紅旗凹陷南屯組沉積特征及優(yōu)勢儲集相帶分析

于 航

（大慶油田海拉爾石油勘探開發(fā)指揮部，內(nèi)蒙古呼倫貝爾163100）

在我國的陸相斷陷盆地中，扇三角洲和湖底扇是主要的油氣儲集體，其中扇三角洲常與大型同沉積斷裂相伴，以粗碎屑沉積為主，在構(gòu)造活躍區(qū)較為發(fā)育。1965年A.Holmes[1]首次提出扇三角洲概念后，已針對其開展了大量的科研工作[2-5]。而湖底扇沉積概念則是在1976年由D.Normark[6]首次提出，從21世紀(jì)初才開始被國內(nèi)外科學(xué)家們重視和研究[6-10]。

紅旗凹陷是當(dāng)前海拉爾盆地的重點油氣勘探區(qū)[11-12]，2018年首次在紅7井獲得工業(yè)油流，實現(xiàn)了油氣勘探的重大突破，揭示了紅旗凹陷南屯組具有較大的資源潛力。當(dāng)前紅旗凹陷處于油氣勘探的初級階段，地質(zhì)條件復(fù)雜且勘探程度低，前人主要對古生物及構(gòu)造演化進(jìn)行了一定的研究工作[13-14]，但對沉積體系的認(rèn)識基本基于鉆井和地震相，缺乏對巖芯的精細(xì)觀察描述，以及在層序地層格架內(nèi)對沉積體系類型和空間展布特征進(jìn)行仔細(xì)研究，在很大程度上限制了紅旗凹陷進(jìn)一步的油氣勘探工作。本文最大程度應(yīng)用巖芯、測井、錄井、地震等方面資料，探討了紅旗凹陷南屯組發(fā)育的主要沉積體系類型及特征，明確了優(yōu)勢儲集相帶類型，對紅旗凹陷的進(jìn)一步挖潛具有一定的指導(dǎo)意義。

1 地質(zhì)概況

紅旗凹陷位于海拉爾盆地中部斷陷帶北部，為北東東向展布的箕狀斷陷。它東接巴彥山隆起，西臨嵯崗隆起，北接陵丘凸起，南靠五星隊凸起，面積約為970 km2。自西向東可劃分為紅西陡斷帶、紅旗牧場-舒特諾爾斷凹帶、中部巖體上隆斷凸帶及紹爾包格斜坡帶。紅旗凹陷歷經(jīng)早期強(qiáng)烈斷陷、中期斷坳過渡和晚期坳陷三個構(gòu)造演化階段，主要沉積了侏羅系和白堊系的大套地層，自下而上可劃分為侏羅系塔木蘭溝組、下白堊統(tǒng)銅缽廟組、南屯組、大磨拐河組、伊敏組和上白堊統(tǒng)青元崗組，其中南屯組是勘探的主要目的層，也是本文研究的目的層系。紅旗凹陷目前共有鉆井10口，包括7口探井和3口地質(zhì)淺井，大多已見到油氣顯示，其中紅7井實現(xiàn)了紅旗凹陷的首次工業(yè)突破（見圖1）。

圖1 紅旗凹陷區(qū)域地理位置及構(gòu)造分區(qū)Fig.1 Regional geographic location and tectonic zoning map of Hongqi depression

2 巖石學(xué)特征

2.1 巖石類型

對10口取芯井的鉆井巖芯觀察及巖性統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，紅旗凹陷南屯組主要巖石類型為碎屑巖，包括泥巖、粉砂巖、砂巖和礫巖，其中礫巖占39%，砂巖占37%，粉砂巖和泥巖各占12%。砂巖以巖屑砂巖為主（石英組分占8%～16%、長石組分占15%～25%、巖屑組分占70%～85%），可見少量的長石巖屑砂巖，成份成熟度較低，反映出本區(qū)發(fā)育的沉積體系具有近源快速堆積的特點（見圖2）。結(jié)合巖石的組分、沉積構(gòu)造特征（見圖3），將紅旗凹陷南屯組的巖相劃分為泥巖相、粉砂巖相、顆粒支撐砂巖相、顆粒支撐砂礫巖相、顆粒支撐礫巖相以及雜基支撐礫巖相6種類型（見圖4）。

圖2 南屯組碎屑巖分類三角圖Fig.2 Triangular chart of clastic rock classification of Nantun formation

2.2 沉積構(gòu)造特征

沉積構(gòu)造是指沉積物沉積時或沉積后，在物理、化學(xué)、生物作用下形成的各種構(gòu)造，表現(xiàn)為具有各自特征的巖石各部分在空間上的分布和排列方式。沉積構(gòu)造是沉積相及沉積環(huán)境的重要識別標(biāo)志，在本次研究中，以巖芯觀察為基礎(chǔ)，成因類型為標(biāo)準(zhǔn)，將研究區(qū)南屯組的沉積構(gòu)造劃分為層理、層面、變形三種構(gòu)造類型。其中層理構(gòu)造主要包括水平層理、平行層理、板狀交錯層理、槽狀交錯層理和透鏡狀層理等；層面構(gòu)造主要表現(xiàn)為沖刷面；變形構(gòu)造包括重荷模構(gòu)造、火焰構(gòu)造、包卷構(gòu)造、滑塌變形構(gòu)造等（見圖4）。

2.3 粒度特征

粒度的結(jié)構(gòu)特征可以直接反映沉積介質(zhì)在形成時的水動力條件及能量強(qiáng)弱，是判斷當(dāng)時沉積環(huán)境、水動力條件的標(biāo)志及細(xì)致劃分沉積相的基礎(chǔ)。通過對南屯組取芯井段進(jìn)行詳細(xì)分析后發(fā)現(xiàn)，本區(qū)粒度概率曲線主要以一段式和兩段式為主，其中一段式主要呈寬緩上拱型，曲線圓滑無節(jié)點或節(jié)點不明顯，表明沉積物全部呈懸浮負(fù)載、分選差且粒級分布廣，形成于強(qiáng)水動力沉積環(huán)境，是典型的重力流沉積特征，反映了扇三角洲平原根部或湖底扇沉積的粒度特點（見圖5）。兩段式滾動組分含量很低（＜5%），由跳躍總體和懸浮總體組成，跳躍總體含量較高，為55%～75%，跳躍和懸浮總體的斜率相近，懸浮總體含量較少，最大可高達(dá)30%。沉積物在牽引流作用下主要以跳躍的方式搬運，反映了較強(qiáng)和中等水動力條件下的扇三角洲平原分流河道或扇三角洲前緣水下分流河道的沉積特征（見圖5）。

圖3 紅旗凹陷南屯組主要沉積構(gòu)造特征Fig.3 Main sedimentary structural characteristics of Nantun formation in Hongqi depression

圖4 紅旗凹陷南屯組主要巖石相類型及特征Fig.4 Main petrofacies types and characteristics of Nantun formation in Hongqi depression

圖5 紅旗凹陷南屯組主要粒度概率曲線特征Fig.5 The main grain size probability curve characteristics of Nantun formation in Hongqi depression

2.4 地震反射特征

J.Brown[16]提出特征不同于臨近單元，具有一定分布規(guī)模的地震反射單元稱之為地震相，這些單元的地震反射特征可以反映出對應(yīng)沉積體的地質(zhì)特征，從而可以通過研究地震資料來獲取目標(biāo)區(qū)的沉積相特征，特別是在井資料十分缺乏的紅旗凹陷。地震相研究是確定沉積體系類型、厘定沉積體系范圍非常有效的方法。在綜合考慮內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)、外部幾何形態(tài)、振幅、頻率、層速度等多種地震反射參數(shù)之后，將紅旗凹陷的地震相類型主要劃分為S型前積、雜亂楔狀、平行席狀和上超充填4種類型（見圖6）。

圖6 紅旗凹陷典型地震相模式圖Fig.6 Typical seismic facies pattern of Hongqi depression

其中S型前積地震相主要由一系列向同一方向傾斜的同相軸組成，常反映攜帶沉積物的水流向盆地中心推進(jìn)的過程；雜亂楔狀地震相一般表現(xiàn)為發(fā)散或雜亂狀，剖面呈楔形，由盆地中心向邊緣變薄或加厚；平行席狀地震相常具有穩(wěn)定的厚度，在橫向上表現(xiàn)出較好的連續(xù)性，外部呈席狀形態(tài)，內(nèi)部為一組平行的地震反射同相軸，具有明顯的中-強(qiáng)振幅、中-高連續(xù)和平行反射特征，反映區(qū)域內(nèi)沉積環(huán)境比較穩(wěn)定，沉積時水體能量偏低；上超充填型地震一般是充填于下伏地層的低洼處，由平坦、上凸及傾斜的一組反射同相軸組成，可進(jìn)一步細(xì)分為上超充填和雜亂充填兩種類型，具有弱-中振幅、低-中連續(xù)反射的特點。

3 沉積相類型及平面展布特征

3.1 沉積相類型

根據(jù)巖石相、地震相特征并結(jié)合巖石薄片和測井等方面資料，認(rèn)為紅旗凹陷南屯組沉積時期主要發(fā)育有扇三角洲、湖底扇、湖泊三種類型的沉積體系，并建立了各自的沉積相識別標(biāo)志。

扇三角洲沉積體系在研究區(qū)內(nèi)主要發(fā)育在西側(cè)的紅西陡斷帶內(nèi)，具有重力流和牽引流的搬運機(jī)制特征、顆?；祀s且分選較差，粒度概率曲線呈高斜兩段式。在地震剖面中常表現(xiàn)為楔狀或S型前積反射特征，由凹陷邊緣向湖盆中心收斂。紅旗凹陷的扇三角洲沉積可以進(jìn)一步識別出扇三角洲平原沉積和扇三角洲前緣沉積兩種亞相，其中平原亞相是扇三角洲沉積的陸上部分，包括分流河道和分流河道間兩種類型的沉積微相，天然堤不發(fā)育。分流河道微相內(nèi)主要發(fā)育顆粒支撐為主的褐色、雜色砂礫巖，常發(fā)育大型的板狀、槽狀交錯層理及沖刷充填結(jié)構(gòu)。電性上表現(xiàn)為高電阻、低伽馬的厚層箱型垂向疊置，孔滲條件一般；分流河道間微相內(nèi)主要發(fā)育褐色泥巖和雜色泥巖，凹陷邊緣向湖岸線雜色泥巖含量逐漸升高，主要發(fā)育塊狀層理、波狀層理或小型交錯層理，電性特征表現(xiàn)為低電阻、高伽馬的低幅齒化箱型，孔滲條件差。

扇三角洲前緣亞相是扇三角洲的主體，是扇體入湖后的水下部分，多位于湖平面和浪基面之間。本區(qū)前緣亞相可進(jìn)一步細(xì)分為6個微相：前緣水下主河道微相是由陸地向湖盆運輸碎屑物質(zhì)的主要通道，通常指明了該扇體主要的延展方向，不同期次的主水道之間?；ハ嗲携B，形成灰綠色或雜色，厚層，分選磨圓均較好，以顆粒支撐為主的砂礫巖體。多發(fā)育塊狀層理、大型槽狀交錯層理和板狀交錯層理，底部可見清晰的沖刷充填構(gòu)造；前緣水下分流河道微相是由前緣主體水道進(jìn)一步分叉所形成的次一級水道，較主水道水體能量有所減弱，搬運能力有所下降。水道底部滯留沉積大多是含礫粗砂巖和礫巖，向上逐漸過渡到中、細(xì)砂巖，顯示出明顯的正旋回沉積序列，層理多樣，常見平行層理和交錯層理；前緣席狀砂微相多位于扇體邊緣，是一種規(guī)模小、數(shù)量大的河道類型，河流能量較弱，因此所攜帶的沉積物粒度偏細(xì)，底部多為灰白色中-粗砂巖，向上漸變至細(xì)砂巖、粉砂巖；前緣水下分流間微相常分布在水下分流河道之間，以細(xì)粒的懸浮沉積為主，泥質(zhì)含量高，巖性主要由灰綠色、灰色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖及泥巖組成，有時可含少量粉砂巖；河口壩砂巖微相和遠(yuǎn)砂壩砂巖微相常呈朵狀或新月型。反旋回沉積序列明顯，自下而上多為粉砂巖、細(xì)砂巖、中-粗砂巖。分選和磨圓均較好，多發(fā)育平行層理、波狀層理和小型槽狀交錯層理等（見圖7）。

圖7 紅旗凹陷南屯組扇三角洲沉積特征(H3井)Fig.7 Sedimentary characteristics of fan delta of Nantun formation in Hongqi depression（H3 well）

湖底扇沉積體系主要發(fā)育在研究區(qū)中部舒特諾爾斷凹帶內(nèi)，進(jìn)一步可劃分為內(nèi)扇、中扇和外扇三個亞相及若干微相。其中湖底扇內(nèi)扇亞相可進(jìn)一步細(xì)分為主溝道和溝道外兩個沉積微相，其中主溝道微相是內(nèi)扇的骨架，主要是由顆粒支撐或無內(nèi)部結(jié)構(gòu)基質(zhì)支撐的砂礫巖構(gòu)成。顆粒支撐的砂礫巖常表現(xiàn)為正或反韻律，基質(zhì)支撐的砂礫巖則主要呈塊狀構(gòu)造。總的來看，主溝道微相中礫巖的成分復(fù)雜且分選較差。溝道外微相是在重力的作用下漫溢至主溝道外的沉積體，在巖性上主要由泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖及粉砂巖組成，常發(fā)育水平層理、變形層理等沉積構(gòu)造。在垂向上，主溝道微相與溝道外微相常相互疊置成多個正韻律，內(nèi)扇亞相多呈微幅度齒化箱型的電性特征。中扇亞相的特點是發(fā)育規(guī)模大、形態(tài)好的辮狀溝道，辮狀溝道微相在巖性上主要是由厚層砂礫巖及夾雜其中的深灰色泥巖構(gòu)成，礫石顆?；祀s，分選磨圓均較差。常發(fā)育塊狀構(gòu)造、交錯層理、遞變層理等沉積構(gòu)造，電性上表現(xiàn)為低伽瑪、高電阻的鐘型-箱型。除辮狀溝道微相外，中扇亞相中還發(fā)育有辮狀溝道間微相，溝道間處巖性較溝道變細(xì)明顯，主要表現(xiàn)為厚層塊狀含礫砂巖、細(xì)粉砂巖與暗色泥巖的不等厚互層，常發(fā)育小型交錯、板狀交錯、遞變、波狀、塊狀、變形層理等沉積構(gòu)造。電性上呈中、低伽瑪-中、高電阻的齒化中低幅鐘型、漏斗型。外扇亞相常位于湖底扇沉積體的最前緣，與深水湖泊毗鄰，由于沒有水道的限制，外扇亞相的薄層濁積體常與深湖相的泥巖呈交互狀沉積，圍繞整個湖底扇體分布。在巖性上主要由粉砂巖、泥巖構(gòu)成，常見波狀層理、水平層理、變形層理、重荷模、砂球等沉積構(gòu)造。在電性上表現(xiàn)為高伽瑪、低電阻，呈低幅齒化漏斗型或指型（見圖8）。

圖8 紅旗凹陷南屯組湖底扇沉積特征(HS6井)Fig.8 Sedimentary characteristics of sublacustrine fan of Nantun formation in Hongqi depression（HS6 well）

紅旗凹陷的湖泊沉積體系主要發(fā)育在西側(cè)陡坡帶與東側(cè)緩坡帶之間的洼槽區(qū)內(nèi)，可進(jìn)一步細(xì)分為濱淺湖和半深湖-深湖兩類沉積亞相，巖性上主要由有機(jī)質(zhì)豐度較高、粒度細(xì)，常含粉砂沿薄夾層的灰黑色泥巖組成，反映湖泊沉積體系的強(qiáng)還原性特征，發(fā)育有紅旗凹陷的主要烴源巖，沉積構(gòu)造上常呈水平層理、波狀層理、塊狀層理，地震剖面中常呈上超充填和平行席狀地震反射特點（見圖9）。

圖9 紅旗凹陷南屯組湖泊沉積特征(HD1井)Fig.9 Sedimentary characteristics of lake in Nantun formation of Hongqi depression(HD1 well)

3.2 沉積相平面特征分析

在利用巖芯資料搞清紅旗凹陷南屯組時期發(fā)育的主要沉積體系類型基礎(chǔ)上，主要結(jié)合地震相的平面展布特征，編制了紅旗凹陷南屯組時期的沉積亞相圖，從而明確了各沉積體系的平面展布特征（見圖10）。

圖10 紅旗凹陷南屯組沉積體系平面展布Fig.10 The plane distribution of Nantun formation sedimentary system in Hongqi depression

由圖10可知，南屯組沉積時期紅旗凹陷主要在紅西陡坡帶處發(fā)育北東向控陷斷裂，在控陷斷裂的持續(xù)活動影響下，紅旗凹陷整體由裂陷初始期過渡至強(qiáng)烈期，湖盆在強(qiáng)烈沉降的構(gòu)造背景下發(fā)生大幅、快速的水進(jìn)，湖盆面積迅速擴(kuò)張。在此期間，西側(cè)陡坡帶毗鄰的嵯崗隆起和陵丘凸起是紅旗凹陷的主要物源區(qū)，供源強(qiáng)度較大，東側(cè)緩坡帶相接的五星隊凸起供源強(qiáng)度較弱，是次要物源區(qū)。砂體由凹陷兩側(cè)向湖盆中心匯聚，其中扇三角洲沉積體系主要發(fā)育在西側(cè)紅西陡坡帶內(nèi)，主要發(fā)育扇三角洲前緣沉積，平原亞相多緊鄰邊界控陷斷裂小范圍分布，扇體呈大型朵葉狀，橫向展布范圍較廣但向前延伸距離有限。湖底扇沉積體系主要由扇三角洲前緣沉積遇大型同沉積斷裂發(fā)生滑塌而形成，在紅旗凹陷內(nèi)主要發(fā)育在HS6等井區(qū)，扇體呈舌型，展布范圍有限。湖泊沉積體系發(fā)育在西側(cè)陡坡帶與東側(cè)緩坡帶間的洼槽區(qū)內(nèi)，其中濱淺湖亞相主要分布在靠近東側(cè)緩坡帶處，深湖-半深湖亞相則是在靠近西側(cè)陡坡帶處更為發(fā)育。

3.3 優(yōu)勢儲集相帶分析

紅旗凹陷南屯組沉積時期主要發(fā)育扇三角洲、湖底扇和湖泊三種類型的沉積體系，不同沉積體系發(fā)育有不同的主要儲集相帶，不同儲集相帶具有不同的儲集能力。利用全區(qū)10口鉆井共152塊不同微相巖芯樣品測得的物性數(shù)據(jù)，進(jìn)行沉積微相類型與物性特征的相關(guān)性分析（見圖11）。

圖11 紅旗凹陷南屯組不同類型儲集相帶物性特征Fig.11 Physical characteristics of different types of reservoir facies belts of Nantun formation in Hongqi depression

結(jié)果表明，不同類型的儲集相帶具有不同的儲集能力，其中扇三角洲前緣水下分流河道和湖底扇中扇辮狀溝道微相孔隙度大于15%，滲透率大于1 mD，主要發(fā)育中-高孔、中-高滲的優(yōu)質(zhì)儲層，明顯好于其他類型微相，是紅旗凹陷在南屯組沉積時期發(fā)育最有利的兩種儲集相帶類型；扇三角洲平原分流河道微相次之，孔隙度10%～15%，為較有利儲層；扇三角洲前緣席狀砂儲集能力較差，孔隙度4%～10%，滲透率小于1 mD，儲集能力較差；扇三角洲分流間和湖底扇辮狀溝道間微相孔隙度小于10%，滲透率小于0.1 mD，為無效儲層。

4 結(jié) 論

（1）綜合運用了地震、巖芯、錄井、測井等方面資料，在區(qū)域構(gòu)造背景下詳細(xì)分析了紅旗凹陷在南屯組沉積時期內(nèi)主要發(fā)育的沉積體系類型，結(jié)合巖石相、粒度、沉積構(gòu)造等分析結(jié)果，認(rèn)為研究區(qū)主要發(fā)育扇三角洲、湖底扇、湖泊三種類型的沉積體系。

（2）扇三角洲沉積主要分布在西側(cè)的紅西陡坡帶內(nèi)，平原亞相多緊鄰邊界控陷斷裂小范圍分布，以發(fā)育扇三角洲前緣沉積為主，扇體常呈大型朵葉狀，橫向展布范圍較廣但向前延伸距離有限。扇三角洲前緣砂體在向前推進(jìn)過程中遇斷裂坡折帶發(fā)生滑塌，于HS6等井區(qū)處形成湖底扇沉積體系，湖泊沉積體系主要發(fā)育在西側(cè)陡坡帶和東側(cè)緩坡帶間的洼槽區(qū)內(nèi)。

（3）分析不同微相類型巖芯樣品的物性特征發(fā)現(xiàn)，扇三角洲前緣水下分流河道和湖底扇中扇辮狀溝道微相樣品孔隙度大于15%，滲透率大于1 mD，主要發(fā)育中-高孔、中-高滲的優(yōu)質(zhì)儲層，是最有利的油氣儲集相帶，扇三角洲平原分流河道微相次之，孔隙度10%～15%，為較有利的油氣儲集相帶。