準噶爾盆地腹部地區(qū)白堊系呼圖壁河組沉積特征

楊有星，金振奎，王 濮

(1.中國石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249;2.中國石油大學(xué)油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249; 3.中國石油天然氣股份有限公司煤層氣有限責任公司，北京 100028)

準噶爾盆地腹部地區(qū)白堊系呼圖壁河組沉積特征

楊有星1，2，金振奎1，2，王 濮3

(1.中國石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249;2.中國石油大學(xué)油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249; 3.中國石油天然氣股份有限公司煤層氣有限責任公司，北京 100028)

以沉積學(xué)的方法和原理為指導(dǎo)，綜合運用錄井、測井、巖心、區(qū)域地質(zhì)背景等資料，對準噶爾盆地腹部地區(qū)滴西12井區(qū)白堊系呼圖壁河組沉積特征進行研究。結(jié)果表明:滴西12井區(qū)白堊系呼圖壁河組巖性主要為灰色細砂巖、粉砂巖和棕紅色泥巖的頻繁互層，沉積相類型主要為干旱型砂質(zhì)辮狀河，微相類型主要有高能河道、低能河道、心灘、溢岸、河漫灘等，物源方向主要來自西北和東南方向;呼一段和呼二段共劃分為14個小層;小層沉積初期發(fā)育西北向的辮狀水道，沉積時期辮狀水道規(guī)模進一步擴寬沉積時期水流能量開始減弱，河道發(fā)育不明顯沉積時期河道水動力條件又逐漸增強，河道不斷分叉、合并和擺動，多期河道疊置，形成豐富的水道心灘儲油砂體;沉積作用及不同類型沉積微相相帶分布是研究區(qū)儲層物性的主控因素。

石油勘探;石油地質(zhì);沉積學(xué);儲層;巖性;準噶爾盆地;呼圖壁河組;辮狀河

準噶爾盆地腹部地區(qū)是新疆油田公司近年來重點勘探的區(qū)帶之一，滴西12井區(qū)為準噶爾盆地腹部地區(qū)典型區(qū)塊。該井區(qū)的滴西9井呼圖壁河組初次試油日產(chǎn)油0.58 t，日產(chǎn)氣40 992 m3，日產(chǎn)水4.25 m3。滴西12井區(qū)呼圖壁河組取心井6口，取心進尺56.77 m，收獲率93.06%，含油心長11.70 m。截至目前，研究區(qū)20余口井在白堊系呼圖壁河組儲層均見油氣顯示，具有良好的油氣勘探前景。前人對研究區(qū)沉積相類型進行過初步的研究，但是論證較粗略，并未對沉積微相類型和砂體展布規(guī)律做進一步研究。筆者在前人研究的基礎(chǔ)上，以沉積學(xué)的方法和原理為指導(dǎo)，綜合運用錄井、測井、巖心、區(qū)域地質(zhì)背景等資料，對準噶爾盆地腹部地區(qū)滴西12井區(qū)白堊系呼圖壁河組沉積特征進行研究。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

滴西12井區(qū)在構(gòu)造上位于準噶爾盆地陸梁隆起東段滴南凸起上，行政隸屬新疆維吾爾自治區(qū)福海縣管轄［1-2］，毗鄰東道海子凹陷和石南凹陷，長期處于構(gòu)造高部位，是油氣聚集的有利地區(qū)［3］。研究區(qū)位于石西油田東南方向48 km、彩南油田西北方向46 km，研究區(qū)面積約100 km2(圖1)。

圖1 滴西12井區(qū)構(gòu)造位置Fig.1 Structural map of well DX12 block in Junggar Basin

滴西12井區(qū)所在的滴南凸起構(gòu)造形成于石炭紀末期，石炭系基底為一向西傾沒的大型復(fù)式鼻狀構(gòu)造，南北兩翼分別被兩個基底逆沖斷裂滴水泉斷裂和滴水泉北斷裂所切割。研究區(qū)自下而上發(fā)育的地層有石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、第三系和第四系［4-5］。滴西12井區(qū)整體構(gòu)造平緩，局部發(fā)育小型低幅度背斜，背斜高點位于滴西12井至滴202井附近，整個井區(qū)構(gòu)造形態(tài)為受滴西12井東斷裂和滴西2井北斷裂夾持的一個斷鼻構(gòu)造。其發(fā)育的4條主要斷層為同生斷層，造成的顯著地勢高差是研究區(qū)發(fā)育辮狀河相的主要原因之一。同時，下降盤的不斷下降導(dǎo)致可容納空間不斷增加，可以形成厚度較大的辮狀河沉積。

2 地層劃分和對比

在滴西12井區(qū)的地層劃分與對比中，主要應(yīng)用了巖性、沉積旋回、測井曲線特征及地震剖面標志層法進行了地層的劃分和對比［6-8］。呼圖壁河組整體為一個向上變細的沉積序列。自下而上劃分為呼一段和呼二段?？傮w沉積特征為棕紅色泥巖與灰色粉砂巖頻繁互層。棕紅色泥巖一般厚2～16 m，灰色泥質(zhì)粉砂巖或細砂巖一般厚2～8 m，單砂層厚度薄，延伸范圍小，測井曲線呈現(xiàn)出變化幅度較小的鋸齒形特征。

呼一段和呼二段的界線劃分主要參考地震標定和測井曲線特征。電阻率曲線在呼一段頂部30～40 m深度時呈現(xiàn)出正旋回特征，自然伽馬和自然電位值增大。根據(jù)以上原則將呼一段劃分為8個小層(自下而上為～)，將上部呼二段劃分為6個小層(自下而上為～)。14個小層組自下而上均表現(xiàn)為巖性序列和測井曲線正旋回變化，主要劃分依據(jù)如表1所示。

表1 滴西12井區(qū)呼圖壁河組小層劃分方案Table 1 Substrata division of Hutubihe formation of well DX12 block

3 沉積相標志

3.1 顏 色

沉積物的顏色主要有以灰色、黑色等暗色為主的還原色和以棕紅色、黃色等淺色為主的氧化色兩種［9］。研究區(qū)的礫巖主要為灰綠色，含礫粗砂巖主要為棕紅色，灰綠色;中砂巖顏色主要為灰綠色，褐灰色，細砂巖顏色主要為褐灰色和灰綠色;粉砂巖以灰色為主，總體上砂礫巖以還原色和氧化色交替出現(xiàn)為主;泥巖顏色主要為灰綠、棕紅色或紅色，主要表現(xiàn)為氧化色，是干旱型辮狀河發(fā)育的主要特征之一，本時期主要以干旱型氣候為主，并且洪泛河流發(fā)育，河流頻繁改道，沉積物長期暴露在空氣之中。

3.2 巖石類型

白堊系呼圖壁河組沉積物巖石類型主要為礫巖、砂巖、粉砂巖和泥巖。

3.2.1 礫 巖

礫巖為中礫巖和細礫巖，主要分布在白堊系底部。礫巖通常呈灰色，有的礫巖呈紫紅色，礫巖單層厚度多為幾米，礫石直徑多為0.5～5 cm，含量為60%～70%，填隙物主要為泥質(zhì)。礫巖中礫石磨圓較好，為次圓狀至次棱角狀，反映搬運距離較長，距離物源較遠。礫石平行層面排列，局部呈疊瓦狀，說明礫巖是牽引流沉積，水流速度較穩(wěn)定［10］。

3.2.2 砂 巖

砂巖分布普遍，從細砂巖到粗砂巖都有，以中、細砂巖為主(圖2(a))。中、細砂巖中常含泥礫，含量為10%～35%。砂巖多呈灰色、棕紅色，單層厚度多為幾十厘米至幾米。從砂巖成分看，研究區(qū)砂巖為巖屑砂巖，其成分成熟度很低，這與母巖區(qū)巖石類型相關(guān)。砂巖以火山巖類巖屑砂巖為主，成分反映的母巖類型與礫巖基本一致。砂巖顆粒磨圓差，呈次棱角狀和次圓狀，以次棱角狀為主，說明距離物源比較近。顆粒之間的填隙物以泥質(zhì)為主，其含量為2%～15%。

圖2 研究區(qū)巖石類型及沉積構(gòu)造Fig.2 Main rock types and sedimentary structure of well DX12 block

3.2.3 粉砂巖

研究區(qū)粉砂巖呈灰色，多為薄層狀，磨圓差，呈棱角狀，成分仍以巖屑為主，還有長石和石英，填隙物主要為泥質(zhì)，泥質(zhì)含量通常大于15%，最高約為40%(圖2(b))。

3.2.4 泥 巖

研究區(qū)泥巖主要為紅色泥巖和少量的灰色泥巖，即氧化色泥巖。氧化色包括棕紅色、紫紅色、紅色，還原色包括灰綠色、灰色、深灰色，氧化色泥巖(圖2(c)、(d))成分不純，常含砂和粉砂。氧化色反映強氧化環(huán)境，代表長期暴露于大氣的干旱陸地沉積環(huán)境。

3.3 沉積構(gòu)造

根據(jù)典型取心井的巖心觀察，呼圖壁河組砂礫巖中發(fā)育多種沉積構(gòu)造，其中有槽狀交錯層理，板狀交錯層理，楔狀交錯層理及平行層理(圖2(e)、(f)、(g)、(h))，部分砂巖底部有具河道特征的沖刷-充填構(gòu)造，都是強水動力條件下形成的特征;泥巖中主要發(fā)育水平層理，透鏡狀和脈狀交錯層理，是弱水動力條件下形成的。部分泥巖中還可見明顯的滑塌構(gòu)造，可能是地震等微型斷層活動的結(jié)果。

3.4 測井相標志

主要應(yīng)用自然電位、自然伽馬和電阻率曲線的組合形態(tài)來劃分測井相。由于黏土礦物中含有鉀放射性同位素(K40)，泥巖層具有較強的天然放射性，砂巖放射性要小得多，因此自然伽馬測井曲線能較好地反映出垂向上沉積序列中泥巖的相對含量。反映測井曲線形態(tài)的要素通常包括曲線的幅度、形態(tài)、頂?shù)捉佑|關(guān)系、曲線的光滑度及齒中線等。測井曲線的形態(tài)要素與地層的沉積特征結(jié)合可以確定地層的沉積環(huán)境，進行沉積微相劃分。

3.4.1 幅度變化

高能環(huán)境下，物源豐富，顆粒較粗，泥質(zhì)含量少，呈現(xiàn)高的自然電位負異常、低自然伽馬和高的電阻率等曲線特征，如辮狀河高能河道(圖3);當水流能量減弱，自然電位曲線仍呈現(xiàn)負異常，但幅度相對減小，電阻率也相對減小，如辮狀河低能河道;當水流能量較弱，物源少，顆粒細，泥質(zhì)含量較高，則呈現(xiàn)低的自然電位負異常、低電阻率和高自然伽馬等曲線特征，如河漫灘等沉積環(huán)境(圖3)。

圖3 電測曲線幅度變化Fig.3 Amplitude variation of electric logging curve

3.4.2 形態(tài)特征

研究區(qū)測井曲線組合形態(tài)主要有5種類型。鐘型曲線組合特點為底部突變、頂部漸變，即為向上變細的韻律，反映河道側(cè)向遷移的正粒序結(jié)構(gòu)，在本區(qū)代表逐漸廢棄的河道沉積;漏斗型曲線組合為向上變粗的反粒序結(jié)構(gòu)，說明水動力逐漸加強和物源供應(yīng)充足;箱型曲線組合反映沉積過程中物源充足、水動力穩(wěn)定條件下的快速堆積或環(huán)境穩(wěn)定的沉積，頂?shù)捉缑婢鶠橥蛔兘佑|，反映河道突然廢棄，導(dǎo)致與上覆地層突變接觸，典型的代表為辮狀河道心灘沉積;線型曲線組合垂向上的幅度變化不大，在本區(qū)代表典型的河漫灘沉積;鋸齒型曲線組合反映地層為泥巖與粉砂巖薄互層，單層厚度通常在20 cm以下，這種沉積通常形成于溢岸沉積環(huán)境。

3.4.3 平滑程度

曲線平滑反映了沉積環(huán)境較為穩(wěn)定和水動力條件相對平靜，因而體現(xiàn)出巖性的穩(wěn)定變化，無砂泥間互現(xiàn)象;齒化反映沉積過程中能量的快速變化或水動力環(huán)境的不穩(wěn)定;微齒化型介于兩者之間(圖4)。

圖4 滴201井電測曲線響應(yīng)特征Fig.4 Morphologic characteristics of electric logging curve of well D201

4 沉積相類型

辮狀河類型有干旱氣候辮狀河和潮濕氣候辮狀河。兩者的不同在于:干旱氣候下的辮狀河由于降雨少，蒸發(fā)強，河漫灘十分發(fā)育，缺乏沼澤以及河漫湖泊，且低能河道中通常只有洪水期有水，為間歇型;潮濕氣候的辮狀河降雨多，濕地、河漫湖泊發(fā)育，且河道中常年有流水。綜合以上各種成因分析可知，呼圖壁河組主要發(fā)育干旱氣候型辮狀河沉積相，主要有河道和泛濫平原兩種亞相，包括高能河道、低能河道、溢岸和河漫灘4種微相(表2)。

4.1 高能河道沉積

通常根據(jù)雜基的含量多少可將河道分為高能河道和低能河道兩類。高能河道是指常年有水流的河道，通常也是主河道［12］。由于常年有流水，沉積的砂、礫巖中雜基泥質(zhì)含量很低(一般小于5%)，其自然伽馬曲線幅度很低，遠低于泥巖基線，電阻率比較高，自然電位曲線異常幅度高。高能河道沉積由于泥質(zhì)含量低，孔隙度和滲透率較高?？紫抖纫话愦笥?5%，最高可達30%～35%;滲透率一般大于10 ×10-3μm2。根據(jù)對滴12井區(qū)辮狀河沉積的解剖，通過開發(fā)井(井間距約300 m)精細井間對比和地震測井約束反演和波阻抗層切片分析，高能河道寬度一般為700～1 200 m。當洪水在河道內(nèi)逐漸衰退、流速逐漸降低時，可形成向上逐漸變細的沉積序列，即遞變層理。這種牽引流形成的遞變層理與重力流形成的遞變層理不同，前者顆粒是以滾動或跳躍方式搬運沉積的，顆粒普遍定向排列，后者顆粒是以遞變懸浮方式搬運的，顆粒雜亂排列［10-11］。

表2 呼圖壁河組沉積微相類型及特征Table 2 Characteristics and types of sedimentary microfacies of Hutubihe formation

4.2 低能河道沉積

低能河道是指在洪水期有水流、貧水期干涸的河道，是間歇性河道，通常是支流河道，因此這類河道中主要發(fā)育洪水沉積。泛濫期洪水中懸浮的泥質(zhì)較多，在洪水消退階段流速降低，使懸浮的泥質(zhì)沉積下來，充填于砂、礫沉積中。因此，低能河道沉積的砂、礫巖中泥質(zhì)含量較高，一般大于5%，?？蛇_10%～20%。自然伽馬曲線幅度高，介于泥巖基線和純凈砂、礫巖之間，電阻率比較低，自然電位曲線異常幅度低，接近泥巖基線。低能河道沉積由于泥質(zhì)含量高，孔隙度和滲透率較低，孔隙度一般小于15%，滲透率一般小于10×10-3μm2。

高能河道與低能河道在粒度方面也有一定差別。一般情況下，高能河道沉積相對低能河道巖石粒度較粗，但低能河道也可沉積礫巖、砂礫巖。高能河道與低能河道可相互轉(zhuǎn)化，高能河道逐漸廢棄時可轉(zhuǎn)化為低能河道，低能河道后期可發(fā)展成高能河道。高能河道與低能河道的頻繁相互轉(zhuǎn)化可導(dǎo)致同一層砂、礫巖在縱向上粒度粗細不均、泥質(zhì)含量高低不均、孔隙度和滲透率高低不同。研究區(qū)及其他地區(qū)古代辮狀河沉積中常見寬幾公里甚至十幾公里的砂、礫巖體，這實際上是多條河道沉積拼合疊加而形成的復(fù)合河道砂礫巖體。在沉積基準面下降或緩慢上升時期，河道拼合、疊加作用強，形成橫向穩(wěn)定的席狀砂礫巖體;在沉積基準面快速上升時期，河道以垂向加積為主，拼合、疊加作用弱，形成的砂礫巖體多呈條帶狀，寬度小。

4.3 溢岸沉積

溢岸沉積的巖性為粉砂巖、砂巖夾于泥巖中，或與泥巖互層，其單層厚度不大，多為十幾厘米至幾十厘米，很少超過1 m，常見小型交錯層理。其底面平整，與下伏地層呈突變接觸，但通常不發(fā)育凹凸不平的沖刷面。由于為洪水沉積，其泥質(zhì)含量較高，儲集物性較差。在自然伽馬、自然電位和電阻率曲線上的響應(yīng)幅度介于較純的砂、礫巖和泥巖之間。

4.4 河漫灘沉積

河漫灘通常發(fā)育在干旱、半干旱氣候、植被不甚發(fā)育、地形平坦的環(huán)境，位于河道之間，主要在洪水期間沉積。巖性為泥巖與泥質(zhì)粉砂巖薄互層，顏色為棕紅色、紫紅色等氧化色，少見植物化石，具有水平層理或呈塊狀。

河漫灘發(fā)育區(qū)，潛水面在地表之下幾米甚至更深，屬于氧化環(huán)境，因此其沉積物顏色呈氧化色。雖然也可有植物生長，但由于是氧化環(huán)境不容易被保存下來。有植物生長時，由于根系的擾動導(dǎo)致層理不發(fā)育。

5 沉積相展布特征

圖5 滴西12井區(qū)呼圖壁河組沉積微相平面圖Fig.5 Planar distribution of sedimentary microfacies of Hutubihe formation of well DX12 block

在進行沉積相平面展布研究的過程中，自下而上共編制了白堊系呼圖壁河組呼一段(K1h1)8個小層和呼二段(K1h2)6個小層沉積相平面圖。從早到晚演化特征(圖5)為:初期的小層沉積期主要表現(xiàn)為來源于西北向的辮狀水道在研究區(qū)中部發(fā)生分叉，同時還有來自東南方向的辮狀水道，但水體能量較弱;、小層沉積時期辮狀水道進一步發(fā)育擴寬;、小層沉積時期水流能量開始減弱，河道發(fā)育不明顯;、、K1h2

6、小層沉積時期河道水動力條件又開始變強，河道不斷地分叉合并，多期河道疊置擺動，形成豐富的心灘砂體;小層沉積時期，來自東南向的辮狀水道徹底減弱至消失，這主要是由該時期滴西12東斷裂活動加劇導(dǎo)致東南地勢抬升造成的。

6 沉積相模式

滴西12井區(qū)白堊系呼圖壁河組沉積時期總體上由河道水動力條件很強開始逐漸變?nèi)?，又逐漸變強的完整旋回變化組成。各個小層沉積期均以干旱氣候下的辮狀河河道沉積為主，表現(xiàn)為河道的不斷改道和變遷?？傮w上，呼二段比呼一段河道發(fā)育。根據(jù)沉積相及砂體展布特征總結(jié)的研究區(qū)干旱氣候型辮狀河沉積模式見圖6。

圖6 滴西12井區(qū)呼圖壁河組干旱型辮狀河沉積模式Fig.6 Sedimentary modes of arid braided river of Hutubihe formation of well DX12 block

7 沉積作用對儲層物性的影響

影響儲層物性的因素有多種，其中成巖作用是最主要的決定因素之一［13］。但是，在研究區(qū)內(nèi)沉積作用及沉積微相相帶分布也對儲層物性的好壞起關(guān)鍵作用。沉積水動力條件決定沉積物的結(jié)構(gòu)成熟度，直接決定了原始孔隙度。

沉積相對儲層發(fā)育的控制作用表現(xiàn)在對儲層空間分布特征的控制，沉積相類型直接控制了砂體的分布。不同的沉積相類型具有不同的水動力特征，所形成的砂體在巖相組成、厚度、內(nèi)部非均質(zhì)性以及砂巖成分組成、泥質(zhì)含量、顆粒的粒度、分選等方面各不相同，造成不同沉積相所形成的砂體間具有不同的原始孔隙度和滲透率。分析孔隙度和滲透率數(shù)據(jù)可知(表3):由于高能河道水動力最強，分選較好，泥質(zhì)含量低，所以它的原始孔隙度和滲透率比較高;低能河道由于是間歇型河道，泥質(zhì)含量高，孔隙度和滲透率較高能河道低;溢岸沉積中泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖互層，結(jié)構(gòu)成熟度低;河漫灘主要為泥巖沉積，物性相對較差。

表3 不同沉積微相帶孔滲對比Table 3 Comparison of porosity and permeability of different sedimentary microfacies belt

8 結(jié)論

(1)白堊系呼圖壁河組沉積物巖石類型主要為灰色礫巖、中-細砂巖、粉砂巖和大量氧化色泥巖，發(fā)育高頻的砂泥巖薄互層，且該沉積期氣候為干旱型氣候。

(2)呼圖壁河組沉積相為干旱型辮狀河沉積，微相有高能水道、低能水道、心灘、河漫灘、溢岸，其物源方向主要來自西北和東南方向。

(4)沉積作用及不同類型沉積微相相帶分布對研究區(qū)儲層物性起關(guān)鍵作用，不同的沉積微相其物性差別較大。

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Sedimentary characteristics of Cretaceous Hutubihe formation in hinterland of Junggar Basin

YANG You-xing1，2，JINZhen-kui1，2，WANG Pu3

(1.College of Geosciences in China University of Petroleum，Beijing102249，China; 2.State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting in China University of Petroleum，Beijing102249，China; 3.PetroChina Coalbed Methane Company Limited，Beijing100028，China)

Based on the principle and methods of sedimentology，the sedimentary characteristics of Cretaceous Hutubihe formation of Dixi 12 well block in Junggar Basin were analyzed by using well-logging，core data and the setting of this area.The results show that Hutubihe formation's lithologic character is fine sandstone，gray siltstone，argillaceous siltstone，brown mudstone alternate layers.Dixi 12 well block is arid braided river.And the microfacies are river channel，channel bar，embankment and flood plain. The source of the deposits comes from the northwest and southeast orientation.Hutubihe formation is divided into 14 substratas. The braided channels are mainly developed insubstrata.The braided channel becomes more and more wider insubstratas.In，the braided channel becomes weak.The braided channel becomes wider and separates insubstrata，then forms a lot of sandstone bodies filled with oil.The sedimentation and facies belt distribution range of different sedimentary microfacies are main factors influencing reservoir performance of the study area.

petroleum prospecting;petroleum geology;sedimentology;reservoirs;lithology;Junggar Basin;Hutubi formation;braided river

TE 121.3

A

10.3969/j.issn.1673-5005.2012.01.007

1673-5005(2012)01-0040-07

2011-05-16

國家“973”計劃項目(2006C13202300)

楊有星(1985-)，男(漢族)，新疆昌吉人，博士研究生，主要從事沉積學(xué)、儲層地質(zhì)學(xué)與油氣勘探方面的研究。

(編輯 徐會永)