准噶尔盆地红山嘴地区克拉玛依组砂体展布特征及其主控因素分析

高 阳，于兴河，刘文峰，赵延伟，黄丁杰，王 进

(1.中国地质大学(北京) 能源学院，北京 100083； 2.中国石油新疆油田分公司 采油一厂，新疆 克拉玛依 834000)



准噶尔盆地红山嘴地区克拉玛依组砂体展布特征及其主控因素分析

高 阳1，于兴河1，刘文峰2，赵延伟2，黄丁杰1，王 进1

(1.中国地质大学(北京) 能源学院，北京 100083； 2.中国石油新疆油田分公司 采油一厂，新疆 克拉玛依 834000)

综合岩心、测井、粒度等资料，对红山嘴地区克拉玛依组沉积、层序特征进行分析，在此基础上对砂体空间展布特点与主控因素进行详细研究。结果表明：研究区克拉玛依组主要发育辫状河三角洲沉积，可划分为1个超长期基准面旋回，并细分为4个长期旋回；辫状河道、辫状分流河道、辫流坝、水下分流河道及河口坝是其主要成因砂体，不同成因砂体的展布特点与沉积环境及基准面旋回有关；超长期基准面旋回早期以陆上辫状河道沉积为主，随着基准面上升，水下砂体出现的频率增大；长、中期旋回控制着砂体叠加样式转变，切叠式厚层砂砾岩体多发育在旋回的底部或顶部；在短期旋回上升过程中以形成平原地区河道砂体为主，而随着基准面下降，沉积作用则向前缘地区迁移，形成反韵律河口坝砂体。

砂体展布；基准面旋回；辫状河三角洲；克拉玛依组；红山嘴地区

高阳，于兴河，刘文峰，等.准噶尔盆地红山嘴地区克拉玛依组砂体展布特征及其主控因素分析[J].西安石油大学学报(自然科学版)，2016，31(5):11-19.

GAO Yang,YU Xinghe,LIU Wenfeng,et al.Analysis of characteristics and dominating factors of sandbody distribution of Karamay Formation in Hongshanzui area,Junggar Basin[J].Journal of Xi'an Shiyou University (Natural Science Edition),2016,31(5):11-19.

引　言

红山嘴地区是准噶尔盆地西北缘最重要的油气聚集区之一[1-2]，区域构造上位于西北缘红—车断裂带北段，由克—乌断裂带与车排子凸起所夹持，是一个被众多断层切割的复杂大型断块(图1(a))。研究区盆地基底为古生界石炭系，二叠纪—早三叠世处于抬升状态，绝大部分地区缺失下三叠统百口泉组地层；中三叠统克拉玛依组粗碎屑岩直接覆盖在石炭系基底之上，可进一步分为上、下2个亚组(图1(c))；顶部发育上三叠统白碱滩组湖相泥岩，为克拉玛依组的良好盖层[3]。

图1　准噶尔盆地红山嘴地区区域位置、含砂率分布及层序划分柱状图Fig.1　Regional location, sandstone content distribution and sequence division histogram of Hongshanzui area in Junggar Basin

受控于古生代—中生代西北缘的逆冲推覆作用[4-5]，红山嘴地区接受NW向加伊尔山与SW向车排子凸起2处物源供给[6-7]，克拉玛依组主要为盆缘粗碎屑沉积，厚层砂砾岩体分布广泛、成因多样，叠置关系复杂，是研究区主要产油层系。前人已对克拉玛依组沉积相等作过一些基础性地质研究[8-11]，并有效指导了研究区的勘探、开发实践。但随着工作的深入，砂体成因多样、叠加样式复杂等地质问题逐渐暴露出来，亟需深化对砂体空间分布的认识。因此，利用红山嘴地区丰富的岩心、钻井、测井等资料，对克拉玛依组砂体进行成因分析，厘清砂体展布特征并探讨其主控因素。

1　沉积与层序特征

1.1沉积特征

作为红山嘴地区三叠系主力油层，克拉玛依组总体表现为灰色、灰绿色细砾岩，含砾中、粗砂岩、不等粒砂岩，以及红褐色、杂色、深灰色泥岩，局部发育中砾岩。含砂率主要分布在23%～48%之间，平均34.5%，砂体在平面上表现为连片状分布(图1(b))。砂砾岩碎屑成分复杂，分选中等—较差，磨圆度为次棱—次圆，可见植物碎屑，牵引流成因沉积构造发育广泛，同时兼具重力流沉积特征，反映了适宜植物生长的半湿润近源冲积扇-辫状河三角洲沉积特征，发育冲积-辫状河三角洲平原、辫状河三角洲前缘及前三角洲亚相。

辫状河三角洲平原主要为洪泛泥岩背景下的辫状(分流)河道、辫流坝沉积，其中上平原以辫状河道的冲刷充填沉积为主，下平原水动力能量减弱，河道开始分叉并发育辫流坝沉积，典型岩相组合序列为Gm-Gi-St-Sp-Sh-M2(图2(a))。辫状河三角洲前缘以水下分流河道、河口坝与水下分流间湾交互沉积为主，碎屑组分分选变好，粒度较平原明显变细，典型岩相组合序列为Gi-Sm-Sp-Fr(图2(b))。前辫状河三角洲为厚层深灰色、灰绿色泥岩夹薄层粉-细砂岩，岩相较为单一，典型组合序列为M1-Sw-Fm-M1(图2(c))。

1.2层序划分

在基准面旋回划分原则与标准[12-15]指导下，结合岩心、钻井、测井等实际层序特征，克拉玛依组划分为1个超长期旋回，4个长期旋回。每个长期旋回内由数量不等的中期与短期旋回叠加而成(图1(c))。

克拉玛依组沉积时期为228～245 Ma，在时限上对应于Vail提出的二级层序(3～50 Ma)，相当于1个超长期旋回[16]。旋回底界面为三叠系克拉玛依组与石炭系之间的不整合面，界面之下为石炭系火成岩与红褐色风化泥岩，测井上为高自然电位、低电阻特点。界面之上为中三叠统克拉玛依组厚层灰色砂砾岩与红褐色泥岩，克拉玛依组底界具有块状高阻特点(图3)。

长期旋回LSC1、LSC2对应于克拉玛依下亚组，表现为由杂色块状砂砾岩、含砾砂岩向红色、杂色泥岩过渡的2个上升半旋回。辫状河三角洲上平原为其主要成因地层单元，以辫状河道的冲刷充填作用为主导，沉积砂体在基准面上升时期得以保存，缺失下降半旋回，由多个短期上升半旋回叠加形成(图1(c)，图3)。

LSC3、LSC4旋回对应于克拉玛依上亚组，以灰色砂砾岩与灰色、深灰色泥岩互层沉积为主，响应于2期完整的湖侵/湖退旋回。2期旋回底部均为一套厚层块状砂砾岩沉积，与下伏旋回泥岩直接接触，代表着一次大规模的基准面下降过程。洪泛面附近可见高伽马泥岩沉积，为退积/进积转换面。主要发育辫状河三角洲下平原与前缘亚相。该时期旋回发育完整，砂体发育，垂向上砂体叠加样式表现为由退积式向进积式转化的特点(图1(c)，图3)。

图2　克拉玛依组不同相带典型岩相组合特点Fig.2　Typical lithofacies assemblage of Karamay Formation

2　砂体类型与展布特点

2.1成因砂体划分

根据岩心精细观察描述与沉积相研究，结合测井相分析，克拉玛依组主要发育3类5种成因砂体(表1)：(1)三角洲上平原兼具重力流成因的季节性辫状河道砂体；(2)三角洲下平原与牵引流作用有关的辫状分流河道与辫流坝砂体；(3)三角洲前缘水下分流河道与河口坝砂体。

a)辫状河道砂体

岩性以细砾岩、含中砾细砾岩为主，多为杂基支撑，发育块状层理、粒序层理。曲线形态为高幅、微锯齿状箱型，与顶底均为突变接触。粒度概率曲线多为单段式，悬浮总体含量高。反映地形坡度较陡、快速混杂堆积的沉积过程。

b)辫状分流河道砂体

岩性以细砾岩、含砾粗砂岩为主，正粒序，发育交错层理与平行层理。测井曲线上为中—高幅、平滑状中—厚层钟型。粒度概率曲线为两段式，跳跃总体开始增多，反映水动力逐渐减弱的沉积过程。

c)辫流坝砂体

岩性以含砾粗砂岩、中粗砂岩为主，发育板状交错层理与平行层理。曲线形态为中幅平滑状、厚层钟型-箱型。粒度概率曲线为两段式，分选较好，反映水动力条件稳定、物源供给充足的沉积过程。

d)水下分流河道砂体

岩性以中粗砂岩、含砾粗砂岩为主，具有正序列结构。测井曲线上主要表现中幅、平滑状箱型-钟型，与底突变接触，与顶渐变接触。粒度较平原河道变细，反映了沉积过程中水动力逐渐减弱或物源供给减少的沉积特征。

e)河口坝砂体

岩性以中细砂岩、粉砂岩为主，反粒序。曲线以漏斗形为主，也可见纺锤状，中幅，与底渐变接触，与顶突变接触。粒度概率曲线为三段式，悬浮总体含量较低，跳跃总体包含2个次总体。反映三角洲前缘水动力较弱、同时受波浪改造的沉积特点。

表1克拉玛依组砂体基本类型与特征

Tab.1Basic types and characteristics of sandbodies in Karamay Formation

2.2砂体空间展布

对于某一地区来说，其沉积相与砂体在任何时刻均有特定的分布特点，且随着时间推移将产生规律性的演化。因此，首先以单井相与连井相分析为基础，采用理论模式指导对克拉玛依组沉积平面展布与演化进行研究。根据砂体几何形态、规模及垂向序列特征，可将不同成因砂体在空间上的展布特征分为3种形式：叠加式、孤立式及过渡式。其中每个旋回的砂体发育特点不尽相同(图3—图4)，下面以长期旋回为例说明。

2.2.1LSC1旋回沉积时期LSC1旋回属于克拉玛依组的第一期沉积，该时期气候干燥，西北部加依尔山与西南部车排子高地均提供物源供给，研究区为近源山麓冲积扇-辫状河沉积，以灰色砂砾岩沉积为特点。其中冲积扇主要发育在西南车排子高地车69—红75井区与红39—红25井区一带，而向盆地方向则演变为辫状河沉积。在西北与西南方向均发育有3条主河道，呈条带状展布并向东部盆地方向汇聚(图4(a))。

LSC1旋回砂体出现频率较小，含砂率12%～52%，平均31.2%，砂岩厚度2.6～8.4 m，正粒序或均质粒序，顶底均为突变面，其中底面为下切冲刷面，内部发育块状层理，可见不明显交错层理，多为冲积平原或分流间湾背景下的水道沉积。砂体多为过渡式与孤立式接触，垂向上正旋回特征明显，向上砂体分布范围及规模均有所减小，旋回底部可见叠加式砂体，旋回顶部则泥岩发育，为洪泛面响应(图3)。

2.2.2LSC2旋回沉积时期LSC2旋回属于克拉玛依下亚组晚期沉积，该时期仍以辫状河沉积体系为主，此时气候已向半干旱转变，河流体系发育相对稳定，河道发育规模较LSC1旋回有所减小。河流水动力减弱，岩性以灰色含砾砂岩与中-细砂岩为主，河道分布范围小，呈条带状-鞋带状展布(图4(b))。

图3　研究区克拉玛依组北西—南东向沉积相剖面对比Fig.3　Sedimentary facies profile of Karamay Formation from northwest to southeast in Hongshanzui area

图4　红山嘴地区克拉玛依组沉积相平面展布Fig.4　Sedimentary microfacies distribution of Karamay Formation in Hongshanzui area

LSC2旋回砂体发育频率最小，含砂率13%～43%，平均28.1%，砂岩厚度2.2～6.5 m。砂体为孤立式或过渡式叠加，呈透镜状镶嵌于细粒沉积中，平面上可呈鞋带状。向盆地方向开始出现辫状分流河道砂体，垂向上呈退积式，砂体连续性相对LSC1旋回变差(图3)。

2.2.3LSC3旋回沉积时期对克拉玛依上亚组沉积物分析显示研究区在该时期经历了一次较大的环境变迁，此时气候较为湿润，湖水入侵，河流沉积体系向山前退缩，研究区以辫状河三角洲发育为特点。

LSC3旋回为克拉玛依上亚组早期沉积，此时湖水西进规模有限，物源供给充足，研究区仅在克030—金龙15—金龙102—红173井一线为湖相沉积，其余大部分地区以朵叶状三角洲发育为特点。该时期物源供给具有北强南弱的特点，南北2个方向三角洲在红027—红34—红153井一线交汇，且以三角洲平原发育为主(图4(c))。

LSC3旋回砂体最为发育，砂体频率与单层厚度均较大，含砂率23%～65%，平均41.2%，砂岩厚度3.4～13.6 m。砂体成因多样，盆缘发育辫状(分流)河道与辫流坝砂体，盆地内部开始出现水下分流河道与河口坝砂体。砂体相互切割叠加形成厚层复合砂体。上平原辫状河道砂体分布向陆退缩，三角洲前缘砂体有所增加。砂体展布以叠加式与过渡式为主，在空间上可形成“泛连通体”(图3)。

2.2.4 LSC4旋回沉积时期该时期继承了LSC3旋回辫状河三角洲发育的特点，但湖水入侵规模扩大，三角洲展布范围有所收缩，并且具有“北部物源供给减弱，南部有所加强”的趋势，两处三角洲在研究区中部红山4—红61—红019井一线交汇(图4(d))。

LSC4旋回砂体频率有所降低，含砂率15%～53%，平均35.5%，砂岩厚度2.8～11.4 m。沉积环境以三角洲下平原与前缘为主，尤以水下分流河道与河口坝砂体发育，砂体叠加样式多为过渡式，自旋回底部向顶部，砂体由退积式向进积式转变，连续性相对LCS3旋回变差(图3)。

3　主控因素分析

控制砂体形成、类型、分布及结构特征的地质因素很多，诸如基准面变化、沉积环境变迁、物源供给、水动力强弱等[17-18]。下面仅从沉积环境与基准面旋回的角度探讨它们对克拉玛依组砂体分布特征的影响。

3.1沉积环境

沉积环境提供了砂体沉积的物质基础与水动力条件，不同沉积环境下必然形成不同成因类型的砂体，具有不同的沉积序列。

红山嘴地区克拉玛依组以辫状河三角洲沉积为主，在填积作用下发育向上变细的沉积序列是其典型特点，因此，常可见辫状河道与辫状分流河道砂体；而水道之间的坝体以垂向加积沉积作用为主，响应于均质韵律辫流坝沉积。同时该区物源供给充足，多期水道常常相互叠加，如辫状河道的迁移改道在空间上形成辫状河道之间、辫状分流河道与辫流坝之间的相互叠置，在垂向上形成厚层状复合河道砂体。若后一期河道对早期沉积切割侵蚀作用较强，则早期河道顶部细粒沉积不发育，砂体之间表现为切叠式；若冲刷作用不强烈，砂体之间为过渡式接触，两期砂体之间发育有细粒夹层。

在三角洲前缘地区，以进积作用为主，因此，最为常见的是反粒序河口坝沉积；而由于水动力能力减弱，辫状河道的厚度和平面规模都有所减弱，形成水下分流河道砂体。在水退背景下，可见水下分流河道与河口坝的叠置，或者河口坝叠置在席状砂之上；而在水进背景下，河口坝砂体叠置在水下分流河道砂体之上。在物源供给充足且水动力条件比较稳定的情况下，还可以发育水下分流河道或河口坝的多层叠置，但由于前缘环境水动力条件普遍比较弱，水道冲刷作用不强烈，早期沉积序列顶部的细粒物质得以保存，砂体叠加样式多以过渡式为主。

3.2基准面旋回

基准面旋回作为沉积动力学与地层响应过程的直接驱动机制，控制着沉积相类型、相序、沉积物保存状况及砂体的展布，是高分辨率层序地层学研究的核心[19-20]。而不同级别的基准面旋回因其成因不同、发育规模的不同[16,21]，对沉积相垂向序列与砂体展布等的影响也不尽相同(图5)。

3.2.1超长期基准面旋回对沉积环境变迁与沉积相迁移的控制超长期基准面旋回主要受区域构造作用控制，反映一次完整的湖平面升降过程。三叠纪准噶尔盆地西北缘进入坳陷发育阶段，红山嘴地区在石炭系风化基底之上开始接收沉积，并随着冲断作用的减弱湖水向西入侵[4-5,10]，克拉玛依组在垂向上构成一向上水体不断变深的超长期基准面上升半旋回。

图5　基准面旋回与沉积环境、砂体类型响应关系Fig.5　Response relation between base level cycles and sedimentary environment, sandbody type

早期LSC1、LSC2旋回(克拉玛依下组)处于基准面较低位置，A(可容纳空间)/S(沉积物供给量)<1，并且基准面上升缓慢，研究区处于陆上暴露环境，古土壤发育，发育辫状河三角洲平原亚相，主要沉积作用为季节性水道对洪泛泥岩的冲刷充填，砂体成因以辫状河道为主。至LCS2旋回由于基准面的上升可发育少量辫状分流河道砂体(图3，图5(a))。

晚期随着基准面的上升，湖水继续入侵，可容纳空间增大，LSC3旋回碎屑物质卸载堆积作用强烈，并且东部开始进入水下沉积环境，研究区同时发育辫状河三角洲平原与前缘环境。砂体沉积方式多样，发育规模有所增加。至LSC4旋回，研究区则以水下三角洲前缘沉积为主，发育水下分流河道与河口坝砂体，砂体规模与频率相对LSC3旋回均变小(图3，图5(a))。

3.2.2中、长期基准面旋回对沉积体系内砂体叠加样式转变的控制中、长期旋回受湖平面次一级升降变化的控制，同一长期旋回内其沉积体系基本不变。由于侵蚀基准面较低，LCS1、LSC2旋回及其内部的中、短期旋回常缺失下降半旋回，以辫状河三角洲上平原沉积为主。LCS3、LSC4旋回保存相对完整，发育辫状河三角洲下平原与前缘沉积。

在每个中、长期基准面上升半旋回底部，A/S<1，基准面处于地表以下位置，为达到平衡，河道对下伏地层的冲刷侵蚀作用强烈，空间上表现为多期河道砂体叠加，可形成“泛连通体”。随着基准面上升，水道冲刷能力降低，细粒沉积增厚，砂体规模及频率均有所减小。此时A/S由大于1向小于1转化，砂体由加积式向退积式、叠加式向过渡式转变，洪泛面附近仅发育孤立式薄层席状砂体，代表着最大湖侵的响应。在基准面下降半旋回中，砂体规模又有所增加，叠加样式则由过渡式向叠加式转变，垂向上呈进积特点(图5(b))。

3.2.3短期基准面旋回对砂体沉积作用与演变方式的控制短期旋回反映同一亚相段内不同微相的有序组合，属于受天文因素控制的高频层序[16]。在A/S<1的基准面上升半旋回中，沉积作用主要发生在三角洲平原和前缘地区，前三角洲地区则由于A/S值较大而出现欠补偿状态，形成饥饿面甚至无沉积作用间断面。此时平原与前缘多形成粒度较粗的块状砂体与正粒序分流河道砂体，并且向前三角洲地区方向，沉积速率逐渐减弱，砂体厚度减薄(图5(c))。

而基准面一旦下降，平原地区沉积物即遭受冲刷侵蚀，早期上升半旋回中的细粒物质缺失，仅保存中下部粗粒部分，层序顶底均为冲刷面，形成正韵律河道砂体。若基准面变化频繁，则在平原地区即可形成多期河道的叠加，形成切叠式或过渡式复合河道砂体。此时沉积作用主要发生在前缘和前三角洲地区，沉积砂体以河口坝、席状砂及远沙坝等为主，并常见由前三角洲泥-席状砂-河口坝沉积组成的向上水体变浅、粒度变粗的进积层序(图5(c))。

4　结　论

(1)红山嘴地区克拉玛依组主要发育与辫状河三角洲环境有关的辫状河道、辫状分流河道、辫流坝、水下分流河道及河口坝砂体。划分为1个超长期基准面旋回与4个中期旋回，内部由数量不等的中、短期旋回构成。

(2)长期旋回LSC1、LSC2砂体出现频率小，多呈孤立式出现，以冲积平原背景下的辫状河道砂体沉积为主。LSC3、LSC4旋回可容纳空间增大，砂体发育，连续性好且成因多样，兼具陆上与水下环境，砂体叠加样式以过渡式与切叠式为主。

(3)超长期旋回促使砂体沉积环境由三角洲平原向前缘与前三角洲转变；中、长期旋回基准面较低位置是砂体发育有利部位，切割叠置形成厚层复合砂体；正韵律分流河道砂体沉积于短期基准面上升半旋回时期的平原与前缘地区，反韵律沙坝则形成于下降半旋回时期的前缘地区。

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责任编辑：王辉

Analysis of Characteristics and Dominating Factors of Sandbody Distribution of Karamay Formation in Hongshanzui Area,Junggar Basin

GAO Yang1,YU Xinghe1,LIU Wenfeng2,ZHAO Yanwei2,HUANG Dingjie1,WANG Jin1

(1.School of Energy Resources,China University of Geosciences (Beijing),Beijing 100083,China;2.No.1 Oil Production Plant,Xinjiang Oilfield Company of CNPC,Karamay 834000,Xinjiang,China)

The sedimentary and sequence stratigraphic characteristics are analyzed according to core observation,well logging and granularity analysis data,and the spatial pattern and the main controlling factors of sandbody distribution of Karamay Formation in Hongshanzui area are studied.The results show that braided-river delta sedimentary system is well developed in the Karamay Formation of the studied area,and a super-long-term base-level cycle was identified,which can also be subdivided into four long-term cycles.The genetic types of sandbody mainly include braided channel,distributary channel,braided channel bar,underwater distributary channel and mouth bar,the distribution of the different genetic sand-bodies is controlled by sedimentary environment and base-level cycle.In the early stage of the super-long-term cycle,the continental braided channel deposits are mainly developed,while with the rise of the base level,the proportion of underwater sandbody increases.The long and middle cycles control the change of the superposition pattern of sand-bodies,and the thick sand and gravel sandbodies of superposition type are inclined to develop in the bottom and the top of the cycle.And in the rising stage of a short-term base-level cycle,the river sand bodies are formed mainly in the plain area,while with the decline of the base level,the sedimentation migrates to frontal zone and the mouth bar sand-body of reverse rhythm is formed.

sandbody distribution;base-level cycle;braided-river delta;Karamay Formation;Hongshanzui area

2016-04-20

国家自然科学基金项目“砾岩结构-成因分类、沉积成岩机理及其岩石物性响应模型”(编号：41472091)

高阳(1988-)，男，博士研究生，主要从事沉积学、储层表征与建模研究。E-mail:gaoyangdzdx@126.com

10.3969/j.issn.1673-064X.2016.05.002

TE122

1673-064X(2016)05-0011-09

A