酒泉盆地營爾凹陷下白堊統(tǒng)下溝組沉積特征及勘探方向

吳青鵬，呂錫敏，陳 娟，周在華，袁 成

（1.中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院，蘭州 730020；2.中國石油玉門油田分公司勘探開發(fā)研究院，甘肅酒泉 735019）

0 引言

近年來，國內(nèi)的東營凹陷、南海盆地、遼東灣盆地、珠江口盆地，國外的巴西深水區(qū)Albacora 油田、日本中部Niigata 弧后盆地等地區(qū)或盆地先后發(fā)現(xiàn)了濁積體等含油砂體新類型［1-5］。長期以來，酒泉盆地營爾凹陷的油氣勘探主要集中在凹陷的正向構(gòu)造高部位或正向構(gòu)造相對較高部位的斷塊上，學者們［6-10］研究的重心主要集中在識別（扇）三角洲各類砂體，發(fā)現(xiàn)的油氣藏以構(gòu)造油氣藏為主。張偉等［11］2013 年采用輕重礦物組合特征、重礦物ZTR指數(shù)、巖石類型、砂巖百分比和地震剖面分析等方法對營爾凹陷下溝組物源和砂體展布規(guī)律進行了研究，認為下溝組物源分帶性明顯，共發(fā)育7 個物源，以北面天泉寺凸起和西面文殊山凸起提供的物源為主，物源與砂體展布對應關(guān)系良好。段潤梅等［12］2015年運用現(xiàn)代沉積學、層序地層學理論，將營爾凹陷下溝組劃分為4 個三級層序，指出營爾凹陷下溝組發(fā)育近岸水下扇和遠岸水下扇等重力流成因砂體，對重力流砂體成因機制和分布規(guī)律方面未見到相應的描述和探討。目前對營爾凹陷下溝組物源方向和沉積相類型包含三角洲或者辮狀河三角洲的認識相對統(tǒng)一，但對是否發(fā)育重力流成因砂體，且重力流砂體分布規(guī)律如何等未有明確認識。

隨著營爾凹陷勘探程度的提高，構(gòu)造圈閉的勘探潛力愈來愈小，近期針對三角洲前緣遠砂壩等砂巖透鏡體的勘探嘗試成效不大，營爾凹陷拓展油氣勘探新領(lǐng)域勢在必行。個別早期探井（長4 井）和近年鉆探的部分開發(fā)井（長2-2、長2-4 等井）在下溝組獲得日產(chǎn)超過140 m3的高產(chǎn)工業(yè)油流，長2 井在下溝組試油日產(chǎn)129.6 m3高產(chǎn)水，說明營爾凹陷低部位或凹陷腹部仍發(fā)育物性比較好的規(guī)模砂體，同時前期對營爾凹陷下溝組沉積相和砂體平面分布的研究仍有欠缺，因而深入開展下溝組沉積特征和砂體空間展布研究，進一步明確含油砂體的類型、成因和分布規(guī)律，對明確營爾凹陷下溝組油氣勘探拓展方向具有重要意義。筆者在對油水產(chǎn)量高的鉆井的巖心觀察、粒度分析和老井復查的基礎上，提出營爾凹陷下溝組發(fā)育重力流成因砂體，運用高分辨率層序地層學和地震屬性分析、儲層預測等手段分析重力流成因砂體的形成機制和分布規(guī)律，以期拓展營爾凹陷油氣勘探領(lǐng)域，深入推進營爾凹陷下溝組的油氣勘探。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

營爾凹陷位于祁連造山帶北緣，是一個斷坳疊置的中—新生代沉積凹陷，發(fā)育有二疊系—侏羅系、下白堊統(tǒng)和新生界等沉積地層，缺失上侏羅統(tǒng)、上白堊統(tǒng)和古新統(tǒng)。早白堊世是凹陷的主要斷陷期，地層發(fā)育齊全且保存較為完整。營爾凹陷是酒泉盆地內(nèi)主要的含油氣凹陷之一，白堊系自下而上可以劃分為3 個地層單元：赤金堡組（K1c）、下溝組（K1g）和中溝組（K1z），其中下溝組是主要的勘探目的層。

赤金堡組巖性變化較大，主要為一套深灰色泥巖、白云質(zhì)泥巖，屬于半深湖—深湖亞相沉積，地層厚度東厚西薄，凹陷東部地層厚度可達1 800 m。下溝組可劃分為上、中、下共3 段，下溝組下段（K1g1）又可分為K1g12和K1g11共2 個亞段，其中K1g11亞段為灰色泥巖與灰白色粗砂巖、含礫砂巖不等厚互層，總體呈下細上粗的沉積旋回，K1g12亞段主要為灰色、灰綠色泥巖與淺灰色細砂巖、粗砂巖不等厚互層；下溝組中段（K1g2）為深灰色、灰色泥巖夾薄層灰色粉砂巖、細砂巖；下溝組上段（K1g3）以深灰色泥巖為主，夾灰色細砂巖、不等粒砂巖。中溝組可以分為上、下共2 段，下段（K1z1）為一套紫紅色泥巖、紫紅色砂礫巖，屬濱淺湖亞相沉積，其中紫紅色泥巖在整個凹陷分布相對穩(wěn)定，厚度一般為60～200 m，為區(qū)域性對比標志層；上段（K1z2）主要為灰黑色泥質(zhì)白云巖和泥、頁巖間互層，富含有機質(zhì)，頂部為古風化殼，裂縫中常有石膏，與新生界以角度不整合接觸。

早白堊世營爾凹陷具有西高東低的古構(gòu)造格局，在近東西向區(qū)域拉張應力的作用下，營爾凹陷形成東斷西超的構(gòu)造面貌，屬于典型的箕狀斷陷盆地。盆地東側(cè)發(fā)育陡坡近源沉積體系，以沖積扇、扇三角洲沉積體系為主；盆地西側(cè)以辮狀河三角洲、三角洲等緩坡型沉積體系為主。營爾凹陷中西部，特別是營爾凹陷的主體構(gòu)造（長沙嶺鼻狀構(gòu)造）上同沉積斷層發(fā)育，張應力作用下的生長斷層對沉積體系的控制作用是目前構(gòu)造與沉積作用關(guān)系研究的熱點［1，13］，值得重視。區(qū)域沉積背景分析表明，凹陷西側(cè)的嘉峪關(guān)隆起在早白堊世具有較強的供源能力，斷裂活動與沉積作用伴生，具備發(fā)育濁積體的構(gòu)造與沉積背景（圖1）。

圖1 酒泉盆地構(gòu)造單元劃分（a）與營爾凹陷地層綜合柱狀圖（b）Fig.1 Tectonic units of Jiuquan Basin（a）and stratigraphic column of Ying'er Sag（b）

2 沉積相特征

2.1 巖心相分析

目前，營爾凹陷的鉆井主要集中在長沙嶺構(gòu)造，各主要探井下白堊統(tǒng)下溝組上段的巖心觀察發(fā)現(xiàn)，巖心中未見槽模和溝模等重力流典型沉積構(gòu)造，砂體粒度較細，以粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖發(fā)育為主。儲層物性均較差，平均孔隙度為6.17%～11.13%，平均滲透率為1.49～17.69 mD。據(jù)此前人認為長沙嶺構(gòu)造下溝組受（扇）三角洲沉積體系控制，處于（扇）三角洲沉積體系前緣相帶［14-16］，但這與營爾凹陷個別探井出現(xiàn)高產(chǎn)（長2-2、長2-4 等井日產(chǎn)油140 m3，物性也明顯變好，平均孔隙度達到19.6%，平均滲透率達到103 mD）以及多口井下白堊統(tǒng)試油出現(xiàn)高產(chǎn)水（長2 井）等反映儲層物性較好的勘探實踐不符。正常三角洲越靠近前三角洲巖性應該更細，對應的物性應該變差，而長2-2、長2-4 等井與長沙嶺正常三角洲相比物性明顯變好，說明了營爾凹陷下溝組應該有重力流沉積的存在。深入觀察長2-2、長4、長2 和長2-4 等鉆井巖心后，發(fā)現(xiàn)出油段儲層砂體是物性中—好的含礫不等粒砂巖，巖心觀察見有正遞變層理、滑塌構(gòu)造和泥巖撕裂屑（圖2）等多種典型的重力流沉積構(gòu)造，粒度分析C-M圖（圖3）顯示，長2-2、長2-4 等井正粒序?qū)佣蔚暮[不等粒砂巖樣點的分布平行于C=M線，總體上反映了懸浮或者遞變懸浮沉積為主的特征，這是重力流沉積的典型標志之一［17-18］，表明長2-2、長2-4 等井出油砂體儲層類型應為重力流成因的濁積砂體沉積。

圖2 長2-2 井下溝組上段巖心觀察中見到的典型沉積構(gòu)造（a）泥巖撕裂屑，4 024.17～4 024.29 m；（b）正遞變層理，4 021.57～4 021.69 m；（c）滑塌構(gòu)造，4 024.74～4 024.87 mFig.2 Typical sedimentary structure from core observation of the upper Xiagou Formation in well Chang 2-2

圖3 長2-4 井4 150.31～4 150.48 m 井段含礫不等粒砂巖粒度分析C-M 圖Fig.3 C-M chart of granular analysis of pebbly sandstone at 4 150.31-4 150.48 m in well Chang 2-4

2.2 測井相特征

復查和解釋營爾凹陷主要鉆井的測井曲線發(fā)現(xiàn)，長4、長2-2、長2、長2-4 等鉆井在下溝組上段中上部見到了代表正粒序的與下伏地層突變接觸的底平頂漸變的反映重力流的齒狀鐘形測井曲線響應段，如長4 井下溝組上段下部自然伽馬曲線呈現(xiàn)出3 組反映重力流特征［19］的底平（上下巖層突變接觸）頂漸變（砂組之上的自然伽馬曲線基本為平直型）的齒狀鐘形曲線特征（圖4），說明營爾凹陷下溝組上段存在重力流砂體新類型。

2.3 濁積體平面展布特征

通過地震屬性分析、地震反演等儲層預測手段預測了營爾凹陷下溝組上段上部和下部濁積體的平面分布范圍。結(jié)果表明，下溝組上段上部濁積體為北東向展布，依附于北東向展布的斷層發(fā)育，主要分布于長2 區(qū)塊，下溝組上段下部濁積體平面發(fā)育位置有變化，主要分布在長2、長3 塊軸部和長3塊南翼（圖5）?？v向上，濁積砂體呈透鏡狀，單個濁積砂體規(guī)模較?。▓D6）。儲層預測結(jié)果查明了營爾凹陷下溝組上段濁積體的平面分布范圍，對下一步在營爾凹陷開展針對濁積體的巖性油氣藏勘探具有重要意義。

2.4 濁積體成因分析與分布規(guī)律

營爾凹陷在早白堊世屬于典型的東斷西超箕狀斷陷，近南北向生長斷層發(fā)育，西側(cè)發(fā)育長沙嶺大型三角洲［20-24］。因此，營爾凹陷下溝組上段發(fā)育的濁積體屬于三角洲前緣滑塌沉積，同沉積斷層的斷裂活動是其形成的控制因素。凹陷西側(cè)的黑梁斷層為控制濁積體形成的重要斷裂，濁積體沿NW—SE 向成排成帶的生長斷裂依次向東滑塌，在營爾凹陷中東部的下溝組形成多個小型濁積體。

圖4 長4 井綜合柱狀圖Fig.4 Synthetic column of well Chang 4

從層序演化過程來看，營爾凹陷下溝組自西向東向凹陷內(nèi)部推進的濁積體同樣屬于滑塌成因。據(jù)高分辨率層序地層學分析認為，在每個短期旋回內(nèi)，繼基準面下降期的進積作用之后，往往發(fā)育有規(guī)模較小的基準面上升的湖泛期。該時期，由于向盆地邊緣方向可容納空間增大，三角洲進積時期發(fā)生加積或過路沉積的位置被退積的三角洲前緣或三角洲平原分支河道所代替。向湖盆方向，湖水及洪水作用等可對基準面下降期的三角洲前緣及三角洲平原沉積物進行侵蝕沖刷，致使大量沉積物沿湖盆邊緣斜坡發(fā)生坡移（營爾凹陷下白堊統(tǒng)同沉積斷層發(fā)育，形成了大量的斷層坡折區(qū)），當與地形坡折背景配置時，早期淺湖區(qū)的辮狀河三角洲、扇三角洲等沉積物在深水區(qū)滑塌發(fā)生再沉積作用形成滑塌型濁積扇。垂向上，滑塌濁積扇多位于短期基準面下降到上升的轉(zhuǎn)換面上，在成因上類似于三級層序低位域的“低位扇”。平面上，濁積扇可以沿三角洲前方的深湖區(qū)成群分布。在營爾凹陷，斷層規(guī)模和古地貌控制著濁積體的分布和規(guī)模，從濁積體發(fā)育的位置來看，營爾凹陷下溝組濁積體屬于遠岸水下扇沉積。受成排成帶展布斷層的影響，營爾凹陷下溝組濁積體具有依附于同生正斷層、規(guī)模較小但成群分布的發(fā)育特征（圖7）。

圖6 營爾凹陷下溝組上段Trace792 反演剖面（剖面位置見圖5）Fig.6 Inversion section of Trace 792 of the upper Xiagou Formation in Ying'er Sag

圖7 營爾凹陷下溝組沉積相模式示意圖Fig.7 Sedimentary facies model of Xiagou Formation in Ying'er Sag

3 沉積相及其演化特征

在區(qū)域沉積背景、物源、單井相、連井相以及地震屬性分析的基礎上，系統(tǒng)開展了營爾凹陷下溝組沉積演化特征研究，明確了其沉積相平面展布及縱向演化特征。

3.1 沉積相平面展布特征

下溝組下段是箕狀斷陷的主要形成期，湖平面相對較低，周緣物源供應充足，凹陷周緣4 個方向均有物源發(fā)育，沉積相類型西部主要為辮狀河三角洲，其他地區(qū)主要為扇三角洲。營北構(gòu)造帶發(fā)育扇三角洲沉積體系，黑1、營北1 等井區(qū)為扇三角洲平原沉積，扇三角洲向南延伸至營參1 井區(qū)；西部受兩大物源體系控制，長沙嶺構(gòu)造帶和祁連構(gòu)造帶發(fā)育2 個辮狀河三角洲沉積體系，其中長沙嶺構(gòu)造帶發(fā)育的辮狀河三角洲平原亞相不發(fā)育，而前緣亞相則延伸范圍廣，向南推進到長5 井區(qū)，向西與北部扇三角洲相接；南部發(fā)育1 個小型扇三角洲沉積體系；東部發(fā)育多個依附于下河清斷裂的扇三角洲，多個扇三角洲側(cè)向相連，呈裙邊狀分布，這些扇三角洲群向凹陷延伸距離短，依附于凹陷邊界下河清斷裂分布［圖8（a）］。

下溝組上段沉積期基準面上升到最高位置，為湖泊最大發(fā)育時期，無論水體深度還是范圍都達到了早白堊世的最大，半深湖—深湖的范圍占到凹陷的一大半，湖盆中心靠近凹陷東側(cè)為具控凹性質(zhì)的下河清斷裂。營爾凹陷下白堊統(tǒng)斷陷湖盆在此層序形成期最終形成。相對來講，下溝組上段沉積相類型更加豐富，凹陷中部發(fā)育了同同沉積斷層活動相關(guān)的遠岸水下扇沉積；凹陷東部陡坡帶則發(fā)育沉積物快速入湖形成的近岸水下扇，其與扇三角洲不發(fā)育扇三角洲平原有明顯區(qū)別；北部和西部物源體系與下溝組下段具有良好的繼承性，主要以扇三角洲沉積體系發(fā)育為特征；西部辮狀河三角洲沉積體系繼承性發(fā)育。受湖泊水體加深變化的影響，南部物源扇三角洲沉積體系變?yōu)榻端律瘸练e體系［圖8（b）］。

3.2 沉積相演化特征

受構(gòu)造背景的影響，營爾凹陷下溝組主要發(fā)育3 種沉積樣式，對應發(fā)育3 種沉積組合，即西部發(fā)育辮狀河三角洲—遠岸水下扇—湖泊體系［圖9（a）］，北部主要發(fā)育沖積扇—（靠扇型）扇三角洲—湖泊體系［圖9（b）］，東南及南部低位期主要發(fā)育（靠山型）扇三角洲（沖積扇）—湖泊體系［圖9（c）］，高位期則發(fā)育近岸水下扇—湖泊體系。

沉積相的演化取決于沉積期構(gòu)造背景的演化，同時又受控于物源供給和湖盆水深的變化。從營爾凹陷下溝組沉積相縱、橫向演化來看，下白堊統(tǒng)下溝組沉積期湖平面先升后降，整體表現(xiàn)為一個完整的沉積旋回，下溝組沉積早期，營爾凹陷湖泊水體相對較淺，物源供應豐富，西部辮狀河三角洲和北部扇三角洲物源體系供源能力強，沉積體系延伸距離遠、范圍較大，東部物源體系為沖積扇直接入湖形成的扇三角洲體系；下溝組沉積中期，湖泊水體范圍持續(xù)擴大，西部和北部物源體系出現(xiàn)萎縮，辮狀河三角洲體系和扇三角洲體系控制的范圍明顯減小，東部下河清斷裂活動頻繁，斷層斷距達到最大，物源供應能力加強，物源體系由扇三角洲體系變?yōu)橐灾亓α鳛橹鞯慕端律润w系。西部長沙嶺辮狀河三角洲體系受洪水作用影響，在凹陷中部發(fā)育了遠岸水下扇沉積體系。到下溝組沉積晚期，湖平面逐漸下降，沉積體系繼承性發(fā)育，西部物源體系仍為辮狀河三角洲—遠岸水下扇體系，北部物源體系為扇三角洲體系，東部物源體系為近岸水下扇體系。

圖9 營爾凹陷早白堊世沉積樣式圖Fig.9 Sedimentary patterns of Early Cretaceous in Ying'er Sag

4 勘探方向

下白堊統(tǒng)赤金堡組—下溝組沉積期是營爾凹陷的斷陷形成和發(fā)育期，下溝組上段是濁積體發(fā)育的主要層段。遠岸水下扇等重力流成因砂體在營爾凹陷半深湖—深湖區(qū)廣泛分布，且遠岸砂體物性明顯好于辮狀河三角洲前緣砂體，營爾凹陷深湖區(qū)是已經(jīng)勘探證實了的生烴中心，成藏條件優(yōu)越，鑒于此，精細落實和刻畫凹陷內(nèi)同沉積斷層，進一步深入研究重力流成因砂體的空間分布，甩開構(gòu)造背景，在凹陷半深湖—深湖區(qū)識別遠岸水下扇等濁積體，探索濁積體的含油氣性是營爾凹陷下一步的主要勘探方向（圖10）。

壓扭型、伸展型等斷陷盆地生長斷層普遍發(fā)育，生長斷層又與濁積體的發(fā)育密切相關(guān)。營爾凹陷下溝組濁積體的成因以及分布規(guī)律值得在研究同類型盆地沉積特征時借鑒。就酒泉盆地而言，青西凹陷下白堊統(tǒng)的赤金堡組，營爾凹陷、石大凹陷、花海凹陷以及赤金凹陷的下白堊統(tǒng)赤金堡組和下溝組均可作為酒泉盆地針對遠岸水下扇等濁積體實施巖性油氣藏勘探的現(xiàn)實領(lǐng)域。

圖10 營爾凹陷下溝組上段有利區(qū)預測圖Fig.10 Prediction map of favorable areas in the upper section of Xiagou Formation in Ying'er sag

5 結(jié)論

（1）營爾凹陷下溝組上段發(fā)育濁積體，其為含油砂體的新類型。

（2）營爾凹陷下溝組上段濁積體屬于遠岸水下扇相濁積體，同沉積斷層的斷裂活動是其觸發(fā)和分布的控制因素。

（3）濁積體具有依附于同生斷層、規(guī)模較小但成群分布的控制因素及平面分布特征。濁積體的發(fā)現(xiàn)及有利分布區(qū)的落實，進一步拓展了營爾凹陷巖性油氣藏勘探的新領(lǐng)域，為營爾凹陷及類似斷陷型盆地構(gòu)造低部位和洼陷腹部油氣勘探提供了理論基礎。