唐 勇 纪 杰 郭文建 陈 洪 李彦颖 董 方

(①中国石油新疆油田公司，新疆克拉玛依 834000； ②德州学院生态与资源环境学院，山东德州 253023； ③中国石油大学(华东)地球科学与技术学院，山东青岛 266580)

0 引言

不整合对油气运移和聚集均具重要意义[1-2]，它不但是油气运移的良好通道，而且还能形成与之密切相关的地层不整合油气藏[3-4]。二叠纪晚期—三叠纪早期是准噶尔盆地构造转换期，发育了中/上二叠统、二叠系/三叠系区域性不整合面。在中/上二叠统不整合面附近发现了众多油气藏，不整合结构对油气成藏具控制作用[5-7]。

不整合是一个“体”，具有“空间结构”属性，一个完整的不整合包括上、中、下三层结构[8]。不整合结构体上层紧邻不整合面之上，主要为水进砂体、底砾岩及煤层； 中层为风化黏土层，是物理、化学风化作用改造下形成的残积物； 下层为半风化岩石，次生孔隙发育，当它被抬升、暴露至地表时易形成微裂缝，在长期风化、淋滤作用下可形成大量溶孔和溶缝。隋风贵等[9]结合测井曲线，采用地震反射相位、同相轴识别不整合结构； 刘鑫金等[10]依据岩性资料，运用模糊综合评判法划分不整合面结构类型； 陈钢花等[11]借助常规测井曲线，通过构建卷积神经网络模型进行岩性识别，进而分析不整合结构。这些方法参数选择较少，未考虑曲线变化幅度，因此很难有效识别不整合体的纵向结构。如何定量、准确划分不整合体的纵向结构，仍是目前石油地质勘探中需要解决的问题。已有的相关研究主要集中在不整合结构的上层和下层，而对中层涉及不多。

准噶尔盆地阜康凹陷东部地区地层存在超覆、剥蚀现象，不整合体结构复杂，控藏作用不明。这在很大程度上制约了该地区不整合相关油气藏的勘探。为此，通过井震结合，综合不整合之上、下地震反射特征和剖面样式，划分不整合类型； 利用测井资料构建判别参数，识别不整合体结构，分析其发育规律及控制因素； 根据钻探成果，建立不整合结构体控藏模式。该成果对准噶尔盆地不整合油气藏的后续勘探具有指导作用，同时对中国其他含油气盆地不整合相关油气藏的勘探具有借鉴意义。

1 地质背景

阜康凹陷位于准噶尔盆地东南部，其东部的北三台凸起是一个持续性的古隆起(图1)。海西构造运动使北三台地区抬升，中二叠统芦草沟组(P2l)向构造高部位超覆沉积。二叠纪晚期—三叠纪早期是准噶尔盆地的构造转换期，北三台凸起持续隆升，中二叠统芦草沟组与上二叠统乌尔禾组(P3w)之间发育区域性不整合面[12](图1)。

图1 研究区构造位置(左)及二叠系—三叠系地层综合柱状图(右)

2 不整合剖面类型及平面分布规律

2.1 剖面类型及特征

以往的分类方案中，角度不整合和平行不整合的划分主要是依据不整合面上、下相邻地层之间的几何关系。近些年来，不断有学者修改不整合分类模式[13-18]。其中，隋风贵等[9]认为早期的不整合类型的划分主要是基于地层分层研究需要，没有从整体上将不整合上、下地层之间的接触关系作为主体，而只考虑了不整合之上(或之下)的单一因素，目前已经无法满足油气勘探需求。因此，需将不整合视为结构体。

本文在吴孔友等[14]已识别的四种不整合类型(褶皱、削截、超覆、平行)的基础上，结合阜康凹陷东部不整合特征，按照“体”的概念划分不整合结构类型。

主要遵循原则有：①在地震剖面上不同反射层的组合形式代表不同的圈闭类型； ②在考虑不整合结构体两侧不同反射模式的基础上，依据上、下地层之间接触关系识别不整合； ③考虑不整合形成的主要原因，如构造运动抬升、剥蚀和沉积间断作用等。据此，可将阜康凹陷东部地区中/上二叠统不整合划分为5种类型(表1)，即平行—平行型、平行—削截型、平行—褶皱型、超覆—削截型和超覆—褶皱型等。

表1 阜康凹陷东部地区中/上二叠统不整合剖面类型及特征

2.1.1 平行—平行型

也称假整合，即传统分类中的平行不整合，是凹陷或凸起构造平缓区发育较广的一类不整合。该不整合剥蚀面上、下地层产状近于平行，存在时间间断，地层缺失现象明显。但由于差异风化剥蚀，上、下地层之间接触面有时不平整。其地震反射特征表现为不整合剥蚀界面反射稳定，可见上、下同相轴平行。

2.1.2 平行—削截型

在该类型不整合中，古剥蚀面平行于其上覆地层，构造掀斜作用形成的单斜地层在其下与古剥蚀面呈角度相交，即是传统分类中的角度不整合。如果经过多期掀斜，并被抬升、剥蚀，当它再次接受沉积时形成的不整合称为平行—多期削截不整合。其地震反射特征表现为不整合剥蚀界面反射同相轴稳定、清楚、连续，且与上覆地层反射同相轴近于平行、与下伏地层同相轴呈一定的角度相交。

2.1.3 平行—褶皱型

该类型不整合上覆地层平行于古剥蚀面，下伏地层为受挤压形成的褶皱构造(多为背斜)且被剥蚀，属于传统分类中的角度不整合。这类不整合在盆缘区常见，不整合之下以剥蚀的背斜为主，两侧地层重复分布。其地震反射特征表现为不整合剥蚀面反射能量强，同相轴稳定且连续； 地震剖面上可见完整的背斜构造； 其下背斜构造地层对称削截现象明显，上覆地层可见明显的披覆沉积现象。

2.1.4 超覆—削截型

该类型不整合是由于构造运动导致地层发生单向翘倾，不同岩性抗风化能力存在差异，因而剥蚀程度不一，形成古地貌斜坡，后期沉积物在其上沉积形成的一类不整合。它属于传统分类中的角度不整合，是沉积和构造共同作用的复合不整合类型。地震剖面上可见明显的削截与超覆现象共存特征，古剥蚀面与其上覆、下伏地层之间均为角度相交，多出露于盆地边缘古斜坡或古隆起与凹陷的结合处。其地震反射特征表现为上覆地层、下伏地层与不整合面同相轴均呈角度相交，角度或大或小，古斜坡面上覆地层向上出现超覆尖灭现象。

2.1.5 超覆—褶皱型

挤压作用导致地层褶皱、抬升，出露地表的部分遭受剥蚀，尔后海平面上升，地层沿古斜坡依次上超而形成的不整合类型。其地震反射特征表现为不整合面起伏但反射界面能量强，同相轴稳定、清晰； 上覆地层依次尖灭于不整合面； 下伏地层遭受剥蚀，呈褶皱形态。

2.2 平面分布规律及成因

2.2.1 平面分布规律

不同类型的不整合体现了构造作用的强度。研究区内：①北部向中部高程差逐渐增大，受地形影响，削截型、褶皱型不整合发育。其中，东北部发育超覆—削截型； 西北部发育超覆—褶皱型(图2、图3)。②北部向中部构造低至构造高部位过渡区域，由于地层高程差逐渐增大，呈现单斜状态，导致平行—削截不整合较发育。③南部地区地形较平缓，以平行—平行不整合为主，呈条带状分布。④平行—褶皱型主要依托于大型褶皱，发育在东部与吉木萨尔凹陷相接地区。

图2 研究区中/上二叠统不整合平面分布

图3 研究区AA′(上)、BB′(下)中/上二叠统不整合地震反射特征T1j为下三叠统韭菜园组。测线位置见图2

如上所述，不整合类型分布特征受地貌影响较大，研究区内不整合主要类型为削截型、褶皱型。

2.2.2 不整合成因

二叠纪的海西晚期构造运动形成了准噶尔盆地区域性的大型不整合，其中以中/上二叠统的不整合最为复杂。

准噶尔盆地开始形成于石炭纪，挤压构造作用导致盆地古地形相差较大，不同地区的沉积特征也差别较大。二叠纪为洋盆向陆相盆地转换时期，断裂和褶皱显著发育，阜康凹陷、吉木萨尔凹陷与北三台凸起结合处易形成褶皱型不整合。受后期构造影响，地层整体上剥蚀量较大。北三台古隆起与周缘凹陷结合部位地层呈逐渐减薄的趋势。因此，中二叠统与上二叠统之间形成超覆—削截和超覆—褶皱不整合。

3 不整合纵向结构识别与发育规律

3.1 纵向结构识别方法

不整合结构层较薄，目前尚无法通过地震资料划分，而主要是依靠测井技术识别[19-21]。本文通过遴选对不整合结构敏感的测井类型，使它在不整合附近的值显示出异常现象，从而建立一套定量识别不整合结构层的方法。

以康探1井(图4)为例，5190m以上为乌尔禾组，发育底砾岩(相当于不整合结构体上层)； 5194m以下为芦草沟组，发育砂质泥岩(相当于不整合结构体下层)，两者之间发育风化黏土层(相当于不整合结构体中层)。

图4 康探1井中/上二叠统不整合结构体测井识别图板上、下绿色虚线分别表示不整合结构体顶和底； CAL为井经； φN、φD分别为补偿中子、密度测井计算孔隙度； φC=|φN-φD|/φN； Vsh为泥岩含量

(1)选取对不整合孔隙敏感的补偿中子(CNL)、密度(DEN)、电阻率(R，为真电阻率RT或冲洗带电阻率RXO)和自然伽马(GR)进行曲线变化率计算

(1)

式中Yi为当前深度点的测井值，Y可以为CNL、DEN、R、GR等测井曲线，i为当前深度点。

(2)对各个参数进行归一化计算。各曲线量纲不同，数值相差较大，因此需要对测井资料变化率作归一化处理。其中，对CNL、R、GR测井资料的变化率进行归一化处理

(2)

式中：Zi表示当前深度点变化率归一化后的值； ΔYi为当前深度点实际变化率值； ΔYmax、ΔYmin分别表示最大、最小变化率。

由于密度曲线值与不整合孔隙度呈负相关，为了便于和其他参数比较，在DEN变化率的归一化处理时采用公式为

(3)

式中：ZDEN表示密度测井当前深度点变化率归一化后的值； ΔY′为密度测井当前深度点实际变化率值； ΔY′max、ΔY′min分别表示密度测井最大、最小变化率。

(3)利用归一化计算后的变化率曲线ZCNL、ZDEN、ZR及ZGR构建不整合孔隙综合判别参数

(4)

式中P指经过曲线变化率和归一化处理的CNL、R、GR和DEN曲线参数计算函数，满足以下条件

(5)

式中：a、b为异常临界值，且有a

构建的U可很好地区分不整合各结构层(图4)。在不整合结构形成过程中，下层受风化淋滤作用，部分溶解物质随地表水流失，导致孔隙度增加。并且，随着与风化面距离的逐渐增加，孔隙度逐渐降低。U曲线响应特征表现为：下层U值整体高于中层，且在结构分界处会产生U值的突变； 上层往往发育水进砂体或底砾岩，岩石储集物性好于中层，上层U值较高，且在分界处产生一个幅度较大的数值突变。

由图4可见，结合岩心资料，利用上述方法可以将不整合结构分层。上层深度为5156.6～5190.0m，岩性为灰色砂砾岩，厚度为33.4m； 中层深度为5190.0～5194.0m，岩性为灰黑色泥岩，厚度为4m； 下层深度为5194.0～5209.5m，岩性以泥岩为主，它所受风化淋滤作用相对较弱，厚度相对较小(图5)。

3.2 纵向结构特征及控制因素

3.2.1 纵向结构特征

应用上述方法对研究区80余口井进行中/上二叠统不整合纵向结构分层，并分别编制上、中、下层厚度图(图5)。

从图5a可以看出，上层的水进砂体厚度从几米～几十米不等； 南部上层厚度较小，大部分地区厚度小于8m； 中部厚度普遍大于20m； 北部厚度整体大于南部。

从图5b可以看出，中层厚度主要为3～7m，局部地区缺失，北部厚度相对较大。

从图5c可以看出，下层厚度普遍大于20m，中部区域厚度相对较大。

在古构造高点，沉积间断时间长，风化作用强烈，并且地形较陡，水动力条件强，不利于风化黏土层的保存，因此中层厚度较小。上层的水进砂体主要是由湖平面上升引起，以远源沉积为主，位置一般处于斜坡带中部至原始湖平面之上。因此，即使在中层发育厚度较小或不发育的地区，依然可以沉积上层的水进砂体。

3.2.2 控制因素

剥蚀量、母岩岩性、构造部位、构造强度及古地貌是控制不整合结构的主要因素。应用声波时差法[22-23]计算研究区中/上二叠统不整合的剥蚀厚度(图6)。由图可见，沙105井区和西泉3井区均剥蚀厚度大，而风化黏土层(不整合结构体的中层)厚度(图5b)在这两个井区相对较小，两者为负相关。

图6 阜康凹陷东部中/上二叠统剥蚀厚度图

统计不整合结构体中层母岩类型(表2)，发现风化黏土层在泥岩、火山岩母岩区厚度大，而在抗风化能力强的砂岩区厚度较小。

表2 研究区中/上二叠统不整合结构体的中层母岩类型及厚度统计

研究区中部乌尔禾组尖灭区地势最高，对应不整合结构体中层(风化黏土层)厚度低值区(图5b)，对应下层厚度高值区(图5c)。当风化黏土层较厚时，可有效阻止地表水对下层泥岩的淋滤作用，即不整合结构下层的厚度与风化黏土层的中层厚度呈负相关。

图5 研究区中/上二叠统不整合结构体上(a)、中(b)、下(c)层等厚图

4 不整合控藏作用

4.1 不整合的输导作用

不整合的空间结构决定着它对油气输导作用的强弱。当中层的风化黏土层不发育时，上层与下层直接接触。如果上层与下层均为砂岩不整合，输导能力就好于上层、下层均是泥岩或泥岩与砂岩接触的不整合。在不整合结构体下层发育的裂缝和溶蚀孔洞会增加地层渗透性，有利于油气的侧向输导。当不整合中层即风化黏土层厚度不足以封盖下伏地层中的油气时，油气将会突破风化黏土层向上输导。

以康探1井区为例，该井区位于准噶尔盆地阜康凹陷东缘(图1)。中/上二叠统不整合结构为上层砂岩、下层泥岩模式(图1)，野外露头显示该不整合上层广泛发育砂岩或砾岩，对油气具有良好的输导作用。芦草沟组油气经断层纵向运移至不整合处，将沿着不整合结构体向凸起高部位方向运移，油气藏在不整合结构体附近的运移优势路径上广泛分布(图7)。同时，SE向风化黏土层变薄(图5b)，部分区域油气可穿过风化黏土层纵向输导。

图7 过康探1井地震地质解释剖面

4.2 不整合的圈闭形成作用

不整合对油气的圈闭能力同样取决于不整合空间结构。上部泥岩/下部砂岩的接触关系有利于形成地层不整合圈闭油气藏； 上部砂岩/下部泥岩的接触关系有利于形成超覆不整合圈闭油气藏； 结构体中层如果为下伏储集体(如砂岩与灰岩、粉砂岩与砂质泥岩等)提供良好的盖层条件，沿斜坡提供有利的侧向遮挡条件，则可形成地层圈闭油气藏。

不整合结构体的岩性配置关系是判断地层圈闭有效性的重要依据。研究区P2l发育烃源岩。康探1井区P3w1发育扇三角洲前缘砂体，储集空间以残余粒间孔和粒内溶孔为主，处于不整合结构体的上层。P3w1和P3w2均向北三台凸起超覆尖灭。P3w3湖侵泥岩广泛分布，在上倾方向对不整合上层砂体形成遮挡(图8)。芦草沟组储层同样为扇三角洲前缘砂岩、砂砾岩，储集空间以粒内溶孔和粒间溶孔为主，处于不整合结构中的下层； 而不整合结构中层(风化黏土层)在芦草沟组之上的广泛分布(图4)，增强了对芦草沟组油气藏的封闭、遮挡(图8)。

图8 康探1井区成藏模式

目前已发现的康探1井区油层主要集中发育于中/上二叠统的不整合体中。康探1井区中/上二叠统发育不整合类型为超覆—削截型； 乌尔禾组底部为不整合结构体的上层(砂体厚度为20～50m)，芦草沟组顶部为不整合体结构体的下层，中间发育3～5m的风化黏土层(不整合结构体中层)。康探1井区P3w1和P3w2油气产量远高于P2l，这与P3w1、P3w2泥岩盖层发育且有效厚度远大于芦草沟组的风化黏土层有关。乌尔禾组泥岩具更强的封闭能力，盖层可封闭的烃柱更高。这与目前的钻探结果吻合较好。

4.3 不整合控藏模式

不整合体储存、圈闭油气，需要多维度的封盖、遮挡。地层超覆圈闭的形成与不整合古剥蚀面的地形即古地貌相关[24-27]。受岸线侵蚀、差异风化剥蚀的作用，湖(海)岸线部分区域常形成湖(海)湾区(图9a)。受水侵或风浪的影响，在湖(海)湾区常形成滩坝，发育储集层(图9b)。随水体不断加深，接受泥质沉积，可发育良好的沉积盖层。内凹湖(海)湾区两侧基岩风化易形成风化黏土层，构成侧向遮挡，可形成超覆地层圈闭(图9c)。当湖盆区发育的烃源岩热演化成熟后，油气沿斜坡向上运移，充注在上倾遮挡的地层圈闭中，即形成超覆地层油气藏(图9d)。

图9 无障壁湖(海)湾型超覆地层油气藏形成及演化模式

当湖(海)湾区发育障壁岛，水体与外界连通不畅时，有障壁岛部分水体流动性变差(图10a)，能量变弱，沉积泥质岩。无障壁岛部分水体流动通畅，能量较强，沉积砂体，但超覆砂体范围受限，储集体规模较小(图10b)。

随着水体加深并覆盖湾区，沉积泥质盖层(图10c)。依靠砂/泥岩性边界和基岩风化形成的风化黏土层侧向遮挡，也能够形成超覆地层圈闭。在成藏期油气充注后，即可形成超覆地层油气藏(图10d)。

图10 有障壁湖(海)湾型超覆地层油气藏形成及演化模式

5 结论与认识

(1)准噶尔盆地阜康凹陷东部地区不整合剖面发育平行—平行型、平行—削截型、平行—褶皱型、超覆—削截型和超覆—褶皱型等5种类型，构造位置的高低(古地貌)与活动强度控制了不整合类型的平面分布。准噶尔盆地不整合油气藏的油气主要聚集于中/上二叠统不整合结构体中。

(2) 不整合体结构主要受剥蚀量、母岩岩性及构造部位的高低控制，不整合结构体上层与中层厚度呈负相关； 超覆—削截不整合分布区域为阜康凹陷东部油气藏有利发育区。

(3)不整合上层结构中的水进砂体，是不整合体油气勘探的有利目标，湖(海)湾区易形成地层超覆油气藏。

(4)加强不整合体的研究对不整合油气藏勘探具有指导作用。本文方法对其他类似地区不整合油气藏勘探具有借鉴意义。