塔河油田S75井区石炭系卡拉沙依组层序地层格架内的砂体展布

崔金栋，郭建华，刘一仓，李 群，焦 鹏

(1. 中南大学 有色金属成矿预测教育部重点实验室，长沙 410083；2. 中南大学 地球科学与信息物理学院，长沙 410083；

3. 中国石油长庆油田公司 超低渗透油藏第四项目部，庆阳 745000)

塔河油田是中国石化西北分公司在新疆塔里木盆地油气勘探开发的重点地区，目前主要以奥陶系碳酸盐岩为勘探开发层位，奥陶系碳酸盐岩缝洞型油藏具有产量高但衰减快的特点，因而寻找塔河油田的后备储量是塔河油田长期高产稳产的必由之路。目前钻井资料表明，石炭系卡拉沙依组碎屑岩具有良好油气显示，并有多口井试采，但目前的勘探开发和研究表明，塔河油田卡拉沙依组虽然有一定的勘探开发潜力，但开发难度较大，勘探开发前景尚不明确，造成这一现象的原因之一是储层分布尚未完全认识清楚，特别是对储层中砂体展布的预测[1−2]。为此，笔者选定塔河油田S75井区进行研究，力争对该区碎屑岩储层研究有突破性进展，为同类储层的勘探开发提供技术思路。

1 区域地质特征

塔河油田位于塔东北凹陷沙雅隆起上的三级构造单元阿克库勒凸起的西南部，西邻哈拉哈塘凹陷，东靠草湖凹陷，南接满加尔凹陷及顺托果勒低隆起。阿克库勒凸起是以寒武—奥陶系为主体、长期发育的大型古凸起，对古生界而言，其顶部受大型断裂的分隔作用较为明显，自北向南可划分为阿克墩构造带、阿克库木断裂构造带、中部斜坡区、阿克库勒断裂构造带及南部斜坡区。S75井区北至S88井，南至TK732井，西至S92井，东至TK461井(见图1)，井区内石炭系是在海西早期古风化剥蚀地貌基础上发展起来的海陆交互相地层。卡拉沙依组分为下部上泥岩段和上部砂泥岩互层段两个岩性段，其中，砂泥岩互层段又可以分为 4 个砂组[3−4]。

2 层序地层划分与对比分析

2.1 层序边界的识别

层序边界识别是层序地层分析和等时地层格架建立的基础。研究中笔者运用岩心、露头、测井和地震等资料[5−6]，开展S75井区卡拉沙依组的层序边界的识别和划分。

塔河油田 S75井区卡拉沙依组顶底界线较为清楚，地层对比过程中采取以测井资料为主，以地质为基础，并与地震相结合，用测井曲线识别的卡拉沙依顶底和地震资料识别的T50和T56标准层将卡拉沙依组地层限定，然后在内部根据测井曲线和地层的岩性旋回特点进行细分。

塔河油田S75井区卡拉沙依组层序边界在地震方面具有明显的响应。石炭系卡拉沙依组与其上覆二叠系火山岩、三叠系柯吐尔组泥岩之间为不整合接触，地震反射特征明显，对应强波峰，该界面为T50，为标准反射层。卡拉沙依组底部泥岩与巴楚组顶部双峰灰岩(两套泥晶灰岩夹膏质泥岩和膏岩)间为连续沉积，地震界面特征清晰，对应于T56标准反射波组(见图2)。

S75井区卡拉沙依组砂泥岩段和上泥岩段由底到顶共发育4个层序界面(BJ1～BJ4)，其中，边界1位于双峰灰岩段的底部，与下伏泥岩段呈(假)整合接触，此界面为层序边界是根据其上、下的岩相特征所反映的海平面变化关系确定的。下伏泥岩段主要由褐色、褐灰色的泥岩、泥质粉砂岩及膏泥岩组成，这种岩相组合也代表干旱蒸发环境下的障壁海岸潮间的砂泥混合坪及潮上的膏泥坪环境；而双峰灰岩段的形成代表一次明显的海侵事件，在野外露头中可以比较明显地见到(见图3(a))。

边界2位于砂泥岩段的下部，可以在较大范围内追踪对比，界面上下岩相特征清楚，下部属干旱蒸发环境下的障壁海岸潮上环境，上覆砂泥岩段下部以较粗粒的中厚层砂砾岩与泥岩互层为特征，代表的是海岸平原与陆源冲积交互沉积的环境，且砂泥岩段的底部在很多井中都有对下伏泥岩的侵蚀和河流回春(见图3(b))，因此，此界面应为I型层序边界(SB1)。边界3大致位于砂泥岩段上部，以一套粗粒的碎屑岩出现为标志，代表沉积相的突变及向盆地方向的迁移(见图3(c))。边界4大致位于砂泥岩段的顶部和上覆三叠系柯吐尔组深灰色泥岩底部，将此界面定为I型层序边界(SB1)。该界面为受海西运动影响而形成的一套不整合界面。

图1 研究区位置图Fig. 1 Location of studied area: Ⅰ—Kuqu depression;Ⅱ—Yangxia sag; Ⅲ—Wushi uplift; Ⅳ—Yakela fault bulge; Ⅴ—Kalpin uplift; Ⅵ—Awat fault depression; Ⅶ—Shaxi uplift; Ⅷ—Halahatang depression; Ⅸ—Akekule uplift; Ⅹ—Caohu sag; Ⅺ—Kuerle nose salient; Ⅻ—Shuntuoguole low uplift; ⅩⅢ —Manjiaer depression; ⅩⅣ —Kongquehe slope; ⅩⅤ —Tazhong uplift

图2 S75井区卡拉沙依组顶底及内部地震反射特征Fig. 2 Top and bottom and internal seismic reflection characteristics of Kalashayi Formation in S75 well area

2.2 最大海泛面和初始海泛面的识别

最大海泛面是海平面上升到最大时的一个相对平衡面，在陆相盆地中主要为陆源碎屑补给不足时所形成的一套准层序向海推进的、远离陆岸的较深水沉积[7]。S75井区中相对发育较少，主要位于底部碳酸盐岩台地和上部的潮坪相沉积转换处，从沉积物粒度演变来看，最大海泛面处于粒度最细的位置，其下粒度呈向上变细趋势，其上粒度呈向上变粗的趋势；从地层叠置方式看，最大海泛面处于退积式向进积式或加积式叠置方式转变的部位；在测井曲线上，处于自然电位曲线大段的泥岩基线内，自然伽马曲线的峰值部位(见图4)。

初始海泛面是海平面下降到最低点后开始快速回返的一个面，形成于地层基准面或海平面开始回升、沉积物供应速率小于可容纳空间产生速率时。初始海泛面在S75井区中发育，表现为低可容纳空间时的水

图 3 露头和岩心层序界面特征: (a) 岩相反映的海平面变化；(b) 河流回春作用；(c) 粗粒碎屑岩的出现

Fig. 3 Outcrop and cores interface features of sequence boundary: (a) Face reflecting sea level change; (b) River rejuvenation; (c) Emergence of coarse-grained clastic rocks

图4 最大湖泛面识别标志Fig. 4 Identification of maximum flooding surface

下分流河道沉积向潮坪泥岩的过渡，河道沉积之上出现的泥岩、碳质泥岩及孤立的天然堤砂体沉积可作为初始海泛面的识别标志；测井曲线表现为自然电位曲线平直及自然伽马高值(见图5)。

图5 初始海泛面识别标志Fig. 5 Identification of first flooding surface

2.3 准层序、准层序组类型与识别

2.3.1 准层序类型与识别

准层序是成因上有联系的多个岩层或岩层组组成的地层单元，地层规模相当于五或六级沉积旋回。准层序的发育受控于相对海平面、沉积速率及可容空间增加速率的变化，而海平面变化是最本质的因素。S75井区卡拉沙依组处于潮坪－扇三角洲沉积环境[8]，海平面升降变化频繁，因此，其准层序较为发育且易于识别。每个准层序总体上具有向上沉积水体逐渐变浅的特点，但根据粒度的变化特征又可划分为两类：1)向上变粗准层序，主要出现于卡拉沙依组的扇三角洲前缘－潮坪亚相中，向上岩性变粗、厚度增大、砂泥比增加；2)向上变细准层序，主要发育于卡拉沙依组水下分流河道－河道间亚相中，向上岩性变细、厚度变小、砂泥比降低(见图6)。2.3.2 准层序组类型与识别

准层序组是一组具清晰叠加模式的、有成因联系的准层序系列，它以主要海泛面及与之相对应的界面为边界。准层序的叠加模式受控于沉积物补给速率与新增可容空间速率之比。

图6 S75井卡拉沙依组地层综合柱状图Fig. 6 Comprehensive stratigraphic column of S75 well Kalashayi Formation

在塔河油田石炭系卡拉沙依组中，可见3种准层序以不同叠加方式垂向组合而成的准层序组(见图6)：1)加积式准层序组：由一系列相似的准层序垂向叠加，准层序和砂体的厚度垂向上无明显的变化，主要见于上泥岩段，反应水体相对稳定，沉积物供给速率约等于新增可容空间形成速率的条件下；2)进积式准层序组：准层序逐渐向盆地中心迁移，砂体厚度向上增大，测井曲线反应沉积序列为反粒序，主要见于砂泥岩段，形成条件是沉积物供给速率大于新增可容空间形成速率；3)退积式准层序组：准层序逐渐向陆地方向移动，向上砂体变薄，湖盆水体逐渐变深，测井曲线的沉积响应为正粒序，沙泥岩段均可见，反应沉积物沉积速率小于新增可容空间速率。

2.4 沉积体系域的识别、划分与特征

体系域是一系列同期沉积体系的集合，每个体系域被认为与全球海平面变化曲线的某一特定段有关，因此，将海平面升降变化作为划分体系域的重要依据。研究中采用较为直观的沉积体系域三分法，将塔河油田 S75井区卡拉沙依组各层序三分为低位体系域、海侵体系域和高位体系域。

2.4.1 低位体系域(LST)

低位体系域形成于层序发育的早期，岩性主要为含砾细砂岩、砾状砂岩、细砂岩、泥岩、碳质泥岩不等厚互层。顶界为初始海泛面。主要相组合为下切河谷的水下分流河道砂岩复合体，测井曲线呈锯齿状箱形或钟形，垂向上组成一个或几个加积准层序组(见图6)。

2.4.2 海侵体系域(TST)

海侵体系域形成于各层序发育的中期，其底界和顶界分别为初始海泛面和最大海泛面。形成时期为海洋的扩张期，沉积水体变深、面积扩大，新增可容空间大于沉积物供给体积，形成以海岸上超为特征的沉积体系，其岩性主要为粉砂岩与泥岩沉积。由多个向上变细的准层序叠置成退积准层序组(见图6)。

2.4.3 高位体系域(HST)

高位体系域形成于各层序发育的晚期，在SQ2和SQ3层序中厚度较小，基本被剥蚀掉。底界为最大海泛面，顶界为层序边界。其形成于海洋开始收缩、水体变浅、新增可容空间小于沉积物供给体积、沉积速率大于沉降速率时期。岩性主要为细砂岩、泥岩及灰岩，岩相主要为潮间坪亚相，由多个向上变细准层序叠置成进积准层序组(见图6)。

2.5 层序划分及其构成特征

单井层序划分与对比最常用的资料是测井曲线和岩性录井资料。研究中分别选择处于研究区不同位置的7口井进行层序划分，以反映区内层序发育特征。划分时遵循由大到小的原则，即在三级层序划分的基础上以三级层序边界为约束，以沉积相垂向演变为基础划分准层序[9−10]。以 S75井为例说明卡拉沙依组的层序划分(见图6)。由图6可以看出，卡拉沙依组共发育3个三级层序。

层序1(Csq1)包括巴楚组的上部、卡拉沙依组的上泥岩段和砂泥岩段的下部，厚约130 m，由海侵体系域和高位体系域组成。海侵体系域主要是巴楚组碳酸盐岩台地的双峰灰岩构成的一个准层序；高位体系域由2个进积准层序组与1个加积准层序组构成，主要是潮坪相的沙坪和泥坪沉积。其顶部与层序2之间为岩性、岩相及沉积相转换面，属于Ⅰ型层序界面。

层序2(Csq2)包括卡拉沙依组砂泥岩段的大部分，厚约300 m，由低位体系域和海侵体系域构成。低位体系域为富砂沉积，由3个进积式准层序组构成，为陆架型扇三角洲相的三角洲前缘水下分流河道与河道间沉积；海侵体系域由有2个退积准层序组构成，主要是潮间坪相的沙坪和泥坪沉积。

层序3(Csq3)对应于砂泥岩段的上部，厚约60 m，由低位体系域和海侵体系域构成。低位体系域为富砂沉积，由一个向上变细的准层序组成，为三角洲平原的水下分流河道和分流河道间沉积。

2.6 连井层序地层对比分析

在单井层序划分的基础上，进行层序地层的连井对比，建立研究区南北向和东西向高精度的层序地层格架，为储层砂体的追踪和预测提供框架。

连井对比分析的最主要依据是相邻两口井有相似的岩电组合特征，且厚度变化平稳或有一定的变化趋势。以南北方向的Tk670～Tk715井剖面为例，对层序的发育特征进行分析(见图7)。TK670井、TK664井、TK663井、TK636H井、TK747井和TK715井是位于南北方向上自北向南的6口井，基于单井的测井曲线旋回和岩性旋回分析，这些井在卡拉沙依组均划分出3个三级层序，准层序在这6口井中均可进行对比，井间变化不大，对比性强，表明卡拉沙依组沉积时期该区沉积相对比较稳定，但由于受底部上超和顶部剥蚀的影响，SQ3层序的高位体系域和SQ1层序的低位体系域缺失。

3 层序地层格架内的砂体展布规律

3.1 砂体的连通性

随着分层开采技术的推广，在后期的开发注水过程中，往往出现注入水并非沿设计层位驱动，主要原因是设计的注水层位的砂体并非是等时沉积的。为后续开发生产的需要，有必要研究等时地层格架内的砂体连通情况。笔者根据S75井区砂体的发育情况，编制了2条东西向砂体连通剖面图和2条南北向砂体连通剖面图。其中，1条南北向经过TK670～TK715井的砂体连通剖面如图7所示。

连井砂体对比表明，卡拉沙依组砂泥岩段SQ2和

图7 S75井区过TK670～TK715井卡拉沙依组层序地层对比和砂体连通图Fig. 7 Sequence stratigraphic correlation and sandbody connecting through TK670～TK715 of Kalashayi Formation in S75 well area

SQ3层序水下分流河道砂体连通性较好，特别是SQ2三角洲前缘沉积时期，由于沉积物源供给充足及较强的水动力条件，使多期河道砂体相互切割叠加，构成连通性较好的砂体。河道发育处砂体厚度较大，河道侧缘厚度减薄，连通性变差。卡拉沙依组SQ1层序的潮坪相沉积砂体较不发育，砂体的连通性较差，相互分隔成透镜状分布。

3.2 砂体平面展布特征

砂体的储集物性主要取决于储集砂体所处的沉积环境和在层序格架中的位置等[11−13]。卡拉沙依组沉积时物源主要来自北东方向和南西方向，砂体也多呈北东—南西或近南北向条带状、团块状产出，具体表现为南北向砂体对比性较好，而东西向砂体可对比性较差[14−15]。各层序的砂体展布如图8所示。

Csq1层序在 T813K～T806K～TK732、S92～T752、TK711～TK632～TK766 、 TK623～TK622～S75～TK638这一带井区累计砂体较厚，一般为25～42 m，局部可达60 m。砂体多呈南北向或团块状分布。岩性以中细砂岩为主，次为粗砂岩、含砾砂岩、砂质砾岩和细砾岩，分选状况中等至较差；存在双向交错层理、楔形交错层理以及平行层理等，砂砾岩多具正韵律，且垂向上可发育多个冲刷面，主要发育潮间带的潮道砂体。

Csq2层序低位体系域存在几个砂体较发育的区域，分别是西南部的T806K～T616～TK731井区、中部TK644～TK647～TK666 井 区 以 及 东 部 的 TK714～TK450～TK454井区，这些井区累计砂体较厚，一般28～36 m，最厚可达46 m， 砂体大致呈南北向分布且连通性好。岩性以浅灰色中细粒砂岩为主，具多个下细上粗的反韵律，发育低角度板状交错层理、楔形交错层理。砂体发育的地方主要是扇三角洲分流河道沉积。

图8 S75井区Csq1～Csq3层序砂体分布平面图Fig. 8 Sand bodies distribution planes of Csq1−Csq3 sequence in S75 well area: (a) Sequence Csq1; (b) Low stand system tract of sequence Csq2; (c) Transgressive system tract of sequence Csq2; (d) Sequence Csq3

Csq2层序海侵域在也存在几个砂体较发育的区域，如 TK670～TK644、TK622～TK638～TK647、TK711～TK729、TK231～TK846井区，累计砂体厚度一般在30～42m,多呈南北向条带状分布，以薄互层状细砂岩、粉砂岩、泥岩或以大套泥岩为主。水平层理、波状层理与沙纹层理十分发育，含黄铁矿和少量泥砾，存在钙质结核；储层主要为薄层细砂岩，杂基含量高，反映沉积时水体能量较低。砂坪在研究区也有发育，以细砂岩为主，厚度较潮道砂体薄，见双向交错层理。

Csq3层序整体砂体比较发育，在西南部的T806K～TK842～TK824 及中部的 TK642～TK625 一带砂体较厚，近北东—南西向发育，一般为28～36 m，最厚可达45 m，如TK824井区。另外，在TK1018、S75～TK451及TK736这些井区砂体也较发育。岩性以灰色细至中粒砂岩为主，含泥砾，主要是潮间带潮道砂体发育。

综上所述，从石炭系卡拉沙依组3个层序的砂体厚度演化来看，在T806K～TK842井、TK711～TK729井和S75～TK736井一带，砂体长期发育，是研究区砂体发育较集中的区域。

4 结论

1) 运用岩心、露头、测井和地震等资料对层序边界和最大海泛面、初始海泛面进行识别，建立了 S75井区石炭系卡拉沙依组层序地层格架，将其划分为 3个三级层序，识别出低位体系域、海侵体系域和高位体系域。由于受底部上超和顶部剥蚀的影响，SQ3层序的高位体系域和SQ1层序的低位体系域缺失。

2) 卡拉沙依组SQ2和SQ3层序水下分流河道砂体连通性较好，特别是SQ2层序三角洲前缘沉积时期，由于多期河道砂体相互切割叠加，构成连通性较好的砂体。SQ1层序的潮坪相沉积砂体较不发育，砂体的连通性较差。

3) Csq1层序垂向上可发育多个冲刷面，主要是潮间带潮道砂体发育；Csq2层序低位体系域砂体主要是在扇三角洲分流河道发育；Csq2层序海侵体系域砂体主要是潮间带潮道和砂泥混合坪较发育，Csq3层序主要是潮间带潮道砂体发育。从卡拉沙依组3个层序的砂体厚度演化来看，在 T806K～TK842井、TK711～TK729井和S75～TK736井一带，砂体长期发育，是研究区砂体发育较集中的区域。

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