沉积相分析模式——以新疆陆东地区为例∗

肖 斌，朱爱国，范玉华，李 俊，吕文丽

(1.昆明理工大学 国土资源工程学院，云南 昆明 650092；2.新疆石油学院，新疆 乌鲁木齐 830000；3.云南省地质调查院，云南 昆明 650216)

0 引言

测井技术方法成为沉积相分析的重要手段：常规组合测井、地层倾角测井及成像测井资料的测井相序列特征以及利用神经网络岩相处理结果的综合应用，使得沉积相类型确定及古水流方向分析更准确更科学.王贵文等（2009）、郭曦榕及黄地龙（2010）、安志渊（2011）及胡俊（2012）等利用测井技术手段分别对不同类型沉积相进行分析，取得较好的研究效果.详细的沉积相分析与连井剖面进行对比印证，在钻井较多情况下建立沉积微相模型，使得沉积相的分析更直观、更准确且更科学，进而预测有利储层乃至地层岩性油气的形成分布具有重要作用.近年来，地层（特别是储层）沉积相模拟取得长足进展.本文以准噶尔盆地陆东地区沉积相研究为例，工作流程如下（图1）.陆东地区位于准噶尔盆地陆梁隆起东部，准噶尔盆地的东道海子凹陷以北、滴北凸起以南、莫北凸起以东、克拉美丽山以西的地区，工区地质构造主要包括陆梁隆起上的滴水泉凹陷和滴南凸起[1].

图1 准噶尔盆地陆东地区白垩系底砾岩沉积相研究流程图

1 研究方法

（1）白垩系底砾岩段地层对比研究：收集及整理了80余口井的各类录井、测井资料，对其中50口井进行了白垩系底砾岩段地层对比与划分.

（2）白垩系底砾岩段沉积相研究：观察描述取芯井4口，对50余口井的测井相进行了分析，对4口井进行了单井沉积相的分析，对4口井的物性进行分析对比.

（3）对50口井的分层数据进行整理，对地层厚度平面图、砂体厚度平面图、砂地比平面图、砾砂比平面图进行分析.

2 分层对比

准噶尔盆地陆东地区白垩系底砾岩段地层的划分以前尚未系统研究过.其野外露头出露不完整，主要采取以测井曲线、录井资料相结合的方法对陆东地区白垩系底砾岩段地层进行划分对比.由于测井信息比地质信息有更高的垂向分辨能力[2]，各种地层界面类型及规模或多或少都可以在测井响应中表现出来，同时也是覆盖区开展高分辨率层序地层学研究和精细层位划分必不可少的手段.在实际研究过程中，主要依据测井曲线的形态、垂向叠置样式的转变等界面特征进行层位识别.研究区主要对工区内50口井的白垩系底砾岩段地层进行了划分对比.建立了横跨全区的五条连井对比剖面，其中东西向三条，南北向两条，这五条连井剖面覆盖全区，包括了研究区82%的井.

通过对研究区白垩系测井曲线综合分析，认为自然伽玛、自然电位、声波、电阻率这几条曲线相对完整，也较好对比.各界面电性特征大体有以下规律.

2.1 白垩系底砾岩段底界

白垩系底砾岩段的底界，即清水河组的底界，是白垩系与侏罗系的接触界面，为一个区域不整合面，界面之下曲线变化较大齿状化明显.

在底砾岩段的下部岩性较粗，为砂砾岩、粗砂岩、中砂岩等沉积，在对工区内的50口井单井柱子进行连井剖面对比过程中，发现在底砾岩段下部岩性较粗的层段，自然电位曲线呈现出低值，自然伽马曲线呈现出高值，会表现为箱形或钟形曲线特征[3].

2.2 白垩系底砾岩段的顶界

白垩系底砾岩段的上部发育了一大套较细的岩层，一般为细砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、泥岩.通过连井剖面对比发现在底砾岩段的顶界有一个区域上的标志层[4]，在测井曲线中表现出自然伽马值突然增加，电阻率曲线表现出突然减小的特征.

2.3 白垩系底砾岩段内部分层界面

白垩系底砾岩段的底部为一套粒度较粗的岩层，一般为砂砾岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩等，其上下岩层的岩性一般为粉砂岩、粉细砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、泥岩等，上下岩层的岩性与底砾岩段底部岩层岩性表现出明显的差异.此外，这套岩层的自然伽马曲线值较高，自然伽马曲线与自然电位曲线呈现出箱形特征，这就可以很自然的在岩性自下而上方向，将粗粒岩层段与其上的细粒岩层段划分出来.也可以依据自然伽马曲线与自然电位曲线构成的箱形顶面深度，将底砾岩段的下段与上段划分出来（如图2）.

3 沉积相类型特征

不同类型的沉积相，它的岩性、电性、沉积构造及古生物等方面的特征有明显的不同，利用这些不同的特征能较为可靠地确定出沉积相的类型及其形成机制[5].研究区由于古生物资料较少，因此，沉积相的研究主要是利用岩性、电性及沉积构造等方面的特征.

图2 滴西12井与滴西1井连井对比剖面

3.1 岩性特征

通过对研究区底砾岩段取芯井段岩芯的仔细观察及薄片的镜下分析，研究区岩性主要为砂砾岩、细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩和粉砂质泥岩及泥岩.砂砾岩主要分布在底部清一段.上部清二段岩性一般为细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩及泥岩互层.且以泥质粉砂岩和粉砂质泥岩及泥岩为主.从岩性类型说明研究区清水河组底砾岩段底部沉积环境与清水河组底砾岩段顶部沉积环境有差异，前者沉积能量较强，后者沉积能量相对较弱.

3.1.1 岩石组分

沉积岩的岩石组分包括陆源碎屑颗粒和填隙物.陆源碎屑颗粒包括岩石碎屑(即岩屑)和矿物碎屑(主要包括石英、长石、重矿物等).研究区内东道4井取芯资料分析白垩系底砾岩段清一段砂粒成分以石英为主，长石、岩屑次之；东道3井取芯资料分析清一段砂粒成分以岩屑为主，石英、长石次之；滴西2井取芯资料分析清二段砂粒成分以石英为主，岩屑次之，长石少量；滴西7井取芯资料分析清二段砂粒成分主要是长石及石英，岩屑次之；由此可以看出，研究区内清二段成分成熟度相对于清一段成分成熟度较高.

填隙物主要包括胶结物和杂基.经镜下分析填隙物主要有以下几种：钙质、泥质、钙泥质等钙质含量相对较高.胶结类型一般为孔隙式胶结，在清一段一般胶结中等，在清二段一般胶结较致密，这就反映了清二段成岩环境较清一段具有比较稳定的水流沉积作用和波浪淘洗作用.

3.1.2 岩石结构

碎屑颗粒的结构指岩石的粒度、球度、形状、圆度、分选等方面的特征[6].经岩芯观察及镜下分析，研究区岩石结构可分为两大类：一类是白垩系底砾岩段清一段的砂砾岩层，结构成熟度差，颗粒多呈半圆状，粒度概率图呈两段式(如图3)，分选中等，反映水动力较强的河道沉积特征[7].

图3 东道3井清一段粒度概率图

另一类是白垩系底砾岩段清二段的岩石，其结构成熟度中等偏好，颗粒多呈次棱角状-次圆状.分选中等偏好，粒度概率图以两段式为主(如图4)，反映水动力能量相对较弱的水下牵引流特征[7].

图4 滴西2井清二段粒度概率图

3.2 沉积构造特征

沉积构造是指沉积物在沉积时或固结前物理、化学、生物作用在沉积物内部或表面上形成的[8].沉积构造的研究有助于分析沉积物搬运与沉积的方式、沉积介质的性质及流体的动力状态，恢复沉积环境，以及估计沉积后的物理与化学变化.通过对取芯井的观察描述，主要发现有如下几种沉积构造类型[9](见表1).

表1 陆东地区白垩系底砾岩段沉积构造类型及分布特征

3.2.1 层理构造

（1）水平层理主要出现在灰绿色、棕褐色泥岩、粉砂质泥岩及泥质粉砂岩中，它形成在相对低能环境中，主要分布在滨浅湖相对静水环境中.

（2）平行层理、斜层理研究区取芯井段该类层理十分发育，一般出现在中砂岩中，形成于较强的水动力条件下.三角洲水下分支河道、河口砂坝及滨浅湖中的滩坝、滩砂等微相中常出现这种层理.

（3）交错层理研究区研究层段交错层理较发育，一般出现在底砾岩及细砂岩中，形成于能量强的水动力条件，河道、三角洲水下分支河道、河口坝及滨浅湖中的滩坝等微相中常有该种层理发育.

（4）透镜状层理出现在粉砂岩、泥质粉砂岩中.形成于水动力条件较弱条件下，泥的供给、沉积和保存均比砂有利.研究区内各段的三角洲前缘亚相中的道间、侧缘微相及滨浅湖的滩砂中常出现.

3.2.2 层面构造

岩层表面表现出的各种不平坦的沉积构造痕迹统称为层面构造.研究区白垩系底砾岩段常见的层面构造主要是冲刷构造，这种构造主要发育在三角洲水下分支河道沉积中.冲刷面起伏程度不一，一般为几厘米，冲刷面之上被砂岩所充填，被冲刷的岩层大部分是泥岩，冲刷面之上有时可见泥砾.

3.3 测井相特征

由于取芯费用很高等一些条件的限制，取芯井往往很少.测井信息的运用也就随着人们认识的加深日益广泛，并逐渐形成了一套用各种测井方法进行地层评价和沉积相研究的方法，即测井相分析.由于测井曲线可以提供一口井所钻穿地层的连续纪录，且具较高的垂向分辨率.测井响应中包含着大量有关岩性、孔隙度、流体成分及垂向层序的信息.因此，测井信息分析是进行相分析的有利工具.测井相分析方法有很多，包括曲线形态分析法、梯形图或星形图分析法以及地层倾角测井法，本文主要是利用测井曲线形态分析法对陆东地区白垩系底砾岩进行沉积相分析，其它方法不加论述[10,11].

测井曲线信息是地层垂向层序等的响应，测井曲线形态的不同，反映的沉积信息不同，通过建立形态模式可用来对比划分沉积相.因此，测井相分析首先要分析测井曲线形态.测井曲线的形态要素包括有幅度、形态、接触关系、曲线光滑程度及齿中线等[12].

3.3.1 齿化箱形

曲线呈箱形，顶底突变，其包络线呈加积式.该类曲线说明物源供应相对充足，曲线齿化代表水流能量略有变化，沉积物中含有部分泥质.该类曲线常代表河道沉积，如滴西26井清水河组底砾岩段的清一段（如图5）.

3.3.2 齿化漏斗形

曲线上部突变，中-高幅，下部渐变，包络线为减速水退式.该类曲线反映砂体向上部建造时水流能量加强，颗粒变粗，分选性变好.研究区主要代表三角洲前缘河口砂坝沉积和滨浅湖的滩坝沉积[13]（如图6）.

图5 滴西26井测井相分析

图6 滴西7井测井相分析

3.3.3 齿化钟形

曲线呈钟形，曲线底部突变，上部曲线幅度逐渐变细小.该类曲线反映水流向上逐渐减少或沉积物供应量降低.底部粒度粗，上部细.常代表河道或三角洲水下分支河道[14]，如滴南7井（如图7）.

图7 滴南7井测井相分析

3.3.4 齿形曲线

曲线为中低幅，包络线可为水进、水退、加积式.该类曲线反映水流能量较弱且时常变化，主要对应三角洲前缘席状砂、道间及滨浅湖中的滩砂泥坪沉积[15]，岩性上呈砂泥互层（如图8）.

图8 东道3井测井相分析

上述四种曲线类型为最基本的也是最典型的相标志.但在通常情况下由于沉积环境及水动力条件的差异以及时空演变的不同，这四种曲线的不同组合也可反映不同的沉积环境.

3.4 沉积相类型

通过上述岩性、构造、电性等相特征分析，认为研究区主要发育了以下三种沉积相类型(如表2)：三角洲相、滨浅湖相和河流相.

表2 研究区沉积相类型及分布

在研究区内的底砾岩层段主要发育辫状河三角洲相；三角洲相在底砾岩层段主要发育三角洲平原亚相、三角洲前缘亚相；前三角洲亚相在底砾岩层段没有具体的井控制，但根据其他临井研究可以推测在该区小范围内发育.湖泊相在底砾岩层段发育范围不大，主要发育滨浅湖亚相.河流相在底砾岩层段较发育，在清一段主要发育辫状河，曲流河主要发育在清二段.

4 平面沉积相特征

在上述沉积相类型研究的基础上，通过对地层厚度、砂体厚度、砂地比、砾砂比等方面的研究，对研究区研究层段的沉积相的时空展布规律进行分析，具体如下.

清水河组底砾岩段清一段：地层厚度东薄西厚(图9)，大体分布在10-40 m之间.陆南2井、陆南4井、东道4井、东道3井等井所圈定的范围地层较厚，可达34 m左右.其砂体在该组内分两块展布，一块主要是来自西部或西北部的哈拉阿拉特山、德伦山的物源沉积.砂体最大厚度在陆南2井周围和滴西东道3、东道4井周围（图10），均超过30 m，其砂地比也均达到90%以上(图11).砾岩主要分布在北部和中部，砾砂比可以达到0.65（如图12）.另一块是来自东部的克拉美丽山的物源沉积，规模较小，只延伸到滴南5井、滴西23井周围，砂体最大厚度集中在滴南5井周围，可达10-20 m，砂地比达到70%以上.

图9 清一段地层厚度等值线图

图10 清一段砂层厚度等值线图

图11 清一段砂地比等值线图

图12 清一段砾砂比等值线图

综合分析认为，清水河组底砾岩段清一段沉积时期，发育辫状河、三角洲、滨浅湖沉积体系.物源来自两个方向，即西部或西北部的哈拉阿拉特山、德仑山的物源和东部的克拉美丽山的物源，且以前者物源为主.沉积相平面展布主要为辫状河相、三角洲相和滨浅湖相，如（图13）.

图13 陆东地区白垩系清水河组底砾岩段清一段沉积相平面图

受燕山运动的影响，研究区在侏罗系沉寂之后发生抬升隆起，侏罗系地层遭受剥蚀[16].到清水河组沉积初期，研究区东部靠近克拉美丽山前地区仍为剥蚀区.自山前向西，形成一层岩性较粗、厚度大小不一的底砾岩，靠近克拉美丽山前为砂砾岩，向盆地内逐渐变为含砾砂岩、细砂岩、粉砂岩，平面上形成辫状河-辫状河三角洲沉积体系，在研究区的西部以及东部均发育三角洲沉积体系.

5 主要认识

根据上述研究内容和技术思路，通过地质、测井、地震和大量分析化验资料的综合研究，取得了以下主要认识：

（1）陆东地区白垩系顶、底界面为区域不整合面，上、下白垩统界面为局部不整合面；

（2）陆东地区白垩系底砾岩段地层西厚东薄、南厚北薄.底砾岩段下部以砂砾岩、粗砂岩、中砂岩为主，底砾岩段上部以较细的细砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、泥岩为主；

（3）白垩系底砾岩段主要发育了三角洲相、滨浅湖相和河流相三种沉积相类型，其中河流相分布在部分区域内清水河组底砾岩层段，发育河道与河漫滩微相，呈二元结构；

（4）白垩系砂岩储层物性较好，受沉积微相的控制比较明显，三角洲前缘河口砂坝和水下分支河道是最好的油气储层.

6 结论

根据对研究区内50口井的录井、测井以及其它地质资料的研究分析得出以下结论：

（1）白垩系清水河组底砾岩段确实存在，并且整个陆梁隆起的东部该岩性段较为发育；

（2）通过对地质、测井资料分析，对清水河组底砾岩段划分沉积相.在研究区中西部主要发育三角洲相，中部和西部分别由两套较大的三角洲平原、三角洲前缘、前三角洲亚相存在；研究区东部主要发育辫状河河流相；滨浅湖相在研究区内零星分布；

（3）对三角洲相和辫状河河道沉积相岩心进行物性分析发现中细粒砂岩，孔隙式胶结发育，粒间孔隙可作为储存油气的空间，是良好的储层；

（4）清水河组底砾岩段的下部与侏罗系接触，接触面为一不整合面，该不整合面分布范围跨越整个研究区，可以作为油气横向运移的良好通道；

（5）分析现场地质资料，岩心、岩屑录井资料，并结合常规九条测井曲线对研究区段进行测井相分析两种资料相互印证；重点对岩心进行粒度、孔隙度、渗透率测试，来验证沉积相划分的正确性.