塔北新和地區下白堊統舒善河組薄砂體沉積相特征及沉積模式

何春豐，張 翔，2，田景春，2，夏永濤，楊燕茹，陳 杰，王鑫宇

（1.成都理工大學 沉積地質研究院，成都 610059；2.成都理工大學油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室，成都 610059；3.中國石化西北油田分公司勘探開發研究院，烏魯木齊 830011）

0 引言

塔北隆起是塔里木盆地最有利的油氣富集區之一，白堊系是塔北地區重要的勘探層系和油氣產層［1］。在塔北白堊系低緩構造背景下，缺少大規模構造圈閉的發育條件，隨著油氣勘探程度的提高，油氣勘探逐步聚焦于更為隱蔽的巖性油氣藏。塔里木盆地下白堊統舒善河組巖性圈閉發育，具有廣闊的油氣勘探前景，如在羊塔、英買力、熱瓦普、橋古、星火等廣大地區均已見良好的油氣顯示，特別是英買105 井舒善河組薄砂層中首獲高產工業油氣流（產油30 m3/d，產氣約1.5×104m3/d），證實在灘壩砂體的上傾尖滅帶發育巖性油氣藏［2］。塔北地區舒善河組大面積發育的薄層砂體被厚層泥巖封閉，可形成較好的巖性或上傾尖滅型圈閉，成為潛在的勘探目標。

多年來，學者們對塔北地區前陸盆地演化［3-5］、白堊系層序地層［6-8］、白堊系沉積相［9-11］、白堊系儲層特征［12-14］及油氣成藏條件［15-17］等領域已開展大量研究工作。夏輝等［9］運用巖心、地震、測井及錄井等資料，建立了舒善河組三角洲改造型和水下低隆起型灘壩沉積模式；劉勇等［10］利用巖性資料并結合區域古地貌分析，認為舒善河組發育湖泊相；季麗丹等［11］通過巖心觀察、測井資料和實驗分析，認為舒善河組發育扇三角洲—湖泊沉積體系，儲層主要分布于舒善河組中段，即扇三角洲前緣水下分流河道砂巖段。針對塔北地區舒善河組砂體期次劃分，各期次薄砂體的平面分布及沉積模式等尚未開展系統研究，嚴重制約了該區薄砂體巖性圈閉的預測。鑒于此，在已有研究的基礎上，以沉積地質學理論為指導，通過XH1 井等8 口取心井的巖心觀察、50件顯微薄片觀察、15 口鉆錄井資料、1 561.1 km2三維地震資料解釋，開展塔北新和地區舒善河組巖性段劃分，著重精細研究新和地區舒善河組沉積微相特征、古地貌控制下的薄層砂體展布規律及沉積模式，以期為下一步的勘探開發提供依據。

1 地質概況

新和地區位于塔里木盆地北部、天山南面，處于沙雅隆起之上的沙西凸起、雅克拉斷凸和庫車坳陷的南部斜坡帶等3 個構造單元的結合部［18］（圖1），屬于塔北隆起一級構造單元。塔北隆起是一個古生代—中生代的大型疊合古隆起，雛形形成于古生代中期，于古生代末—三疊紀定型為庫車周緣前陸盆地的前隆［19-20］。新和地區主體位于塔北隆起之上的沙雅隆起，該區主體部位自加里東晚期至燕山早期一直處于隆起狀態，下白堊統沉積以前，各時代地層受到不同程度地剝蝕，特別是古生界受到嚴重剝蝕，在前中生界雅克拉斷凸為剝蝕殘丘，且殘丘中部中生界下白堊統直接覆蓋于前震旦系變質巖之上［21］。

圖1 塔北新和地區區域構造位置（a）（據文獻［23］修改）和白堊系地層格架（b）Fig.1 Regional tectonic location of Xinhe area in northern Tarim Basin（a）and stratigraphic framework of Cretaceous（b）

塔北地區舒善河組為干旱炎熱氣候條件下，湖侵過程中形成的三角洲前緣及濱淺湖灘壩沉積［22］，沉積物整體上為細粒碎屑巖。舒善河組在盆地內的沉積厚度差異大，為50～350 m，巖性以紅褐色泥巖及灰綠色粉砂巖為主，從底到頂依次為砂泥巖頻繁互層、厚層泥巖夾砂巖、薄層砂巖夾泥巖。

2 地層發育特征

2.1 地層接觸關系

塔北新和地區沙雅隆起為庫車前陸盆地的前陸隆起，三疊紀前陸盆地開始發育時，沙雅隆起即進入強烈隆升剝蝕階段，不同程度地缺失古生界—侏羅系地層，舒善河組因湖侵超覆于沙雅隆起之上。新和地區主要發育下白堊統，自下而上依次為亞格列木群、舒善河組、巴西改組和巴什基奇克組。舒善河組與上覆巴西改組呈整合接觸，超覆于沙雅隆起剝蝕基底之上，分別以角度不整合或平行不整合沉積于前震旦系、震旦系、寒武系、石炭系及三疊系之上。根據井震標定，地層界面和地震反射界面具有較好的對應關系，T33對應于舒善河組頂界，T50對應于舒善河組底界。通過舒善河組東西向、南北向井震結合的地層對比分析，顯示舒善河組地層厚度差異較大，為44.0～264.5 m。

2.2 巖性段劃分

根據新和地區15 口單井地層劃分及對比分析，結合地層旋回及巖性特征，將舒善河組自下而上劃分為舒1 段、舒2 段和舒3 段。

舒1 段巖性主要為灰色厚層泥巖、灰色薄層粉砂質泥巖和泥質粉砂巖，地層厚度為13.0～117.0 m；舒2 段巖性為淺灰色、灰色泥巖，淺灰色、灰色泥質粉砂巖及粉砂巖與細砂巖的不等厚互層，地層厚度為33.0～107.3 m；舒3 段為灰色、褐色泥巖與薄層淺灰色粉砂巖互層，地層厚度為44.0～133.8 m。

2.3 地層結構

新和地區舒善河組東西向與南北向連井地層對比顯示，在區域上發育“三段式”、“兩段式”和“一段式”3 類地層格架，如QG4 井位于洼地區，發育完整的“三段式”，地層厚度最大；QG1 井位于隆起區，僅發育“一段式”，地層厚度小（圖2）。

圖2 塔北新和地區下白堊統舒善河組井震結合地層對比Fig.2 Stratigraphic correlation of well seismic combination of Lower Cretaceous Shushanhe Formation in Xinhe area，northern Tarim Basin

3 沉積相特征

3.1 沉積相識別標志

3.1.1 巖石學特征

通過砂巖顯微薄片觀察，結合砂巖分類三角圖分析可知，塔北新和地區舒善河組巖石類型主要為巖屑長石砂巖，其次為長石巖屑砂巖、長石砂巖，再次為長石石英砂巖（圖3）。巖石成分以石英為主，其次為長石。泥質雜基的體積分數為3.0%～9.5%，膠結物的體積分數為2.5%～30.0%，礦物組分包括方解石、硅質和褐鐵礦；顆粒間主要呈點接觸和線-點接觸，基底-孔隙式、接觸-孔隙式膠結。總體來看，砂巖粒度較小，為細粒和極細粒結構，砂巖的分選性以好為主，碎屑巖顆粒以次棱角—次圓為主，結構成熟度較好（圖4）。

圖3 塔北新和地區下白堊統舒善河組巖石類型三角圖Fig.3 Triangular diagram showing rock composition of Lower Cretaceous Shushanhe Formation in Xinhe area，northern Tarim Basin

圖4 塔北新和地區QG3 井下白堊統舒3 段微觀巖石學特征Fig.4 Microscopic petrological characteristics of Lower Cretaceous Shu 3 member of well QG3 in Xinhe area，northern Tarim Basin

3.1.2 沉積構造

碎屑巖中的沉積構造可反映沉積物形成過程中的水動力條件。原生沉積構造一般在成巖階段受成巖作用影響較小，所以一直被視為用于分析和判斷沉積相的重要標志［24-25］。通過對新和地區舒善河組XH1 井等15 口取心井的巖心觀察，發現該區主要發育水平層理、沙紋層理、沖洗交錯層理、平行層理構造等，可為劃分沉積相類型提供依據。

（1）水平層理主要見于泥巖、粉砂質泥巖等暗色細粒沉積物中，紋層之間相互平行，常出現在濱湖泥低能和淺湖泥較深水低能沉積環境中。如QG4 井和XH1 井舒善河組的粉砂質泥巖，粉砂巖中均發育水平層理（圖5a，5b）。

（2）浪成沙紋層理，在粉砂巖中可見弱水流條件下的小型浪成沙紋層理，表明其經歷過湖浪的淘洗，但粉砂巖的厚度較小且泥質含量高，表明湖盆水體淺，湖浪淘洗過程相對短暫。在研究區XH2 井和XH1 井舒善河組的粉砂巖中均可見沙紋層理（圖5c，5d）。

（3）沖洗交錯層理，又稱沖洗層理，由波浪向湖泊濱岸傳播時，在灘面上產生的向岸或離岸的往復沖洗作用形成的低角度交錯層理，巖心可見沉積紋層傾向具有雙向性，由相互超覆的前積層組成，反映雙向水流的存在。該類層理多發育在湖泊緩岸沉積環境中，如QG4 井和XH2 井舒善河組的粉—細砂巖中均發育沖洗交錯層理（圖5e，5f）。

（4）平行層理在外形上與水平層理相似，但成因不同，平行層理常形成于較強的水動力環境下。在研究區，平行層理多出現在粉—細砂巖中，以粉—細砂巖與泥巖互層為特征，顏色深淺交替，是水體能量規律性變化的產物，常發育在湖岸和濱淺湖環境中。QG3 井舒善河組的粉—細砂巖中可見平行層理發育（圖5g，5h）。

圖5 塔北新和地區下白堊統舒善河組沉積構造巖心照片Fig.5 Core photos of sedimentary structure of Lower Cretaceous Shushanhe Formation in Xinhe area，northern Tarim Basin

3.1.3 測井相標志

不同沉積微相的測井響應存在顯著差異，表現在測井曲線的形態特征和測井參數值的大小2 個方面，可以根據測井曲線對非取心段進行沉積相研究，從而彌補鉆井取心資料的不足，并對沉積環境進行還原。通過對新和地區舒善河組測井曲線響應形態的分析，識別出自然伽馬曲線齒化箱形（圖6a）、線形（圖6b）、鐘形（圖6c）和指形（圖6d）等4 種測井相。

圖6 塔北新和地區下白堊統舒善河組典型測井曲線特征Fig.6 Typical logging curve characteristics of Lower Cretaceous Shushanhe Formation in Xinhe area，northern Tarim Basin

齒化箱形曲線自然伽馬值相對較低，曲線頂部表現為由高值到低值的突變，中部表現為較為穩定的“齒化箱形”低值，底部逐漸變為高值。中部的低自然伽馬值代表存在較厚的砂巖層，頂部加速漸變，反映水動力突然減弱，物源供給驟降，該階段砂巖沉積結束，逐漸轉變為泥巖沉積。

線形曲線的自然伽馬值較高，反映水動力較弱，沉積環境相對較為穩定，物源供給不充足，以泥巖、粉砂質泥巖等細粒沉積為主，為濱淺湖泥沉積。

鐘形曲線表現為自然伽馬曲線似鐘形，反映沉積環境由低能突變為高能，又由高能緩慢恢復到低能，也反映了物源供應的逐漸減少。該時期以細砂巖和粉砂巖沉積為主，巖石粒度向上變小，為濱淺湖砂壩沉積。

指形曲線即自然伽馬曲線呈分散指狀，自然伽馬值高值背景下局部低值突變，代表整體低能背景下的較高能薄層砂體沉積，代表了濱淺湖泥和濱淺湖砂壩沉積。

3.1.4 地震相標志

地震相是指地震反射的地質面貌，即指沉積體在地震剖面上響應的各種特征［26］，實際工作中常使用反射結構、外部形態、振幅、頻率等物理參數來表示［27］。新和地區舒善河組地震剖面上兩邊表現為上超，對應XH101 井—S53 井區間主要為平行—亞平行反射組合，反射能量相對較強，代表了濱淺湖沉積環境特征。濱淺湖泥巖的地震相反射能量弱—中等、反射層平行、低頻、等厚、連續性中等—好，濱淺湖砂壩表現為中等振幅，連續至斷續反射明顯（圖7）。

圖7 塔北新和地區下白堊統舒善河組（T50—T33）典型地震剖面Fig.7 Typical seismic section of Lower Cretaceous Shushanhe Formation（T50-T33）in Xinhe area，northern Tarim Basin

3.2 沉積相劃分及特征

在上述巖石類型、沉積構造、測井相及地震相等沉積微相識別標志分析的基礎上，進一步識別出濱淺湖泥微相和濱淺湖砂壩微相（圖8）。

圖8 塔北新和地區XH2 井下白堊統舒善河組沉積相特征Fig.8 Sedimentary facies characteristics of Lower Cretaceous Shushanhe Formation of well XH2 in Xinhe area，northern Tarim Basin

（1）濱淺湖泥微相

濱淺湖泥微相的巖性主要為泥巖和粉砂質泥巖，顏色主要是以灰白色、淺灰色、灰色為主，也可見棕色和棕褐色，越往湖盆中心沉積物顏色越深且粒度越小。泥巖沉積厚度最大可達43.5 m，沉積構造常發育水平層理和沙紋層理。濱淺湖泥微相對應的測井曲線呈明顯線形，自然伽馬值較高。濱淺湖泥微相在地震剖面上主要表現為平行—亞平行反射組合。

（2）濱淺湖砂壩微相

濱淺湖砂壩多在湖泊邊緣或湖中局部隆起周圍，由湖流和波浪對河流攜帶的砂質再分配改造而成，呈條帶狀平行于岸線分布［28-29］，該沉積微相中粉砂巖到中砂巖均有發育，同時夾薄層粉砂質泥巖，常呈薄互層分布，砂厚一般大于1 m，顏色多為淺灰色、灰色、灰褐色等；主要發育平行層理、沙紋層理、浪成沙紋交錯層理和沖洗交錯層理。自然伽馬曲線常呈中幅指狀、齒化鐘形和箱形。薄砂體厚度（大于2 m）較大時，泥巖夾層不發育，自然伽馬曲線表現為箱形、鐘形；單層厚度（小于2 m）較小時，泥巖夾層發育，多為反粒序，有時粒序不明顯，自然伽馬曲線多表現為指形。地震剖面上濱淺湖砂壩砂體發育處沉積特征表現為中等反射，連續至斷續，內部疊置。

3.3 沉積相橫向特征對比

在單井沉積相劃分基礎上，開展新和地區東西向和南北向沉積相對比研究，展示新和地區二維剖面上的沉積相演化特征。

XH5 井—QG1 井舒善河組東西向連井沉積相剖面顯示，受沉積前古地貌控制，XH5 井、XH101 井和QG2 井缺失舒1段，QG101 井和QG1 井缺失舒1段和舒2 段，位于洼地的QG4 井舒善河組的3 段地層發育完整（圖9）。以QG4 井為界，西至XH5 井區，東至QG2 井區早期發育濱湖泥微相，隨著湖盆范圍的擴大而逐漸演化為淺湖泥微相。XH5 井、XH101 井單砂體厚度較小，一般為2～6 m，砂體規模小且孤立。QG4 井發育2 套厚砂壩和多套薄層砂壩，QG2 井舒2 段和舒3 段發育多套薄砂壩，QG101 井舒3 段發育1 套厚層砂壩和3 套薄砂壩。其中最薄砂壩的厚度為2 m，最厚的為8 m。總的來看，橋古地區的砂體空間上連續疊置，砂體發育程度整體優于新和地區，舒2 段和舒3 段砂壩發育較好。

圖9 塔北新和地區XH5 井—QG1 井下白堊統舒善河組連井剖面Fig.9 Well-tie contrast profile of Lower Cretaceous Shushanhe Formation across well XH5 to well QG1 in Xinhe area，northern Tarim Basin

XH3 井—XH2 井舒善河組南北向連井沉積相剖面顯示（圖10）：受新和古隆起控制，XH3—XH5井缺失舒1 段；XH2 井受洼地控制，舒善河組內3 段地層發育完整。XH3 井發育單個厚砂壩，XH5 井和XH1 井均發育多個砂壩，且井間砂體連通性較好。XH2 井也發育多個薄層砂壩，總體來看，XH1 井砂壩發育最好。

圖10 塔北新和地區XH3 井—XH2 井下白堊統舒善河組連井剖面Fig.10 Well-tie contrast profile of Lower Cretaceous Shushanhe Formation across well XH3 to well XH2 in Xinhe area，northern Tarim Basin

4 沉積微相平面分布特征

4.1 區域沉積背景

依據塔北新和地區15 口井砂體厚度（粉砂巖和細砂巖）數據統計，系統編制了舒善河組砂體厚度分布圖，顯示研究區舒善河組整體為濱淺湖沉積，砂壩外圍為濱淺湖泥微相（圖11）。平面上，研究區舒善河組發育多個砂壩，呈較寬的北東—南西向條帶狀展布，砂體累積厚度為20～50 m，相比于新和地區，三道橋地區砂體厚度較大。

圖11 塔北新和地區下白堊統舒善河組沉積微相平面分布Fig.11 Plane distribution of sedimentary microfacies of Lower Cretaceous Shushanhe Formation in Xinhe area，northern Tarim Basin

4.2 沉積前古地貌特征

根據舒善河組下伏接觸層位統計，采用印模法和地層厚度的綜合分析刻畫研究區舒善河組沉積前的古地貌。古地貌分析表明，新和地區舒善河組沉積前發育“隆起、低隆起和洼地”三級古地貌（圖12）。隆起區分布于研究區東西兩側，地層厚度小于130 m；低隆起區分布于新和地區中部的局部鼻凸，厚度為140～145 m；洼地廣泛分布于研究區中部地區。古地貌高的區域，舒善河組厚度小，古地貌低的區域，舒善河組沉積厚度大。

圖12 塔北新和地區下白堊統舒善河組沉積前古地貌Fig.12 Pre sedimentary paleogeomorphology of Lower Cretaceous Shushanhe Formation in Xinhe area，northern Tarim Basin

4.3 沉積微相和砂體展布特征

新和地區舒善河組的砂壩主要分布在湖岸線附近，高精度三維地震資料解釋揭示了砂壩的空間展布特征和不同時期的沉積微相演化過程。舒善河組沉積總體為湖侵水進背景，垂向上共發育3 期湖侵過程，自下而上，舒1 段沉積期為低位期，湖侵超覆低隆起；舒2 段為最大湖泛期，湖侵向隆起區超覆；舒3 段沉積期為次級淹沒期，湖侵完全超覆隆起。

舒1 段沉積時期，研究區北東—南西呈現古隆起、濱湖、淺湖、濱湖、古隆起的展布格局（圖13）。沿古隆起區往湖盆中心依次發育濱湖泥—淺湖泥沉積微相，古隆起分布于北東和南西方向，濱湖主要分布于XH4—XH3—XH2 井區連線的南西方向，區域內主要發育濱淺湖泥沉積微相，巖性主要為泥巖和粉砂質泥巖。

圖13 塔北新和地區下白堊統舒善河組1 段沉積微相平面分布Fig.13 Plane distribution of sedimentary microfacies of the first member of Lower Cretaceous Shushanhe Formation in Xinhe area，northern Tarim Basin

舒2 段沉積時期，研究區伴隨著湖侵，古隆起向北東和南西方向遷移，濱湖也隨之遷移，古隆起和濱湖面積縮小，淺湖面積進一步擴大，但整體仍呈現古隆起、濱湖、淺湖的沉積格局（圖14）。由于舒2 段快速湖侵，物源供給較充足，在整體湖侵背景下湖水的周期性動蕩有利于形成濱淺湖砂壩砂體，砂壩開始沿古隆起發育濱淺湖砂體，平面上砂體呈北東—南西向展布，并沿隆起區分別向東、向西遷移。砂體明顯受古地貌的控制，古隆起北翼陡峭，坡度大，砂壩具有砂巖厚、相帶窄的特點，古隆起南部較平緩，壩體具有砂巖薄并呈多排展布的特點，呈群帶狀、寬條帶狀，平行或斜交岸線分布。同時由于水動力變化頻繁，垂向上呈現砂壩與泥灘間互沉積，巖性以泥巖、泥質粉砂巖和粉砂巖為主，廣泛發育水平層理、平行層理、沙紋層理和沖洗層理。

圖14 塔北新和地區下白堊統舒善河組2 段沉積微相平面分布Fig.14 Plane distribution of sedimentary microfacies of the second member of Lower Cretaceous Shushanhe Formation in Xinhe area，northern Tarim Basin

舒3 段沉積時期，新和地區隨著湖平面緩慢上升，濱淺湖面積持續擴大，舒善河組進入了填平補齊階段，古隆起被全部淹沒，全區為淺湖沉積（圖15）。由于物源供給減少，垂向上砂壩與濱淺湖泥巖間互沉積，具有泥巖厚、砂壩薄、泥灘包圍砂壩的特征；巖性以泥巖和粉砂質泥巖為主，主要發育水平層理和平行層理。

圖15 塔北新和地區下白堊統舒善河組3 段沉積微相平面分布Fig.15 Plane distribution of sedimentary microfacies of the third member of Lower Cretaceous Shushanhe Formation in Xinhe area，northern Tarim Basin

5 沉積模式

根據塔北新和地區下白堊統舒善河組各段沉積微相平面分布和演化規律，結合沉積前古地貌特征，建立了研究區舒善河組薄砂體的沉積模式（圖16）。

圖16 塔北新和地區下白堊統舒善河組濱湖—淺湖砂壩沉積模式Fig.16 Sedimentary model of shoal-shallow lake sand bar of Lower Cretaceous Shushanhe Formation in Xinhe area，northern Tarim Basin

舒1 段沉積期主要局限于洼地區，在東西兩側隆起和中部低隆起區受湖浪作用，為濱湖砂壩砂體沉積；中部環低隆起淺水區為濱湖沉積。

舒2 段沉積時期伴隨著向東西兩側湖侵，湖平面快速上升，水體深度不斷變大，濱湖砂壩砂體也隨著湖盆擴張分別向東西兩側遷移，在靠近湖盆邊界隆起區為濱湖沉積區，受湖浪作用以濱湖砂壩沉積為主，由于其水動力較淺湖區強，沉積物粒度大。研究區中部低隆起區完全淹沒于浪基面之下，為淺湖沉積。

舒3 段沉積期為持續的湖侵過程，全區被湖水淹沒，均為淺湖沉積，主要發育淺湖砂壩砂體。

綜上所述，研究區舒善河組薄砂體沉積微相為濱湖砂壩和淺湖砂壩，是在湖侵演化過程中形成的。舒1段—舒2 段處于由中部洼地向東西兩側持續湖侵的沉積階段，發育濱湖砂壩和淺湖砂壩2 類砂體。濱湖砂壩主要分布于東西兩側的隆起區，并逐漸隨湖平面上升向東西兩側遷移。舒3 段為淺湖沉積，薄砂體主要為淺湖砂壩砂體。

6 結論

（1）塔北新和地區下白堊統舒善河組可劃分為舒1 段、舒2 段和舒3 段3 個巖性段。舒善河組沉積時期，新和地區發育濱淺湖泥和濱淺湖砂壩沉積微相。

（2）研究區舒善河組薄砂體為濱淺湖砂壩砂體。舒1 段、舒2 段濱湖和淺湖均有發育，濱湖沉積分布于研究區東西兩側的隆起區，并伴隨湖平面上升向東西兩側遷移，中部深水區為淺湖沉積；舒3段沉積期全區均為淺湖沉積。

（3）研究區舒善河組薄砂體平面分布與垂向演化主要受沉積前古地貌、湖平面變化、古水深控制。古地貌控制舒善河組的沉積厚度，并由中部的洼地區向東西兩側隆起區超覆沉積。伴隨持續地湖平面上升，早期沉積的濱淺湖砂壩砂體向東西兩側遷移，湖水淹沒隆起區，最終演化為淺湖沉積。對古水體研究發現在淺水區為濱湖沉積、深水區為淺湖沉積。