酒泉盆地青西凹陷窟窿山構造帶下溝組沉積特征及儲層預測

張聞亭，龍禮文，肖文華，魏浩元，李鐵鋒，董震宇

（1.中國石油勘探開發研究院西北分院，蘭州 730020；2.中國石油玉門油田分公司勘探開發研究院，甘肅酒泉 735000）

0 引言

窟窿山構造帶下白堊統下溝組發育大量砂礫巖儲集體，是酒泉盆地青西凹陷的主要勘探領域，現已在4 個層系，即溝零段（K1g0）、溝一段（K1g1）、溝二段（K1g2）、溝三段（K1g3），共發現探明石油地質儲量5 483.07 萬t。其中，中深層K1g0—K1g1是主力產層，已探明石油地質儲量4 496.1 萬t，累計產油372.93 萬t，剩余資源潛力巨大。以往針對窟窿山構造帶下白堊統構造特征、沉積環境、儲層類型、成藏規律等方面開展了大量研究［1-6］，認為窟窿山構造帶白堊系為典型斷陷型湖盆，斷陷早期構造活動強烈，地形坡度較大，易于發育近物源快速堆積的扇三角洲沉積。扇三角洲是沖積扇由鄰近高地推進到湖、海等穩定水體中形成的沉積體，國內學者在扇三角洲的概念、成因、沉積模式等方面取得了豐富的研究成果［7-14］。中國扇三角洲研究始于20 世紀80 年代，顧家裕［9］、裘亦楠等［10］、朱筱敏等［12］從層序、沉積特征、分類等方面進行了深入的研究。根據沉積物供給速率與可容納空間增大速率的快慢可將扇三角洲劃分為進積型、退積型和加積型，前積型扇三角洲可容納空間增長速率小于沉積物供給速率，湖泊逐漸萎縮，三角洲逐漸向湖盆方向進積；退積型扇三角洲與進積型扇三角洲相反，可容納空間增長速率大于沉積物供給速率，反映了湖泊擴張、三角洲向湖盆邊緣方向遷移的沉積過程。以往的研究多集中于進積型扇三角洲，而對退積型扇三角洲的沉積期次、展布范圍、控制因素、優質儲層預測方法等方面的研究尚較薄弱［15-16］。

在以往研究成果的基礎上，綜合利用70 km2三維地震資料，50 余口鉆、測井資料，累計進尺超過100 m 的巖心觀察、描述及大量分析化驗資料，建立窟窿山構造帶下白堊統中深層K1g0—K1g1高分辨率層序地層格架，明確主力油層的沉積特征及沉積相展布，分析儲層特征并進行綜合評價，運用深度學習非線性反演技術，井-震結合預測有利儲層分布，以期為窟窿山構造帶致密砂礫巖油藏的勘探與開發提供支持。

1 區域地質概況

酒泉盆地地處河西走廊西端，位于阿拉善、阿爾金地塊以及北祁連造山帶結合部位，面積約為2.2 萬km2，以嘉峪關隆起為界，分為酒東坳陷、酒西坳陷。該盆地歷經了早白堊世伸展斷陷、晚白堊世—古新世擠壓隆升、始新世—漸新世坳陷和新近紀擠壓盆地演化階段，為中、新生代斷坳疊置型盆地［14］。早白堊世在右旋扭動作用下，形成了一系列北東、北北東向斷陷，沉積了巨厚烴源巖、儲集層和蓋層，具有良好的油氣儲集及保存能力；晚白堊世—古新世擠壓隆升形成盆地反轉構造圈閉；始新世—漸新世坳陷和新近紀擠壓盆地演化促進了烴源巖成熟，是盆地主要成藏期［17-18］。

窟窿山構造帶位于酒泉盆地酒西坳陷青西凹陷南部，整體為一掩伏于古生界變質巖之下的大型背斜構造，南以祁連褶皺帶北緣逆沖斷層為界，北以窟窿山逆沖斷層為界，呈北西向展布，東西長約20 km，南北寬4～7 km，具有東、西2 個高點，主體面積為70～80 km2。受燕山期、喜山期構造運動影響，窟窿山構造帶被青西凹陷南緣發育的一系列逆沖斷層切割成多個斷塊，使其復雜化（圖1）。窟窿山構造帶下白堊統自下而上沉積了赤金堡組（K1c）、下溝組（K1g）和中溝組（K1z）共3 套地層。其中，下溝組分布廣泛，沉積厚度大，最大厚度可達1 500 m，為一套近物源快速堆積的粗粒碎屑巖，巖性以灰—深灰色、灰綠色礫巖、砂礫巖、礫狀砂巖為主，與灰—深灰色泥巖、云質泥巖不等厚互層。

2 高分辨率層序地層格架

精細層序地層劃分與對比是細化沉積相研究的基礎，對儲層預測的精確度有著直接的影響。高分辨率層序地層學格架基于識別不同級別基準面旋回之間的轉換面，從而劃分出具有成因聯系的地層組合，能提高對比地層單元的等時精度，在陸相湖盆適用性較好［15，17-18］。酒泉盆地青西凹陷窟窿山構造帶三維地震資料主頻為20～25 Hz，分辨率較低。利用現有地震資料對長期、超長期基準面旋回層序界面可進行有效識別，但對于由巖性突變、地層疊置關系轉換等形成的中期、短期基準面旋回界面，則難以有效識別和追蹤。本次研究利用縱向分辨率較高的測井曲線（自然伽馬、電阻率）、錄井巖性組合特征進行層序界面識別，劃分中期、短期基準面旋回，通過精細合成地震記錄標定，建立窟窿山構造帶下溝組K1g0—K1g1高分辨率層序地層格架。

2.1 主要層序界面識別

窟窿山構造帶白堊系主要層序界面包括2 種：不整合面和最大湖泛面。白堊系頂、底界面為區域不整合面，可全區對比。在地震剖面上，界面之下可見明顯削截現象（圖2）。下溝組K1g1內部發育一期最大湖泛面，地震反射界面特征為由持續上超轉換為下超，巖性以灰色、深灰色泥巖、粉砂質泥巖組成，自然伽馬、電阻率測井曲線均表現為平直狀。

2.2 高分辨率層序地層劃分

在層序地層界面識別基礎上，開展單井層序地層劃分，確定層序地層劃分方案。下溝組整體可作為1 個長期基準面旋回（LSC2），由完整的基準面上升旋回、基準面下降旋回組成，并以基準面上升旋回為主。在長期基準面旋回內部，根據次級湖泛面及轉換面特征，進一步識別出5 個中期基準面旋回、10 個短期基準面旋回。K1g0—K1g1整體位于長期基準面旋回LSC2 內部。K1g0發育2 期以上升旋回為主的不對稱中期旋回（MSC1—MSC2），進一步可細分為4 期以上升旋回為主的短期基準面旋回（SSC1—SSC4）。K1g1發育中期基準面上升旋回（MSC3）和中期基準面下降旋回（MSC4），進一步可細分為2 期短期基準面上升旋回（SSC5—SSC6）和2 期短期基準面下降旋回（SSC7—SSC8）（圖3），在基準面上升旋回和下降旋回的轉換位置，發育1期最大湖泛面。

各中期基準面旋回特征如下：MSC1 以厚層灰色礫巖為主，夾薄層泥巖，單砂體厚度最大達40 m，測井曲線表現為低伽馬、中—高電阻率特征，以厚層箱形為主，整體顯示向上變細的特征；MSC2 以厚層灰色細礫巖為主，泥巖夾層數量和厚度較MSC1均有所增加，單砂體厚度最大達30 m，測井曲線表現為低伽馬、中—高電阻率特征，測井曲線形態呈厚層箱形，向上變為鐘形，齒化特征明顯；MSC3 以薄層灰色砂礫巖為主，夾厚層深灰色泥巖，單砂體厚度最大約20 m，呈明顯“泥包砂”特征，測井曲線形態為齒化程度較高的箱形—鐘形，與MSC4 之間有一套穩定分布的泥巖分隔；MSC4 以薄層灰色砂礫巖、含礫細砂巖夾厚層灰色泥巖為主，單砂體厚度最大為15 m，泥巖夾層較MSC3 更為發育，測井曲線形態以齒化鐘形為主。

通過上述分析可知，研究區層序結構隨湖盆演化具有明顯規律性，LSC2 基準面旋回早期斷陷活動強烈，湖盆持續擴張，近源區物源供給充分，沉積物快速充填可容納空間，形成厚層下粗上細（中礫巖—細礫巖—砂礫巖—含礫砂巖—泥巖）的基準面上升半旋回，地震剖面可見代表沉積超覆的上超面（參見圖2），LSC2 基準面旋回中部為斷坳轉換期，發育對稱基準面旋回，LSC2 基準面旋回上部為湖盆穩定收縮期，以基準面下降半旋回為主。

3 物源分析

不同巖石類型具有不同的巖礦組分，可通過對砂巖、礫巖中碎屑組分分析，追溯物源信息。本次研究根據巖屑類型及組合特征，結合基于傾角測井的古水流方向解釋，綜合分析窟窿山構造帶物源體系特征。

3.1 巖屑成分分析

巖屑是母巖風化不徹底的產物，基本保持了母巖結構，砂巖中的巖屑類型及其含量可直接指示物源區母巖巖性。來自不同物源區的巖屑類型及其相對含量均存在差異，對物源具有重要指示意義。

通過統計酒泉盆地青西凹陷窟窿山構造帶砂巖巖屑類型及含量發現，巖屑含量較高，成分復雜，包括火山巖巖屑、低—高變質巖巖屑及沉積巖巖屑，表明研究區物源區母巖組成復雜，未經過長距離搬運，成分成熟度和結構成熟度均較低。窟窿山構造帶巖屑組合在平面分布上具有一定規律：研究區西部巖屑組分以千枚巖、板巖等變質巖巖屑為主，體積分數平均為82.3%，巖漿巖巖屑、沉積巖巖屑含量均較低，體積分數平均分別為11.5%和6.2%；研究區南部巖漿巖巖屑含量明顯高于西部，體積分數平均為57.2%，變質巖巖屑含量有所下降，體積分數平均為38.5%，沉積巖巖屑含量較低，體積分數平均為4.3%；研究區東部沉積巖巖屑含量較南部、西部有所增加，體積分數平均為10.4%，整體以變質巖巖屑、巖漿巖巖屑為主，體積分數平均分別為57.9%，31.4%（圖4）。

3.2 古水流方向分析

古水流方向是判斷物源方向的重要依據之一，為了進一步確定窟窿山構造帶沉積體系延伸方向，利用去除構造傾角影響的砂巖交錯層理方位判別古水流方向。結果表明：研究區西部LONG6 井等的古水流方向基本為東向或北東向（圖5）；研究區東部LONG10 井、LONG14 井等的古水流方向以北西向或北北西向為主；LONG8 井、LONG15 井等的古水流方向主要為北向或北東向，反映了南部物源區的存在（圖5）。

4 沉積相展布

4.1 沉積相類型

白堊紀，酒泉盆地青西凹陷窟窿山構造帶無論東部陡坡帶還是西部緩坡帶，均發育扇三角洲沉積物，巖性以雜色、綠灰色、灰色砂礫巖為主。由于搬運距離短、堆積速度快，扇三角洲沉積物分選、磨圓均較差，礫石間充填泥質雜基，以次圓—次棱角狀為主。根據沉積環境差異，可劃分出扇三角洲平原和扇三角洲前緣［19-20］。前扇三角洲相帶較窄，與湖相沉積物區別較小，故未單獨劃分。湖相沉積主要為大面積展布的白云質泥巖，發育水平層理，可見滑塌重力流砂體。

4.1.1 扇三角洲平原亞相

扇三角洲平原為扇三角洲的水上部分，沉積特征與沖積扇類似，多為近物源氧化色沉積物，主要發育分流河道、分流間灣沉積微相。

（1）分流河道：水上牽引流沉積，巖性主要為棕紅色礫巖、棕紅色塊狀粗砂巖、灰綠色粗礫巖。礫巖呈次棱角—次圓狀，分選差，雜基含量高，粒徑大小不等，局部可見礫巖呈疊瓦狀定向排列，發育沖刷構造，測井曲線以箱形和鐘形為主［21］（圖6）。

（2）分流間灣：巖性以紫紅色、棕紅色塊狀泥巖為主，夾灰綠色、灰色泥巖，薄層粉砂巖、細砂巖，發育水平層理。

4.1.2 扇三角洲前緣亞相

扇三角洲前緣為扇三角洲的水下部分，是扇三角洲沉積最活躍的部位，發育水下分流河道、水下分流間灣等微相。

（1）水下分流河道：與分流河道沉積相似，是其在水下的延伸部分，也是扇三角洲前緣亞相主體沉積部分，與暗色泥巖互層，巖性以灰色細礫巖、含礫砂巖及砂巖為主，分選、磨圓均較分流河道好，雜基含量較低。水下分流河道底部發育塊狀層理，垂向上為明顯下粗上細的正粒序，水動力逐漸減弱。沉積構造方面，頂部見沙紋交錯層理和滑塌變形構造，單個旋回厚度為0.5～20.0 m，測井曲線形態為齒化箱形、鐘形（圖7）。

（2）水下分流間灣：為水下分流河道之間的沉積，以灰色泥巖為主，可見灰色粉砂質泥巖及薄層粉砂巖，層理主要為水平層理和小型流水沙紋層理，測井曲線形態呈中—低幅齒化指型。

4.2 主力油層沉積相展布

青西凹陷下溝組沉積期整體為斷陷擴張期，持續湖侵使沉積物逐漸由沉積中心向湖盆邊緣退積，湖盆早、中期砂體（K1g0—K1g1）得以保存，并且大面積分布。結合已有試油資料可知，油氣主要分布于K1g0下部（SSC1—SSC2）和K1g1最大湖泛面下部（SSC5—SSC6）。

SSC1：斷陷擴張初期，裂陷作用依然強烈，湖盆范圍較小，物源供給充足，窟窿山構造帶廣泛發育扇三角洲沉積，整體連片展布，湖相沉積分布較局限［圖8（a）］，零星發育重力流砂體。西部緩坡區扇三角洲平原、前緣面積分別為18.5 km2和14.1 km2；東部扇三角洲平原、前緣面積分別為10.2 km2和12.9 km2；南部扇三角洲前緣面積為6.3 km2。

SSC2：斷陷持續擴張，湖盆范圍擴大，沉積中心向湖盆邊緣遷移，該時期繼承了SSC1 的沉積格局，整體仍以扇三角洲沉積為主，但局部存在差異。由于湖平面持續上升，扇三角洲呈向岸后退趨勢。扇三角洲平原被分流間灣、湖相沉積明顯分隔，平原逐漸演變為前緣，湖相沉積范圍增大，重力流砂體增加［圖8（b）］。西部扇三角洲平原、前緣面積分別為18.4 km2和13.4 km2；東部扇三角洲平原、前緣面積分別為10.7 km2和13.8 km2；南部扇三角洲前緣面積為5.6 km2。

SSC5：受控凹斷裂持續活動影響，湖盆范圍繼續擴大，可容納空間增長速率高于物源供給速率，扇三角洲沉積減弱，前緣受湖浪破壞、改造，分支增多，無法連片分布［圖8（c）］。湖盆沉積區擴張，發育薄層重力流砂體。西部扇三角洲平原、前緣面積分別為14.1 km2和8.5 km2；東部扇角洲平原、前緣面積分別為8.1 km2和15.5 km2；南部扇三角洲前緣面積為5.0 km2。

SSC6：湖盆擴張達到鼎盛，發育最大湖泛面，扇三角洲不斷向岸萎縮，窟窿山構造帶大面積沉積湖相泥巖［圖8（d）］。西部扇三角洲平原、前緣面積分別為12.4 km2和6.8 km2；東部扇三角洲平原、前緣面積分別為5.1 km2和10.0 km2；南部扇三角洲前緣面積為4.0 km2。

5 儲層特征及有利儲層預測

5.1 儲層特征及主控因素

5.1.1 巖石學特征

據薄片資料統計表明：酒泉盆地青西凹陷窟窿山構造帶K1g0—K1g1儲層巖石類型主要為巖屑砂巖，長石、石英和巖屑體積分數分別為6%，17%和60%（圖9）。碎屑磨圓度中等，顆粒之間以點—線接觸、凹凸—線接觸為主，分選差，成熟度較低。膠結類型以孔隙式為主。砂巖填隙物主要由雜基、碳酸鹽膠結物組成，其中，雜基成分以黏土礦物為主，碳酸鹽膠結物主要為白云石和鐵白云石，含少量方解石。

5.1.2 物性及儲集空間類型

通過對61 塊巖心物性數據分析可知：窟窿山構造帶K1g0—K1g1儲層孔隙度主要為3%～7%，平均為4.21%，滲透率主要為0.97～185.16 mD，平均為5.46 mD，整體物性較差，屬于特低孔、特低滲儲層（圖10）。

巖心、薄片觀察表明，研究區主要發育孔隙和裂縫兩大類儲集空間。其中，孔隙由殘余原生粒間孔、次生溶孔［圖11（a）—（b）］及少量晶間孔組成。由于埋藏深，壓實作用、膠結作用強，粒間孔占巖石總孔隙的比例較低（占比為11.2%），而由晚期生烴排出的有機酸對長石、巖屑等不穩定組分的溶解形成的次生孔隙［22］為主要儲集空間類型（占比為49.8%）。裂縫主要由構造縫、溶蝕縫和微裂隙組成。研究區儲層孔喉排驅壓力較小，為1.62 MPa，中值半徑為0.2 μm，孔喉分布分散；分選系數為2.6，飽和度中值壓力平均大于3 MPa，孔隙喉道均偏細，多屬中—小微喉型。壓汞分析表明，微裂縫孔隙度為0.84%，占巖石總孔隙度的39%，但對滲透率的貢獻均在99%以上，說明孔隙是主要的儲集空間，裂縫為主要的滲流通道。研究區儲集空間類型多樣，根據其組合特征，可分為孔隙型儲層、孔隙-裂縫型儲層［圖11（c）—（d）］、致密型儲層［圖11（e）—（f）］。

5.1.3 儲層主控因素

（1）沉積作用

沉積作用是優質儲層形成的基礎［23-25］，窟窿山構造帶K1g0和K1g1均處于扇三角洲沉積環境，扇三角洲平原分流河道砂礫混雜堆積，分選差，原生粒間孔不發育，板巖巖屑、千枚巖巖屑等塑性組分含量高，在壓實作用下，易變形或形成假雜基，使原生孔隙進一步減少，同時長石、碳酸鹽膠結物等易溶礦物含量較低，不利于形成溶蝕孔隙，因此儲層物性較差，孔隙度為0.8%～2.0%，平均為1.37%，滲透率為0.01～0.50 mD，平均為0.25 mD，難以形成有效儲層。扇三角洲前緣水下分流河道主要為含礫砂巖、砂礫巖，分選較好，長石、碳酸鹽膠結物等易溶組分增加，發育次生溶蝕孔和殘余粒間孔，孔隙度為5%～14%，平均為7.21%，滲透率為0.50～285.16 mD，平均為15.45 mD，是主要的儲集巖。

（2）構造裂縫改造

在構造應力作用下產生的裂縫可提高巖石滲透性，同時為有機酸等流體提供通道，有利于溶解作用發生，形成溶蝕孔隙。扇三角洲平原分流河道塑性巖屑含量高（體積分數大于90%），不易形成構造裂縫；扇三角洲水下分流河道砂礫巖塑性巖屑含量較低（體積分數小于40%），在構造應力作用下，易產生裂縫，從而改善儲層物性。

5.2 儲層綜合評價及有利儲層預測

5.2.1 儲層綜合評價

綜合窟窿山構造帶沉積相帶、儲層物性及產能等特點，將研究區儲層劃分為3 類（表1）：①Ⅰ類儲集層。主要發育于扇三角洲前緣水下分流河道砂礫巖中，孔隙類型有粒間孔、粒間溶孔、微孔及粒內溶孔，并發育開啟程度較高的裂縫，裂縫孔隙度大于0.39%。該類儲層既有較好的儲集空間，又有發育良好的滲濾通道將其連通起來，一般不必經過改造即可形成工業產能。②Ⅱ類儲集層。主要發育于扇三角洲前緣河口壩砂巖、含礫砂巖、砂礫巖中，孔隙以粒間孔和粒間溶孔為主，有微裂縫發育，裂縫孔隙度小于0.27%。該類儲層經一定程度改造可形成工業產能。③Ⅲ類儲集層。主要發育于扇三角洲平原分流河道致密礫巖中，基本無裂縫發育。該類儲層的儲集空間和滲濾性均差，投產時基本上無液量產出，為低孔層或微縫層，在研究區為無效儲層。

表1 窟窿山構造帶K1g0—K1g1儲層綜合評價Table 1 Comprehensive reservoir evaluation of K1g0and K1g1 in Kulongshan structural belt

5.2.2 有利儲層預測

裂縫的發育使窟窿山構造帶儲層的滲透性大幅度提高，裂縫與次生孔隙相結合是研究區砂礫巖儲層獲得高產的必要條件，而只有裂縫發育，才能溝通砂礫巖中各類儲集空間，形成工業產能。因此，有利儲層預測的重點在于預測裂縫發育程度及其在平面上的展布。

窟窿山油藏構造復雜、斷裂發育，傳統的地震屬性預測方法難以準確預測復雜裂縫分布［26-27］。因此，為提高裂縫預測精度，采用深度學習非線性反演方法，基于裂縫在測井曲線上的響應特征，構建裂縫敏感性曲線，以此曲線作為訓練目標，以井旁地震數據作為訓練特征構成訓練樣本，通過深度學習，建立井旁地震數據與裂縫敏感性曲線之間的非線性映射關系，最終將訓練成熟的模型應用于整個地震數據體，從而預測裂縫的空間分布。通過在窟窿山構造帶的應用表明，深側向電阻率曲線與裂縫發育程度具有較好的相關性，在裂縫發育密集段深側向電阻率曲線具有明顯正異常，因此可作為學習目標樣本曲線，訓練結果表明相關度大于0.8，訓練的網絡模型可應用于研究區的裂縫分布預測。深度學習非線性反演結果表明，研究區裂縫發育區主要位于中央近南北向剪切斷裂帶（圖12），結合有利相帶展布特征，預測窟窿山構造帶西部有利儲層面積8.3 km2，東部有利儲層面積6.4 km2。

6 結論

（1）依據層序界面識別結果，酒泉盆地青西凹陷窟窿山構造帶下溝組（K1g）整體為1 個長期基準面旋回（LSC2），內部發育1 期最大湖泛面。K1g0—K1g1可劃分為4 個中期基準面旋回（MSC1—MSC4）和8 個短期基準面旋回（SSC1—SSC8）。由于白堊紀早期斷陷活動強烈，湖平面快速上升，K1g0以基準面上升旋回為主，K1g1則發育完整基準面上升旋回和基準面下降旋回。

（2）酒泉盆地青西凹陷窟窿山構造帶K1g0—K1g1主要發育扇三角洲沉積，在持續湖侵背景下，扇三角洲不斷向湖盆邊緣退積。受物源供給影響，窟窿山構造帶扇三角洲主要發育于中期基準面旋回MSC1 和MSC3，自下而上面積逐漸減小，連片性變差。

（3）酒泉盆地青西凹陷窟窿山構造帶K1g0—K1g1發育特低孔、特低滲儲層，次生溶蝕孔和構造裂縫是改善儲層物性的重要因素。扇三角洲前緣水下分流河道沉積塑性組分含量較低，易于形成溶蝕孔隙及裂縫，物性好于扇三角洲平原分流河道沉積，是優質儲層發育相帶。利用深度學習非線性反演技術預測了研究區裂縫發育區，再結合有利相帶展布特征，預測窟窿山構造帶有利儲層面積14.7 km2。