劉國勇，許多年，胡婷婷，潘樹新，潘 拓，王國棟，馬永平，關(guān) 新

（1.中國石油新疆油田公司，新疆克拉瑪依 834000；2.中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院，蘭州 730020；3.中國石油新疆油田公司勘探開發(fā)研究院，烏魯木齊 830013）

0 引言

灘壩是我國陸相盆地中重要的油氣儲集體類型之一，自20 世紀90 年代起逐漸受到研究人員的重視［1-4］。因其儲層厚度較小，儲集砂體的識別與描述及分布范圍的預(yù)測難度較大，導致灘壩圈閉的隱蔽性強，油氣勘探難度較大。眾多學者研究灘砂時是將其作為灘壩砂中的一部分，習慣用“灘壩”這個綜合術(shù)語來描述湖盆淺水地區(qū)灘和壩的砂體［5-7］?；谟蜌獾目碧叫枨螅瑖鴥?nèi)學者利用鉆、測井資料和地球物理資料在對灘壩砂的沉積特征、控制因素、發(fā)育演化等研究方面取得了重要的進展。易定紅等［7］在對柴達木盆地西部扎哈泉地區(qū)新近系上干柴溝組灘壩砂進行研究時發(fā)現(xiàn)，灘壩砂體的發(fā)育演化受控于古地貌的位置和形態(tài)；趙東娜等［8］利用地震沉積學的技術(shù)和方法對準噶爾盆地車排子地區(qū)下白堊統(tǒng)灘壩砂體進行了識別和描述；梁書義等［9］通過儲層精細標定明確了灘壩砂體地震響應(yīng)特征，并結(jié)合地震屬性刻畫了砂體的空間展布形態(tài)；于紅楓等［10］在鉆井資料較少、儲層厚度較小的情況下，利用Stratimagic 地震相分析技術(shù)對灘壩砂體進行刻畫，構(gòu)建了灘壩砂體巖性油氣藏的成藏模式；關(guān)新等［11］基于高分辨率三維地震資料，利用屬性提取、沿層切片等技術(shù)刻畫了沙灣凹陷二疊系上烏爾禾組灘壩砂體的展布特征；田繼軍等［12］認為灘壩砂體的沉積特征和展布模式受沉積古地貌、物源供給以及水動力作用的影響；姜在興等［13］依據(jù)灘壩砂體發(fā)育的水動力條件和距離湖岸線遠近，將灘壩劃分為沿岸砂壩、近岸砂壩和遠岸砂壩3 種類型；潘樹新等［14］通過研究松遼盆地南部白堊系青山口組沿岸壩沉積特征和分布規(guī)律，認為其壩體分布受坡折帶和湖岸線遷移的控制；衛(wèi)平生［15］認為沿岸壩一般沿湖岸線分布在河口兩側(cè)的卸載區(qū)，平行于岸線呈條帶狀或串珠狀，剖面為透鏡狀，自然電位曲線呈箱形；王張虎等［16］認為沿岸壩巖性以粉砂巖、細砂巖為主，常發(fā)育水平交錯層理、透鏡狀層理以及小型楔狀交錯層理，具有粒度向上變大的反韻律特征，測井曲線表現(xiàn)為低幅漏斗形。

從目前的研究現(xiàn)狀來看，由于鉆井和地震資料的局限性，難以將湖盆中的灘與壩嚴格區(qū)分開，通常將其作為一個整體進行研究［17-19］。實際上灘和壩是2種不同的沉積體單元，其形成的水動力條件不同。灘是在波浪的作用下，碎屑物質(zhì)垂直于湖岸搬運和沉積的、與岸大致平行的席狀（或條帶狀）沉積體，可以呈大面積席狀分布，也可以呈灘脊、灘槽相間分布；壩是在沿岸流的作用下，碎屑物質(zhì)平行于湖岸線搬運并沉積于岸線向陸彎折處、一端與岸相連、另一端向湖區(qū)延伸的沉積體，主要包括沙嘴、連島沙壩、障壁島等。因此，從灘與壩的定義及展布特征來看，本文所論述的在準噶爾盆地沙灣凹陷侏羅系八道灣組發(fā)現(xiàn)的呈條帶狀展布的沉積體屬于水下的灘脊，是灘砂的一種分布形式，有別于沿岸流作用下形成的壩。

對于準噶爾盆地沙灣凹陷侏羅系八道灣組沉積體系的研究一致存在爭議［20-21］，多數(shù)學者認為八道灣組經(jīng)歷了2 次大的湖侵、湖退作用，為河湖過渡環(huán)境的辮狀河三角洲沉積體系，發(fā)育一套以辮狀河、辮狀河三角洲及湖泊為主的沉積體系［22］?；趲r心、測井、錄井和三維地震等資料，對準噶爾盆地沙灣凹陷西斜坡侏羅系八道灣組底部灘砂沉積的巖石學特征、沉積構(gòu)造特征、粒度分布特征及地震響應(yīng)特征進行研究，明確灘砂的平面展布規(guī)律，并探討灘砂的沉積模式及其石油地質(zhì)意義，以期為該區(qū)油氣勘探開發(fā)及增儲上產(chǎn)提供參考。

1 地質(zhì)概況

沙灣凹陷位于準噶爾盆地的西北緣，屬于盆地中央坳陷的一個二級構(gòu)造單元［23］，西面緊鄰紅車斷裂帶和中拐凸起，北面與盆1井西凹陷相鄰［24］，東以莫索灣凸起和莫南凸起為界，南抵霍瑪吐背斜帶［25］（圖1a）。該區(qū)由老到新發(fā)育石炭系（C）、二疊系（P）、三疊系（T）、侏羅系（J）、白堊系（K）、古近系（E）、新近系（N）和第四系（Q）等8 套地層。沙灣凹陷是準噶爾盆地五大富烴凹陷之一，經(jīng)歷了多期構(gòu)造運動致使基底抬升，產(chǎn)生的一系列不整合面和斷裂構(gòu)成了油氣運移的通道［26-27］。沙灣凹陷西斜坡長期處于油氣運移的有利構(gòu)造位置，成藏條件十分有利，具有多層系含油、多期成藏的特點。侏羅系八道灣組是沙灣凹陷油氣勘探的重點層系之一，地層厚度由凸起向凹陷逐漸增大。沙灣凹陷西斜坡SM011井鉆遇完整的侏羅系八道灣組，厚度達204 m，自下而上可劃分為八一段、八二段和八三段（圖1b）。八一段巖性主要為砂礫巖、含礫砂巖、含礫細砂巖、粉砂質(zhì)泥巖等，中間夾薄煤層，底部的砂礫巖、含礫砂巖是一套規(guī)模儲層；八二段底部為黑色煤線，上覆巖層主要為泥巖，局部夾雜泥質(zhì)粉砂巖，是一套區(qū)域性蓋層；八三段巖性主要為粉砂巖及泥巖。

圖1 準噶爾盆地沙灣凹陷位置（a）和侏羅系八道灣組巖性地層綜合柱狀圖（b）Fig.1 Location（a）and stratigraphic column of Jurassic Badaowan Formation（b）in Shawan Sag，Junggar Basin

2 灘砂沉積特征

2.1 巖石學特征

沙灣凹陷侏羅系八道灣組灘砂沉積以砂礫巖、含礫砂巖為主，其次發(fā)育含礫泥質(zhì)砂巖。礫石成分以變質(zhì)巖塊為主，石英礫次之；砂質(zhì)成分以巖屑為主，長石、石英次之（圖2）。巖屑體積分數(shù)為45.0%～95.0%，平均為63.9%，主要由凝灰?guī)r、霏細巖、花崗巖、流紋巖及變質(zhì)巖等組成；長石碎屑體積分數(shù)為1.5%～21.0%，平均為13.9%，包括鉀長石和斜長石；石英碎屑體積分數(shù)為5.0%～68.0%，平均為16.8%。

圖2 準噶爾盆地沙灣凹陷侏羅系八道灣組灘砂砂質(zhì)成分三角圖Fig.2 Triangular diagram showing beach sandstone composition of Jurassic Badaowan Formation in Shawan Sag，Junggar Basin

2.2 沉積構(gòu)造特征

研究區(qū)典型鉆井揭示，灘砂在垂向上具有多期疊置的特征。SM2 井在4 580～4 598 m 發(fā)育有9期垂向疊置的灘脊，巖性以砂礫巖、含礫砂巖為主，累計厚度達18 m，單期灘脊電阻率曲線呈漏斗-鐘形復(fù)合型，單期厚度多為1～4 m。SM1 井揭示了灘脊間的灘槽沉積，其巖性主要為粉砂巖，厚度較小，具有反粒序特征（圖3）。

圖3 準噶爾盆地沙灣凹陷過SM2-SM1 井侏羅系八道灣組沉積相剖面Fig.3 Well-tie sedimentary profile of Jurassic Badaowan Formation across wells SM2 and SM1 in Shawan Sag，Junggar Basin

單期灘脊一般由3 個沉積序列構(gòu)成（圖4a），底部為含礫砂巖（序列A，圖4b），發(fā)育塊狀構(gòu)造，礫石漂浮于砂質(zhì)沉積中，磨圓度較好，呈次圓—圓狀；中部為砂質(zhì)礫巖（序列B），發(fā)育塊狀構(gòu)造，礫石磨圓度較好，呈次圓—圓狀，排列具有定向性（圖4b），局部呈疊瓦狀排列（圖4c）；頂部為砂巖（序列C），分選性較好，發(fā)育塊狀構(gòu)造（圖4b）、浪成交錯層理（圖4d）和軟沉積變形層理（圖4e），被湖相泥巖覆蓋或被下一期灘脊的序列A沖刷。序列A與序列B之間發(fā)育沖刷面，序列C與序列B之間為充填關(guān)系。

圖4 準噶爾盆地沙灣凹陷SM2 井侏羅系八道灣組灘脊沉積序列及巖心掃描照片（環(huán)掃）Fig.4 Sedimentary sequence and core circular scanning images of Jurassic Badaowan Formation of well SM2 in Shawan Sag，Junggar Basin

2.3 粒度分布特征

SM2井鉆井揭示，灘脊的3 個沉積序列中粒度概率曲線均具有三段式特征，但3 個序列對應(yīng)的滾動總體、躍移總體和懸移總體的含量及分選性等具有顯著差異（圖5）。序列A 的滾動總體主要為礫級顆粒，粒度Φ值為0.5～1.7，占比約8%；躍移總體約占85%，粒度Φ值為2.0～2.5，主要為砂級顆粒，總體分選性非常好；懸移總體含量較低，粒度Φ值為3.0～4.2，顆粒以粉—細砂為主。序列A 沉積時具有一定的牽引流特征，發(fā)育少量滾動總體，更多的水動力條件體現(xiàn)為波浪對躍移總體的篩分作用，因此該序列沉積時主要位于浪基面以上到低潮線附近。序列B 粒度的滾動總體（粒度Φ值為0.2～1.6）和躍移總體（粒度Φ值為1.6～2.2）均以礫石沉積為主，兩者占比約為95%，是該序列的沉積主體，在討論過程中，也有學者認為這類周緣含雜基較多的直立狀礫石缺少淘洗、篩選過程，可能為重力流成因；懸移總體占比約為5%，以砂級顆粒為主。三段斜率均較高，粒度Φ值分布區(qū)間較小，體現(xiàn)了較好的顆粒分選性。滾動總體在3 個序列中的占比最高，說明沉積時水動力非常強，屬于湖岸沉積環(huán)境中水動力最強的破浪帶沉積環(huán)境。序列C 的粒度以躍移總體為主，粒度Φ值為2.0～3.5，呈現(xiàn)出很好的分選性；懸移總體占比少，粒度Φ值為3.5～4.2，表明沉積時較強的水流作用使沉積界面保持擾動，將懸移總體篩分出去；滾動總體占比較少，粒度Φ值為1.7～2.0，說明序列C 沉積時水動力依然較強，屬于沖洗-回流帶沉積環(huán)境。

圖5 準噶爾盆地沙灣凹陷SM2 井侏羅系八道灣組灘脊粒度概率累計頻率曲線Fig.5 Probability cumulative grain size curves of beach ridge of Jurassic Badaowan Formation of well SM2 in Shawan Sag，Junggar Basin

3 灘砂分布規(guī)律及沉積模式

3.1 地震響應(yīng)特征

3.1.1 地震剖面反射特征

沙灣凹陷鉆遇侏羅系八道灣組的鉆井較多，優(yōu)選C76，SM1及SM2 等井進行井-震精細標定，確定了該區(qū)八道灣組頂、底地震反射界面。如圖6 所示，黃色實線為八道灣組底界面，為一區(qū)域性不整合面，下伏地層削失特征明顯，不整合面上、下地層的地震反射波組特征差異均較大；綠色實線為八道灣組頂界面，為一波峰反射，中—強振幅連續(xù)性較好，在構(gòu)造高部位被白堊系削失；紅色實線為白堊系底界。新發(fā)現(xiàn)的八道灣組灘砂主要發(fā)育在八道灣組底部，地震上對應(yīng)八道灣組底部的波峰。SM2 井鉆遇灘脊沉積，砂體厚度大，巖性較粗；SM1井鉆遇灘槽沉積，砂體厚度較小，巖性較細。過SM2—SM1井地震剖面顯示，灘脊表現(xiàn)為強振幅透鏡狀地震反射特征，灘槽表現(xiàn)為中等振幅不連續(xù)的地震反射特征，兩者呈灘脊-灘槽-灘脊的相間分布，地震剖面特征十分明顯（圖6）。

圖6 準噶爾盆地沙灣凹陷過SM2-SM1 井侏羅系八道灣組地震地質(zhì)解釋剖面（沿白堊系底拉平）（剖面位置見圖1）Fig.6 Seismic interpretation section of Jurassic Badaowan Formation across wells SM2 and SM1 in Shawan Sag，Junggar Basin

3.1.2 地層切片反射特征

灘砂厚度小、橫向變化快，難以利用傳統(tǒng)的方法和研究手段精細刻畫其形態(tài)和展布范圍，但研究區(qū)三維地震資料品質(zhì)好，構(gòu)造相對簡單，為該區(qū)運用地震沉積學的方法預(yù)測灘砂的分布提供了良好的條件。本次研究在地震沉積學理論的指導下，利用Geosed 地震沉積學軟件，采用90°相位轉(zhuǎn)換、地層切片等技術(shù)，制作了反映灘砂分布的地層切片數(shù)據(jù)體，再結(jié)合巖心、錄井及測井等資料，對典型的地層切片進行了砂體標定和解譯。在地層切片制作過程中，選取八道灣組底界作為參考層，在對其精細解釋的基礎(chǔ)上，向上以2 ms 時間間隔制作一系列地層切片，優(yōu)選反映灘砂分布特征最為明顯的切片進行解譯（圖7）。地震-巖性標定表明，強振幅代表灘脊沉積，中—弱振幅代表灘槽和湖相泥沉積。在討論過程中，有部分專家曾提出，這類反射特征差異也可能是不整合面受下伏地層高角度削蝕影響造成的，有時這種振幅強弱并不和巖性變化完全一一對應(yīng)。

圖7 準噶爾盆地沙灣凹陷侏羅系八道灣組一段地層切片F(xiàn)ig.7 Stratal slice of the first member of Jurassic Badaowan Formation in Shawan Sag，Junggar Basin

地層切片顯示，研究區(qū)八道灣組灘脊和灘槽沿湖岸線方向相間分布，灘脊最多可達12 條，寬度為150～500 m。向湖盆方向灘脊的地震振幅有所減弱，表明灘脊的厚度減小、巖性變細，同時形態(tài)也由條帶狀向席狀轉(zhuǎn)變。

3.2 平面分布規(guī)律

通過對研究區(qū)灘砂地震響應(yīng)特征的分析，結(jié)合地層切片反映的灘砂在平面上的分布規(guī)律，編制了沙灣凹陷八道灣組一段底部砂體的沉積相平面分布圖（圖8）。八道灣組一段沉積時期，在ST2 井以北和SM2 井以南分別發(fā)育南、北2 個三角洲沉積體系，灘砂則分布于沙灣凹陷西環(huán)帶兩大三角洲扇體之間的凹進區(qū)，沿湖岸線呈條帶狀展布。灘脊和灘槽相間分布，單個灘脊面積較小，但數(shù)量多，成群成帶出現(xiàn)，形成了規(guī)模儲層發(fā)育區(qū)，面積可達145 km2。

圖8 準噶爾盆地沙灣凹陷侏羅系八道灣組一段底部沉積相平面分布Fig.8 Sedimentary facies distribution of the first member of Jurassic Badaowan Formation in Shawan Sag，Junggar Basin

3.3 灘砂沉積模式

對諸多現(xiàn)代湖泊灘砂沉積特征的研究表明，灘砂通常以連續(xù)呈席狀展布和一系列脊槽狀堆積2種樣式發(fā)育在湖岸線的凹進區(qū)［28-30］。席狀和脊槽狀這2 種迥異的灘砂沉積樣式主要是由湖平面升降模式的差異性造成的，其中，席狀灘砂是在湖平面相對穩(wěn)定的升降過程中形成的，而脊槽狀灘砂是由于湖平面間歇性升降形成的（圖9）。

圖9 湖平面穩(wěn)定性和間歇性升降所形成灘砂體的形態(tài)差異（據(jù)文獻［2］修改）Fig.9 Difference of beach sand body shape between the stability and intermittent fluctuation of lake level

席狀灘砂的形成機理：當湖平面處于相對穩(wěn)定的升降期時，持續(xù)不斷的波浪作用將粗碎屑沉積物連續(xù)搬運并沉積在湖灘之上，伴隨湖平面持續(xù)平穩(wěn)的下降或上升，由粗碎屑物質(zhì)堆積而成的灘砂持續(xù)向岸或向湖方向發(fā)育，形成面積大、穩(wěn)定性好、厚度小且具規(guī)模的灘砂沉積（圖9a）。

脊槽狀灘砂的形成機理：在湖平面間歇性升降過程中，湖平面首先在短時間內(nèi)快速上升或下降，隨后在較長時間段處于某一固定位置。具體表現(xiàn)為，在湖平面快速升降的過程中，波浪能夠攜帶的碎屑物質(zhì)有限，在湖岸地帶難以形成厚度較大的灘砂，甚至不發(fā)育灘砂；在湖平面處于相對穩(wěn)定期時，波浪可持續(xù)將碎屑物質(zhì)搬運至湖岸線地帶進而形成灘砂堆積，在湖岸線附近形成一系列近平行于湖岸、厚薄交替發(fā)育的脊槽狀灘砂，湖平面穩(wěn)定時間越長，灘砂的厚度往往越大（圖9b）。

研究區(qū)南、北2 個三角洲為湖浪及沿岸流改造提供了充足的物源，三角洲前緣砂體是形成灘砂的主要物質(zhì)來源。在三角洲前緣附近，受南西向沿岸流作用影響，前緣砂體被侵蝕破壞，使砂體近平行于湖岸線方向向湖灣區(qū)運動，形成一定數(shù)量的大型沿岸壩。隨著大型沿岸壩遠離三角洲前緣主體，湖浪成為其改造、搬運的主要水動力條件，砂體運動方向也由近平行于湖岸線方向轉(zhuǎn)為向岸運移。從浪基面向岸，波浪開始遇淺變形，浪高逐漸增大，在水深減小到一定范圍時，波浪變陡并達到極限范圍，此時波浪發(fā)生倒卷并破碎，碎屑物質(zhì)快速卸載并在附近堆積成灘（圖10）。從浪基面附近的弱水動力到破浪帶的強水動力，再到?jīng)_洗—回流帶的水流作用，分別形成了灘脊的序列A，B 和C。由此可見，沙灣凹陷侏羅系八道灣組發(fā)育多期大型湖侵過程，形成多期湖岸線，在空間上可形成一系列沿湖岸線分布的灘脊砂體群。

圖10 準噶爾盆地沙灣凹陷侏羅系八道灣組灘砂沉積模式Fig.10 Sedimentary model of beach sand bodies of Jurassic Badaowan Formation in Shawan Sag，Junggar Basin

4 石油地質(zhì)意義

與壩砂相比較，灘砂分布面積廣，易于形成大面積分布的巖性圈閉群。沙灣凹陷八道灣組底部發(fā)現(xiàn)的灘砂沿湖岸線成排成帶分布，且規(guī)模大。灘脊、灘槽相間出現(xiàn)，灘脊以砂礫巖為主，厚度大，物性好，具備形成較好儲層的條件，預(yù)測灘脊的分布面積近145 km2；灘槽以粉砂巖、泥巖為主，可作為灘脊的側(cè)向遮擋層，有利于形成有效圈閉。

沙灣凹陷八道灣組灘砂儲集體與烴源巖、輸導體系匹配關(guān)系好，成藏條件有利（圖11）。沙灣凹陷與瑪湖凹陷類似，發(fā)育二疊系風城組堿湖優(yōu)質(zhì)烴源巖，烴源巖厚度可達200 m，埋深達6 500 m。單井模擬顯示沙灣凹陷埋深為6 500 m，烴源巖有機質(zhì)成熟度為1.3%～2.6%，溫度約200 ℃，已達到成熟—高成熟階段，是一套較好—好的烴源巖。沙灣凹陷西斜坡長期處于油氣運移的有利構(gòu)造位置，由于多期構(gòu)造運動產(chǎn)生了一系列不整合面和斷裂［31-32］，造就了沙灣凹陷八道灣組良好的油氣輸導條件。海西期大型逆沖斷裂溝通了二疊系風城組烴源巖，印支期正斷裂與深層逆沖斷裂“搭接”，使深層油氣向侏羅系八道灣組垂向運移。同時，印支運動產(chǎn)生了三疊系與侏羅系之間的區(qū)域不整合面，使油氣沿不整合面向高部位側(cè)向運移。此外，侏羅系八道灣組底部發(fā)育的灘砂又是三疊系/侏羅系不整合面之上的第一套儲層，分布面積廣，儲層物性好。因此，沙灣凹陷八道灣組灘砂的發(fā)現(xiàn)對尋找盆地淺層高效勘探新領(lǐng)域具有重要意義。

圖11 準噶爾盆地沙灣凹陷侏羅系八道灣組灘砂儲集體與烴源巖、輸導體系配置關(guān)系Fig.11 Configuration relationships among beach reservoir，hydrocarbon source rocks and migration system of Jurassic Badaowan Formation in Shawan Sag，Junggar Basin

5 結(jié)論

（1）準噶爾盆地沙灣凹陷侏羅系八道灣組底部發(fā)育灘砂沉積，由灘脊和灘槽構(gòu)成，巖性以砂礫巖和含礫砂巖為主，沉積構(gòu)造以塊狀層理、浪成交錯層理為主，垂向上具有多期灘砂疊置的特征。

（2）研究區(qū)八道灣組單期灘脊一般由3 個沉積序列構(gòu)成，底部發(fā)育含礫砂巖，中部為砂質(zhì)礫巖，頂部為砂巖。3 個沉積序列的粒度概率曲線均具有三段式特征，其中，序列B 是該序列的沉積主體，以砂級顆粒為主，分選性較好，屬于湖岸沉積環(huán)境中水動力最強的破浪帶沉積環(huán)境。

（3）研究區(qū)八道灣組沉積時在湖平面間歇性升降的過程中，受波浪作用的影響，碎屑物質(zhì)垂直于湖岸線搬運和沉積，形成與岸大致平行的條帶狀灘砂。灘脊、灘槽沿湖岸線方向相間分布，最多處可達12 條灘脊，灘脊在地震剖面上表現(xiàn)為強振幅透鏡狀反射特征。

（4）研究區(qū)八道灣組底部發(fā)育脊槽狀灘砂，沿湖岸線成排成帶分布，分布面積廣，儲層物性好，且烴源巖與輸導條件均有利，是盆地淺層高效勘探的新領(lǐng)域。