唐 勇 紀 杰 郭文建 陳 洪 李彥穎 董 方

(①中國石油新疆油田公司，新疆克拉瑪依 834000； ②德州學院生態(tài)與資源環(huán)境學院，山東德州 253023； ③中國石油大學(華東)地球科學與技術學院，山東青島 266580)

0 引言

不整合對油氣運移和聚集均具重要意義[1-2]，它不但是油氣運移的良好通道，而且還能形成與之密切相關的地層不整合油氣藏[3-4]。二疊紀晚期—三疊紀早期是準噶爾盆地構造轉換期，發(fā)育了中/上二疊統(tǒng)、二疊系/三疊系區(qū)域性不整合面。在中/上二疊統(tǒng)不整合面附近發(fā)現(xiàn)了眾多油氣藏，不整合結構對油氣成藏具控制作用[5-7]。

不整合是一個“體”，具有“空間結構”屬性，一個完整的不整合包括上、中、下三層結構[8]。不整合結構體上層緊鄰不整合面之上，主要為水進砂體、底礫巖及煤層； 中層為風化黏土層，是物理、化學風化作用改造下形成的殘積物； 下層為半風化巖石，次生孔隙發(fā)育，當它被抬升、暴露至地表時易形成微裂縫，在長期風化、淋濾作用下可形成大量溶孔和溶縫。隋風貴等[9]結合測井曲線，采用地震反射相位、同相軸識別不整合結構； 劉鑫金等[10]依據(jù)巖性資料，運用模糊綜合評判法劃分不整合面結構類型； 陳鋼花等[11]借助常規(guī)測井曲線，通過構建卷積神經網(wǎng)絡模型進行巖性識別，進而分析不整合結構。這些方法參數(shù)選擇較少，未考慮曲線變化幅度，因此很難有效識別不整合體的縱向結構。如何定量、準確劃分不整合體的縱向結構，仍是目前石油地質勘探中需要解決的問題。已有的相關研究主要集中在不整合結構的上層和下層，而對中層涉及不多。

準噶爾盆地阜康凹陷東部地區(qū)地層存在超覆、剝蝕現(xiàn)象，不整合體結構復雜，控藏作用不明。這在很大程度上制約了該地區(qū)不整合相關油氣藏的勘探。為此，通過井震結合，綜合不整合之上、下地震反射特征和剖面樣式，劃分不整合類型； 利用測井資料構建判別參數(shù)，識別不整合體結構，分析其發(fā)育規(guī)律及控制因素； 根據(jù)鉆探成果，建立不整合結構體控藏模式。該成果對準噶爾盆地不整合油氣藏的后續(xù)勘探具有指導作用，同時對中國其他含油氣盆地不整合相關油氣藏的勘探具有借鑒意義。

1 地質背景

阜康凹陷位于準噶爾盆地東南部，其東部的北三臺凸起是一個持續(xù)性的古隆起(圖1)。海西構造運動使北三臺地區(qū)抬升，中二疊統(tǒng)蘆草溝組(P2l)向構造高部位超覆沉積。二疊紀晚期—三疊紀早期是準噶爾盆地的構造轉換期，北三臺凸起持續(xù)隆升，中二疊統(tǒng)蘆草溝組與上二疊統(tǒng)烏爾禾組(P3w)之間發(fā)育區(qū)域性不整合面[12](圖1)。

圖1 研究區(qū)構造位置(左)及二疊系—三疊系地層綜合柱狀圖(右)

2 不整合剖面類型及平面分布規(guī)律

2.1 剖面類型及特征

以往的分類方案中，角度不整合和平行不整合的劃分主要是依據(jù)不整合面上、下相鄰地層之間的幾何關系。近些年來，不斷有學者修改不整合分類模式[13-18]。其中，隋風貴等[9]認為早期的不整合類型的劃分主要是基于地層分層研究需要，沒有從整體上將不整合上、下地層之間的接觸關系作為主體，而只考慮了不整合之上(或之下)的單一因素，目前已經無法滿足油氣勘探需求。因此，需將不整合視為結構體。

本文在吳孔友等[14]已識別的四種不整合類型(褶皺、削截、超覆、平行)的基礎上，結合阜康凹陷東部不整合特征，按照“體”的概念劃分不整合結構類型。

主要遵循原則有：①在地震剖面上不同反射層的組合形式代表不同的圈閉類型； ②在考慮不整合結構體兩側不同反射模式的基礎上，依據(jù)上、下地層之間接觸關系識別不整合； ③考慮不整合形成的主要原因，如構造運動抬升、剝蝕和沉積間斷作用等。據(jù)此，可將阜康凹陷東部地區(qū)中/上二疊統(tǒng)不整合劃分為5種類型(表1)，即平行—平行型、平行—削截型、平行—褶皺型、超覆—削截型和超覆—褶皺型等。

表1 阜康凹陷東部地區(qū)中/上二疊統(tǒng)不整合剖面類型及特征

2.1.1 平行—平行型

也稱假整合，即傳統(tǒng)分類中的平行不整合，是凹陷或凸起構造平緩區(qū)發(fā)育較廣的一類不整合。該不整合剝蝕面上、下地層產狀近于平行，存在時間間斷，地層缺失現(xiàn)象明顯。但由于差異風化剝蝕，上、下地層之間接觸面有時不平整。其地震反射特征表現(xiàn)為不整合剝蝕界面反射穩(wěn)定，可見上、下同相軸平行。

2.1.2 平行—削截型

在該類型不整合中，古剝蝕面平行于其上覆地層，構造掀斜作用形成的單斜地層在其下與古剝蝕面呈角度相交，即是傳統(tǒng)分類中的角度不整合。如果經過多期掀斜，并被抬升、剝蝕，當它再次接受沉積時形成的不整合稱為平行—多期削截不整合。其地震反射特征表現(xiàn)為不整合剝蝕界面反射同相軸穩(wěn)定、清楚、連續(xù)，且與上覆地層反射同相軸近于平行、與下伏地層同相軸呈一定的角度相交。

2.1.3 平行—褶皺型

該類型不整合上覆地層平行于古剝蝕面，下伏地層為受擠壓形成的褶皺構造(多為背斜)且被剝蝕，屬于傳統(tǒng)分類中的角度不整合。這類不整合在盆緣區(qū)常見，不整合之下以剝蝕的背斜為主，兩側地層重復分布。其地震反射特征表現(xiàn)為不整合剝蝕面反射能量強，同相軸穩(wěn)定且連續(xù)； 地震剖面上可見完整的背斜構造； 其下背斜構造地層對稱削截現(xiàn)象明顯，上覆地層可見明顯的披覆沉積現(xiàn)象。

2.1.4 超覆—削截型

該類型不整合是由于構造運動導致地層發(fā)生單向翹傾，不同巖性抗風化能力存在差異，因而剝蝕程度不一，形成古地貌斜坡，后期沉積物在其上沉積形成的一類不整合。它屬于傳統(tǒng)分類中的角度不整合，是沉積和構造共同作用的復合不整合類型。地震剖面上可見明顯的削截與超覆現(xiàn)象共存特征，古剝蝕面與其上覆、下伏地層之間均為角度相交，多出露于盆地邊緣古斜坡或古隆起與凹陷的結合處。其地震反射特征表現(xiàn)為上覆地層、下伏地層與不整合面同相軸均呈角度相交，角度或大或小，古斜坡面上覆地層向上出現(xiàn)超覆尖滅現(xiàn)象。

2.1.5 超覆—褶皺型

擠壓作用導致地層褶皺、抬升，出露地表的部分遭受剝蝕，爾后海平面上升，地層沿古斜坡依次上超而形成的不整合類型。其地震反射特征表現(xiàn)為不整合面起伏但反射界面能量強，同相軸穩(wěn)定、清晰； 上覆地層依次尖滅于不整合面； 下伏地層遭受剝蝕，呈褶皺形態(tài)。

2.2 平面分布規(guī)律及成因

2.2.1 平面分布規(guī)律

不同類型的不整合體現(xiàn)了構造作用的強度。研究區(qū)內：①北部向中部高程差逐漸增大，受地形影響，削截型、褶皺型不整合發(fā)育。其中，東北部發(fā)育超覆—削截型； 西北部發(fā)育超覆—褶皺型(圖2、圖3)。②北部向中部構造低至構造高部位過渡區(qū)域，由于地層高程差逐漸增大，呈現(xiàn)單斜狀態(tài)，導致平行—削截不整合較發(fā)育。③南部地區(qū)地形較平緩，以平行—平行不整合為主，呈條帶狀分布。④平行—褶皺型主要依托于大型褶皺，發(fā)育在東部與吉木薩爾凹陷相接地區(qū)。

圖2 研究區(qū)中/上二疊統(tǒng)不整合平面分布

圖3 研究區(qū)AA′(上)、BB′(下)中/上二疊統(tǒng)不整合地震反射特征T1j為下三疊統(tǒng)韭菜園組。測線位置見圖2

如上所述，不整合類型分布特征受地貌影響較大，研究區(qū)內不整合主要類型為削截型、褶皺型。

2.2.2 不整合成因

二疊紀的海西晚期構造運動形成了準噶爾盆地區(qū)域性的大型不整合，其中以中/上二疊統(tǒng)的不整合最為復雜。

準噶爾盆地開始形成于石炭紀，擠壓構造作用導致盆地古地形相差較大，不同地區(qū)的沉積特征也差別較大。二疊紀為洋盆向陸相盆地轉換時期，斷裂和褶皺顯著發(fā)育，阜康凹陷、吉木薩爾凹陷與北三臺凸起結合處易形成褶皺型不整合。受后期構造影響，地層整體上剝蝕量較大。北三臺古隆起與周緣凹陷結合部位地層呈逐漸減薄的趨勢。因此，中二疊統(tǒng)與上二疊統(tǒng)之間形成超覆—削截和超覆—褶皺不整合。

3 不整合縱向結構識別與發(fā)育規(guī)律

3.1 縱向結構識別方法

不整合結構層較薄，目前尚無法通過地震資料劃分，而主要是依靠測井技術識別[19-21]。本文通過遴選對不整合結構敏感的測井類型，使它在不整合附近的值顯示出異?，F(xiàn)象，從而建立一套定量識別不整合結構層的方法。

以康探1井(圖4)為例，5190m以上為烏爾禾組，發(fā)育底礫巖(相當于不整合結構體上層)； 5194m以下為蘆草溝組，發(fā)育砂質泥巖(相當于不整合結構體下層)，兩者之間發(fā)育風化黏土層(相當于不整合結構體中層)。

圖4 康探1井中/上二疊統(tǒng)不整合結構體測井識別圖板上、下綠色虛線分別表示不整合結構體頂和底； CAL為井經； φN、φD分別為補償中子、密度測井計算孔隙度； φC=|φN-φD|/φN； Vsh為泥巖含量

(1)選取對不整合孔隙敏感的補償中子(CNL)、密度(DEN)、電阻率(R，為真電阻率RT或沖洗帶電阻率RXO)和自然伽馬(GR)進行曲線變化率計算

(1)

式中Yi為當前深度點的測井值，Y可以為CNL、DEN、R、GR等測井曲線，i為當前深度點。

(2)對各個參數(shù)進行歸一化計算。各曲線量綱不同，數(shù)值相差較大，因此需要對測井資料變化率作歸一化處理。其中，對CNL、R、GR測井資料的變化率進行歸一化處理

(2)

式中：Zi表示當前深度點變化率歸一化后的值； ΔYi為當前深度點實際變化率值； ΔYmax、ΔYmin分別表示最大、最小變化率。

由于密度曲線值與不整合孔隙度呈負相關，為了便于和其他參數(shù)比較，在DEN變化率的歸一化處理時采用公式為

(3)

式中：ZDEN表示密度測井當前深度點變化率歸一化后的值； ΔY′為密度測井當前深度點實際變化率值； ΔY′max、ΔY′min分別表示密度測井最大、最小變化率。

(3)利用歸一化計算后的變化率曲線ZCNL、ZDEN、ZR及ZGR構建不整合孔隙綜合判別參數(shù)

(4)

式中P指經過曲線變化率和歸一化處理的CNL、R、GR和DEN曲線參數(shù)計算函數(shù)，滿足以下條件

(5)

式中：a、b為異常臨界值，且有a

構建的U可很好地區(qū)分不整合各結構層(圖4)。在不整合結構形成過程中，下層受風化淋濾作用，部分溶解物質隨地表水流失，導致孔隙度增加。并且，隨著與風化面距離的逐漸增加，孔隙度逐漸降低。U曲線響應特征表現(xiàn)為：下層U值整體高于中層，且在結構分界處會產生U值的突變； 上層往往發(fā)育水進砂體或底礫巖，巖石儲集物性好于中層，上層U值較高，且在分界處產生一個幅度較大的數(shù)值突變。

由圖4可見，結合巖心資料，利用上述方法可以將不整合結構分層。上層深度為5156.6～5190.0m，巖性為灰色砂礫巖，厚度為33.4m； 中層深度為5190.0～5194.0m，巖性為灰黑色泥巖，厚度為4m； 下層深度為5194.0～5209.5m，巖性以泥巖為主，它所受風化淋濾作用相對較弱，厚度相對較小(圖5)。

3.2 縱向結構特征及控制因素

3.2.1 縱向結構特征

應用上述方法對研究區(qū)80余口井進行中/上二疊統(tǒng)不整合縱向結構分層，并分別編制上、中、下層厚度圖(圖5)。

從圖5a可以看出，上層的水進砂體厚度從幾米～幾十米不等； 南部上層厚度較小，大部分地區(qū)厚度小于8m； 中部厚度普遍大于20m； 北部厚度整體大于南部。

從圖5b可以看出，中層厚度主要為3～7m，局部地區(qū)缺失，北部厚度相對較大。

從圖5c可以看出，下層厚度普遍大于20m，中部區(qū)域厚度相對較大。

在古構造高點，沉積間斷時間長，風化作用強烈，并且地形較陡，水動力條件強，不利于風化黏土層的保存，因此中層厚度較小。上層的水進砂體主要是由湖平面上升引起，以遠源沉積為主，位置一般處于斜坡帶中部至原始湖平面之上。因此，即使在中層發(fā)育厚度較小或不發(fā)育的地區(qū)，依然可以沉積上層的水進砂體。

3.2.2 控制因素

剝蝕量、母巖巖性、構造部位、構造強度及古地貌是控制不整合結構的主要因素。應用聲波時差法[22-23]計算研究區(qū)中/上二疊統(tǒng)不整合的剝蝕厚度(圖6)。由圖可見，沙105井區(qū)和西泉3井區(qū)均剝蝕厚度大，而風化黏土層(不整合結構體的中層)厚度(圖5b)在這兩個井區(qū)相對較小，兩者為負相關。

圖6 阜康凹陷東部中/上二疊統(tǒng)剝蝕厚度圖

統(tǒng)計不整合結構體中層母巖類型(表2)，發(fā)現(xiàn)風化黏土層在泥巖、火山巖母巖區(qū)厚度大，而在抗風化能力強的砂巖區(qū)厚度較小。

表2 研究區(qū)中/上二疊統(tǒng)不整合結構體的中層母巖類型及厚度統(tǒng)計

研究區(qū)中部烏爾禾組尖滅區(qū)地勢最高，對應不整合結構體中層(風化黏土層)厚度低值區(qū)(圖5b)，對應下層厚度高值區(qū)(圖5c)。當風化黏土層較厚時，可有效阻止地表水對下層泥巖的淋濾作用，即不整合結構下層的厚度與風化黏土層的中層厚度呈負相關。

圖5 研究區(qū)中/上二疊統(tǒng)不整合結構體上(a)、中(b)、下(c)層等厚圖

4 不整合控藏作用

4.1 不整合的輸導作用

不整合的空間結構決定著它對油氣輸導作用的強弱。當中層的風化黏土層不發(fā)育時，上層與下層直接接觸。如果上層與下層均為砂巖不整合，輸導能力就好于上層、下層均是泥巖或泥巖與砂巖接觸的不整合。在不整合結構體下層發(fā)育的裂縫和溶蝕孔洞會增加地層滲透性，有利于油氣的側向輸導。當不整合中層即風化黏土層厚度不足以封蓋下伏地層中的油氣時，油氣將會突破風化黏土層向上輸導。

以康探1井區(qū)為例，該井區(qū)位于準噶爾盆地阜康凹陷東緣(圖1)。中/上二疊統(tǒng)不整合結構為上層砂巖、下層泥巖模式(圖1)，野外露頭顯示該不整合上層廣泛發(fā)育砂巖或礫巖，對油氣具有良好的輸導作用。蘆草溝組油氣經斷層縱向運移至不整合處，將沿著不整合結構體向凸起高部位方向運移，油氣藏在不整合結構體附近的運移優(yōu)勢路徑上廣泛分布(圖7)。同時，SE向風化黏土層變薄(圖5b)，部分區(qū)域油氣可穿過風化黏土層縱向輸導。

圖7 過康探1井地震地質解釋剖面

4.2 不整合的圈閉形成作用

不整合對油氣的圈閉能力同樣取決于不整合空間結構。上部泥巖/下部砂巖的接觸關系有利于形成地層不整合圈閉油氣藏； 上部砂巖/下部泥巖的接觸關系有利于形成超覆不整合圈閉油氣藏； 結構體中層如果為下伏儲集體(如砂巖與灰?guī)r、粉砂巖與砂質泥巖等)提供良好的蓋層條件，沿斜坡提供有利的側向遮擋條件，則可形成地層圈閉油氣藏。

不整合結構體的巖性配置關系是判斷地層圈閉有效性的重要依據(jù)。研究區(qū)P2l發(fā)育烴源巖?？堤?井區(qū)P3w1發(fā)育扇三角洲前緣砂體，儲集空間以殘余粒間孔和粒內溶孔為主，處于不整合結構體的上層。P3w1和P3w2均向北三臺凸起超覆尖滅。P3w3湖侵泥巖廣泛分布，在上傾方向對不整合上層砂體形成遮擋(圖8)。蘆草溝組儲層同樣為扇三角洲前緣砂巖、砂礫巖，儲集空間以粒內溶孔和粒間溶孔為主，處于不整合結構中的下層； 而不整合結構中層(風化黏土層)在蘆草溝組之上的廣泛分布(圖4)，增強了對蘆草溝組油氣藏的封閉、遮擋(圖8)。

圖8 康探1井區(qū)成藏模式

目前已發(fā)現(xiàn)的康探1井區(qū)油層主要集中發(fā)育于中/上二疊統(tǒng)的不整合體中?？堤?井區(qū)中/上二疊統(tǒng)發(fā)育不整合類型為超覆—削截型； 烏爾禾組底部為不整合結構體的上層(砂體厚度為20～50m)，蘆草溝組頂部為不整合體結構體的下層，中間發(fā)育3～5m的風化黏土層(不整合結構體中層)?？堤?井區(qū)P3w1和P3w2油氣產量遠高于P2l，這與P3w1、P3w2泥巖蓋層發(fā)育且有效厚度遠大于蘆草溝組的風化黏土層有關。烏爾禾組泥巖具更強的封閉能力，蓋層可封閉的烴柱更高。這與目前的鉆探結果吻合較好。

4.3 不整合控藏模式

不整合體儲存、圈閉油氣，需要多維度的封蓋、遮擋。地層超覆圈閉的形成與不整合古剝蝕面的地形即古地貌相關[24-27]。受岸線侵蝕、差異風化剝蝕的作用，湖(海)岸線部分區(qū)域常形成湖(海)灣區(qū)(圖9a)。受水侵或風浪的影響，在湖(海)灣區(qū)常形成灘壩，發(fā)育儲集層(圖9b)。隨水體不斷加深，接受泥質沉積，可發(fā)育良好的沉積蓋層。內凹湖(海)灣區(qū)兩側基巖風化易形成風化黏土層，構成側向遮擋，可形成超覆地層圈閉(圖9c)。當湖盆區(qū)發(fā)育的烴源巖熱演化成熟后，油氣沿斜坡向上運移，充注在上傾遮擋的地層圈閉中，即形成超覆地層油氣藏(圖9d)。

圖9 無障壁湖(海)灣型超覆地層油氣藏形成及演化模式

當湖(海)灣區(qū)發(fā)育障壁島，水體與外界連通不暢時，有障壁島部分水體流動性變差(圖10a)，能量變弱，沉積泥質巖。無障壁島部分水體流動通暢，能量較強，沉積砂體，但超覆砂體范圍受限，儲集體規(guī)模較小(圖10b)。

隨著水體加深并覆蓋灣區(qū)，沉積泥質蓋層(圖10c)。依靠砂/泥巖性邊界和基巖風化形成的風化黏土層側向遮擋，也能夠形成超覆地層圈閉。在成藏期油氣充注后，即可形成超覆地層油氣藏(圖10d)。

圖10 有障壁湖(海)灣型超覆地層油氣藏形成及演化模式

5 結論與認識

(1)準噶爾盆地阜康凹陷東部地區(qū)不整合剖面發(fā)育平行—平行型、平行—削截型、平行—褶皺型、超覆—削截型和超覆—褶皺型等5種類型，構造位置的高低(古地貌)與活動強度控制了不整合類型的平面分布。準噶爾盆地不整合油氣藏的油氣主要聚集于中/上二疊統(tǒng)不整合結構體中。

(2) 不整合體結構主要受剝蝕量、母巖巖性及構造部位的高低控制，不整合結構體上層與中層厚度呈負相關； 超覆—削截不整合分布區(qū)域為阜康凹陷東部油氣藏有利發(fā)育區(qū)。

(3)不整合上層結構中的水進砂體，是不整合體油氣勘探的有利目標，湖(海)灣區(qū)易形成地層超覆油氣藏。

(4)加強不整合體的研究對不整合油氣藏勘探具有指導作用。本文方法對其他類似地區(qū)不整合油氣藏勘探具有借鑒意義。