准噶尔盆地阜东斜坡带头屯河组基准面旋回和砂体分布规律

祁利祺, 钱玉祥, 王 亮, 李丛林, 文华国, 于景维

(1.新疆油田公司 实验检测研究院,新疆 克拉玛依 834000; 2.新疆油田分公司开发公司，新疆 克拉玛依 834000；3.玉门油田分公司 勘探开发研究院,甘肃 酒泉 735019; 4.成都理工大学 沉积地质研究院,成都 610059)

准噶尔盆地为中国西部的重要陆相含油气盆地,侏罗系是该盆地主力含油气层系之一[1]。阜康凹陷属于准噶尔盆地东部的次级构造单元。研究区位于该凹陷东部斜坡带(图1)，简称阜东斜坡带，面积约800 km2，整体为一个简单的低缓隆起的鼻状构造。中侏罗统头屯河组为该斜坡带最重要的勘探层系[2]。近期的勘探和研究成果表明，头屯河组属于辫状河三角洲沉积体系[3]，在研究区内以发育辫状河三角洲前缘亚相沉积为主，油藏类型主要为受水下分流河道砂体控制的地层-岩性复合油藏，埋藏较浅,为2.1～3.0 km(图1)。由于头屯河组三角洲前缘水下分流河道砂体侧向迁移频繁，由多期河道叠置而成，具有横向展布相变快和厚度变化大的特点，急需开展小层砂体对比和平面展布规律的精细地质研究。高分辨率层序分析为这一研究目标的实施提供了有效的技术方法和工作平台[4]。

1 高分辨率层序地层学特征

阜东斜坡带地质条件复杂，头屯河组砂体具有多期次叠加和多物源供给的特点，以600 km2三维地震资料、30口井的测井资料和15口井200余米长的岩心描述资料为综合研究基础，进行高分辨率层序分析。按基准面旋回级次的划分原则[5]，从头屯河组中识别出2个级别的层序界面，以此作为划分基准面旋回层序的依据，可将头屯河组划分为1个长期、3个中期和10个短期旋回层序(表1)。

1.1 中期基准面旋回发育特征

中期基准面旋回是最具有等时对比意义的层序[5]，具有较完整的水进—水退旋回性，垂向上由一系列短期旋回按一定的结构样式叠加组合而成[6]，其界面可依据岩心资料中的较大规模底冲刷面，测井资料解释的进积与退积组合之间的转换面和沉积相演化序列加以识别，并可在地震剖面中通过井-震对比加以标定和追踪对比(图2)。因此，在油田的勘探和早期开发阶段，以中期旋回层序为地层等时对比单元建立的地层格架,在编制较高时间精度分辨率的中—大比例尺等时沉积相图和进行储层预测评价的研究中有广泛的应用意义。按照基准面升、降过程中的沉积演化序列和地层旋回性，可确定研究区头屯河组仅发育向上变深复变浅的对称型中期旋回层序；按上升和下降半旋回相域厚度差异，又可细分为结构类型有所差异的、发育特征各不相同的3种亚类型(图3)。

图1 研究区位置和阜东构造示意图Fig.1 The location of the study area and the tectonic schematic diagram of the Fudong area

表1 阜东斜坡带头屯河组层序界面成因特征、类型和识别标志Table 1 The sequence boundary identification marks, types and genetic characteristics of the Middle Jurassic Toutunhe Formation in the Fudong slope area

1.1.1 以上升半旋回为主的不完全对称型

该类型中期旋回层序总体显示为向上变深的退积序列，发育于头屯河组沉积早期(图3)，位于三角洲前缘偏向上游的部位。受中期基准面(或湖平面)上升期沉积物供给量大于可容空间增量的影响，补偿性沉积持续发生并将新增可容空间填满[6]。当基准面进入下降期，早时由于物源继续供给，有限的可容空间仍保持加积→进积状态；而中、晚时可容空间大幅度减小，下降的基准面很快与沉积界面重合且穿越沉积界面，致使沉积物发生暴露并经受冲刷改造作用。因此，这类旋回于基准面上升期形成的水下分流河道和河口坝微相砂体较厚，含泥量较低，分选较好，粒度较粗，主要为含砾中-细粒砂岩，垂向连通性好，可形成优质储层。而下降期沉积的砂体很难得到保存，储层不发育。如阜东081井，于中期基准面上升期发育的中厚层状水下分流河道砂体小层厚度>20 m,平均孔隙度为18.85%，渗透率为23.64×10-3μm2，于下降期形成和被冲刷改造后局部保存的水下分流河道和水下天然堤小层砂体厚度<10 m，粒度细，以含泥较高和夹含泥纹层状粉-细粒砂岩为主，层内分隔增强，纵向和垂向连通性都较差，仅形成中等或差储层，频繁夹有局部发育的泥质薄隔层。

1.1.2 近完全对称型

该类型中期旋回层序总体反映为退积→加积序列，主要发育于头屯河组沉积中期(图3)，位于三角洲前缘偏向下游的近河口处和河口外侧部位。物源供给量仅在基准面上升早时和下降晚时略大于可容空间增量，因此，仅在中期基准面上升早时及下降晚时发育有弱进积的水下分流河道砂体，具有厚度薄、泥质含量中等、粒度偏细、分选中等的特点，所发育的储层储集性能一般，以中等和差储层为主；但在物源供给充分的主河道部位，待基准面与沉积界面重合时可出现沉积物过路不留的冲刷改造状态，被改造的水下分流河道和河口坝砂体有利于好储层发育。以阜东5井为例，中期基准面下降晚时局部发育的中层状水下分流河道砂体厚8～10 m，平均孔隙度为18.7%，渗透率平均为36.2×10-3μm2，储集物性很好。但在基准面上升中、晚时和下降早时，由于沉积物供给量与可容空间增量大致持平或小于可容空间增量，仅局部于基准面下降初期发育的薄层水下天然堤和远砂坝砂体具有一定的储集性，但大多数为分隔性很强和储集性能很差的独立储层。主体以沉积分隔性很强的分流间湾和前三角洲泥岩为主，因此，此类型旋回总体上对储层发育不是很有利。

1.1.3 以下降半旋回为主的不完全对称型

该类型中期旋回层序总体上反映向上变浅的进积序列，发育于头屯河组沉积晚期(图3)，分布范围较宽，可从三角洲前缘上游向下游延伸到河口至河口的外侧部位。旋回早时受基准面小幅度上升影响，持续供给的沉积物不能完全充填有限的可容空间增量，一般仍以加积—弱进积作用为主，不太有利于储层发育。待到基准面进入幅度逐渐加大的下降状态，沉积物供给量由大于至远大于可容空间增量方向递增，近物源的三角洲前缘沉积区能量和沉积速率同步加大，伴随可容空间逐渐缩小，局部进入底冲刷和侵蚀状态。因此，强迫进积作用强烈，可形成连续叠置的水下分流河道砂体，粒度中等，分选较好，泥质含量较低，利于好储层发育。而远离物源的河口及其外侧的沉积区，在基准面下降幅度逐渐加大的过程中虽然沉积速率迅速增高，也以进积→强烈进积作用为主，但因沉积环境能量低，对沉积物改造较弱，保存下来的远砂坝、河口坝及决口扇砂体粒度细、分选差、泥质含量较高，因而不太有利于好储层发育。

图2 层序的划分与地层对应关系Fig.2 The sequence stratigraphy and division of Toutunhe Formation in the study area

图3 阜东5井头屯河组沉积层序与储层综合柱状图Fig.3 Depositional sequence and reservoir synthetic column of Toutunhe Formation in Well FD5

1.2 长期基准面旋回

研究区头屯河组长期旋回的底界面(SB1)和顶界面(SB2)分别为燕山第一幕和第二幕构造运动形成的不整合面(图3)，其垂向序列由前述3种结构类型的中期旋回叠加而成，最大湖泛面(MFS)位于层序中部，与MSC2层序的湖泛面重合。以最大湖泛面为转换面，可确定头屯河组长期旋回层序具有上升和下降半旋回厚度近于相等的近完全对称型结构(图3)，反映其形成于稳定构造沉降过程中。

2 等时地层格架和小层砂体对比

2.1 等时地层格架

依据沉积相和高分辨率层序地层分析结果，以长期旋回层序的底界面、顶界面和最大湖泛面为等时对比标志，在确定了不同级别旋回层序叠加样式的基础上，选择中期和短期旋回层序为等时地层单元进行相当时间-地层反演的等时地层对比[7]，建立头屯河组高分辨率等时地层格架(图4)，地层格架中的长期、中期旋回分别与岩石地层单元划分方案中的组、段和地震层序具有良好的对应关系。

2.2 小层砂体精细对比

在以短期和中期旋回层序为等时地层对比单元的地层格架中(图4)，可明显看出小层砂体的展布规律，与上述中期旋回地层过程和结构样式对砂体的控制是基本一致的。此特征为地层格架中的小层砂体劈分和等时追踪对比提供了依据[7]，可精细地描述地层格架中的砂体分布规律，特点为：①以MSC1层序中的小层砂体最发育，纵向延伸较稳定，但砂体的侧向相变快、厚度变化大、连续性差、非均质性强。②MSC2层序中的小层砂体纵向和侧向延伸都较稳定，厚度变化小，连续性最好，非均质性中等。③MSC3层序中，发育于层序底部的小层砂体厚度较稳定，纵向、侧向连续性较好，非均质性较弱；而位于中、上部的砂体不仅侧向厚度变化大，连续性差，非均质性也很强。以顺物源的北43-阜东6-北27-阜东052井头屯河组等时地层格架为例，北43井与阜东6井由于后期构造活动影响，缺失MSC3 砂层；北27井与阜东052井3个段的砂层总体比较完整(图4)。此连井剖面为顺物源方向，整体上各小砂层在短期旋回上升期连续性较好，下降期多为孤立砂体。MSC2上升旋回整体上小层砂体横向上在阜东6井-北27井-阜东052井连续性比较好，砂体较厚，可推测在此段时期三角洲扩张范围较大，有利于储层发育。

3 砂体分布规律

3.1 砂体属性分析与地震沉积学特征

根据15口井的钻井岩心和30口井的测井资料进行的单井沉积相分析，结合区域地质背景和地震资料，建立了头屯河组过井剖面沉积相和层序划分与地震相之间的关系(图2)，在井-震层序对比和解释基础上，利用多个地震属性砂体预测技术[8]对阜东斜坡带头屯河组3个中期旋回层序进行属性优选与地震微相分析(图5)，较好地解决了地震地质复合相划分和地震相转换为沉积相的关系。

具体方法和过程为:①沿3个中期旋回层序底界设置不同时窗提取常规的均方根振幅、弧长、平均能量、平均反射能量、瞬时频率及瞬时平均振幅等多种地震属性进行对比试验。②经过优选确定向上20 ms时窗长度进行属性分析和划分地震相是最合理和最有效的。③采用均方根振幅属性和平均瞬时频率属性分析结果划分地震相(图5),可将研究区划分为2种地震相区，分别对应于湖泊和辫状河三角洲沉积体系。④在3个层序的均方根振幅图上(图5-A、B、C),可看出厚层砂体主要分布在研究区的中西部和东南部的2个三角洲沉积区域；在平均瞬时频率图上(图5-D、E、F),由其颜色的变化大体可判断三角洲沉积区域内的河道延伸方向及砂体厚度，其中频率高的，即图中颜色越亮的部位所分辨出的砂体厚度较小。⑤以地震相向沉积相转换的地震沉积学特征描述为依据[9]，通过上述2种地震属性分析技术方法，确定集中分布在中西部三角洲前缘亚相带的水下分流河道延伸方向主要为北东—南西向和近东西向，而集中分布在东南部三角洲前缘亚相带的水下分流河道延伸方向主要为近南北向，次为南东向，推测它们都为研究区中部输送河道砂体物质来源的主要通道。

3.2 层序-岩相古地理特征和砂体分布规律

选择中期旋回层序为等时地层编图单元，综合钻井沉积相分析和均方根振幅属性与瞬时相位属性分析成果编制层序-岩相古地理图，较好地展示了3个中期旋回层序的沉积相平面分布特征和砂体分布规律(图6)。

a.各中期旋回层序都主要发育湖泊和三角洲沉积，以北东侧和南侧两古陆为物源区(已另撰文讨论)，可划分出中西部和东南部2个辫状河三角洲沉积体系(图6-B)。此2个三角洲沉积体系都以前缘亚相带的分布范围为最大，都为有利储层发育相带。

b.在3个中期旋回层序的地层形成过程中，岩相古地理面貌具有继承性发展演化的特点，但各时期水下分流河道与河口坝砂体的发育规模和时空展布具有较大差异性，特点为：MSC1层序发育期，由于盆地处于基准面小幅度加速上升阶段，受不平整的沉积古地形(特别是下切河谷地带)和沉积速率大于可容纳空间的影响，砂体主要沿低洼地带集中分布(图6-A)，以形成连续叠置进积的砂体为主，多个小层砂体的累计厚度为50～100 m，最大可达150 m，纵向延伸稳定且物性好，但砂体的侧向厚度变化大且连续性差；MSC2层序发育期，受基准面上升幅度加大和连续上升的影响，进入湖盆扩张范围和三角洲前缘分布面积最大的湖泛时期(图6-B)，此时砂体分布范围很大且纵向与侧向延伸都较稳定，多个小层砂体的累计厚度一般为50～80 m，最大可达120 m，物性较好；MSC3层序发育期，受基准面继早期低幅上升后加速下降的影响，在继承MSC2层序-岩相古地理格局的基础上，砂体分布范围进一步向前三角洲方向推进(图6-C)，但由于受后期剥蚀作用的影响，使得该层序砂体的有效厚度减小，但储层物性变好。

图5 阜东斜坡带头屯河组多属性图Fig.5 Multi-attributes of the Jurassic Toutunhe Formation in the Fudong slope area(A)、(B)、(C)为MSC1-MSC3层序均方根振幅属性; (D)、(E)、(F)为MSC1-MSC3平均瞬时频率属性

图6 阜东斜坡带头屯河组沉积相平面图Fig.6 Sedimentary facies distribution of Toutunhe Formation in the Fudong slope area(A)头屯河组第一段; (B)头屯河组第二段; (C)头屯河组第三段

图7 阜东斜坡带头屯河组沉积微相与孔渗相关性Fig.7 Correlation diagram between porosity-permeability and sedimentary microfacies of Toutunhe Formation in the Fudong slope area(A)头屯河组第一段; (B)头屯河组第二段; (C)头屯河组第三段

c.综合各层序发育期水下分流河道砂体的时空展布规律，储集砂体的分布明显受古地貌因素控制，规模较大的砂体主要集中于研究区中西部和东南部的2个辫状河三角洲沉积体系的前缘亚相带，储集物性普遍较好，可为油气储集提供足够的空间，是最有利的勘探目标。

从阜东斜坡带头屯河组勘探结果来看，具有一定储量规模的头屯河组油气藏，均与3个中期旋回层序中发育规模较大的水下分流河道微相有关(图7)，进一步证明了水下分流河道砂体为最有利的勘探和开发目标。

4 结 论

a.阜东斜坡带侏罗系头屯河组可划分为1个长期、3个中期和10个短期旋回层序。

b.在各级次基准面旋回层序中，以具有向上变深复变浅的对称型中期旋回层序对小层砂体的控制最为明显且重要，对称型结构有所差异的3个亚类型层序中的小层砂体有不同的分布规律。

c.在以长期旋回层序底界面、顶界面和最大湖泛面为等时对比标志，中期和短期旋回层序为等时地层对比单元的地层格架中，可对小层砂体进行劈分和等时追踪对比，不仅明显地提高了储层预测和评价精度，同时也为精细描述砂体平面分布规律、非均质性特征及有利区奠定了基础。

d.以沉积相和高分辨率层序分析为基础，结合多属性地震相分析成果编制的层序-岩相古地理图，表明阜东斜坡带头屯河组砂体集中分布在中西部和东南部2个辫状河三角洲沉积体系的前缘亚相带，各中期旋回层序中厚度大，纵向、侧向延伸稳定的水下分流河道砂体均可锁定为有利勘探目标。

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