沉積相分析模式
——以新疆陸東地區(qū)為例?

肖 斌，朱愛國，范玉華，李 俊，呂文麗

(1.昆明理工大學(xué) 國土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650092；2.新疆石油學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830000；3.云南省地質(zhì)調(diào)查院，云南 昆明 650216)

0 引言

測井技術(shù)方法成為沉積相分析的重要手段：常規(guī)組合測井、地層傾角測井及成像測井資料的測井相序列特征以及利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)巖相處理結(jié)果的綜合應(yīng)用，使得沉積相類型確定及古水流方向分析更準(zhǔn)確更科學(xué).王貴文等（2009）、郭曦榕及黃地龍（2010）、安志淵（2011）及胡?。?012）等利用測井技術(shù)手段分別對不同類型沉積相進(jìn)行分析，取得較好的研究效果.詳細(xì)的沉積相分析與連井剖面進(jìn)行對比印證，在鉆井較多情況下建立沉積微相模型，使得沉積相的分析更直觀、更準(zhǔn)確且更科學(xué)，進(jìn)而預(yù)測有利儲層乃至地層巖性油氣的形成分布具有重要作用.近年來，地層（特別是儲層）沉積相模擬取得長足進(jìn)展.本文以準(zhǔn)噶爾盆地陸東地區(qū)沉積相研究為例，工作流程如下（圖1）.陸東地區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地陸梁隆起東部，準(zhǔn)噶爾盆地的東道海子凹陷以北、滴北凸起以南、莫北凸起以東、克拉美麗山以西的地區(qū)，工區(qū)地質(zhì)構(gòu)造主要包括陸梁隆起上的滴水泉凹陷和滴南凸起[1].

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地陸東地區(qū)白堊系底礫巖沉積相研究流程圖

1 研究方法

（1）白堊系底礫巖段地層對比研究：收集及整理了80余口井的各類錄井、測井資料，對其中50口井進(jìn)行了白堊系底礫巖段地層對比與劃分.

（2）白堊系底礫巖段沉積相研究：觀察描述取芯井4口，對50余口井的測井相進(jìn)行了分析，對4口井進(jìn)行了單井沉積相的分析，對4口井的物性進(jìn)行分析對比.

（3）對50口井的分層數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，對地層厚度平面圖、砂體厚度平面圖、砂地比平面圖、礫砂比平面圖進(jìn)行分析.

2 分層對比

準(zhǔn)噶爾盆地陸東地區(qū)白堊系底礫巖段地層的劃分以前尚未系統(tǒng)研究過.其野外露頭出露不完整，主要采取以測井曲線、錄井資料相結(jié)合的方法對陸東地區(qū)白堊系底礫巖段地層進(jìn)行劃分對比.由于測井信息比地質(zhì)信息有更高的垂向分辨能力[2]，各種地層界面類型及規(guī)?；蚨嗷蛏俣伎梢栽跍y井響應(yīng)中表現(xiàn)出來，同時也是覆蓋區(qū)開展高分辨率層序地層學(xué)研究和精細(xì)層位劃分必不可少的手段.在實(shí)際研究過程中，主要依據(jù)測井曲線的形態(tài)、垂向疊置樣式的轉(zhuǎn)變等界面特征進(jìn)行層位識別.研究區(qū)主要對工區(qū)內(nèi)50口井的白堊系底礫巖段地層進(jìn)行了劃分對比.建立了橫跨全區(qū)的五條連井對比剖面，其中東西向三條，南北向兩條，這五條連井剖面覆蓋全區(qū)，包括了研究區(qū)82%的井.

通過對研究區(qū)白堊系測井曲線綜合分析，認(rèn)為自然伽瑪、自然電位、聲波、電阻率這幾條曲線相對完整，也較好對比.各界面電性特征大體有以下規(guī)律.

2.1 白堊系底礫巖段底界

白堊系底礫巖段的底界，即清水河組的底界，是白堊系與侏羅系的接觸界面，為一個區(qū)域不整合面，界面之下曲線變化較大齒狀化明顯.

在底礫巖段的下部巖性較粗，為砂礫巖、粗砂巖、中砂巖等沉積，在對工區(qū)內(nèi)的50口井單井柱子進(jìn)行連井剖面對比過程中，發(fā)現(xiàn)在底礫巖段下部巖性較粗的層段，自然電位曲線呈現(xiàn)出低值，自然伽馬曲線呈現(xiàn)出高值，會表現(xiàn)為箱形或鐘形曲線特征[3].

2.2 白堊系底礫巖段的頂界

白堊系底礫巖段的上部發(fā)育了一大套較細(xì)的巖層，一般為細(xì)砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖.通過連井剖面對比發(fā)現(xiàn)在底礫巖段的頂界有一個區(qū)域上的標(biāo)志層[4]，在測井曲線中表現(xiàn)出自然伽馬值突然增加，電阻率曲線表現(xiàn)出突然減小的特征.

2.3 白堊系底礫巖段內(nèi)部分層界面

白堊系底礫巖段的底部為一套粒度較粗的巖層，一般為砂礫巖、粗砂巖、中砂巖、細(xì)砂巖等，其上下巖層的巖性一般為粉砂巖、粉細(xì)砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖等，上下巖層的巖性與底礫巖段底部巖層巖性表現(xiàn)出明顯的差異.此外，這套巖層的自然伽馬曲線值較高，自然伽馬曲線與自然電位曲線呈現(xiàn)出箱形特征，這就可以很自然的在巖性自下而上方向，將粗粒巖層段與其上的細(xì)粒巖層段劃分出來.也可以依據(jù)自然伽馬曲線與自然電位曲線構(gòu)成的箱形頂面深度，將底礫巖段的下段與上段劃分出來（如圖2）.

3 沉積相類型特征

不同類型的沉積相，它的巖性、電性、沉積構(gòu)造及古生物等方面的特征有明顯的不同，利用這些不同的特征能較為可靠地確定出沉積相的類型及其形成機(jī)制[5].研究區(qū)由于古生物資料較少，因此，沉積相的研究主要是利用巖性、電性及沉積構(gòu)造等方面的特征.

圖2 滴西12井與滴西1井連井對比剖面

3.1 巖性特征

通過對研究區(qū)底礫巖段取芯井段巖芯的仔細(xì)觀察及薄片的鏡下分析，研究區(qū)巖性主要為砂礫巖、細(xì)砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖及泥巖.砂礫巖主要分布在底部清一段.上部清二段巖性一般為細(xì)砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖及泥巖互層.且以泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖及泥巖為主.從巖性類型說明研究區(qū)清水河組底礫巖段底部沉積環(huán)境與清水河組底礫巖段頂部沉積環(huán)境有差異，前者沉積能量較強(qiáng)，后者沉積能量相對較弱.

3.1.1 巖石組分

沉積巖的巖石組分包括陸源碎屑顆粒和填隙物.陸源碎屑顆粒包括巖石碎屑(即巖屑)和礦物碎屑(主要包括石英、長石、重礦物等).研究區(qū)內(nèi)東道4井取芯資料分析白堊系底礫巖段清一段砂粒成分以石英為主，長石、巖屑次之；東道3井取芯資料分析清一段砂粒成分以巖屑為主，石英、長石次之；滴西2井取芯資料分析清二段砂粒成分以石英為主，巖屑次之，長石少量；滴西7井取芯資料分析清二段砂粒成分主要是長石及石英，巖屑次之；由此可以看出，研究區(qū)內(nèi)清二段成分成熟度相對于清一段成分成熟度較高.

填隙物主要包括膠結(jié)物和雜基.經(jīng)鏡下分析填隙物主要有以下幾種：鈣質(zhì)、泥質(zhì)、鈣泥質(zhì)等鈣質(zhì)含量相對較高.膠結(jié)類型一般為孔隙式膠結(jié)，在清一段一般膠結(jié)中等，在清二段一般膠結(jié)較致密，這就反映了清二段成巖環(huán)境較清一段具有比較穩(wěn)定的水流沉積作用和波浪淘洗作用.

3.1.2 巖石結(jié)構(gòu)

碎屑顆粒的結(jié)構(gòu)指巖石的粒度、球度、形狀、圓度、分選等方面的特征[6].經(jīng)巖芯觀察及鏡下分析，研究區(qū)巖石結(jié)構(gòu)可分為兩大類：一類是白堊系底礫巖段清一段的砂礫巖層，結(jié)構(gòu)成熟度差，顆粒多呈半圓狀，粒度概率圖呈兩段式(如圖3)，分選中等，反映水動力較強(qiáng)的河道沉積特征[7].

圖3 東道3井清一段粒度概率圖

另一類是白堊系底礫巖段清二段的巖石，其結(jié)構(gòu)成熟度中等偏好，顆粒多呈次棱角狀-次圓狀.分選中等偏好，粒度概率圖以兩段式為主(如圖4)，反映水動力能量相對較弱的水下牽引流特征[7].

圖4 滴西2井清二段粒度概率圖

3.2 沉積構(gòu)造特征

沉積構(gòu)造是指沉積物在沉積時或固結(jié)前物理、化學(xué)、生物作用在沉積物內(nèi)部或表面上形成的[8].沉積構(gòu)造的研究有助于分析沉積物搬運(yùn)與沉積的方式、沉積介質(zhì)的性質(zhì)及流體的動力狀態(tài)，恢復(fù)沉積環(huán)境，以及估計(jì)沉積后的物理與化學(xué)變化.通過對取芯井的觀察描述，主要發(fā)現(xiàn)有如下幾種沉積構(gòu)造類型[9](見表1).

表1 陸東地區(qū)白堊系底礫巖段沉積構(gòu)造類型及分布特征

3.2.1 層理構(gòu)造

（1）水平層理主要出現(xiàn)在灰綠色、棕褐色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖及泥質(zhì)粉砂巖中，它形成在相對低能環(huán)境中，主要分布在濱淺湖相對靜水環(huán)境中.

（2）平行層理、斜層理研究區(qū)取芯井段該類層理十分發(fā)育，一般出現(xiàn)在中砂巖中，形成于較強(qiáng)的水動力條件下.三角洲水下分支河道、河口砂壩及濱淺湖中的灘壩、灘砂等微相中常出現(xiàn)這種層理.

（3）交錯層理研究區(qū)研究層段交錯層理較發(fā)育，一般出現(xiàn)在底礫巖及細(xì)砂巖中，形成于能量強(qiáng)的水動力條件，河道、三角洲水下分支河道、河口壩及濱淺湖中的灘壩等微相中常有該種層理發(fā)育.

（4）透鏡狀層理出現(xiàn)在粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖中.形成于水動力條件較弱條件下，泥的供給、沉積和保存均比砂有利.研究區(qū)內(nèi)各段的三角洲前緣亞相中的道間、側(cè)緣微相及濱淺湖的灘砂中常出現(xiàn).

3.2.2 層面構(gòu)造

巖層表面表現(xiàn)出的各種不平坦的沉積構(gòu)造痕跡統(tǒng)稱為層面構(gòu)造.研究區(qū)白堊系底礫巖段常見的層面構(gòu)造主要是沖刷構(gòu)造，這種構(gòu)造主要發(fā)育在三角洲水下分支河道沉積中.沖刷面起伏程度不一，一般為幾厘米，沖刷面之上被砂巖所充填，被沖刷的巖層大部分是泥巖，沖刷面之上有時可見泥礫.

3.3 測井相特征

由于取芯費(fèi)用很高等一些條件的限制，取芯井往往很少.測井信息的運(yùn)用也就隨著人們認(rèn)識的加深日益廣泛，并逐漸形成了一套用各種測井方法進(jìn)行地層評價和沉積相研究的方法，即測井相分析.由于測井曲線可以提供一口井所鉆穿地層的連續(xù)紀(jì)錄，且具較高的垂向分辨率.測井響應(yīng)中包含著大量有關(guān)巖性、孔隙度、流體成分及垂向?qū)有虻男畔?因此，測井信息分析是進(jìn)行相分析的有利工具.測井相分析方法有很多，包括曲線形態(tài)分析法、梯形圖或星形圖分析法以及地層傾角測井法，本文主要是利用測井曲線形態(tài)分析法對陸東地區(qū)白堊系底礫巖進(jìn)行沉積相分析，其它方法不加論述[10,11].

測井曲線信息是地層垂向?qū)有虻鹊捻憫?yīng)，測井曲線形態(tài)的不同，反映的沉積信息不同，通過建立形態(tài)模式可用來對比劃分沉積相.因此，測井相分析首先要分析測井曲線形態(tài).測井曲線的形態(tài)要素包括有幅度、形態(tài)、接觸關(guān)系、曲線光滑程度及齒中線等[12].

3.3.1 齒化箱形

曲線呈箱形，頂?shù)淄蛔?，其包絡(luò)線呈加積式.該類曲線說明物源供應(yīng)相對充足，曲線齒化代表水流能量略有變化，沉積物中含有部分泥質(zhì).該類曲線常代表河道沉積，如滴西26井清水河組底礫巖段的清一段（如圖5）.

3.3.2 齒化漏斗形

曲線上部突變，中-高幅，下部漸變，包絡(luò)線為減速水退式.該類曲線反映砂體向上部建造時水流能量加強(qiáng)，顆粒變粗，分選性變好.研究區(qū)主要代表三角洲前緣河口砂壩沉積和濱淺湖的灘壩沉積[13]（如圖6）.

圖5 滴西26井測井相分析

圖6 滴西7井測井相分析

3.3.3 齒化鐘形

曲線呈鐘形，曲線底部突變，上部曲線幅度逐漸變細(xì)小.該類曲線反映水流向上逐漸減少或沉積物供應(yīng)量降低.底部粒度粗，上部細(xì).常代表河道或三角洲水下分支河道[14]，如滴南7井（如圖7）.

圖7 滴南7井測井相分析

3.3.4 齒形曲線

曲線為中低幅，包絡(luò)線可為水進(jìn)、水退、加積式.該類曲線反映水流能量較弱且時常變化，主要對應(yīng)三角洲前緣席狀砂、道間及濱淺湖中的灘砂泥坪沉積[15]，巖性上呈砂泥互層（如圖8）.

圖8 東道3井測井相分析

上述四種曲線類型為最基本的也是最典型的相標(biāo)志.但在通常情況下由于沉積環(huán)境及水動力條件的差異以及時空演變的不同，這四種曲線的不同組合也可反映不同的沉積環(huán)境.

3.4 沉積相類型

通過上述巖性、構(gòu)造、電性等相特征分析，認(rèn)為研究區(qū)主要發(fā)育了以下三種沉積相類型(如表2)：三角洲相、濱淺湖相和河流相.

表2 研究區(qū)沉積相類型及分布

在研究區(qū)內(nèi)的底礫巖層段主要發(fā)育辮狀河三角洲相；三角洲相在底礫巖層段主要發(fā)育三角洲平原亞相、三角洲前緣亞相；前三角洲亞相在底礫巖層段沒有具體的井控制，但根據(jù)其他臨井研究可以推測在該區(qū)小范圍內(nèi)發(fā)育.湖泊相在底礫巖層段發(fā)育范圍不大，主要發(fā)育濱淺湖亞相.河流相在底礫巖層段較發(fā)育，在清一段主要發(fā)育辮狀河，曲流河主要發(fā)育在清二段.

4 平面沉積相特征

在上述沉積相類型研究的基礎(chǔ)上，通過對地層厚度、砂體厚度、砂地比、礫砂比等方面的研究，對研究區(qū)研究層段的沉積相的時空展布規(guī)律進(jìn)行分析，具體如下.

清水河組底礫巖段清一段：地層厚度東薄西厚(圖9)，大體分布在10-40 m之間.陸南2井、陸南4井、東道4井、東道3井等井所圈定的范圍地層較厚，可達(dá)34 m左右.其砂體在該組內(nèi)分兩塊展布，一塊主要是來自西部或西北部的哈拉阿拉特山、德倫山的物源沉積.砂體最大厚度在陸南2井周圍和滴西東道3、東道4井周圍（圖10），均超過30 m，其砂地比也均達(dá)到90%以上(圖11).礫巖主要分布在北部和中部，礫砂比可以達(dá)到0.65（如圖12）.另一塊是來自東部的克拉美麗山的物源沉積，規(guī)模較小，只延伸到滴南5井、滴西23井周圍，砂體最大厚度集中在滴南5井周圍，可達(dá)10-20 m，砂地比達(dá)到70%以上.

圖9 清一段地層厚度等值線圖

圖10 清一段砂層厚度等值線圖

圖11 清一段砂地比等值線圖

圖12 清一段礫砂比等值線圖

綜合分析認(rèn)為，清水河組底礫巖段清一段沉積時期，發(fā)育辮狀河、三角洲、濱淺湖沉積體系.物源來自兩個方向，即西部或西北部的哈拉阿拉特山、德侖山的物源和東部的克拉美麗山的物源，且以前者物源為主.沉積相平面展布主要為辮狀河相、三角洲相和濱淺湖相，如（圖13）.

圖13 陸東地區(qū)白堊系清水河組底礫巖段清一段沉積相平面圖

受燕山運(yùn)動的影響，研究區(qū)在侏羅系沉寂之后發(fā)生抬升隆起，侏羅系地層遭受剝蝕[16].到清水河組沉積初期，研究區(qū)東部靠近克拉美麗山前地區(qū)仍為剝蝕區(qū).自山前向西，形成一層巖性較粗、厚度大小不一的底礫巖，靠近克拉美麗山前為砂礫巖，向盆地內(nèi)逐漸變?yōu)楹[砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖，平面上形成辮狀河-辮狀河三角洲沉積體系，在研究區(qū)的西部以及東部均發(fā)育三角洲沉積體系.

5 主要認(rèn)識

根據(jù)上述研究內(nèi)容和技術(shù)思路，通過地質(zhì)、測井、地震和大量分析化驗(yàn)資料的綜合研究，取得了以下主要認(rèn)識：

（1）陸東地區(qū)白堊系頂、底界面為區(qū)域不整合面，上、下白堊統(tǒng)界面為局部不整合面；

（2）陸東地區(qū)白堊系底礫巖段地層西厚東薄、南厚北薄.底礫巖段下部以砂礫巖、粗砂巖、中砂巖為主，底礫巖段上部以較細(xì)的細(xì)砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖為主；

（3）白堊系底礫巖段主要發(fā)育了三角洲相、濱淺湖相和河流相三種沉積相類型，其中河流相分布在部分區(qū)域內(nèi)清水河組底礫巖層段，發(fā)育河道與河漫灘微相，呈二元結(jié)構(gòu)；

（4）白堊系砂巖儲層物性較好，受沉積微相的控制比較明顯，三角洲前緣河口砂壩和水下分支河道是最好的油氣儲層.

6 結(jié)論

根據(jù)對研究區(qū)內(nèi)50口井的錄井、測井以及其它地質(zhì)資料的研究分析得出以下結(jié)論：

（1）白堊系清水河組底礫巖段確實(shí)存在，并且整個陸梁隆起的東部該巖性段較為發(fā)育；

（2）通過對地質(zhì)、測井資料分析，對清水河組底礫巖段劃分沉積相.在研究區(qū)中西部主要發(fā)育三角洲相，中部和西部分別由兩套較大的三角洲平原、三角洲前緣、前三角洲亞相存在；研究區(qū)東部主要發(fā)育辮狀河河流相；濱淺湖相在研究區(qū)內(nèi)零星分布；

（3）對三角洲相和辮狀河河道沉積相巖心進(jìn)行物性分析發(fā)現(xiàn)中細(xì)粒砂巖，孔隙式膠結(jié)發(fā)育，粒間孔隙可作為儲存油氣的空間，是良好的儲層；

（4）清水河組底礫巖段的下部與侏羅系接觸，接觸面為一不整合面，該不整合面分布范圍跨越整個研究區(qū)，可以作為油氣橫向運(yùn)移的良好通道；

（5）分析現(xiàn)場地質(zhì)資料，巖心、巖屑錄井資料，并結(jié)合常規(guī)九條測井曲線對研究區(qū)段進(jìn)行測井相分析兩種資料相互印證；重點(diǎn)對巖心進(jìn)行粒度、孔隙度、滲透率測試，來驗(yàn)證沉積相劃分的正確性.