準(zhǔn)噶爾盆地湖底扇沉積特征及地球物理響應(yīng)——以克拉瑪依油田五八區(qū)二疊系下烏爾禾組為例

吳 濤，趙長永，吳采西，蘇艷麗，周作銘，張順存，史基安

(1.中國科學(xué)院油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州730000; 2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京100049;3.中國石油新疆油田公司勘探開發(fā)研究院，新疆克拉瑪依834000; 4.中國石油新疆油田公司勘探處，新疆克拉瑪依834000; 5.中國石油新疆油田公司風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)，新疆克拉瑪依834000)

湖底扇與深湖相泥巖共生，直接與烴源巖接觸，易接受油源供給成為油氣儲(chǔ)層［1］。因此，湖底扇作為油氣聚集的有利儲(chǔ)集體，是形成巖性油氣藏的重要領(lǐng)域。在我國湖底扇最早發(fā)現(xiàn)于東部渤海灣盆地，趙澂林等建立了湖底扇相模式并逐漸完善［2-3］。隨后，在松遼盆地、海拉爾盆地、二連盆地，以及塔里木盆地陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了大量的湖底扇［4-9］。準(zhǔn)噶爾盆地克拉瑪依油田五八區(qū)首次發(fā)現(xiàn)了多個(gè)二疊系下烏爾禾組湖底扇，極大地開辟了新疆油田巖性油氣藏勘探的新局面。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地西部隆起中拐凸起的東北翼，西與克拉瑪依斷裂、北與南白堿灘斷裂相鄰(圖1)。中拐凸起處于克百斷裂帶和紅車斷裂帶的轉(zhuǎn)換部位，走向大致北西-南北，為石炭紀(jì)—二疊紀(jì)的寬緩鼻狀古隆起。它經(jīng)歷了海西、印支、燕山、喜馬拉雅等多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，其中，晚石炭世初具規(guī)模，二疊紀(jì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)較為強(qiáng)烈，白堊紀(jì)最終定型，形成了南翼陡、北翼緩的不對(duì)稱凸起。

該區(qū)地層較全，自下而上發(fā)育有二疊系佳木河組、風(fēng)城組、夏子街組、下烏爾禾組、上烏爾禾組，三疊系，侏羅系和白堊系。向東傾斜的單斜型古隆起圍斜部位形成了多套不整合面，二疊系各組地層依次超覆沉積在石炭系之上，并向瑪湖凹陷逐漸過渡。凸起披覆的沉積蓋層頂部較薄或遭受剝蝕，翼部地層較厚［10］。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置Fig.1 Location of the study area

研究區(qū)處于中拐凸起北翼與瑪湖凹陷西斜坡的構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶，二疊系下烏爾禾組湖底扇具備重力流成因機(jī)制。由于受擠壓抬升，烏爾禾組沉積時(shí)為一大型平緩的單斜構(gòu)造，地層傾角3°～5°［10］，具備形成重力流、進(jìn)行滑塌搬運(yùn)的坡度背景。湖底扇來源于中拐凸起扇三角洲前緣相帶的水下分流河道砂體，物源充足，整體滑塌搬運(yùn)并沉積于深水環(huán)境。局部層段發(fā)育濁流沉積，具鮑瑪序列特征。

2 湖底扇沉積特征

湖底扇指湖盆中以沉積物重力流搬運(yùn)方式堆積在深水區(qū)的粗碎屑扇形體［11］。因此，深水環(huán)境和沉積物重力流為主的搬運(yùn)方式是最基本、最簡單的識(shí)別標(biāo)志［12-13］。在分析地質(zhì)資料和眾多前人研究成果的基礎(chǔ)上［14-16］，通過對(duì)研究區(qū)20 余口鉆井巖心、錄井和測井資料的描述和對(duì)比，認(rèn)為該區(qū)二疊系下烏爾禾組沉積時(shí)具有水體較深、快速堆積、快速埋藏、源近流短、相帶分布狹窄的沉積背景。

2.1 沉積相特征

二疊系下烏爾禾組是一套沖積扇-扇三角洲沉積，可以進(jìn)一步劃分為扇三角洲平原、前緣及前扇三角洲亞相。其中，扇三角洲平原亞相中辮狀河道微相發(fā)育，主要由礫巖、砂礫巖組成、少數(shù)為含礫砂巖，沉積厚度占平原亞相的近80%。扇三角洲前緣主要發(fā)育碎屑流沉積、水下分流河道、支流間灣、河口砂壩和遠(yuǎn)砂壩等沉積微相。前扇三角洲由深灰色、灰黑色泥巖及粉砂質(zhì)泥巖組成，富含植物莖干與植物葉片化石。研究區(qū)西緣構(gòu)造帶的沖斷作用使該區(qū)具有充足的物源供應(yīng)，而且扇三角洲前緣斜坡為形成濁流提供了有利場所(圖2)。半深湖-深湖區(qū)的底形坡度提供了濁積巖的運(yùn)移動(dòng)力，加之自身沿斜坡的重力為沉積物滑塌提供了動(dòng)力，導(dǎo)致扇三角洲前緣砂體再次搬運(yùn)形成湖底扇［17-20］。

圖2 五八區(qū)下烏爾禾組沉積相平面圖Fig.2 Sedimentary facies distribution of the Lower Urho Formation in the Wuba block

圖3 五八地區(qū)下烏爾禾組地層綜合柱狀圖與鮑瑪層序特征Fig.3 Columnar section and characteristics of Bouma sequences in the Lower Urho Formation in the Wuba block

鉆井巖心可見湖底扇砂巖體較為典型的濁積巖特征，具有不同段數(shù)的鮑馬序列。克80 井二疊系下烏爾禾組4 154.80～4 159.95 m 取心井段見到了較為完整的鮑馬序列(圖3)。鮑馬序列段共發(fā)育4 期濁流沉積，厚度5.15 m。由于多期濁流沉積物的相互疊加，構(gòu)成了不完整的鮑馬序列，但A，B，C，D 段在不同期次的濁流沉積中均有所反映。其中第二期濁流沉積的鮑馬序列較完整，發(fā)育A，B，C，D 四段，沉積結(jié)構(gòu)及構(gòu)造具有明顯特征。A 段(底部粒序?qū)?，粒徑一般為2～5 mm，半棱角狀，分選中等～好，巖性單一，局部含砂質(zhì)，下部粒度略粗，與下段巖性呈漸變接觸。B 段(下平行紋層)，與A 段呈漸變接觸關(guān)系，粒徑一般為0.10～0.25 mm，半棱角-半圓狀，分選好，巖性單一，下部粒度略粗，底見1 cm 厚淺灰綠色泥質(zhì)條帶，隱見斜層理，傾角15°。C 段(波紋層)，與B 段呈漸變接觸關(guān)系，粒徑一般為0.01～0.25 mm，半棱角狀，分選差，泥質(zhì)分布不均，多富集呈條帶狀，自上而下泥質(zhì)減少，見多條微細(xì)斜裂縫和直裂縫。D 段(上平行紋層)，與C 段呈漸變接觸關(guān)系，砂質(zhì)分布不均，自上而下逐漸增多，粒徑一般為0.01～0.25 mm，半棱角狀。

2.2 巖石學(xué)特征

圖4 五八地區(qū)下烏爾禾組巖石類型與孔隙結(jié)構(gòu)特征Fig.4 Rock types and characteristics of pore structure in the Lower Urho Formation in the Wuba block

巖心觀察及巖石薄片鑒定表明，巖性以巖屑砂巖、砂質(zhì)礫巖主(圖4)，其次為礫巖。其中，巖屑砂巖中石英含量占2.8%，長石含量占9.5%，巖屑占76.4%，填隙物占11.2%。膠結(jié)類型主要為接觸—孔隙式，致密，膠結(jié)物以濁沸石和硅質(zhì)為主(圖4)。碎屑顆粒磨圓度為次棱角狀，分選中等-差，粒度中值0.15～1.20 mm，平均0.66 mm，標(biāo)準(zhǔn)偏差平均為2.0。巖石成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度總體較低。

巖屑中火成巖占69.3%，變質(zhì)巖占14.9%，反映了母巖構(gòu)成為火成巖的特征。另外，反映酸性巖漿巖母巖重礦物組合的鋯石、榍石含量為21.3%，反映基性巖漿巖母巖的鈦鐵礦含量為16.8%，而反映變質(zhì)巖母巖的石榴石礦物含量僅為2.2%，也指示物源母巖以巖漿巖為主［21］。

2.3 測井曲線形態(tài)

除了鉆井巖心具有明顯的巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等特征，湖底扇砂體測井曲線特征也很明顯。自然電位(SP)和視電阻(R025)曲線較為平直，局部呈微凸起，反映了湖底扇砂巖體泥質(zhì)含量較高、孔滲物性較差的特征(圖3)。而自然伽瑪(GR)曲線呈低幅細(xì)鋸齒狀和低幅箱型，反映一定規(guī)模的湖底扇主水道，以正粒序?yàn)橹?，具有向深湖相過渡的特征。其中，自然電位和自然伽瑪曲線特征明顯區(qū)別于扇三角洲前緣砂體幅度明顯增大的漏斗型［22］。

2.4 結(jié)構(gòu)特征

湖底扇濁積巖體的粒度概率曲線和C-M 圖均反映了典型的高密度重力流特征。濁積巖分選中等，磨圓度為次棱角狀，粒徑差別較大，粒度區(qū)間跨度大(Φ 值為-4～6)，粒度概率曲線以兩段式為主(圖5a)。缺少滾動(dòng)組分，跳躍總體較發(fā)育，懸浮總體占絕對(duì)優(yōu)勢，表現(xiàn)為濁流沉積的典型特征［21，23-24］。C-M 圖中，C 為400.53～18 379.17 μm，平均為7 845.90 μm;M 為90.87～4 287.09 μm，平均為2 117.90 μm，為平行C=M 基線的直線段(圖5b)，表現(xiàn)為濁積流沉積特征［21］。其薩胡函數(shù)判別值為5.856 ＜Y ＜9.794，平均值為7.743，小于臨界值9.843 3，判別為濁流沉積環(huán)境。

圖5 五八地區(qū)下烏爾禾組濁積巖粒度概率曲線a)與C-M 圖b)Fig.5 Grain size probability curves(a)and C-M diagram(b)of the turbidites in the Lower Urho Formation in the Wuba block

3 湖底扇地球物理響應(yīng)

3.1 地震正演模擬

正演模擬是用物理模型和數(shù)學(xué)模型代替地下真實(shí)介質(zhì)，用物理試驗(yàn)和數(shù)學(xué)計(jì)算模擬地震記錄的形成過程［25-27］。本次研究利用正演模擬結(jié)果獲得的地震響應(yīng)，驗(yàn)證湖底扇砂體的地震識(shí)別標(biāo)志及地震資料對(duì)湖底扇砂體的分辨能力。圖6 是過克80 井東、克81 井東和檢烏26 井東二疊系下烏爾禾組湖底扇疊置砂體的正演模型。從主測線(A—A'方向)地質(zhì)剖面上看，共有4 個(gè)砂體尖滅點(diǎn)。從疊置砂體正演結(jié)果看，單砂體尖滅點(diǎn)的位置出現(xiàn)相位反轉(zhuǎn)，相同的地震剖面的相同位置也出現(xiàn)了同樣的極性反轉(zhuǎn)響應(yīng)。

3.2 地震反射特征

檢烏26 井東、克81 井區(qū)東和克80 井東二疊系下烏爾禾組沉積砂巖體具有湖底扇席狀砂地震反射特征:①頂、底均為強(qiáng)振幅反射，頻率較低，連續(xù)性較差;②平行物源方向，湖底扇砂巖體由多個(gè)小的短軸狀丘狀體復(fù)合構(gòu)成，縱向上呈楔狀雜亂反射，具有明顯的前積現(xiàn)象，前積層位相對(duì)于下伏地層呈小角度斜交反射(圖7a);③垂直物源方向，湖底扇砂巖體呈透鏡狀或波狀、眼球狀反射特征(圖7b)，這些湖底扇與現(xiàn)今加洲海底扇、北海海底扇的地震反射非常相似［28］。上述地震反射結(jié)構(gòu)不僅具有典型的湖底扇地球物理響應(yīng)特征，而且與Berg 等人提出的三角洲-湖底扇沉積模式相符，明顯不同于扇三角洲的“S”型前積反射特征［21，29］。

圖6 五八地區(qū)下烏爾禾組湖底扇砂體正演模擬Fig.6 Forward modeling of sandstones of sublacustrine fan in the Lower Urho Formation in the Wuba block

圖7 五八地區(qū)湖底扇地震-地質(zhì)解釋剖面(波形變面積)Fig.7 Seismic-geological interpretation section of sublacustrine fan in the Wuba block

3.3 地震多屬性特征

三維地震多屬性從地震數(shù)據(jù)中提取大量的隱含信息，能夠在很大程度上幫助解釋人員正確分析、認(rèn)識(shí)地質(zhì)現(xiàn)象，尤其是對(duì)儲(chǔ)層特征的認(rèn)識(shí)［30-32］。研究區(qū)二疊系下烏爾禾組地震資料品質(zhì)較好、信噪比高、波阻特征清晰，而且斷裂系統(tǒng)不發(fā)育，可利用地震屬性解釋湖底扇砂體的展布［33］。

3.3.1 平均瞬時(shí)相位

應(yīng)用平均瞬時(shí)相位、絕對(duì)值振幅、主振幅、瞬時(shí)頻率、有效帶寬及波形分類等多種地震屬性，提取了克81 井區(qū)東二疊系下烏爾禾組砂體多屬性平面圖，這類屬性對(duì)沖積扇、三角洲，以及湖底扇砂體比較敏感。其中，平均瞬時(shí)相位屬性效果較好(圖8a)。

3.3.2 相位調(diào)諧體頻率切片

譜分解技術(shù)可以分析復(fù)雜巖性內(nèi)薄層的空間變換，識(shí)別復(fù)雜儲(chǔ)層的橫向展布，具有精細(xì)檢測儲(chǔ)層橫向變化的能力［34-37］。一般低頻段反映厚層砂體，高頻段反映薄層砂體，但任何單一的頻率都不能全面反映砂體的全貌［38-39］。本次利用相位調(diào)諧體切片對(duì)下烏爾禾組湖底扇主砂體進(jìn)行了研究，在頻率范圍10～70 Hz 的切片中，頻率為33 Hz 的相位調(diào)諧體頻率切片對(duì)湖底扇的展布形態(tài)反映效果最好，并與鉆井資料吻合較好，證明頻譜分解對(duì)于薄層的刻畫能力最強(qiáng)(圖8b)。

圖8 五八地區(qū)下烏爾禾組湖底扇地震響應(yīng)特征及分布Fig.8 Characteristics and distribution of geophysical response of sublacustrine fan in the Lower Urho Formation in the Wuba block

3.3.3 層拉平切片

沿層切片是目前常用的地震屬性分析手段之一［40-43］。將目的層段拉平后再沿目的層作水平切片的方法可以獲得具有等時(shí)性的切片。二疊系下烏爾禾組拉平后，沿層切片刻畫出的湖底扇砂體形態(tài)效果較好(圖8c)。

一般地，振幅的強(qiáng)弱與砂層厚薄有關(guān)，頻率的高低與砂巖的發(fā)育程度有關(guān)。上述三維地震多屬性、譜分解和層拉平切片技術(shù)所展示的湖底扇展布特征與在地震剖面中刻畫的湖底扇形態(tài)基本一致，從振幅強(qiáng)弱、低頻成分以及極性反轉(zhuǎn)等方面均體現(xiàn)了湖底扇砂巖體的典型特征。

4 湖底扇油氣勘探意義

研究區(qū)位于瑪湖凹陷西南方向，是油氣運(yùn)移的有利指向區(qū)，二疊系下烏爾禾組為主要烴源巖層系之一［44-45］。湖底扇沉積砂巖體平面上成群展布，在空間上呈透鏡狀展布，波阻抗反演剖面表明砂泥巖空間配置關(guān)系良好。識(shí)別出檢烏26井東、克81 井東和克80 井東二疊系下烏爾禾組湖底扇，面積分別為21.5，26.7 和59.8 km2，共計(jì)108 km2?？?0 井二疊系下烏爾禾組取心6筒，獲油浸級(jí)巖心2. 87 m，油斑級(jí)巖心6. 73 m，油跡級(jí)巖心0. 7 m，熒光級(jí)巖心0. 45 m，展示了湖底扇砂巖體作為油氣富集帶的良好勘探前景。

5 結(jié)論

1)二疊系下烏爾禾組湖底扇由中拐凸起扇三角洲前緣相帶提供充足物源，表現(xiàn)為整體滑塌搬運(yùn)特征。巖性、測井曲線形態(tài)以及結(jié)構(gòu)特征均明顯區(qū)別于扇三角洲前緣砂體，反映了明顯的高密度重力流特征，具有典型的濁流沉積特征，鮑馬序列、粒度概率曲線和C-M 圖為主要識(shí)別標(biāo)志。

2)根據(jù)地震正演模擬得到的敏感地震響應(yīng)，證實(shí)下烏爾禾組沉積砂巖體相互疊置，具有湖底扇席狀砂地震反射特征，較扇三角洲的“S”型前積反射明顯不同。湖底扇砂體橫向上為由多個(gè)小的丘狀體復(fù)合構(gòu)成的大型丘狀雜亂反射;縱向上呈楔狀雜亂反射，局部見前積結(jié)構(gòu)。三維地震多屬性、相位調(diào)諧體頻率切片，以及沿層切片均驗(yàn)證地震剖面上湖底扇形態(tài)刻畫的正確性。

3)克拉瑪依油田五八區(qū)下烏爾禾組湖底扇主要發(fā)育在檢烏26 井區(qū)、克81 井區(qū)和克80 井區(qū)，平面上呈南北向成群展布，分布面積達(dá)108 km2。湖底扇發(fā)育區(qū)烴源巖發(fā)育，儲(chǔ)蓋組合優(yōu)良，圈閉條件良好，具備有利的巖性油氣藏成藏條件，勘探潛力巨大，是重要的巖性勘探目標(biāo)區(qū)。

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