沉积古地貌可影响上覆地层、沉积体系、优质储层及油气藏等的分布^[1]。在古地貌与沉积体系方面，学者们在断陷盆地^[2-3]、坳陷盆地探讨了层序充填及沉积体系的分布，并建立了“坡折带控砂”及古地貌相关的层序地层模式^[4-5]；在古地貌控油气藏分布方面，探讨了盆地隆凹格局和微古地貌差异发育与油气聚集、岩性油气藏的关系^[6-8]。残余地层厚度法、印模法、填平补齐法、层拉平法及沉积学分析法等古地貌恢复方法^[9-11]，为古地貌的恢复提供了技术借鉴^[11-14]。近年来，研究人员针对古地貌与细粒沉积的关系展开了研究：王同等^[15]提出川南地区志留系龙马溪组不同古地貌单元内“甜点”沉积的差异性；杨志浩等^[16]基于芦草沟组露头资料，提出水道中砂体叠置样式的差异；钱永新等^[17]在准噶尔盆地玛湖地区二叠系风城组根据地震相及古地貌分析，认为凹陷区大面积分布页岩。近年来，吉木萨尔凹陷芦草沟组页岩油勘探开发呈现良好局面^[18]，其主力储层岩性为粒度较小的砂岩，主要发育水下扇^[16]、三角洲前缘及湖泊滩坝等^[19-21]，沉积成因模式的不确定性制约了页岩油分布预测^[22-23]。吉木萨尔凹陷芦草沟组主力沉积物源区为凹陷南部^[24-25]，但凹陷内沉积古地貌特征、古地貌是否影响页岩油储层的分布目前暂未涉及。

以往学者主要针对吉木萨尔坳陷二叠系芦草沟组的储层特征进行研究，而对凹陷内古地貌特征及古地貌如何控制储层的展布和物性分布缺乏系统研究。本次基于吉木萨尔凹陷芦草沟组一段内丰富的岩心、测井及地震等资料，采用井-震结合和层拉平法，对储层空间分布特征、凹陷沉积前古地貌以及古地貌控制储层的分布规律展开进一步研究，以期为该区页岩油储层预测及芦草沟组油气高效开发与评价提供参考。

吉木萨尔凹陷位于准噶尔盆地东南部，被断裂及凸起所环绕，整体为西断东超的箕状凹陷^[17](图 1a)。二叠纪芦草沟组沉积时期，为咸化湖沉积环境，芦草沟组岩性整体为深灰色泥页岩夹砂岩和碳酸盐岩，表现为源储一体与源储互层的烃储配置关系^[20-22]。根据含油差异，可将芦草沟组划分为3个段，其中芦草沟组一段对应下“甜点”段，岩性主要为暗色泥页岩夹薄层粉—细砂岩，在开发阶段进一步划分出3套主力油层组，自上而下分别为第一油组(P₂l₁^2-1)、第二油组(P₂l₁^2-2)及第三油层组(P₂l₁^2-3)(图 1b)。

图 1

Fig. 1

下载原图 图 1 准噶尔盆地吉木萨尔凹陷构造区划(a)及二叠系芦草沟组地层划分(b) Fig. 1 Structural outline of Jimsar Sag(a)and stratigraphic column of Permian Lucaogou Formation(b)in Junggar Basin

基于沉积学原理，在吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组一段共识别出8类岩相。①灰色含砾砂泥岩相。该岩相岩性成分复杂，以底部发育定向排列的砾石及不规则侵蚀面为主要特征，上部为含油粉砂岩，整体表现出多个正粒序及反粒序的沉积组合。反映底床载荷作用下的侵蚀作用与水动力条件的快速变化，主要发育在沉积序列底部及下部。②褐灰色块状层理细砂岩相。颜色为褐灰色(含油)，主体为细砂组分，整体为均质的块状特征，见石英、长石及岩屑等颗粒，成分成熟度较小，细砂岩沉积厚度通常大于10 cm。块状层理反映沉积物的快速堆积，主要发育在沉积序列中下部。③灰色粒序层理粉砂岩相。颜色以灰色为主，见灰褐色(含油)。灰褐色部分由粉砂岩及泥质粉砂岩构成，整体呈现反粒序及正粒序的组合，反粒序与正粒序之间的转换面为不规则的微型侵蚀面。粒序内部发育多种不规则的纹层结构，纹层结构内部表现为微型反粒序与正粒序的组合。该沉积特征指示了流体的紊乱流状态，反粒序与正粒序组合反映了流体沉积能量由弱变强后再逐渐减弱的变化过程。④灰色小型交错/平行层理粉—细砂岩相。以灰色泥质粉砂岩及粉砂岩组合为主，垂向上见厘米级斜交错层理、平行层理的沉积组合。该组合反映出牵引流的沉积特征，多发育在块状层理或粒序层理上部。⑤灰色爬升沙纹层理粉—细砂岩相。主要为粉砂岩及细砂岩组合，发育向一侧或多侧迁移的爬升沙纹层理，层理厚度为1~2 cm，发育多个毫米级对偶粒序层理组合。表明流体能量变化频繁，在侧向迁移过程中沉积物发生快速堆积。⑥灰色不规则纹层泥质粉砂岩相。岩性为毫米级泥岩与粉砂岩互层，纹层为不规则波状，连续性差，一般与爬升纹层共生或发育在粗粒砂岩之上。解释为能量较弱且频繁变化的水动力机制。⑦植物碎片泥质粉砂岩相。在灰色泥质粉砂岩中，见大量植物碎片不规则分布，表明较高能量水流携带陆源碎屑及植物在湖泊中快速堆积。⑧水平层理泥岩相。主要由深灰色泥岩及粉砂质泥岩组成，见多个毫米级水平层理。反映出静水条件下黏土颗粒的缓慢沉降(图 2)。

图 2

Fig. 2

下载原图 图 2 吉木萨尔凹陷芦草沟组一段典型岩相特征 (a)含砾粉砂岩—粉砂岩，底部见砾石定向排列及侵蚀面，见多个正粒序和反粒序组合，3 766.4 m，J251井；(b)褐灰色粉砂岩，块状构造，3 556.0 m，J10025井；(c)褐灰色泥质粉砂岩及粉砂岩，对偶粒序层理，粒序层理底部见侵蚀面，见不规则纹层结构，3 684.4 m，J10025井；(d)灰色泥质粉砂岩及粉砂岩，见小型交错层理、小型平行层理，3 538.1 m，J10025井；(e)灰色粉—细砂岩，爬升沙纹层理，大量小型对偶粒序层理，3 539.6 m，J10025井；(f)灰色泥质粉砂岩，大量植物碎片，3 743.4 m，J251井；(g)深灰色泥岩，水平层理，3 300.6 m，J174井；(h)细砂岩，主要由石英、岩屑及少量黏土构成，见微小植物碎片，发育溶蚀孔隙，铸体薄片位置见图(b)中红色长方形；(i)粉砂岩及黏土岩组合，发育反粒序与正粒序组合，见大量植物碎屑及溶蚀孔隙，铸体薄片位置见(b)中红色长方形。 Fig. 2 Lithofacies characteristics of the first member of Lucaougou Formation in Jimsar Sag

吉木萨尔凹陷芦草沟组一段岩性整体为暗色泥页岩夹薄层粉—细砂岩，表现出深湖的沉积背景^[20]。岩心见大量纹层构造、对偶粒序层理组合、块状层理及植物碎片，砂岩成分成熟度较低，颗粒组分具有陆源输入的性质。根据岩相及其组合特征，结合潘树新等^[26]的异重流岩相模式，提出凹陷内储集砂体为湖泊异重流沉积成因，并识别出水道、水下天然堤、朵叶体及侧缘4种微相类型^[26-28]。

水道。在异重流近端，水流能量强，侵蚀作用明显，形成陡深的沟道，其内部主要为交错层理砾岩及砾质砂岩沉积物。由近端向远端，沟道逐渐变宽，沟道底部发育砾石结构或泥砾和侵蚀面构造，表明具有一定侵蚀作用。向上依次为对偶粒序层理、块状层理粉—细砂岩，块状层理内部颗粒成分成熟度较低，见微小植物碎片，整体表现出正粒序特征。砾石结构为底床载荷机制，粉—细砂岩为悬浮载荷机制(图 3)。吉木萨尔凹陷内沉积物主要来源于凹陷南部且远离物源区，在凹陷南部露头区有砾岩的报道^[18-19]。芦草沟组岩心中很少见到砾岩，仅在砂体底部见少量砾石结构，可解释为远端水道。

图 3

Fig. 3

下载原图 图 3 吉木萨尔凹陷芦草沟组一段异重流水道亚相组合特征(J10025井) Fig. 3 Subfacies associations of hyperpycnites channel of the first member of Lucaougou Formation in Jimsar Sag

水下天然堤。天然堤为沟道两侧的沉积物总称，也可以称作漫溢沉积。异重流溢出沟道，以悬浮及上浮载荷形式携带相对细粒的沉积物，在沟道两侧形成爬升沙纹层理粉砂岩及不规则纹层泥质粉砂岩—粉砂岩。沉积物由沟道向两侧粒度减小，泥质含量增加(图 3)。

朵叶体。在水道沉积末端，由于没有沟道约束，沉积物以悬浮和上浮载荷的形式向四周扩散，形成朵叶体沉积。主要岩相为对偶粒序层理粉砂岩、平行/交错层理、爬升沙纹层理粉砂岩及泥质粉砂岩等(图 4)。频繁出现的对偶粒序层理及其内部小型侵蚀面，反映河流能量频繁变化，正粒序反映沉积能量的逐渐减弱，反粒序反映沉积能量的逐渐增强，小型侵蚀面代表异重流沉积期次的转化，这是异重流典型的沉积学特征之一。朵叶体与天然堤沉积序列相似，均为悬浮和上浮机制作用的产物。二者主要差异在平面规模，朵叶体由于没有沟道的限制，平面规模更大。

图 4

Fig. 4

下载原图 图 4 吉木萨尔凹陷芦草沟组一段异重流朵叶体亚相组合特征(J174井) Fig. 4 Subfacies associations of hyperpycnites lobe of the first member of Lucaougou Formation in Jimsar Sag

侧缘。沟道侧缘和朵叶体侧缘的总称。主要为上浮载荷沉积机制，沉积物以泥质为主，常发育不规则纹层或植物碎片。侧缘相与湖泊泥岩相的区别主要是沉积构造，湖泊泥岩相一般发育水平纹层，侧缘相主要发育不规则纹层。侧缘相分布范围广，多与水平纹层湖泊泥岩薄互层叠置(图 4)，二者在测井曲线上难以区分(图 5)。

图 5

Fig. 5

下载原图 图 5 吉木萨尔凹陷芦草沟组一段第2油层组(P2l12-2)异重流沉积特征综合柱状图(J10025井) Fig. 5 Sedimentary column of hyperpycnites of the second layer of the first member of Lucaougou Formation in Jimsar Sag

根据微相的垂向组合及其储集性分析，在芦草沟组一段识别出2类亚相。①水道亚相，由水道微相、天然堤微相及侧缘微相叠置组成，主要为粉—细砂岩及泥质粉砂岩，垂向上依次发育侵蚀面构造、块状构造、平行/交错层理、爬升沙纹层理及不规则纹层构造，单层厚度通常大于1 m，整体表现出正粒序特征(图 5)；②朵叶体亚相，由朵叶体微相、侧缘微相垂向叠置构成，主要岩性为粉砂岩、泥质粉砂岩及粉砂质泥岩，垂向上依次发育爬升沙纹层理及不规则纹层，单层厚度相对较小，整体表现出正反粒序的组合(图 4)。2类亚相在自然伽马、声波时差、密度及中子等测井曲线上无明显的响应规律，核磁孔隙度(35 ms)能够较好地反映沉积体的物性，水道亚相核磁孔隙度值大于朵叶体亚相(图 3，图 4)。

古地貌的恢复主要有残余厚度法、印模法、填平补齐法、层拉平法及沉积学分析法等^[9-13]。地层厚度的变化趋势能够反映沉积期古地貌格局，地层厚度越小，对应沉积古地貌越高，反之对应古地貌越低。芦草沟组整体为泥岩夹薄层粉—细砂岩组合，为较深水湖泊沉积环境，沉积地层为连续沉积^{[15, 19]}。芦草沟组一段沉积期吉木萨尔凹陷整体呈现“南低北高，中部低东西高”的古地貌格局。凹陷东侧及西侧为古斜坡区；凹陷中部及南部古地貌整体偏低，为古低洼区；低洼区内具有下凹形态的狭长古地貌单元为古沟槽，在凹陷南部JY6井区、J40井区、J23井区发育3个较为明显的古沟槽；低洼区内及低洼区之间发育多个相对较高的古地貌单元为古低凸起(图 6)。

图 6

Fig. 6

下载原图 图 6 吉木萨尔凹陷芦草沟组一段沉积期古地貌 Fig. 6 Paleogeomorphology of the first member of Lucaougou Formation in Jimsar Sag

基于异重流沉积特征及南部沉积物源方向的认识^[21-22]，并结合多条井-震结合对比剖面及钻井剖面沉积学解释，编制芦草沟组一段第2、第3油层组(P₂l₁^2-2、P₂l₁^2-3)沉积相平面分布图(图 7)。吉木萨尔凹陷南部发育3个异重流供给水道区，中部为水道沉积发育区。异重流水道向北进积，主水流线分散成多支，在水道末端形成多个连片叠置的朵叶体。

图 7

Fig. 7

下载原图 图 7 吉木萨尔凹陷芦草沟组一段第2和第3油层组(P2l12-2及P2l12-3)异重流沉积平面分布 Fig. 7 Hyperpycnite distribution of the second and third layers of the first member of Lucaougou Formation in Jimsar Sag

芦草沟组一段第2、第3油层组在古沟槽带见充填地震反射，钻井剖面上发育多期储层组合，可解释为较强水流下的水道沉积；在沟谷欠发育的古低洼区见披覆地震反射，钻井剖面显示储层厚度较小且分布范围较广，可解释为朵叶体沉积(图 8，图 9)。J25—J10026井区为主力产油区，对应古沟槽及古低洼发育区，沉积多期叠置的异重流水道及朵叶体储层；J39—J181—J10060井区油气开发效果较差，解释为古低凸起区异重流欠发育。

图 8

Fig. 8

下载原图 图 8 吉木萨尔凹陷芦草沟组一段井-震结合古地貌特征(a)及异重流沉积对比(b)(剖面位置见图 6中L1) Fig. 8 Well-seismic paleogeomorphology(a)and correlation of hyperpycnite distribution(b)of the first member of Lucaougou Formation in Jimsar Sag

图 9

Fig. 9

下载原图 图 9 吉木萨尔凹陷芦草沟组一段井-震结合古地貌特征及异重流沉积储层对比(剖面位置见图 6中L2) Fig. 9 Well-seismic paleogeomorphology and correlation of hyperpycnite reservoirs of the first member of Lucaougou Formation in Jimsar Sag

芦草沟组一段顶部发育一套分布稳定的泥岩层，可解释为湖泛面相关的沉积层，适合作为层拉平的对象，进而反映剖面上沉积古地貌的起伏变化。通过井-震标定，在地震剖面上将芦草沟组一段的顶界面拉平，并从东西及南北2个方向建立井-震结合对比剖面。层拉平后的地震剖面能反映古地貌的起伏变化，地震相分析及井-震结合对比，可揭示储层的空间叠置及分布范围，结合古地貌形态及上覆储层沉积的特征，可明确古地貌对储层沉积的控制作用。

(1) 古沟槽控制水道沉积，水道加积叠置并呈厚层状充填。古沟槽呈下凹形态，在平面上呈南北向狭长分布。从过J36井—J10050井—J25井—J10022井—J311井的连井剖面(图 8)可知：①芦草沟组地震底界面凹凸不平，古沟槽见弱振幅充填地震相(水道亚相)，水道亚相单层厚度大、多层叠置，表现出垂向加积叠置的厚层充填状(图 8，图 9)；②Jt1井—J22井为主供给区，研究区南部发育3个古沟槽，3个古沟槽间被古低凸起分割。

(2) 古低洼控制朵叶体沉积，储层侧积叠置、薄层席状披覆。在古沟槽北向延伸的古低洼区，建立过J35井—J10039井—J10027井—J10016井—J43井的井-震结合对比剖面(图 9)。芦草沟组一段地震底界面较为平直，见披覆地震反射，解释为古低洼发育区。主要发育朵叶体亚相，沉积对比剖面显示2个油层组(P₂l₁^2-2，P₂l₁^2-3)内朵叶体单层厚度较小、多层叠置，表现出侧积叠置的薄层席状披覆沉积。基于南北向剖面对比分析(图 10)，剖面上见2个明显的前积地震反射体，前积点在J10025—J10026井区发生变化，南部前积体解释为水道沉积(横向上地震相为充填反射)，北部前积体解释为朵叶体沉积(横向上地震相为披覆反射)。前积相的存在，可进一步验证水道沉积自南向北进积、侧积，从水道沉积到朵叶体沉积，储层厚度逐渐变小，宽度变大。

图 10

Fig. 10

下载原图 图 10 吉木萨尔凹陷芦草沟组一段井-震结合古地貌特征(a)及异重流沉积储层对比(b)(剖面位置见图 6中P1) Fig. 10 Well-seismic paleogeomorphology(a)and correlation of hyperpycnite distribution(b)of the first member of Lucaougou Formation in Jimsar Sag

(3) 古低凸起分割异重流沉积。东西向地震剖面上，发现J10022井与J311井之间、J136井与J10050井之间发育2个近南北向的古低凸起，古凸起两侧的地震相具有较为明显的充填反射特征，解释为水道沉积，低凸起明显分割异重流沉积(图 11)。

图 11

Fig. 11

下载原图 图 11 吉木萨尔凹陷芦草沟组一段古地貌对异重流沉积的控制模式 Fig. 11 Control model of paleogeomorphology on hyperpycnite distribution of the first member of Lucaougou Formation in Jimsar Sag

(4) 古斜坡位于凹陷东西两侧，储层欠发育。古斜坡区内钻井揭示储层不发育或欠发育，如J311井及J43井(图 8，图 9)。因此可理解为斜坡区古地貌相对较高，不利于异重流沉积(图 11)。

(1) 吉木萨尔凹陷芦草沟组一段页岩油储层岩性主要为粉—细砂岩及泥质粉砂岩，发育块状层理、爬升沙纹层理及植物碎片，频繁出现的对偶粒序及内部侵蚀面沉积构造可解释为湖泊异重流成因。

(2) 芦草沟组一段有利储层为异重流水道亚相及朵叶体亚相。水道亚相由水道微相、天然堤微相及侧缘微相叠置构成，岩性主要为粉—细砂岩及泥质粉砂岩，垂向上依次发育侵蚀面构造、块状构造、平行/交错层理、爬升沙纹层理及不规则纹层构造，单层厚度通常大于1 m，整体表现出正粒序特征。朵叶体亚相由朵叶体微相及侧缘微相叠置构成，主要岩性为粉砂岩、泥质粉砂岩及粉砂质泥岩，垂向上依次发育爬升沙纹层理及不规则纹层，单层厚度相对较小，整体表现出正反粒序的组合。

(3) 芦草沟组一段异重流自南向北进积、侧积，水道亚相主要分布在凹陷南部及中部古沟槽区，朵叶体亚相主要分布在中部及北部的古低洼区。

(4) 古沟槽内水道储层为加积叠置、厚层状充填，古低洼区内朵叶体为进积-侧积叠置、薄层席状披覆，古低凸起分割异重流沉积，古斜坡区异重流欠发育。