開魯盆地陸東凹陷九佛堂組沉積相及有利砂體分布

陳懷毅，張云峰

東北石油大學地球科學學院，黑龍江 大慶163000

0 引言

開魯盆地陸東凹陷交力格地區具有陸相斷陷盆地特征，沉積體系類型多樣.李瑛［1］認為交力格地區發育東部斜坡帶近岸水下扇、馬北斜坡帶辮狀河三角洲沉積體系；蒼正毅［2］認為陸東凹陷發育辮狀河三角洲、扇三角洲、濁積扇等沉積體系；劉明潔等［3］應用層序地層學原理在層序格架內認為九佛堂組發育扇三角洲、濁積扇、湖泊相等沉積相態；裴家學［4］對九佛堂上段進行綜合研究認為主要發育湖泊、近岸水下扇、扇三角洲等沉積相類型.綜合前人研究成果分析，目前還存在沉積體系雜亂不統一、九佛堂組沉積演化不清晰、有利儲層相帶缺乏研究等問題.本文應用層序地層學和地震沉積學原理在九佛堂組三級層序及體系域界面基礎上劃分8 個四級層序地層單元（Sq2-1—Sq2-8），通過沉積相標志（巖相、地震相特征等）、沉積相類型判斷、單井相-測井相分析、地震屬性切片提取等因素綜合分析沉積相展布特征，識別沉積體系以及垂向上不同沉積體系下的砂體展布形態，繼而利用灰色關聯分析法對儲集砂體進行分類評價，預測有利儲層分布相帶，以期為交力格地區勘探開發工作提供科學依據.

1 區域地質背景

陸東凹陷位于內蒙古自治區東部，分為東部三十方地洼陷、中央構造帶以及西部交力格洼陷3 個單元（圖1）［5-6］.交力格地區主要受東西向邊界斷層及一系列北東向斷層控制，整體表現為北高南低、西低東高的構造特點［2］.洼陷南部受斷層控制，地層發育較厚，南北向和北北東向斷層對局部構造起控制作用［7-8］.區內發育白堊系下統義縣組、九佛堂組、沙海組、阜新組等地層，其中九佛堂組為該區主要產油層段［4］.在根據四級層序界面以及體系域界面對九佛堂組地層劃分研究的基礎上，將九佛堂組分為低位域（LST）、湖侵域（TST）、高位域（HST）體系，并依據沉積旋回特征，進一步劃分出8 個五級層序（與8 套砂組相對應）：九上Ⅰ—Ⅲ段砂組（Sq2-8—Sq2-6）主要發育大套灰褐色油頁巖，九上Ⅳ—Ⅴ砂組（Sq2-5—Sq2-4）主要發育深灰色泥巖互層夾薄層砂巖，九下Ⅰ—Ⅲ砂組（Sq2-3—Sq2-1）主要發育大套灰色凝灰質砂巖、泥巖與細粉砂巖互層［4］.

圖1 陸東凹陷構造單元分區圖Fig.1 Tectonic division map of Ludong depression1—井點（well）；2—剝蝕線（denudation line）；3—斷層（fault）；4—構造等深線（structure depth contour）；5—地震剖面位置（seismic section）

2 沉積相特征

2.1 相標志分析

2.1.1 巖相特征

通過巖心觀察與對比，沉積過程動力成因主要由牽引流、砂質碎屑流、滑動滑塌作用、高/低密度濁流、羽流/原地沉降五大類組成.進一步依據巖石類型、沉積結構特征，識別出9 種礫巖巖相、15 種砂巖巖相、3種泥巖巖相以及11 種巖相組合（表1，圖2）.礫巖巖相多見雜基-顆粒支撐塊狀中礫巖、雜基支撐疊瓦狀細礫巖等，反映礫質碎屑流、牽引流動力成因；砂巖、泥巖巖相多見疊瓦狀、平行和交錯層理砂巖、正遞變粉細砂巖、斷續水平層理，反映牽引流、砂質碎屑流、低密度濁流/原地沉降多種動力成因.巖相組合主要反映近岸快速堆積、長源搬運沉積、遠源濁流沉積3 種類別［9-11］.

表1 巖相分類表Table 1 Classification of lithofacies

圖2 交力格地區巖相特征及巖性組合圖Fig.2 Lithofacies characteristics and lithological assemblage of Jiaolige areaG1—G9：礫巖巖相（conglomerate lithofacies）；B1—B3：含礫砂巖巖相（pebbly sandstone lithofacies）；S1—S12：砂巖巖相（sandstone lithofacies）；M1—M3：泥巖巖相（mudstone lithofacies）；A—K：巖相組合（lithofacies assemblage）

2.1.2 地震相特征

外前緣連續反射地震相表現為一組振幅強、連續性較好的同相軸，反映了一個相對穩定、水動力條件較弱的沉積環境，代表在均勻沉降的盆地緩坡部位上的勻速沉積作用；湖相席狀地震相分布范圍較小，一般代表深湖—半深湖、濱淺湖沉積，也有可能是扇三角洲前緣或前扇三角洲亞相的地震響應，振幅相對較強，連續性較好；內前緣反射地震相為中強振幅，連續性相對差，沉積環境相對不穩定，水動力條件增強，一般代表扇三角洲內前緣地區；充填雜亂反射地震相振幅強度變化大，是斷續、不規則的反射，水體能量強，一般靠近物源、推移距離較短，堆積速度較快，主要分布在交力格洼陷南部地區，代表近岸水下扇沉積環境［4，12-13］（圖3）.

圖3 陸東凹陷交力格地區地震相特征Fig.3 Seismic facies characteristics of Jiaolige area，Ludong depression

2.1.3 單井-測井相特征

（1）陸參2 井巖相-測井相精細刻畫沉積微相

陸參2 井位于陸東凹陷中北部沉積中心.九上Ⅰ—Ⅲ砂組主要發育大套的深湖沉積油頁巖，自然電位（SP）曲線較為平直，含油地層電阻率（RT）、淺電阻率（RS）微起伏，為質量較好的優質烴源巖；九上Ⅳ—Ⅴ砂組發育大套砂巖，粒度概率曲線為分選較好的躍移-懸浮兩段式，自然電位鐘形、自然伽馬（GR）鋸齒形，RT、RS 齒狀低阻，判斷為扇三角洲相；九下段沉積大套凝灰質砂巖與泥巖互層，上部為厚層凝灰質細砂巖，在GR 曲線上呈復合箱形，沉積微相以扇三角洲前緣碎屑流河道為主，局部為濁積薄層砂，下部GR、SP曲線鋸齒形且幅度變化較小，整體為較弱的水動力環境，為深湖—半深湖的泥巖沉積.該井1 930～1 936 m層段主要為塊狀細砂巖、正遞變細砂巖相，垂向正韻律塊狀細—粉砂巖G 型（圖2）沉積組合.測井相整體呈高幅箱型，粒度概率累積曲線兩段式，躍移組分斜率高，指示砂質碎屑流或河口端凍結式快速堆積特征，判斷為扇三角洲外前緣環境.該層段主要為扇三角洲外前緣砂質碎屑流水道及水道間、席狀砂相帶.

（2）交8 井巖相-測井相精細刻畫沉積微相

交8 井位于凹陷南部.九上段主要為雜基支撐的砂礫巖，自然電位曲線變化幅度不大，自然伽馬、含油地層電阻率、淺電阻率主要為鋸齒形和箱形，水體能量強，近物源，重力流特征明顯.交8 井上部劃分為近岸水下扇扇中亞相，下部劃分為近岸水下扇扇根亞相，其1 928～1 930 m 層段主要為雜基支撐塊狀礫巖-砂礫巖相，巖相垂向組合為A 型正韻律礫巖-砂礫巖（圖2）.測井相呈齒化箱型，粒度概率累積曲線為低斜兩段式，重力流及牽引流成因河道砂體沉積特征明顯，判斷為近岸快速沉積環境，主要為近岸水下扇扇根.

2.2 沉積相類型與展布特征

根據取心資料、測井資料，結合地震相、巖心相分析結果，研究認為九佛堂組主要發育扇三角洲相和近岸水下扇相.通過沉積相標志以及單井沉積微相精細刻畫，主要識別出水下牽引流河道、水下碎屑流水道、重力流主溝道、重力流辮狀溝道、滑動滑塌體、席狀朵葉體（席狀砂）、濱淺湖細粒沉積、深湖—半深湖油頁巖8 種微相.在X 射線全巖衍射以及重礦物相對含量分析的基礎上，判斷洼槽區主要為南部和北部兩大物源.同時，從古地貌出發對交力格地區砂地比進行研究，砂體厚度中心與古地貌沉降中心一致性較高，可以驗證南部陡坡帶及北部三角洲兩大物源［14］.

2.2.1 沉積相垂向展布特征

本研究選擇順物源方向及切物源方向兩條剖面進行研究.順物源方向剖面位于研究區中部，通過圖4a分析得出，九佛堂組南部地層較厚，砂體主要來自南部物源，北部為推進范圍較小的扇三角洲外前緣砂體.九佛堂組主要發育扇三角洲—濱淺湖和近岸水下扇—半深湖沉積體系，順物源方向，沉積體系三分明顯，南北物源差異清晰.九下Ⅲ砂組近岸水下扇發育大套砂礫巖；九下Ⅱ至九上Ⅳ砂組扇三角洲發育面積較大，外前緣亞相前推較廣，為九佛堂組主力含油儲層；九上Ⅲ至九上Ⅰ砂組發育近岸水下扇，中部洼陷帶發育少量的濁積薄層砂.切物源方向剖面位于研究區南部，貫穿交南斷階帶.通過圖4b 分析得出，砂體集中在九佛堂組中間段，發育少量的濁積薄層砂，橫向上不同發育期次的近岸水下扇相與扇三角洲相砂體相互切疊，呈現時間與空間上雙重疊置的二元沉積模式.通過垂向剖面分析，九佛堂組時期主要發育兩大沉積體系：九下Ⅲ砂組發育近岸堆積—半深湖體系，九下Ⅱ砂組至九上Ⅳ砂組時期發育扇三角洲—濱淺湖沉積體系，九上Ⅲ—Ⅰ砂組發育近岸堆積—半深湖沉積體系.

圖4 陸東凹陷交力格地區九佛堂組連井沉積剖面圖Fig.4 Cross-well sedimentary profiles of Jiufotang Formation in Jiaolige area，Ludong depressiona—順物源方向剖面（along the source direction）；b—切物源方向剖面（cross-cutting the source direction）；1—扇三角洲前緣根部砂體（fan delta front root sand body）；2—扇三角洲內前緣砂體（fan delta internal front sand body）；3—扇三角洲外前緣砂體（fan delta external front sand body）；4—半深湖-深湖相（semi deep-deep lacustrine facies）；5—近岸水下扇扇根（root of nearshore subaqueous fan）；6—近岸水下扇扇中（middle of nearshore subaqueous fan）；7—近岸水下扇扇端（end of nearshore subaqueous fan）；8—濁積薄層砂（turbidite thin sandstone）

2.2.2 沉積相平面展布特征

利用均方根振幅地層切片勾勒砂體外部發育輪廓，瞬時頻率地層切片刻畫不同發育時期砂體內部碎屑流水道與主水道，控制砂體內部展布形態，綜合沉積模式與形態特征對九佛堂組平面相圖（圖5）進行精細繪制.研究結果表明：交力格洼槽砂體主要為南部物源，九佛堂組主要發育扇三角洲前緣亞相與近岸水下扇沉積，九上段油層段（圖5a）發育扇三角洲前緣亞相，近岸水下扇前推較近；前緣相帶根部存在平原/前緣過渡帶，總體看來凹陷北部扇三角洲規模較小，而南部扇三角洲和近岸水下扇規模相對較大［15-16］；九下段主要發育近岸水下扇及扇三角洲前緣（包括內前緣與外前緣）（圖5b），南部扇體面積較大，為厚層塊狀砂礫巖體沉積特征，扇體向洼陷內延伸，巖性變細變薄，逐漸過渡為濱淺湖相沉積的特點.

圖5 陸東凹陷交力格地區九佛堂組沉積平面相圖Fig.5 Sedimentary facies map of Jiufotang Formation in Jiaolige area，Ludong depressiona—九佛堂組上段油層組（upper member of Jiufotang fm.）；b—九佛堂組下段沉積相圖（lower member of Jiufotang fm.）；1—近岸堆積/扇三角洲前緣根部（nearshore accumulation/fan delta front root）；2—扇三角洲內前緣（fan delta internal front）；3—扇三角洲外前緣（fan delta external front）；4—濱淺湖（shore-shallow lake）；5—扇三角洲平原/前緣過渡帶（fan delta plain/front transition）；6—重力流主溝道（gravity flow main channel）；7—碎屑流水道（debris flow water channel）；8—牽引流水道（traction flow water passage）

3 沉積-儲層耦合關系研究

本文利用灰色關聯分析法，采取多因素綜合分析評價儲層，預測有利儲層分布相帶.該方法數據量小，操作簡單，可減少因單一因素產生的研究影響，使分析結果更加客觀準確.具體通過求取綜合評價因子預測有利儲集砂體分布，并通過相應層位砂體孔隙模式圖驗證研究結果的準確性.

3.1 基礎數據

選擇5 口典型代表井、15 個樣品點，將孔隙度（φ）、滲透率（k）、深度（d）、平均孔隙半徑、均質系數、特征結構系數（1/Dφ）、變異系數、碳酸鹽含量、泥質含量9 個地質指標作為評價因素.具體原始數據見表2，方法見文獻［17-18］.

表2 交力格地區原始數據表Table 2 Primary data of Jiaolige area

綜合評價因子RQI（0～1）與儲層品質呈正相關，經計算后表2 中5 口代表井樣品點從上至下RQI 依次 為：0.76、0.42、0.22、0.44、0.20、0.77、0.46、0.74、0.23、0.20、0.46、0.69、0.69、0.46、0.22.

3.2 有利儲集相帶預測

根據RQI 對全區井位進行有利儲集相帶預測，求得單井綜合評價指數，對其分布范圍進行分析，將有利區儲集相帶劃分為Ⅰ類有利儲集相帶、Ⅱ類有利儲集相帶、Ⅲ類不利儲集相帶（表3）.有利儲集相帶預測圖（圖6）反映出：Ⅰ類有利儲集相帶主要分布在交38、交51、交34、交47 井一帶，主要屬于牽引流成因水下分流河道砂，大多巖相為平行層理細砂巖；Ⅱ類有利儲集相帶主要分布在研究區中部區域，主要屬于碎屑流成因水下分流河道砂，大多巖相為塊狀細（粉）砂巖和碎屑流水道砂；Ⅲ類不利儲集相帶主要分布在南部區域，近岸堆積及前緣根部泥石流、洪流成因砂體形成的儲層較差［19-21］.該區儲層無論是平面和橫向上差異均較大，鉆井所鉆遇的砂體均屬中—低孔隙度，多為低—特低滲型儲層，但次生孔隙較發育.在2 100～2 300 m 可能存在次生孔隙發育帶，使儲層物性能夠得到較大程度改善，是本區較好的優質儲層層段.

表3 交力格地區有利儲層砂體定量評價標準Table 3 Quantitative evaluation criteria of favorable reservoir sand bodies in Jiaolige area

圖6 交力格地區優勢儲層分布圖Fig.6 Distribution of advantage reservoirs in Jiaolige area1— I 類有利儲集相帶（Class I favorable reservoir facies belt）；2— II 類有利儲集相帶（Class II favorable reservoir facies belt）；3— III 類有利儲集相帶（Class III favorable reservoir facies belt）

3.3 討論

對代表井選取相應層段孔隙特征進行研究，驗證上述方法評價結果的準確性.研究區主要分為牽引流成因水下分流河道砂、碎屑流成因水下分流河道砂、內前緣混合流體成因砂礫巖、濱淺湖細粒沉積［20-21］（圖7），根據不同成因對形成的砂體分布進行逐一分析如下.

圖7 交力格地區孔隙特征結構圖Fig.7 Pore structure features of Jiaolige areaa—牽引流成因水下分流河道砂，樣品為交38 井1838 m（traction flow-induced subaqueous distributary channel sand，from 1838 m of J38 well）；b—碎屑流成因水下分流河道砂，樣品為陸參2 井2056.5 m（debris flow-induced subaqueous distributary channel sand，from 2056.5 m of LC2 well）；c—內前緣混合流體成因砂礫巖，樣品為交47 井1972 m（internal front mixed fluid-induced glutenite，from 1972 m of J47 well）；d—濱淺湖細粒沉積，樣品為陸參2 井2224.8 m（shore-shallow lake fine-grained deposit，from 2224.8 m of LC2 well）

（1）牽引流成因水下分流河道砂：膠結明顯，孔隙發育好，粒間溶孔發育，孔隙半徑集中在3～5 μm，分選較好，以大中孔隙為中心形成的孔隙連通性較好；

（2）碎屑流成因水下分流河道砂：膠結明顯，孔隙發育好，粒間溶孔發育，孔隙半徑集中在2～5 μm，分選較好，中小孔隙較多，條帶狀連通模型為主；

（3）內前緣混合流體成因砂礫巖：膠結弱，孔隙發育一般，粒間溶孔發育，孔隙半徑集中在2～7 μm，分選較差，中小孔隙居多，以管束成片連通狀模型為主；

（4）濱淺湖細粒沉積：膠結較強，孔隙發育較差，孔隙半徑集中在2～5 μm，分選差，小孔隙為主，斑塊狀連通模型為主，整體連通性較差.

孔隙特征測試結果與上述灰色關聯分析法評價得到的相應層位結論有較好的吻合關系.例如交38井1 838 m 處儲層以大中孔隙為主且連通性較好，對應上述Ⅰ類有利儲層砂體，證實此方法實驗結果有較好的準確性.同時，較好的儲層砂體主要為牽引流成因的砂礫巖及砂質碎屑流成因的砂礫巖，相帶上處于前緣主體牽引流河道及碎屑流朵葉體中，扇三角洲前緣內牽引流成因砂體形成儲層最好，近岸堆積及前緣根部泥石流、洪流成因砂體形成儲層最差.研究結果體現了不同沉積相帶、不同巖相對儲集砂體分布的控制作用.

4 結論

（1）交力格地區沉積過程動力成因主要由牽引流、砂質碎屑流、滑動滑塌作用、高/低密度濁流、羽流/原地沉降組成，共識別出9 種礫巖巖相、15 種砂巖巖相、3 種泥巖巖相以及11 種巖相組合.

（2）陸東凹陷交力格地區九佛堂組主要發育扇三角洲前緣亞相與近岸水下扇沉積，砂體主要為南部物源，通過沉積相特征以及單井精細刻畫共識別出8 種不同沉積微相.

（3）交力格地區九佛堂組時期主要發育兩大沉積體系：九下Ⅲ砂組近岸堆積—半深湖體系，九下Ⅱ砂組至九上Ⅳ砂組時期發育扇三角洲—濱淺湖沉積體系，九上Ⅲ—Ⅰ砂組發育近岸堆積—深湖沉積體系，扇三角洲沉積體系時期交力格地區主要發育前緣相帶.

（4）利用灰色關聯分析法對沉積-儲層耦合關系研究，將有利區儲集相帶劃分為Ⅰ類有利儲集相帶、Ⅱ類有利儲集相帶、Ⅲ類不利儲集相帶，并證實了此方法在儲層評價研究中的有效性.