准噶尔盆地车排子凸起白垩系层序—古地貌耦合控砂机制与砂体预测

张曰静，张奎华，隋风贵，陈 林，任新成，徐佑德

( 1.中国石化胜利油田分公司 勘探开发研究院，山东 东营 257061； 2.中国石化胜利油田分公司，山东 东营 257061 )

0 引言

沉积盆地砂体的发育类型与展布规律受多种因素控制，砂体成因与分布是碎屑岩油气藏勘探的关键环节[1]。关于陆相湖盆控砂机制的研究是近几十年来石油地质学研究的热点问题之一[2-6]。李思田等[7]认为，构造因素、古气候、物源补给条件、湖盆类型、古地貌和基准面变化等决定盆地砂体的分布；潘元林等[8]认为，陆相湖盆沉积充填的基本控制因素主要包括构造、古气候、古地理、基准面变化、古地貌及物源补给等方面；冯有良[9]认为，盆缘沟谷是流域水系和碎屑物入湖的位置，控制砂岩、砾岩扇体发育的位置。目前，对于陆相盆地控砂机制的研究主要体现在古地貌控砂和层序控砂两个方面[10-20]，其中古地貌控砂又可概括为沟谷控砂和坡折控砂。勘探实践发现，层序界面附近未必有砂体的富集，在沟谷发育的坡折带也不一定都有扇体的分布。可见，单一控砂因素难以满足实际勘探的需要，应将多种控砂因素结合起来，通过它们之间的耦合关系寻找沉积体系发育的最佳配置条件，准确预测砂体的空间展布[3,21]。

车排子地区是准噶尔盆地重要的油气富集区之一[22]，在新近系沙湾组和石炭系累计上报2亿吨级石油地质储量。位于两套重要含油层系之间的白垩系虽然钻遇丰富油气显示[23-24]，但未发现油气储量。白垩系主要发育扇三角洲—滨浅湖滩坝沉积体系[23]，由于该时期物源供给不充足，砂体主要为薄层滩砂(砂体厚度<3 m)，横向连续性差，单个砂体分布规模较小，较少钻遇厚度较大的扇三角洲前缘砂体及坝砂(砂体厚度>4 m)，因此，准确预测厚层砂体空间展布成为车排子凸起白垩系勘探的重点与难点。根据钻井、测井、录井及三维地震资料，结合测井曲线旋回性分析对比，建立以体系域为单位的精细层序地层格架，恢复沉积期古地貌；分析层序、古地貌对砂体发育的控制作用，建立白垩系层序—古地貌耦合控砂机制，明确厚砂体的分布规律，为研究区白垩系厚砂体的准确预测提供指导。

1 地质概况

车排子凸起位于准噶尔盆地西缘，位于新疆维吾尔自治区塔城地区、克拉玛依市和博尔塔拉蒙古自治州[25]，构造上隶属于准噶尔盆地西部隆起的次级构造单元。东面以红车断裂带为界与昌吉凹陷和中拐凸起相接，南面以艾卡断裂为界与四棵树凹陷相邻[24-26]，平面呈倒三角形，面积约为1×104km2(见图1)。车排子凸起形成于海西运动晚期[23]，基底为石炭系火成岩，经历印支—燕山运动强烈隆升后，缺失二叠系—三叠系。自海西运动晚期隆升定型以来，长期保持正向的构造形态，具有有利的油气聚集背景[26]。研究区自下而上依次发育石炭系(C)、侏罗系(J)、白垩系(K)、古近系(E)、新近系(N)及第四系(Q)等地层。其中，白垩系主要发育下白垩统(K1)，自下而上依次发育清水河组(K1q)、呼图壁组(K1h)、胜金口组(K1s)和连木沁组(K1l)。车排子凸起白垩系整体具有底超顶削的地层结构特征，底部的K1q提前超覆尖灭于研究区东部。

图1 研究区区域构造位置Fig.1 Regional structural location map of the study area

2 层序地层格架

2.1 层序划分方案

车排子地区白垩系钻井较多，为层序划分对比提供丰富资料。受复杂地质作用及多种不同级别旋回性外力的影响，测井曲线分层标志有时不清楚，导致利用常规测井曲线开展地层精细划分对比存在较强的不确定性[27-29]。为提高层序划分的准确性及精度，在综合分析地震、钻井、测井、录井等资料的基础上，引入INPEFA技术对三级层序及体系域界面开展精细识别与对比。INPEFA技术利用最大熵谱分析方法对常规测井资料(GR、SP等)进行特殊的数学处理，将原始测井曲线中隐藏的地层发育趋势及沉积旋回等信息提取出来。处理的INPEFA 曲线可以较好地反映水进水退的旋回性变化[30-33]，为层序界面的识别和层序划分对比提供重要指导。

根据研究区地震、岩性、电性及INPEFA 曲线等资料，将车排子地区白垩系划分为1个二级层序、4个三级层序；根据三级层序内部可见的岩性组合变化及垂向上的韵律性特征，又进一步划分为9个体系域(见图2)。

图2 车排子凸起东翼白垩系层序划分综合柱状图Fig.2 Comprehensive histogram of Cretaceous sequence division on the east wing of Chepaizi Uplift

三级层序SQ1对应白垩系呼图壁组一段和二段(K1h1和K1h2)。SB1界面在测井曲线上表现为岩石电阻率、声波时差及密度明显变低，INPEFA(SP)曲线出现明显变低的拐点，地震剖面上表现为强振幅、连续性好的反射特征。该层序可进一步划分为低位体系域(LST)、湖侵体系域(TST)和高位体系域(HST)。其中，LST对应呼图壁组一段(K1h1)，分布范围相对局限，主要发育于研究区东部排1井区；底部为一套灰黄色、浅灰色的砂砾岩、含砾中砂岩及细砂岩沉积，向上逐渐过渡为灰绿色泥岩夹浅灰色粉砂岩、泥质粉砂岩及粉砂质泥岩沉积；INPEFA曲线呈先降后升的旋回特征。TST对应呼图壁组二段下亚段(K1h21)，该时期湖平面逐渐上升，湖岸线向西迁移，垂向上泥岩厚度加大，发育砂泥比降低的退积式准层序组；测井曲线表现为GR升高、SP多呈平直、INPEFA曲线呈明显正旋回特征。HST对应呼图壁组二段上亚段(K1h22)，该时期为湖平面振荡期，砂体发育，砂地比升高，岩性为灰色、灰绿色泥岩夹薄层粉砂岩、泥质粉砂岩或砂泥岩互层；GR和SP曲线呈多指状、尖峰状响应特征，INPEFA曲线表现为锯齿状升降频繁变化，且具有逐渐降低的现象，反映湖平面振荡后下降的特征。

三级层序SQ2对应呼图壁组三段(K1h3)，岩性主要为灰绿色泥岩、粉砂质泥岩、灰色泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩互层，自下而上砂地比逐渐升高，砂岩厚度增加。测井曲线表现为砂岩GR、SP呈锯齿状，顶部可见指状、箱状砂体响应特征；INPEFA曲线整体呈先升后降的旋回特征，反映该沉积阶段湖平面先升后降的演化过程。该层序可进一步划分为TST和HST。其中，TST对应呼图壁组三段下亚段(K1h31)，该时期湖平面短期上升，岩性为灰绿色厚层泥岩、粉砂质泥岩夹薄层泥质粉砂岩、粉砂岩，砂地比较低；测井曲线表现为低幅锯齿状，INPEFA曲线具有明显正旋回特征。HST对应呼图壁组三段上亚段(K1h32)，自下而上砂体逐渐发育，砂地比逐渐升高，下部岩性为灰色、灰绿色泥岩、粉砂质泥岩，上部岩性为灰色粉砂岩、泥质粉砂岩夹薄层泥岩；GR与SP曲线呈箱型及指状响应，INPEFA曲线呈锯齿状先升后降的旋回特征，反映湖平面缓慢上升后迅速下降的过程。

三级层序SQ3对应胜金口组(K1s)，岩性主要以细粒沉积为主，发育厚层灰色、灰绿色泥岩、粉砂质泥岩夹薄层灰色泥质粉砂岩。该层序可进一步划分为TST和HST。其中，TST对应胜金口组一段(K1s1)，特征与SQ2-TST的相似，泥岩、粉砂质泥岩颜色主要以灰色为主，反映湖平面持续上升。HST对应胜金口组二段(K1s2)，该时期湖平面振荡，发育砂泥岩薄互层，沉积粒度细，以灰色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩为主；INPEFA曲线清晰呈湖平面两升一降的变化特征的(见图2)。

三级层序SQ4对应连木沁组(K1l)，下部岩性与SQ3的基本相同，顶部粒度稍粗，可见多套粉砂岩、泥质粉砂岩与泥岩互层。该层序体系域划分同SQ3，INPEFA曲线呈先升后降的特征，反映湖平面短期上升后缓慢下降的过程。

2.2 精细层序地层格架

在研究区多口单井层序划分的基础上，结合连井地震标定(见图3)，建立研究区白垩系高精度层序地层格架，实现地层横向精细对比，为厚层砂体的分布预测奠定基础。由图3可知，研究区白垩系整体具有底超顶削的地层发育特征。SQ1发育LST、TST和HST，主要分布于研究区排638井区以东；SQ2-SQ4主要发育TST和HST，其中，SQ2、SQ3逐渐向西超覆，SQ3、SQ4被N1s削蚀(见图3-4)，整体上，受底超和顶削的影响，SQ1和SQ4分布范围相对较小，仅在研究区东部分布，而SQ2和SQ3分布范围相对较广，基本呈全区分布的特征。

图3 排609-5—排634—排609-4—排638—排60—排1—排67—排672井近东西向连井地震层序划分对比解释剖面Fig.3 EW-trending seismic sequence division and correlation section of P609-5-P634-P609-4-P638-P60-P1-P67-P672 wells

3 控砂机制

车排子凸起东翼白垩系砂体发育主要受层序和古地貌耦合控制。其中，层序控制砂体的垂向发育层段，古地貌控制砂体的平面展布位置。

3.1 层序

研究区52口探井的砂地比统计表明，砂体主要发育于各三级层序的LST和HST。由过排609-5—排634—排609-4—排638—排60—排1—排67—排672井近东西向的连井对比剖面(见图4)可知，SQ1-LST、SQ1-HST、SQ2-HST及SQ3-HST是砂体相对集中发育的主要层段，平均砂地比为22.81%～26.55%，扇体和坝主体主要发育于三级层序。各三级层序TST砂地比相对较低，平均为4.59%～12.15%，基本不发育扇三角洲砂体，也较少发育厚层的坝主体。

白垩系具有物源供给不足的特征[12,21]，层序控砂机制主要表现为：各三级层序的LST、HST时期，由于湖平面相对较稳定，扇三角洲垂向加积的概率增加并形成多期叠加，有利于扇三角洲规模的累积增大；同时，由于扇三角洲前缘厚度相对较大，被波浪改造作用影响后，LST、HST的厚层坝体也相对较发育，地层砂地比相对较高，砂体主要富集于LST、HST。TST时期，一方面物源供给不充足，另一方面湖平面持续上升，导致扇三角洲难以持续垂向加积而呈退积的特征；同时，受波浪改造作用影响，导致沉积的小规模扇体被破坏而形成大范围分布的薄层滩砂。白垩系在研究区呈底超顶削的地层结构特征，扇三角洲砂体主要发育于SQ1-LST、SQ1-HST及SQ2-HST，而SQ3-HST和SQ4-HST在坡折带附近发育的扇三角洲砂体被剥蚀，未能保存下来，仅发育滩坝砂体。

3.2 古地貌

白垩系油藏主要分布于底部，在层序上主要分布于SQ1-LST(K1h1)、SQ1-HST(K1h2)、SQ2-HST(K1h3)。为研究主要含油段古地貌对砂体分布的控制作用，恢复K1h沉积期的古地貌(见图5)。白垩系沉积期自西向东发育3个古地貌坡折，不同坡折带发育多个沟谷，沟谷既控制碎屑物质输送的路径，也为扇三角洲砂体提供沉积空间。3个古地貌坡折自东向西分别控制K1h1、K1h2和K1h3三期扇三角洲的发育。

图5 呼图壁组(K1h)沉积期古地貌Fig.5 Palaeogeomorphology during K1h sedimentary period

由近南北向横切物源方向的地震及连井沉积相剖面(见图6-7)可知，研究区仅发育K1h3沉积期的HST及K1s沉积期的TST。其中，扇三角洲砂体主要分布于K1h3沉积期HST的古地貌沟谷，且扇三角洲呈多个点物源的特征，各点物源的同期扇体相互间基本不交汇，平面呈孤立分布，反映物源供给不足、扇体规模较小的发育特征。在地震剖面上，由于扇体处于盆缘超剥带，主要以空白反射为主(见图7)。

图6 过排629—车浅1—车浅1-1—排609-6—排609-9—排609-5井近南北向连井沉积相剖面Fig.6 SN-trending sedimentary facies correlation map of P629-Cq1-Cq1-1-P609-6-P609-9-P609-5 wells

图7 过排629—车浅1—车浅1-1—排609-6—排609-9—排609-5井近南北向连井地震解释剖面Fig.7 SN-trending seismic interpretation correlation map of P629-Cq1-Cq1-1-P609-6-P609-9-P609-5 wells

古地貌控砂机制主要表现为：由于白垩系物源供给不足，平面上扇三角洲砂体主要分布于古地貌沟谷，垂向上各期扇三角洲砂体向西逐层退积超覆于坡折处；扇三角洲砂体的平面展布受古地貌沟谷控制，具有延伸距离短、平面分布局限的特征；滩坝砂体主要分布于宽缓的平台区，为扇三角洲前缘受波浪改造作用影响后摊平，在平台区形成大片分布的薄层滩砂，仅在局部的水下低隆区富集，形成相对较厚的坝砂(见图4、图8)。因此，古地貌控砂机制可以概括为沟谷、坡折控扇，低隆控坝的特征。

研究区古地貌沟谷和坡折控制扇三角洲的发育，平台区发育多期滩坝，水下低隆区形成厚层坝体；HST、LST时期，物源供应相对较足，砂体较发育，TST时期，物源供应不足，砂体整体不发育。根据白垩系控砂机制和地层结构特征，扇三角洲砂体主要发育于SQ1-LST、SQ1-HST及SQ2-HST坡折带，厚层坝体主要发育于LST、TST时期的水下低隆区，且坝体平行于湖岸线展布。

4 砂体分布预测

在高分辨率层序地层格架的控制下，根据砂体发育及主力含油层段，优选白垩系底部的呼图壁组(K1h)地层进行描述。对扇三角洲前缘水下分流河道和滨浅湖滩坝2类成因砂体，分别采用地球物理预测方法进行预测，有效落实砂体展布，指导部署排643、排646、排斜73井。

4.1 扇三角洲前缘水下分流河道

扇三角洲前缘水下分流河道砂体岩性以含砾砂岩、粉细砂岩为主，厚度为3.0～20.0 m，平均厚度为4.0～7.0 m；孔隙度为15.6%～40.2%，平均为28.2%；渗透率为(32.2～253.0)×10-3μm2，平均为163.0×10-3μm2，储集物性较好。

扇三角洲前缘水下分流河道砂体主要分布于超剥带，受不整合面影响，地震属性常呈空白反射特征，利用常规地震资料难以刻画。对扇体相对发育的SQ1-LST、SQ1-HST及SQ2-HST坡折带发育区，以钻井为约束，优选对扇体较敏感的地震属性，通过多属性融合综合厘定扇体轮廓；利用研究区多井优势和波形指示反演技术，引入岩性敏感测井曲线，开展测井曲线的重构及地球物理反演，综合刻画扇体的分布。指导部署排643、排646井(见图8(c))，在白垩系钻遇厚层扇三角洲前缘砂体，其中对排646井进行试油并获得高产，上报千万吨级预测石油地质储量。

4.2 滨浅湖滩坝

滨浅湖滩坝砂体可进一步细分为坝主体、坝侧缘和滩砂3种微相。其中，坝主体岩性主要为粉细砂岩，砂体厚度为4.0～9.2 m，平均为7.8 m，平均泥质质量分数为13.0%，平均孔隙度为32.1%，平均渗透率为657.0×10-3μm2；坝侧缘岩性以粉砂岩、泥质粉砂岩为主，砂体厚度为2.0～3.7 m，平均为2.8 m，平均泥质质量分数为20.8%，平均孔隙度为26.3%，平均渗透率为257.0×10-3μm2；滩砂主要以泥质粉砂岩为主，砂体厚度为1.0～2.5 m，平均为1.7 m，平均泥质质量分数为35.9%，平均孔隙度为20.8%，平均渗透率为116.0×10-3μm2。

坝主体具有厚度较大、物性较好、泥质质量分数较低的特点，是滨浅湖滩坝砂体中储层质量最好的类型。对LST、TST水下低隆区周缘开展预测，根据井—震资料精细标定，坝主体岩性组合以“泥包砂”为主，地震属性呈强振幅反射特征，砂体厚度与振幅属性呈正相关关系。在精细层序格架控制下，通过高精度等时地层切片分析明确各期坝主体的分布特征，精细刻画坝体平面分布，圈定坝主体边界，结合振幅—砂厚拟合关系，明确坝主体厚度分布。指导部署排斜73井(见图8(c))，在K1h3高位体系域钻遇厚层含油坝体，试油获得工业油流。

图8 呼图壁组(K1h)沉积体系展布Fig.8 Sedimentary distribution map of K1h

5 结论

(1)准噶尔盆地车排子凸起白垩系可划分为SQ1、SQ2、SQ3和SQ4 4个三级层序，以及LST、TST和HST 9个体系域，建立以体系域为单元的层序地层格架。

(2)研究区层序控制砂体的垂向分布，表现为HST、LST时期物源供给相对充足，地层砂地比相对较高，砂体较发育；TST时期物源供给相对不足，地层砂地比较低，砂体整体不发育。白垩系砂体主要发育于SQ1-LST(K1h1)、SQ1-HST(K1h2)、SQ2-HST(K1h3)、SQ3-HST(K1s2)、SQ4-HST(K1l2)。

(3)研究区古地貌控制砂体的平面分布，表现为沟谷、坡折控扇，低隆控坝的特征，即沟谷和坡折带控制扇三角洲砂体的分布，滩坝砂体主要分布于宽广的平台区，平台区的水下低隆区控制坝主体的发育，且坝砂的形态分布具有基本与湖岸线平行的特征。

(4)在古地貌—层序耦合控砂机制指导下，部署排643、排646、排斜73井并取得较好钻探效果。