分汊河相模式及研究实例
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发布时间：2022-05-14 17:19
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时间：2023-10-16 00:41
表5-3中及王随继等（2000）都对分汊河与其他河流进行了较详细的对比。但是这主要是针对现在分汊河流平面形态、水动力及环境以及简单地对沉积物剖面进行的对比。显然仅仅依靠这些来“将今论古”对古代分汊河进行研究是不够的，必须运用沉积学原理对其进行相模式的总结。然而沉积学界一直未有学者重视这个问题，正因为如此，分汊河在沉积学界未得到推广使用。
前人研究成果中尚未提及古代分汊河的实例，更未建立其沉积相模式。袁静等（2009）在研究渤海湾盆地垦东凸起北坡馆上段沉积特征时发现，该地坡降较大，不利于曲流河与网状河发育，而其下伏馆下段为典型的辫状河沉积，正是有利于分汊河发育的沉积背景。进一步分析其岩石学特征、沉积构造和垂向层序特征、粒度特征、河流宽深比与河流弯曲度等相标志，发现其并非传统认识中的曲流河沉积，而是与典型辫状河、曲流河与网状河均有所区别的分汊河沉积，并建立了分汊河沉积相模式。
（一）相标志
1.成熟度较低的岩石学特征
垦东北坡馆上段岩石学特征反映半氧化-半还原环境中较近的距离搬运和沉积作用。砂岩与粗粉砂岩是其主要储油岩石，据薄片鉴定可知其成分成熟度较低，主要为岩屑长石砂岩及长石砂岩；从粒度上看，以中细砂岩为主。砂岩杂基主要为泥质，平均含量9.9%左右，不同井段差异较大，最高可达30%，最低至1%。胶结物极少，岩石疏松，不少层段呈松散砂状。细粉砂岩物质成分基本同于砂岩和粗砂岩。泥岩主要为褐红、紫红、浅灰、灰绿及黄绿色泥岩，时常见褐红灰绿杂色泥岩。页岩主要为黑色炭质页岩。
2.有别于曲流河与辫状河的沉积构造和垂向层序
原生沉积构造和沉积层序是识别沉积体系相非常有用的标志，它反映沉积介质的性质、流体水动力情况、沉积物的搬运和沉积方式以及随时间的演化特征。垦东北坡馆上段岩心结构疏松，常呈松散状，很多原生沉积构造遭到破坏，难以细致观察描述，但丰富的冲刷充填构造、冲刷面之上由块状层理、板状层理、平行层理中细砂岩渐变为波状层理粉砂岩，或突变为水平层理（炭质）泥页岩的垂向层序，仍可清晰地反映出典型河流沉积特征和二元结构（图5-19）。
图5-19 垦东北坡KD342井馆上段岩心相分析图
然而，与典型曲流河垂向层序不同的是，研究区砂质沉积顶部常突变为黑色炭质页岩（图5-20a），无堤岸亚相的明显标志；中细砂岩中常见递变层理和块状层理（图5-20b），反映重力流搬运和沉积作用。垂向层序上泥多砂少（图5-21），而非“砂包泥”，明显与辫状河二元结构不甚发育、“砂包泥”的垂向层序特征相矛盾。
3.较高的河流弯曲率
对研究区馆上段粒度资料统计分析表明，研究区岩石C值平均为0.423～0.643 mm，粒度中值平均为0.166～0.249 mm，反映粒度较细，以中细砂岩为特征。标准偏差平均为1.256～1.400φ，反映岩石分选较差-差。偏态Sk1 反映储层具有很正偏态的粒度分布特点，与河流砂的较为吻合。峰态KG反映粒度频率曲线尖锐-很尖锐，是两组沉积混合沉积造成的，属河流沉积最常见的粒度分布特征。镜下观察岩石碎屑呈次棱角-棱角状，磨圆度中等，一般为颗粒支撑，反映以牵引流沉积为主。
图5-20 垦东北坡馆上段典型岩心相标志
图5-21 KD80井岩性剖面及测井相解释
将粒径小于0.074mm 的粉砂泥质百分含量代入舒姆提出的河型判别经验公式，计算河流宽深比（F）和河流弯曲度（P）：
沉积学原理（第二版）
式中：M为粉砂泥质含量。
计算结果表明，研究区主要取心井所在河段弯曲率最小为1.45，最大为2.49，各井平均值为1.73～1.83。根据Miall 的标准：P<1.2 为低曲率，1.2
4.受洪流约束明显的粒度概率图特征
粒度概率累积曲线是最常用的相分析基础图件。一般碎屑沉积物包括三个次总体，反映了悬浮、跳跃和滚动三种基本搬运方式。对垦东北坡馆上段取心井粒度资料进行分析整理，绘制了近百幅岩心粒度概率累积曲线，并对其根据沉积学原理分为4类（表5-4）。
表5-4 垦东地区馆陶组粒度概率累积曲线分类特征
（1）一跳中悬加过渡式
该类曲线由跳跃总体、悬浮总体（含量<40%）及两者之间的过渡段组成，造成这种曲线特征的主要原因是受季节洪流沉积的约束，反映动荡性较强的流动特征。该类在各类粒度概率曲线中占93%，属绝对多数，能反映馆上段沉积物搬运沉积的基本特征，根据截点位置、粒度中值及悬浮总体含量等又可分为A、B、C三个亚类（图5-22a）。
（2）一跳高悬加过渡式
该类曲线占各类粒度概率曲线的4%，也由跳跃总体、悬浮总体（含量>40%）及两者之间的过渡段组成，形态特征与“一跳中悬加过渡式”类似，但悬浮总体含量较高，曲线斜率较低，反映洪水期流体越岸后能量释放、动荡、骤减的环境特点（图5-22b）。
（3）两段式
垦东北坡馆上段粒度概率曲线中典型的两段式并不多见，统计结果表明，98个粒度分析样品中，只有3个样品属于典型的两段式（图5-22b），反映其沉积环境并非典型的曲流河。
（4）一段式
该类粒度概率图呈现一段式的上拱弧形，即沉积物主要由悬浮总体组成，分选差，跳跃总体和悬浮总体缓慢过渡而无明显转折点（图5-22b），与浊流沉积物的粒度概率图有很好的相似性，反映洪水期强烈的越岸悬浮沉积。
图5-22 垦东北坡馆上段粒度概率图
5.反映递变悬浮和推移搬运的C-M图特征
垦东北坡馆上段1372.7～1445.94 m河流相沉积的 C-M图发育 PQ-QR-RS段（图5-23）。发育PQ段说明滚动组分或以滚动为主的组分极不发育，反映曲流河的沉积作用特征，与研究区储集层主要为细砂岩的粒度特征相符。而发育的QR段和RS段反映沉积物递变悬浮垂向加积和推移搬运侧向加积综合作用，是辫状河的典型特征，与前述粒度概率曲线特征相符。
图5-23 垦东地区馆上段C-M图
（二）相模式与相类型
在上述研究基础上，本文提出研究区馆上段河流属于分汊河沉积相，并初步建立了其沉积相模式（图5-24）。在该相模式中，分汊河可划分为河床、堤岸、河漫/洪泛平原、废弃河道（牛轭湖）等四个亚相，组成下粗上细的正旋回，二元结构明显（表5-5）。其中，堤岸亚相与洪泛平原亚相相互消长，即若洪水作用强烈，河道侧向迁移或分汊、决口频繁，堤岸亚相不发育，河床亚相与洪泛平原亚相在平面上紧邻发育；若河道较稳定，堤岸亚相则较发育，在堤岸亚相外侧发育河漫亚相。
图5-24 渤海湾盆地垦东北坡馆上段分汊河相模式图
1.河床亚相
河床亚相分为河床滞留沉积和河道砂坝2个微相。
（1）河道砂坝微相
主要岩性为棕褐色、灰白色、浅灰色或被原油污染的中细砂岩。分选中等；粒度曲线有2个跳跃次总体，截点2.5～3φ；悬浮总体小于20%，细截点3.2～4φ。有时为典型两段式，悬浮总体小于30%，细截点2～3φ；Md=0.13～0.25mm。各种层理发育，如槽状层理、平行层理、爬升层理及波状层理等，向上突变为泛滥平原沉积或灰（绿）色粉砂泥质“落淤层”。生物化石少，偶然可见炭屑。单砂体厚度在2.5～18.2m之间，一般厚度为4～9m，为向上变细的正旋回，是分汊河最主要的储集砂体。
表5-5 分汊河沉积类型及沉积特征综合表
（2）河床滞留沉积微相
主要岩性为棕褐色、灰色、或被原油污染的含泥砾中细砂岩，分选较差，底部有冲刷面，向上发育递变层理。砂体厚度较薄，一般不超过1m，位于河道沉积的最底部，呈透镜状展布。
2.堤岸亚相
河道稳定的情况下，分汊河堤岸亚相较发育，其沉积物粒度概率累积曲线有2个跳跃次总体，悬浮组分与跳跃组分大体相当，甚至更多，反映洪水期较强的垂向加积作用。
（1）天然堤微相
主要岩性为灰绿色、黄绿色、灰*泥质细砂岩和粉砂岩，分选差。发育砂纹层理、爬升层理和波状层理，为向上粒度变细的正旋回。沉积物内见植物碎片、炭质膜及云母片等。单层厚度一般不超过2m。
（2）决口扇微相
主要岩性为灰绿色、灰*和棕红色细砂岩、粉砂岩及泥质细砂岩，分选差。粒度较堤岸亚相稍粗，Md为0.13～0.25mm。底部具冲刷面，向上见递变层理、块状层理或小型交错层理，呈向上变粗的反旋回或向上变粗再变细的复合旋回，反映洪水由弱变强再变弱的作用过程。富含植物杆屑。单层厚度2～12m，多在4～6m之间，是分汊河相中仅次于河道砂坝的沉积砂体，含油性良好。
3.河漫/洪泛平原亚相
在分汊河堤岸亚相不发育的河段或时期，河床两侧为洪泛平原微相，主要岩性为杂色泥岩、粉砂质泥岩，不具储集能力。
堤岸亚相较发育的情况下，在其外侧相对低洼的地区发育河漫亚相，为分汊河沉积的顶层单元。根据其沉积物特征和淤水程度，可划分为河漫滩和河漫湖泊两个微相。沉积物粒度概率累积曲线为两段式，悬浮总体在70%以上，反映以垂向加积为主的沉积作用。该亚相单层厚度2～24m，平均7m左右，基本不具储集能力，一般作为油气隔层。
（1）河漫滩微相
河漫滩微相在洪水期有水，平水期无水，因此主要岩性为浅灰色、灰色、棕红色、紫红色及杂色粉砂质泥岩、泥岩，偶为泥质粉砂岩。可发育波状层理、块状层理、水平层理。生物化石少见。
（2）河漫湖泊微相
河漫湖泊是分汊河堤岸两侧常年积水的洼地，主要岩性为灰色、灰绿色质纯泥岩，发育水平层理。
4.废弃河道亚相
分汊河相由于截弯取直（cut-off）作用造成河流改道，原河道废弃，形成废弃河道（abandoned channel）亚相，因形似牛角，也可称为牛轭湖亚相。主要岩性为浅灰色、灰绿色或被原油污染的细砂岩和粉砂岩，向上可过渡为浅水灰绿色泥岩和杂色泥岩泛滥平原沉积。植物及螺蚌化石丰富，如KD342井1372.20m附近灰绿色粉砂质泥岩中见完整双壳类壳体，壳体尺寸大于7cm，壳壁较薄（图5-20c），反映安静的水体条件。粒度曲线为两段式，悬浮总体与跳跃组分大体相当，或者更多。砂岩可发育小型交错层理、波状层理、水平层理，呈向上变细的正旋回。单层厚度2～6m，可含油。
（三）砂体分布及研究意义
根据区域地质背景，结合前人研究成果，认为垦东北坡馆上段沉积时期河流流向主要受构造背景控制，概率方向大体为北东。在此基础上，结合开发实践，考虑油水关系，点-线-面结合定量编制了各主力小层沉积相平面分布图并分析了沉积砂体时空展布特征，结果表明，分汊河的发育具有明显的多阶性，其中21、24小层河道砂体最为发育，其次为23、31、32、33等小层。
以21小层为例（图5-25），该层河道砂体较发育，在研究区中部和西南部均有河道展布。中部南北走向河道与层相似，反映了沉积作用的旋回性特征。由南向北，依次发育三个较大型河道砂坝。南部砂坝的含砂率一般在50%以上，高于北部砂坝，反映了河流由南向北的古流向。在河道的凹岸发育天然堤含油气砂体。河道外侧于KD346井和KD34A-7-KD34B-6井分别发育两个决口扇砂体。东部KD471-KD343 井发育废弃河道沉积。其他地区基本为洪泛平原沉积，含砂极少或不含发育砂层。
开发实践表明，构造上隶属垦东北坡的新北油田宏观上油气分布受构造控制，微观上油气富集主要受分汊河道砂体的控制；西南高部位为岩性-构造油气藏，而向北东方向沿河流概率流向沉积微相（岩性）成为控制油气成藏的主要因素，河道砂坝优于废弃河道，废弃河道优于决口扇，同一砂体上游部位含油性好于下游部位。
图5-25 新北油田层沉积相图
