準噶爾盆地車排子凸起白堊系層序—古地貌耦合控砂機制與砂體預測

張曰靜，張奎華，隋風貴，陳 林，任新成，徐佑德

( 1.中國石化勝利油田分公司 勘探開發研究院，山東 東營 257061； 2.中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257061 )

0 引言

沉積盆地砂體的發育類型與展布規律受多種因素控制，砂體成因與分布是碎屑巖油氣藏勘探的關鍵環節[1]。關于陸相湖盆控砂機制的研究是近幾十年來石油地質學研究的熱點問題之一[2-6]。李思田等[7]認為，構造因素、古氣候、物源補給條件、湖盆類型、古地貌和基準面變化等決定盆地砂體的分布；潘元林等[8]認為，陸相湖盆沉積充填的基本控制因素主要包括構造、古氣候、古地理、基準面變化、古地貌及物源補給等方面；馮有良[9]認為，盆緣溝谷是流域水系和碎屑物入湖的位置，控制砂巖、礫巖扇體發育的位置。目前，對于陸相盆地控砂機制的研究主要體現在古地貌控砂和層序控砂兩個方面[10-20]，其中古地貌控砂又可概括為溝谷控砂和坡折控砂。勘探實踐發現，層序界面附近未必有砂體的富集，在溝谷發育的坡折帶也不一定都有扇體的分布。可見，單一控砂因素難以滿足實際勘探的需要，應將多種控砂因素結合起來，通過它們之間的耦合關系尋找沉積體系發育的最佳配置條件，準確預測砂體的空間展布[3,21]。

車排子地區是準噶爾盆地重要的油氣富集區之一[22]，在新近系沙灣組和石炭系累計上報2億噸級石油地質儲量。位于兩套重要含油層系之間的白堊系雖然鉆遇豐富油氣顯示[23-24]，但未發現油氣儲量。白堊系主要發育扇三角洲—濱淺湖灘壩沉積體系[23]，由于該時期物源供給不充足，砂體主要為薄層灘砂(砂體厚度<3 m)，橫向連續性差，單個砂體分布規模較小，較少鉆遇厚度較大的扇三角洲前緣砂體及壩砂(砂體厚度>4 m)，因此，準確預測厚層砂體空間展布成為車排子凸起白堊系勘探的重點與難點。根據鉆井、測井、錄井及三維地震資料，結合測井曲線旋回性分析對比，建立以體系域為單位的精細層序地層格架，恢復沉積期古地貌；分析層序、古地貌對砂體發育的控制作用，建立白堊系層序—古地貌耦合控砂機制，明確厚砂體的分布規律，為研究區白堊系厚砂體的準確預測提供指導。

1 地質概況

車排子凸起位于準噶爾盆地西緣，位于新疆維吾爾自治區塔城地區、克拉瑪依市和博爾塔拉蒙古自治州[25]，構造上隸屬于準噶爾盆地西部隆起的次級構造單元。東面以紅車斷裂帶為界與昌吉凹陷和中拐凸起相接，南面以艾卡斷裂為界與四棵樹凹陷相鄰[24-26]，平面呈倒三角形，面積約為1×104km2(見圖1)。車排子凸起形成于海西運動晚期[23]，基底為石炭系火成巖，經歷印支—燕山運動強烈隆升后，缺失二疊系—三疊系。自海西運動晚期隆升定型以來，長期保持正向的構造形態，具有有利的油氣聚集背景[26]。研究區自下而上依次發育石炭系(C)、侏羅系(J)、白堊系(K)、古近系(E)、新近系(N)及第四系(Q)等地層。其中，白堊系主要發育下白堊統(K1)，自下而上依次發育清水河組(K1q)、呼圖壁組(K1h)、勝金口組(K1s)和連木沁組(K1l)。車排子凸起白堊系整體具有底超頂削的地層結構特征，底部的K1q提前超覆尖滅于研究區東部。

圖1 研究區區域構造位置Fig.1 Regional structural location map of the study area

2 層序地層格架

2.1 層序劃分方案

車排子地區白堊系鉆井較多，為層序劃分對比提供豐富資料。受復雜地質作用及多種不同級別旋回性外力的影響，測井曲線分層標志有時不清楚，導致利用常規測井曲線開展地層精細劃分對比存在較強的不確定性[27-29]。為提高層序劃分的準確性及精度，在綜合分析地震、鉆井、測井、錄井等資料的基礎上，引入INPEFA技術對三級層序及體系域界面開展精細識別與對比。INPEFA技術利用最大熵譜分析方法對常規測井資料(GR、SP等)進行特殊的數學處理，將原始測井曲線中隱藏的地層發育趨勢及沉積旋回等信息提取出來。處理的INPEFA 曲線可以較好地反映水進水退的旋回性變化[30-33]，為層序界面的識別和層序劃分對比提供重要指導。

根據研究區地震、巖性、電性及INPEFA 曲線等資料，將車排子地區白堊系劃分為1個二級層序、4個三級層序；根據三級層序內部可見的巖性組合變化及垂向上的韻律性特征，又進一步劃分為9個體系域(見圖2)。

圖2 車排子凸起東翼白堊系層序劃分綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive histogram of Cretaceous sequence division on the east wing of Chepaizi Uplift

三級層序SQ1對應白堊系呼圖壁組一段和二段(K1h1和K1h2)。SB1界面在測井曲線上表現為巖石電阻率、聲波時差及密度明顯變低，INPEFA(SP)曲線出現明顯變低的拐點，地震剖面上表現為強振幅、連續性好的反射特征。該層序可進一步劃分為低位體系域(LST)、湖侵體系域(TST)和高位體系域(HST)。其中，LST對應呼圖壁組一段(K1h1)，分布范圍相對局限，主要發育于研究區東部排1井區；底部為一套灰黃色、淺灰色的砂礫巖、含礫中砂巖及細砂巖沉積，向上逐漸過渡為灰綠色泥巖夾淺灰色粉砂巖、泥質粉砂巖及粉砂質泥巖沉積；INPEFA曲線呈先降后升的旋回特征。TST對應呼圖壁組二段下亞段(K1h21)，該時期湖平面逐漸上升，湖岸線向西遷移，垂向上泥巖厚度加大，發育砂泥比降低的退積式準層序組；測井曲線表現為GR升高、SP多呈平直、INPEFA曲線呈明顯正旋回特征。HST對應呼圖壁組二段上亞段(K1h22)，該時期為湖平面振蕩期，砂體發育，砂地比升高，巖性為灰色、灰綠色泥巖夾薄層粉砂巖、泥質粉砂巖或砂泥巖互層；GR和SP曲線呈多指狀、尖峰狀響應特征，INPEFA曲線表現為鋸齒狀升降頻繁變化，且具有逐漸降低的現象，反映湖平面振蕩后下降的特征。

三級層序SQ2對應呼圖壁組三段(K1h3)，巖性主要為灰綠色泥巖、粉砂質泥巖、灰色泥質粉砂巖、粉砂巖、細砂巖互層，自下而上砂地比逐漸升高，砂巖厚度增加。測井曲線表現為砂巖GR、SP呈鋸齒狀，頂部可見指狀、箱狀砂體響應特征；INPEFA曲線整體呈先升后降的旋回特征，反映該沉積階段湖平面先升后降的演化過程。該層序可進一步劃分為TST和HST。其中，TST對應呼圖壁組三段下亞段(K1h31)，該時期湖平面短期上升，巖性為灰綠色厚層泥巖、粉砂質泥巖夾薄層泥質粉砂巖、粉砂巖，砂地比較低；測井曲線表現為低幅鋸齒狀，INPEFA曲線具有明顯正旋回特征。HST對應呼圖壁組三段上亞段(K1h32)，自下而上砂體逐漸發育，砂地比逐漸升高，下部巖性為灰色、灰綠色泥巖、粉砂質泥巖，上部巖性為灰色粉砂巖、泥質粉砂巖夾薄層泥巖；GR與SP曲線呈箱型及指狀響應，INPEFA曲線呈鋸齒狀先升后降的旋回特征，反映湖平面緩慢上升后迅速下降的過程。

三級層序SQ3對應勝金口組(K1s)，巖性主要以細粒沉積為主，發育厚層灰色、灰綠色泥巖、粉砂質泥巖夾薄層灰色泥質粉砂巖。該層序可進一步劃分為TST和HST。其中，TST對應勝金口組一段(K1s1)，特征與SQ2-TST的相似，泥巖、粉砂質泥巖顏色主要以灰色為主，反映湖平面持續上升。HST對應勝金口組二段(K1s2)，該時期湖平面振蕩，發育砂泥巖薄互層，沉積粒度細，以灰色泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、泥巖為主；INPEFA曲線清晰呈湖平面兩升一降的變化特征的(見圖2)。

三級層序SQ4對應連木沁組(K1l)，下部巖性與SQ3的基本相同，頂部粒度稍粗，可見多套粉砂巖、泥質粉砂巖與泥巖互層。該層序體系域劃分同SQ3，INPEFA曲線呈先升后降的特征，反映湖平面短期上升后緩慢下降的過程。

2.2 精細層序地層格架

在研究區多口單井層序劃分的基礎上，結合連井地震標定(見圖3)，建立研究區白堊系高精度層序地層格架，實現地層橫向精細對比，為厚層砂體的分布預測奠定基礎。由圖3可知，研究區白堊系整體具有底超頂削的地層發育特征。SQ1發育LST、TST和HST，主要分布于研究區排638井區以東；SQ2-SQ4主要發育TST和HST，其中，SQ2、SQ3逐漸向西超覆，SQ3、SQ4被N1s削蝕(見圖3-4)，整體上，受底超和頂削的影響，SQ1和SQ4分布范圍相對較小，僅在研究區東部分布，而SQ2和SQ3分布范圍相對較廣，基本呈全區分布的特征。

圖3 排609-5—排634—排609-4—排638—排60—排1—排67—排672井近東西向連井地震層序劃分對比解釋剖面Fig.3 EW-trending seismic sequence division and correlation section of P609-5-P634-P609-4-P638-P60-P1-P67-P672 wells

3 控砂機制

車排子凸起東翼白堊系砂體發育主要受層序和古地貌耦合控制。其中，層序控制砂體的垂向發育層段，古地貌控制砂體的平面展布位置。

3.1 層序

研究區52口探井的砂地比統計表明，砂體主要發育于各三級層序的LST和HST。由過排609-5—排634—排609-4—排638—排60—排1—排67—排672井近東西向的連井對比剖面(見圖4)可知，SQ1-LST、SQ1-HST、SQ2-HST及SQ3-HST是砂體相對集中發育的主要層段，平均砂地比為22.81%～26.55%，扇體和壩主體主要發育于三級層序。各三級層序TST砂地比相對較低，平均為4.59%～12.15%，基本不發育扇三角洲砂體，也較少發育厚層的壩主體。

白堊系具有物源供給不足的特征[12,21]，層序控砂機制主要表現為：各三級層序的LST、HST時期，由于湖平面相對較穩定，扇三角洲垂向加積的概率增加并形成多期疊加，有利于扇三角洲規模的累積增大；同時，由于扇三角洲前緣厚度相對較大，被波浪改造作用影響后，LST、HST的厚層壩體也相對較發育，地層砂地比相對較高，砂體主要富集于LST、HST。TST時期，一方面物源供給不充足，另一方面湖平面持續上升，導致扇三角洲難以持續垂向加積而呈退積的特征；同時，受波浪改造作用影響，導致沉積的小規模扇體被破壞而形成大范圍分布的薄層灘砂。白堊系在研究區呈底超頂削的地層結構特征，扇三角洲砂體主要發育于SQ1-LST、SQ1-HST及SQ2-HST，而SQ3-HST和SQ4-HST在坡折帶附近發育的扇三角洲砂體被剝蝕，未能保存下來，僅發育灘壩砂體。

3.2 古地貌

白堊系油藏主要分布于底部，在層序上主要分布于SQ1-LST(K1h1)、SQ1-HST(K1h2)、SQ2-HST(K1h3)。為研究主要含油段古地貌對砂體分布的控制作用，恢復K1h沉積期的古地貌(見圖5)。白堊系沉積期自西向東發育3個古地貌坡折，不同坡折帶發育多個溝谷，溝谷既控制碎屑物質輸送的路徑，也為扇三角洲砂體提供沉積空間。3個古地貌坡折自東向西分別控制K1h1、K1h2和K1h3三期扇三角洲的發育。

圖5 呼圖壁組(K1h)沉積期古地貌Fig.5 Palaeogeomorphology during K1h sedimentary period

由近南北向橫切物源方向的地震及連井沉積相剖面(見圖6-7)可知，研究區僅發育K1h3沉積期的HST及K1s沉積期的TST。其中，扇三角洲砂體主要分布于K1h3沉積期HST的古地貌溝谷，且扇三角洲呈多個點物源的特征，各點物源的同期扇體相互間基本不交匯，平面呈孤立分布，反映物源供給不足、扇體規模較小的發育特征。在地震剖面上，由于扇體處于盆緣超剝帶，主要以空白反射為主(見圖7)。

圖6 過排629—車淺1—車淺1-1—排609-6—排609-9—排609-5井近南北向連井沉積相剖面Fig.6 SN-trending sedimentary facies correlation map of P629-Cq1-Cq1-1-P609-6-P609-9-P609-5 wells

圖7 過排629—車淺1—車淺1-1—排609-6—排609-9—排609-5井近南北向連井地震解釋剖面Fig.7 SN-trending seismic interpretation correlation map of P629-Cq1-Cq1-1-P609-6-P609-9-P609-5 wells

古地貌控砂機制主要表現為：由于白堊系物源供給不足，平面上扇三角洲砂體主要分布于古地貌溝谷，垂向上各期扇三角洲砂體向西逐層退積超覆于坡折處；扇三角洲砂體的平面展布受古地貌溝谷控制，具有延伸距離短、平面分布局限的特征；灘壩砂體主要分布于寬緩的平臺區，為扇三角洲前緣受波浪改造作用影響后攤平，在平臺區形成大片分布的薄層灘砂，僅在局部的水下低隆區富集，形成相對較厚的壩砂(見圖4、圖8)。因此，古地貌控砂機制可以概括為溝谷、坡折控扇，低隆控壩的特征。

研究區古地貌溝谷和坡折控制扇三角洲的發育，平臺區發育多期灘壩，水下低隆區形成厚層壩體；HST、LST時期，物源供應相對較足，砂體較發育，TST時期，物源供應不足，砂體整體不發育。根據白堊系控砂機制和地層結構特征，扇三角洲砂體主要發育于SQ1-LST、SQ1-HST及SQ2-HST坡折帶，厚層壩體主要發育于LST、TST時期的水下低隆區，且壩體平行于湖岸線展布。

4 砂體分布預測

在高分辨率層序地層格架的控制下，根據砂體發育及主力含油層段，優選白堊系底部的呼圖壁組(K1h)地層進行描述。對扇三角洲前緣水下分流河道和濱淺湖灘壩2類成因砂體，分別采用地球物理預測方法進行預測，有效落實砂體展布，指導部署排643、排646、排斜73井。

4.1 扇三角洲前緣水下分流河道

扇三角洲前緣水下分流河道砂體巖性以含礫砂巖、粉細砂巖為主，厚度為3.0～20.0 m，平均厚度為4.0～7.0 m；孔隙度為15.6%～40.2%，平均為28.2%；滲透率為(32.2～253.0)×10-3μm2，平均為163.0×10-3μm2，儲集物性較好。

扇三角洲前緣水下分流河道砂體主要分布于超剝帶，受不整合面影響，地震屬性常呈空白反射特征，利用常規地震資料難以刻畫。對扇體相對發育的SQ1-LST、SQ1-HST及SQ2-HST坡折帶發育區，以鉆井為約束，優選對扇體較敏感的地震屬性，通過多屬性融合綜合厘定扇體輪廓；利用研究區多井優勢和波形指示反演技術，引入巖性敏感測井曲線，開展測井曲線的重構及地球物理反演，綜合刻畫扇體的分布。指導部署排643、排646井(見圖8(c))，在白堊系鉆遇厚層扇三角洲前緣砂體，其中對排646井進行試油并獲得高產，上報千萬噸級預測石油地質儲量。

4.2 濱淺湖灘壩

濱淺湖灘壩砂體可進一步細分為壩主體、壩側緣和灘砂3種微相。其中，壩主體巖性主要為粉細砂巖，砂體厚度為4.0～9.2 m，平均為7.8 m，平均泥質質量分數為13.0%，平均孔隙度為32.1%，平均滲透率為657.0×10-3μm2；壩側緣巖性以粉砂巖、泥質粉砂巖為主，砂體厚度為2.0～3.7 m，平均為2.8 m，平均泥質質量分數為20.8%，平均孔隙度為26.3%，平均滲透率為257.0×10-3μm2；灘砂主要以泥質粉砂巖為主，砂體厚度為1.0～2.5 m，平均為1.7 m，平均泥質質量分數為35.9%，平均孔隙度為20.8%，平均滲透率為116.0×10-3μm2。

壩主體具有厚度較大、物性較好、泥質質量分數較低的特點，是濱淺湖灘壩砂體中儲層質量最好的類型。對LST、TST水下低隆區周緣開展預測，根據井—震資料精細標定，壩主體巖性組合以“泥包砂”為主，地震屬性呈強振幅反射特征，砂體厚度與振幅屬性呈正相關關系。在精細層序格架控制下，通過高精度等時地層切片分析明確各期壩主體的分布特征，精細刻畫壩體平面分布，圈定壩主體邊界，結合振幅—砂厚擬合關系，明確壩主體厚度分布。指導部署排斜73井(見圖8(c))，在K1h3高位體系域鉆遇厚層含油壩體，試油獲得工業油流。

圖8 呼圖壁組(K1h)沉積體系展布Fig.8 Sedimentary distribution map of K1h

5 結論

(1)準噶爾盆地車排子凸起白堊系可劃分為SQ1、SQ2、SQ3和SQ4 4個三級層序，以及LST、TST和HST 9個體系域，建立以體系域為單元的層序地層格架。

(2)研究區層序控制砂體的垂向分布，表現為HST、LST時期物源供給相對充足，地層砂地比相對較高，砂體較發育；TST時期物源供給相對不足，地層砂地比較低，砂體整體不發育。白堊系砂體主要發育于SQ1-LST(K1h1)、SQ1-HST(K1h2)、SQ2-HST(K1h3)、SQ3-HST(K1s2)、SQ4-HST(K1l2)。

(3)研究區古地貌控制砂體的平面分布，表現為溝谷、坡折控扇，低隆控壩的特征，即溝谷和坡折帶控制扇三角洲砂體的分布，灘壩砂體主要分布于寬廣的平臺區，平臺區的水下低隆區控制壩主體的發育，且壩砂的形態分布具有基本與湖岸線平行的特征。

(4)在古地貌—層序耦合控砂機制指導下，部署排643、排646、排斜73井并取得較好鉆探效果。