通过不同岩性组合垂向序列的变化能较准确地分析沉积物的形成环境(于兴河等, 1992)。综合分析岩石的颗粒粗细及沉积构造等特征, 识别出Yabus组辫状河和曲流河发育的9种主要岩石类型(图 2)。

图 2

Fig.2

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	图 2 Melut盆地Palogue油田古近系Yabus组辫状河和曲流河的典型岩石类型Fig.2 Typical lithofacies of braided and meandering rivers in the Paleogene Yabus Formation of Palogue Oilfield in Melut Basin

冲刷填充砾岩(Gt): 由成层的砾石组成, 砾石颗粒大小不一, 发育大型槽状交错层理, 为辫状河道底部冲刷充填沉积。

板状交错层理砾岩(Gp): 砾石颗粒相对较小, 分选磨圆与Gt相比较好, 发育高角度下切型板状交错层理, 为顺流加积作用形成的垂向砂坝。

板状交错层理含泥砾砂岩(Sp): 中粗砂岩含泥砾, 发育下截型及低角度下切型板状交错层理, 为低流态下垂向加积作用形成的横向砂坝或曲流河点砂坝侧向加积的产物。

含泥砾冲刷填充粗砂岩(Se): 发育原生交错层理的含泥砾粗砂岩, 为曲流河道底部冲刷充填沉积。

波纹层理中砂岩(Sr): 发育流水波纹层理的中砂岩, 为辫状河道床沙底形沉积物在单向水流作用下向前缓慢迁移形成。

块状层理粉砂岩(Fsc): 发育块状层理的粉砂岩, 为辫状河在静水环境下的快速沉积或曲流河的河漫滩沉积物。

透镜状层理粉砂岩(Fl): 粉砂岩中发育透镜状层理, 泥多砂少表现为“ 泥包砂” 的沉积特征, 为弱水动力条件下的曲流河决口沉积。

水平层理泥岩(Fcf): 粉砂质泥岩中发育水平层理, 为浅水氧化环境下辫状河和曲流河的泛滥平原沉积。

块状层理泥岩(Fm): 类似于Fcf, 区别在粉砂质含量极少, 泥岩纯度高, 为潮湿环境下辫状河和曲流河的沼泽沉积。

通过岩石类型分析, 结合概率累计曲线、测井响应特征、粒序特征、砂体几何形态及接触关系等多方面的综合研究, 并利用定量统计分析方法, 引入“ 微相砂体密度” 变量, 定量刻画不同层段主力沉积微相, 深入总结了辫状河和曲流河不同沉积微相的特征, 对不同微相形成的砂体进行了精细刻画与解剖, 为研究Palogue油田Yabus组“ 下辫上曲” 的河型空间演化规律奠定了基础。

微相砂体密度(SD_mf)指单位河流相砂体面积内发育的微相砂体面积百分比, 即单一沉积微相砂体面积与河流相砂体总面积之比的百分数:

SDmf=AmfAs×100%

式中: A_mf表示某一沉积微相砂体的面积, km²; A_s表示河流相砂体总面积, km²。

统计表明: Yabus组下段单位辫状河相砂体面积中发育心滩的平均密度为67%, 辫状河道的平均密度为29%, 河道间的平均密度为4%。而Yabus组上段单位曲流河相砂体面积中发育边滩的平均密度为65%, 曲流河道的平均密度为15%, 废弃河道的平均密度为13%, 决口扇的平均密度为7%。从“ 微相砂体密度” 变量来看, Yabus组心滩最发育, 其次是边滩, 其他几种微相砂体较少。

Yabus组下段为辫状河沉积, 岩相垂向序列为Gt→ Gp→ Sp→ Sr→ Fsc→ Fcf→ Fm, 底部为滞留砾石沉积, 顶部粉砂质泥岩或泥岩沉积厚度较薄, 整体呈现为箱型或弱钟型, 利用岩心、测井响应特征识别了辫状河道、心滩、溢岸沉积和泛滥平原4种沉积微相(图 3), 其主要沉积特征如下: (1)辫状河道为砾岩充填沉积, 发育槽状交错层理, 测井曲线形态表现为中高幅度钟型, 接触关系为上部渐变下部突变, 单期辫状河道砂体几何形态为顶平底凸的透镜状; (2)心滩为厚层状中粗砂岩沉积, 发育由顺流加积作用形成的高角度下切型和垂积作用形成的下截型板状交错层理, 测井曲线形态表现为高幅度箱型— 弱钟型, 接触关系为上部突变或渐变下部突变, 砂体几何形态表现为底平顶凸或双凸透镜体; (3)溢岸沉积发育流水波纹层理和水平层理, 测井曲线形态具有低幅指状— 舌型特征, 接触关系为顶底部渐变, 砂体几何形态为薄层片状沉积体; (4)泛滥平原为块状粉砂质泥岩和泥岩沉积, 测井曲线形态表现为低幅线型, 接触关系与溢岸沉积相似为顶底部渐变(图 3)。

图 3

Fig.3

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	图 3 Melut盆地Palogue油田古近系Yabus组辫状河沉积微相特征模板Fig.3 Sedimentary microfacies classification of braided river in the Paleogene Yabus Formation of Palogue Oilfield in Melut Basin

Yabus组上段逐渐过渡为曲流河沉积, 岩相垂向序列为Se→ Sp→ Fsc→ Fl→ Fcf→ Fm, 底部冲刷面滞留中— 薄层状砾石沉积, 砾石颗粒较下段辫状河沉积砾岩细, 顶部发育大段粉砂质泥岩和泥岩, 整体具有明显的钟型特征, 利用岩心、测井响应特征识别了曲流河道、边滩、天然堤、决口扇和泛滥平原5种沉积微相类型(图 4)。与下段辫状河沉积物相比, 明显的区别是岩石颗粒整体变细, 发育由侧积作用形成的低角度下切型板状交错层理, 底部砾岩段变薄且顶部泥岩段增厚, 泥岩颜色由浅灰色逐渐过渡为紫红色。(1)曲流河道为扁平状的砾石充填沉积, 发育槽状交错层理和沙纹交错层理, 测井曲线形态表现为中高幅度钟型, 接触关系为上部渐变下部突变, 曲流河道砂体几何形态为顶平底凸的透镜状; (2)边滩为中粗粒砂岩沉积, 测井曲线形态表现为高幅度钟型— 弱箱型, 接触关系为顶部突变或渐变、底部突变, 砂体几何形态表现为底平顶凸透镜体; (3)天然堤为泥质粉砂岩沉积, 发育平行层理和流水波纹层理, 测井曲线形态表现为中低幅度指状— 舌型, 接触关系为顶底部渐变; (4)决口扇为粉细砂岩沉积, 测井曲线形态具中高幅度漏斗型特征, 接触关系为顶部突变、底部渐变; (5)曲流河泛滥平原与辫状河类似, 为块状粉砂质泥岩和泥岩组成, 测井曲线形态表现为低幅度线型, 接触关系为顶底部渐变(图 4)。

图 4

Fig.4

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	图 4 Melut盆地Palogue油田古近系Yabus组曲流河沉积微相特征模板Fig.4 Sedimentary microfacies classification of meandering river in the Paleogene Yabus Formation of Palogue Oilfield in Melut Basin

通过Palogue油田典型井PP-29岩心精细观察描述可看出Yabus组下段(1326.15~1337.61im取心)具有典型的辫状河沉积序列特征, 整体上沉积物颗粒较粗, 垂向呈现粒序分布, 河道频繁摆动迁移在垂向上形成相互叠加的样式, 河道底部冲刷面高度发育, 可见各种不同类型交错层理, 以槽状交错层理和板状交错层理为主, 下部发育辫状河道, 上部发育心滩, 心滩向上过渡为河道间。而Yabus组上段(1247.14~1261.41im取心)具有典型的曲流河边滩沉积特征, 整体呈现正粒序结构, 底部河床滞留沉积明显, 中下部发育槽状交错层理, 中上部发育波状交错层理, 顶部过渡为天然堤且发育水平层理。

辫状河发育主要在Yabus组下段, 发育辫状河道、心滩、溢岸沉积和泛滥平原4种微相。在Yabus组形成早期即辫状河形成时期, 气候温暖潮湿且物源供给充足, 在低基准面和大坡度的地形条件下, 大量粗粒沉积物通过推移质和悬移质的混合搬运作用向盆步进。在辫状河发育初期, 河床较宽且河流的下切作用明显, 河道频繁切割叠置。沿着北西和北东的物源方向心滩形成于辫状河道中, 以顺流加积形成的纵向砂坝和垂向加积形成的横向砂坝为主, 心滩多呈椭圆状, 长轴方向与物源一致。

从垂向上看, 辫状河由下到上砂体沉积厚度逐渐变小, 砂体连通程度高, 表现为明显的正粒序, 具有多期辫状河道频繁摆动相互叠置的特征。由于受河流下切作用的影响, 底部沉积砂体厚而窄, 向上砂体变薄变宽, 岩心上可看到发育多组大型板状交错层理。平面上, 辫状河道形态复杂, 多呈网状和树枝状, 溢岸沉积充填在辫状河道间, 且受辫状河道形态和密度的影响, 溢岸沉积多为宽条带状(图 6)。

图 6

Fig.6

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	图 6 Melut盆地Palogue油田古近系Yabus组下段辫状河沉积模式Fig.6 Depositional model of braided river in the Lower Paleogene Yabus Formation of Palogue Oilfield in Melut Basin

辫— 曲过渡河流相发育在Yabus组中段, 与下伏辫状河和上覆曲流河相比, 沉积间隔短且沉积厚度薄。在辫状河发育晚期, 辫状河河床变窄, 随着基准面的上升、地形坡度的变缓、气候条件的炎热干旱和物源供给的减弱, 河流下切作用明显减弱, 河道开始频繁摆动进而分汊, 沿着河流由沉积物的顺流加积和垂向加积作用转变为沉积物的侧向加积作用。受沉积作用改变的影响, 在辫状河道中形成斜列砂坝, 且辫状河道分汊弯度逐渐增大, 心滩微相开始向河道边部发生迁移, 在河道凸岸一侧加积形成边滩。辫— 曲过渡河流相的沉积构造多样, 发育不同的沉积微相类型, 造成平面分布模式复杂, 主要表现为河道砂体相互交叉连通成网状, 局部地区砂体成连片状分布(图 7)。

图 7

Fig.7

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	图 7 Melut盆地Palogue油田古近系Yabus组中段辫状河— 曲流河过渡相沉积模式Fig.7 Depositional model of braided-meandering transitional river in the Middle Paleogene Yabus Formation of Palogue Oilfield in Melut Basin

曲流河发育在Yabus组上段, 发育曲流河道、边滩、天然堤、决口扇和泛滥平原等5种沉积微相。随着基准面旋回、地形坡度、古气候条件和物源供给的进一步变化, 在Yabus组沉积晚期, 相对细粒的沉积物主要通过悬移质搬运作用向陆步进, 河流下切作用减弱同时沉积物的侧向加积作用持续增强, 河道变窄且弯曲度增大, 完全由辫状河的心滩坝转变为曲流河的边滩坝沉积。

从平面上看, 不同沉积微相几何形态差异大, 曲流河道多为弯曲的长条状, 边滩为透镜状或呈新月形分布于凸岸, 决口扇形如扇状发育在河道的外缘, 而废弃河道(牛轭湖)夹在泛滥平原与边滩之间, 泛滥平原呈片状分布于河道外部。根据河道曲率、边滩规模和废弃河道发育程度可将Yabus组曲流河沉积分为2类: (1)高弯度曲流河, 河道曲率大, 河道迁移、废弃频率高, 边滩规模大呈透镜状, 废弃河道广泛发育, 砂体呈鳞片状或交织带状; (2)低弯度曲流河, 河道曲率相对较小, 河道也相对稳定, 边滩规模较小呈点状或新月状, 砂体呈独立的条带状(图 8)。

图 8

Fig.8

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	图 8 Melut盆地Palogue油田古近系Yabus组上段曲流河沉积模式Fig.8 Depositional model of meandering river in the Upper Paleogene Yabus Formation of Palogue Oilfield in Melut Basin

受构造沉降的影响导致地形坡度发生变化, 而坡度的陡缓直接影响到河流沉积物从物源方向过来的水动力大小, 是反映水动力强弱的一个考量指标。陡坡水动力强有利于辫状河的发育, 由于河流下切作用形成大型槽状交错层理, 且沉积物的粒度粗, Yabus组沉积早期就是发生在陡坡的地形背景。之后地形坡度变缓水动力减弱, 辫状河发育的外界条件消失, 河道方向开始侧向迁移, 逐渐向曲流河过渡, 相对较细的沉积物随着弱水流向远离物源的方向搬运沉积, 最终导致河型由辫状河转变为曲流河。

基准面高低决定了河流发育时期承载沉积物可容纳空间的大小, 同时间接受到古气候如降雨量的影响。Yabus组沉积早期基准面最低发育辫状河, 由于此时河流下切作用明显, 沉积物的侧向迁移能力较弱, 大量粗粒沉积物近源堆积发生沉积。随着基准面的上升, 可容纳空间增大, 河流侧向迁移能力也随之增强, 逐步向曲流河过渡, 且基准面越高河流的曲率越大, 由低弯度曲流河演变为高弯度曲流河。

气候环境主要从宏观角度对河型转变产生作用, 同时对基准面旋回和沉积物供给也会产生间接影响, 具体表现在降雨量对沉积物供给和植被发育程度对河岸的影响。从降雨量而言, 温暖潮湿的气候降雨量大, 容易形成辫状河, 且有利于植被发育, 提高河岸对水流的抗侵蚀能力产生稳定河道的作用。相反, 干旱的气候条件降雨量少, 河岸抵抗流水冲刷能力弱, 造成河道摆动与迁移。从孢粉类型分析结果可知, Yabus组沉积中期气候变得干旱(叶先灯, 2006), 正是由于温暖潮湿到干旱的气候变化, 形成了Yabus组“ 下辫上曲” 河型演化至关重要的控制作用。

沉积物供给是影响河型转化的内在因素, 它对河型转化的影响主要体现在物源供给是否充沛及物源距离。在Yabus组沉积早期气候温暖潮湿, 北西和北东2个方向的物源供给充足, 粗粒沉积物在近源堆积形成辫状河, 随着气候变得干旱, 物源供给能力减弱, 河流远源侧向迁移能力增加转变为曲流河。

综上所述, 在Yabus组沉积早期, 地形坡度相对较陡, 由于此时沉积物供给充足, 从北西和北东方向来的沉积物快速堆积形成辫状河; 进入Yabus组沉积中期, 气候开始干旱导致降雨量减少, 辫状河沉积体系由于水源及沉积物供给不足逐渐向曲流河型转换, 形成辫状河— 曲流河过渡相; 到了Yabus组沉积晚期, 随着基准面旋回不断上升, 少量沉积物通过悬移质搬运作用在远源缓坡部位沉积, 完全转变为曲流河型。