沉積認識下吐魯番—哈密盆地吉深1地區(qū)中—下侏羅統(tǒng)水西溝群地層對比格架的建立

趙曉東，楊少春，陳寧寧，張喜，陳國寧

1) 中國石油大學(華東)地球科學與技術學院，山東青島，266580； 2) 中國石化勝利油田地質科學研究院， 山東東營， 257001；3) 中國石油吐哈油田分公司開發(fā)部，新疆鄯善，838202

內(nèi)容提要：根據(jù)巖芯觀察結果，結合區(qū)域地質、鉆井及測井資料分析表明吐魯番—哈密盆地吉深1地區(qū)中—下侏羅統(tǒng)水西溝群地層為辮狀河三角洲沉積。在沉積認識的基礎上，結合多種地層對比方法，對勘探新區(qū)進行科學、合理的地層對比。結果表明：水西溝群發(fā)育辮狀河三角洲沉積的平原和前緣亞相，各亞相體對應于“組”的級別地層單元；厘定三工河組和八道灣組的地層界限為辮狀河三角洲平原與辮狀河三角洲前緣的相變界面；以上、下兩套辮狀河三角洲平原河漫沼澤微相穩(wěn)定的煤層為區(qū)域對比標志層，準確控制目的層，并利用沉積旋回和巖性對比，進一步將各亞相體劃分出相當于“段”的級別的地層單元。由此建立的沉積認識的地層對比格架，能夠客觀反映地層沉積的變化，為下一步地質研究打下基礎。

正確、合理的地層對比格架建立是油氣田勘探開發(fā)的基礎性工作(嚴科等，2011；王希文等，2003；王光付等，2000)。吐魯番—哈密盆地吉深1地區(qū)中、下侏羅統(tǒng)水西溝群地層目前處于勘探開發(fā)初期，對于研究區(qū)的地層劃分尚處于探索階段，僅在相鄰地區(qū)巴喀氣田有著對八道灣組“二段、七小層”的劃分(秦長文等，2004；肖傳桃等，2006)。吐魯番—哈密盆地水西溝群西山窯組地層以暗色砂泥巖夾褐、灰白色砂巖、煤層、菱鐵礦為特征；三工河組以灰綠色泥巖與灰白色砂巖互層，夾碳質泥巖為主；八道灣組地層以深灰色砂泥巖、頁巖及煤層，淺灰色礫巖、砂巖為特點。目前，研究區(qū)僅有各組的地層界線劃分方案，并沒有進一步地層細分的資料，對三工河組與八道灣組的地層界線認識觀點不統(tǒng)一，吐哈油田公司勘探開發(fā)研究院(2011)認為三工河組與八道灣組的地層界線應該以八道灣組內(nèi)部煤層頂部為界線??，但研究發(fā)現(xiàn)八道灣組內(nèi)部煤層發(fā)育不穩(wěn)定且地震同相軸不連續(xù)，不太可能為大套組的地層界線。

羅東明等(2008)、高永進(2010)研究認為沉積環(huán)境的認識可以較好的輔助地層變化規(guī)律的認識，但是沒有進一步闡明各沉積相、亞相體與地層單元的對應關系以及如何控制地層界限的劃分。本文在沉積相認識的背景下，綜合利用區(qū)域地質、鉆井、測井資料，利用沼澤相煤層為對比標志層，對研究區(qū)不同沉積體進行組的劃分，在不同沉積體內(nèi)，根據(jù)沉積旋回和巖性特點進行段的細分，建立符合沉積學規(guī)律的地層對比格架。

圖 1 吐魯番—哈密盆地吉深1地區(qū)區(qū)域位置及構造圖Fig.1 Regional location and tectonic map of the Jishen1 area in the Turpan—Hami Basin

1 地質概況

吉深1地區(qū)位于吐魯番—哈密盆地臺北凹陷東部鄯善弧形帶，為一大型斷鼻隆構造。該帶為依附于一組北東—南西走向的斷層構造群，呈北東—南西方向展布于鄯善弧形帶(圖1)。本次研究的主要目的層位為中、下侏羅統(tǒng)水西溝群的中侏羅統(tǒng)西山窯組一段(J2x1)、下侏羅統(tǒng)三工河組(J1s)及八道灣組(J1b)。在研究區(qū)上部中侏羅統(tǒng)七克臺組、三間房組及西山窯組地層中發(fā)現(xiàn)了良好的工業(yè)油氣流，但對中侏羅統(tǒng)底部及下侏羅統(tǒng)未進行詳細的研究。

此前，僅有東深1井和東深2井兩口井鉆遇到下侏羅統(tǒng)三工河組和八道灣組，目前在吉深1地區(qū)上針對下侏羅統(tǒng)部署了4口井：吉深1井、吉1井、吉2井和吉3井，均見到良好油氣顯示。其中吉深1井采用四級分壓合采，日產(chǎn)天然氣15000 m3，日產(chǎn)油10.9 t?；吉3井位于丘東洼陷腹地米登—丘東構造帶米登斷背斜構造上，構造背景好，和其處于同一構造帶上的東深2井水西溝群鉆遇良好油氣顯示，是進一步向北擴大勘探成果的有利目標。據(jù)此推測，溫吉桑地區(qū)水西溝群具有大面積疊合連片含氣的可能。

2 沉積認識

對研究區(qū)內(nèi)5口探井的巖芯進行了觀察分析，吉深1地區(qū)中、下侏羅統(tǒng)發(fā)育辮狀河三角洲沉積。其中西山 窯組一段和八道灣組主要發(fā)育辮狀河三角洲平原亞相，三工河組主要發(fā)育辮狀河三角洲前緣亞相，前三角洲基本不發(fā)育，大多數(shù)在研究區(qū)范圍之外。

2.1 沉積相標志

(1)巖石顏色: 水西溝群巖石顏色以灰色、灰綠色、淺褐色為主，煤層發(fā)育層段呈灰黑色、黑色，反映了還原環(huán)境下的淺水沉積環(huán)境。

(2)巖石結構及成分： 巖石粒度變化較大，從泥質粉砂巖、粉砂巖到細砂巖、粗砂巖、含礫砂巖都有發(fā)育，總體上粒度較粗，次棱角次圓狀，結構成熟度較低；巖性以長石巖屑砂巖為主，還存在少量巖屑砂巖，巖屑的平均含量為51%，石英的平均含量為30%，長石的平均含量為19%，表明研究區(qū)目的層砂巖的成分成熟度較低，反映了近物源沉積的特點，同時碳屑的存在可作為潮濕環(huán)境的標志。

圖 2 吐魯番—哈密盆地吉深1地區(qū)沉積構造特征Fig.2 Sedimentary structure characteristics of the Jishen-1 area in the Turpan—Hami Basin巖芯照片為筆者等所拍。(a)東深1井，4115.8m，平行層理；(b)東深1井，4115.4m，楔狀交錯層理；(c)東深2井， 4131.3m，楔狀交錯層理；(d)東深2井，4128.4m，沖刷充填構造(a) Drill Dongshen-1, 4115.8m, parallel bedding; (b) Drill Dongshen-1, 4115.4m, wedge shaped cross bedding; (c) Drill Dongshen-2, 4131.3m, wedge shaped cross bedding; (d) Drill Dongshen-2, 4128.4m, scour filling structure

(3)沉積構造特征：吐魯番—哈密盆地吉深1地區(qū)可識別出的沉積構造主要有塊狀層理，粒序層理、平行層理、楔狀交錯層理、沖刷充填構造、裂縫以及波痕等。其中平行層理是在較強的水動力條件下形成的，一般出現(xiàn)在急流及能量高的環(huán)境中，代表分流河道(水下分流河道)微相(圖2a)；研究區(qū)的粒序層理都為正粒序，從層的底部到頂部，粒度由粗逐漸變細，粒序層理的底部經(jīng)常出現(xiàn)沖刷面，同樣是反映了分流河道(水下分流河道)沉積構造(圖2b)；而楔狀交錯層理的層系界面是平面，層系的厚度變化明顯呈楔形，反映了強水動力條件(圖2c)；沖刷充填構造是研究區(qū)最為常見的構造，由于流速的突然增加，流體對下伏沉積物的沖刷、侵蝕在沉積巖層的層面上造成了溝、槽和淺坑等凹凸不平的沖刷痕跡，沖刷面被下伏巖層的礫石所充填，是分流河道(水下分流河道)的典型沉積構造(圖2d)。

(4)粒度分析：沉積物粒度分布是物質來源、沉積區(qū)水動力環(huán)境、輸移能力和輸移路線的綜合反映。由物源區(qū)進入沉積區(qū)的碎屑物質往往粗細不一，在水動力較強的地方沉積物較粗；反之，在水動力條件較弱的地方沉積物較細。吉深1地區(qū)水西溝群砂巖粒度較粗，粗砂、中砂、細砂含量分別為16%、26%、24%，反映出較強的水動力條件。研究區(qū)粒度概率曲線以兩段式為主，部分樣品見三段式，有滾動搬運組分，這是相對粗粒的部分，累計曲線上以跳躍總體和滾動總體為主，屬于牽引流沉積。跳躍總體斜率在60°～70°之間，與滾動總體的截點在0.5附近，與懸浮組分的交截點Φ值為1.8～2.5，懸浮組分傾斜度相對較小，斜率一般小于30°，整體上反映出研究區(qū)較強的水動力條件。

(5)測井響應特征：對于吉深1地區(qū)水西溝群地層，自然伽馬曲線的變化特征能夠較好的反映目的層段砂泥巖剖面的特點。從自然伽馬曲線組合來看，水下分流河道微相自然伽馬曲線呈鐘形、箱形或復合形，多期水下分流河道疊置則會使曲線呈鐘形或箱形的相互疊加，密度為高值，補償中子和聲波時差呈低值，電阻率呈現(xiàn)中高值(圖3a)；分流河道微相自然伽馬曲線呈中幅箱形或鐘形及箱形的復合體，井徑曲線有縮徑現(xiàn)象，電阻率曲線呈中—高阻特征，補償密度高值，補償中子和聲波時差低值(圖3b)；煤層具有低自然伽馬、低密度、高聲波時差、高電阻率的特征，自然伽馬曲線形態(tài)與煤層發(fā)育厚度相關，厚煤層的自然伽馬呈箱形，薄層則為指形(圖3c)。

2.2 沉積相類型及其特征

在區(qū)域地質背景以及前人研究成果的基礎上(李文厚等，1997；穆鵬飛等，2009)，綜合利用各類沉積相標志、測井相分析，認為吉深1地區(qū)水西溝群主要發(fā)育辮狀河三角洲沉積，并且主要是辮狀河三角洲平原和前緣沉積(圖4)。

2.2.1 辮狀河三角洲平原

辮狀河三角洲的陸上部分即為辮狀河三角洲平原亞相的主體，其典型特征是發(fā)育河漫沼澤相煤系地層。辮狀河三角洲平原亞相進一步又細分為分流河道、分流間灣和河漫沼澤三種沉積微相。分流河道由灰色砂礫巖、含礫砂巖、中粗砂巖構成的正韻律沉積，河道往復遷移往往導致垂向上分流河道砂體疊置成厚層砂礫巖層，但垂向上砂層數(shù)較少；砂質較純，表現(xiàn)為自然伽馬曲線負異常幅度較大。分流間灣主要由灰色、深灰色泥巖夾薄層粉砂質泥巖構成，自然伽馬曲線為低幅齒形。河漫沼澤主要是由厚套煤層和黑色、深灰色碳化泥巖構成，分布穩(wěn)定，主要發(fā)育在頂部中侏羅系和底部三疊系地層中。

2.2.2 辮狀河三角洲前緣

圖 4 東深2井單井相圖Fig.4 Single well phase of the Well Dongshen2

3 沉積認識下的地層對比格架

沉積相分析表明，垂向上分別為辮狀河三角洲平原—辮狀河三角洲前緣—辮狀河三角洲平原的沉積組合模式，據(jù)此認為下部辮狀河三角洲平原亞相體為八道灣組地層沉積，辮狀河三角洲前緣亞相體為三工河組地層沉積，上部辮狀河三角洲平原亞相體為西山窯組地層沉積。

3.1 地層基本特征

研究的主要層段為下侏羅八道灣組(J1b)、三工河組(J1s)和中侏羅西山窯組一段(J1x1)。八道灣組自下而上可以分為三個巖性段：下段為灰色細砂巖、砂礫巖和深灰色泥巖互層；中段為深灰色泥巖和黑色煤層互層，煤層厚度變化較大；上段為厚層灰色細砂巖、粉砂巖與深灰色泥巖互層。三工河組與下伏八道灣組整合接觸，巖性主要為灰色粗砂巖、細砂巖、粉砂巖與泥巖互層，可以劃分為三個旋回段，分別是從上到下粒度由細變粗的三個正旋回。西山窯組一段地層比較簡單，為一套厚層砂巖、砂礫巖與薄層泥巖沉積，上部為西山窯二段的厚套煤層。

3.2 地層對比方法

在沉積相研究的基礎上，綜合巖芯、測井、錄井等資料，開展了系統(tǒng)的地層劃分和對比研究，主要對研究區(qū)目的層段分層界限重新落實，并重新對八道灣組和三工河組的地層界線進行了調整，首次對八道灣組和三工河組進行了地層“段”的細分。具體方法為通過前面沉積相的研究，各沉積亞相體相當于“組”的級別的地層單元，結合多種地層對比方法，將各亞相體劃分出相當于“段”的級別的地層單元，在對吉深1地區(qū)的研究過程中，主要利用了標志層對比法(張世奇等，2005；向奎等，2011)、沉積相相變對比法(Miall A D.，1988、1985；趙翰卿，2005；)、巖性對比法(金振奎等，2010；張景軍等，2011)、沉積旋回對比法(劉波等，2001；袁新濤等，2007；)等對各亞相體進行進一步的地層細分。

(1)標志層對比法: 研究區(qū)內(nèi)的5口井均鉆遇到西山窯組二段和八道灣組中部的兩套辮狀河三角洲平原河漫沼澤微相穩(wěn)定的煤層，依此作為區(qū)域對比標志層可以準確控制住目的層。煤層分布面積和厚度發(fā)育穩(wěn)定，其聲波時差表現(xiàn)為異常高值；而自然伽馬和補償密度表現(xiàn)為負異常(圖5)。

(2)沉積相相變對比法: 利用沉積相的突變面在平面上的連續(xù)性和穩(wěn)定性，電測曲線特征也發(fā)生突變，依此為特征進行地層劃分與對比。研究區(qū)八道灣組與三工河組的地層界線，為辮狀河三角洲平原與辮狀河三角洲前緣的相變界面。研究區(qū)辮狀河三角洲平原與辮狀河三角洲前緣區(qū)別除了沉積物粒度大小差異之外，主要在于單層辮狀河三角洲河道砂體沉積的厚度和層數(shù)有變化，一般辮狀河三角洲前緣水下分流河道砂體單層砂體厚，砂層數(shù)少；而辮狀河三角洲平原分流河道的砂體單層砂體厚，砂層多。

(3)巖性對比法: 巖性對比法主要用于八道灣組辮狀河三角洲平原亞相體“段”的對比。八道灣組辮狀河三角洲平原亞相體地層根據(jù)其巖性自身“三段”特點，以中間煤層段為界限，結合測井曲線將同一巖性地層劃分為一段，將八道灣組辮狀河三角洲平原亞相體劃分為三段(圖6)。

(4)沉積旋回對比法: 三工河組辮狀河三角洲前緣亞相體主要采用沉積旋回對比法進行地層“段”的細分，三工河組前緣亞相體的三段地層均以正旋回為主，且均表現(xiàn)為三個較大的旋回，利用旋回地層對比將其劃分出來(圖7)。

3.3 地層對比格架的建立

通過沉積認識及多種地層對比方法，對各單井進行單井沉積相和地層對比的劃分，根據(jù)單井認識建立了吉深1地區(qū)中—下侏羅統(tǒng)水西溝群沉積認識下的地層對比格架(圖8)。

圖 5 上、下兩套辮狀河三角洲平原河漫沼澤微相穩(wěn)定煤層對比標志層Fig.5 Two stable coal beds in braided river delta plain swamp microfacies as the regional correlation mark layer

圖 6 巖性對比法Fig.6 Lithology correlation method

圖 7 沉積旋回對比法Fig.7 Sedimentary cycle correlation method

對比剖面圖上可以看出，西山窯組一段地層厚度變化不大，僅東深2井附近地層厚度由于分流河道砂體疊置而變厚，其它地區(qū)地層厚度在40～50m之間，測井曲線上表現(xiàn)為一個完成的正旋回。三工河組整體為一個巖性段，地層由西至東、由南至北逐漸變厚，但厚度增幅不大，整段厚度介于200～240m之間。根據(jù)沉積旋回將三工河組分為3個段，各段均為一個完整的正旋回。三工河組三段地層厚度變化不大，三工河組二段地層從東到西有逐漸減薄的特點，三工河組一段地層厚度變化與三工河組二段相反，地層有反轉趨勢。八道灣組地層厚度變化較大，一般在280m左右，但在研究區(qū)東部吉1井地層厚度只有180m，地層厚度變化的主要原因是河漫沼澤沉積作用不均一。八道灣組根據(jù)巖性差異共分為3個段，各段的厚度與組的厚度變化趨勢相近，八道灣組二段地層由于是煤層沉積厚度差異最大?？傮w來看，研究區(qū)目的層各組段的地層厚度變化不大，但各段之間存在一些差異，表現(xiàn)為“西山窯組一段和三工河組三段地層變化平緩；三工河組二段東厚西薄、北厚南?。蝗ず咏M一段東薄西厚；八道灣組三個段地層東薄西厚”的特點。地層厚度變化的原因主要是沉積作用不均一導致的。

4 結論

(1)吐魯番—哈密盆地吉深1地區(qū)中—下侏羅統(tǒng)水西溝群主要發(fā)育辮狀河三角洲相。辮狀河三角洲在區(qū)內(nèi)主要發(fā)育平原和前緣亞相，包括分流河道、水下分流河道、分流間灣、水下分流間灣和湖漫沼澤5種微相。

(2)針對研究區(qū)砂泥巖地層、煤層發(fā)育及正旋回沉積的特點，主要采用了辮狀河三角洲平原河漫沼澤微相煤層標志層控制目的層，沉積相相變對比法劃分“組”，巖性對比法和沉積旋回對比法劃分“段”的方法對研究區(qū)沉積相體進行了地層劃分和對比，并首次進行了亞相體地層的細分。厘定了八道灣組與三工河組的地層界線，為辮狀河三角洲平原與辮狀河三角洲前緣的相變界面。

(3)所建立的沉積背景下地層對比格架各層段地層厚度整體變化不大。西山窯組一段地層僅在東深2井附近有所增厚，其原因是分流河道砂體疊置作用；三工河組地層由西至東、由南至北逐漸變厚，但厚度增幅很小，其中三工河組三段地層變化不大，但三工河組二段和三工河組一段地層有反轉趨勢，具體表現(xiàn)為三工河組二段東厚西薄，三工河組一段東薄西厚；八道灣組地層有所變化的原因是八道灣組二段河漫沼澤沉積作用不均一。

注釋/Notes

? 吐哈油田分公司.2011.丘東洼陷吉1井鉆探動態(tài)與水平井論證(內(nèi)部資料).新疆鄯善:中國石油吐哈油田分公司.

? 吐哈油田分公司.2011.吉深1區(qū)塊下侏羅統(tǒng)氣藏開發(fā)前期評價(內(nèi)部資料).新疆鄯善:中國石油吐哈油田分公司.

? 吐哈油田分公司.2011.吐哈盆地致密砂巖氣成藏條件與大氣田勘探方向研究(中石油集團公司專項和國家重大專項研究項目子課題)(內(nèi)部資料).新疆鄯善:中國石油吐哈油田分公司.