准噶尔盆地阜东斜坡头屯河组二段沉积微相及主控因素

魏泽德，李胜利，张容基，姚宗全，闫永超，章 彤，刘 勇，许文倩

(1.中国地质大学(北京)能源学院，北京 100083；2. 大港油田公司 采油三厂，河北 沧州 061723；3. 新疆大学 地质与矿业工程学院，新疆 乌鲁木齐 830000；4.中国石油新疆油田分公司 准东采油厂，新疆 阜康 831500)

0 引 言

阜东斜坡区位于我国大型含油气盆地准噶尔盆地中东部，自北东向南西方向倾斜，侏罗系中侏罗统头屯河组二段为其重要含油气层系之一[1]。研究区侏罗系受地质构造运动的影响微弱，构造圈闭数量较少、规模较小，因此对沉积相类型及展布规律有更加深刻的认识对后续勘探进程，特别是岩性油气藏的勘探具有重要意义[2-6]。针对阜东斜坡区沉积及储层特征，前人已进行了很多研究，成果丰富[7-9]。邹志文等[10]认为阜东斜坡区阜东5井区主要发育三角洲前缘亚相；操应长等[11]对该区层序地层格架进行了精细划分，并认为在头屯河组广泛发育辫状河—曲流河体系、辫状河三角洲和滨浅湖沉积体系；张满郎等[12-13]认为头屯河期阜东斜坡区以南部物源为主,沉积体系不断转变，主要为冲积扇、辫状河三角洲及湖泊三类体系的组合。靳军等[1]认为头屯河组物源主要来自南部与北东部。前人多以头屯河组作为整体对阜东斜坡进行研究，本文综合利用岩心、测井、地震及分析化验等资料，对阜东斜坡区主力勘探目的层头二段的沉积特征开展研究，明确了研究区曲流河的沉积特征及展布规律，为进一步油气勘探寻找优质储层提供借鉴。

1 区域地质概况

研究区位于准噶尔盆地中央坳陷与东部隆起连接带上，阜康凹陷东部，北部相望于白家海和沙奇凸起，东部与北三台凸起毗邻，南部是阜康断裂带与博格达山，面积约为225 km2(图1)。阜东斜坡区自上而下主要发育齐古组(J3q)、头屯河组(J2t)、西山窑组(J2x)、三工河组(J1s)和八道湾组(J1b)[14-15]。准噶尔盆地经历了裂陷盆地等4个演化阶段，中侏罗世时期处于陆内拗陷期，各构造单元的持续隆升导致了湖盆的急剧萎缩与消亡[16-19]。研究区整体位于向东北方向抬升的斜坡带上，油气藏受岩性控制，中侏罗统头屯河组为最为重要的含油气层系[20]。研究区侏罗系头屯河组由下至上可划分为头一、头二和头三段，其中头二段砂体最为发育，为头屯河组最有利的储层发育层段[1]。本次研究目的层段为头二段，主要对其沉积相类型及展布规律开展研究。

2 沉积相标识

基于地质、测井和地震资料，识别出各种相标志，是开展沉积环境与沉积相研究的基础[21]。通过阜东斜坡头二段的地震资料以及28口单井的岩心、测井曲线和岩屑录井等资料，识别出了河流类型与微相的各种标识，对研究区沉积相特征进行了总结归纳。

2.1 岩石学特征

按照曾允孚等[22]砂岩分类方式，对阜东斜坡头屯河组二段10口井70块样品薄片的碎屑岩鉴定成分含量数据分析[22]。头屯河组二段砂岩类型为长石岩屑砂岩与岩屑砂岩两种，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，为39%～73%，均值55%(图2(a))。砂岩中岩屑含量普遍过半，成分成熟度较低，反映出碎屑物质并未经历长时间远距离的搬运，研究区具有离物源区较近的特征。

不同沉积相形成时的环境条件具有明显差异，最为直观的就是水动力条件不同，沉积物粒度分布特征受水动力条件影响显著。因此通过粒度概率累计曲线对研究区目的层段的粒度分布特征进行分析，是判别沉积环境行之有效的一种方法[21-23]。通过对阜东斜坡区头屯河组二段17口井77个样品的粒度分析资料研究发现，虽不同位置的井钻遇的岩石内部结构存在差异，但该区的粒度概率累计曲线主要以跳跃悬浮两段式为主，水动力条件为牵引流，符合曲流河的沉积特征[16]。阜29井以跳跃组分为主，分选较好，细截点为2.5φ，水动力条件相对较强；阜009井以跳跃组分为主，细截点为3.3φ，细截点移向细端，说明水动力条件变弱，分选相对较差；阜东10井悬浮跳跃组分基本相等，细截点在3.1φ，阜东10井跳跃组分斜率大于阜009井，说明其分选性更好;三口井相比较，阜29井水动力条件最强，阜东10次之，阜009最弱，阜东10和阜29井的分选性较好，阜009井分选性较差(图2(b))。

通过研究区目的层段10余口井的岩心观察描述以及28口单井的岩屑录井等资料分析。砂岩颜色普遍呈灰白色，泥岩颜色以灰绿色为主，反映出沉积时以浅水环境为特征。岩性以泥岩、粉砂岩和细砂岩最为常见。中细砂岩中主要发育平行层理和槽状交错层理，水动力条件相对较强(图3(a)、 (b))；细砂岩主要发育平行层理和块状层理，水动力条件一般，可见泥质条带(图3(c)、 (d)和(e))；粉砂岩与泥岩主要发育块状层理，可见大量炭屑及粉砂岩与泥岩的岩性突变面，说明当时物源供给变化较快(图3(f)、 (g)和(h))。整体看来，研究区所发育的沉积构造类型及岩性组合反映出曲流河沉积特征。

2.2 电性特征

通过对阜东斜坡头二段28口单井的自然伽马测井曲线与取心井段岩石进行对比分析，总结出研究区沉积微相类型及其对应的自然伽马测井曲线形态等特征。总结出4类沉积微相与其相应的测井曲线类型的对应关系，最终得出阜东斜坡区头二段测井相模板(图4)。

测井曲线整体平滑程度较差，多呈齿形，反映出曲流河“砂泥间互”的沉积特点，沉积物在沉积过程中水动力环境较为动荡。自然伽马曲线偏移基线的程度往往与水动力条件和物源供给量密切相关。齿化钟形反映较强的水动力条件，且能量逐渐减弱，反映曲流河道的侧向迁移，沉积部位从河道中心变到侧翼；中-高幅齿化钟形、箱形则是体现了点坝形成时充沛稳定的物源供给条件。废弃河道为底部突变、顶部渐变的低幅钟形，反映了河道废弃过程中沉积物供给的减少。泛滥平原则是对应低幅线形曲线，反映了稳定的静水沉积。

2.3 地震特征

阜东斜坡头二段的地震反射同相轴整体上具有中等偏弱振幅、频率较高与连续性中等的特点，地震内部反射构造呈亚平行形-发散形(图5)。A-A′测线地震同向轴的连续性较好，可以识别多期砂体向西南方向顺流加积的特点，一般为河流顺物源的展布特征[21]。B-B′测线地震轴连续性稍差，具有侧向加积的特点，主要发育充填状地震相，表现为顶平底凹的特征，是河道下切的典型标志。这两种地震内部反射构造类型，是曲流河沉积的典型地震特征，结合所发育位置，可为沉积相的展布提供佐证。

2.4 沉积微相划分

通过对岩心观察、测井相以及岩屑录井的研究，结合前文岩相、电性和地震特征分析，对阜东斜坡区头二段进行了沉积微相划分，以阜32井为例：该区发育曲流河相并可细分为4种微相(图6)。

2.4.1 曲流河道

曲流河道微相是河流沉积单元的基本单元，其沉积特征相较于其他微相十分明显，其底部通常存在冲刷面；在研究区内，曲流河道岩性多为中砂岩-粉砂岩的正韵律组合，底部与中部多发育平行层理、块状层理和小型交错层理，见少量炭屑(图6)。水动力条件相对较强，跳跃搬运为主体，粒度概率曲线呈两段式，分选中等-较差。其自然伽马曲线多表现为钟形与齿化钟形两类，河道在水下的分叉与侧向迁移垂向上表现为两类曲线底部均为突变接触，反映沉积环境的快速改变(图4)。

2.4.2 点坝

点坝又称为边滩，是曲流河沉积中最为重要的沉积微相，通常其储层质量较高，在研究区内赋存油气较多；岩心与岩屑录井上点坝岩性以砂岩的为主，底部发育小型槽状交错层理或板状交错层理，向上出现块状层理及平行层理。粒度概率累积曲线为悬浮跳跃两段式。该微相在自然伽马曲线上表现为齿化钟形、箱形，反映沉积期水动力条件强，物源持续供给(图4)。

2.4.3 废弃河道

废弃河道是曲流河改道后遗留下的沉积物，是曲流河特有的沉积微相；具有分布范围广、垂向厚度薄的特征。岩性多为底层细粉砂岩以及上部的泥岩构成，岩心中可见平行层理、块状层理及炭屑，受沉积环境约束，该微相在垂向上常与泛滥平原相邻，也就是岩心中常见的泥岩与粉砂岩岩性突变面(图3(e)、 (f)、 (g))。自然伽马形态为中-低幅齿化钟形，顶、底突变，反映河道一次迁移的结束(图4)。

2.4.4 泛滥平原

泛滥平原广泛发育于曲流河道之间，岩屑录井上多为大段深灰绿泥岩。岩心上可见块状层理(图3(h))。砂体粒度较细，分选差，含泥量较高。测井曲线类型为低幅紧密线形(图4)，以静水环境下的悬浮沉积为主。

3 沉积相展布特征及控制因素

3.1 物源方向判别

本次研究通过对阜东斜坡区头二段19口井87个样品的重矿物分离鉴定数据进行分析，并结合区域地质背景及地震资料，对物源方向进行判断，同时为进一步研究沉积相展布规律提供了约束条件。目前研究普遍认为碎屑物质中稳定重矿物相对含量与搬运距离关联密切，成正向相关[24-25]。以这一规律作为依据，绘制研究区稳定(白钛石、磁铁矿、电气石、锆石、石榴石和十字石)/非稳定(尖晶石、绿帘石、绿泥石、普通角闪石、普通辉石、褐铁矿、黑云母、钛铁矿、榍石和黝帘石)重矿物饼状图及ZTR指数等值线图(图7)。

ZTR值通常为3种超稳定重矿物的百分含量，研究样品中未检测出金红石，本文中ZTR值只包含锆石与电气石两种重矿物百分含量。ZTR指数高值井集中在中部地区，最高值为阜东9井的25，其余井ZTR指数值均不超过17，整体偏低，体现出整体矿物成熟度较低，具有近物源的特征。研究区东南部阜东11井周围与东北部阜26、阜27井周围为两处低值区。稳定/非稳定饼状图显示，稳定系数大于1的井集中于研究区中部，与ZTR指数高值区相一致，稳定系数值较小的井分布于研究区西部与南部。综合ZTR指数、稳定系数及构造环境，推断研究区物源来自东北的北三台与克拉美丽山方向。

3.2 沉积微相连井剖面

通过研究区岩心相、测井相和地震相标识，明确了阜东斜坡区头屯河组二段阜32井等28口的沉积微相特征。结合重矿物分布特征选取并描绘了顺物源阜004-北003-阜东052-阜东10和切物源阜东022-阜东054-阜东053-北97两条测线的沉积微相连井剖面图(图8)。可以看出在头二段初期河道迁移频繁，曲流河道主要流经阜004、阜东10及阜东022井，阜东022井砂体厚度较大，整体上砂体呈条带状，连续性较差，顺物源方向连续性优于切物源方向(图8A-A′、图8B-B′)。

3.3 沉积微相平面展布

通过钻井、测井及录井的标定，按照解释目标，地震属性能够定性-半定量地描述储层物性、岩性和含油性等特征[26]。地震属性种类较多，经井震对比后发现地震均方根振幅(RMS)属性对研究区的砂泥岩的识别度较高，通过对研究区提取RMS属性图(图9(a))可以看出，红色区域主要分布在研究区西部与南部地区，且大多呈弯曲条带状分布，通过井震标定主要反映了河道砂、点坝砂的均方根振幅特征，浅红区域主要为废弃河道和漫溢砂的响应，而蓝色、白色区域为泛滥平原的地震反射特征。

综合上述研究成果，以研究区28口单井所划分的沉积微相作为主要约束条件，结合连井相、地震剖面、物源方向和区域地质背景及地震属性，对平面沉积微相展布规律进行预测，最终恢复了阜东斜坡区头二段沉积微相平面展布格局(图9(b))。

阜东斜坡头二段时期，沉积水体环境浅，接受来自东北部物源区充足的物源输送，在研究区广泛发育曲流河。研究区东北部发育低弯度(弯度<1.5)曲流河，点坝发育较少，说明水动力条件强，河流能量充足；研究区西北部发育连片曲流河砂体；而西南部发育高弯度(弯度>1.5)曲流河砂体，点坝发育较多，并有废弃河道的出现，河流能量减弱，河道迁移频繁，开始有向网状河发展的趋势。

3.4 微相展布控制因素

地形坡度是影响河流弯曲度的主要因素之一，通过地震剖面(图5)可以看出研究区沉积背景为东高西低的单斜构造带，东部坡度陡、西部变缓，这也解释了研究区东北部发育低弯度曲流河，西南部发育高弯度曲流河；其次，沉积物的搬运方式也影响着河流的弯曲程度，较高的悬浮/跳跃搬运比会增加河流的弯曲程度；此外，高弯度曲流河砂体的储层物性明显优于低弯度曲流河，如离物源较远的位于研究区南部的阜东5井主要发育点坝微相，平均孔隙度为17.93%，而离物源较近的位于研究区北部的阜东7井同样发育点坝微相，但平均孔隙度为13.9%，孔隙度一方面受控于与成岩相关的压实、胶结因素，另一方面受沉积粒度分选性的影响，表明沉积粒度分选性也影响着河流的形态。研究区主要发育曲流河相，曲流河从北东向南西延伸，受地形坡度、物源远近及粒度分选等因素影响，西北部有连片曲流河砂体；而同时曲流河道弯曲度向西南部有增大趋势，同时点坝逐渐增加，河道变换频繁并呈现网状化的趋势，导致砂体在西南部更加发育。因此，在后续油气勘探及井位优化时应优先考虑西南部与西北部中点坝砂体发育的位置。

4 结 论

(1)通过综合利用各类资料，明确了研究区发育曲流河，并建立了曲流河道、点坝、废弃河道及泛滥平原4种微相与相标识(岩心相、测井相)的对应关系。

(2)研究区岩性为泥岩-中砂岩，中等结构成熟度。砂岩成分成熟度低，为长石岩屑砂岩和岩屑砂岩两类。岩心中沉积构造以块状、平行及小型交错层理为主，可见炭屑与泥质条带。沉积物搬运方式主要为跳跃悬浮式。自然伽马曲线主要为齿化箱形、线形和钟形3种。地震内部反射构造类型主要为充填状。

(3)通过重矿物分布特征认为研究区物源来自东北部。曲流河由北东流向西南，在曲流河发育的过程中，受地形坡度、物源远近及粒度分选的影响，西北部出现连片曲流河砂体；而河流弯曲度也有向西南部不断增大的趋势，由低弯度向高弯度转变，河道迁移频繁开始呈现网状分布的特点，导致点坝砂体更加发育。研究区曲流河点坝的发育程度决定了后续优质储层的寻找应该更重视西南与西北部地区。