沉积认识下吐鲁番—哈密盆地吉深1地区中—下侏罗统水西沟群地层对比格架的建立

赵晓东，杨少春，陈宁宁，张喜，陈国宁

1) 中国石油大学(华东)地球科学与技术学院，山东青岛，266580； 2) 中国石化胜利油田地质科学研究院， 山东东营， 257001；3) 中国石油吐哈油田分公司开发部，新疆鄯善，838202

内容提要：根据岩芯观察结果，结合区域地质、钻井及测井资料分析表明吐鲁番—哈密盆地吉深1地区中—下侏罗统水西沟群地层为辫状河三角洲沉积。在沉积认识的基础上，结合多种地层对比方法，对勘探新区进行科学、合理的地层对比。结果表明：水西沟群发育辫状河三角洲沉积的平原和前缘亚相，各亚相体对应于“组”的级别地层单元；厘定三工河组和八道湾组的地层界限为辫状河三角洲平原与辫状河三角洲前缘的相变界面；以上、下两套辫状河三角洲平原河漫沼泽微相稳定的煤层为区域对比标志层，准确控制目的层，并利用沉积旋回和岩性对比，进一步将各亚相体划分出相当于“段”的级别的地层单元。由此建立的沉积认识的地层对比格架，能够客观反映地层沉积的变化，为下一步地质研究打下基础。

正确、合理的地层对比格架建立是油气田勘探开发的基础性工作(严科等，2011；王希文等，2003；王光付等，2000)。吐鲁番—哈密盆地吉深1地区中、下侏罗统水西沟群地层目前处于勘探开发初期，对于研究区的地层划分尚处于探索阶段，仅在相邻地区巴喀气田有着对八道湾组“二段、七小层”的划分(秦长文等，2004；肖传桃等，2006)。吐鲁番—哈密盆地水西沟群西山窑组地层以暗色砂泥岩夹褐、灰白色砂岩、煤层、菱铁矿为特征；三工河组以灰绿色泥岩与灰白色砂岩互层，夹碳质泥岩为主；八道湾组地层以深灰色砂泥岩、页岩及煤层，浅灰色砾岩、砂岩为特点。目前，研究区仅有各组的地层界线划分方案，并没有进一步地层细分的资料，对三工河组与八道湾组的地层界线认识观点不统一，吐哈油田公司勘探开发研究院(2011)认为三工河组与八道湾组的地层界线应该以八道湾组内部煤层顶部为界线❶❷，但研究发现八道湾组内部煤层发育不稳定且地震同相轴不连续，不太可能为大套组的地层界线。

罗东明等(2008)、高永进(2010)研究认为沉积环境的认识可以较好的辅助地层变化规律的认识，但是没有进一步阐明各沉积相、亚相体与地层单元的对应关系以及如何控制地层界限的划分。本文在沉积相认识的背景下，综合利用区域地质、钻井、测井资料，利用沼泽相煤层为对比标志层，对研究区不同沉积体进行组的划分，在不同沉积体内，根据沉积旋回和岩性特点进行段的细分，建立符合沉积学规律的地层对比格架。

图 1 吐鲁番—哈密盆地吉深1地区区域位置及构造图Fig.1 Regional location and tectonic map of the Jishen1 area in the Turpan—Hami Basin

1 地质概况

吉深1地区位于吐鲁番—哈密盆地台北凹陷东部鄯善弧形带，为一大型断鼻隆构造。该带为依附于一组北东—南西走向的断层构造群，呈北东—南西方向展布于鄯善弧形带(图1)。本次研究的主要目的层位为中、下侏罗统水西沟群的中侏罗统西山窑组一段(J2x1)、下侏罗统三工河组(J1s)及八道湾组(J1b)。在研究区上部中侏罗统七克台组、三间房组及西山窑组地层中发现了良好的工业油气流，但对中侏罗统底部及下侏罗统未进行详细的研究。

此前，仅有东深1井和东深2井两口井钻遇到下侏罗统三工河组和八道湾组，目前在吉深1地区上针对下侏罗统部署了4口井：吉深1井、吉1井、吉2井和吉3井，均见到良好油气显示。其中吉深1井采用四级分压合采，日产天然气15000 m3，日产油10.9 t❸；吉3井位于丘东洼陷腹地米登—丘东构造带米登断背斜构造上，构造背景好，和其处于同一构造带上的东深2井水西沟群钻遇良好油气显示，是进一步向北扩大勘探成果的有利目标。据此推测，温吉桑地区水西沟群具有大面积叠合连片含气的可能。

2 沉积认识

对研究区内5口探井的岩芯进行了观察分析，吉深1地区中、下侏罗统发育辫状河三角洲沉积。其中西山 窑组一段和八道湾组主要发育辫状河三角洲平原亚相，三工河组主要发育辫状河三角洲前缘亚相，前三角洲基本不发育，大多数在研究区范围之外。

2.1 沉积相标志

(1)岩石颜色: 水西沟群岩石颜色以灰色、灰绿色、浅褐色为主，煤层发育层段呈灰黑色、黑色，反映了还原环境下的浅水沉积环境。

(2)岩石结构及成分： 岩石粒度变化较大，从泥质粉砂岩、粉砂岩到细砂岩、粗砂岩、含砾砂岩都有发育，总体上粒度较粗，次棱角次圆状，结构成熟度较低；岩性以长石岩屑砂岩为主，还存在少量岩屑砂岩，岩屑的平均含量为51%，石英的平均含量为30%，长石的平均含量为19%，表明研究区目的层砂岩的成分成熟度较低，反映了近物源沉积的特点，同时碳屑的存在可作为潮湿环境的标志。

图 2 吐鲁番—哈密盆地吉深1地区沉积构造特征Fig.2 Sedimentary structure characteristics of the Jishen-1 area in the Turpan—Hami Basin岩芯照片为笔者等所拍。(a)东深1井，4115.8m，平行层理；(b)东深1井，4115.4m，楔状交错层理；(c)东深2井， 4131.3m，楔状交错层理；(d)东深2井，4128.4m，冲刷充填构造(a) Drill Dongshen-1, 4115.8m, parallel bedding; (b) Drill Dongshen-1, 4115.4m, wedge shaped cross bedding; (c) Drill Dongshen-2, 4131.3m, wedge shaped cross bedding; (d) Drill Dongshen-2, 4128.4m, scour filling structure

(3)沉积构造特征：吐鲁番—哈密盆地吉深1地区可识别出的沉积构造主要有块状层理，粒序层理、平行层理、楔状交错层理、冲刷充填构造、裂缝以及波痕等。其中平行层理是在较强的水动力条件下形成的，一般出现在急流及能量高的环境中，代表分流河道(水下分流河道)微相(图2a)；研究区的粒序层理都为正粒序，从层的底部到顶部，粒度由粗逐渐变细，粒序层理的底部经常出现冲刷面，同样是反映了分流河道(水下分流河道)沉积构造(图2b)；而楔状交错层理的层系界面是平面，层系的厚度变化明显呈楔形，反映了强水动力条件(图2c)；冲刷充填构造是研究区最为常见的构造，由于流速的突然增加，流体对下伏沉积物的冲刷、侵蚀在沉积岩层的层面上造成了沟、槽和浅坑等凹凸不平的冲刷痕迹，冲刷面被下伏岩层的砾石所充填，是分流河道(水下分流河道)的典型沉积构造(图2d)。

(4)粒度分析：沉积物粒度分布是物质来源、沉积区水动力环境、输移能力和输移路线的综合反映。由物源区进入沉积区的碎屑物质往往粗细不一，在水动力较强的地方沉积物较粗；反之，在水动力条件较弱的地方沉积物较细。吉深1地区水西沟群砂岩粒度较粗，粗砂、中砂、细砂含量分别为16%、26%、24%，反映出较强的水动力条件。研究区粒度概率曲线以两段式为主，部分样品见三段式，有滚动搬运组分，这是相对粗粒的部分，累计曲线上以跳跃总体和滚动总体为主，属于牵引流沉积。跳跃总体斜率在60°～70°之间，与滚动总体的截点在0.5附近，与悬浮组分的交截点Φ值为1.8～2.5，悬浮组分倾斜度相对较小，斜率一般小于30°，整体上反映出研究区较强的水动力条件。

(5)测井响应特征：对于吉深1地区水西沟群地层，自然伽马曲线的变化特征能够较好的反映目的层段砂泥岩剖面的特点。从自然伽马曲线组合来看，水下分流河道微相自然伽马曲线呈钟形、箱形或复合形，多期水下分流河道叠置则会使曲线呈钟形或箱形的相互叠加，密度为高值，补偿中子和声波时差呈低值，电阻率呈现中高值(图3a)；分流河道微相自然伽马曲线呈中幅箱形或钟形及箱形的复合体，井径曲线有缩径现象，电阻率曲线呈中—高阻特征，补偿密度高值，补偿中子和声波时差低值(图3b)；煤层具有低自然伽马、低密度、高声波时差、高电阻率的特征，自然伽马曲线形态与煤层发育厚度相关，厚煤层的自然伽马呈箱形，薄层则为指形(图3c)。

2.2 沉积相类型及其特征

在区域地质背景以及前人研究成果的基础上(李文厚等，1997；穆鹏飞等，2009)，综合利用各类沉积相标志、测井相分析，认为吉深1地区水西沟群主要发育辫状河三角洲沉积，并且主要是辫状河三角洲平原和前缘沉积(图4)。

2.2.1 辫状河三角洲平原

辫状河三角洲的陆上部分即为辫状河三角洲平原亚相的主体，其典型特征是发育河漫沼泽相煤系地层。辫状河三角洲平原亚相进一步又细分为分流河道、分流间湾和河漫沼泽三种沉积微相。分流河道由灰色砂砾岩、含砾砂岩、中粗砂岩构成的正韵律沉积，河道往复迁移往往导致垂向上分流河道砂体叠置成厚层砂砾岩层，但垂向上砂层数较少；砂质较纯，表现为自然伽马曲线负异常幅度较大。分流间湾主要由灰色、深灰色泥岩夹薄层粉砂质泥岩构成，自然伽马曲线为低幅齿形。河漫沼泽主要是由厚套煤层和黑色、深灰色碳化泥岩构成，分布稳定，主要发育在顶部中侏罗系和底部三叠系地层中。

2.2.2 辫状河三角洲前缘

图 4 东深2井单井相图Fig.4 Single well phase of the Well Dongshen2

3 沉积认识下的地层对比格架

沉积相分析表明，垂向上分别为辫状河三角洲平原—辫状河三角洲前缘—辫状河三角洲平原的沉积组合模式，据此认为下部辫状河三角洲平原亚相体为八道湾组地层沉积，辫状河三角洲前缘亚相体为三工河组地层沉积，上部辫状河三角洲平原亚相体为西山窑组地层沉积。

3.1 地层基本特征

研究的主要层段为下侏罗八道湾组(J1b)、三工河组(J1s)和中侏罗西山窑组一段(J1x1)。八道湾组自下而上可以分为三个岩性段：下段为灰色细砂岩、砂砾岩和深灰色泥岩互层；中段为深灰色泥岩和黑色煤层互层，煤层厚度变化较大；上段为厚层灰色细砂岩、粉砂岩与深灰色泥岩互层。三工河组与下伏八道湾组整合接触，岩性主要为灰色粗砂岩、细砂岩、粉砂岩与泥岩互层，可以划分为三个旋回段，分别是从上到下粒度由细变粗的三个正旋回。西山窑组一段地层比较简单，为一套厚层砂岩、砂砾岩与薄层泥岩沉积，上部为西山窑二段的厚套煤层。

3.2 地层对比方法

在沉积相研究的基础上，综合岩芯、测井、录井等资料，开展了系统的地层划分和对比研究，主要对研究区目的层段分层界限重新落实，并重新对八道湾组和三工河组的地层界线进行了调整，首次对八道湾组和三工河组进行了地层“段”的细分。具体方法为通过前面沉积相的研究，各沉积亚相体相当于“组”的级别的地层单元，结合多种地层对比方法，将各亚相体划分出相当于“段”的级别的地层单元，在对吉深1地区的研究过程中，主要利用了标志层对比法(张世奇等，2005；向奎等，2011)、沉积相相变对比法(Miall A D.，1988、1985；赵翰卿，2005；)、岩性对比法(金振奎等，2010；张景军等，2011)、沉积旋回对比法(刘波等，2001；袁新涛等，2007；)等对各亚相体进行进一步的地层细分。

(1)标志层对比法: 研究区内的5口井均钻遇到西山窑组二段和八道湾组中部的两套辫状河三角洲平原河漫沼泽微相稳定的煤层，依此作为区域对比标志层可以准确控制住目的层。煤层分布面积和厚度发育稳定，其声波时差表现为异常高值；而自然伽马和补偿密度表现为负异常(图5)。

(2)沉积相相变对比法: 利用沉积相的突变面在平面上的连续性和稳定性，电测曲线特征也发生突变，依此为特征进行地层划分与对比。研究区八道湾组与三工河组的地层界线，为辫状河三角洲平原与辫状河三角洲前缘的相变界面。研究区辫状河三角洲平原与辫状河三角洲前缘区别除了沉积物粒度大小差异之外，主要在于单层辫状河三角洲河道砂体沉积的厚度和层数有变化，一般辫状河三角洲前缘水下分流河道砂体单层砂体厚，砂层数少；而辫状河三角洲平原分流河道的砂体单层砂体厚，砂层多。

(3)岩性对比法: 岩性对比法主要用于八道湾组辫状河三角洲平原亚相体“段”的对比。八道湾组辫状河三角洲平原亚相体地层根据其岩性自身“三段”特点，以中间煤层段为界限，结合测井曲线将同一岩性地层划分为一段，将八道湾组辫状河三角洲平原亚相体划分为三段(图6)。

(4)沉积旋回对比法: 三工河组辫状河三角洲前缘亚相体主要采用沉积旋回对比法进行地层“段”的细分，三工河组前缘亚相体的三段地层均以正旋回为主，且均表现为三个较大的旋回，利用旋回地层对比将其划分出来(图7)。

3.3 地层对比格架的建立

通过沉积认识及多种地层对比方法，对各单井进行单井沉积相和地层对比的划分，根据单井认识建立了吉深1地区中—下侏罗统水西沟群沉积认识下的地层对比格架(图8)。

图 5 上、下两套辫状河三角洲平原河漫沼泽微相稳定煤层对比标志层Fig.5 Two stable coal beds in braided river delta plain swamp microfacies as the regional correlation mark layer

图 6 岩性对比法Fig.6 Lithology correlation method

图 7 沉积旋回对比法Fig.7 Sedimentary cycle correlation method

对比剖面图上可以看出，西山窑组一段地层厚度变化不大，仅东深2井附近地层厚度由于分流河道砂体叠置而变厚，其它地区地层厚度在40～50m之间，测井曲线上表现为一个完成的正旋回。三工河组整体为一个岩性段，地层由西至东、由南至北逐渐变厚，但厚度增幅不大，整段厚度介于200～240m之间。根据沉积旋回将三工河组分为3个段，各段均为一个完整的正旋回。三工河组三段地层厚度变化不大，三工河组二段地层从东到西有逐渐减薄的特点，三工河组一段地层厚度变化与三工河组二段相反，地层有反转趋势。八道湾组地层厚度变化较大，一般在280m左右，但在研究区东部吉1井地层厚度只有180m，地层厚度变化的主要原因是河漫沼泽沉积作用不均一。八道湾组根据岩性差异共分为3个段，各段的厚度与组的厚度变化趋势相近，八道湾组二段地层由于是煤层沉积厚度差异最大。总体来看，研究区目的层各组段的地层厚度变化不大，但各段之间存在一些差异，表现为“西山窑组一段和三工河组三段地层变化平缓；三工河组二段东厚西薄、北厚南薄；三工河组一段东薄西厚；八道湾组三个段地层东薄西厚”的特点。地层厚度变化的原因主要是沉积作用不均一导致的。

4 结论

(1)吐鲁番—哈密盆地吉深1地区中—下侏罗统水西沟群主要发育辫状河三角洲相。辫状河三角洲在区内主要发育平原和前缘亚相，包括分流河道、水下分流河道、分流间湾、水下分流间湾和湖漫沼泽5种微相。

(2)针对研究区砂泥岩地层、煤层发育及正旋回沉积的特点，主要采用了辫状河三角洲平原河漫沼泽微相煤层标志层控制目的层，沉积相相变对比法划分“组”，岩性对比法和沉积旋回对比法划分“段”的方法对研究区沉积相体进行了地层划分和对比，并首次进行了亚相体地层的细分。厘定了八道湾组与三工河组的地层界线，为辫状河三角洲平原与辫状河三角洲前缘的相变界面。

(3)所建立的沉积背景下地层对比格架各层段地层厚度整体变化不大。西山窑组一段地层仅在东深2井附近有所增厚，其原因是分流河道砂体叠置作用；三工河组地层由西至东、由南至北逐渐变厚，但厚度增幅很小，其中三工河组三段地层变化不大，但三工河组二段和三工河组一段地层有反转趋势，具体表现为三工河组二段东厚西薄，三工河组一段东薄西厚；八道湾组地层有所变化的原因是八道湾组二段河漫沼泽沉积作用不均一。

注释/Notes

❶ 吐哈油田分公司.2011.丘东洼陷吉1井钻探动态与水平井论证(内部资料).新疆鄯善:中国石油吐哈油田分公司.

❷ 吐哈油田分公司.2011.吉深1区块下侏罗统气藏开发前期评价(内部资料).新疆鄯善:中国石油吐哈油田分公司.

❸ 吐哈油田分公司.2011.吐哈盆地致密砂岩气成藏条件与大气田勘探方向研究(中石油集团公司专项和国家重大专项研究项目子课题)(内部资料).新疆鄯善:中国石油吐哈油田分公司.