準噶爾盆地西北緣及瑪湖凹陷沉積儲集層研究進展*

張昌民 尹太舉 唐 勇 郭旭光 趙 康 潘 進 陳美玲

1長江大學地球科學學院，湖北武漢 430100 2中國石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆克拉瑪依 834000

1 概述

準噶爾盆地盆地包括6個一級構(gòu)造單元和44個二級構(gòu)造帶(圖 1-a)，自晚古生代以來，經(jīng)歷了海西、印支、燕山及喜馬拉雅等多次構(gòu)造運動，沉積了石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、古近系等6套烴源巖和儲集層系(趙文智等，1999；馬宗晉等，2008)。1955年10月29日，克拉瑪依1號井在準噶爾盆地西北緣克拉瑪依組礫巖中獲得重大發(fā)現(xiàn)，由此誕生了中華人民共和國第1個大油田——克拉瑪依油田。1955年至1989年期間，盆地油氣勘探集中在西北緣斷裂帶地區(qū)。20世紀80年代末，油氣勘探開始“跳出斷裂帶，走向斜坡區(qū)”。近10余年來，瑪湖凹陷油氣勘探持續(xù)取得重大突破，發(fā)現(xiàn)了10×108--t級礫巖大油區(qū)(匡立春等，2014；雷德文等，2014；支東明等，2018；唐勇等，2019，圖 1-b)。近期又在上烏爾禾組發(fā)現(xiàn)大型礫巖油藏，在中下二疊統(tǒng)火山巖和頁巖中獲得新的油氣發(fā)現(xiàn)，老井復查在侏羅系等層系獲得工業(yè)油流，瑪湖凹陷呈現(xiàn)多層系含油、多類型儲集層共生、多種油氣藏共存的格局(圖 1-c)，為沉積儲集層研究提供了絕好的場所，也帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

準噶爾盆地西北緣和瑪湖凹陷處于相鄰的構(gòu)造部位，瑪湖凹陷油氣勘探發(fā)現(xiàn)是西北緣油氣勘探的繼續(xù)和發(fā)展。沉積儲集層研究為西北緣和瑪湖凹陷油氣勘探提供了有力的理論支持，油氣勘探又推動了沉積儲集層研究不斷發(fā)展，多年來發(fā)表了大量有關(guān)本區(qū)石油地質(zhì)和沉積儲集層的研究論文(圖 2)。作者梳理了準噶爾盆地西北緣及瑪湖凹陷的沉積儲集層研究，主要分析本區(qū)沉積儲集層研究的理論和技術(shù)現(xiàn)狀，指出目前研究中存在的不足，對未來研究的重點進行展望。

A—準噶爾盆地構(gòu)造分區(qū)圖；B—瑪湖礫巖大油田分布區(qū)域示意圖；C—瑪湖斜坡區(qū)構(gòu)造橫剖面圖圖 1 準噶爾西北緣及瑪湖凹陷的構(gòu)造位置、油氣田分布與油藏地質(zhì)剖面圖Fig.1 Tectonic position，oil and gas distribution and reservoir geological profile of Mahu sag and northwest margin of Junggar Basin

圖 2 準噶爾盆地西北緣和瑪湖凹陷石油地質(zhì)(A)與沉積學(B)文獻分年度分布圖Fig.2 Annual distribution of petroleum geological(A)and sedimentological documents(B)about Mahu sag and northwest margin of Junggar Basin

2 沉積研究成果豐碩，形成了獨特的粗粒沉積體系

2.1 礫巖巖石相和礫石組構(gòu)

礫巖是準噶爾盆地西北緣和瑪湖凹陷的主要儲集層類型，礫巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造與砂巖差異很大。礫巖的巖石相分析是研究沉積過程和沉積體系的基礎，礫石顆粒定向性、磨圓度和礫石顆粒沿程變化規(guī)律研究，為判別水動力機制和預測沉積體系的展布提供了新的信息?，敽枷莸[巖的巖石相分析主要有3種方法，各有利弊。于興河等(2014)根據(jù)礫石顆粒支撐方式、排列方式、粒度和沉積構(gòu)造進行百口泉組礫巖巖石相劃分。將顆粒支撐方式分為基質(zhì)支撐與顆粒支撐，基質(zhì)支撐細分為泥質(zhì)支撐、砂質(zhì)支撐、礫石質(zhì)支撐，顆粒支撐則分為同級顆粒支撐與多級顆粒支撐。再結(jié)合礫石顆粒排列方式，劃分出泥質(zhì)支撐漂浮礫巖相等9種巖石相，可形成6種巖石相組合。該方法相對簡單易操作，但這一方案對砂巖、粉砂巖和泥質(zhì)巖巖石相關(guān)注不夠。唐勇等(2014)認為不同沉積相具有其代表性的巖石相類型，扇三角洲平原主要發(fā)育基質(zhì)支撐漂浮礫巖相、沖刷粒序?qū)永淼[巖相、洪積層理礫巖相、水平—波狀層理砂巖相、褐色泥巖相等巖石相類型。扇三角洲前緣主要發(fā)育交錯層理砂礫巖相、灰質(zhì)膠結(jié)砂礫巖相、砂質(zhì)顆粒支撐漂浮礫巖相、水平—波狀層理砂巖相、灰色泥巖相等。水下分流河道的典型巖石相以綠灰色、灰色砂礫巖為主，見槽狀交錯層理、平行層理、底沖刷面等河道沉積構(gòu)造。這一方法對不同相帶的沉積特征進行了綜合，但忽視了巖石相的垂向組合關(guān)系。張昌民等(2016)綜合巖心的巖性、顏色、沉積構(gòu)造、分選性、磨圓度、定向性、支撐方式、膠結(jié)類型、膠結(jié)物成分、最大粒徑、平均粒徑、含油性和礫石成分等13種屬性，以巖石的沉積構(gòu)造、顏色、粒度和支撐方式等4種屬性為主進行巖石相分類命名。在瑪湖凹陷百口泉組巖心中識別出了227種巖石相類型，其中礫質(zhì)巖巖相153種，砂質(zhì)巖巖相58種，泥質(zhì)巖巖相16種。這一方法能夠體現(xiàn)巖石相的多樣性，但所劃分的巖石相類型眾多，在勘探階段使用不便。如果能夠把上述觀點取長補短，在研究中綜合各自優(yōu)勢，可以得到既易于操作又科學嚴謹?shù)膸r石相分析方法，值得后續(xù)研究者注意。

2.2 沉積物源

已經(jīng)發(fā)表的西北緣和瑪湖地區(qū)物源研究的方法包括巖石巖屑組分分析、重礦物分析、砂礫巖百分含量、露頭區(qū)交錯層理古流向測量、傾角測井、地層厚度分析、古地貌分析等多種方法。胡宗全等(2001)較早地利用巖石巖屑組分分析、重礦物組分分析、傾角測井、地層厚度分析等方法，對準噶爾盆地西北緣車排子地區(qū)侏羅系進行了物源及古水流方向分析。德勒恰提等(2011)認為瑪湖凹陷西北哈拉阿拉特山為九區(qū)下侏羅統(tǒng)八道灣組的主要物源區(qū)，物源區(qū)方向總體自北西而東南至南。宋璠等(2015)證實了瑪湖凹陷侏羅系八道灣組粗碎屑沉積物主要來自北西方向的哈山山區(qū)。何苗(2015)通過對盆地西北緣三疊系野外露頭楔狀/板狀交錯層理、槽狀交錯層理以及扁平礫石產(chǎn)狀的測量，認為古流向以西北—東南向為主，水流大多來自扎伊爾山前。對中上三疊統(tǒng)重礦物組合分析認為沉積物為近源堆積物質(zhì)和遠源搬運物質(zhì)的疊加，源區(qū)為齊爾山—哈拉阿拉特山區(qū)(屬扎伊爾山前)，母巖組合為下石炭統(tǒng)太勒古拉組中—酸性巖漿巖+沉積巖+變質(zhì)巖，以中—酸性巖漿巖為主。目前未發(fā)現(xiàn)對本區(qū)二疊系物源研究的專門報道。

研究認為，瑪湖凹陷周緣二疊系到三疊系物源具有一定的繼承性，沉積物主要來自凹陷西北邊的扎伊爾山和哈拉阿拉特山，部分來自凹陷東邊和南邊地區(qū)。唐勇等(2014)、鄒志文等(2015)研究認為夏子街扇重礦物主要為綠簾石—鈦鐵礦—白鈦礦—褐鐵礦組合，母巖主要為中基性巖類；黃羊泉扇重礦物主要為鈦鐵礦—褐鐵礦—綠簾石—白鈦礦組合，母巖主要為中基性巖及花崗巖類；克拉瑪依扇主要為鋯石—鈦鐵礦—白鈦礦—尖晶石組合，以穩(wěn)定類重礦物為主；中拐扇緊靠物源重礦物以綠簾石—鈦鐵礦—褐鐵礦組合為主；夏鹽扇物源重礦物組合為白鈦礦—褐鐵礦—鋯石；瑪東物源重礦物以綠簾石—白鈦礦—鋯石組合為主(圖 3)。單祥等(2016)采用重礦物Q型聚類分析，結(jié)合重礦物ZTR等值線圖以及地層傾角測井古流向分析，指出環(huán)瑪湖地區(qū)百口泉組存在北部夏子街物源、西部黃羊泉物源以及東部夏鹽物源3大物源體系；夏子街物源及夏鹽物源成分以凝灰?guī)r和中酸性火山噴出巖為主；黃羊泉物源成分以凝灰?guī)r、沉積巖和花崗巖為主。

圖 3 準噶爾盆地瑪湖凹陷三疊系百口泉組重礦物組合分布圖(據(jù)鄒志文等，2015)Fig.3 Heavy mineral associations and their distribution of the Triassic Baikouquan Formation in Mahu sag of Junggar Basin(after Zou et al.， 2015)

目前，物源分析正在朝定量化方向發(fā)展，應當引進鋯石測年等新的物源研究手段。受構(gòu)造運動的影響，準噶爾盆地西北緣二疊系、三疊系和侏羅系部分地層遭受剝蝕，為確定沉積物的來源造成了困難，如何結(jié)合區(qū)域古流向測量和沉積體系定量模擬推測物源區(qū)的位置，是本區(qū)物源研究的重要發(fā)展方向。

鑒于研究區(qū)為粗粒沉積，礫石顆粒分布及其方向研究對物源有著至關(guān)重要的作用。黃遠光等(2018)以巖心圖像為基礎，運用礫石長軸視傾角玫瑰圖中任意相鄰3個小扇形的半徑之和的最大值(參數(shù)a)和小扇形半徑大小偏離程度(參數(shù)σ)將瑪湖地區(qū)百口泉組砂礫巖礫石定向性分為有明顯定向性(a大于35%且σ大于4)、有一定定向性(a大于 35%且σ小于 4)、有模糊定向性(a大于35%且σ大于4)、定向性雜亂(a小于35%且σ小于4)等4個等級，以此判斷不同沉積微相礫石的定向性。陶金雨(2018)提出礫石磨圓度去扁化定量表征方法，對礫石的磨圓度進行定量表征，并對不同沉積微相、不同扇體的礫石磨圓度差異進行定量的比較。高志勇等(2019)通過對南天山前博斯騰湖北緣現(xiàn)代清水河礫石直徑變化的測量，建立扇三角洲礫石直徑與搬運距離的關(guān)系，推測瑪湖凹陷百口泉組沉積時期湖岸線距物源區(qū)應小于 32-km，實現(xiàn)了利用礫石礫徑進行沉積體系規(guī)模的定量預測。

2.3 沉積環(huán)境與沉積相

通常認為，準噶爾地塊周緣的殘留海盆在石炭紀被火山巖漿與火山碎屑物質(zhì)填充，形成了準噶爾盆地的基底，這種過程可能持續(xù)到二疊紀早期。晉慧娟等(1987)早在30余年以前就在準噶爾盆地西北緣中、下石炭統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了重力流沉積及與其相伴的平流巖(等深積巖)等深水沉積標志。李菊英和晉慧娟(1989)對準噶爾盆地西北緣石炭紀濁積巖系中的遺跡化石及其地質(zhì)意義做了專門的研究。但孫少華等(1990)認為準噶爾盆地西北緣石炭紀韋憲期—巴什基爾期包古圖組主要為淺海到較深海沉積的產(chǎn)物，頂、底部尚發(fā)育有河流相。較長時間以來，盆地石炭系勘探的重點是火山巖領域，對石炭系沉積環(huán)境和沉積相的研究重視不夠。

二疊系既是西北緣和瑪湖凹陷的生油巖系，也是頁巖油、致密油、砂礫巖油藏和火山碎屑巖油藏發(fā)育的重要層系，持續(xù)的勘探突破推進了對二疊系各層組的沉積相和沉積環(huán)境認識的不斷深入。二疊紀期間準噶爾盆地處于斷陷到斷拗轉(zhuǎn)換期，為瑪湖礫巖大油區(qū)的形成提供了充分的儲集空間。本區(qū)下二疊統(tǒng)佳木河組發(fā)育火山巖和火山碎屑巖，風城組在堿湖環(huán)境下沉積了厚層泥巖、蒸發(fā)巖，夾有薄層凝灰?guī)r，夏子街組以泥巖為主夾薄層砂礫質(zhì)碎屑沉積，下烏爾禾組為一套砂泥巖互層沉積，上烏爾禾組發(fā)育了厚層的粗粒沉積體系，沉積環(huán)境從二疊紀早期的火山噴發(fā)環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)楦珊岛枵舭l(fā)環(huán)境，晚期演化為陸相粗粒碎屑沉積環(huán)境。目前對佳木河組的巖相古地理研究較為薄弱，對風城組研究較為深入。尤興弟(1986)認為烏爾禾一夏子街地區(qū)風城組是一套海水湖相的沉積，沉積環(huán)境為一個獨立小海盆，相當于一個巨大的湖泊，但湖水不是淡水而是海水。劉文彬(1989)認為風城組屬于陸相咸化湖泊沉積。劉敏等(2013)認為風城組沉積時期主要發(fā)育半深湖亞相，近物源區(qū)發(fā)育扇三角洲前緣水下分流河道沉積物及席狀砂沉積物，云質(zhì)巖類巖石主要形成于半封閉咸水湖灣沉積環(huán)境。最近的研究(秦志軍等，2016；汪夢詩，2017；張元元等，2018)認為風城組主要發(fā)育于堿湖沉積環(huán)境，余寬宏等(2016a，2016b)認為準噶爾盆地西北緣瑪湖凹陷風城組沉積時期古湖泊為典型的碳酸鹽型湖泊，蒸發(fā)量的增高以及古氣候由溫暖潮濕轉(zhuǎn)變?yōu)楦珊笛谉?，地表水注入量急劇減少，強烈蒸發(fā)控制了堿礦的沉積，形成淺色質(zhì)地較純的堿礦層。張志杰等(2018)認為風城組古環(huán)境演化主要受火山活動和古氣候控制。何衍鑫等(2018)認為風城組火山巖具有射氣巖漿噴發(fā)和巖漿噴發(fā) 2種噴發(fā)類型；古地理環(huán)境為水下環(huán)境時，足量的水和上升的高溫巖漿相互作用發(fā)生射氣巖漿噴發(fā)；古地理環(huán)境變?yōu)殛懮蠒r，巖漿發(fā)生溢流式巖漿噴發(fā)。目前對夏子街組和下烏爾禾組研究較少，一般認為此2組發(fā)育于沖積扇、扇三角洲沉積環(huán)境(李兵等，2011；何長坡等，2014)。上烏爾禾組是較晚時間才被確認的一套砂礫巖沉積，其特征與三疊系百口泉組相似，瑪湖凹陷礫巖大油田發(fā)現(xiàn)之后，上烏爾禾組隨之引起了關(guān)注，目前已經(jīng)在本組地層中獲得了巨大的油氣發(fā)現(xiàn)，但發(fā)表的論文不多。

瑪湖礫巖油田發(fā)現(xiàn)以后，三疊系百口泉組成為研究的熱點。2014年之前較多認為三疊紀早期發(fā)育沖積扇沉積(宮清順等，2010a；趙飛，2010；張順存等，2011；陳奮雄等，2012；周俊林等，2014)，中晚期發(fā)育扇三角洲沉積(李國永等，2010；吳志雄等，2010)。牛海青等(2007)較早就發(fā)現(xiàn)烏夏斷裂帶三疊系百口泉組發(fā)育夏子街沖積扇群和百口泉沖積扇群，認為克拉瑪依組上、下亞組以扇三角洲和濱淺湖相沉積為主；白堿灘組以湖泊相沉積為主，發(fā)育小規(guī)模扇三角洲及湖底扇沉積，余寬宏等(2015)認為克拉瑪依下亞組為洪積扇沉積。2014年之后，研究百口泉組的論文大幅上升，大多數(shù)文獻認為本區(qū)三疊系以扇三角洲沉積為主。鄒妞妞等(2015)提出瑪北地區(qū)三疊系百口泉組為典型的扇三角洲沉積；姜文超(2015)在烏夏地區(qū)中下三疊統(tǒng)中識別出沖積扇相、扇三角洲相、湖泊相及湖底扇相；楊帆等(2019)認為瑪湖地區(qū)克拉瑪依組沉積時期，瑪湖地區(qū)發(fā)育4大物源體系，主要為淺水辮狀河三角洲沉積。李興等(2016)應用便攜式 X 射線熒光光譜分析測試儀(XRF)，在瑪 18井百口泉組巖心中系統(tǒng)測試了 415組樣品的 40多種元素含量，指出百口泉組自下而上總體表現(xiàn)為溫暖潮濕、淡水—微咸水、水體分層不強的弱氧化環(huán)境變化過程，從百一段到百三段，溫度、濕度和鹽度均有增加。

侏羅系和白堊系的沉積環(huán)境和沉積相研究還處于零星的局部描述階段，主要識別出的沉積相類型為沖積扇和辮狀河三角洲等(劉軍釗等，2008；尹曉敏，2013；喻克全等，2014；田原等，2014)。古近系和新近系主要發(fā)育在瑪湖凹陷西南部的車排子地區(qū)，以砂質(zhì)三角洲沉積環(huán)境為主。

2.4 沉積體系與沉積模式

多年以來建立了大量準噶爾盆地西北緣和瑪湖凹陷的沉積模式，其中影響最大的是張紀易(1985)提出的沖積扇沉積模式。20世紀90年代，張繼慶等(1992)系統(tǒng)建立了準噶爾盆地西北緣三疊—侏羅系各層系沉積模式，指出西北緣三疊—侏羅系發(fā)育旱地半旱地辮狀河、曲流河、湖底扇、斷崖扇、扇三角洲、辮狀三角洲、濕地扇、礫質(zhì)網(wǎng)狀河、網(wǎng)狀河泛濫平原等多種沉積體系。一些學者針對二疊系火山和火山碎屑沉積作用、侏羅系、白堊系以及新近系建立了多種沉積模式(黃志英，1999；劉吉全，2010；楊勇等，2011；汪彥等，2012；厚剛福等，2017)，有效地指導了油氣勘探和開發(fā)實踐。

瑪湖油氣勘探的突破，將本區(qū)沉積體系研究從沖積扇時代帶入扇三角洲時代，2010年以來提出了一系列沉積模式(史基安等，2010；唐勇等，2014，2018；于興河等，2014；姜文超，2015；鄒妞妞等，2015；楊帆等，2019)，為了解瑪湖油田礫巖儲集層的形成和分布提供了理論基礎，為礫巖大油田的發(fā)現(xiàn)提供了重要的理論支撐。但受扇三角洲原始定義的束縛，大多數(shù)沉積模式都表現(xiàn)為經(jīng)典模式的改良，或者在經(jīng)典沖積扇模式的邊緣增加了前緣席狀砂、河口壩和分流河道等組分；或者把從沖積扇等同于三角洲，過渡擴大了三角洲的范圍。即使如此，新一代的扇三角洲模式在扇體幾何形態(tài)、扇體規(guī)模、扇面坡度定量刻畫和扇體疊置關(guān)系等方面，表現(xiàn)出明顯的創(chuàng)新性。于興河等(2014)認為夏子街扇三角洲發(fā)育于瑪湖凹陷湖盆長軸，地形坡度陡，物源供給充足，平面呈帚狀，以碎屑流成因機制為主；黃羊泉扇三角洲發(fā)育于山間物源口，平面呈朵狀，由碎屑流與牽引流共同作用控制；克拉瑪依扇三角洲發(fā)育于山前，地形坡度相對較緩且物源供給相對不足，以牽引流作用為主控因素。唐勇等(2014)將瑪湖凹陷下三疊統(tǒng)百口泉組的扇三角洲沉積體系定義為大型淺水緩坡扇三角洲，扇面坡度1°～4°，發(fā)育重力流和牽引流雙重流體機制，發(fā)育扇三角洲平原、扇三角洲前緣和前扇三角洲3類亞相。根據(jù)古坡度、物源供給方式分為山口陡坡型、山口緩坡型、靠山緩坡型、靠山陡坡型和靠扇陡坡型等5類扇三角洲?，敽枷葜芫壈l(fā)育夏子街、黃羊泉、中拐、克拉瑪依、瑪東和夏鹽等6大扇三角洲體系，扇三角洲沉積體側(cè)翼及上傾方向有扇三角洲平原相致密帶形成有效遮擋，側(cè)向和頂、底板湖相泥巖封隔層發(fā)育，為大面積巖性圈閉群的形成創(chuàng)造了良好地質(zhì)條件。唐勇等(2017)采用重力流和牽引流相間隔的方式模擬扇體的形成過程，設計了3級坡折和3期主要的湖平面變化，重現(xiàn)了瑪湖凹陷從百口泉組百一段到百三段，由于湖平面的上升，地層不斷上超扇體不斷后退的退覆式扇三角洲沉積過程，成功解釋了瑪湖凹陷礫巖油田儲蓋體系的形成和分布機制。在近年發(fā)表的論文中，唐勇等(2018)總結(jié)了本區(qū)的扇三角洲沉積模式(圖 4)，指出該類大型退覆式扇三角洲的形成與3個地質(zhì)條件密切相關(guān)：一是周緣老山持續(xù)隆升、水系穩(wěn)定為各大扇體提供了充足的物源；二是具備盆大、水淺、坡緩的良好古地理背景；三是持續(xù)湖侵、多級坡折，為大面積砂體疊加連片提供了重要條件。從而造成在凹陷斜坡區(qū)發(fā)育多個扇三角洲，各扇體之間相互搭接連片。

圖 4 準噶爾盆地瑪湖凹陷大型退覆式扇三角洲沉積模式(據(jù)唐勇等，2018)Fig.4 Large retrogradational fan deltic model in Mahu sag，Junggar Basin(after Tang et al.，2018)

但是，對瑪湖凹陷沉積模式的認識仍然存在一些疑問，例如，綿延數(shù)十千米的滿盆礫巖依靠何種機制被搬運到瑪湖凹陷的中央？斜坡區(qū)發(fā)育的沖積扇是以河流還是重力流為主要沉積動力？瑪湖古河流體系的展布范圍和沿程變化規(guī)律何在？這些問題值得進一步探討。

3 構(gòu)造、氣候、湖平面變化對沉積作用的控制

構(gòu)造、氣候和湖平面變化對沉積體系的形成和分布具有控制作用，但是對本區(qū)古氣候和湖平面變化的研究較為薄弱。巖石地球化學分析和煤系地層發(fā)育程度是古氣候重建的主要依據(jù)(余寬宏等，2016a，2016b；黃云飛等，2017)，基于層序地層學分析研究沉積體系域演變是進行湖平面的升降研究的主要思路(王龍樟，1994；支東明等，2003)。有關(guān)構(gòu)造控制沉積作用的論述比較豐富(張繼慶等，1992；劉豪等，2004；蔚遠江等，2004，2007；雷振宇等，2005；唐勇等，2014；瞿建華等，2015；任本兵等，2016；孟祥超等，2017a；何登發(fā)等，2018)。

瑪湖凹陷邊緣大型繼承性逆沖斷裂和走滑斷層控制了扇體的分布格局。蔚遠江等(2004)認為，盆地西北緣地區(qū)二疊紀總體為一由弱到強的前展式推覆沖斷及漸進式扇體遷移模式，發(fā)育3個逆沖推覆幕、7個逆沖推覆事件，形成佳木河—風城(P1j-P1f)、夏子街—下烏爾禾(P2x-P2w)和上烏爾禾(P3w)3套構(gòu)造層序。張繼慶等(1992)和雷振宇等(2005)認為西北緣逆掩斷裂普遍具有同生活動性質(zhì)，對扇體的形成有明顯的控制作用，階梯式逆沖斷裂可以形成多級扇體。唐勇等(2014)認為百口泉組沉積期沿著準噶爾盆地西北緣發(fā)育紅車推覆帶、克烏推覆帶和烏夏推覆帶3個推覆帶，3個推覆帶向盆地一側(cè)分別對應發(fā)育了紅車斷裂帶、克烏斷裂帶和烏夏斷裂帶。北西向的走滑斷裂從西部山體延伸到盆地內(nèi)，形成了良好的物源通道，控制了百口泉組中拐扇、黃羊泉扇和夏子街扇的發(fā)育。何登發(fā)等(2018)認為瑪湖凹陷是受周緣沖斷活動控制而形成的石炭紀—第四紀凹陷，沖斷活動的幕式發(fā)育與前展式遷移、撕裂斷層與橫向構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶(區(qū))形成的優(yōu)勢搬運通道、干旱的氣候環(huán)境等因素控制了瑪湖凹陷周緣規(guī)模巨大的扇三角洲體系。風城組堿湖沉積提供了優(yōu)質(zhì)烴源巖，上覆扇三角洲體系提供了有利的儲集體，上三疊統(tǒng)厚層泥巖構(gòu)成區(qū)域蓋層，共同形成了一個完整的含油氣體系。

盆地構(gòu)造特征控制古地貌格局，古地貌形成不同的溝、槽和坡折帶，控制了沉積體系的分布。瑪湖斜坡區(qū)在百口泉組沉積時期主體呈向湖傾斜的平緩單斜構(gòu)造，但凹陷內(nèi)發(fā)育溝槽、凸起以及坡折等復雜地貌。受古地貌的影響，瑪湖凹陷百口泉組殘留厚度為60～350-m之間，靠近盆地邊緣地區(qū)厚度較大，古地貌相對凸起的區(qū)域地層較薄(唐勇等，2014)。山口、溝槽、古凸控制著扇體主槽走向，從而控制著平原相及扇間泥巖帶以及前緣相朵葉體的分布(任本兵等，2016)。

深部逆沖構(gòu)造、繼承性古隆起、盆內(nèi)次級斷層活動等構(gòu)造運動造成準噶爾盆地西北緣和瑪湖凹陷坡折帶十分發(fā)育。劉豪等(2004)較早提出準噶爾盆地西北緣地區(qū)發(fā)育斷裂坡折帶、撓曲坡折帶、侵蝕坡折帶和沉積坡折帶等多種成因類型。坡折帶在順源方向具有多級特征，對地層超覆疊置、巖性縱向組合以及沉積體的縱橫向展布具有重要的控制作用。瞿建華等(2015)認為坡折帶對砂體的平面與空間分布起到重要的控制作用，在夏子街斜坡區(qū)坡折帶形成溝控、斷控、坡?lián)?、坡階、坡交等5種控砂模式。

4 儲集層研究及新技術(shù)應用

4.1 儲集層類型及其性質(zhì)

已發(fā)現(xiàn)的西北緣和瑪湖凹陷油氣儲集層包括火山巖、火山碎屑巖、白云巖、頁巖和砂礫巖?；鹕綆r、火山碎屑巖、白云巖和頁巖儲集層主要發(fā)育在二疊系佳木河組、風城組和夏子街組，下烏爾禾組以上主要為碎屑巖儲集層(張鵬和陳世悅，2007)。砂礫巖是瑪湖礫巖大油田的主要儲集巖，砂礫巖儲集層研究是本區(qū)儲集層研究最為活躍的領域，儲集層研究推動油氣勘探目的層位不斷向深部延伸，目前發(fā)現(xiàn)的西北緣和瑪湖凹陷有效儲集層埋深已經(jīng)超過6000-m。

西北緣和瑪湖凹陷砂礫巖儲集層以礫巖和粗砂巖為主，含少量細砂巖，成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度低，成分以花崗巖、凝灰?guī)r、安山巖巖屑為主(魯新川等，2012a，2012b)，儲集性能以小中礫巖和細礫巖最好(張順存等，2015；瞿建華等，2017a)。有利儲集層巖石相包括雜基支撐中礫巖相、雜基支撐細礫巖相、顆粒支撐中礫巖相、顆粒支撐細礫巖相、礫質(zhì)砂巖相、含礫砂巖相、粗砂巖相、中砂巖相、細砂巖相、粉砂巖相及泥巖相等多種巖石相，儲集空間主要為長石、巖屑顆粒及雜基溶蝕形成的次生孔隙，屬于低孔低滲儲集層(操應長等，2019)。

風城組白云巖包括紋層狀泥質(zhì)白云巖、薄層狀白云巖和斑狀白云巖，按成因分為準同生白云巖和后生白云石化白云巖，準同生白云巖形成于半深湖咸水環(huán)境，后生白云石化白云巖是發(fā)育在半深湖咸水環(huán)境下的碳酸鹽巖灰泥在成巖期經(jīng)后生白云石化作用形成的(馮有良等，2011)。西北緣烏風地區(qū)二疊系風城組發(fā)育的粉砂巖、泥巖和凝灰?guī)r均不同程度地發(fā)生了白云石化作用，白云石晶體以細晶和粉晶為主，呈團塊狀、星點狀，順層或順微裂隙分布于凝灰質(zhì)或泥質(zhì)基質(zhì)組分中。白云巖儲集層孔隙主要為粒間孔、晶間孔、溶孔和裂縫，以溶孔和裂縫為主(殷建國等，2012)。

本區(qū)二疊系處于中成巖A期—晚成巖期，三疊系處于早成巖B期—中成巖A期，侏羅系處于早成巖A期—中成巖A期(張鵬和陳世悅，2007；許琳等，2018)。主要成巖作用包括壓實、膠結(jié)、溶蝕作用，沉積相帶是控制碎屑巖儲集層物性的關(guān)鍵因素，壓實作用強度是決定碎屑巖儲集層物性條件的重要因素，膠結(jié)作用的發(fā)育程度對儲集層原生孔隙的保存和次生孔隙發(fā)育影響較大，酸性孔隙流體運動活躍的疏導層是溶蝕孔隙發(fā)育區(qū)和油氣聚集的有利區(qū)帶(朱世發(fā)等，2010；張順存等，2015)。壓實作用使克百地區(qū)二疊系風城組砂礫巖儲集層的孔隙度和滲透率減少，4000-m以深孔隙度小于10%、滲透率低于0.1×10-3μm2(魯新川等，2012a，2012b)。操應長等(2019)總結(jié)了瑪湖凹陷夏子街地區(qū)百口泉組砂礫巖儲集層發(fā)育8種成巖相(表 1)，何周等(2011)在二疊系砂礫巖儲集層中劃分出了7個成巖相，許琳等(2018)認為最有利的成巖相是貧泥中粗砂—細礫巖弱壓實成巖相，其次是少量方沸石—濁沸石膠結(jié)中粗砂—礫巖溶蝕成巖相，富泥砂礫巖片沸石膠結(jié)成巖相物性最差。

表 1 瑪湖凹陷夏子街地區(qū)三疊系百口泉組巖相—成巖相特征(據(jù)操應長等，2019)Table1 Characteristics of lithofacies-diagenetic facies of the Triassic Baikouquan Formation， Xiazijie area，Mahu sag，Junggar Basin(after Cao et al.， 2019)

對儲集層微觀孔隙結(jié)構(gòu)研究認為，本區(qū)二疊系為微孔微細喉型，屬低孔中低滲儲集層；三疊系為小孔細喉型，屬中孔中低滲儲集層；侏羅系為中小孔中細喉型，屬高孔中高滲儲集層。白云巖儲集層主要為裂縫性低孔中低滲儲集層；火山碎屑巖儲集層主要為氣孔狀高孔低滲儲集層(張鵬和陳世悅，2007)。百口泉組儲集層儲集空間以剩余原生粒間孔、殘余粒間孔、溶蝕孔和微裂縫為主，其次為顆粒壓碎縫、溶蝕孔(宮清順等，2010b)，孔喉分布狀態(tài)為連片狀和孤立狀，等效孔隙半徑分布呈單峰分布，孔隙半徑小于50-μm(熊健等，2018)，廣泛發(fā)育的粒內(nèi)縫(徐洋等，2016)，孔隙中自生綠泥石發(fā)育(瞿建華等，2017b)。風城組致密油儲集層孔喉大小差異大，半徑為2～50-μm，在納米尺度下，樣品孔喉半徑為0.05～0.30-μm，納米級孔隙數(shù)量增多，呈管狀或球狀分布于礦物顆粒(晶體)內(nèi)部或表面，納米級球狀微孔連通性較差，三維空間呈孤立狀(孫樂等，2016)。

沉積微相對儲集層特征具有強烈的影響，三角洲和扇三角洲前緣水下分流河道、辮狀河道沉積是優(yōu)質(zhì)儲集層相帶，三角洲和扇三角洲平原分流河道儲集能力較差，河道間、分流間灣等沉積微相為不利儲集層發(fā)育相帶(魯新川等，2012a；譚開俊等，2014；龐德新，2015；張順存等，2015；張有平等，2015)。潘建國等(2015)研究發(fā)現(xiàn)百口泉組砂礫巖成巖圈閉主要分布在由通源斷裂和古鼻狀構(gòu)造構(gòu)成的流體優(yōu)勢運移通道上。在順物源方向上，有機酸溶解扇三角洲前緣砂礫巖中的長石而形成次生溶解孔隙儲集層，其上傾方向上壓實作用和膠結(jié)作用使扇三角洲平原砂礫巖致密化而形成圈閉遮擋層；在垂直物源方向上，次生溶解孔隙儲集層分布在由通源斷裂和古鼻狀構(gòu)造構(gòu)成的有機酸優(yōu)勢運移通道上，通道兩側(cè)前緣相砂礫巖較致密，與水下分流河道間泥巖、其他物源體系的扇三角洲平原砂礫巖致密層構(gòu)成圈閉側(cè)向遮擋帶；圈閉底板由百口泉組底部不整合面風化黏土層或平原相砂礫巖致密層或湖泛泥巖構(gòu)成，圈閉頂板由湖泛泥巖構(gòu)成。斷裂分布和綠簾石含量與優(yōu)質(zhì)儲集層分布有關(guān)(靳軍等，2017)，綠簾石高值區(qū)一般出現(xiàn)在扇三角洲前緣亞相，中值區(qū)和低值區(qū)主要位于扇三角洲平原亞相(趙康等，2019)。

黏土礦物和孔隙影響儲集層的敏感性?？颠d等(2017)通過實驗獲得百口泉組砂礫巖水敏指數(shù)Lw為0.31～0.66，速敏損害率Dk為0.16～0.82，應力損害率Dst為0.753～0.764。認為本組儲集層水敏性中等偏弱—中等偏強，速敏性從弱至中等偏強差異較大，應力敏感性強；鹽敏性和酸敏性無—中等偏弱，黏土礦物絕對總量以及伊/蒙混層、伊利石相對含量顯著影響了水敏性。單祥等(2017)采用敏感性流動實驗發(fā)現(xiàn)百口泉組黏土礦物類型以伊/蒙混層為主(占38.74%)，其次為綠泥石(占29.46%)、高嶺石(占21.96%)和伊利石(占9.83%)；敏感性流動實驗表明百口泉組儲集層具有中等偏強鹽敏、中等偏弱水敏、弱速敏、弱堿敏的特征，影響儲集層敏感性的主要原因是儲集層中黏土礦物類型以及儲集層孔喉結(jié)構(gòu)。

4.2 沉積儲集層研究新技術(shù)應用效果明顯

砂礫巖粗粒沉積地層連續(xù)性差，巖性變化快，沉積體內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，地震剖面成像質(zhì)量不高，沉積界面反射不明顯，砂礫巖體的邊界識別困難。經(jīng)過長期探索形成了一系列針對砂礫巖地層的地震地層學、地震巖性學、地震沉積學、地震儲集層預測技術(shù)。在地震沉積學方面，查明等(2010)通過對典型地層切片和單井相沉積特征分析，在烏夏地區(qū)三疊系百口泉組和克拉瑪依組識別出扇三角洲相、沖積扇相、三角洲相和下切谷等沉積。王世瑞等(2005)以寬方位角采集的地震數(shù)據(jù)為基礎，對數(shù)據(jù)進行高保真資料處理和參考標準層的層拉平解釋，確定了拐19井區(qū)在下侏羅統(tǒng)三工河組的出油層段附近的沉積環(huán)境由湖泊相—三角洲前緣相—河流相—湖泊相的演化過程。在地震儲集層預測方面，于寶利等(2016)通過選擇高精度的巖石物理模型，提高了橫波速度估算精度和儲集層分布預測精度，使鉆井成功率達到80%；曹小璐等(2017)基于Geoeas Ⅰ解釋系統(tǒng)，利用頻譜聚類法精細刻畫地震相和沉積相，進而用疊前概率反演預測優(yōu)質(zhì)儲集層，在目標區(qū)優(yōu)質(zhì)儲集層預測中取得了良好的地質(zhì)效果；許多年等(2015)利用高分辨率地震層序地層解釋技術(shù)得到等時的地質(zhì)界面，恢復沉積期古地貌，利用基于模型正演的地震屬性定量分析技術(shù)預測主河道砂體的展布，利用射線彈性阻抗反演技術(shù)預測儲集層物性的分布，利用高分辨率相干加強技術(shù)預測裂縫的分布，逐級控制降低了“甜點”儲集層預測的多解性。

瑪湖凹陷地層巖石粒度級差大，含有大量的火山巖、花崗巖和變質(zhì)巖巖屑，巖性復雜，采用常規(guī)測井解釋方法經(jīng)常遇到困難，除了常規(guī)測井解釋技術(shù)外，成像測井、核磁共振測井技術(shù)在瑪湖凹陷的到充分應用。余杰(2007)將本區(qū)侏羅系、三疊系和二疊系地層巖性歸為10類，利用測井相分析技術(shù)建立了巖性解釋模型；況晏等(2017)通過建立常規(guī)測井曲線連續(xù)表征儲集層品質(zhì)因子計算模型實現(xiàn)了對瑪131井區(qū)百口泉組地層條件下儲集層品質(zhì)因子的連續(xù)定量表征；孟祥超等(2017b)對準噶爾盆地瑪湖凹陷西斜坡Aih12井區(qū)八道灣組16口井183個巖心樣品的粒度刻度(巖心—鑄體薄片交互驗證)-測井歸位，比較不同粒度儲集層塑性巖屑體積分數(shù)及壓實減孔效應，建立基于自然伽馬曲線的煤系砂巖儲集層定量評價圖版并預測油氣富集區(qū)。羅興平等(2018)通過分析不同巖性的電成像測井特征，以電成像測井靜態(tài)圖像為基礎，通過圖像灰度轉(zhuǎn)化、構(gòu)建灰度共生矩陣，計算砂礫巖巖性樣本的對比度、相關(guān)度、熵、均勻度和能量5個特征值，利用貝葉斯判別分析法建立了巖性判別函數(shù)進行巖性識別；袁瑞等(2018)在巖心資料的基礎上，利用微電阻率成像測井技術(shù)，識別瑪湖凹陷百口泉組扇三角洲10種巖性及5種沉積構(gòu)造，提出微電阻率成像測井的雙屬性巖石相劃分方案，精細劃分百口泉組全井段的巖石相；毛銳等(2018)利用巖心分析黏土礦物束縛水孔隙度與黏土礦物含量，建立了黏土礦物束縛水孔隙度表征模型，利用核磁共振測井孔隙度減去黏土礦物束縛水孔隙度求得有效孔隙度，將19口探井的有效孔隙度計算相對誤差減小到6.8%；張妮等(2018)根據(jù)T2譜的形態(tài)，以橫向弛豫時間100-ms作為區(qū)分油和水的標志，構(gòu)建敏感參數(shù)，建立了流體識別圖版，在生產(chǎn)中應用效果良好。在綜合儲集層預測方面，孟祥超等(2015)結(jié)合儲集層測井資料，構(gòu)建儲集層評價因子CZ，在波阻抗反演基礎上，利用儲層評價因子CZ進行地質(zhì)統(tǒng)計學模擬進行儲集層反演，預測百口泉組優(yōu)質(zhì)儲集層的平面展布范圍，制定出儲集層劃分標準。

5 結(jié)論及建議

通過對準噶爾盆地西北緣及瑪湖凹陷的沉積儲集層研究進行綜述，介紹了本區(qū)沉積儲集層研究的理論和技術(shù)現(xiàn)狀，分析了目前研究中存在的不足，對未來研究的重點進行了展望。

1)準噶爾盆地西北緣和瑪湖地區(qū)沉積了石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、古近系、新近系等多套烴源巖和儲集層系，隨著勘探重點的轉(zhuǎn)移，本區(qū)的沉積儲集層研究平面上從盆地邊緣斷裂帶向凹陷斜坡區(qū)和凹陷中心區(qū)拓展，垂向上從中部的三疊系向深部二疊系和淺層侏羅系等層位延伸；研究領域從礫巖向頁巖、火山巖等領域拓展。研究的領域逐步拓寬，研究程度不斷深入?，敽笥蛥^(qū)發(fā)現(xiàn)是西北緣地區(qū)油氣勘探的繼續(xù)和發(fā)展，是油氣勘探實踐和沉積儲集層理論相互驗證相互促進的良好體現(xiàn)。

2)西北緣和瑪湖地區(qū)的沉積儲集層研究覆蓋了石炭系到新近系，但由于不同時期油氣勘探的重點不同，直至目前對本區(qū)二疊系和三疊系研究較為深入和系統(tǒng)，對石炭系、白堊系和新近系的研究相對薄弱。從儲集層巖石類型看，對碎屑巖儲集層研究較多，對白云巖、碳酸鹽巖、火山巖、火山碎屑巖研究不夠深入；在碎屑巖領域?qū)ι暗[質(zhì)粗粒沉積研究多，對泥巖等細粒沉積關(guān)注不夠。在沉積體系方面，對粗粒沉積體系沉積模式研究較多，對火山巖噴流體系、火山—碎屑沉積體系、蒸發(fā)鹽—碎屑巖沉積體系、泥質(zhì)細粒沉積體系等研究不夠。

應當重視對二疊系以下較古老地層的沉積儲集層研究，關(guān)注海相沉積體系的油氣潛力，關(guān)注火山作用對石炭系和二疊系沉積體系和儲集層發(fā)育的影響；應當重視對中上三疊統(tǒng)及其上覆地層的沉積體系和儲集層研究，關(guān)注侏羅系和白堊系在坳陷中心區(qū)的分布，尋找可能的有利砂體。

3)準噶爾盆地西北緣和瑪湖地區(qū)的沉積儲集層研究，伴隨著克拉瑪依油田的勘探開發(fā)不斷發(fā)展。早期研究主要集中于西北緣褶皺帶區(qū)域，主要是結(jié)合生產(chǎn)開展儲集層的巖石學、沉積微相和儲集層特征分析，以沖積扇沉積模式為指導；隨著勘探向瑪湖凹陷區(qū)推進，研究工作覆蓋了巖石相、巖石組構(gòu)、沉積物源、沉積環(huán)境、沉積相、層序地層、沉積建筑結(jié)構(gòu)、沉積體系、沉積模式、氣候構(gòu)造和湖平面對沉積作用的控制、成巖作用與儲集層等眾多領域，形成了一系列新的沉積學、儲集層巖石學和儲集層地球物理新技術(shù)，探索建立了新的退覆式大型淺水緩坡扇三角洲沉積模式。

本區(qū)的沉積儲集層研究仍然存在短板和不足，例如： 在礫巖巖石學、礫質(zhì)沉積物搬運機制、礫巖儲集層孔隙形成機理、礫巖儲集層分析技術(shù)等方面還存在一些懸而未解的問題；所提出的粗粒沉積體系沉積模式還需要進一步完善，缺乏針對頁巖、火山巖和混合沉積體系的沉積模式；研究手段和技術(shù)需要更新?lián)Q代；有待建立全盆地的范圍的層序地層劃分方案，對氣候、構(gòu)造和湖平面等對沉積作用的控制的研究還需要深入；急需創(chuàng)建針對砂礫巖粗粒沉積物和頁巖油藏細粒沉積層系的地球物理儲集層預測和表征技術(shù)體系。針對瑪湖油氣田快速有效開發(fā)的需要，需要對砂礫巖儲集層的沉積建筑結(jié)構(gòu)進行深入探討和分析。