準噶爾盆地彩南地區(qū)頭屯河期河流變遷與砂體展布

李勝利，于興河，楊志浩，董雪梅，章　彤，周　越，李　瑩

（1.中國地質(zhì)大學能源學院，北京100083；2.中國石油新疆油田分公司彩南油田作業(yè)區(qū)，新疆阜康831500）

準噶爾盆地彩南地區(qū)頭屯河期河流變遷與砂體展布

李勝利1，于興河1，楊志浩1，董雪梅2，章彤2，周越1，李瑩1

（1.中國地質(zhì)大學能源學院，北京100083；2.中國石油新疆油田分公司彩南油田作業(yè)區(qū)，新疆阜康831500）

準噶爾盆地白家海凸起頭屯河組為典型的河流—泛濫平原沉積，由于其河流變遷與砂體展布規(guī)律一直缺乏深入研究，直接制約著彩南地區(qū)頭屯河組的油氣勘探與開發(fā)。通過野外露頭觀察與實測，明確了頭屯河期的古河流類型與沉積序列，并建立了相應的沉積模式；結(jié)合測井、地震屬性的綜合分析，研究了彩南地區(qū)彩9—彩10井區(qū)古河流的識別特征、沉積演化及砂體展布規(guī)律。研究區(qū)頭屯河期的古河流分布與演化主要受控于地形坡度和物源供給2大因素，在橫切物源方向，河流沉積主要受控于地形坡度，在順物源方向，物源供給則為主要的控制因素，砂體在研究區(qū)東西兩側(cè)集中發(fā)育，優(yōu)勢砂體展布方向以南北向為主。

準噶爾盆地；白家海凸起；頭屯河組；河流變遷；砂體展布

在中國已探明或已開發(fā)的油氣資源多賦存于陸源碎屑巖儲集層中，其中河流相儲集層更是中國油氣資源的重要載體之一［1］。在對河流類型進行四分（直流河、辮狀河、曲流河及網(wǎng)狀河）的方案［2-3］被沉積學界廣泛接受后，沉積學家們通過對現(xiàn)代沉積的研究［4-6］，佐證了這一河流分類方案的科學性，將之應用于實際生產(chǎn)中，取得了明顯效果?，F(xiàn)代河流沉積模式與古河流沉積模式相輔相成，互相印證了真實地質(zhì)特征與模型特征之間的差異，進一步促進了河流沉積研究的發(fā)展。其中，河流的變遷及其對砂體展布的影響，一直是沉積學界關(guān)注的熱點問題［7-9］。

從20世紀90年代初至今，準噶爾盆地白家海凸起在侏羅系油氣勘探中獲得重大突破，尤其是彩南油田（彩9—彩10井區(qū)三工河組和西山窯組油藏）的發(fā)現(xiàn)表明，白家海凸起侏羅系具有巨大的油氣資源潛力。但有關(guān)侏羅系的研究主要集中于下侏羅統(tǒng)八道灣組、三工河組和中侏羅統(tǒng)西山窯組的構(gòu)造特征、成藏規(guī)律及沉積儲集層分析方面［10-11］；而中侏羅統(tǒng)頭屯河組與上侏羅統(tǒng)齊古組河流相儲集層在彩南地區(qū)雖有一些油氣發(fā)現(xiàn)（彩017井區(qū)頭屯河組油藏已開發(fā)），但對河流的總體沉積特征、演化規(guī)律、河流砂體分布等方面的研究還不夠深入。本文通過露頭觀察、測井識別與地震研究相結(jié)合，分析白家海凸起彩南地區(qū)頭屯河期河流的演化與變遷，研究其砂體的展布規(guī)律及其內(nèi)在控制因素，以期對彩南地區(qū)進一步的油氣勘探與開發(fā)有所裨益。

1　區(qū)域地質(zhì)概況

白家海凸起位于準噶爾盆地中央坳陷帶的東部，西臨東道海子凹陷，北靠五彩灣凹陷，南接阜康凹陷，東與沙奇凸起、沙帳斷褶帶相接。彩南地區(qū)彩9—彩10井區(qū)位于白家海凸起東北部，研究區(qū)面積約為39.6 km2（圖1）。白家海凸起是一個受基底構(gòu)造活動影響和控制的北東—南西向展布的低幅背斜，而北東向構(gòu)造是準噶爾盆地重要的油氣富集單元［12］，其構(gòu)造演化主要受燕山運動影響［13］。

圖1　研究區(qū)構(gòu)造位置（a）及斷層、井點分布（b）

白家海凸起在侏羅紀為一個向南傾斜的沉積區(qū)［14］。從侏羅紀初期開始，就逐漸成為繼承性的古隆起，并發(fā)育了一系列雁列式正斷層，這些正斷層在侏羅紀末—白堊紀初活動強烈［15］。在晚侏羅世末，受燕山運動的強烈擠壓作用，產(chǎn)生了一系列北北東向的褶皺和斷裂［16］，形成了盆地隆坳相間的棋盤式格局。同時，受到燕山運動晚期對準噶爾盆地東部的控制，基底大幅隆升，在侏羅系與白堊系之間形成了區(qū)域性角度不整合，并導致喀拉扎組整體和齊古組頂部缺失［17］。

白家海凸起最重要的含油地層為侏羅系［18］，彩9—彩10井區(qū)主要含油層位為三工河組二段、西山窯組一段和頭屯河組，為彩南地區(qū)探明最早、探明儲量最大的主力含油氣區(qū)。

2　古地貌與沉積環(huán)境

中侏羅世西山窯期，彩南地區(qū)沉積環(huán)境以大型淺水三角洲環(huán)境為主，卡拉麥里山一直是準噶爾盆地東部主要的物源區(qū)［19］。隨后，準噶爾盆地東北部的構(gòu)造運動開始減弱，南部博格達山與北三臺凸起發(fā)生強烈隆升，逐漸成為準噶爾盆地東部新的物源區(qū)［20］。頭屯河期，彩南地區(qū)沉積體系的物源總體依然來自卡拉麥里山［21-22］，但物源供給比八道灣期—西山窯期已明顯減弱，在五彩灣凹陷—白家海凸起—阜東斜坡這個南傾的斜坡上發(fā)育了河流—三角洲沉積體系，并在阜東斜坡入湖，發(fā)育濱淺湖相。因此，在頭屯河期，白家海凸起以河流沉積為主［23］，總體自北向南延伸。

彩南地區(qū)頭屯河期總體表現(xiàn)為北高南低的平緩斜坡，傾角約為0.95°，最大高差不超過100 m.古地貌顯示有北東向和北西向2個物源區(qū)，進入研究區(qū)后，隨地形起伏，河道也出現(xiàn)頻繁分叉與匯聚現(xiàn)象（圖2）。

圖2　彩南地區(qū)頭屯河組古地貌

3　河流識別特征

3.1野外露頭的垂向序列

彩南地區(qū)頭屯河組無良好出露，為此，借鑒了與研究區(qū)頭屯河期沉積環(huán)境相似的準噶爾盆地南緣水磨溝剖面來研究頭屯河組的河流沉積特征。通過實際觀測，對頭屯河組河流相砂體的規(guī)模、疊置關(guān)系及其旋回特征做了詳細的研究。

水磨溝剖面頭屯河組主要發(fā)育辮狀河、曲流河和泛濫平原沉積，且存在辮狀河向曲流河轉(zhuǎn)變的特征，泛濫平原則主要發(fā)育于河道之間（圖3a）。

（1）辮狀河辮狀河沉積主要出現(xiàn)在水磨溝剖面中部，厚約20 m，剖面上呈“蜂窩狀”。其巖性主要為灰綠色含礫粗砂巖，發(fā)育大型槽狀交錯層理，紋層面下部沖刷的泥礫順層分布，且沖刷面較為平整。出露剖面上的此段整體表現(xiàn)為“砂包泥”的特征，為典型的辮狀河特征（圖3b）。

（2）曲流河曲流河在水磨溝剖面上表現(xiàn)為透鏡狀砂體發(fā)育，底部沖刷面不平整，有明顯的滯留礫石沉積，呈現(xiàn)出典型的正粒序特征。單期河道砂體發(fā)育的沉積構(gòu)造自下而上為槽狀交錯層理 板狀交錯層理 平行層理，具有砂泥間互的垂向序列，整體表現(xiàn)為“泥包砂”的特征。兩期河道之間的泥巖中發(fā)育薄層粉砂巖，可見流水砂紋（圖3c）。

（3）泛濫平原洪泛期河水漫越過堤岸，細粒沉積物廣泛分布，形成泛濫平原沉積。頭屯河組泛濫平原巖性主要以泥巖為主，夾薄層粉細砂巖，且顏色頻繁變化，反映出洪水與氣候變化的頻繁發(fā)生。水磨溝剖面頭屯河組中常見的大套泥巖，均為廣泛發(fā)育的泛濫平原沉積。

圖3　水磨溝剖面頭屯河組河流沉積模式與垂向序列

（4）辮狀河向曲流河轉(zhuǎn)換水磨溝剖面泥巖總體上以暗紅色沉積為主，反映了相對干旱炎熱的沉積環(huán)境。露頭剖面的下部出露砂體為薄層狀，表現(xiàn)為曲流河的沉積特征，砂體厚度為0.5～2.0 m.向上河流砂體逐漸減薄，泥巖厚度逐漸增大。露頭剖面的中部發(fā)育一套20 m左右塊狀砂巖，辮狀河沉積特征明顯；由于沉積填平補齊作用，使坡度變緩、物源供給與水動力條件開始減弱，導致河流的彎曲度開始增大，辮狀河逐步向曲流河轉(zhuǎn)換，所以在露頭剖面的上部，砂體厚度再次減薄，厚層砂體偶有出現(xiàn)。因此，從宏觀上來看，水磨溝剖面中優(yōu)勢砂體集中發(fā)育于露頭中部的辮狀河沉積中，其余部分為曲流河砂泥巖間互沉積，砂體相對不夠發(fā)育。

3.2測井相類型與特征

彩南地區(qū)頭屯河組與下伏西山窯組為平行不整合接觸［24］，與上覆齊古組為整合接觸［25］。

在確定了頭屯河組上、下界面之后，結(jié)合野外露頭的垂向沉積模式，并結(jié)合研究區(qū)河流相沉積微相特征及其在測井曲線上的響應，識別出彩南地區(qū)頭屯河組6種基礎測井相（圖4），并建立了相應的測井相模式。

（1）辮狀復合砂壩辮狀復合砂壩為辮狀河河道底負載沉積與辮狀河中心加積形成的心灘復合砂體。二者在巖心上可通過不同的沉積構(gòu)造進行區(qū)別，但在測井上通常難以區(qū)分，自然伽馬曲線主要為高幅微齒狀箱形，頂、底部突變接觸，代表了充足的物源和穩(wěn)定的強水動力條件的沉積，物源供給與可容納空間的比值中等或較低，與周圍砂體連續(xù)性較好。

圖4　彩南地區(qū)頭屯河組測井相模板

（2）邊灘邊灘沉積于曲流河的凸岸，為河流中攜帶的粉砂-砂級沉積物側(cè)向加積的結(jié)果，表現(xiàn)出混合負載的特點。自然伽馬曲線為中高幅微齒狀或齒狀箱形，底部突變接觸，頂部一般漸變接觸，具有較為明顯的正粒序結(jié)構(gòu)，代表了水動力逐漸減弱和物源供給逐漸減少的沉積環(huán)境，其齒化程度通?？梢苑从吵练e環(huán)境的動蕩程度。物源供給與可容納空間的比值相對較高，單砂體被周圍的粉砂巖與泥巖包裹，連續(xù)性較差。

（3）曲流河道曲流河道主要為懸浮負載物質(zhì)沉積的結(jié)果。自然伽馬曲線為中高幅鋸齒狀鐘形，底部突變接觸，頂部漸變接觸，具有明顯的正粒序結(jié)構(gòu)，代表水動力減弱和物源供給減少的沉積環(huán)境。在完整的曲流河垂向序列上通常直接沉積于邊灘的頂部。

（4）決口扇決口扇為洪水期河水對凹岸沖蝕強度突然加劇，形成扇狀或枝狀的中細粒沉積。自然伽馬曲線呈中幅齒狀漏斗形，底部漸變接觸，頂部突變接觸，具有明顯的反粒序結(jié)構(gòu)，反映了水動力突然增強、物源供給突然增大的沉積環(huán)境。一般沉積于基準面下降時期，物源供給與可容納空間的比值較高。

（5）天然堤天然堤沉積于曲流河的兩岸，是曲流河在洪水期漫過河道范圍的細粒沉積。自然伽馬曲線為低幅指形，頂、底均為突變接觸，反映出動蕩的水動力環(huán)境。垂向序列上通常沉積于曲流河與決口扇之間或邊灘頂部，其粒度比決口扇細。

（6）河漫灘河漫灘通常也叫泛濫平原，是河流在洪水期攜帶的細粒懸浮物質(zhì)在水退之后沉積于河道范圍外的結(jié)果。自然伽馬曲線呈為齒狀線形，齒化程度可反映水動力與物源供給的變化頻率。在垂向沉積序列上一般位于河流沉積序列的頂部。

3.3河流沉積的地震響應特征

通過對研究區(qū)頭屯河組地震屬性和測井資料的系統(tǒng)分析，確定了頭屯河組上、下標志層界面。研究區(qū)頭屯河組與西山窯組之間的平行不整合在測井曲線上有明顯表示，地震同相軸也具有區(qū)域性的穩(wěn)定分布，是一個特征明顯的層序界面。研究區(qū)頭屯河組與上覆齊古組為整合接觸，其地震同相軸分布連續(xù)且穩(wěn)定［25］。彩南地區(qū)頭屯河組內(nèi)部的地震同相軸不平整，剖面中部存在較多的同相軸下凹現(xiàn)象，推測為河流下切作用所致。

4　河流沉積演化與砂體展布規(guī)律

在綜合巖性、測井、地震多方面資料分析的基礎上，以最能反映層段內(nèi)優(yōu)勢沉積微相的單層最大砂巖厚度為沉積參數(shù)（圖5），結(jié)合地震屬性［26］編制平面沉積相圖［27-28］，確定河流及其砂體的展布。

圖5　彩南地區(qū)不同類型沉積參數(shù)

4.1河流變遷特征

彩南地區(qū)頭屯河組自下而上分為3段：頭屯河組一段、頭屯河組二段和頭屯河組三段，每段具有不同的發(fā)育特征（圖6）。

頭屯河組一段沉積期，河流沉積主要來自東、西2個方向，河流發(fā)育的位置、類型及演化過程有明顯的區(qū)別。西部由于地形坡度較大，以辮狀河為主體，始終保持了由北向南的流向，辮狀河向曲流河轉(zhuǎn)換主要是由于地形坡度減緩致使辮狀河邊部的水動力開始減弱，分支出多條水動力較弱的曲流河，流向為由北向南。東部地形坡度相對較緩，辮狀河向曲流河轉(zhuǎn)換的發(fā)生主要是由于物源持續(xù)供給不充足，形成數(shù)條向南流動的曲流河，其砂體規(guī)模要略大于西部的砂體。

頭屯河組二段沉積時間較長，河流的演化也較為復雜，可分為頭屯河組二段沉積早期和頭屯河組二段沉積晚期來研究。頭屯河組二段沉積早期與頭屯河組一段沉積末期的沉積特征具有相對的繼承性，相對于頭屯河組一段沉積中晚期水動力有了較大規(guī)模的減小。研究區(qū)東部辮狀河發(fā)生了大規(guī)模向南遷移的現(xiàn)象，后發(fā)育出2條曲流河，由北向南伸展，彎度較小。研究區(qū)西部辮狀河依舊保持由北向南流動的特征，在研究區(qū)中西部由于地形坡度的減緩發(fā)生了辮狀河向曲流河的轉(zhuǎn)變，發(fā)育出4條曲流河。受控于地形趨勢，4條曲流河在中部又發(fā)生了1次分叉和3次匯聚現(xiàn)象，曲流河寬度向南逐漸變小。頭屯河組二段沉積晚期，全區(qū)廣泛發(fā)育辮狀河沉積，由西北角向東南隅發(fā)育1條穩(wěn)定的辮狀河，但在研究區(qū)的中部和西部分支出數(shù)條曲流河，存在辮狀河向曲流河轉(zhuǎn)換，而分支出的曲流河在南部又隨坡度的變化出現(xiàn)了曲流河向辮狀河轉(zhuǎn)換，使得南部只發(fā)育辮狀河沉積。

圖6　彩南地區(qū)頭屯河期河流分布與演化

頭屯河組三段沉積期，北部物源區(qū)發(fā)育2條主要的辮狀河沉積，一條來自正北方向，一條來自北東方向。在研究區(qū)中西部附近2條辮狀河匯聚，在河流向南流動的過程中又分支為3條辮狀河，分別流向南西向、正南向和南東向。其中向南東方向流動的辮狀河由于水動力的減弱和坡度的減緩，分流出7條具有一定規(guī)模的曲流河，曲流河不斷發(fā)生匯聚分流、截彎取直作用。

4.2砂體平面展布規(guī)律

頭屯河組以河流沉積為主，其砂體的展布規(guī)律與河流變遷息息相關(guān)。在辮狀河沉積體系中，砂體連通性較好，平面上主要表現(xiàn)為辮狀河砂體與心灘砂體的頻繁交替。辮狀河中的心灘砂體的寬度隨著流向逐漸減小，其大小反映了研究區(qū)水動力的強弱。在曲流河沉積體系中，河流相對孤立而彎曲，砂體連通性較差，砂體呈局部富集的特點，砂體的寬度隨彎度的減小而逐漸減小。

頭屯河組一段，在研究區(qū)西部和東北部，辮狀河砂體連片沉積，而在研究區(qū)中部—南部，曲流河砂體呈條帶狀分布。頭屯河組二段下亞段，在研究區(qū)西部，砂體局部富集且表現(xiàn)出厚而寬的分布特征，在研究區(qū)中部，砂體孤立不連片，在研究區(qū)東部，砂體區(qū)域發(fā)育但被泥質(zhì)分割；頭屯河組二段上亞段，砂體自北西向南東連片狀發(fā)育，在研究區(qū)東北部和西部，砂體發(fā)育相對孤立，并被泥質(zhì)分割。頭屯河組二段上亞段，砂體主要富集于研究區(qū)中部和南部的曲流河與辮狀河交匯處，或者是多條辮狀河匯聚的區(qū)域。頭屯河組三段，砂體主要在橫貫東西的兩條辮狀河中呈連片式分布，同時在南部曲流河沉積中呈相對孤立式分布。

4.3砂體垂向演化特征

沉積微相連井對比剖面綜合考慮了砂體幾何形態(tài)及平面微相變化規(guī)律，在縱向上反映了河流砂體分布和變遷的規(guī)律。通過建立研究區(qū)典型井的連井對比剖面，從空間演化的角度，刻畫河流砂體的垂向演化特征。

（1）東西向C151井—C104井—C1413井—C122井—C1397井—C2866井剖面東西向剖面最大的特征就是辮狀河砂體的遷移和曲流河的不斷擺動（圖7）。頭屯河組一段沉積時期出現(xiàn)在C151井與C104井附近的辮狀河沉積不斷向西部遷移，同時河流規(guī)模也逐漸變??；頭屯河組二段沉積時期，辮狀河沉積主要位于研究區(qū)西部（C151井附近）和東部（C2866井附近），并且東部辮狀河的砂體規(guī)模要明顯大于西部。東部辮狀河不斷向西遷移，河道規(guī)模減小，但單砂體規(guī)模變大；頭屯河組三段沉積時期，辮狀河規(guī)模明顯減小，只在研究區(qū)中部C1413井和C122井附近有分布，且河道規(guī)模和砂體規(guī)模都較小。而曲流河沉積在彩南地區(qū)都有分布，整體表現(xiàn)出向東西兩側(cè)擺動的特征，曲流河砂體以疊置方式出現(xiàn)，之間以河漫灘沉積的薄砂體溝通，說明曲流河沉積以多期單河道與河漫灘間隔出現(xiàn)為特征［29］。河漫灘砂體在研究區(qū)連片性較好，薄層砂體具有較好連續(xù)性，但普遍厚度小于2 m.

圖7　彩南地區(qū)C151井—C104井—C1413井—C122井—C1397井—C2866井河流沉積微相對比

（2）南北向C102井——C 1415井—彩9井—C1413井—彩012井剖面南北向剖面位于彩南地區(qū)西側(cè)（圖8），辮狀河砂體在順物源方向連續(xù)性較好，而曲流河點壩砂體由于受河道的約束，常沿河道呈帶狀的孤立式分布。

頭屯河組一段沉積時期主要表現(xiàn)為多條曲流河的擺動，但研究區(qū)北部砂體發(fā)育頻率和單層厚度明顯好于南部。頭屯河組二段和頭屯河組三段沉積時期則表現(xiàn)為辮狀河向曲流河的轉(zhuǎn)變，研究區(qū)北部以辮狀河廣泛發(fā)育為特征。頭屯河組二段沉積時期，辮狀河在C1413井以北約300 m左右區(qū)域開始向曲流河轉(zhuǎn)變；頭屯河組三段沉積時期，辮狀河向曲流河轉(zhuǎn)換發(fā)生在C1413井以南，這種轉(zhuǎn)變受地形坡度和物源供給量綜合制約。C102井—彩012井剖面中辮狀河遷移特征不明顯，砂體在研究區(qū)北部頭屯河組二段中部具有較好的連片性。

圖8　彩南地區(qū)C102井—C1415井—彩9井—C1414井—彩012井河流沉積微相對比

5　結(jié)論

（1）在侏羅紀，白家海凸起受到燕山運動時期準噶爾盆地東部基底整體升降運動的控制，為一個繼承性的斜坡。研究區(qū)為河流泛濫平原沉積環(huán)境，以辮狀河、曲流河為主，存在辮狀河向曲流河轉(zhuǎn)變的特征。

（2）為刻畫頭屯河組河流相砂體分布規(guī)律，以最大砂巖厚度分布作為主要約束沉積參數(shù)，結(jié)合地震屬性來恢復河流相砂體展布格局，以此來分析河流的演化規(guī)律。

（3）同一沉積時期，在橫切物源的方向上，河流砂體的沉積主要受控于地形坡度，坡度較陡發(fā)育辮狀河，坡度較緩發(fā)育曲流河，在坡度減緩過程中則會發(fā)生辮狀河向曲流河轉(zhuǎn)換。在順物源方向上，靠近物源的北部比遠離物源的南部更易形成辮狀河。同時地形的突然降低易導致河流的匯聚，地形突然升高易引起河流的分流。

（4）砂體的分布規(guī)律與河流的演化和分布密切相關(guān)。在橫切物源方向上，砂體分布受控于坡度；在順物源的方向上，砂體分布受控于物源?？傮w上，砂體富集于研究區(qū)的東部和西部，并沿河流走向呈南北向分布。

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Fluvial Changes and Sandbody Distribution of Toutunhe Formation in Cainan Area，Junggar Basin

LI Shengli1，YU Xinghe1，YANG Zhihao1，DONG Xuemei2，ZHANG Tong2，ZHOU Yue1，LI Ying1

（1.School of Energy Resources，ChinaUniversity of Geosciences，Beijing 100083，China；2.Cainan Oilfield Operation District，Xinjiang Oilfield Company，PetroChina，F(xiàn)ukang，Xinjiang 831500，China）

The Toutunhe formation in Baijiahai swell in Junggar basin is a typical fluvial-flood plain deposit.Its fluvial changes and sand?body distribution have been lack of in?depth studies，which restricts the oil and gas exploration and development of it.This paper clarifies the paleo?fluvial types and sedimentary sequences of Toutunhe formation by observation of the outcrops，presents corresponding sedimenta?ry model；integrating with the well logging data and seismic attributes，it studies the identification characteristics，sedimentary evolution and sandbody distribution regularity of this fluvial deposit.The results show that such a distribution and evolution is mainly controlled by topographic slope and sediment supply.In the lateral expansion direction of the channels，the fluvial deposit is mainly controlled by topo?graphic slope；while along the provenance direction，the sediment supply becomes major controlling factor，The fluvial sand bodies are pre?dominately distributed in the east and west parts of the study areaand major distribution of sandbody direction is from north to south.

Junggar basin；Baijiahai swell；Toutunhe formation；fluvial change；sandbody distribution

TE112.24

A

1001-3873（2015）06-0660-08

10.7657/XJPG20150606

2015-06-23

2015-09-21

國家自然科學基金（41272132，41572080）；國家科技重大專項（2011ZX05010-001）

李勝利（1971-），男，四川達縣人，副教授，博士，儲層地質(zhì)學，（Tel）13691555506（E-mail）slli@cugb.edu.cn.