滩坝是我国陆相盆地中重要的油气储集体类型之一, 自20世纪90年代起逐渐受到研究人员的重视^[1-4]。因其储层厚度较小, 储集砂体的识别与描述及分布范围的预测难度较大, 导致滩坝圈闭的隐蔽性强, 油气勘探难度较大。众多学者研究滩砂时是将其作为滩坝砂中的一部分, 习惯用“滩坝”这个综合术语来描述湖盆浅水地区滩和坝的砂体^[5-7]。基于油气的勘探需求, 国内学者利用钻、测井资料和地球物理资料在对滩坝砂的沉积特征、控制因素、发育演化等研究方面取得了重要的进展。易定红等^[7]在对柴达木盆地西部扎哈泉地区新近系上干柴沟组滩坝砂进行研究时发现, 滩坝砂体的发育演化受控于古地貌的位置和形态; 赵东娜等^[8]利用地震沉积学的技术和方法对准噶尔盆地车排子地区下白严统滩坝砂体进行了识别和描述; 梁书义等^[9]通过储层精细标定明确了滩坝砂体地震响应特征, 并结合地震属性刻画了砂体的空间展布形态; 于红枫等^[10]在钻井资料较少、储层厚度较小的情况下，利用Stratimagic地震相分析技术对滩坝砂体进行刻画, 构建了滩坝砂体岩性油气藏的成藏模式; 关新等^[11]基于高分辨率三维地震资料, 利用属性提取、沿层切片等技术刻画了沙湾凹陷二叠系上乌尔禾组滩坝砂体的展布特征; 田继军等^[12]认为滩坝砂体的沉积特征和展布模式受沉积古地貌、物源供给以及水动力作用的影响; 姜在兴等^[13]依据滩坝砂体发育的水动力条件和距离湖岸线远近, 将滩坝划分为沿岸砂坝、近岸砂坝和远岸砂坝3种类型; 潘树新等^[14]通过研究松辽盆地南部白严系青山口组沿岸坝沉积特征和分布规律, 认为其坝体分布受坡折带和湖岸线迁移的控制; 卫平生^[15]认为沿岸坝一般沿湖岸线分布在河口两侧的卸载区, 平行于岸线呈条带状或串珠状, 剖面为透镜状, 自然电位曲线呈箱形; 王张虎等^[16]认为沿岸坝岩性以粉砂岩、细砂岩为主, 常发育水平交错层理、透镜状层理以及小型楔状交错层理, 具有粒度向上变大的反韵律特征, 测井曲线表现为低幅漏斗形。

从目前的研究现状来看, 由于钻井和地震资料的局限性, 难以将湖盆中的滩与坝严格区分开, 通常将其作为一个整体进行研究^[17-19]。实际上滩和坝是2种不同的沉积体单元, 其形成的水动力条件不同。滩是在波浪的作用下, 碎屑物质垂直于湖岸搬运和沉积的、与岸大致平行的席状(或条带状)沉积体, 可以呈大面积席状分布, 也可以呈滩脊、滩槽相间分布; 坝是在沿岸流的作用下, 碎屑物质平行于湖岸线搬运并沉积于岸线向陆弯折处、一端与岸相连、另一端向湖区延伸的沉积体, 主要包括沙嘴、连岛沙坝、障壁岛等。因此, 从滩与坝的定义及展布特征来看, 本文所论述的在准噶尔盆地沙湾凹陷侏罗系八道湾组发现的呈条带状展布的沉积体属于水下的滩脊, 是滩砂的一种分布形式, 有别于沿岸流作用下形成的坝。

对于准噶尔盆地沙湾凹陷侏罗系八道湾组沉积体系的研究一致存在争议^[20-21], 多数学者认为八道湾组经历了2次大的湖侵、湖退作用, 为河湖过渡环境的辫状河三角洲沉积体系, 发育一套以辫状河、辫状河三角洲及湖泊为主的沉积体系^[22]。基于岩心、测井、录井和三维地震等资料, 对准噶尔盆地沙湾凹陷西斜坡侏罗系八道湾组底部滩砂沉积的岩石学特征、沉积构造特征、粒度分布特征及地震响应特征进行研究, 明确滩砂的平面展布规律, 并探讨滩砂的沉积模式及其石油地质意义, 以期为该区油气勘探开发及增储上产提供参考。

沙湾凹陷位于准噶尔盆地的西北缘, 属于盆地中央㘬陷的一个二级构造单元^[23], 西面紧邻红车断裂带和中拐凸起, 北面与盆1井西凹陷相邻^[24], 东以莫索湾凸起和莫南凸起为界, 南抵霍玛吐背斜带^[25] (图 1a)。该区由老到新发育石炭系(C)、二叠系$(\mathrm{P}) 、$、叠系$(\mathrm{T})$、侏罗系$(\mathrm{J}) 、$白严系$(\mathrm{K})$、古近系$(E)$、新近系$(N)$和第四系$(\mathrm{Q})$等8套地层。沙湾凹陷是准噶尔盆地五大富烃凹陷之一, 经历了多期构造运动致使基底抬升, 产生的一系列不整合面和断裂构成了油气运移的通道^[26-27]。沙湾凹陷西斜坡长期处于油气运移的有利构造位置, 成藏条件十分有利, 具有多层系含油、多期成藏的特点。侏罗系八道湾组是沙湾凹陷油气勘探的重点层系之一, 地层厚度由凸起向凹陷逐渐增大。沙湾凹陷西斜坡SM011井钻遇完整的侏罗系八道湾组, 厚度达$204 \mathrm{~m}$, 自下而上可划分为八一段、八二段和八三段(图 1b)。八一段岩性主要为砂砾岩、含砾砂岩、含砾细砂岩、粉砂质泥岩等, 中间夹薄煤层, 底部的砂砾岩、含砾砂岩是一套规模储层; 八二段底部为黑色煤线, 上覆岩层主要为泥岩, 局部夹杂泥质粉砂岩, 是一套区域性盖层; 八三段岩性主要为粉砂岩及泥岩。

图 1

Fig. 1

下载原图 图 1 准噶尔盆地沙湾凹陷位置(a) 和侏罗系八道湾组岩性地层综合柱状图(b) Fig. 1 Location (a) and stratigraphic column of Jurassic Badaowan Formation (b) in Shawan Sag, Junggar Basin

沙湾凹陷侏罗系八道湾组滩砂沉积以砂砾岩、含砾砂岩为主, 其次发育含砾泥质砂岩。砾石成分以变质岩块为主, 石英砾次之; 砂质成分以岩屑为主, 长石、石英次之(图 2)。岩屑体积分数为$45.0 \% \sim 95.0 \%$, 平均为$63.9 \%$, 主要由凝灰岩、霏细岩、花岗岩、流纹岩及变质岩等组成; 长石碎屑体积分数为$1.5 \% \sim 21.0 \%$, 平均为$13.9 \%$, 包括钾长石和斜长石; 石英碎屑体积分数为$5.0 \% \sim 68.0 \%$, 平均为$16.8 \%$。

图 2

Fig. 2

下载原图 图 2 准噶尔盆地沙湾凹陷侏罗系八道湾组滩砂砂质成分三角图 Ⅰ : 石英砂岩; Ⅱ : 长石质石英砂岩; Ⅲ : 岩屑质石英砂岩; Ⅳ : 长石砂岩; Ⅴ : 岩屑质长石砂岩; Ⅵ : 长石质岩屑砂岩; Ⅶ : 岩屑砂岩。 Fig. 2 Triangular diagram showing beach sandstone composition of Jurassic Badaowan Formation in Shawan Sag, Junggar Basin

研究区典型钻井揭示, 滩砂在垂向上具有多期叠置的特征。SM2井在$4580 \sim 4598 \mathrm{~m}$发育有9期垂向叠置的滩脊, 岩性以砂砾岩、含砾砂岩为主, 累计厚度达$18 \mathrm{~m}$, 单期滩脊电阻率曲线呈漏斗-钟形复合型, 单期厚度多为$1 \sim 4 \mathrm{~m}$。$\mathrm{SM} 1$井揭示了滩脊间的滩槽沉积, 其岩性主要为粉砂岩, 厚度较小, 具有反粒序特征(图 3)。

图 3

Fig. 3

下载原图 图 3 准噶尔盆地沙湾凹陷过SM2-SM1井侏罗系八道湾组沉积相剖面 Fig. 3 Well-tie sedimentary profile of Jurassic Badaowan Formation across wells SM2 and SM1 in Shawan Sag, Junggar Basin

单期滩脊一般由3个沉积序列构成(图 4a), 底部为含砾砂岩(序列$\mathrm{A}$, 图$4 \mathrm{~b}$), 发育块状构造, 砾石漂浮于砂质沉积中, 磨圆度较好, 呈次圆一圆状; 中部为砂质砾岩(序列B), 发育块状构造, 砾石磨圆度较好, 呈次圆一圆状, 排列具有定向性(图 4b), 局部呈叠瓦状排列(图 4c); 顶部为砂岩(序列C), 分选性较好, 发育块状构造(图 4b)、浪成交错层理(图 4d) 和软沉积变形层理(图 4e), 被湖相泥岩覆盖或被下一期滩脊的序列$\mathrm{A}$冲刷。序列$\mathrm{A}$与序列$\mathrm{B}$之间发育冲刷面, 序列$\mathrm{C}$与序列$\mathrm{B}$之间为充填关系。

图 4

Fig. 4

下载原图 图 4 准噶尔盆地沙湾凹陷SM2井侏罗系八道湾组滩脊沉积序列及岩心扫描照片(环扫) Fig. 4 Sedimentary sequence and core circular scanning images of Jurassic Badaowan Formation of well SM2 in Shawan Sag, Junggar Basin

SM2井钻井揭示, 滩脊的3个沉积序列中粒度概率曲线均具有三段式特征, 但3个序列对应的滚动总体、跃移总体和悬移总体的含量及分选性等具有显著差异(图 5)。序列$\mathrm{A}$的滚动总体主要为砾级颗粒, 粒度$\mathit{\Phi}$值为$0.5 \sim 1.7$, 占比约$8 \%$; 跃移总体约占$85 \%$, 粒度$\mathit{\mathit{\Phi}}$值为$2.0 \sim 2.5$, 主要为砂级颗粒, 总体分选性非常好; 悬移总体含量较低, 粒度$\mathit{\Phi}$值为$3.0 \sim 4.2$, 颗粒以粉一细砂为主。序列$\mathrm{A}$沉积时具有一定的牵引流特征, 发育少量滚动总体, 更多的水动力条件体现为波浪对跃移总体的篮分作用, 因此该序列沉积时主要位于浪基面以上到低潮线附近。序列$\mathrm{B}$粒度的滚动总体(粒度$\mathit{\Phi}$值为$0.2 \sim$ 1.6) 和跃移总体(粒度$\mathit{\Phi}$值为$1.6 \sim 2.2$) 均以砾石沉积为主, 两者占比约为$95 \%$, 是该序列的沉积主体, 在讨论过程中, 也有学者认为这类周缘含杂基较多的直立状砾石缺少淘洗、篮选过程, 可能为重力流成因; 悬移总体占比约为$5 \%$, 以砂级颗粒为主。三段斜率均较高, 粒度$\mathit{\Phi}$值分布区间较小, 体现了较好的颗粒分选性。滚动总体在3个序列中的占比最高, 说明沉积时水动力非常强, 属于湖岸沉积环境中水动力最强的破浪带沉积环境。序列$\mathrm{C}$的粒度以跃移总体为主, 粒度$\mathit{\Phi}$值为$2.0 \sim 3.5$, 呈现出很好的分选性; 悬移总体占比少, 粒度$\mathit{\Phi}$值为$3.5 \sim$ 4.2, 表明沉积时较强的水流作用使沉积界面保持扰动, 将悬移总体篎分出去; 滚动总体占比较少, 粒度$\mathit{\Phi}$值为$1.7 \sim 2.0$, 说明序列$\mathrm{C}$沉积时水动力依然较强, 属于冲洗-回流带沉积环境。

图 5

Fig. 5

下载原图 图 5 准噶尔盆地沙湾凹陷SM2井侏罗系八道湾组滩脊粒度概率累计频率曲线 Fig. 5 Probability cumulative grain size curves of beach ridge of Jurassic Badaowan Formation of well SM2 in Shawan Sag, Junggar Basin

沙湾凹陷钻遇侏罗系八道湾组的钻井较多, 优选C76, SM1及SM2等井进行井-震精细标定, 确定了该区八道湾组顶、底地震反射界面。如图 6所示, 黄色实线为八道湾组底界面, 为一区域性不整合面，下伏地层削失特征明显，不整合面上、下地层的地震反射波组特征差异均较大; 绿色实线为八道湾组顶界面, 为一波峰反射, 中一强振幅连续性较好, 在构造高部位被白严系削失; 红色实线为白严系底界。新发现的八道湾组滩砂主要发育在八道湾组底部, 地震上对应八道湾组底部的波峰。SM2井钻遇滩脊沉积, 砂体厚度大, 岩性较粗; SM1井钻遇滩槽沉积, 砂体厚度较小, 岩性较细。过SM2-SM1井地震剖面显示, 滩脊表现为强振幅透镜状地震反射特征, 滩槽表现为中等振幅不连续的地震反射特征, 两者呈滩脊-滩槽-滩脊的相间分布, 地震剖面特征十分明显(图 6)。

图 6

Fig. 6

下载原图 图 6 准噶尔盆地沙湾凹陷过SM2-SM1井侏罗系八道湾组地震地质解释剖面(沿白严系底拉平) (剖面位置见图 1) Fig. 6 Seismic interpretation section of Jurassic Badaowan Formation across wells SM2 and SM1 in Shawan Sag, Junggar Basin

滩砂厚度小、横向变化快, 难以利用传统的方法和研究手段精细刻画其形态和展布范围, 但研究区三维地震资料品质好, 构造相对简单, 为该区运用地震沉积学的方法预测滩砂的分布提供了良好的条件。本次研究在地震沉积学理论的指导下, 利用Geosed地震沉积学软件, 采用$90^{\circ}$相位转换、地层切片等技术, 制作了反映滩砂分布的地层切片数据体, 再结合岩心、录井及测井等资料, 对典型的地层切片进行了砂体标定和解译。在地层切片制作过程中, 选取八道湾组底界作为参考层, 在对其精细解释的基础上, 向上以$2 \mathrm{~ms}$时间间隔制作一系列地层切片, 优选反映滩砂分布特征最为明显的切片进行解译(图 7)。地震-岩性标定表明, 强振幅代表滩脊沉积, 中一弱振幅代表滩槽和湖相泥沉积。在讨论过程中, 有部分专家曾提出, 这类反射特征差异也可能是不整合面受下伏地层高角度削蚀影响造成的, 有时这种振幅强弱并不和岩性变化完全一一对应。

图 7

Fig. 7

下载原图 图 7 准噶尔盆地沙湾凹陷侏罗系八道湾组一段地层切片 Fig. 7 Stratal slice of the first member of Jurassic Badaowan Formation in Shawan Sag, Junggar Basin

地层切片显示, 研究区八道湾组滩脊和滩槽沿湖岸线方向相间分布, 滩脊最多可达12条, 宽度为150 500 m。向湖盆方向滩脊的地震振幅有所减弱, 表明滩脊的厚度减小、岩性变细, 同时形态也由条带状向席状转变。

通过对研究区滩砂地震响应特征的分析, 结合地层切片反映的滩砂在平面上的分布规律, 编制了沙湾凹陷八道湾组一段底部砂体的沉积相平面分布图（图 8)。八道湾组一段沉积时期, 在ST2井以北和SM2井以南分别发育南、北2个三角洲沉积体系, 滩砂则分布于沙湾凹陷西环带两大三角洲扇体之间的凹进区, 沿湖岸线呈条带状展布。滩脊和滩槽相间分布, 单个滩脊面积较小, 但数量多, 成群成带出现, 形成了规模储层发育区, 面积可达$145 \mathrm{~km}^{2}$。

图 8

Fig. 8

下载原图 图 8 准噶尔盆地沙湾凹陷侏罗系八道湾组一段底部沉积相平面分布 Fig. 8 Sedimentary facies distribution of the first member of Jurassic Badaowan Formation in Shawan Sag, Junggar Basin

对诸多现代湖泊滩砂沉积特征的研究表明, 滩砂通常以连续呈席状展布和一系列脊槽状堆积2种样式发育在湖岸线的凹进区^[28-30]。席状和脊槽状这2种迥异的滩砂沉积样式主要是由湖平面升降模式的差异性造成的, 其中, 席状滩砂是在湖平面相对稳定的升降过程中形成的, 而脊槽状滩砂是由于湖平面间歇性升降形成的(图 9)。

图 9

Fig. 9

下载原图 图 9 湖平面稳定性和间歇性升降所形成滩砂体的形态差异(据文献[2]修改) Fig. 9 Difference of beach sand body shape between the stability and intermittent fluctuation of lake level

席状滩砂的形成机理: 当湖平面处于相对稳定的升降期时, 持续不断的波浪作用将粗碎屑沉积物连续搬运并沉积在湖滩之上, 伴随湖平面持续平稳的下降或上升, 由粗碎屑物质堆积而成的滩砂持续向岸或向湖方向发育, 形成面积大、稳定性好、厚度小且具规模的滩砂沉积(图 9a)。

脊槽状滩砂的形成机理: 在湖平面间歇性升降过程中, 湖平面首先在短时间内快速上升或下降, 随后在较长时间段处于某一固定位置。具体表现为, 在湖平面快速升降的过程中, 波浪能够携带的碎屑物质有限, 在湖岸地带难以形成厚度较大的滩砂, 甚至不发育滩砂; 在湖平面处于相对稳定期时, 波浪可持续将碎屑物质搬运至湖岸线地带进而形成滩砂堆积, 在湖岸线附近形成一系列近平行于湖岸、厚薄交替发育的脊槽状滩砂, 湖平面稳定时间越长, 滩砂的厚度往往越大(图 9b)。

研究区南、北2个三角洲为湖浪及沿岸流改造提供了充足的物源, 三角洲前缘砂体是形成滩砂的主要物质来源。在三角洲前缘附近, 受南西向沿岸流作用影响, 前缘砂体被侵蚀破坏, 使砂体近平行于湖岸线方向向湖湾区运动, 形成一定数量的大型沿岸坝。随着大型沿岸坝远离三角洲前缘主体, 湖浪成为其改造、搬运的主要水动力条件, 砂体运动方向也由近平行于湖岸线方向转为向岸运移。从浪基面向岸, 波浪开始遇浅变形, 浪高逐渐增大, 在水深减小到一定范围时, 波浪变陡并达到极限范围, 此时波浪发生倒卷并破碎, 碎屑物质快速卸载并在附近堆积成滩(图 10)。从浪基面附近的弱水动力到破浪带的强水动力, 再到冲洗一回流带的水流作用, 分别形成了滩脊的序列A, B和C。由此可见, 沙湾凹陷侏罗系八道湾组发育多期大型湖侵过程, 形成多期湖岸线, 在空间上可形成一系列沿湖岸线分布的滩脊砂体群。

图 10

Fig. 10

下载原图 图 10 准噶尔盆地沙湾凹陷侏罗系八道湾组滩砂沉积模式 Fig. 10 Sedimentary model of beach sand bodies of Jurassic Badaowan Formation in Shawan Sag, Junggar Basin

与坝砂相比较, 滩砂分布面积广, 易于形成大面积分布的岩性圈闭群。沙湾凹陷八道湾组底部发现的滩砂沿湖岸线成排成带分布, 且规模大。滩脊、滩槽相间出现, 滩脊以砂砾岩为主, 厚度大, 物性好, 具备形成较好储层的条件, 预测滩脊的分布面积近$145 \mathrm{~km}^{2}$; 滩槽以粉砂岩、泥岩为主, 可作为滩脊的侧向遮挡层, 有利于形成有效圈闭。

沙湾凹陷八道湾组滩砂储集体与烃源岩、输导体系匹配关系好, 成藏条件有利(图 11)。沙湾凹陷与玛湖凹陷类似, 发育二叠系风城组碱湖优质烃源岩, 烃源岩厚度可达$200 \mathrm{~m}$, 埋深达$6500 \mathrm{~m}$。单井模拟显示沙湾凹陷埋深为$6500 \mathrm{~m}$, 烃源岩有机质成熟度为$1.3 \% \sim 2.6 \%$, 温度约$200{ }^{\circ} \mathrm{C}$, 已达到成熟一高成熟阶段, 是一套较好一好的烃源岩。沙湾凹陷西斜坡长期处于油气运移的有利构造位置, 由于多期构造运动产生了一系列不整合面和断裂^[31-32], 造就了沙湾凹陷八道湾组良好的油气输导条件。海西期大型逆冲断裂沟通了二叠系风城组烃源岩, 印支期正断裂与深层逆冲断裂“搭接”, 使深层油气向侏罗系八道湾组垂向运移。同时, 印支运动产生了三叠系与侏罗系之间的区域不整合面, 使油气沿不整合面向高部位侧向运移。此外, 侏罗系八道湾组底部发育的滩砂又是三叠系/侏罗系不整合面之上的第一套储层, 分布面积广, 储层物性好。因此, 沙湾凹陷八道湾组滩砂的发现对寻找盆地浅层高效勘探新领域具有重要意义。

图 11

Fig. 11

下载原图 图 11 准噶尔盆地沙湾凹陷侏罗系八道湾组滩砂储集体与烃源岩、输导体系配置关系 Fig. 11 Configuration relationships among beach reservoir, hydrocarbon source rocks and migration system of Jurassic Badaowan Formation in Shawan Sag, Junggar Basin

（1）准噶尔盆地沙湾凹陷侏罗系八道湾组底部发育滩砂沉积, 由滩脊和滩槽构成, 岩性以砂砾岩和含砾砂岩为主, 沉积构造以块状层理、浪成交错层理为主, 垂向上具有多期滩砂叠置的特征。

(2) 研究区八道湾组单期滩脊一般由3个沉积序列构成, 底部发育含砾砂岩, 中部为砂质砾岩, 顶部为砂岩。3个沉积序列的粒度概率曲线均具有三段式特征, 其中, 序列B是该序列的沉积主体, 以砂级颗粒为主, 分选性较好, 属于湖岸沉积环境中水动力最强的破浪带沉积环境。

(3) 研究区八道湾组沉积时在湖平面间歇性升降的过程中, 受波浪作用的影响, 碎屑物质垂直于湖岸线搬运和沉积, 形成与岸大致平行的条带状滩砂。滩脊、滩槽沿湖岸线方向相间分布, 最多处可达12条滩脊, 滩脊在地震剖面上表现为强振幅透镜状反射特征。

(4) 研究区八道湾组底部发育脊槽状滩砂, 沿湖岸线成排成带分布, 分布面积广, 储层物性好, 且烃源岩与输导条件均有利, 是盆地浅层高效勘探的新领域。