古地貌是指地质历史时期的地表地貌形态，可分为剥蚀古地貌、构造古地貌和沉积古地貌。剥蚀古地貌和构造古地貌分别代表着剥蚀和构造活动末期的地表地貌残留，分别指示剥蚀造成的剥蚀量和构造活动强度；沉积古地貌是指沉积盆地某一地层沉积前的地貌特征，能够指示沉积地层的环境变化^[1-2]，沉积古地貌的恢复对于理解盆地沉积体系类型及展布、层序的形成和发育、优质储层以及油气藏的分布至关重要。通过恢复地层沉积前的精细古地貌，可以有效地指示沉积相的平面展布，并为后续的油气勘探提供重要的指导和支撑^[3]。国外的沉积古地貌相关研究兴起于20世纪50年代，主要集中于野外特征描述和地貌年龄恢复，强调不整合面等古地貌单元在油气聚集中的重要作用^[4-5]。国内学者们对古地貌的研究始于20世纪70年代，主要是探究古地貌对油气圈闭的控制作用，并形成了一系列的研究成果，有效地指导了油气资源的勘探与开发^[6-7]。目前，随着理论认识和实践方法的不断进步，中国学者对沉积盆地内沉积古地貌的研究已经由传统的定性研究逐渐过渡到半定量研究阶段，从区域性、定性的认识逐渐过渡到精细、定量的分析；主要研究内容包含地层沉积古地貌的形态恢复和单元划分，沉积古地貌对层序地层、沉积体系以及有利储层的分布的影响等方面，并逐步将有利油气富集部位的预测与特定的沉积古地貌单元联系起来^[8-10]。同时，也提出了多种基于不同盆地背景和不同理论方法的古地貌恢复方法，如基于填平补齐原则的残厚法、印模法和层拉平法，基于沉积学原理的沉积学法，基于层序地层学原理的层序地层学法和高分辨率层序地层学法^[10]。这些研究成果在准噶尔盆地^[11-13]、塔里木盆地^[14-15]、渤海湾盆地^[16-20]、鄂尔多斯盆地^[21-22]、松辽盆地^[23]以及四川盆地^[24-25]等多个大型油气田的勘探中都得到了广泛应用并取得了显著效果。然而，各种恢复沉积古地貌的方法都有相应的优势和局限，且所需的资料量和适用的沉积环境也有所不同，以往研究涉及的沉积环境主要是碳酸盐岩溶蚀环境和曲流河三角洲沉积环境，而本文研究区准噶尔盆地腹部石西地区百口泉组为辫状河三角洲相，以往研究多集中于准噶尔盆地周缘区或其他沉积体系，其成果难以直接适用于该区，且石西地区在沉积相展布和储层发育方面的研究相对薄弱，因此对其进行系统研究具有重要的理论价值和实际意义。

以准噶尔盆地石西地区三叠系百口泉组为例，综合残厚法和印模法的优点，采用时深转换和去压实校正等技术，对古地貌进行精细恢复，并将沉积相展布状态与古地貌特征相结合，探讨古地貌对沉积相的影响，以期为陆相盆地的沉积古地貌研究提供更为详细的思路和方法，也为研究区油气田的勘探开发提供理论依据。

准噶尔盆地是晚石炭世—第四纪沉积的复合型叠合盆地，可分为中央坳陷、陆梁隆起、乌伦古坳陷、西部隆起、北天山山前冲断带和东部隆起等6个一级构造带（图 1a）。石西地区位于准噶尔盆地陆梁隆起南部，包含石西凸起的西南部地区和滴水泉凸起的西部地区，西邻盆1井西凹陷，并与夏盐凸起相望，东连滴南凸起和滴水泉凹陷，南接莫北凸起，北侧连三南凹陷，具有“四面环凹”的构造格局（图 1b）。研究区三叠系自下而上依次发育百口泉组（T₁b）、克拉玛依组（T₂k）和白碱滩组（T₃b）（图 1c），百口泉组为本次研究的目的层，厚度为0~ 230 m，岩性以砂砾岩和砂岩为主，夹少量泥岩，主要发育辫状河三角洲沉积。按照内部岩性组合特征，可将百口泉组分为3段，自下而上依次为百口泉组一段、百口泉组二段和百口泉组三段，其中百口泉组一段岩性主要是砂砾岩，发育少量的泥岩夹层；百口泉组二段下部以砂砾岩为主，向上逐渐过渡为泥岩沉积；百口泉组三段主要为泥岩，可见薄层砂岩。

图 1

Fig. 1

下载原图 图 1 准噶尔盆地（a）、石西地区构造单元划分（b），三叠系岩性地层综合柱状图（c）（据文献[26-27]修改） Fig. 1 Division of tectonic units of the Junggar Basin(a)and Shixi area(b), and stratigraphic column of the Triassic(c)

在百口泉组沉积时期，准噶尔盆地正处于克拉通坳陷阶段，构造活动相对较弱^[26]；上覆克拉玛依组沉积厚度为0~450 m，下部以泥岩为主，夹含砾粗砂岩、中—粗砂岩，上部以中—细砾岩与中—粗砾岩为主，整体上发育湖泊相和辫状河三角洲相；白碱滩组沉积厚度为0~480 m，发育一套灰黑色炭质泥岩和泥质粉砂岩，夹砂岩，主要为湖相（图 1c）。

恢复古地貌所采用的方法一般是基于地层沉积物的厚度与其沉积历史的关系（图 2a），简言之，地层沉积物的原始厚度可以反映古地貌的形态，即地层厚度小的区域为相对地貌高地，地层厚度大的区域则为相对地貌洼地。通过测量和分析现今目的层的厚度，可以逆向得出沉积时期古地貌的大致形态，通常为了保证所采用的地层厚度具有较高的分辨率，恢复古地貌最好采用具有较高的地层点位和分辨率的地震解释层位，在井分布较密集的地区，地层厚度也可以使用测井资料下的地质分层厚度。准噶尔盆地石西地区钻穿百口泉组的井密度低，所覆盖的区域较少，因此使用地震解释层位作为地层厚度的计算数据。基于以上原则，本次研究恢复古地貌的步骤如下：

图 2

Fig. 2

下载原图 图 2 古地貌恢复流程示意图 Fig. 2 Schematic diagram of the paleogeomorphology restoration process

（1）计算时间域下的地层厚度。将目的层顶部和底部的时间差相减，获得时间域下的地层厚度，即为恢复古地貌的原始厚度。

（2）计算深度域下的地层厚度。通过井-震标定确定目的层时深关系，采用时深关系拟合的函数计算现今目的层深度域地层厚度；将已知目的层真实厚度的井数据，与相应点位下计算得出的地层厚度进行对比，以此对计算所得地层厚度进行校正。

（3）剥蚀量恢复和去压实校正。目的层剥蚀量恢复需用到声波时差法、镜质体反射率法、孔隙度法、磷灰石裂变径迹法等，若研究区目的层未遭受剥蚀可不进行剥蚀量恢复的操作，在对目的层进行剥蚀量恢复后，利用研究区孔隙度数据对层位进行去压实校正。

在地层沉积之后，上覆地层会对其进行机械压实，从而造成地层孔隙度和渗透率下降，压实后的地层厚度与沉积时的厚度相比也大幅减小，进行去压实校正就是利用现今地层厚度恢复其原始厚度。本文研究固定岩石骨架体积，只将岩石的孔隙体积作为变量，以此来进行去压实校正，孔隙度与深度的关系式为

式中：H为深度，m；φ为深度H处的孔隙度，%；φ₀为地表孔隙度，即地层原始最大孔隙度，%；C为压实系数。

由于压实作用不可逆，且压实前后岩石骨架体积保持不变，由此将压实后岩石骨架和原始岩石骨架进行对比，可得

式中：Z和Z'分别为现今地层顶面埋深和压实恢复后的地层顶面埋深，m；T和T'分别为现今地层厚度和压实恢复后的地层厚度，m；x为深度，m；φ（x）为孔隙度随深度的变化函数，即式（1）。

通过式（2）可得出地层原始厚度，随后计算每口井的压实率：

以压实率为基础，通过多井约束可得到研究区目的层的平面压实率，进而获得全区的压实率平面分布图，结合目的层地层厚度，即可得到地层原始厚度。

（4）古水深恢复。调研目的层沉积时期的沉积环境，利用Co含量计算陆相沉积环境的古水深，由于不同的古生物群落对水深有不同的适应性，根据古生物群落也可判断古水深。

准噶尔盆地在上三叠统百口泉组沉积末期为克拉通坳陷盆地，依据前人对盆地百口泉组的古地貌恢复成果，石西地区在百口泉组沉积时处于平原区^[28-29]，未遭受抬升剥蚀，因此对其进行古地貌恢复时不用考虑剥蚀量恢复。按照上文方法对该区进行古地貌恢复，结果（图 3）显示：研究区具有“西北高、东南低”的构造格局，坡度较为平缓，可清晰识别出高地、凸起、沟槽和洼地4类古地貌单元，整体以凸起—沟槽—洼地的古地貌组合样式为主；高地主要位于研究区北部，面积大，呈西北—东南方向展布，内部也呈“西北高、东南低”地势；凸起主要发育于研究区中部，被多条沟槽地貌相隔，整体呈东北—西南方向展布；6条古沟槽发育于中部地区，沿NE—SW贯穿全区，被水下低凸起分割，整体呈现出向南部和东部地势逐渐变低的特征，过渡为洼地；南部和东南部发育3个洼地，是沉积物卸载的重点场所，也是砂岩的主要聚集单元；沉积物可以通过凸起之间的沟槽向洼地搬运。

图 3

Fig. 3

下载原图 图 3 准噶尔盆地石西地区三叠系百口泉组古地貌特征 Fig. 3 Paleogeomorphological characteristics of the Triassic Baikouquan Formation in Shixi area, Junggar Basin

综合利用准噶尔盆地百口泉组沉积相研究成果以及石西地区三维地震、测井、录井等资料，发现石西地区百口泉组发育浅水辫状河三角洲沉积，可进一步划分为辫状河三角洲平原和辫状河三角洲前缘亚相，包含分流河道、分流河道间湾、水下分流河道、水下分流河道间、河口坝和席状砂6类沉积微相。

（1）辫状河三角洲平原亚相以发育分流河道和分流河道间湾微相为主。

分流河道微相主要分布于百口泉组底部，厚度一般大于10 m，岩性主要为中—细砂岩，在底部偶见砂砾岩，表现出较明显的正旋回特征；平面上分布广泛，多口单井均以该微相为主；自然伽马（GR）和自然电位（SP）曲线表现为低幅波动的箱形或钟形低值，以箱形为主；地震剖面上以中等—强振幅、低—中等频率、中等—好连续性的亚平行反射结构为特征，可见下切现象。

分流河道间湾微相发育在河道之间的低洼平原上，岩性主要为泥质粉砂岩、含泥粉砂岩和泥岩，沉积厚度较大，可达15 m；测井相表现为箱形高GR和低SP，曲线常见弱齿化，高GR值是由于岩石中富含有机质和黏土矿物，而低 SP值则可能与岩石的孔隙结构和含水率有关；地震剖面上具有强振幅、中等频率、好连续性的地震反射特征（图 4）。

图 4

Fig. 4

下载原图 图 4 准噶尔盆地石西地区三叠系百口泉组主要沉积微相岩性、测井曲线和地震相特征 Fig. 4 Lithology, well log curves, and seismic facies characteristics of the main sedimentary microfacies of the Triassic Baikouquan Formation in Shixi area, Junggar Basin

（2）辫状河三角洲前缘亚相包含水下分流河道、水下分流河道间、河口坝和席状砂4种微相。

水下分流河道微相在研究区分布广泛，是主要沉积微相，岩性以细砂岩为主，多呈灰色或灰白色，颗粒粒度从下至上逐渐变小，具有正旋回特征；GR和SP曲线总体表现为中高幅的箱形或钟形，具有典型的正粒序特征，指示厚度较大的多期叠加沉积类型，砂体冲刷叠加具有较厚层、粒度较均一的沉积特征；地震剖面上可观察到较多的下切地震相（图 4）。

水下分流河道间微相发育在水下分流河道微相之间，岩性主要为泥岩和粉砂岩，以红褐色和褐色等氧化色为主，沉积厚度较大，可达15 m；GR表现为高值，曲线具有较强的齿化特征；地震剖面上具有中振幅、好连续性反射特征（图 4）。

河口坝微相岩性主要为红褐色中—细砂岩和粉砂岩，顶部有时可见泥砾层；岩心中可见典型的反韵律特征，粒度由下至上逐渐变大，部分近源的河口坝顶部粒度较大，可达中—粗砂岩；GR曲线表现为漏斗状。

席状砂微相的岩性主要为灰色细砂岩和粉砂岩；SP曲线呈幅度不等的齿状，多呈漏斗状，有时也表现为中高幅度的指形。

以W3井为例，分析百口泉组沉积相特征（图 5）可知，百口泉组一段底部岩性主要为细砂岩，中部是粉砂岩和泥质粉砂岩互层，顶部岩性主要为泥岩，颗粒粒度从下至上逐渐变小，整体呈现出正旋回特征，为辫状河三角洲前缘亚相，发育水下分流河道和水下分流河道间微相。百口泉组二段下部发育一套灰色的细砂岩，往上泥质含量逐渐增加，过渡为泥岩，中部发育薄层的含砾砂岩，顶部发育厚层泥岩，表现为正旋回特征，为辫状河三角洲平原亚相，分流河道和分流河道间湾微相叠置发育。百口泉组三段与百口泉组二段的岩性特征相似，底部发育灰色泥质砂岩，向上粒度逐渐变小，中上部发育厚层紫红色泥岩夹薄层泥质粉砂岩，呈正旋回特征，为辫状河三角洲平原亚相，发育分流河道和分流河道间湾微相。

图 5

Fig. 5

下载原图 图 5 准噶尔盆地石西地区W3井三叠系百口泉组沉积相综合柱状图 Fig. 5 Comprehensive sedimentary facies column of the Triassic Baikouquan Formation in Well W3, Shixi area, Junggar Basin

为了进一步揭示研究区百口泉组沉积体系的横向展布规律，选取了一条位于区域中部的顺物源方向（北东—南西）W4—W3—W8—W5—W6连井进行解剖。结果表明：百口泉组的发育厚度从北东—南西逐渐增大，即随着古地貌的地势降低，地层厚度变大；地势高部位W4和W3井砂岩段SP和RT测井曲线表现为箱形、钟形和高值锯齿状，地势中部位W8井的SP和RT测井曲线形态主要为指状和针状，在百口泉组底部的大套砂岩内呈箱形和钟形；地势低部位W6和W5井的砂岩段SP和RT测井曲线表现出更多的突变高值，说明这2口井所在位置更靠近湖盆中心，更易受到湖平面的影响（图 6）。

图 6

Fig. 6

下载原图 图 6 准噶尔盆地石西地区W6—W5—W8—W3—W4井三叠系百口泉组连井地层格架与沉积相剖面（剖面位置见图 1b） Fig. 6 Stratigraphic framework and sedimentary facies profile of the Triassic Baikouquan Formation connecting wells W6-W5-W8-W3-W4 in Shixi area, Junggar Basin

综合分析认为研究区东北部（W4和W3井所处区域）主要发育辫状河三角洲平原亚相，以分流河道和分流河道间湾微相为主；西南部（W8、W5和W6井所处区域）主要发育辫状河三角洲前缘亚相，包含水下分流河道和水下分流河道间微相，局部区域发育河口坝和席状砂微相。

从研究区百口泉组的砂岩厚度和砂地比分布特征可知，从北东（W4井区）—南西（W6井区），砂岩厚度变大，从10 m逐渐增大至70 m；砂地比变大，从10% 逐渐增加为35%，东北部W1，W2和W4井区周缘砂岩厚度、砂地比最小，西南部的W5和W6井区砂岩厚度和砂地比均最大（图 7a，7b）。

图 7

Fig. 7

下载原图 图 7 准噶尔盆地石西地区三叠系百口泉组沉积相展布特征 Fig. 7 Sedimentary facies distribution characteristics of the Triassic Baikouquan Formation in Shixi area, Junggar Basin

百口泉组的均方根振幅属性分布特征与砂岩厚度、砂地比具有相似性，表现为北部振幅相对较弱，将零星高振幅区划分为6条河道砂体沉积，河道末端少部分高振幅区域发育河口坝微相。南部3个强振幅区域，判断为席状砂沉积（图 7b，7c）。

综合分析认为研究区西南部（W5和W6井区）及南部的3个高振幅区为百口泉组沉积中心；东北部发育辫状河三角洲平原亚相，向西南方向逐渐过渡为辫状河三角洲前缘亚相，中部和东部地区主要发育分流河道和水下分流河道微相，这些微相被分流河道间湾和水下分流河道间微相分隔，向西南进入三角洲前缘亚相后，发育河口坝和席状砂微相（图 7d）。

研究区古地貌与沉积相叠合图（图 8）显示，古地貌单元对沉积相的展布特征有明显的控制作用，具体表现为来自东北部的物源通过河流长距离输送至西部、西南部洼地沉积，沉积物在经辫状河三角洲砂体向湖盆中心输送的过程中，6条古沟槽提供了较大的容纳空间，是主要的输送通道，同时，沟槽单元水动力较强，细粒沉积物被搬运，粗粒沉积物则残留，沉积了较厚的砂岩储层，发育水下分流河道微相；沟槽间的凸起水动力较弱，细粒沉积物如粉砂和泥质更易堆积，形成较厚的泥质层，发育水下分流河道间湾微相，在河道之间起阻挡或分流的作用；西南部洼地区域因河道扩展导致水动力减弱，细砂质沉积形成大面积砂体聚集，发育大面积席状砂微相。综上所述，古地貌的形态和特征直接影响沉积物的来源、搬运路径和沉积环境，进而对储层的岩性、物性及空间分布产生重要影响。

图 8

Fig. 8

下载原图 图 8 准噶尔盆地石西地区三叠系百口泉组古地貌与沉积相展布叠合图 Fig. 8 Superimposed map of paleogeomorphology and sedimentary facies distribution of the Triassic Baikouquan Formation in Shixi area, Junggar Basin

从石西地区北东—南西向W4—W3—W8—W5—W6井百口泉组连井油藏剖面（图 9a）可知，位于古地貌高部位的W4和W3井油藏发育厚度较小，仅为4~10 m，向西南部油藏的厚度逐渐变大，西南洼地W5井和W6井油藏厚度达到最大，为30~40 m。

图 9

Fig. 9

下载原图 图 9 准噶尔盆地石西地区百口泉组连井油藏剖面（a）及勘探有利区分布（b） Fig. 9 Reservoir profile of the Baikouquan Formation (a)and distribution of favorable exploration areas(b) in Shixi area, Junggar Basin

结合上文分析可知，东部沟槽区、西南部和南部洼地等低洼地带为百口泉组砂体主要发育区，也是主要的勘探方向（图 9b）。

（1）准噶尔盆地石西地区百口泉组古地貌呈“凸起—沟槽—洼地”组合，西北高、东南低，坡度平缓，西北部为高地，中部和东部发育凸起和6条主干沟槽，向南部和东南部逐渐过渡至3个明显的洼地。

（2）研究区百口泉组岩性主要为中—细砂岩夹灰黑色泥岩，沉积相主要为辫状河三角洲平原（东北部、中部）和辫状河三角洲前缘（西南部），可细分为分流河道、分流河道间湾、水下分流河道、水下分流河道间、河口坝和席状砂等6类微相，区域中部以水下分流河道间为主，向西南逐渐进入三角洲前缘的河口坝和席状砂微相。

（3）研究区发育6条水下古沟槽，是三角洲砂体向湖盆输送的主要通道，沟槽内充填了厚度较大的多期水下分流河道砂体，而凸起区则以泥岩为主，指示水下分流河道间微相，洼地填充了较多的河口和席状砂沉积。

（4）研究区沉积古地貌对储层分布有显著影响，储层有利区主要分布于沟槽和洼地的地貌单元内，区域西南部、南部洼地和东部沟槽是主要的勘探方向，具备良好的储层发育条件。