红旗凹陷南屯组沉积特征及优势储集相带分析

于 航

（大庆油田海拉尔石油勘探开发指挥部，内蒙古呼伦贝尔163100）

在我国的陆相断陷盆地中，扇三角洲和湖底扇是主要的油气储集体，其中扇三角洲常与大型同沉积断裂相伴，以粗碎屑沉积为主，在构造活跃区较为发育。1965年A.Holmes[1]首次提出扇三角洲概念后，已针对其开展了大量的科研工作[2-5]。而湖底扇沉积概念则是在1976年由D.Normark[6]首次提出，从21世纪初才开始被国内外科学家们重视和研究[6-10]。

红旗凹陷是当前海拉尔盆地的重点油气勘探区[11-12]，2018年首次在红7井获得工业油流，实现了油气勘探的重大突破，揭示了红旗凹陷南屯组具有较大的资源潜力。当前红旗凹陷处于油气勘探的初级阶段，地质条件复杂且勘探程度低，前人主要对古生物及构造演化进行了一定的研究工作[13-14]，但对沉积体系的认识基本基于钻井和地震相，缺乏对岩芯的精细观察描述，以及在层序地层格架内对沉积体系类型和空间展布特征进行仔细研究，在很大程度上限制了红旗凹陷进一步的油气勘探工作。本文最大程度应用岩芯、测井、录井、地震等方面资料，探讨了红旗凹陷南屯组发育的主要沉积体系类型及特征，明确了优势储集相带类型，对红旗凹陷的进一步挖潜具有一定的指导意义。

1 地质概况

红旗凹陷位于海拉尔盆地中部断陷带北部，为北东东向展布的箕状断陷。它东接巴彦山隆起，西临嵯岗隆起，北接陵丘凸起，南靠五星队凸起，面积约为970 km2。自西向东可划分为红西陡断带、红旗牧场-舒特诺尔断凹带、中部岩体上隆断凸带及绍尔包格斜坡带。红旗凹陷历经早期强烈断陷、中期断坳过渡和晚期坳陷三个构造演化阶段，主要沉积了侏罗系和白垩系的大套地层，自下而上可划分为侏罗系塔木兰沟组、下白垩统铜钵庙组、南屯组、大磨拐河组、伊敏组和上白垩统青元岗组，其中南屯组是勘探的主要目的层，也是本文研究的目的层系。红旗凹陷目前共有钻井10口，包括7口探井和3口地质浅井，大多已见到油气显示，其中红7井实现了红旗凹陷的首次工业突破（见图1）。

图1 红旗凹陷区域地理位置及构造分区Fig.1 Regional geographic location and tectonic zoning map of Hongqi depression

2 岩石学特征

2.1 岩石类型

对10口取芯井的钻井岩芯观察及岩性统计发现，红旗凹陷南屯组主要岩石类型为碎屑岩，包括泥岩、粉砂岩、砂岩和砾岩，其中砾岩占39%，砂岩占37%，粉砂岩和泥岩各占12%。砂岩以岩屑砂岩为主（石英组分占8%～16%、长石组分占15%～25%、岩屑组分占70%～85%），可见少量的长石岩屑砂岩，成份成熟度较低，反映出本区发育的沉积体系具有近源快速堆积的特点（见图2）。结合岩石的组分、沉积构造特征（见图3），将红旗凹陷南屯组的岩相划分为泥岩相、粉砂岩相、颗粒支撑砂岩相、颗粒支撑砂砾岩相、颗粒支撑砾岩相以及杂基支撑砾岩相6种类型（见图4）。

图2 南屯组碎屑岩分类三角图Fig.2 Triangular chart of clastic rock classification of Nantun formation

2.2 沉积构造特征

沉积构造是指沉积物沉积时或沉积后，在物理、化学、生物作用下形成的各种构造，表现为具有各自特征的岩石各部分在空间上的分布和排列方式。沉积构造是沉积相及沉积环境的重要识别标志，在本次研究中，以岩芯观察为基础，成因类型为标准，将研究区南屯组的沉积构造划分为层理、层面、变形三种构造类型。其中层理构造主要包括水平层理、平行层理、板状交错层理、槽状交错层理和透镜状层理等；层面构造主要表现为冲刷面；变形构造包括重荷模构造、火焰构造、包卷构造、滑塌变形构造等（见图4）。

2.3 粒度特征

粒度的结构特征可以直接反映沉积介质在形成时的水动力条件及能量强弱，是判断当时沉积环境、水动力条件的标志及细致划分沉积相的基础。通过对南屯组取芯井段进行详细分析后发现，本区粒度概率曲线主要以一段式和两段式为主，其中一段式主要呈宽缓上拱型，曲线圆滑无节点或节点不明显，表明沉积物全部呈悬浮负载、分选差且粒级分布广，形成于强水动力沉积环境，是典型的重力流沉积特征，反映了扇三角洲平原根部或湖底扇沉积的粒度特点（见图5）。两段式滚动组分含量很低（＜5%），由跳跃总体和悬浮总体组成，跳跃总体含量较高，为55%～75%，跳跃和悬浮总体的斜率相近，悬浮总体含量较少，最大可高达30%。沉积物在牵引流作用下主要以跳跃的方式搬运，反映了较强和中等水动力条件下的扇三角洲平原分流河道或扇三角洲前缘水下分流河道的沉积特征（见图5）。

图3 红旗凹陷南屯组主要沉积构造特征Fig.3 Main sedimentary structural characteristics of Nantun formation in Hongqi depression

图4 红旗凹陷南屯组主要岩石相类型及特征Fig.4 Main petrofacies types and characteristics of Nantun formation in Hongqi depression

图5 红旗凹陷南屯组主要粒度概率曲线特征Fig.5 The main grain size probability curve characteristics of Nantun formation in Hongqi depression

2.4 地震反射特征

J.Brown[16]提出特征不同于临近单元，具有一定分布规模的地震反射单元称之为地震相，这些单元的地震反射特征可以反映出对应沉积体的地质特征，从而可以通过研究地震资料来获取目标区的沉积相特征，特别是在井资料十分缺乏的红旗凹陷。地震相研究是确定沉积体系类型、厘定沉积体系范围非常有效的方法。在综合考虑内部反射结构、外部几何形态、振幅、频率、层速度等多种地震反射参数之后，将红旗凹陷的地震相类型主要划分为S型前积、杂乱楔状、平行席状和上超充填4种类型（见图6）。

图6 红旗凹陷典型地震相模式图Fig.6 Typical seismic facies pattern of Hongqi depression

其中S型前积地震相主要由一系列向同一方向倾斜的同相轴组成，常反映携带沉积物的水流向盆地中心推进的过程；杂乱楔状地震相一般表现为发散或杂乱状，剖面呈楔形，由盆地中心向边缘变薄或加厚；平行席状地震相常具有稳定的厚度，在横向上表现出较好的连续性，外部呈席状形态，内部为一组平行的地震反射同相轴，具有明显的中-强振幅、中-高连续和平行反射特征，反映区域内沉积环境比较稳定，沉积时水体能量偏低；上超充填型地震一般是充填于下伏地层的低洼处，由平坦、上凸及倾斜的一组反射同相轴组成，可进一步细分为上超充填和杂乱充填两种类型，具有弱-中振幅、低-中连续反射的特点。

3 沉积相类型及平面展布特征

3.1 沉积相类型

根据岩石相、地震相特征并结合岩石薄片和测井等方面资料，认为红旗凹陷南屯组沉积时期主要发育有扇三角洲、湖底扇、湖泊三种类型的沉积体系，并建立了各自的沉积相识别标志。

扇三角洲沉积体系在研究区内主要发育在西侧的红西陡断带内，具有重力流和牵引流的搬运机制特征、颗粒混杂且分选较差，粒度概率曲线呈高斜两段式。在地震剖面中常表现为楔状或S型前积反射特征，由凹陷边缘向湖盆中心收敛。红旗凹陷的扇三角洲沉积可以进一步识别出扇三角洲平原沉积和扇三角洲前缘沉积两种亚相，其中平原亚相是扇三角洲沉积的陆上部分，包括分流河道和分流河道间两种类型的沉积微相，天然堤不发育。分流河道微相内主要发育颗粒支撑为主的褐色、杂色砂砾岩，常发育大型的板状、槽状交错层理及冲刷充填结构。电性上表现为高电阻、低伽马的厚层箱型垂向叠置，孔渗条件一般；分流河道间微相内主要发育褐色泥岩和杂色泥岩，凹陷边缘向湖岸线杂色泥岩含量逐渐升高，主要发育块状层理、波状层理或小型交错层理，电性特征表现为低电阻、高伽马的低幅齿化箱型，孔渗条件差。

扇三角洲前缘亚相是扇三角洲的主体，是扇体入湖后的水下部分，多位于湖平面和浪基面之间。本区前缘亚相可进一步细分为6个微相：前缘水下主河道微相是由陆地向湖盆运输碎屑物质的主要通道，通常指明了该扇体主要的延展方向，不同期次的主水道之间常互相切叠，形成灰绿色或杂色，厚层，分选磨圆均较好，以颗粒支撑为主的砂砾岩体。多发育块状层理、大型槽状交错层理和板状交错层理，底部可见清晰的冲刷充填构造；前缘水下分流河道微相是由前缘主体水道进一步分叉所形成的次一级水道，较主水道水体能量有所减弱，搬运能力有所下降。水道底部滞留沉积大多是含砾粗砂岩和砾岩，向上逐渐过渡到中、细砂岩，显示出明显的正旋回沉积序列，层理多样，常见平行层理和交错层理；前缘席状砂微相多位于扇体边缘，是一种规模小、数量大的河道类型，河流能量较弱，因此所携带的沉积物粒度偏细，底部多为灰白色中-粗砂岩，向上渐变至细砂岩、粉砂岩；前缘水下分流间微相常分布在水下分流河道之间，以细粒的悬浮沉积为主，泥质含量高，岩性主要由灰绿色、灰色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩及泥岩组成，有时可含少量粉砂岩；河口坝砂岩微相和远砂坝砂岩微相常呈朵状或新月型。反旋回沉积序列明显，自下而上多为粉砂岩、细砂岩、中-粗砂岩。分选和磨圆均较好，多发育平行层理、波状层理和小型槽状交错层理等（见图7）。

图7 红旗凹陷南屯组扇三角洲沉积特征(H3井)Fig.7 Sedimentary characteristics of fan delta of Nantun formation in Hongqi depression（H3 well）

湖底扇沉积体系主要发育在研究区中部舒特诺尔断凹带内，进一步可划分为内扇、中扇和外扇三个亚相及若干微相。其中湖底扇内扇亚相可进一步细分为主沟道和沟道外两个沉积微相，其中主沟道微相是内扇的骨架，主要是由颗粒支撑或无内部结构基质支撑的砂砾岩构成。颗粒支撑的砂砾岩常表现为正或反韵律，基质支撑的砂砾岩则主要呈块状构造。总的来看，主沟道微相中砾岩的成分复杂且分选较差。沟道外微相是在重力的作用下漫溢至主沟道外的沉积体，在岩性上主要由泥岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩及粉砂岩组成，常发育水平层理、变形层理等沉积构造。在垂向上，主沟道微相与沟道外微相常相互叠置成多个正韵律，内扇亚相多呈微幅度齿化箱型的电性特征。中扇亚相的特点是发育规模大、形态好的辫状沟道，辫状沟道微相在岩性上主要是由厚层砂砾岩及夹杂其中的深灰色泥岩构成，砾石颗粒混杂，分选磨圆均较差。常发育块状构造、交错层理、递变层理等沉积构造，电性上表现为低伽玛、高电阻的钟型-箱型。除辫状沟道微相外，中扇亚相中还发育有辫状沟道间微相，沟道间处岩性较沟道变细明显，主要表现为厚层块状含砾砂岩、细粉砂岩与暗色泥岩的不等厚互层，常发育小型交错、板状交错、递变、波状、块状、变形层理等沉积构造。电性上呈中、低伽玛-中、高电阻的齿化中低幅钟型、漏斗型。外扇亚相常位于湖底扇沉积体的最前缘，与深水湖泊毗邻，由于没有水道的限制，外扇亚相的薄层浊积体常与深湖相的泥岩呈交互状沉积，围绕整个湖底扇体分布。在岩性上主要由粉砂岩、泥岩构成，常见波状层理、水平层理、变形层理、重荷模、砂球等沉积构造。在电性上表现为高伽玛、低电阻，呈低幅齿化漏斗型或指型（见图8）。

图8 红旗凹陷南屯组湖底扇沉积特征(HS6井)Fig.8 Sedimentary characteristics of sublacustrine fan of Nantun formation in Hongqi depression（HS6 well）

红旗凹陷的湖泊沉积体系主要发育在西侧陡坡带与东侧缓坡带之间的洼槽区内，可进一步细分为滨浅湖和半深湖-深湖两类沉积亚相，岩性上主要由有机质丰度较高、粒度细，常含粉砂沿薄夹层的灰黑色泥岩组成，反映湖泊沉积体系的强还原性特征，发育有红旗凹陷的主要烃源岩，沉积构造上常呈水平层理、波状层理、块状层理，地震剖面中常呈上超充填和平行席状地震反射特点（见图9）。

图9 红旗凹陷南屯组湖泊沉积特征(HD1井)Fig.9 Sedimentary characteristics of lake in Nantun formation of Hongqi depression(HD1 well)

3.2 沉积相平面特征分析

在利用岩芯资料搞清红旗凹陷南屯组时期发育的主要沉积体系类型基础上，主要结合地震相的平面展布特征，编制了红旗凹陷南屯组时期的沉积亚相图，从而明确了各沉积体系的平面展布特征（见图10）。

图10 红旗凹陷南屯组沉积体系平面展布Fig.10 The plane distribution of Nantun formation sedimentary system in Hongqi depression

由图10可知，南屯组沉积时期红旗凹陷主要在红西陡坡带处发育北东向控陷断裂，在控陷断裂的持续活动影响下，红旗凹陷整体由裂陷初始期过渡至强烈期，湖盆在强烈沉降的构造背景下发生大幅、快速的水进，湖盆面积迅速扩张。在此期间，西侧陡坡带毗邻的嵯岗隆起和陵丘凸起是红旗凹陷的主要物源区，供源强度较大，东侧缓坡带相接的五星队凸起供源强度较弱，是次要物源区。砂体由凹陷两侧向湖盆中心汇聚，其中扇三角洲沉积体系主要发育在西侧红西陡坡带内，主要发育扇三角洲前缘沉积，平原亚相多紧邻边界控陷断裂小范围分布，扇体呈大型朵叶状，横向展布范围较广但向前延伸距离有限。湖底扇沉积体系主要由扇三角洲前缘沉积遇大型同沉积断裂发生滑塌而形成，在红旗凹陷内主要发育在HS6等井区，扇体呈舌型，展布范围有限。湖泊沉积体系发育在西侧陡坡带与东侧缓坡带间的洼槽区内，其中滨浅湖亚相主要分布在靠近东侧缓坡带处，深湖-半深湖亚相则是在靠近西侧陡坡带处更为发育。

3.3 优势储集相带分析

红旗凹陷南屯组沉积时期主要发育扇三角洲、湖底扇和湖泊三种类型的沉积体系，不同沉积体系发育有不同的主要储集相带，不同储集相带具有不同的储集能力。利用全区10口钻井共152块不同微相岩芯样品测得的物性数据，进行沉积微相类型与物性特征的相关性分析（见图11）。

图11 红旗凹陷南屯组不同类型储集相带物性特征Fig.11 Physical characteristics of different types of reservoir facies belts of Nantun formation in Hongqi depression

结果表明，不同类型的储集相带具有不同的储集能力，其中扇三角洲前缘水下分流河道和湖底扇中扇辫状沟道微相孔隙度大于15%，渗透率大于1 mD，主要发育中-高孔、中-高渗的优质储层，明显好于其他类型微相，是红旗凹陷在南屯组沉积时期发育最有利的两种储集相带类型；扇三角洲平原分流河道微相次之，孔隙度10%～15%，为较有利储层；扇三角洲前缘席状砂储集能力较差，孔隙度4%～10%，渗透率小于1 mD，储集能力较差；扇三角洲分流间和湖底扇辫状沟道间微相孔隙度小于10%，渗透率小于0.1 mD，为无效储层。

4 结 论

（1）综合运用了地震、岩芯、录井、测井等方面资料，在区域构造背景下详细分析了红旗凹陷在南屯组沉积时期内主要发育的沉积体系类型，结合岩石相、粒度、沉积构造等分析结果，认为研究区主要发育扇三角洲、湖底扇、湖泊三种类型的沉积体系。

（2）扇三角洲沉积主要分布在西侧的红西陡坡带内，平原亚相多紧邻边界控陷断裂小范围分布，以发育扇三角洲前缘沉积为主，扇体常呈大型朵叶状，横向展布范围较广但向前延伸距离有限。扇三角洲前缘砂体在向前推进过程中遇断裂坡折带发生滑塌，于HS6等井区处形成湖底扇沉积体系，湖泊沉积体系主要发育在西侧陡坡带和东侧缓坡带间的洼槽区内。

（3）分析不同微相类型岩芯样品的物性特征发现，扇三角洲前缘水下分流河道和湖底扇中扇辫状沟道微相样品孔隙度大于15%，渗透率大于1 mD，主要发育中-高孔、中-高渗的优质储层，是最有利的油气储集相带，扇三角洲平原分流河道微相次之，孔隙度10%～15%，为较有利的油气储集相带。