吐鲁番坳陷中下侏罗统层序地层格架内有利储集砂体分布规律
沈武显1, 2，樊太亮1, 2，郭 刚1, 2，高志前1, 2，宫 雪3
(1. 中国地质大学(北京) 能源学院，北京，100083；
2. 中国地质大学(北京) 海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室，北京，100083；
3. 中石化东北石油局勘探开发研究院，吉林 长春，130062)
摘 要：利用层序地层学理论，在吐鲁番坳陷中下侏罗统确定3类层序界面识别标志，划分出5个三级层序，10个四级层序，建立吐鲁番坳陷中下侏罗统的层序地层格架。研究结果表明：吐鲁番坳陷侏罗纪时期南部物源发育，中下侏罗统地层具有南薄北厚的特点；其层序形成具缓坡背景浅水湖盆和具沉积坡折背景浅水湖盆2种发育模式；吐鲁番坳陷中下侏罗统共发育5套主要的有利储集砂体，其中三间房组下部沉积的辫状河—曲流河三角洲中厚 层-厚层砂岩层是研究区最有利储集砂体。
关键词：吐鲁番坳陷；中下侏罗统；层序地层格架；发育模式；有利储集砂体
中图分类号：TE121 文献标志码：A 文章编号：1672-7207(2009)06-1672-07
Development of reservoir sandbody in sequence stratigraphic framework of middle-lower Jurassic in Turpan Sag
SHEN Wu-xian1, 2, FAN Tai-liang1, 2, GUO Gang1, 2, GAO Zhi-qian1, 2, GONG Xue3
(1. School of Energy Resource, China University of Geoscience, Beijing 100083, China;
2. Key Laboratory of Marine Reservoir Evolution and Hydrocarbon Accumulation Mechanism, Ministry of Education, China University of Geoscience, Beijing 100083, China;
3. Research Institute of Exploration and Development, Northeast Petroleum Bureau, China National Petrochemical Corporation, Changchun 130062, China)
Abstract: Based on sequence stratigraphy theory, three types of identification signs of sequence interface were identified and middle-lower Jurassic was divided into five third-order sequences and ten fourth-order sequences, then the sequence stratigraphic framework was established in Turpan sag. The results show that the main source of Jurassic in southern region is plentiful, and the stratum is thick in north and thin in south and there are two developmental models of shallow lake basin with gentle slope background and deposit slope break background in Turpan sag. There develops five sets of major favorable reservoir sandbody of middle-lower Jurassic in Turpan sag, and the middle thick-thick sandstone layer of braided river—meandering river delta in lower part of Sanjianfang set deposition is the most favorable reservoir sandbody in the study area.
Key words: Turpan sag; middle-lower Jurassic; sequence stratigraphic framework; developmental model; favorable reservoir sandbody
吐鲁番坳陷是吐哈盆地的主体，呈东西向展布，面积约为2.5×104 km2，其主要特征是坳陷内侏罗系地层发育齐全。吐鲁番坳陷是吐哈盆地的1个一级构造单元，其中可划分出7个二级构造单元，由4个凹陷和3个凸起构成。吐哈盆地形成于晚古生代西伯利亚板块、塔里木板块和哈萨克斯坦板块碰撞缝合的大地构造背景之下。目前认为吐哈盆地不是1个原型盆地，而是1个多阶段多类型盆地叠置形成的多旋回复合盆地，其盆地发育过程可分为周缘前陆盆地、早期再生前陆盆地和晚期再生前陆盆地共3个演化阶段[1]，而侏罗纪-早第三纪盆地为早期再生前陆盆地演化阶段，从构造形成历史、样式与分布看，吐鲁番坳陷具有南早北晚、南简北繁与南少北多的特点。
1 层序地层划分与对比分析
1.1 层序界面的识别标志
吐鲁番坳陷构造单元划分见图1。高分辨率层序层学是以岩芯、三维露头、测井和高分辨率地震反射剖面资料为基础[2-3]，露头和岩芯层序界面特征见图2。根据吐鲁番坳陷中下侏罗统地层的实际资料进行综合分析，总结出研究区内层序界面的识别标志主要有3类：
图1 吐鲁番坳陷构造单元划分图
Fig.1 Division of structural unit in Turpan sag
(a) 基准面下降过程；(b) 区域性气候旋回转换面；(c) 基准面下降的半旋回转换面；(d) 基准面上升的半旋回转换面
图2 露头和岩芯层序界面特征
Fig.2 Outcrop and cores features of sequence boundary
a. 露头或岩芯识别标志。包括：
①地层削蚀不整合面。如下侏罗统与上三叠统之间的界面，代表了较大规模的地层缺失和沉积间断，反映明显的基准面下降过程(图2(a))。
②岩性岩相突变界面。地层中存在冲刷现象并在冲刷面之上发育底部滞留沉积，代表了基准面下降半旋回与基准面上升半旋回的转换面(图2(c)和图2(d))。
③气候转换界面。如七克台组与齐古组之间的界面，泥岩颜色发生较大变化，由深灰色突变为棕红色，代表气候由湿润转变为干旱，为区域性的气候旋回转换面(图2(b))。
b. 地震识别标志。通过反映地层不协调关系的地震反射波终止类型来识别层序界面。指示层序底界面的反射波终止类型有上超和下超，指示层序顶界面的反射波类型有削截和顶超。研究区削截和超覆现象十分明显(见图3)。
图3 吐鲁番坳陷中下侏罗统层序地层综合分析图
Fig.3 Combination analysis of middle-lower Jurassic sequence stratigraphy in Turpan sag
c. 测井相识别标志。包括：
①测井相的突变。河流发生侵蚀作用，使得河道底部形成滞留沉积物，对应的测井曲线表现为箱形或钟形的突变接触关系，如图4所示。
图4 地震层序界面特征
Fig.4 Seismic features of sequence boundary
②测井曲线基值的变化。层序界面位于加积或退积的正旋回和进积的反旋回测井曲线之间，表现为基准面上升到基准面下降的过程(图3)。
1.2 层序划分及其构成特征
通过在各构造单元内选择具有代表性的钻井，分析研究区沉积相类型及其组合、地层叠加样式以及它们反映出来的可容纳空间量值与沉积物供给量之比值A/S的变化趋势；根据反映层序界面的识别标志，结合井-震标定结果，最终对研究目的层系的钻(测)井层序和地震层序地层进行统一划分[2-16]，在研究区中下侏罗统可识别出5个三级层序(SQ1~SQ5)，进一步细分10个四级层序(SC1~SC10)。层序多不具有三分性，二元结构特征明显，在纵向上叠置成总体呈基准面上升的退积序列(见图3和图4)。
层序SQ1地层厚度相当于八道湾组与三工河组地层厚度，包含3个四级层序(SC1，SC2和SC3)。层序的底界面SB1地震反射特征明显，为侏罗系与中上三叠统不整合面，表现为岩性突变面；顶界面SB2为另一个厚度变化较大的河道砂砾岩层的底部冲刷面。该层序的识别标志是发育侏罗系第一套煤层。层序内部以亚平行中连续反射结构为主，振幅较小，可见地层切割充填和侧向叠置现象，全区地层厚度变化不大。基准面升降导致地层旋回对称性较好，基准面上升半旋回厚度大致相当于八道湾组地层厚度，早期由一套冲积河流相的砂岩组成，砂岩厚度向上变薄，粒度变小，随着可容纳空间的增大，退积为河沼相和湖沼相炭质泥岩与煤层。基准面下降半旋回大致相当于三工河组地层，由滨浅湖相的细粒沉积组成，地层略呈进积叠加样式。
层序SQ2地层厚度大致相当于西山窑组中下部地层厚度，划分为2个四级层序(SC4和SC5)。底界面为SB2；顶界面SB3为河道砂岩底部的冲刷面，大致等同于西山窑级四段的顶部界面。层序识别标志是发育侏罗系第二套煤层，煤层的发育使地层表现出高阻特征，形成侏罗系地层最高电阻发育段。地震反射结构总体上以平行、强振幅反射结构为主，该层序具明显的不对称结构，基准面下降半旋回与上升半旋回相比，厚度明显增大，表明基底在经历了短时间的沉降后又开始抬升，物源补给丰富，盆地的充填作用较强。基准面上升早期，三角洲发育，沉积地层正韵律特征明显，后期可容纳空间增大，湖水扩张，形成了以湖沼相为主的厚层灰黑色泥岩与煤层互层沉积；在基准面下降期，辫状三角洲的进积充填作用较强，形成了一套粒度向上变大、水体向上变浅的反旋回沉积序列。
层序SQ3地层厚度大致相当于西山窑级四段—三间房组下部地层厚度，包含2个四级层序(SC6和SC7)。层序底界SB3大致相当于西山窑组四段底界，为中-强振幅、较连续反射。顶界面SB4位于三间房组二段下部。该层序向南减薄，内部呈超覆特征，局部区域可在层序下部见到前积反射结构。随着可容纳空间增大，湖沼-浅湖相发育，使得层序反射特征趋于稳定。在基准面上升期，盆地边缘部位发育河流相沉积，地层呈退积叠加样式，湖盆主体以滨浅湖相为主，出现低阻段，即所谓的“细脖子”泥岩段。在基准面下降期，盆地边缘部位河流三角洲发育，形成薄层的砂岩与灰色泥岩不等厚互层。
层序SQ4地层厚度相当于三间房组二、三段地层厚度，为1个四级层序(SC8)。层序底界SB4发育厚层砂砾岩的底部冲刷面，地震振幅反射较强，局部具波状变化特点。顶界面SB5位于七克台组的底部。层序内部广泛发育辫状河三角洲、曲流河三角洲和北坡的扇三角洲沉积，钻井剖面中辫状河道砂体切割叠置、三角洲前缘进积组合特征等明显，地震上超覆现象清晰。该层序粒度总体上比下部层序的小，煤层不发育，自然电位与电阻率曲线幅度显著降低。
层序SQ5地层厚度大致相当于七克台组地层厚度，可划分2个四级层序(SC9和SC10)。层序底界面为SB5，其顶界面SB6在地震上表现出上超现象。钻井剖面识别标志为泥岩颜色发生较大的变化，由深灰色突变为棕红色，代表气候转换界面，同时，测井曲线开始出现平直段。在地震显示上，层序下部具有地层超覆特征，为河流、三角洲沉积，上部发育三角洲及浅湖相沉积，中部反射连续稳定，对应于浅湖和湖沼沉积。在基准面上升期，滨浅湖沙滩相发育，在湖侵背景下，滩砂发生退积作用，使得泥岩厚度逐渐增大，颜色变暗。随着基准面上升，湖水扩张持续时间较长，形成了一套浅湖相暗色泥岩。在基准面下降期，大部分沉积地区为滨浅湖相泥质细粒沉积。
1.3 联井层序对比分析
根据层序地层划分结果以及层序地层的联井对比，建立研究区的高精度层序地层格架。通过联井对比剖面的分析，发现吐鲁番坳陷中下侏罗统总体上具有南薄北厚的地层分布特点，中北部层序厚度大，层序发育齐全，在南部，层序厚度明显减小，层序数量减少，层序的岩相构成也明显变粗，反映南部地区原始沉积地貌较高，是盆地侏罗纪时的主要物源区(见图5)。从层序纵向构成来看，SC1~SC5层序代表基准面较低背景下的沉积，沉积物可容纳空间低，水深浅，沉积环境主体为冲积环境，以辫状河流相、辫状河三角洲相、滨浅湖和泛滥平原沼泽等浅水沉积为特征。SC6层序代表了一个从冲积环境为主向湖泊环境为主的重要转折期形成的沉积层序。其底部由浅水的代表构造相对活动背景条件下形成的水下扇、扇三角洲、辫状河三角洲等相带构成，向上逐渐退积成滨浅湖相为主的沉积。而SC7~SC10层序代表了一种发育在比较稳定的湖泊环境中形成的一套细粒沉积。
图5 吐鲁番坳陷中下侏罗统层序地层格架及有利储集砂体分布
Fig.5 Sequence stratigraphic framework and favorable reservoir sandbody distribution of middle-lower Jurassic in Turpan sag
1.4 不同构造区带背景下层序发育模式
从区域层序构成特征可以看出，吐鲁番坳陷中下侏罗统总体上是一套发育在极浅水沉积背景中的陆相碎屑岩沉积层序。受中下侏罗统吐哈盆地及周边山系构造演化的控制，研究区地层明显经过几个不同性质的演化阶段。在不同构造区带背景下，其层序发育模式可分为缓坡背景浅水湖盆和具沉积坡折背景浅水湖盆2种层序发育模式(图6)。
(a) 缓坡背景浅水湖盆层序发育模式；(b) 具沉积坡折背景浅水湖盆层序发育模式
图6 吐鲁番坳陷中下侏罗统层序发育模式
Fig.6 Developmental model of middle-lower Jurassic sequence stratigraphy in Turpan sag
1.4.1 缓坡背景浅水湖盆层序发育模式
对于缓坡背景浅水湖盆层序发育模式(见图6)，在中下侏罗统SC1~SC5层序沉积期，湖盆总体地形平坦，无明显的沉积坡折，沉积相带的空间变化呈现渐变过渡特点，相带的横向迁移和分异程度较小。受此沉积背景的控制，其层序构成具有明显的两分特点，即由基准面上升半旋回和下降半旋回构成。在基准面上升半旋回中，低基准面期广泛分布河流、三角洲和泛滥平原沉积，而在基准面逐渐升高条件下，河流、三角洲逐渐向盆地边缘后退，在盆地中央逐渐发育成滨浅湖和滨湖沼泽沉积，构成一个明显的退积序列。在最大湖泛面时期，在坳陷中部通常发育滨浅湖和滨湖沼泽沉积，向盆地边缘过渡为泛滥平原沼泽沉积。在基准面下降半旋回中，湖盆边缘的三角洲沉积向湖盆中央推进，由于湖水浅，地形平缓，地层以三角洲平原和水下分流河道沉积为主，通常由水下分流河道构成的高频旋回在纵向上叠置成进积序列，反映出基准面下降。在陆源供给较少的湖盆区，则由滨浅湖相构成近对称旋回序列。
1.4.2 具沉积坡折背景浅水湖盆层序发育模式
在SC6~SC10层序沉积期，吐鲁番坳陷由于受博格达山隆升的影响，山前发生沉降，从而使古地貌格局发生了较大变化，从缓坡型演变成具有明显古地貌坡折的浅水湖盆沉积背景。在此沉积背景控制下，其层序发育特征也有不同的构成样式。由于地层始终处于浅水沉积环境中，故其层序亦显示明显的两分结构。在基准面上升半旋回的早期，低基准面时期沉积作用主体发育在坡折带以下，但由于是浅水湖盆，坡折带以下以河流和三角洲沉积为主，而不发育深水湖盆背景中低位湖底扇沉积。随着基准面上升，三角洲砂体以上超方式沿古地貌坡折呈退积式堆积，而在高基准面时期，古地貌坡折以上地区才发育了泛滥平原、滨湖砂坝等沉积，古地貌坡折以上的沉积厚度较坡折以下明显减小，且存在周期性的沉积间断。在基准面下降半旋回时期，河流和三角洲向湖盆方向推进，形成进积型的三角洲与滨浅湖交替沉积现象，在纵向上叠置成进积序列。
2 层序格架内有利储集砂体分布规律
总体来说，研究区储集砂体储集物性取决于储集砂体所处沉积相带、储集砂体在层序地层格架中的位置以及储集砂体成因类型等方面，而有利储集砂体的分布主要受残留可容纳空间(沉积基准面以下、层序界面之上的古地貌低势区)以及古构造坡折的联合控制。根据研究区露头岩芯、钻测井和地震的层序地层分析，结合不同构造区带背景下层序的发育特征，以及综合考虑有利储积砂体分布的主要控制因素，总结出研究区有利储集砂体的发育规律，认为吐鲁番坳陷中下侏罗统共发育5套主要储集砂体(图5)，其纵向分布序列自下而上分别如下。
a. 八道湾组底砾岩段。该岩段位于层序SQ1基准面上升半旋回的下部，在缓坡浅水湖盆背景下发育成一套冲积河流相的河道砂砾岩层，在研究区内广泛分布，以砾岩和砂岩为主。由于是缓坡背景的浅水湖盆，离物源较近，又是短距离搬运，因此，其分选、磨圆性较差。
b. 西山窑组底部砂岩段。该岩段对应于层序SQ2基准面上升半旋回的下部，也为缓坡浅水湖盆背景下发育的一套以河流相沉积为主的砂岩层，该套储集砂岩层与八道湾组相比，其分选、磨圆性为差-中等。
c. 西山窑组上部砂岩段。该砂岩段对应于层序SQ3基准面上升半旋回下部，为具沉积坡折浅水湖盆背景下沉积的一套河流相与河控三角洲相叠置的砂岩层，区内广泛分布。随着基准面上升，湖盆向边缘开始扩张，在南部坡折带，主要发育辫状河河道、曲流河河道和曲流河三角洲平原的沉积砂体，其砂体粒度较大，但离物源较远，搬运距离较长，所以，其分选、磨圆性较好。
d. 三间房组砂岩段。该岩段发育在层序SQ4基准面上升半旋回下部，形成于具明显古地貌坡折背景并广泛分布的辫状河—曲流河三角洲沉积环境。随着沉积基准面继续上升，湖域向盆缘不断扩张，到达坳陷斜坡上部，此时，物源供给相对不足，粗粒碎屑沉积物少，南部地区的曲流河三角洲沉积体系发育，而在湖平面低位期坡折带之下的中部地区发育了低位扇砂体。此砂岩层段具有厚度大、分选磨圆性较好、分布广泛等特征，是研究区最好的一套储集砂岩层。
e. 七克台组底部砂岩段。该岩段相当于层序SQ5基准面上升半旋回的下部，主要为一套滨浅湖沉积。在基准面上升时期，由于在湖盆南部边缘坡折带之上，湖浪对湖岸或岸边砂的侵蚀、改造作用，形成一种沿湖岸分布的滨湖滩坝砂体，其砂岩相当于三角洲前缘席状砂岩，具有分布广泛、分选和磨圆性好的特点。
上述储集砂体可划分为3种沉积背景下的组合：层序SQ1和SQ2发育的砂体，是在缓坡浅水湖盆背景下，盆地整体快速沉降，发育以辫状河三角洲为主体的厚层至块状砂岩储层；层序SQ3和SQ4发育的砂体，是在具明显古地貌坡折沉积背景下，盆地构造沉降差异活动增强，以南部辫状—曲流河三角洲、中部低位扇砂体为主体的中厚层-厚层砂岩储层；层序SQ5砂体，以区域湖侵背景下的滨湖滩坝砂为主，是稳定的构造沉积环境下的产物。
3 结 论
a. 对吐鲁番坳陷中下侏罗统进行层序地层学研究，通过应用露头岩芯、测井、地震等3类基准面旋回界面的识别标志进行层序识别，建立了吐鲁番坳陷中下侏罗统的层序地层格架，将其共划分为5个三级层序，10个四级层序，在纵向上叠置成总体呈基准面逐渐上升的退积序列。
b. 吐鲁番坳陷中下侏罗统总体具有南薄北厚的地层分布特点，反映出南部地区是主要物源区。研究区是一套发育在极浅水沉积背景中的陆相碎屑岩沉积层序，在不同构造区带背景下，其层序发育模式可分为前期的缓坡浅水湖盆层序发育模式和后期具沉积坡折背景浅水湖盆层序发育模式2种。
c. 吐鲁番坳陷中下侏罗统共发育5套主要的储集砂体，而在具明显古地貌坡折背景下，三间房组下部沉积发育的辫状—曲流河三角洲中厚层-厚层砂岩储层，具有分布广泛、厚度大、分选和磨圆性较好等特征，是研究区最有利的一套储集砂体。
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收稿日期：2009-01-10；修回日期：2009-03-28
基金项目：国家自然科学基金资助项目(40472064, 40672079)；国家重点基础研究发展规划(“973”计划)项目(2005CB422103, 2006CB202302)
通信作者：沈武显(1981-)，男，湖北武穴人，博士，从事层序地层与油气勘探方面的研究；电话：13581832981；E-mail: shenwuxian@163.com
