塔河油田S75井區(qū)石炭系卡拉沙依組層序地層格架內(nèi)的砂體展布

崔金棟，郭建華，劉一倉，李 群，焦 鵬

(1. 中南大學 有色金屬成礦預測教育部重點實驗室，長沙 410083；2. 中南大學 地球科學與信息物理學院，長沙 410083；

3. 中國石油長慶油田公司 超低滲透油藏第四項目部，慶陽 745000)

塔河油田是中國石化西北分公司在新疆塔里木盆地油氣勘探開發(fā)的重點地區(qū)，目前主要以奧陶系碳酸鹽巖為勘探開發(fā)層位，奧陶系碳酸鹽巖縫洞型油藏具有產(chǎn)量高但衰減快的特點，因而尋找塔河油田的后備儲量是塔河油田長期高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的必由之路。目前鉆井資料表明，石炭系卡拉沙依組碎屑巖具有良好油氣顯示，并有多口井試采，但目前的勘探開發(fā)和研究表明，塔河油田卡拉沙依組雖然有一定的勘探開發(fā)潛力，但開發(fā)難度較大，勘探開發(fā)前景尚不明確，造成這一現(xiàn)象的原因之一是儲層分布尚未完全認識清楚，特別是對儲層中砂體展布的預測[1?2]。為此，筆者選定塔河油田S75井區(qū)進行研究，力爭對該區(qū)碎屑巖儲層研究有突破性進展，為同類儲層的勘探開發(fā)提供技術思路。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

塔河油田位于塔東北凹陷沙雅隆起上的三級構造單元阿克庫勒凸起的西南部，西鄰哈拉哈塘凹陷，東靠草湖凹陷，南接滿加爾凹陷及順托果勒低隆起。阿克庫勒凸起是以寒武—奧陶系為主體、長期發(fā)育的大型古凸起，對古生界而言，其頂部受大型斷裂的分隔作用較為明顯，自北向南可劃分為阿克墩構造帶、阿克庫木斷裂構造帶、中部斜坡區(qū)、阿克庫勒斷裂構造帶及南部斜坡區(qū)。S75井區(qū)北至S88井，南至TK732井，西至S92井，東至TK461井(見圖1)，井區(qū)內(nèi)石炭系是在海西早期古風化剝蝕地貌基礎上發(fā)展起來的海陸交互相地層。卡拉沙依組分為下部上泥巖段和上部砂泥巖互層段兩個巖性段，其中，砂泥巖互層段又可以分為 4 個砂組[3?4]。

2 層序地層劃分與對比分析

2.1 層序邊界的識別

層序邊界識別是層序地層分析和等時地層格架建立的基礎。研究中筆者運用巖心、露頭、測井和地震等資料[5?6]，開展S75井區(qū)卡拉沙依組的層序邊界的識別和劃分。

塔河油田 S75井區(qū)卡拉沙依組頂?shù)捉缇€較為清楚，地層對比過程中采取以測井資料為主，以地質(zhì)為基礎，并與地震相結合，用測井曲線識別的卡拉沙依頂?shù)缀偷卣鹳Y料識別的T50和T56標準層將卡拉沙依組地層限定，然后在內(nèi)部根據(jù)測井曲線和地層的巖性旋回特點進行細分。

塔河油田S75井區(qū)卡拉沙依組層序邊界在地震方面具有明顯的響應。石炭系卡拉沙依組與其上覆二疊系火山巖、三疊系柯吐爾組泥巖之間為不整合接觸，地震反射特征明顯，對應強波峰，該界面為T50，為標準反射層?？ɡ骋澜M底部泥巖與巴楚組頂部雙峰灰?guī)r(兩套泥晶灰?guī)r夾膏質(zhì)泥巖和膏巖)間為連續(xù)沉積，地震界面特征清晰，對應于T56標準反射波組(見圖2)。

S75井區(qū)卡拉沙依組砂泥巖段和上泥巖段由底到頂共發(fā)育4個層序界面(BJ1～BJ4)，其中，邊界1位于雙峰灰?guī)r段的底部，與下伏泥巖段呈(假)整合接觸，此界面為層序邊界是根據(jù)其上、下的巖相特征所反映的海平面變化關系確定的。下伏泥巖段主要由褐色、褐灰色的泥巖、泥質(zhì)粉砂巖及膏泥巖組成，這種巖相組合也代表干旱蒸發(fā)環(huán)境下的障壁海岸潮間的砂泥混合坪及潮上的膏泥坪環(huán)境；而雙峰灰?guī)r段的形成代表一次明顯的海侵事件，在野外露頭中可以比較明顯地見到(見圖3(a))。

邊界2位于砂泥巖段的下部，可以在較大范圍內(nèi)追蹤對比，界面上下巖相特征清楚，下部屬干旱蒸發(fā)環(huán)境下的障壁海岸潮上環(huán)境，上覆砂泥巖段下部以較粗粒的中厚層砂礫巖與泥巖互層為特征，代表的是海岸平原與陸源沖積交互沉積的環(huán)境，且砂泥巖段的底部在很多井中都有對下伏泥巖的侵蝕和河流回春(見圖3(b))，因此，此界面應為I型層序邊界(SB1)。邊界3大致位于砂泥巖段上部，以一套粗粒的碎屑巖出現(xiàn)為標志，代表沉積相的突變及向盆地方向的遷移(見圖3(c))。邊界4大致位于砂泥巖段的頂部和上覆三疊系柯吐爾組深灰色泥巖底部，將此界面定為I型層序邊界(SB1)。該界面為受海西運動影響而形成的一套不整合界面。

圖1 研究區(qū)位置圖Fig. 1 Location of studied area: Ⅰ—Kuqu depression;Ⅱ—Yangxia sag; Ⅲ—Wushi uplift; Ⅳ—Yakela fault bulge; Ⅴ—Kalpin uplift; Ⅵ—Awat fault depression; Ⅶ—Shaxi uplift; Ⅷ—Halahatang depression; Ⅸ—Akekule uplift; Ⅹ—Caohu sag; Ⅺ—Kuerle nose salient; Ⅻ—Shuntuoguole low uplift; ⅩⅢ —Manjiaer depression; ⅩⅣ —Kongquehe slope; ⅩⅤ —Tazhong uplift

圖2 S75井區(qū)卡拉沙依組頂?shù)准皟?nèi)部地震反射特征Fig. 2 Top and bottom and internal seismic reflection characteristics of Kalashayi Formation in S75 well area

2.2 最大海泛面和初始海泛面的識別

最大海泛面是海平面上升到最大時的一個相對平衡面，在陸相盆地中主要為陸源碎屑補給不足時所形成的一套準層序向海推進的、遠離陸岸的較深水沉積[7]。S75井區(qū)中相對發(fā)育較少，主要位于底部碳酸鹽巖臺地和上部的潮坪相沉積轉(zhuǎn)換處，從沉積物粒度演變來看，最大海泛面處于粒度最細的位置，其下粒度呈向上變細趨勢，其上粒度呈向上變粗的趨勢；從地層疊置方式看，最大海泛面處于退積式向進積式或加積式疊置方式轉(zhuǎn)變的部位；在測井曲線上，處于自然電位曲線大段的泥巖基線內(nèi)，自然伽馬曲線的峰值部位(見圖4)。

初始海泛面是海平面下降到最低點后開始快速回返的一個面，形成于地層基準面或海平面開始回升、沉積物供應速率小于可容納空間產(chǎn)生速率時。初始海泛面在S75井區(qū)中發(fā)育，表現(xiàn)為低可容納空間時的水

圖 3 露頭和巖心層序界面特征: (a) 巖相反映的海平面變化；(b) 河流回春作用；(c) 粗粒碎屑巖的出現(xiàn)

Fig. 3 Outcrop and cores interface features of sequence boundary: (a) Face reflecting sea level change; (b) River rejuvenation; (c) Emergence of coarse-grained clastic rocks

圖4 最大湖泛面識別標志Fig. 4 Identification of maximum flooding surface

下分流河道沉積向潮坪泥巖的過渡，河道沉積之上出現(xiàn)的泥巖、碳質(zhì)泥巖及孤立的天然堤砂體沉積可作為初始海泛面的識別標志；測井曲線表現(xiàn)為自然電位曲線平直及自然伽馬高值(見圖5)。

圖5 初始海泛面識別標志Fig. 5 Identification of first flooding surface

2.3 準層序、準層序組類型與識別

2.3.1 準層序類型與識別

準層序是成因上有聯(lián)系的多個巖層或巖層組組成的地層單元，地層規(guī)模相當于五或六級沉積旋回。準層序的發(fā)育受控于相對海平面、沉積速率及可容空間增加速率的變化，而海平面變化是最本質(zhì)的因素。S75井區(qū)卡拉沙依組處于潮坪－扇三角洲沉積環(huán)境[8]，海平面升降變化頻繁，因此，其準層序較為發(fā)育且易于識別。每個準層序總體上具有向上沉積水體逐漸變淺的特點，但根據(jù)粒度的變化特征又可劃分為兩類：1)向上變粗準層序，主要出現(xiàn)于卡拉沙依組的扇三角洲前緣－潮坪亞相中，向上巖性變粗、厚度增大、砂泥比增加；2)向上變細準層序，主要發(fā)育于卡拉沙依組水下分流河道－河道間亞相中，向上巖性變細、厚度變小、砂泥比降低(見圖6)。2.3.2 準層序組類型與識別

準層序組是一組具清晰疊加模式的、有成因聯(lián)系的準層序系列，它以主要海泛面及與之相對應的界面為邊界。準層序的疊加模式受控于沉積物補給速率與新增可容空間速率之比。

圖6 S75井卡拉沙依組地層綜合柱狀圖Fig. 6 Comprehensive stratigraphic column of S75 well Kalashayi Formation

在塔河油田石炭系卡拉沙依組中，可見3種準層序以不同疊加方式垂向組合而成的準層序組(見圖6)：1)加積式準層序組：由一系列相似的準層序垂向疊加，準層序和砂體的厚度垂向上無明顯的變化，主要見于上泥巖段，反應水體相對穩(wěn)定，沉積物供給速率約等于新增可容空間形成速率的條件下；2)進積式準層序組：準層序逐漸向盆地中心遷移，砂體厚度向上增大，測井曲線反應沉積序列為反粒序，主要見于砂泥巖段，形成條件是沉積物供給速率大于新增可容空間形成速率；3)退積式準層序組：準層序逐漸向陸地方向移動，向上砂體變薄，湖盆水體逐漸變深，測井曲線的沉積響應為正粒序，沙泥巖段均可見，反應沉積物沉積速率小于新增可容空間速率。

2.4 沉積體系域的識別、劃分與特征

體系域是一系列同期沉積體系的集合，每個體系域被認為與全球海平面變化曲線的某一特定段有關，因此，將海平面升降變化作為劃分體系域的重要依據(jù)。研究中采用較為直觀的沉積體系域三分法，將塔河油田 S75井區(qū)卡拉沙依組各層序三分為低位體系域、海侵體系域和高位體系域。

2.4.1 低位體系域(LST)

低位體系域形成于層序發(fā)育的早期，巖性主要為含礫細砂巖、礫狀砂巖、細砂巖、泥巖、碳質(zhì)泥巖不等厚互層。頂界為初始海泛面。主要相組合為下切河谷的水下分流河道砂巖復合體，測井曲線呈鋸齒狀箱形或鐘形，垂向上組成一個或幾個加積準層序組(見圖6)。

2.4.2 海侵體系域(TST)

海侵體系域形成于各層序發(fā)育的中期，其底界和頂界分別為初始海泛面和最大海泛面。形成時期為海洋的擴張期，沉積水體變深、面積擴大，新增可容空間大于沉積物供給體積，形成以海岸上超為特征的沉積體系，其巖性主要為粉砂巖與泥巖沉積。由多個向上變細的準層序疊置成退積準層序組(見圖6)。

2.4.3 高位體系域(HST)

高位體系域形成于各層序發(fā)育的晚期，在SQ2和SQ3層序中厚度較小，基本被剝蝕掉。底界為最大海泛面，頂界為層序邊界。其形成于海洋開始收縮、水體變淺、新增可容空間小于沉積物供給體積、沉積速率大于沉降速率時期。巖性主要為細砂巖、泥巖及灰?guī)r，巖相主要為潮間坪亞相，由多個向上變細準層序疊置成進積準層序組(見圖6)。

2.5 層序劃分及其構成特征

單井層序劃分與對比最常用的資料是測井曲線和巖性錄井資料。研究中分別選擇處于研究區(qū)不同位置的7口井進行層序劃分，以反映區(qū)內(nèi)層序發(fā)育特征。劃分時遵循由大到小的原則，即在三級層序劃分的基礎上以三級層序邊界為約束，以沉積相垂向演變?yōu)榛A劃分準層序[9?10]。以 S75井為例說明卡拉沙依組的層序劃分(見圖6)。由圖6可以看出，卡拉沙依組共發(fā)育3個三級層序。

層序1(Csq1)包括巴楚組的上部、卡拉沙依組的上泥巖段和砂泥巖段的下部，厚約130 m，由海侵體系域和高位體系域組成。海侵體系域主要是巴楚組碳酸鹽巖臺地的雙峰灰?guī)r構成的一個準層序；高位體系域由2個進積準層序組與1個加積準層序組構成，主要是潮坪相的沙坪和泥坪沉積。其頂部與層序2之間為巖性、巖相及沉積相轉(zhuǎn)換面，屬于Ⅰ型層序界面。

層序2(Csq2)包括卡拉沙依組砂泥巖段的大部分，厚約300 m，由低位體系域和海侵體系域構成。低位體系域為富砂沉積，由3個進積式準層序組構成，為陸架型扇三角洲相的三角洲前緣水下分流河道與河道間沉積；海侵體系域由有2個退積準層序組構成，主要是潮間坪相的沙坪和泥坪沉積。

層序3(Csq3)對應于砂泥巖段的上部，厚約60 m，由低位體系域和海侵體系域構成。低位體系域為富砂沉積，由一個向上變細的準層序組成，為三角洲平原的水下分流河道和分流河道間沉積。

2.6 連井層序地層對比分析

在單井層序劃分的基礎上，進行層序地層的連井對比，建立研究區(qū)南北向和東西向高精度的層序地層格架，為儲層砂體的追蹤和預測提供框架。

連井對比分析的最主要依據(jù)是相鄰兩口井有相似的巖電組合特征，且厚度變化平穩(wěn)或有一定的變化趨勢。以南北方向的Tk670～Tk715井剖面為例，對層序的發(fā)育特征進行分析(見圖7)。TK670井、TK664井、TK663井、TK636H井、TK747井和TK715井是位于南北方向上自北向南的6口井，基于單井的測井曲線旋回和巖性旋回分析，這些井在卡拉沙依組均劃分出3個三級層序，準層序在這6口井中均可進行對比，井間變化不大，對比性強，表明卡拉沙依組沉積時期該區(qū)沉積相對比較穩(wěn)定，但由于受底部上超和頂部剝蝕的影響，SQ3層序的高位體系域和SQ1層序的低位體系域缺失。

3 層序地層格架內(nèi)的砂體展布規(guī)律

3.1 砂體的連通性

隨著分層開采技術的推廣，在后期的開發(fā)注水過程中，往往出現(xiàn)注入水并非沿設計層位驅(qū)動，主要原因是設計的注水層位的砂體并非是等時沉積的。為后續(xù)開發(fā)生產(chǎn)的需要，有必要研究等時地層格架內(nèi)的砂體連通情況。筆者根據(jù)S75井區(qū)砂體的發(fā)育情況，編制了2條東西向砂體連通剖面圖和2條南北向砂體連通剖面圖。其中，1條南北向經(jīng)過TK670～TK715井的砂體連通剖面如圖7所示。

連井砂體對比表明，卡拉沙依組砂泥巖段SQ2和

圖7 S75井區(qū)過TK670～TK715井卡拉沙依組層序地層對比和砂體連通圖Fig. 7 Sequence stratigraphic correlation and sandbody connecting through TK670～TK715 of Kalashayi Formation in S75 well area

SQ3層序水下分流河道砂體連通性較好，特別是SQ2三角洲前緣沉積時期，由于沉積物源供給充足及較強的水動力條件，使多期河道砂體相互切割疊加，構成連通性較好的砂體。河道發(fā)育處砂體厚度較大，河道側緣厚度減薄，連通性變差?？ɡ骋澜MSQ1層序的潮坪相沉積砂體較不發(fā)育，砂體的連通性較差，相互分隔成透鏡狀分布。

3.2 砂體平面展布特征

砂體的儲集物性主要取決于儲集砂體所處的沉積環(huán)境和在層序格架中的位置等[11?13]。卡拉沙依組沉積時物源主要來自北東方向和南西方向，砂體也多呈北東—南西或近南北向條帶狀、團塊狀產(chǎn)出，具體表現(xiàn)為南北向砂體對比性較好，而東西向砂體可對比性較差[14?15]。各層序的砂體展布如圖8所示。

Csq1層序在 T813K～T806K～TK732、S92～T752、TK711～TK632～TK766 、 TK623～TK622～S75～TK638這一帶井區(qū)累計砂體較厚，一般為25～42 m，局部可達60 m。砂體多呈南北向或團塊狀分布。巖性以中細砂巖為主，次為粗砂巖、含礫砂巖、砂質(zhì)礫巖和細礫巖，分選狀況中等至較差；存在雙向交錯層理、楔形交錯層理以及平行層理等，砂礫巖多具正韻律，且垂向上可發(fā)育多個沖刷面，主要發(fā)育潮間帶的潮道砂體。

Csq2層序低位體系域存在幾個砂體較發(fā)育的區(qū)域，分別是西南部的T806K～T616～TK731井區(qū)、中部TK644～TK647～TK666 井 區(qū) 以 及 東 部 的 TK714～TK450～TK454井區(qū)，這些井區(qū)累計砂體較厚，一般28～36 m，最厚可達46 m， 砂體大致呈南北向分布且連通性好。巖性以淺灰色中細粒砂巖為主，具多個下細上粗的反韻律，發(fā)育低角度板狀交錯層理、楔形交錯層理。砂體發(fā)育的地方主要是扇三角洲分流河道沉積。

圖8 S75井區(qū)Csq1～Csq3層序砂體分布平面圖Fig. 8 Sand bodies distribution planes of Csq1?Csq3 sequence in S75 well area: (a) Sequence Csq1; (b) Low stand system tract of sequence Csq2; (c) Transgressive system tract of sequence Csq2; (d) Sequence Csq3

Csq2層序海侵域在也存在幾個砂體較發(fā)育的區(qū)域，如 TK670～TK644、TK622～TK638～TK647、TK711～TK729、TK231～TK846井區(qū)，累計砂體厚度一般在30～42m,多呈南北向條帶狀分布，以薄互層狀細砂巖、粉砂巖、泥巖或以大套泥巖為主。水平層理、波狀層理與沙紋層理十分發(fā)育，含黃鐵礦和少量泥礫，存在鈣質(zhì)結核；儲層主要為薄層細砂巖，雜基含量高，反映沉積時水體能量較低。砂坪在研究區(qū)也有發(fā)育，以細砂巖為主，厚度較潮道砂體薄，見雙向交錯層理。

Csq3層序整體砂體比較發(fā)育，在西南部的T806K～TK842～TK824 及中部的 TK642～TK625 一帶砂體較厚，近北東—南西向發(fā)育，一般為28～36 m，最厚可達45 m，如TK824井區(qū)。另外，在TK1018、S75～TK451及TK736這些井區(qū)砂體也較發(fā)育。巖性以灰色細至中粒砂巖為主，含泥礫，主要是潮間帶潮道砂體發(fā)育。

綜上所述，從石炭系卡拉沙依組3個層序的砂體厚度演化來看，在T806K～TK842井、TK711～TK729井和S75～TK736井一帶，砂體長期發(fā)育，是研究區(qū)砂體發(fā)育較集中的區(qū)域。

4 結論

1) 運用巖心、露頭、測井和地震等資料對層序邊界和最大海泛面、初始海泛面進行識別，建立了 S75井區(qū)石炭系卡拉沙依組層序地層格架，將其劃分為 3個三級層序，識別出低位體系域、海侵體系域和高位體系域。由于受底部上超和頂部剝蝕的影響，SQ3層序的高位體系域和SQ1層序的低位體系域缺失。

2) 卡拉沙依組SQ2和SQ3層序水下分流河道砂體連通性較好，特別是SQ2層序三角洲前緣沉積時期，由于多期河道砂體相互切割疊加，構成連通性較好的砂體。SQ1層序的潮坪相沉積砂體較不發(fā)育，砂體的連通性較差。

3) Csq1層序垂向上可發(fā)育多個沖刷面，主要是潮間帶潮道砂體發(fā)育；Csq2層序低位體系域砂體主要是在扇三角洲分流河道發(fā)育；Csq2層序海侵體系域砂體主要是潮間帶潮道和砂泥混合坪較發(fā)育，Csq3層序主要是潮間帶潮道砂體發(fā)育。從卡拉沙依組3個層序的砂體厚度演化來看，在 T806K～TK842井、TK711～TK729井和S75～TK736井一帶，砂體長期發(fā)育，是研究區(qū)砂體發(fā)育較集中的區(qū)域。

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