準(zhǔn)噶爾盆地車排子凸起白堊系層序—古地貌耦合控砂機(jī)制與砂體預(yù)測(cè)

張?jiān)混o，張奎華，隋風(fēng)貴，陳 林，任新成，徐佑德

( 1.中國(guó)石化勝利油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，山東 東營(yíng) 257061； 2.中國(guó)石化勝利油田分公司，山東 東營(yíng) 257061 )

0 引言

沉積盆地砂體的發(fā)育類型與展布規(guī)律受多種因素控制，砂體成因與分布是碎屑巖油氣藏勘探的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1]。關(guān)于陸相湖盆控砂機(jī)制的研究是近幾十年來(lái)石油地質(zhì)學(xué)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一[2-6]。李思田等[7]認(rèn)為，構(gòu)造因素、古氣候、物源補(bǔ)給條件、湖盆類型、古地貌和基準(zhǔn)面變化等決定盆地砂體的分布；潘元林等[8]認(rèn)為，陸相湖盆沉積充填的基本控制因素主要包括構(gòu)造、古氣候、古地理、基準(zhǔn)面變化、古地貌及物源補(bǔ)給等方面；馮有良[9]認(rèn)為，盆緣溝谷是流域水系和碎屑物入湖的位置，控制砂巖、礫巖扇體發(fā)育的位置。目前，對(duì)于陸相盆地控砂機(jī)制的研究主要體現(xiàn)在古地貌控砂和層序控砂兩個(gè)方面[10-20]，其中古地貌控砂又可概括為溝谷控砂和坡折控砂?？碧綄?shí)踐發(fā)現(xiàn)，層序界面附近未必有砂體的富集，在溝谷發(fā)育的坡折帶也不一定都有扇體的分布?？梢?jiàn)，單一控砂因素難以滿足實(shí)際勘探的需要，應(yīng)將多種控砂因素結(jié)合起來(lái)，通過(guò)它們之間的耦合關(guān)系尋找沉積體系發(fā)育的最佳配置條件，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)砂體的空間展布[3,21]。

車排子地區(qū)是準(zhǔn)噶爾盆地重要的油氣富集區(qū)之一[22]，在新近系沙灣組和石炭系累計(jì)上報(bào)2億噸級(jí)石油地質(zhì)儲(chǔ)量。位于兩套重要含油層系之間的白堊系雖然鉆遇豐富油氣顯示[23-24]，但未發(fā)現(xiàn)油氣儲(chǔ)量。白堊系主要發(fā)育扇三角洲—濱淺湖灘壩沉積體系[23]，由于該時(shí)期物源供給不充足，砂體主要為薄層灘砂(砂體厚度<3 m)，橫向連續(xù)性差，單個(gè)砂體分布規(guī)模較小，較少鉆遇厚度較大的扇三角洲前緣砂體及壩砂(砂體厚度>4 m)，因此，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)厚層砂體空間展布成為車排子凸起白堊系勘探的重點(diǎn)與難點(diǎn)。根據(jù)鉆井、測(cè)井、錄井及三維地震資料，結(jié)合測(cè)井曲線旋回性分析對(duì)比，建立以體系域?yàn)閱挝坏木?xì)層序地層格架，恢復(fù)沉積期古地貌；分析層序、古地貌對(duì)砂體發(fā)育的控制作用，建立白堊系層序—古地貌耦合控砂機(jī)制，明確厚砂體的分布規(guī)律，為研究區(qū)白堊系厚砂體的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)提供指導(dǎo)。

1 地質(zhì)概況

車排子凸起位于準(zhǔn)噶爾盆地西緣，位于新疆維吾爾自治區(qū)塔城地區(qū)、克拉瑪依市和博爾塔拉蒙古自治州[25]，構(gòu)造上隸屬于準(zhǔn)噶爾盆地西部隆起的次級(jí)構(gòu)造單元。東面以紅車斷裂帶為界與昌吉凹陷和中拐凸起相接，南面以艾卡斷裂為界與四棵樹(shù)凹陷相鄰[24-26]，平面呈倒三角形，面積約為1×104km2(見(jiàn)圖1)。車排子凸起形成于海西運(yùn)動(dòng)晚期[23]，基底為石炭系火成巖，經(jīng)歷印支—燕山運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈隆升后，缺失二疊系—三疊系。自海西運(yùn)動(dòng)晚期隆升定型以來(lái)，長(zhǎng)期保持正向的構(gòu)造形態(tài)，具有有利的油氣聚集背景[26]。研究區(qū)自下而上依次發(fā)育石炭系(C)、侏羅系(J)、白堊系(K)、古近系(E)、新近系(N)及第四系(Q)等地層。其中，白堊系主要發(fā)育下白堊統(tǒng)(K1)，自下而上依次發(fā)育清水河組(K1q)、呼圖壁組(K1h)、勝金口組(K1s)和連木沁組(K1l)。車排子凸起白堊系整體具有底超頂削的地層結(jié)構(gòu)特征，底部的K1q提前超覆尖滅于研究區(qū)東部。

圖1 研究區(qū)區(qū)域構(gòu)造位置Fig.1 Regional structural location map of the study area

2 層序地層格架

2.1 層序劃分方案

車排子地區(qū)白堊系鉆井較多，為層序劃分對(duì)比提供豐富資料。受復(fù)雜地質(zhì)作用及多種不同級(jí)別旋回性外力的影響，測(cè)井曲線分層標(biāo)志有時(shí)不清楚，導(dǎo)致利用常規(guī)測(cè)井曲線開(kāi)展地層精細(xì)劃分對(duì)比存在較強(qiáng)的不確定性[27-29]。為提高層序劃分的準(zhǔn)確性及精度，在綜合分析地震、鉆井、測(cè)井、錄井等資料的基礎(chǔ)上，引入INPEFA技術(shù)對(duì)三級(jí)層序及體系域界面開(kāi)展精細(xì)識(shí)別與對(duì)比。INPEFA技術(shù)利用最大熵譜分析方法對(duì)常規(guī)測(cè)井資料(GR、SP等)進(jìn)行特殊的數(shù)學(xué)處理，將原始測(cè)井曲線中隱藏的地層發(fā)育趨勢(shì)及沉積旋回等信息提取出來(lái)。處理的INPEFA 曲線可以較好地反映水進(jìn)水退的旋回性變化[30-33]，為層序界面的識(shí)別和層序劃分對(duì)比提供重要指導(dǎo)。

根據(jù)研究區(qū)地震、巖性、電性及INPEFA 曲線等資料，將車排子地區(qū)白堊系劃分為1個(gè)二級(jí)層序、4個(gè)三級(jí)層序；根據(jù)三級(jí)層序內(nèi)部可見(jiàn)的巖性組合變化及垂向上的韻律性特征，又進(jìn)一步劃分為9個(gè)體系域(見(jiàn)圖2)。

圖2 車排子凸起東翼白堊系層序劃分綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive histogram of Cretaceous sequence division on the east wing of Chepaizi Uplift

三級(jí)層序SQ1對(duì)應(yīng)白堊系呼圖壁組一段和二段(K1h1和K1h2)。SB1界面在測(cè)井曲線上表現(xiàn)為巖石電阻率、聲波時(shí)差及密度明顯變低，INPEFA(SP)曲線出現(xiàn)明顯變低的拐點(diǎn)，地震剖面上表現(xiàn)為強(qiáng)振幅、連續(xù)性好的反射特征。該層序可進(jìn)一步劃分為低位體系域(LST)、湖侵體系域(TST)和高位體系域(HST)。其中，LST對(duì)應(yīng)呼圖壁組一段(K1h1)，分布范圍相對(duì)局限，主要發(fā)育于研究區(qū)東部排1井區(qū)；底部為一套灰黃色、淺灰色的砂礫巖、含礫中砂巖及細(xì)砂巖沉積，向上逐漸過(guò)渡為灰綠色泥巖夾淺灰色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖及粉砂質(zhì)泥巖沉積；INPEFA曲線呈先降后升的旋回特征。TST對(duì)應(yīng)呼圖壁組二段下亞段(K1h21)，該時(shí)期湖平面逐漸上升，湖岸線向西遷移，垂向上泥巖厚度加大，發(fā)育砂泥比降低的退積式準(zhǔn)層序組；測(cè)井曲線表現(xiàn)為GR升高、SP多呈平直、INPEFA曲線呈明顯正旋回特征。HST對(duì)應(yīng)呼圖壁組二段上亞段(K1h22)，該時(shí)期為湖平面振蕩期，砂體發(fā)育，砂地比升高，巖性為灰色、灰綠色泥巖夾薄層粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖或砂泥巖互層；GR和SP曲線呈多指狀、尖峰狀響應(yīng)特征，INPEFA曲線表現(xiàn)為鋸齒狀升降頻繁變化，且具有逐漸降低的現(xiàn)象，反映湖平面振蕩后下降的特征。

三級(jí)層序SQ2對(duì)應(yīng)呼圖壁組三段(K1h3)，巖性主要為灰綠色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、灰色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、細(xì)砂巖互層，自下而上砂地比逐漸升高，砂巖厚度增加。測(cè)井曲線表現(xiàn)為砂巖GR、SP呈鋸齒狀，頂部可見(jiàn)指狀、箱狀砂體響應(yīng)特征；INPEFA曲線整體呈先升后降的旋回特征，反映該沉積階段湖平面先升后降的演化過(guò)程。該層序可進(jìn)一步劃分為TST和HST。其中，TST對(duì)應(yīng)呼圖壁組三段下亞段(K1h31)，該時(shí)期湖平面短期上升，巖性為灰綠色厚層泥巖、粉砂質(zhì)泥巖夾薄層泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖，砂地比較低；測(cè)井曲線表現(xiàn)為低幅鋸齒狀，INPEFA曲線具有明顯正旋回特征。HST對(duì)應(yīng)呼圖壁組三段上亞段(K1h32)，自下而上砂體逐漸發(fā)育，砂地比逐漸升高，下部巖性為灰色、灰綠色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，上部巖性為灰色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖夾薄層泥巖；GR與SP曲線呈箱型及指狀響應(yīng)，INPEFA曲線呈鋸齒狀先升后降的旋回特征，反映湖平面緩慢上升后迅速下降的過(guò)程。

三級(jí)層序SQ3對(duì)應(yīng)勝金口組(K1s)，巖性主要以細(xì)粒沉積為主，發(fā)育厚層灰色、灰綠色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖夾薄層灰色泥質(zhì)粉砂巖。該層序可進(jìn)一步劃分為TST和HST。其中，TST對(duì)應(yīng)勝金口組一段(K1s1)，特征與SQ2-TST的相似，泥巖、粉砂質(zhì)泥巖顏色主要以灰色為主，反映湖平面持續(xù)上升。HST對(duì)應(yīng)勝金口組二段(K1s2)，該時(shí)期湖平面振蕩，發(fā)育砂泥巖薄互層，沉積粒度細(xì)，以灰色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖為主；INPEFA曲線清晰呈湖平面兩升一降的變化特征的(見(jiàn)圖2)。

三級(jí)層序SQ4對(duì)應(yīng)連木沁組(K1l)，下部巖性與SQ3的基本相同，頂部粒度稍粗，可見(jiàn)多套粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖與泥巖互層。該層序體系域劃分同SQ3，INPEFA曲線呈先升后降的特征，反映湖平面短期上升后緩慢下降的過(guò)程。

2.2 精細(xì)層序地層格架

在研究區(qū)多口單井層序劃分的基礎(chǔ)上，結(jié)合連井地震標(biāo)定(見(jiàn)圖3)，建立研究區(qū)白堊系高精度層序地層格架，實(shí)現(xiàn)地層橫向精細(xì)對(duì)比，為厚層砂體的分布預(yù)測(cè)奠定基礎(chǔ)。由圖3可知，研究區(qū)白堊系整體具有底超頂削的地層發(fā)育特征。SQ1發(fā)育LST、TST和HST，主要分布于研究區(qū)排638井區(qū)以東；SQ2-SQ4主要發(fā)育TST和HST，其中，SQ2、SQ3逐漸向西超覆，SQ3、SQ4被N1s削蝕(見(jiàn)圖3-4)，整體上，受底超和頂削的影響，SQ1和SQ4分布范圍相對(duì)較小，僅在研究區(qū)東部分布，而SQ2和SQ3分布范圍相對(duì)較廣，基本呈全區(qū)分布的特征。

圖3 排609-5—排634—排609-4—排638—排60—排1—排67—排672井近東西向連井地震層序劃分對(duì)比解釋剖面Fig.3 EW-trending seismic sequence division and correlation section of P609-5-P634-P609-4-P638-P60-P1-P67-P672 wells

3 控砂機(jī)制

車排子凸起東翼白堊系砂體發(fā)育主要受層序和古地貌耦合控制。其中，層序控制砂體的垂向發(fā)育層段，古地貌控制砂體的平面展布位置。

3.1 層序

研究區(qū)52口探井的砂地比統(tǒng)計(jì)表明，砂體主要發(fā)育于各三級(jí)層序的LST和HST。由過(guò)排609-5—排634—排609-4—排638—排60—排1—排67—排672井近東西向的連井對(duì)比剖面(見(jiàn)圖4)可知，SQ1-LST、SQ1-HST、SQ2-HST及SQ3-HST是砂體相對(duì)集中發(fā)育的主要層段，平均砂地比為22.81%～26.55%，扇體和壩主體主要發(fā)育于三級(jí)層序。各三級(jí)層序TST砂地比相對(duì)較低，平均為4.59%～12.15%，基本不發(fā)育扇三角洲砂體，也較少發(fā)育厚層的壩主體。

白堊系具有物源供給不足的特征[12,21]，層序控砂機(jī)制主要表現(xiàn)為：各三級(jí)層序的LST、HST時(shí)期，由于湖平面相對(duì)較穩(wěn)定，扇三角洲垂向加積的概率增加并形成多期疊加，有利于扇三角洲規(guī)模的累積增大；同時(shí)，由于扇三角洲前緣厚度相對(duì)較大，被波浪改造作用影響后，LST、HST的厚層壩體也相對(duì)較發(fā)育，地層砂地比相對(duì)較高，砂體主要富集于LST、HST。TST時(shí)期，一方面物源供給不充足，另一方面湖平面持續(xù)上升，導(dǎo)致扇三角洲難以持續(xù)垂向加積而呈退積的特征；同時(shí)，受波浪改造作用影響，導(dǎo)致沉積的小規(guī)模扇體被破壞而形成大范圍分布的薄層灘砂。白堊系在研究區(qū)呈底超頂削的地層結(jié)構(gòu)特征，扇三角洲砂體主要發(fā)育于SQ1-LST、SQ1-HST及SQ2-HST，而SQ3-HST和SQ4-HST在坡折帶附近發(fā)育的扇三角洲砂體被剝蝕，未能保存下來(lái)，僅發(fā)育灘壩砂體。

3.2 古地貌

白堊系油藏主要分布于底部，在層序上主要分布于SQ1-LST(K1h1)、SQ1-HST(K1h2)、SQ2-HST(K1h3)。為研究主要含油段古地貌對(duì)砂體分布的控制作用，恢復(fù)K1h沉積期的古地貌(見(jiàn)圖5)。白堊系沉積期自西向東發(fā)育3個(gè)古地貌坡折，不同坡折帶發(fā)育多個(gè)溝谷，溝谷既控制碎屑物質(zhì)輸送的路徑，也為扇三角洲砂體提供沉積空間。3個(gè)古地貌坡折自東向西分別控制K1h1、K1h2和K1h3三期扇三角洲的發(fā)育。

圖5 呼圖壁組(K1h)沉積期古地貌Fig.5 Palaeogeomorphology during K1h sedimentary period

由近南北向橫切物源方向的地震及連井沉積相剖面(見(jiàn)圖6-7)可知，研究區(qū)僅發(fā)育K1h3沉積期的HST及K1s沉積期的TST。其中，扇三角洲砂體主要分布于K1h3沉積期HST的古地貌溝谷，且扇三角洲呈多個(gè)點(diǎn)物源的特征，各點(diǎn)物源的同期扇體相互間基本不交匯，平面呈孤立分布，反映物源供給不足、扇體規(guī)模較小的發(fā)育特征。在地震剖面上，由于扇體處于盆緣超剝帶，主要以空白反射為主(見(jiàn)圖7)。

圖6 過(guò)排629—車淺1—車淺1-1—排609-6—排609-9—排609-5井近南北向連井沉積相剖面Fig.6 SN-trending sedimentary facies correlation map of P629-Cq1-Cq1-1-P609-6-P609-9-P609-5 wells

圖7 過(guò)排629—車淺1—車淺1-1—排609-6—排609-9—排609-5井近南北向連井地震解釋剖面Fig.7 SN-trending seismic interpretation correlation map of P629-Cq1-Cq1-1-P609-6-P609-9-P609-5 wells

古地貌控砂機(jī)制主要表現(xiàn)為：由于白堊系物源供給不足，平面上扇三角洲砂體主要分布于古地貌溝谷，垂向上各期扇三角洲砂體向西逐層退積超覆于坡折處；扇三角洲砂體的平面展布受古地貌溝谷控制，具有延伸距離短、平面分布局限的特征；灘壩砂體主要分布于寬緩的平臺(tái)區(qū)，為扇三角洲前緣受波浪改造作用影響后攤平，在平臺(tái)區(qū)形成大片分布的薄層灘砂，僅在局部的水下低隆區(qū)富集，形成相對(duì)較厚的壩砂(見(jiàn)圖4、圖8)。因此，古地貌控砂機(jī)制可以概括為溝谷、坡折控扇，低隆控壩的特征。

研究區(qū)古地貌溝谷和坡折控制扇三角洲的發(fā)育，平臺(tái)區(qū)發(fā)育多期灘壩，水下低隆區(qū)形成厚層壩體；HST、LST時(shí)期，物源供應(yīng)相對(duì)較足，砂體較發(fā)育，TST時(shí)期，物源供應(yīng)不足，砂體整體不發(fā)育。根據(jù)白堊系控砂機(jī)制和地層結(jié)構(gòu)特征，扇三角洲砂體主要發(fā)育于SQ1-LST、SQ1-HST及SQ2-HST坡折帶，厚層壩體主要發(fā)育于LST、TST時(shí)期的水下低隆區(qū)，且壩體平行于湖岸線展布。

4 砂體分布預(yù)測(cè)

在高分辨率層序地層格架的控制下，根據(jù)砂體發(fā)育及主力含油層段，優(yōu)選白堊系底部的呼圖壁組(K1h)地層進(jìn)行描述。對(duì)扇三角洲前緣水下分流河道和濱淺湖灘壩2類成因砂體，分別采用地球物理預(yù)測(cè)方法進(jìn)行預(yù)測(cè)，有效落實(shí)砂體展布，指導(dǎo)部署排643、排646、排斜73井。

4.1 扇三角洲前緣水下分流河道

扇三角洲前緣水下分流河道砂體巖性以含礫砂巖、粉細(xì)砂巖為主，厚度為3.0～20.0 m，平均厚度為4.0～7.0 m；孔隙度為15.6%～40.2%，平均為28.2%；滲透率為(32.2～253.0)×10-3μm2，平均為163.0×10-3μm2，儲(chǔ)集物性較好。

扇三角洲前緣水下分流河道砂體主要分布于超剝帶，受不整合面影響，地震屬性常呈空白反射特征，利用常規(guī)地震資料難以刻畫(huà)。對(duì)扇體相對(duì)發(fā)育的SQ1-LST、SQ1-HST及SQ2-HST坡折帶發(fā)育區(qū)，以鉆井為約束，優(yōu)選對(duì)扇體較敏感的地震屬性，通過(guò)多屬性融合綜合厘定扇體輪廓；利用研究區(qū)多井優(yōu)勢(shì)和波形指示反演技術(shù)，引入巖性敏感測(cè)井曲線，開(kāi)展測(cè)井曲線的重構(gòu)及地球物理反演，綜合刻畫(huà)扇體的分布。指導(dǎo)部署排643、排646井(見(jiàn)圖8(c))，在白堊系鉆遇厚層扇三角洲前緣砂體，其中對(duì)排646井進(jìn)行試油并獲得高產(chǎn)，上報(bào)千萬(wàn)噸級(jí)預(yù)測(cè)石油地質(zhì)儲(chǔ)量。

4.2 濱淺湖灘壩

濱淺湖灘壩砂體可進(jìn)一步細(xì)分為壩主體、壩側(cè)緣和灘砂3種微相。其中，壩主體巖性主要為粉細(xì)砂巖，砂體厚度為4.0～9.2 m，平均為7.8 m，平均泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.0%，平均孔隙度為32.1%，平均滲透率為657.0×10-3μm2；壩側(cè)緣巖性以粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖為主，砂體厚度為2.0～3.7 m，平均為2.8 m，平均泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20.8%，平均孔隙度為26.3%，平均滲透率為257.0×10-3μm2；灘砂主要以泥質(zhì)粉砂巖為主，砂體厚度為1.0～2.5 m，平均為1.7 m，平均泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35.9%，平均孔隙度為20.8%，平均滲透率為116.0×10-3μm2。

壩主體具有厚度較大、物性較好、泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低的特點(diǎn)，是濱淺湖灘壩砂體中儲(chǔ)層質(zhì)量最好的類型。對(duì)LST、TST水下低隆區(qū)周緣開(kāi)展預(yù)測(cè)，根據(jù)井—震資料精細(xì)標(biāo)定，壩主體巖性組合以“泥包砂”為主，地震屬性呈強(qiáng)振幅反射特征，砂體厚度與振幅屬性呈正相關(guān)關(guān)系。在精細(xì)層序格架控制下，通過(guò)高精度等時(shí)地層切片分析明確各期壩主體的分布特征，精細(xì)刻畫(huà)壩體平面分布，圈定壩主體邊界，結(jié)合振幅—砂厚擬合關(guān)系，明確壩主體厚度分布。指導(dǎo)部署排斜73井(見(jiàn)圖8(c))，在K1h3高位體系域鉆遇厚層含油壩體，試油獲得工業(yè)油流。

圖8 呼圖壁組(K1h)沉積體系展布Fig.8 Sedimentary distribution map of K1h

5 結(jié)論

(1)準(zhǔn)噶爾盆地車排子凸起白堊系可劃分為SQ1、SQ2、SQ3和SQ4 4個(gè)三級(jí)層序，以及LST、TST和HST 9個(gè)體系域，建立以體系域?yàn)閱卧膶有虻貙痈窦堋?/p>

(2)研究區(qū)層序控制砂體的垂向分布，表現(xiàn)為HST、LST時(shí)期物源供給相對(duì)充足，地層砂地比相對(duì)較高，砂體較發(fā)育；TST時(shí)期物源供給相對(duì)不足，地層砂地比較低，砂體整體不發(fā)育。白堊系砂體主要發(fā)育于SQ1-LST(K1h1)、SQ1-HST(K1h2)、SQ2-HST(K1h3)、SQ3-HST(K1s2)、SQ4-HST(K1l2)。

(3)研究區(qū)古地貌控制砂體的平面分布，表現(xiàn)為溝谷、坡折控扇，低隆控壩的特征，即溝谷和坡折帶控制扇三角洲砂體的分布，灘壩砂體主要分布于寬廣的平臺(tái)區(qū)，平臺(tái)區(qū)的水下低隆區(qū)控制壩主體的發(fā)育，且壩砂的形態(tài)分布具有基本與湖岸線平行的特征。

(4)在古地貌—層序耦合控砂機(jī)制指導(dǎo)下，部署排643、排646、排斜73井并取得較好鉆探效果。