準噶爾盆地阜東斜坡頭屯河組二段沉積微相及主控因素

魏澤德，李勝利，張容基，姚宗全，閆永超，章 彤，劉 勇，許文倩

(1.中國地質大學(北京)能源學院，北京 100083；2. 大港油田公司 采油三廠，河北 滄州 061723；3. 新疆大學 地質與礦業(yè)工程學院，新疆 烏魯木齊 830000；4.中國石油新疆油田分公司 準東采油廠，新疆 阜康 831500)

0 引 言

阜東斜坡區(qū)位于我國大型含油氣盆地準噶爾盆地中東部，自北東向南西方向傾斜，侏羅系中侏羅統(tǒng)頭屯河組二段為其重要含油氣層系之一[1]。研究區(qū)侏羅系受地質構造運動的影響微弱，構造圈閉數量較少、規(guī)模較小，因此對沉積相類型及展布規(guī)律有更加深刻的認識對后續(xù)勘探進程，特別是巖性油氣藏的勘探具有重要意義[2-6]。針對阜東斜坡區(qū)沉積及儲層特征，前人已進行了很多研究，成果豐富[7-9]。鄒志文等[10]認為阜東斜坡區(qū)阜東5井區(qū)主要發(fā)育三角洲前緣亞相；操應長等[11]對該區(qū)層序地層格架進行了精細劃分，并認為在頭屯河組廣泛發(fā)育辮狀河—曲流河體系、辮狀河三角洲和濱淺湖沉積體系；張滿郎等[12-13]認為頭屯河期阜東斜坡區(qū)以南部物源為主,沉積體系不斷轉變，主要為沖積扇、辮狀河三角洲及湖泊三類體系的組合。靳軍等[1]認為頭屯河組物源主要來自南部與北東部。前人多以頭屯河組作為整體對阜東斜坡進行研究，本文綜合利用巖心、測井、地震及分析化驗等資料，對阜東斜坡區(qū)主力勘探目的層頭二段的沉積特征開展研究，明確了研究區(qū)曲流河的沉積特征及展布規(guī)律，為進一步油氣勘探尋找優(yōu)質儲層提供借鑒。

1 區(qū)域地質概況

研究區(qū)位于準噶爾盆地中央坳陷與東部隆起連接帶上，阜康凹陷東部，北部相望于白家海和沙奇凸起，東部與北三臺凸起毗鄰，南部是阜康斷裂帶與博格達山，面積約為225 km2(圖1)。阜東斜坡區(qū)自上而下主要發(fā)育齊古組(J3q)、頭屯河組(J2t)、西山窯組(J2x)、三工河組(J1s)和八道灣組(J1b)[14-15]。準噶爾盆地經歷了裂陷盆地等4個演化階段，中侏羅世時期處于陸內拗陷期，各構造單元的持續(xù)隆升導致了湖盆的急劇萎縮與消亡[16-19]。研究區(qū)整體位于向東北方向抬升的斜坡帶上，油氣藏受巖性控制，中侏羅統(tǒng)頭屯河組為最為重要的含油氣層系[20]。研究區(qū)侏羅系頭屯河組由下至上可劃分為頭一、頭二和頭三段，其中頭二段砂體最為發(fā)育，為頭屯河組最有利的儲層發(fā)育層段[1]。本次研究目的層段為頭二段，主要對其沉積相類型及展布規(guī)律開展研究。

2 沉積相標識

基于地質、測井和地震資料，識別出各種相標志，是開展沉積環(huán)境與沉積相研究的基礎[21]。通過阜東斜坡頭二段的地震資料以及28口單井的巖心、測井曲線和巖屑錄井等資料，識別出了河流類型與微相的各種標識，對研究區(qū)沉積相特征進行了總結歸納。

2.1 巖石學特征

按照曾允孚等[22]砂巖分類方式，對阜東斜坡頭屯河組二段10口井70塊樣品薄片的碎屑巖鑒定成分含量數據分析[22]。頭屯河組二段砂巖類型為長石巖屑砂巖與巖屑砂巖兩種，Q端元最低值15%，最高值35%，均值24%；F端元10%～27%，均值21%；R端元值最大，為39%～73%，均值55%(圖2(a))。砂巖中巖屑含量普遍過半，成分成熟度較低，反映出碎屑物質并未經歷長時間遠距離的搬運，研究區(qū)具有離物源區(qū)較近的特征。

不同沉積相形成時的環(huán)境條件具有明顯差異，最為直觀的就是水動力條件不同，沉積物粒度分布特征受水動力條件影響顯著。因此通過粒度概率累計曲線對研究區(qū)目的層段的粒度分布特征進行分析，是判別沉積環(huán)境行之有效的一種方法[21-23]。通過對阜東斜坡區(qū)頭屯河組二段17口井77個樣品的粒度分析資料研究發(fā)現，雖不同位置的井鉆遇的巖石內部結構存在差異，但該區(qū)的粒度概率累計曲線主要以跳躍懸浮兩段式為主，水動力條件為牽引流，符合曲流河的沉積特征[16]。阜29井以跳躍組分為主，分選較好，細截點為2.5φ，水動力條件相對較強；阜009井以跳躍組分為主，細截點為3.3φ，細截點移向細端，說明水動力條件變弱，分選相對較差；阜東10井懸浮跳躍組分基本相等，細截點在3.1φ，阜東10井跳躍組分斜率大于阜009井，說明其分選性更好;三口井相比較，阜29井水動力條件最強，阜東10次之，阜009最弱，阜東10和阜29井的分選性較好，阜009井分選性較差(圖2(b))。

通過研究區(qū)目的層段10余口井的巖心觀察描述以及28口單井的巖屑錄井等資料分析。砂巖顏色普遍呈灰白色，泥巖顏色以灰綠色為主，反映出沉積時以淺水環(huán)境為特征。巖性以泥巖、粉砂巖和細砂巖最為常見。中細砂巖中主要發(fā)育平行層理和槽狀交錯層理，水動力條件相對較強(圖3(a)、 (b))；細砂巖主要發(fā)育平行層理和塊狀層理，水動力條件一般，可見泥質條帶(圖3(c)、 (d)和(e))；粉砂巖與泥巖主要發(fā)育塊狀層理，可見大量炭屑及粉砂巖與泥巖的巖性突變面，說明當時物源供給變化較快(圖3(f)、 (g)和(h))。整體看來，研究區(qū)所發(fā)育的沉積構造類型及巖性組合反映出曲流河沉積特征。

2.2 電性特征

通過對阜東斜坡頭二段28口單井的自然伽馬測井曲線與取心井段巖石進行對比分析，總結出研究區(qū)沉積微相類型及其對應的自然伽馬測井曲線形態(tài)等特征。總結出4類沉積微相與其相應的測井曲線類型的對應關系，最終得出阜東斜坡區(qū)頭二段測井相模板(圖4)。

測井曲線整體平滑程度較差，多呈齒形，反映出曲流河“砂泥間互”的沉積特點，沉積物在沉積過程中水動力環(huán)境較為動蕩。自然伽馬曲線偏移基線的程度往往與水動力條件和物源供給量密切相關。齒化鐘形反映較強的水動力條件，且能量逐漸減弱，反映曲流河道的側向遷移，沉積部位從河道中心變到側翼；中-高幅齒化鐘形、箱形則是體現了點壩形成時充沛穩(wěn)定的物源供給條件。廢棄河道為底部突變、頂部漸變的低幅鐘形，反映了河道廢棄過程中沉積物供給的減少。泛濫平原則是對應低幅線形曲線，反映了穩(wěn)定的靜水沉積。

2.3 地震特征

阜東斜坡頭二段的地震反射同相軸整體上具有中等偏弱振幅、頻率較高與連續(xù)性中等的特點，地震內部反射構造呈亞平行形-發(fā)散形(圖5)。A-A′測線地震同向軸的連續(xù)性較好，可以識別多期砂體向西南方向順流加積的特點，一般為河流順物源的展布特征[21]。B-B′測線地震軸連續(xù)性稍差，具有側向加積的特點，主要發(fā)育充填狀地震相，表現為頂平底凹的特征，是河道下切的典型標志。這兩種地震內部反射構造類型，是曲流河沉積的典型地震特征，結合所發(fā)育位置，可為沉積相的展布提供佐證。

2.4 沉積微相劃分

通過對巖心觀察、測井相以及巖屑錄井的研究，結合前文巖相、電性和地震特征分析，對阜東斜坡區(qū)頭二段進行了沉積微相劃分，以阜32井為例：該區(qū)發(fā)育曲流河相并可細分為4種微相(圖6)。

2.4.1 曲流河道

曲流河道微相是河流沉積單元的基本單元，其沉積特征相較于其他微相十分明顯，其底部通常存在沖刷面；在研究區(qū)內，曲流河道巖性多為中砂巖-粉砂巖的正韻律組合，底部與中部多發(fā)育平行層理、塊狀層理和小型交錯層理，見少量炭屑(圖6)。水動力條件相對較強，跳躍搬運為主體，粒度概率曲線呈兩段式，分選中等-較差。其自然伽馬曲線多表現為鐘形與齒化鐘形兩類，河道在水下的分叉與側向遷移垂向上表現為兩類曲線底部均為突變接觸，反映沉積環(huán)境的快速改變(圖4)。

2.4.2 點壩

點壩又稱為邊灘，是曲流河沉積中最為重要的沉積微相，通常其儲層質量較高，在研究區(qū)內賦存油氣較多；巖心與巖屑錄井上點壩巖性以砂巖的為主，底部發(fā)育小型槽狀交錯層理或板狀交錯層理，向上出現塊狀層理及平行層理。粒度概率累積曲線為懸浮跳躍兩段式。該微相在自然伽馬曲線上表現為齒化鐘形、箱形，反映沉積期水動力條件強，物源持續(xù)供給(圖4)。

2.4.3 廢棄河道

廢棄河道是曲流河改道后遺留下的沉積物，是曲流河特有的沉積微相；具有分布范圍廣、垂向厚度薄的特征。巖性多為底層細粉砂巖以及上部的泥巖構成，巖心中可見平行層理、塊狀層理及炭屑，受沉積環(huán)境約束，該微相在垂向上常與泛濫平原相鄰，也就是巖心中常見的泥巖與粉砂巖巖性突變面(圖3(e)、 (f)、 (g))。自然伽馬形態(tài)為中-低幅齒化鐘形，頂、底突變，反映河道一次遷移的結束(圖4)。

2.4.4 泛濫平原

泛濫平原廣泛發(fā)育于曲流河道之間，巖屑錄井上多為大段深灰綠泥巖。巖心上可見塊狀層理(圖3(h))。砂體粒度較細，分選差，含泥量較高。測井曲線類型為低幅緊密線形(圖4)，以靜水環(huán)境下的懸浮沉積為主。

3 沉積相展布特征及控制因素

3.1 物源方向判別

本次研究通過對阜東斜坡區(qū)頭二段19口井87個樣品的重礦物分離鑒定數據進行分析，并結合區(qū)域地質背景及地震資料，對物源方向進行判斷，同時為進一步研究沉積相展布規(guī)律提供了約束條件。目前研究普遍認為碎屑物質中穩(wěn)定重礦物相對含量與搬運距離關聯(lián)密切，成正向相關[24-25]。以這一規(guī)律作為依據，繪制研究區(qū)穩(wěn)定(白鈦石、磁鐵礦、電氣石、鋯石、石榴石和十字石)/非穩(wěn)定(尖晶石、綠簾石、綠泥石、普通角閃石、普通輝石、褐鐵礦、黑云母、鈦鐵礦、榍石和黝簾石)重礦物餅狀圖及ZTR指數等值線圖(圖7)。

ZTR值通常為3種超穩(wěn)定重礦物的百分含量，研究樣品中未檢測出金紅石，本文中ZTR值只包含鋯石與電氣石兩種重礦物百分含量。ZTR指數高值井集中在中部地區(qū)，最高值為阜東9井的25，其余井ZTR指數值均不超過17，整體偏低，體現出整體礦物成熟度較低，具有近物源的特征。研究區(qū)東南部阜東11井周圍與東北部阜26、阜27井周圍為兩處低值區(qū)。穩(wěn)定/非穩(wěn)定餅狀圖顯示，穩(wěn)定系數大于1的井集中于研究區(qū)中部，與ZTR指數高值區(qū)相一致，穩(wěn)定系數值較小的井分布于研究區(qū)西部與南部。綜合ZTR指數、穩(wěn)定系數及構造環(huán)境，推斷研究區(qū)物源來自東北的北三臺與克拉美麗山方向。

3.2 沉積微相連井剖面

通過研究區(qū)巖心相、測井相和地震相標識，明確了阜東斜坡區(qū)頭屯河組二段阜32井等28口的沉積微相特征。結合重礦物分布特征選取并描繪了順物源阜004-北003-阜東052-阜東10和切物源阜東022-阜東054-阜東053-北97兩條測線的沉積微相連井剖面圖(圖8)?？梢钥闯鲈陬^二段初期河道遷移頻繁，曲流河道主要流經阜004、阜東10及阜東022井，阜東022井砂體厚度較大，整體上砂體呈條帶狀，連續(xù)性較差，順物源方向連續(xù)性優(yōu)于切物源方向(圖8A-A′、圖8B-B′)。

3.3 沉積微相平面展布

通過鉆井、測井及錄井的標定，按照解釋目標，地震屬性能夠定性-半定量地描述儲層物性、巖性和含油性等特征[26]。地震屬性種類較多，經井震對比后發(fā)現地震均方根振幅(RMS)屬性對研究區(qū)的砂泥巖的識別度較高，通過對研究區(qū)提取RMS屬性圖(圖9(a))可以看出，紅色區(qū)域主要分布在研究區(qū)西部與南部地區(qū)，且大多呈彎曲條帶狀分布，通過井震標定主要反映了河道砂、點壩砂的均方根振幅特征，淺紅區(qū)域主要為廢棄河道和漫溢砂的響應，而藍色、白色區(qū)域為泛濫平原的地震反射特征。

綜合上述研究成果，以研究區(qū)28口單井所劃分的沉積微相作為主要約束條件，結合連井相、地震剖面、物源方向和區(qū)域地質背景及地震屬性，對平面沉積微相展布規(guī)律進行預測，最終恢復了阜東斜坡區(qū)頭二段沉積微相平面展布格局(圖9(b))。

阜東斜坡頭二段時期，沉積水體環(huán)境淺，接受來自東北部物源區(qū)充足的物源輸送，在研究區(qū)廣泛發(fā)育曲流河。研究區(qū)東北部發(fā)育低彎度(彎度<1.5)曲流河，點壩發(fā)育較少，說明水動力條件強，河流能量充足；研究區(qū)西北部發(fā)育連片曲流河砂體；而西南部發(fā)育高彎度(彎度>1.5)曲流河砂體，點壩發(fā)育較多，并有廢棄河道的出現，河流能量減弱，河道遷移頻繁，開始有向網狀河發(fā)展的趨勢。

3.4 微相展布控制因素

地形坡度是影響河流彎曲度的主要因素之一，通過地震剖面(圖5)可以看出研究區(qū)沉積背景為東高西低的單斜構造帶，東部坡度陡、西部變緩，這也解釋了研究區(qū)東北部發(fā)育低彎度曲流河，西南部發(fā)育高彎度曲流河；其次，沉積物的搬運方式也影響著河流的彎曲程度，較高的懸浮/跳躍搬運比會增加河流的彎曲程度；此外，高彎度曲流河砂體的儲層物性明顯優(yōu)于低彎度曲流河，如離物源較遠的位于研究區(qū)南部的阜東5井主要發(fā)育點壩微相，平均孔隙度為17.93%，而離物源較近的位于研究區(qū)北部的阜東7井同樣發(fā)育點壩微相，但平均孔隙度為13.9%，孔隙度一方面受控于與成巖相關的壓實、膠結因素，另一方面受沉積粒度分選性的影響，表明沉積粒度分選性也影響著河流的形態(tài)。研究區(qū)主要發(fā)育曲流河相，曲流河從北東向南西延伸，受地形坡度、物源遠近及粒度分選等因素影響，西北部有連片曲流河砂體；而同時曲流河道彎曲度向西南部有增大趨勢，同時點壩逐漸增加，河道變換頻繁并呈現網狀化的趨勢，導致砂體在西南部更加發(fā)育。因此，在后續(xù)油氣勘探及井位優(yōu)化時應優(yōu)先考慮西南部與西北部中點壩砂體發(fā)育的位置。

4 結 論

(1)通過綜合利用各類資料，明確了研究區(qū)發(fā)育曲流河，并建立了曲流河道、點壩、廢棄河道及泛濫平原4種微相與相標識(巖心相、測井相)的對應關系。

(2)研究區(qū)巖性為泥巖-中砂巖，中等結構成熟度。砂巖成分成熟度低，為長石巖屑砂巖和巖屑砂巖兩類。巖心中沉積構造以塊狀、平行及小型交錯層理為主，可見炭屑與泥質條帶。沉積物搬運方式主要為跳躍懸浮式。自然伽馬曲線主要為齒化箱形、線形和鐘形3種。地震內部反射構造類型主要為充填狀。

(3)通過重礦物分布特征認為研究區(qū)物源來自東北部。曲流河由北東流向西南，在曲流河發(fā)育的過程中，受地形坡度、物源遠近及粒度分選的影響，西北部出現連片曲流河砂體；而河流彎曲度也有向西南部不斷增大的趨勢，由低彎度向高彎度轉變，河道遷移頻繁開始呈現網狀分布的特點，導致點壩砂體更加發(fā)育。研究區(qū)曲流河點壩的發(fā)育程度決定了后續(xù)優(yōu)質儲層的尋找應該更重視西南與西北部地區(qū)。