乌什凹陷神木园地区白垩系舒善河组层序地层及沉积特征

彭 坤， 周成刚， 石鋆秾， 刘 军， 朱梓强， 王祖君， 朱江坤， 张永寿

(中国石油 东方地球物理公司研究院， 新疆 库尔勒 841000)

层序地层学经过几十年的不断补充完善，目前广泛地应用于油气勘探工作中，尤其在陆相盆地复杂岩性油气藏研究中已成为预测油气层岩性储层的必需手段和方法。白垩系是塔里木盆地陆相勘探的重要层系之一。近些年，库车坳陷、沙雅隆起在白垩系陆续获得突破，表明了白垩系具有良好的油气勘探潜力。乌什凹陷位于库车坳陷西段，西起阿合奇，东邻秋里塔格构造带，北靠南天山造山带，南与温宿凸起以古木别孜断裂相接，是一个近北东向展布、发育于古生界基底之上的长条状中-新生代沉积凹陷。古近纪沉积以来，受乌什低梁带分割，发育东、西两大次凹。东、西次凹地层发育差异较大，西部缺失中生界地层，新生界地层直接披覆沉积于古生界地层之上；东部残留中生界地层，与库车前陆盆地同属一个油气系统(图1)。目前针对该地区的层序与沉积相研究成果众说纷纭，对层序格架内沉积相的研究仍甚微[1-9]，因此，有必要进行其沉积特征的精细研究。本研究针对塔里木盆地乌什凹陷神木园地区的白垩系舒善河组地层，通过对测井、录井、地震资料分析，开展层序地层划分与对比，划分沉积相并分析沉积充填过程，结合区域地质背景，建立研究区舒善河组沉积模式，以期为下一步油气勘探工作提供地质依据。

图1 乌什凹陷东次凹白垩系地层及顶面构造特征

1 勘探历程

乌什西次凹目前勘探程度较低，仅有乌什3井1口钻井，而东次凹经历了三轮勘探工作，目前在神木园地区已有钻井11口，其中3口获得油气突破。第一轮以构造背斜勘探为主，2003年，乌参1井在舒善河组获得工业油气流，发现了依拉克气藏[5]，而基于当时构造认识所部署的乌什2井、依拉101井及依拉2井均失利，2006年再次落实神木园构造带，上钻神木1井，在舒善河组获得良好油气显示；第二轮为岩性圈闭勘探思路，提出了沉积亚相控制有利砂体展布的沉积模式，利用地震相刻画扇三角洲前缘亚相砂体，在乌参1井东侧部署神木2井，获得油气突破，神木201井钻遇水层，而所部署的神木3井、神木4井失利；第三轮根据所建立的远源河道砂、近源砾的沉积模式部署了神木6井与神木7井，均未钻遇良好储层。乌参1井、神木2井及神木1井获得油气突破，表明神木园地区白垩系舒善河组具有巨大的勘探潜力，但8口失利井也显示了该区油气成藏的复杂性[10]；研究区岩相变化快，构造复杂，地震解释难度大，必须以钻测井资料为基础，结合地震属性、反演等多种手段分析该区的沉积相展布、沉积模式、储层发育规律，进而预测有利区分布，为该区的下步油气勘探工作提供地质依据。

2 舒善河组三级层序特征

层序是以不整合面及对应的整合面为界的一套有成因联系的、相对整合的地层组成的地层单元[11]。因此，层序划分首要是识别相关的不整合界面。

神木园地区白垩系主要残留下白垩统，从下至上依次划分为亚格列木组、舒善河组、巴西改组、巴什基奇克组。本区亚格列木组仅在南缘部分井有残留，乌参1井钻遇亚格列木组，厚度约20 m，主要由砾岩夹细砂岩组成；依拉101井亚格列木组，厚度约22 m，主要岩性为小砾岩、砂砾岩以及粉砂岩，由于亚格列木组在本区残留厚度较薄，分布范围较小，在地震反射上难以区分，测井曲线上无较大明显的响应异常，层序划分与沉积相识别将亚格列木组与舒善河组进行整体研究。在前人研究成果之上，本文主要依据岩心、测录井资料、三维地震资料，以及单井、联井对比剖面，通过井-震结合，对研究区内白垩系关键界面进行识别，以3个三级层序界面将舒善河组划分为2个三级层序，分别为下层序(SQ1)和上层序(SQ2)[12-14]。

2.1 三级层序划分依据

2.1.1 地震剖面识别

从神木-依拉克连片三维资料可以看出，白垩系底界与下伏三叠系以区域性剥蚀不整合接触，缺失侏罗系地层，反映了白垩系沉积之前遭受强烈剥蚀。舒善河组上覆巴西改组自东向西逐渐减薄至剥蚀尖灭，与下伏舒善河组呈角度不整合接触，可在工区东部区域性追踪；工区西部，舒善河组与上覆古近系库姆格列木群以区域性不整合面接触。舒善河组内部，下段与上段以一个不整合面接触，不整合规模较小，表明舒善河组沉积期存在一个短暂的沉积间断期(图2、图3)。

图2 乌什2-依拉2-神木7-乌参1-神木2-神木201井白垩系联井地震层序格架

图3 神木6-神木1-神木3-神木2-依拉101井白垩系联井地震格架

2.1.2 钻井剖面识别

通过对区内钻遇白垩系的11口钻井资料分析，对神木园地区舒善河组层序界面进行了钻井剖面识别。岩性上，主要表现为古风化壳、岩性岩相转换面，不同层序界面特征差异很大，钻井岩心识别总体表现出3个方面的特征：①同一层序界面，不同部位差异较大，湖盆边缘一般表现为不整合面，湖盆主体区，一般呈整合接触；②不同层序界面，层序特征差别较大，二级、三级层序界面识别特征明显，岩性变化明显；③岩性上，层序界面上下岩性突变。

图4 神木园地区舒善河组层序界面岩性特征

通过对几个层序界面的识别结果显示：①白垩系底部与下伏三叠系突变接触，层序界面容易识别，岩性突变明显；例如，界面底部表现为三叠系泥岩或泥质粉砂岩，界面之上岩性为砂砾岩、小砾岩，总体表现为白垩系底部的砾岩、砂岩等与下伏地层的泥岩、砂岩呈不整合界面。电阻率曲线上表现为界面之下为低阻，界面之上为高阻；自然伽马曲线上表现为界面之上为直线或箱型，界面之下为低幅齿状-箱型[图4(a)]。②舒善河组顶部泥岩与上覆古近系库姆格列木群砂砾岩突变接触，岩性突变，界面之下为舒善河组顶部红褐色泥岩，界面之上为库姆格列木群灰色砂砾岩，电阻率曲线上表现为界面之下为低阻，界面之上为高阻，自然电位曲线上表现为界面之下为低幅或直线型，界面之上为低幅直线型或箱型[图4(b)]。③舒善河组与巴西改组界面，巴西改组仅在工区东部有残留，西部地区被剥蚀干净，并且舒善河组顶部部分被剥蚀，与上覆库姆格列木群以不整合面接触，如神木1井、神木6井、乌什2井等；东部舒善河组与上覆巴西改组砾岩接触，电阻率曲线上表现为界面之下为低阻，界面之上为高阻，自然电位曲线上表现为界面之下为低幅或直线型，界面之上为低幅直线型或箱型，井径曲线表现为泥岩段扩径，砾岩段缩径，特征明显，如神木2井、神木4井等[图4(c)]。④舒善河组内部，主要表现为岩性的突变；湖盆边缘主要表现为湖盆水体变化过程引起的沉积岩石的变化，湖盆主体区主要表现为整合的接触，沉积岩石岩性变化不大；舒善河组内部层序界面，即下层序(SQ1)与上层序(SQ2)界面主要通过岩性组合、粒序特征、颜色变化来识别[图4(d)]。

2.1.3岩电特征识别

层序界面反映了一定时期的沉积间断，必然会在岩性和电性特征上有所表现。前人曾对白垩系进行层序界面的识别，本次通过对白垩系舒善河组层序界面岩电特征进行研究表明，识别出不同成因层序界面特征，并分析其成因特征。

1)岩性差异引起电性突变。声波时差及其他曲线在层序界面上下出现折线，或者突变，岩电差异特征明显，通常没有因为界面引起的一些异常，而是跟上下地层保持一致，比较容易识别[图5(a)]。

2)暴露剥蚀造成的地层缺失。该类界面岩电特征表现为界面之下声波时差较大，界面之上声波时差较小[图5(b)]，原因在于不整合面代表沉积的间断，在界面之下的地层由于构造抬升或海平面下降，经历了长时间的压实间断，而界面之上为正常沉积-压实成岩。

3)古风化壳。该类层序界面相对应的声波时差值变大，主要是由于不整合遭受风化剥蚀，保留在原地的风化残积物形成风化壳，并使孔隙度急剧增高[图5(c)][15]。

2.2 三级层序格架的建立

在研究区内白垩系三级层序划分的基础上，通过关键界面的控制作用，开展了区内舒善河组三级层序对比，建立了三级层序地层格架(图6)。总结出区内白垩系三级层序具有如下特征：

图5 神木园地区舒善河组层序界面测井响应特征

图6 神木园地区舒善河组层序格架

1)研究区舒善河组2个三级层序主要保存了低位体系域和部分湖扩体系域，在横向上可以进行良好对比。

2)由于短时间快速湖退和长时间缓慢湖扩的特征，区内舒善河组2个三级层序的低位体系域的沉积厚度明显小于湖扩位体系域的沉积厚度。

3)区内不同相带三级层序发育的沉积物厚度存在差异，显现出由湖盆主体区到湖盆边缘再到平原区，结合剥蚀作用，层序厚度呈现出薄-厚-薄的规律性变化。

3 白垩系沉积相

3.1 沉积相类型

图7 神木园地区舒善河组沉积前古地貌图

早白垩世，神木园地区具有西高东低的古地貌格局(图7)，通过对区内单井、地震相等资料的分析(图8)，认为神木园地区早白垩世存在两个大物源区与一个北西向小物源区，主要发育两种沉积体系。结合前人研究成果，在库车坳陷白垩系沉积相研究基础之上，确定了神木园地区白垩系舒善河组沉积相划分方式(表1)[6]。可将研究区内舒善河组划分为辫状河三角洲、扇三角洲、冲积扇及湖泊4个相带；南部温宿凸起物源区主要发育冲积扇-扇三角洲-湖泊相沉积体系，表现为扇体规模较小，横向变化较快，乌什2井、神木7井和依拉101井均为扇三角洲平原(冲积扇)沉积，但可能属不同扇体；北部天山物源区主要发育辫状河三角洲-湖泊沉积体系，发育大面积滩、坝砂体。辫状河三角洲可进一步划分为辫状河三角洲平原和辫状河三角洲前缘，扇三角洲可进一步划分为扇三角洲平原和扇三角洲前缘，冲积扇可进一步划分为扇根、扇中、扇缘及扇间。早白垩世，整个塔里木盆地气候处于干旱炎热环境，库车坳陷发育宽浅氧化湖泊，水体较浅，加之湖平面频繁升降变化，研究区滨湖与浅湖相交互沉积，难以识别，研究中将滨湖与浅湖相纳为滨浅湖整体研究[16-20]。

图8 神木园地区舒善河组地震相平面图

表1 神木园地区舒善河组沉积相划分

乌什凹陷东部白垩系岩性变化多样，沉积相变化快，对储层的储集性能有着重要的影响。通过钻井岩心、镜下薄片以及测试分析等手段分析岩石粒度、磨圆、分选性、填隙物含量和成分成熟度等，进而判断所处的沉积环境。神木6井舒善河组下段5 077～5 100 m，以粉砂岩、含砾细砂岩与泥岩互层为主，颗粒以次圆状为主，含有少量次棱角及棱角状颗粒[图9(a)、(b)]，表明神木6井在下层序(SQ1)处于辫状河三角洲前缘远端，阴极发光下见石英、长石、白云石、高岭石等矿物，表明神木6井在舒善河期有近源沉积供给，结合古地貌图分析，推测西北方向存在一个短轴物源。研究区中段神木3井在下层序(SQ1)岩性以褐灰色泥质粉砂岩、细砂岩、小砾岩、泥岩等互层为主，砂岩段镜下薄片可见颗粒呈圆状-次圆状，粒间充填泥质、粉砂质填隙物，孔隙不发育，仅在砾缘发育少量砾缘缝[图9(c)]，表明神木3井在下层序(SQ1)受双向物源影响，长轴物源经过长距离搬运与淘洗，颗粒分选与磨圆度均较好，短轴物源供给大量砾石与砂泥质沉积物，充填破坏储集空间，导致神木3井物性极差，分析认为神木3井在下层序(SQ1)沉积期受南北双向物源影响，处于北物源辫状河三角洲前缘远端、南物源扇三角洲前缘近端，根据优势相原则，综合认为神木3井在下层序(SQ1)处于辫状河三角洲前缘远端。神木2井下层序(SQ1)低位体系域沉积未钻遇，依据地震资料推测下延100 m即为下层序(SQ1)低位域沉积，下层序(SQ1)高位体系域主要以褐灰色-灰色石英岩屑细砂岩、含砾砂岩、红褐色泥岩为主，表明神木2井在下层序可能发育有相对较好物性河道砂岩[图9(d)]。上层序(SQ2)底部大套角砾岩、砂砾岩、小砾岩，中上部为大套泥岩、含砾泥岩、含砾砂岩[图9(e)]，构成一个低位体系域与湖扩体系域；其中，低位域期在河道发育一套分选好、磨圆度高、物性好的石英岩屑砂岩，可作为一套良好储集层，如神木2井[图9(f)]。

图9 舒善河组下层序(SQ1)岩性特征

3.2 三级层序格架内沉积相展布特征

在研究区白垩系舒善河组三级层序格架建立的基础上，进一步研究层序格架内沉积相演化特征(图10)，结合岩心样品与镜下微观特征建立沉积相演化模式(图11)，在前人基础之上[10，18，21]，解释了神木园地区多物源沉积格局，厘清了优势沉积相发育模式与分布范围。分析总结出如下特征：

1)舒善河组下层序湖扩时期，区内发育辫状河三角洲前缘、扇三角洲前缘及滨浅湖相，其中，辫状河三角洲前缘相以含砾砂岩、含砾泥质砂岩、泥岩为主，扇三角洲前缘相以砾质砂岩、含砾细砂岩、砂质泥岩为主，滨浅湖相以砂质泥岩、泥岩为主；到湖退体系域时期，主要发育辫状河三角洲平原、扇三角洲平原(冲积扇)以及滨浅湖相，辫状河三角洲平原相与扇三角洲平原典型特征是发育巨厚层砾岩、砂砾岩、角砾岩，磨圆、分选差，基本不发育孔隙。舒善河组上层序(SQ2)与下层序(SQ1)相比，沉积相以辫状河三角洲平原、扇三角洲平原及滨浅湖相为主。

2)早白垩世，不同相带内沉积相演化表现出不同的特征。辫状河三角洲前缘相在沉积演化过程较为稳定，其中下层序湖退体系域时期发育一定规模的滩、坝砂体，例如神木1井出油气段高物性细砂岩。上层序(SQ2)低水位体系域发育少量高物性底砂岩，为良好的储集砂体，例如神木2井6 000～6 020 m段灰色-灰白色石英岩屑细砂岩。

图10 神木园地区舒善河组沉积相平面展布特征

图11 神木园地区白垩系舒善河组沉积模式

3.3 三级层序格架内沉积相平面特征

在沉积格局认识的基础上，通过单井剖面层序地层划分和沉积相分析，结合地震相解释结果，在层序格架内分析研究区出油层段体系域的沉积相特征。

3.3.1 下层序(SQ1)湖扩体系域时期沉积相特征

舒善河组下层序(SQ1)湖扩体系域时期，相对湖平面上升，沉积环境水体变深，研究区自东北向西南方向主要发育滨浅湖-辫状河三角洲前缘-辫状河三角洲平原-扇三角洲前缘-扇三角洲平原-扇根沉积，表现为双物源沉积模式。北部沉积体系为辫状河三角洲前缘-滨浅湖，南缘沉积体系为扇三角洲平原-扇三角洲前缘-滨浅湖；西北高点小物源对北部、南缘沉积体系均有一定影响，但对整体沉积相带展布规律影响不大。

3.3.2 下层序(SQ1)低水位体系域时期沉积相特征

SQ1低位域沉积，研究区只有乌参1井、依拉101井及神木1井钻遇到，其中神木1井由于处于高地貌，只发育水体上升期沉积，低位域水体相对下降期沉积不发育。SQ1低位域主要发育一套细砂岩、粉砂岩、小砾岩、含砾砂岩与泥岩的互层。物性特征与沉积相分布有关，处于河道的乌参1井主要为一套细砂岩与含砾砂岩，物性较好，测井解释为水层、含气水层；而处于扇三角洲平原相的依拉101井主要发育一套砾状砂岩，其物性较差，测井解释为干层。

通过在层序格架内对神木园地区白垩系舒善河组下层序(SQ1)沉积相进行了单井纵向分析、连井横向展布以及平面分布特征进行了精细分析，明确了南北双向物源沉积体系。建立了舒善河组下层序(SQ1)沉积相平面图与沉积模式，并对有利储层分布区进行了预测分析。南缘为洪泛平原相与扇三角洲前缘相沉积，神木7位于近物源古隆，以近源洪积砾岩，神木2、乌参1、神木201位于南侧古凹槽区，有利储层为河道砂体(图12)；北侧水道主体区位于沉积古凹槽，发育前缘相厚层砂体，神木1、神木6井钻遇翼部，优势砂体薄，结合层序格架与沉积相分析，分析推测在湖泊主体区发育多套厚层砂体，是下一步有利勘探区(图13)。

4 结论

1)系统性对神木园地区白垩系舒善河组层序地层分析，通过井-震结合，在舒善河组残余地层中识别出3个不整合界面，将其划分为2个三级层序。

2)神木园地区白垩系舒善河组沉积期受双物源影响，南部温宿凸起物源区主要发育冲积扇-扇三角洲-湖泊相沉积体系，表现为扇体规模较小，横向变化较快；北部天山物源区主要发育辫状河三角洲-湖泊沉积体系，发育大面积滩、坝砂体。

图12 神木园地区南缘舒善河组有利储层对比

图13 神木园地区北侧白垩系有利储层对比

3)通过对舒善河组层序格架内沉积相平面展布特征研究，认为北部天山物源沉积体系有利储层主要为辫状河三角洲前缘低位域砂体，南部温宿凸起物源沉积体系有利储层主要位扇三角洲前缘河道砂体沉积，均具有较大勘探潜力，可作为下一步重点勘探目标。