准噶尔盆地湖底扇沉积特征及地球物理响应——以克拉玛依油田五八区二叠系下乌尔禾组为例

吴 涛，赵长永，吴采西，苏艳丽，周作铭，张顺存，史基安

(1.中国科学院油气资源研究重点实验室，甘肃兰州730000; 2.中国科学院大学，北京100049;3.中国石油新疆油田公司勘探开发研究院，新疆克拉玛依834000; 4.中国石油新疆油田公司勘探处，新疆克拉玛依834000; 5.中国石油新疆油田公司风城油田作业区，新疆克拉玛依834000)

湖底扇与深湖相泥岩共生，直接与烃源岩接触，易接受油源供给成为油气储层［1］。因此，湖底扇作为油气聚集的有利储集体，是形成岩性油气藏的重要领域。在我国湖底扇最早发现于东部渤海湾盆地，赵澂林等建立了湖底扇相模式并逐渐完善［2-3］。随后，在松辽盆地、海拉尔盆地、二连盆地，以及塔里木盆地陆续发现了大量的湖底扇［4-9］。准噶尔盆地克拉玛依油田五八区首次发现了多个二叠系下乌尔禾组湖底扇，极大地开辟了新疆油田岩性油气藏勘探的新局面。

1 地质背景

研究区位于准噶尔盆地西部隆起中拐凸起的东北翼，西与克拉玛依断裂、北与南白碱滩断裂相邻(图1)。中拐凸起处于克百断裂带和红车断裂带的转换部位，走向大致北西-南北，为石炭纪—二叠纪的宽缓鼻状古隆起。它经历了海西、印支、燕山、喜马拉雅等多期构造运动，其中，晚石炭世初具规模，二叠纪构造运动较为强烈，白垩纪最终定型，形成了南翼陡、北翼缓的不对称凸起。

该区地层较全，自下而上发育有二叠系佳木河组、风城组、夏子街组、下乌尔禾组、上乌尔禾组，三叠系，侏罗系和白垩系。向东倾斜的单斜型古隆起围斜部位形成了多套不整合面，二叠系各组地层依次超覆沉积在石炭系之上，并向玛湖凹陷逐渐过渡。凸起披覆的沉积盖层顶部较薄或遭受剥蚀，翼部地层较厚［10］。

图1 研究区构造位置Fig.1 Location of the study area

研究区处于中拐凸起北翼与玛湖凹陷西斜坡的构造转换带，二叠系下乌尔禾组湖底扇具备重力流成因机制。由于受挤压抬升，乌尔禾组沉积时为一大型平缓的单斜构造，地层倾角3°～5°［10］，具备形成重力流、进行滑塌搬运的坡度背景。湖底扇来源于中拐凸起扇三角洲前缘相带的水下分流河道砂体，物源充足，整体滑塌搬运并沉积于深水环境。局部层段发育浊流沉积，具鲍玛序列特征。

2 湖底扇沉积特征

湖底扇指湖盆中以沉积物重力流搬运方式堆积在深水区的粗碎屑扇形体［11］。因此，深水环境和沉积物重力流为主的搬运方式是最基本、最简单的识别标志［12-13］。在分析地质资料和众多前人研究成果的基础上［14-16］，通过对研究区20 余口钻井岩心、录井和测井资料的描述和对比，认为该区二叠系下乌尔禾组沉积时具有水体较深、快速堆积、快速埋藏、源近流短、相带分布狭窄的沉积背景。

2.1 沉积相特征

二叠系下乌尔禾组是一套冲积扇-扇三角洲沉积，可以进一步划分为扇三角洲平原、前缘及前扇三角洲亚相。其中，扇三角洲平原亚相中辫状河道微相发育，主要由砾岩、砂砾岩组成、少数为含砾砂岩，沉积厚度占平原亚相的近80%。扇三角洲前缘主要发育碎屑流沉积、水下分流河道、支流间湾、河口砂坝和远砂坝等沉积微相。前扇三角洲由深灰色、灰黑色泥岩及粉砂质泥岩组成，富含植物茎干与植物叶片化石。研究区西缘构造带的冲断作用使该区具有充足的物源供应，而且扇三角洲前缘斜坡为形成浊流提供了有利场所(图2)。半深湖-深湖区的底形坡度提供了浊积岩的运移动力，加之自身沿斜坡的重力为沉积物滑塌提供了动力，导致扇三角洲前缘砂体再次搬运形成湖底扇［17-20］。

图2 五八区下乌尔禾组沉积相平面图Fig.2 Sedimentary facies distribution of the Lower Urho Formation in the Wuba block

图3 五八地区下乌尔禾组地层综合柱状图与鲍玛层序特征Fig.3 Columnar section and characteristics of Bouma sequences in the Lower Urho Formation in the Wuba block

钻井岩心可见湖底扇砂岩体较为典型的浊积岩特征，具有不同段数的鲍马序列。克80 井二叠系下乌尔禾组4 154.80～4 159.95 m 取心井段见到了较为完整的鲍马序列(图3)。鲍马序列段共发育4 期浊流沉积，厚度5.15 m。由于多期浊流沉积物的相互叠加，构成了不完整的鲍马序列，但A，B，C，D 段在不同期次的浊流沉积中均有所反映。其中第二期浊流沉积的鲍马序列较完整，发育A，B，C，D 四段，沉积结构及构造具有明显特征。A 段(底部粒序层)，粒径一般为2～5 mm，半棱角状，分选中等～好，岩性单一，局部含砂质，下部粒度略粗，与下段岩性呈渐变接触。B 段(下平行纹层)，与A 段呈渐变接触关系，粒径一般为0.10～0.25 mm，半棱角-半圆状，分选好，岩性单一，下部粒度略粗，底见1 cm 厚浅灰绿色泥质条带，隐见斜层理，倾角15°。C 段(波纹层)，与B 段呈渐变接触关系，粒径一般为0.01～0.25 mm，半棱角状，分选差，泥质分布不均，多富集呈条带状，自上而下泥质减少，见多条微细斜裂缝和直裂缝。D 段(上平行纹层)，与C 段呈渐变接触关系，砂质分布不均，自上而下逐渐增多，粒径一般为0.01～0.25 mm，半棱角状。

2.2 岩石学特征

图4 五八地区下乌尔禾组岩石类型与孔隙结构特征Fig.4 Rock types and characteristics of pore structure in the Lower Urho Formation in the Wuba block

岩心观察及岩石薄片鉴定表明，岩性以岩屑砂岩、砂质砾岩主(图4)，其次为砾岩。其中，岩屑砂岩中石英含量占2.8%，长石含量占9.5%，岩屑占76.4%，填隙物占11.2%。胶结类型主要为接触—孔隙式，致密，胶结物以浊沸石和硅质为主(图4)。碎屑颗粒磨圆度为次棱角状，分选中等-差，粒度中值0.15～1.20 mm，平均0.66 mm，标准偏差平均为2.0。岩石成分成熟度和结构成熟度总体较低。

岩屑中火成岩占69.3%，变质岩占14.9%，反映了母岩构成为火成岩的特征。另外，反映酸性岩浆岩母岩重矿物组合的锆石、榍石含量为21.3%，反映基性岩浆岩母岩的钛铁矿含量为16.8%，而反映变质岩母岩的石榴石矿物含量仅为2.2%，也指示物源母岩以岩浆岩为主［21］。

2.3 测井曲线形态

除了钻井岩心具有明显的岩性、结构、构造等特征，湖底扇砂体测井曲线特征也很明显。自然电位(SP)和视电阻(R025)曲线较为平直，局部呈微凸起，反映了湖底扇砂岩体泥质含量较高、孔渗物性较差的特征(图3)。而自然伽玛(GR)曲线呈低幅细锯齿状和低幅箱型，反映一定规模的湖底扇主水道，以正粒序为主，具有向深湖相过渡的特征。其中，自然电位和自然伽玛曲线特征明显区别于扇三角洲前缘砂体幅度明显增大的漏斗型［22］。

2.4 结构特征

湖底扇浊积岩体的粒度概率曲线和C-M 图均反映了典型的高密度重力流特征。浊积岩分选中等，磨圆度为次棱角状，粒径差别较大，粒度区间跨度大(Φ 值为-4～6)，粒度概率曲线以两段式为主(图5a)。缺少滚动组分，跳跃总体较发育，悬浮总体占绝对优势，表现为浊流沉积的典型特征［21，23-24］。C-M 图中，C 为400.53～18 379.17 μm，平均为7 845.90 μm;M 为90.87～4 287.09 μm，平均为2 117.90 μm，为平行C=M 基线的直线段(图5b)，表现为浊积流沉积特征［21］。其萨胡函数判别值为5.856 ＜Y ＜9.794，平均值为7.743，小于临界值9.843 3，判别为浊流沉积环境。

图5 五八地区下乌尔禾组浊积岩粒度概率曲线a)与C-M 图b)Fig.5 Grain size probability curves(a)and C-M diagram(b)of the turbidites in the Lower Urho Formation in the Wuba block

3 湖底扇地球物理响应

3.1 地震正演模拟

正演模拟是用物理模型和数学模型代替地下真实介质，用物理试验和数学计算模拟地震记录的形成过程［25-27］。本次研究利用正演模拟结果获得的地震响应，验证湖底扇砂体的地震识别标志及地震资料对湖底扇砂体的分辨能力。图6 是过克80 井东、克81 井东和检乌26 井东二叠系下乌尔禾组湖底扇叠置砂体的正演模型。从主测线(A—A'方向)地质剖面上看，共有4 个砂体尖灭点。从叠置砂体正演结果看，单砂体尖灭点的位置出现相位反转，相同的地震剖面的相同位置也出现了同样的极性反转响应。

3.2 地震反射特征

检乌26 井东、克81 井区东和克80 井东二叠系下乌尔禾组沉积砂岩体具有湖底扇席状砂地震反射特征:①顶、底均为强振幅反射，频率较低，连续性较差;②平行物源方向，湖底扇砂岩体由多个小的短轴状丘状体复合构成，纵向上呈楔状杂乱反射，具有明显的前积现象，前积层位相对于下伏地层呈小角度斜交反射(图7a);③垂直物源方向，湖底扇砂岩体呈透镜状或波状、眼球状反射特征(图7b)，这些湖底扇与现今加洲海底扇、北海海底扇的地震反射非常相似［28］。上述地震反射结构不仅具有典型的湖底扇地球物理响应特征，而且与Berg 等人提出的三角洲-湖底扇沉积模式相符，明显不同于扇三角洲的“S”型前积反射特征［21，29］。

图6 五八地区下乌尔禾组湖底扇砂体正演模拟Fig.6 Forward modeling of sandstones of sublacustrine fan in the Lower Urho Formation in the Wuba block

图7 五八地区湖底扇地震-地质解释剖面(波形变面积)Fig.7 Seismic-geological interpretation section of sublacustrine fan in the Wuba block

3.3 地震多属性特征

三维地震多属性从地震数据中提取大量的隐含信息，能够在很大程度上帮助解释人员正确分析、认识地质现象，尤其是对储层特征的认识［30-32］。研究区二叠系下乌尔禾组地震资料品质较好、信噪比高、波阻特征清晰，而且断裂系统不发育，可利用地震属性解释湖底扇砂体的展布［33］。

3.3.1 平均瞬时相位

应用平均瞬时相位、绝对值振幅、主振幅、瞬时频率、有效带宽及波形分类等多种地震属性，提取了克81 井区东二叠系下乌尔禾组砂体多属性平面图，这类属性对冲积扇、三角洲，以及湖底扇砂体比较敏感。其中，平均瞬时相位属性效果较好(图8a)。

3.3.2 相位调谐体频率切片

谱分解技术可以分析复杂岩性内薄层的空间变换，识别复杂储层的横向展布，具有精细检测储层横向变化的能力［34-37］。一般低频段反映厚层砂体，高频段反映薄层砂体，但任何单一的频率都不能全面反映砂体的全貌［38-39］。本次利用相位调谐体切片对下乌尔禾组湖底扇主砂体进行了研究，在频率范围10～70 Hz 的切片中，频率为33 Hz 的相位调谐体频率切片对湖底扇的展布形态反映效果最好，并与钻井资料吻合较好，证明频谱分解对于薄层的刻画能力最强(图8b)。

图8 五八地区下乌尔禾组湖底扇地震响应特征及分布Fig.8 Characteristics and distribution of geophysical response of sublacustrine fan in the Lower Urho Formation in the Wuba block

3.3.3 层拉平切片

沿层切片是目前常用的地震属性分析手段之一［40-43］。将目的层段拉平后再沿目的层作水平切片的方法可以获得具有等时性的切片。二叠系下乌尔禾组拉平后，沿层切片刻画出的湖底扇砂体形态效果较好(图8c)。

一般地，振幅的强弱与砂层厚薄有关，频率的高低与砂岩的发育程度有关。上述三维地震多属性、谱分解和层拉平切片技术所展示的湖底扇展布特征与在地震剖面中刻画的湖底扇形态基本一致，从振幅强弱、低频成分以及极性反转等方面均体现了湖底扇砂岩体的典型特征。

4 湖底扇油气勘探意义

研究区位于玛湖凹陷西南方向，是油气运移的有利指向区，二叠系下乌尔禾组为主要烃源岩层系之一［44-45］。湖底扇沉积砂岩体平面上成群展布，在空间上呈透镜状展布，波阻抗反演剖面表明砂泥岩空间配置关系良好。识别出检乌26井东、克81 井东和克80 井东二叠系下乌尔禾组湖底扇，面积分别为21.5，26.7 和59.8 km2，共计108 km2。克80 井二叠系下乌尔禾组取心6筒，获油浸级岩心2. 87 m，油斑级岩心6. 73 m，油迹级岩心0. 7 m，荧光级岩心0. 45 m，展示了湖底扇砂岩体作为油气富集带的良好勘探前景。

5 结论

1)二叠系下乌尔禾组湖底扇由中拐凸起扇三角洲前缘相带提供充足物源，表现为整体滑塌搬运特征。岩性、测井曲线形态以及结构特征均明显区别于扇三角洲前缘砂体，反映了明显的高密度重力流特征，具有典型的浊流沉积特征，鲍马序列、粒度概率曲线和C-M 图为主要识别标志。

2)根据地震正演模拟得到的敏感地震响应，证实下乌尔禾组沉积砂岩体相互叠置，具有湖底扇席状砂地震反射特征，较扇三角洲的“S”型前积反射明显不同。湖底扇砂体横向上为由多个小的丘状体复合构成的大型丘状杂乱反射;纵向上呈楔状杂乱反射，局部见前积结构。三维地震多属性、相位调谐体频率切片，以及沿层切片均验证地震剖面上湖底扇形态刻画的正确性。

3)克拉玛依油田五八区下乌尔禾组湖底扇主要发育在检乌26 井区、克81 井区和克80 井区，平面上呈南北向成群展布，分布面积达108 km2。湖底扇发育区烃源岩发育，储盖组合优良，圈闭条件良好，具备有利的岩性油气藏成藏条件，勘探潜力巨大，是重要的岩性勘探目标区。

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