圖6a 可以看出，以黑色虛線為界，分為3 個顯著的異常區(qū)帶：1）東南地區(qū)為暖色調、高振幅區(qū)。在平面上為平坦席狀，與海岸線方向大致平行，鉆井揭示為大面積連片、厚層、富砂質沉積,解釋為內前緣灘砂發(fā)育帶,局部存在低振幅異常，對應為海灣泥質沉積；2）中部地區(qū)以中、低振幅為主，鉆井揭示為砂泥薄互層，為外前緣臨濱相帶，根據振幅值的變化又可以細分為上臨濱、下臨濱；3）西北部低值區(qū)，少量鉆井揭示大套厚層泥巖。區(qū)域上，西北部地區(qū)水體快速加深，沉積能量變弱，為前三角洲泥質沉積。

在相標志、微相識別、剖面相和地震屬性分析基礎上，認為N區(qū)塊處于海陸交互帶沉積環(huán)境，發(fā)育浪控三角洲沉積體系（圖6b）。該時期，海洋作用強烈，為主要的地質營力。平面上，浪控三角洲內前緣主體呈現(xiàn)向海洋方向凸出的、朵葉狀輪廓特征。通過鉆井和屬性的對比分析，工區(qū)的中北部地區(qū)明顯的表現(xiàn)為向海方向凸出，凸出處為入海口附近被改造的主河道發(fā)育區(qū)，在主河口兩側廣泛發(fā)育波浪改造的灘砂沉積區(qū)，大面積分布在三角洲內前緣相帶前端，具橫向疊置連片、延伸規(guī)模遠的特征。在三角洲外前緣相帶，仍然受到波浪沖洗和擾動作用，形成獨具特色的上臨濱和下臨濱砂體，為有利的巖性區(qū)帶。前三角洲亞相分布在工區(qū)西北部廣大地區(qū)。

圖6 S2 砂層的RMS 屬性（a）和沉積相平面圖（b）Fig.6 S2 sand group: (a) RMS attributes, and (b) sedimentary facies map

特別的，研究區(qū)為國外勘探開發(fā)區(qū)塊，目前尚未在盆地周緣搜集到與之可對比的露頭資料[33-34]。采用“將今論古”的方法，基于Google Earth 軟件平臺，對全球的海岸過渡帶的現(xiàn)今沉積對比分析，認為北非的尼羅河三角洲和巴西的圣弗蘭西斯科河三角洲與研究區(qū)沉積特征類似。海洋作用強烈，形成破壞性三角洲，三角洲前緣的水下分流河道和河口壩不發(fā)育，而在主河口兩側形成了特色的灘砂發(fā)育區(qū)，反映了波浪的強烈改造是海相三角洲發(fā)育的主控因素（圖7）。

圖7 現(xiàn)今浪控三角洲衛(wèi)星圖（a）北非尼羅河三角洲衛(wèi)星圖（;b）南美巴西圣弗蘭西斯科河三角洲衛(wèi)星圖Fig.7 Current satellite image of wave-controlled deltas

4 沉積模式

目前，國內外學者對現(xiàn)代密西西比河三角洲（高建設性）地質研究成熟，學術成果豐富，在沉積機理、充填演化和沉積模式方面得到業(yè)界普遍認可[6-15]。然而對其他類型三角洲，例如浪控的三角洲的亞相、微相沉積特征還缺乏統(tǒng)一的、深入的研究[6]。以巴基斯坦N區(qū)塊海陸過渡帶為例，提出了A砂巖組發(fā)育波浪改造背景下的三角洲相沉積模式，為浪控三角洲沉積基礎研究提供鮮活實例。

在亞相劃分和微相構成方面，仍按照三角洲的劃分方案進行劃分，其格架相以內前緣波浪改造的灘砂和外前緣臨濱砂沉積序列為特征，以此來區(qū)分建設性三角洲和濱岸相沉積。

平面上，浪控三角洲表現(xiàn)為沿平原亞相向廣海方向延伸的環(huán)岸砂壩發(fā)育帶。前緣相帶處于淺水高能區(qū)，沉積作用活躍，構成浪控三角洲的特色相帶。由于海洋作用大于河流作用，其沉積規(guī)律、砂體分布及排列方向發(fā)生了極大的變化。河流攜帶碎屑物很快被強勁的波浪和沿岸流改造和再分配，在主河道入?？诟浇刂０稁Э焖偕㈤_，這就阻止了（水下）天然堤的生長建造和分流河道的分叉延伸，往往導致水下分流河道和河口砂壩微相不發(fā)育，取而代之的是，在河口兩側形成灘砂沉積發(fā)育區(qū)，具有平行于海岸線、橫向疊置連片、厚層、巖性純、延伸規(guī)模遠的特征。在三角洲前緣末端形成的砂泥互層，始終受波浪沖洗、擾動作用，最終將不同支流的前緣末端砂體連接起來，形成了獨具特色的臨濱砂體（圖8a）。

垂向上，A 砂巖組發(fā)育向上變粗的反旋回，沉積微相類型保存不完整，為破壞性三角洲。平原相帶只發(fā)育少量分流河道，且常被海岸砂沉積覆蓋，河道間洼地為泛濫平原或沼澤。三前緣相帶處于砂質高能海岸帶，河道特征不再明顯，為前濱灘砂、障壁砂壩和臨濱環(huán)境，反映了波浪和風暴流的改造、破壞作用。前三角洲對應為濱外泥沉積（圖8b）。

圖8 研究區(qū)浪控三角洲沉積模式（a）浪控三角洲立體模式圖；（b）浪控三角洲垂向序列Fig.8 Wave-controlled delta deposition model of the study area

5 結論

（1）通過取心相、測井相、地震相和現(xiàn)代沉積調研分析，巴基斯坦N 區(qū)塊A 砂巖組處于高能海岸帶，海洋作用大于河流作用，發(fā)育波浪改造背景下的三角洲相沉積。沉積相細分為平原、內前緣、外前緣及前三角洲四種亞相類型。其格架相以內前緣波浪改造的灘砂和外前緣臨濱砂壩沉積為特征。

（2）沉積機理上，由于河流攜帶碎屑物在入?？诒粡妱诺牟ɡ撕脱匕读鞲脑旌驮俜峙?，在主河道入海口附近沿著海岸帶快速分散，這就阻止了（水下）天然堤的生長建造和分流河道的分叉延伸，導致前緣水下分流河道和河口砂壩微相不發(fā)育。因此，浪控三角洲相為沿平原亞相向廣海方向延伸的朵葉狀輪廓，發(fā)育平行海岸線方向的環(huán)岸砂壩。沉積序列為向上變粗的反旋回，微相保存不完整，為破壞性三角洲。

致謝 感謝審稿專家的寶貴意見！