东河砂岩是塔里木盆地重要的产油及勘探层位, 已在塔中、塔北等地区发现许多油田。20世纪90年代发现东河塘油田、塔中4油田、轮南59油藏和塔中6气田, 2000年以后发现了哈得逊油田。近几年, 通过滚动勘探开发, 又发现了哈6油藏、塔中24油藏、群苦恰克东河砂岩油藏等一批油气田(藏)群。

哈得逊油田位于塔里木盆地北部(图 1), 是塔里木盆地最大的整装油田之一, 储量超亿吨, 年产量超过2× 10⁶ t。在其发现过程中, 东河砂岩的沉积相及其变化规律起了重要的指导作用。

哈得逊油田已探明巴楚组东河砂岩段(简称 C⁹)和卡拉沙依组中泥岩段二、三、四号砂层(分别简称C^6-2、C^6-3、C^6-4)等4个油藏, 主要产层为东河砂岩段(周新源等, 2007)。哈得逊油田石炭系自下而上可划分为东河砂岩段、中泥岩段、标准灰岩段和上泥岩段(图 2)。

图1

Fig.1

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图1 塔里木盆地哈得逊油田位置Fig.1 Location of Hadexun Oilfield in Tarim Basin

图2

Fig.2

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图2 塔里木盆地哈得逊油田下石炭统综合柱状图Fig.2 Comprehensive stratigraphic column of the Lower Carboniferous of Hadexun Oilfield in Tarim Basin

哈得逊地区泥盆系— 石炭系自下而上发育巴楚组、卡拉沙依组和小海子组, 可划分9个岩性段(表 1)。

表1

Table1

表1(Table1)

表1 塔里木盆地石炭系岩性段划分 Table1 Lithologic member division of the Carboniferous in Tarim Basin 地层系统 岩性段 系 统 组 序号 满加尔凹陷 巴楚地区 塔中地区 南部 哈得逊地区 石炭系 上统 小海子组 C1 小海子灰岩段 小海子灰岩段 小海子灰岩段 小海子灰岩段 卡拉沙依组 C2 含灰岩段 含灰岩段 含灰岩段 含灰岩段 下统 C3 砂泥岩段 砂泥岩段 砂泥岩段 砂泥岩段 C4 上泥岩段 上泥岩段 上泥岩段 上泥岩段 C5 标准灰岩段 标准灰岩段 标准灰岩段 标准灰岩段 C6 中泥岩段 中泥岩段 中泥岩段 中泥岩段 巴楚组 C7 生屑灰岩段 东河砂岩段 生屑灰岩段 生屑灰岩段 C8 下泥岩段 下泥岩段 下泥岩段 东河砂岩段 C9 东河砂岩段 泥盆系 上统 东河砂岩段

表1 塔里木盆地石炭系岩性段划分 Table1 Lithologic member division of the Carboniferous in Tarim Basin

东河砂岩原指东河1井石炭系底部的巨厚层灰白色细粒石英砂岩。后来经研究认识到, 东河砂岩为晚泥盆世晚期至早石炭世早期海平面上升背景下沉积的一套海侵砂(砾)岩, 主体为滨岸海滩相砂岩(顾家裕等, 1991, 2006; 申银民, 1997, 2009; 朱筱敏等, 2005; 吴因业等, 2008; 张惠良等, 2009), 在全盆地范围内东河砂岩段是个明显的穿时沉积砂体, 在盆地中西部为晚泥盆世晚期沉积, 在盆地东部为早石炭世早期沉积。自西向东向北从古地貌低部位向高部位逐层超覆变薄(王招明, 2004; 张惠良等, 2009)。哈得逊地区东河砂岩段与盆地内巴楚、满西及塔中等地区的台地相的下泥岩段和生屑灰岩段相当(表 1, 图3)。

图3

Fig.3

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图3 塔里木盆地东河砂岩沉积相剖面(据王招明等, 2004, 略有修改)Fig.3 Sedimentary facies section of the Donghe Sandstone in Tarim Basin(modified from Wang Zhaoming et al., 2004)

东河砂岩虽然在盆地内广泛分布, 但展布不均, 砂体主要分布于盆地中西部地区, 并以东河1井地区和塔中4井区沉积厚度最大(图 4)。塔中4井区东河砂岩厚达120m以上。东河1井区东河砂岩沉积最厚, 厚达200m以上。方1井到满西1井区东河砂岩厚度较薄, 厚度一般20~60 m。盆地东部的大部分地区为东河砂岩沉积尖灭区, 而在草1井区有小范围的东河砂岩分布, 其砂体厚度一般为15~70m。

图4

Fig.4

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图4 塔里木盆地东河砂岩厚度(m)等值线(据王招明等, 2004, 略有修改)Fig.4 Isoline of thickness (m) of the Donghe Sandstone in Tarim Basin(modified from Wang Zhaoming et al., 2004)

东河砂岩岩性以细粒石英砂岩为主; 储集岩孔隙类型以粒间孔为主; 储集层以中孔、中高渗为主:孔隙度分布区间主要为12.5%~20%, 平均为13.8%; 渗透率分布区间为(50~1000)× 10^-3 μ m², 平均为222× 10^-3 μ m²。平面上, 以滨岸海滩砂体物性最好。塔中、塔北— 满西地区的东河砂岩物性相对较好, 平均孔隙度为11.4%~15.5%; 巴楚地区的群苦恰克构造带东河砂岩物性相对较差, 平均孔隙度为3.6%~9.2%。

哈得逊及其以北地区在早石炭世是个向西、向南倾斜的斜坡, 东河砂岩由西南向北东逐层超覆其上, 被随后的海相泥岩覆盖, 因此该地区是形成东河砂岩地层超覆圈闭的有利地区。本区东河砂岩主要为海侵背景下的滨浅海相沉积, 岩性以灰色砂岩和砂砾岩为主, 厚度0~30m, 侧向与生屑灰岩为同期异相沉积(图 3)。为了进一步深化对哈得4油田东河砂岩的研究, 精细刻画砂体的分布和尖灭线的位置是非常重要的。由于砂体埋深大、厚度薄、沉积相变化大, 地震技术难以发挥作用, 所刻画的砂体分布范围和尖灭线的位置可靠性较低。因此, 在充分发挥丰富的钻井资料基础上, 精细沉积相和岩相古地理研究能够明显地提高砂体的预测精度, 这点在哈得逊地区石炭系薄砂体的研究中已获得了充分证明(申银民等, 2005)。

塔里木盆地东河砂岩以滨浅海相陆源碎屑沉积占优势(顾家裕等, 1991, 2006; 朱筱敏等, 2005), 其同期沉积相包括后滨— 前滨、临滨、远滨、浅海碎屑岩台地和碳酸盐岩台地等, 其中, 滨岸相是东河砂岩发育的主要相带, 砂体沿各期古海岸线分布, 向盆地方向逐渐过渡为远滨泥岩和浅海陆源碎屑岩— 碳酸盐岩台地沉积。东河砂岩岩性为砂岩和砂砾岩, 主要以石英砂岩为主, 其成分成熟度和结构成熟度高, 原生孔隙发育, 是优质的储集岩。

后滨— 前滨亚相位于风暴高水位及平均低水位间, 地形平坦, 起伏较少, 并逐渐向海倾斜, 为风暴作用与波浪作用的共同产物。水体能量较高, 砂质、砾质沉积物占优势, 通常发育于开阔的海岸地带, 如塔中和哈得逊地区。其中, 砂质海滩岩性主要为浅灰色中砂岩和细砂岩, 次为细砾岩、含砾粗砂岩、粉砂岩和泥质粉砂岩, 发育冲洗层理、高角度斜层理和平行层理等, 伽马曲线呈箱形。砾质海滩岩性主要为浅灰色砾岩、砂砾岩和含砾粗砂岩, 次为次棱状角砾灰岩和细砂岩, 以块状层理为主, 细砂岩中可见低角度交错层理, 垂向结构多显示加积式的沉积序列, 伽马曲线呈箱形。

临滨亚相位于平均低水位至浪基面之间的地带, 常年浸没于海水之下, 为风暴作用和波浪作用共同改造的产物, 水体能量较高, 以砂质夹泥质沉积物发育为特征, 主要分布于巴楚以西地区、塔北的东河1井区和塔中地区的局部层位。其岩性主要为浅灰绿色泥砾岩、中细砂岩、粉砂岩, 夹粉砂质泥岩及泥岩, 见风暴成因的同生砾石及风暴作用形成的各种沉积构造。垂向结构剖面多显示加积式的沉积序列, 伽马曲线呈钟形和漏斗形。

远滨亚相位于潮下带的下部, 水体能量较低, 以粉砂岩和泥岩为主。

由于晚泥盆世至早石炭世全球海平面逐渐上升, 塔里木盆地古海岸线连续后退, 从而形成了在盆地内广泛分布的东河砂岩。受海平面上升和古隆起的影响, 东河砂岩主要在多期古海岸线附近分布(图 5)。

图5

Fig.5

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图5 塔里木盆地东河砂岩沉积模式(据王招明等, 2004, 有修改)Fig.5 Sedimentary facies model of the Donghe Sandstone in Tarim Basin(modified from Wang Zhaoming et al., 2004)

综合沉积相分析和钻井资料, 勾绘出了本区东河砂岩的厚度等值线图(图 6)。从图中可以看出:在哈得17— 哈得5井沿线以西地区, 东河砂岩最厚, 砂体厚度为20~100 m。在轮南60井和波斯1井区为另一较厚分布区, 砂体厚度为20~30 m。在哈得7井到吉南1井沿线地区, 为一较薄的带状分布区, 砂体厚度为0~20m, 并有多个砂体缺失区, 总体上东河砂岩呈“ 西厚东薄” 的趋势。

因东河砂岩为连续海侵的产物, 砂体较厚地区反映古地势较低、砂体较薄地区反映了古地势相对较高, 总体表现为“ 西低东高” 古地势。哈得17— 哈得5井一线为较大的坡折带。从吉南到哈得逊为北东— 南西走向的高地, 并向西延伸, 其南为规模较小的坡折带。砂体只发育在坡折带处, 大的岛屿对砂体分布有控制作用, 滨岸砂体可围绕大的岛屿展布, 而小型岛屿的存在使得砂体分布复杂化。由此可见, 砂体发育和展布的主控因素为古地貌(主要是坡折带和岛屿)、海平面变化和物源等, 它们共同控制了东河砂岩沉积相的发育和分布。

图6

Fig.6

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图6 哈得逊油田东河砂岩厚度(m)等值线Fig.6 Isoline of thickness (m) of the Donghe Sandstone in Hadexun Oilfield

图7

Fig.7

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图7 哈得逊油田东河砂岩沉积时期沉积相分布(A— 早期沉积相; B— 中期沉积相; C— 晚期沉积相)Fig.7 Sedimentary facies distribution during deposition of the Donghe Sandstone in Hadexun Oilfield

通过单井及连井小层对比分析, 将本区东河砂岩进一步划分为3期海侵沉积(图 7):

早期, 东河砂岩分布在哈得17— 哈得5井以西, 以碎屑滨岸沉积为主, 砂体分布广、厚度大、南北向展布, 而哈得17— 哈得5井以东主要为剥蚀残留沉积或未沉积区。

中期, 在哈得17— 哈得5井到轮南60井一线发育带状的滨岸沉积, 砂体沿古海岸线近东西向展布。向北方向为剥蚀或未沉积区, 向南方向为碎屑岩浅海陆棚, 在跃南1井附近有砂坝发育。之后, 海水进一步扩张, 海岸线向陆迁移, 沿哈得17— 哈得4— 哈得6— 轮南60井发育滨岸沉积, 形态与前期沉积相似, 剥蚀或未沉积区面积减少, 古高地被分割为多个岛屿, 向海方向为碳酸盐岩浅海陆棚。

晚期, 海侵继续扩大, 海岸线后退, 哈得逊地区和轮南地区已被海水完全分隔, 在哈得17— 哈得4— 哈得1— 羊屋1井发育环形的滨岸沉积, 东北向为半岛。在轮南60井区西北有滨岸沉积发育, 分布范围不大, 跃南1井附近也有小范围滨岸沉积分布, 其余广大地区均被海水覆盖, 发育碳酸盐岩浅海陆棚沉积。最后, 塔北南缘地区完全被海水覆盖, 发育碎屑岩浅海陆棚, 仅在羊屋2井附近有小型砂坝发育。

塔里木盆地东河砂岩作为晚泥盆世晚期至早石炭世早期持续海侵背景下沉积的海侵底砂(砾)岩, 具有对下伏古地貌填平补齐的作用, 其沉积厚度在缓坡处减薄、陡坡处增厚, 遇孤岛和大范围的平台区或大的坡度平缓的孤岛时减薄或尖灭。从全盆地看, 东河砂岩主要分布于中西部地区。这些地区东河砂岩的尖灭线主要是超覆尖灭线, 北部和南部为削蚀尖灭。此东河砂岩的尖灭地带, 正是东河砂岩被上覆岩层下泥岩段覆盖和包围的地带, 具备了良好的储(东河砂岩段)盖(下泥岩段)组合, 易形成油气圈闭、油气藏和油气田。已发现的哈得逊油田就位于盆地中北部的东河砂岩尖灭带附近。该尖灭带南北长100km, 宽约10~30km, 勘探面积2300 km², 目前除发现哈得逊油田之外, 还发现地层圈闭或圈闭显示4个, 总面积713 km²。

总之, 对东河砂岩沉积相的纵向及横向变化及其砂体分布的研究, 为岩性地层油气藏的预测、评价和勘探起到了重要的指导作用。随着东河砂岩沉积相的进一步精细刻画和勘探工作的进展, 有望在哈得逊油田外围地区, 尤其是在东河砂岩的尖灭带附近, 发现新的油气田。