馬朗凹陷條湖組致密油藏成藏特征與主控因素

劉俊田 陳 旋 李永林 王瑞英 任忠躍 曹 芮

（1.中國石油吐哈油田公司勘探開發(fā)研究院，新疆 哈密 839009；2.中國石油吐哈油田公司工程監(jiān)督中心，新疆 鄯善 838202）

0 引言

三塘湖盆地位于新疆的東北部，北與蒙古接壤，南隔巴里坤盆地與吐魯番—哈密盆地相望，盆地整體呈北西—南東向延伸，面積約2.2×104km2。自1992年對三塘湖盆地開展大規(guī)模的油氣勘探以來，經(jīng)過二十多年的勘探開發(fā)，取得了一系列的成果，相繼發(fā)現(xiàn)了北小湖、石板墩、西峽溝、牛圈湖、牛東、馬北和馬中等多個含油氣構(gòu)造及油氣田，縱向上已發(fā)現(xiàn)的含油氣層位包括中生界侏羅系碎屑巖油藏以及古生界石炭—二疊系火山巖巖性油藏［1-3］。2012年，部署在三塘湖盆地馬朗凹陷牛圈湖構(gòu)造帶東南部的X55井，首次在上二疊統(tǒng)條湖組火山碎屑巖地層中獲得工業(yè)油流，隨后X56井和L1井也相繼在同一層位獲得突破。系統(tǒng)解剖已知油藏［4-6］后認為：該油藏類型屬于致密油藏。通過分析烴源巖、儲集層、蓋層等油氣藏形成的基本要素，搞清條湖組致密油藏主控因素已成為該區(qū)油氣勘探的主要任務(wù)，也成為尋找、探索三塘湖盆地新型油藏的一道難題。

1 油氣成藏地質(zhì)條件

1.1 區(qū)帶構(gòu)造演化特征

三塘湖盆地位于西伯利亞板塊南部邊緣，南以克拉美麗—麥欽烏拉縫合帶與哈薩克斯坦板塊及準噶爾盆地東北部緊鄰。盆地在地史時期整體屬于大陸邊緣活動帶，構(gòu)造活動相當復雜。泥盆紀—石炭紀是該區(qū)火山活動最活躍的時期，盆地填充了巨厚的火山巖。二疊紀屬于板內(nèi)斷陷盆地，蘆草溝組沉積時期，盆地火山活動較弱，區(qū)內(nèi)演化為半深湖相的沉積環(huán)境，沉積一套湖相泥巖、泥灰?guī)r、砂巖夾火山巖；條湖組沉積期，為濱淺湖相，主要沉積一套巨厚火山巖（玄武巖、安山巖）、基性侵入巖夾灰綠色、深灰色泥巖、粉砂巖、凝灰?guī)r，該時期火山活動活躍，發(fā)育厚層的火山巖及火山碎屑巖建造。三疊紀以來，受南北山系持續(xù)擠壓，發(fā)育坳陷型沉積［7-8］?？傊梁璧靥幱谖鞑麃啺鍓K增生大陸邊緣，屬疊合改造型盆地，石炭紀盆地整體處于弧后拉張盆地邊緣，上覆沉積充填包括二疊紀陸內(nèi)斷陷盆地及中新生界山間盆地。本次條湖組致密油研究區(qū)馬朗凹陷屬于三塘湖盆地的二級構(gòu)造單元。

1.2 地層特征

區(qū)域地層對比并結(jié)合馬朗凹陷三維地震反射特征分析認為：馬朗凹陷二疊系條湖組自下而上分為一、二、三段，一段巖性主要為火山熔巖；二段巖性主要為含凝灰質(zhì)的火山碎屑巖及灰色泥巖，鉆井揭示，該套地層分布較廣，厚度介于40～390 m間，平均厚度約150 m，區(qū)域上具可比性；三段在馬朗凹陷基本已被剝蝕完。目前發(fā)現(xiàn)的沉凝灰?guī)r致密油藏主要分布在二段地層，位于一段火山巖頂部的火山碎屑巖段，厚度介于20～30 m。

1.3 烴源巖特征

條湖組二段有機質(zhì)十分豐富，火山灰中豐富的微量元素提供豐富的營養(yǎng)成分，促使生物的大量繁盛，而火山噴發(fā)造成生物大量死亡和富集，局部甚至形成了“生物藻席”。試驗分析數(shù)據(jù)表明，條湖組二段凝灰質(zhì)泥巖、泥巖有機質(zhì)豐度較高，具有很好的生烴能力（圖1）。有機碳含量為1.37%～5.03%，平均為3.85%，生烴潛量為1.16～32.8 mg／g，平均為18.6 mg／g，干酪根類型以Ⅱ2-Ⅲ型為主，熱演化程度處于低熟—成熟階段，綜合評價為較好烴源巖，為二疊系條湖組二段致密油藏的形成奠定了堅實的物質(zhì)基礎(chǔ)。而底部的沉凝灰?guī)r儲集層段黏土礦物含量小于10%，以玻屑、晶屑火山塵凝灰?guī)r為主，微細孔隙發(fā)育，具備了上生下儲、近源聚集的成藏條件，從而形成了該層系特殊的沉凝灰?guī)r致密油藏。

圖1 馬朗凹陷條湖組二段生物屑顯微鏡下特征圖

1.4 儲集層特征

通過薄片鑒定、掃描電鏡及電子探針觀察與能譜分析，條湖組二段含油層巖性以沉凝灰?guī)r為主。儲集層碎屑類型以英安質(zhì)火山玻屑為主，占85%左右，少量長石晶屑，占5%左右，儲集層顆粒極細，大小主要分布在15 μm以下，少量可達50 μm左右，英安質(zhì)玻屑普遍脫玻化，形成長英質(zhì)細小隱晶、微晶微粒，如鈉長石、石英等，發(fā)育少量綠泥石等黏土礦物；能譜分析巖石化學元素絕大部分為O、Si，其次是Al、Na、K，微量Mg、Fe、Ga；單偏光顯微鏡下無色透明，正交顯微鏡下呈麻點狀一級灰、白或黃白色干涉色。巖性富含生物屑、有機質(zhì)泥紋或泥屑，泥屑內(nèi)常分布星點狀黃鐵礦，發(fā)育同生泥屑，巖石具水平層理，生物屑、晶屑等長軸順層水平排列，發(fā)育泄水縫等。

該套儲集層儲集空間以“微孔、微洞、微縫”為主，極其發(fā)育。按成因可分為原生和次生孔隙，以次生孔隙為主，原生微孔主要為火山塵質(zhì)點間微孔，次生孔隙包括火山玻璃脫玻化微孔、收縮微縫和長石晶屑等溶蝕微孔、微洞，極少量的方解石溶孔（圖2）。CT掃描分析孔隙半徑最大為14.59 μm，最小為0.366 4 μm，平均為3.192 μm。根據(jù)L1井壓汞資料，最大進汞飽和度普遍高于90%，孔喉半徑中值平均為0.05 μm，證明該套儲集層具有孔隙小、喉道細小的特征。

圖2 馬朗凹陷條湖組二段儲集空間顯微鏡下特征圖

5口井60個孔隙度樣品和69個滲透率樣品統(tǒng)計分析表明，孔隙度為5.5%～24.4%，普遍高于10%，平均為16.0%；滲透率小于0.5 mD的樣品占90%以上，平均為0.24 mD，儲集層具中高孔、特低滲特征。

1.5 流體特征

4口井52個樣品的含油飽和度統(tǒng)計分析表明，條二段沉凝灰?guī)r儲集層含油飽和度較高，主要集中在50%～90%之間，平均為67.0%，含油性極好。原油樣品分析結(jié)果顯示，條湖組地面原油密度為0.89～0.91 g／cm3，50℃黏度為97～351 mPa·s，含蠟量為19.7%～28.9%，凝固點為19.7～28.9℃，屬中質(zhì)、高黏、高蠟、中凝油藏，壓力系數(shù)為0.9～1.16，油藏的壓力系統(tǒng)屬于正常偏高。

1.6 圈閉特征

馬朗凹陷條湖組遭受多期構(gòu)造運動改造以及火山活動，圈閉類型多樣［9］，前期發(fā)現(xiàn)的油氣藏類型均以火山巖風化淋濾型為主的構(gòu)造—巖性油氣藏為主（條17區(qū)塊，牛東—馬中區(qū)塊等），勘探層系位于條湖組二段頂部。隨著X55井在條湖組二段底部沉凝灰?guī)r致密儲層中獲得油氣，其后相繼鉆探X56井、L1井，在相同層段獲得成功，表明條湖組二段沉凝灰?guī)r致密油藏與構(gòu)造無關(guān)，如斜坡區(qū)低部位鉆探的L1井試油日產(chǎn)獲得18.24 m3的工業(yè)油氣流，而斜坡區(qū)高部位鉆探的X56井試油獲得12.89 m3的工業(yè)油氣流，斜坡區(qū)低部位油氣產(chǎn)量更高，X58H井鉆探結(jié)果進一步證實了這套致密油藏主要發(fā)育于馬朗凹陷的南部斜坡區(qū)，平面上具有連片含油的特征。

2 油氣成藏主控因素分析及有利勘探方向

2.1 油氣成藏的主控因素

綜合研究認為，二疊系條湖組致密油成藏主控因素主要包括以下3個方面：

1）寬緩的構(gòu)造背景及缺少陸源碎屑物質(zhì)供應(yīng)的相對穩(wěn)定的濱淺湖相環(huán)境是斜坡區(qū)沉凝灰?guī)r致密儲集層形成的關(guān)鍵，湖盆大小決定了有效儲集層分布范圍

研究發(fā)現(xiàn)，條湖組沉凝灰?guī)r儲集層孔隙發(fā)育受粒度大小控制不明顯，主要受控于其形成的沉積條件、物質(zhì)成分、陸源雜基混入強度（主要指泥質(zhì)）、脫玻化強度、溶蝕改造等。儲集層物性受沉積環(huán)境影響較大，火山噴發(fā)期形成的極細粒級火山灰、火山塵，經(jīng)緩慢空降順風搬運至距火山口較遠的湖泊中沉積并覆蓋于湖底微生物上，形成沉凝灰?guī)r，這些火山灰、火山塵異于普通泥質(zhì)：① 成分穩(wěn)定單一的火山灰顆粒間形成大量有機質(zhì)微孔；② 火山玻璃脫?；V物體積縮小后形成較多微孔、微縫；③ 沉凝灰?guī)r中其他礦物在演化過程中脫水體積縮小或被小體積穩(wěn)定礦物取代形成收縮微孔縫；④ 賦存的死亡微生物在演化過程中隨溫度升高形成優(yōu)質(zhì)有機質(zhì)，其副產(chǎn)物（有機酸等）溶蝕沉凝灰?guī)r中的部分火山塵、細小長石晶屑、生物碎屑產(chǎn)生大量溶蝕微孔。這些孔隙、裂縫雖然微小但數(shù)量多且連通性好，能形成好的儲集層。同時儲集層物性好壞與黏土含量關(guān)系較大，該套儲集層沉積后期，伴隨陸源碎屑，特別是泥質(zhì)含量的增加，儲集層物性變差，巖心分析基本不含油。由此可見火山噴發(fā)后形成的火山灰、火山塵的沉積區(qū)域、陸源碎屑多少及湖泊范圍共同控制著該類油藏有效儲集層的平面分布。

2）分布穩(wěn)定、廣泛的優(yōu)質(zhì)烴源巖為致密油藏的形成奠定了堅實的物質(zhì)基礎(chǔ)，烴源巖的展布范圍控制著油藏的分布

大面積分布的優(yōu)質(zhì)烴源巖是致密油藏形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，優(yōu)質(zhì)烴源巖主要發(fā)育在湖盆擴張期的凹陷—斜坡區(qū)，以濱淺湖—半深湖環(huán)境為主，巖性主要為暗色泥巖和凝灰質(zhì)泥巖，局部見碳質(zhì)泥巖和煤巖。條湖組二段有機質(zhì)十分豐富，火山灰中豐富的微量元素提供豐富的營養(yǎng)成分，促使生物的大量繁盛，而火山噴發(fā)造成生物大量死亡和富集，局部甚至形成了“生物藻席”。使條湖組烴源巖有機質(zhì)豐度較高，具有很好的生烴能力，且分布范圍廣，除盆地邊緣由于地層抬升，遭受嚴重剝蝕而缺失外，凹陷區(qū)大面積分布，烴源巖厚度均大于50 m，最大鉆遇厚度為814 m，有效烴源巖面積達3 000 km2，為緊密疊置下伏的高孔特低滲沉凝灰?guī)r致密儲集層中的石油充注提供了良好的條件，同時也作為下伏油藏的有效蓋層，為油藏的有效保存提供了保障。

3）沉積期巖相控制著油藏類型及其展布，火山噴發(fā)的階段性控制著沉凝灰?guī)r儲集體和優(yōu)質(zhì)烴源巖的形成

從巖石組合特征來看，馬朗凹陷條湖組二段經(jīng)歷了“火山噴發(fā)—火山塵、火山灰沉積期及陸源碎屑沉積期”二段式沉積過程：第一階段為火山噴發(fā)期，火山活動強烈，以厚層中基性火山熔巖為主，主要分布在馬朗凹陷的北部，火山口附近；而遠離火山口的中南部穩(wěn)定湖盆區(qū)則以火山塵、火山灰等火山碎屑巖沉積為主，形成了較純的沉凝灰?guī)r，脫?；?、長石溶孔和粒間孔發(fā)育，形成了中高孔特低滲致密儲集層；第二階段為陸源碎屑沉積期，隨著風化、剝蝕作用增強，該時期陸源碎屑沉積物增加，黏土含量增高，地層巖性以富含有機質(zhì)泥巖及凝灰質(zhì)泥巖為主，形成了良好的烴源巖，一段斜坡區(qū)形成的沉凝灰?guī)r高孔特低滲儲集層與二段形成的區(qū)域上分布穩(wěn)定的富含有機質(zhì)泥巖及凝灰質(zhì)泥巖共同控制著該套致密油藏的類型及其分布范圍［10］。

2.2 有利勘探方向

沉積背景及湖盆范圍控制著二疊系致密油藏的分布，根據(jù)鉆井、測井以及三維地震資料，預(yù)測出馬朗凹陷條湖組二段巖相平面分布，結(jié)合構(gòu)造解釋和地震追蹤預(yù)測出二段的厚度平面分布，該類儲集層的有利分布區(qū)與湖相烴源巖分布的疊合區(qū)為下一步有利致密油的勘探區(qū)域。綜合分析認為：三塘湖盆地馬朗凹陷牛圈湖鼻隆構(gòu)造南部斜坡—馬中構(gòu)造西部斜坡區(qū)是條湖組致密油藏勘探的有利區(qū)帶（圖3）。

圖3 馬朗凹陷條湖組二段致密油綜合評價圖

3 結(jié)束語

根據(jù)勘探經(jīng)驗及目前勘探資料以非常規(guī)油氣勘探地質(zhì)理論為指導，系統(tǒng)分析該區(qū)致密油藏形成的基本地質(zhì)要素，認為馬朗凹陷條湖組二段油藏類型屬于中高孔、特低滲特征、高含油飽和度的凝灰?guī)r致密油藏。寬緩的斜坡背景、沉積微相和大面積分布的優(yōu)質(zhì)烴源巖決定了該層系致密油藏廣闊的勘探潛力。研究分析認為：馬朗凹陷牛圈湖鼻隆構(gòu)造南部斜坡—馬中構(gòu)造西部斜坡區(qū)成藏條件優(yōu)越，勘探前景廣闊，是下步致密油勘探的有利區(qū)帶。

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