瑪湖凹陷MH1井區(qū)上烏爾禾組扇控大面積成藏條件與成藏模式

盧紅剛，羅煥宏，駱飛飛，毛登周

(中國石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

0 引言

近年來，隨著全球油氣勘探逐漸深入，非常規(guī)油氣藏勘探理論和實(shí)踐的蓬勃發(fā)展帶動(dòng)油氣勘探從源外常規(guī)圈閉逐漸走向近源及源內(nèi)油藏勘探，并取得了巨大成果［1－4］，已成為指導(dǎo)富油氣凹陷深化勘探的重要理論。瑪湖凹陷位于準(zhǔn)噶爾盆地西北部，是準(zhǔn)噶爾盆地重要的富油氣凹陷。2010年在瑪湖凹陷三疊系百口泉組中發(fā)現(xiàn)了中國首個(gè)億噸級連續(xù)型油藏群［5］，隨著滾動(dòng)勘探的不斷深入，勘探重心從百口泉組轉(zhuǎn)移至上烏爾禾組，并在瑪湖凹陷南部、西部陸續(xù)發(fā)現(xiàn)多個(gè)上烏爾禾組油藏，上烏爾禾組逐漸成為瑪湖凹陷增儲(chǔ)上產(chǎn)的主力層系。前人針對環(huán)瑪湖凹陷和上烏爾禾組開展了儲(chǔ)層特征分析［6－7］、沉積相組合［8］、砂礫巖巖相分類［9］及扇三角洲沉積模式及富集條件［10－14］等方面的研究，并取得了一系列的成果與認(rèn)識，對推動(dòng)瑪湖凹陷上烏爾禾組油氣藏勘探開發(fā)研究發(fā)揮了重要支撐作用，但針對斜坡區(qū)上烏爾禾組砂礫巖油氣藏成藏條件與成藏模式等方面的研究還有待進(jìn)一步深入。綜合運(yùn)用地質(zhì)、地球物理以及分析化驗(yàn)等資料，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景與沉積環(huán)境，從油源供給、儲(chǔ)蓋組合、運(yùn)移通道及保存條件等多個(gè)方面，對油氣成藏條件進(jìn)行分析，并對成藏特征及成藏模式進(jìn)行探討，摸清了油氣富集的控制因素，為瑪湖凹陷斜坡區(qū)油氣勘探提供了科學(xué)依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

瑪湖凹陷位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣，隸屬于中央坳陷的次一級負(fù)向構(gòu)造單元，北鄰烏夏斷裂帶，西靠克百斷裂帶，南接中拐凸起和達(dá)巴松凸起，東臨夏鹽凸起，呈北東南西走向。研究區(qū)二疊系上烏爾禾組構(gòu)造形態(tài)整體表現(xiàn)為向東南傾的單斜，地層向西、向北超覆尖滅，地層發(fā)育較為平緩，平均地層傾角為3～5°，局部發(fā)育低幅度鼻凸。上烏爾禾組整體為淺水退積型扇三角洲沉積，超覆沉積于下伏的下烏爾禾組地層之上，后期高部位遭受局部剝蝕，與上覆的三疊系百口泉組和下伏二疊系下烏爾禾組均為不整合接觸。該套地層在研究區(qū)內(nèi)厚度為10～245 m，整體上從南到北、從東到西地層逐漸減薄(圖1)。

圖1 瑪湖凹陷MH1井區(qū)二疊系上烏爾禾組構(gòu)造綱要Fig.1 The structure outline of Upper Wuerhe Formation of Permian System in MH1 Well Zone of Mahu

根據(jù)巖性、電性特征上烏爾禾組自下而上分為烏一段、烏二段和烏三段3個(gè)亞段。其中，烏一段巖性主要為灰色、灰褐色厚層塊狀砂礫巖，烏二段巖性主要為灰色砂礫巖以及含礫砂巖，烏三段主要以紅褐色泥巖為主。

2 有利成藏條件

研究區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷南斜坡，緊鄰大侏羅溝走滑斷裂體系。構(gòu)造演化分析表明，上烏爾禾組沉積于中、下二疊統(tǒng)大型超削不整合面之上，為前陸—坳陷轉(zhuǎn)換期填平的補(bǔ)齊式沉積，超覆沉積于下伏不整合面之上，具備形成大型地層圈閉的背景。上烏爾禾組發(fā)育大型退覆式扇三角洲，源儲(chǔ)匹配，協(xié)同封蓋，成藏條件優(yōu)越，具備形成大油區(qū)的地質(zhì)條件［14］。

2.1 優(yōu)質(zhì)高效的烴源條件

瑪湖凹陷是準(zhǔn)噶爾盆地重要的生烴凹陷之一［6］，研究區(qū)整體位于瑪湖富烴凹陷中心區(qū)，發(fā)育有二疊系佳木河組、風(fēng)城組、下烏爾禾組及石炭系4套潛在有效烴源巖。其中，風(fēng)城組為最優(yōu)質(zhì)高效的烴源巖［15－16］。二疊系風(fēng)城組沉積時(shí)期為前陸盆地，沉積中心位于瑪湖凹陷西斜坡，烴源巖厚度大，最大厚度超過200 m，分布面積約為5 000 km2，為發(fā)育于堿湖環(huán)境下的一套特殊的白云質(zhì)、凝灰質(zhì)混合巖［17］。

根據(jù)巖石有機(jī)碳熱解和熱模擬數(shù)據(jù)，風(fēng)城組烴源巖有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ—Ⅱ1型為主，鏡質(zhì)體反射率為0.85%～1.16%，處于成熟—高成熟階段。有機(jī)質(zhì)豐度大部分達(dá)到了中等烴源巖標(biāo)準(zhǔn)，屬中等—優(yōu)質(zhì)烴源巖［18］。

基于烴源巖自然演化、熱模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為，風(fēng)城組烴源巖具有成熟—高成熟(Ro為0.80%～1.30%)的雙峰式生油模式，顯示出多期烴類充注的特征。不同于傳統(tǒng)的湖相烴源巖單峰式生油模式，風(fēng)城組在鏡質(zhì)體反射率為1.30%時(shí)，仍處于生油高峰期［18］，特別是第2期高成熟油氣，總有機(jī)碳產(chǎn)烴率幾乎近2倍于傳統(tǒng)湖相優(yōu)質(zhì)烴源巖。因此，瑪湖凹陷風(fēng)城組為成熟—高成熟烴源巖，有機(jī)質(zhì)豐度高，生烴潛量大，雙峰式生油，為MH1井區(qū)上烏爾禾組油藏提供了優(yōu)質(zhì)高效的烴源條件。

2.2 規(guī)模有效的儲(chǔ)蓋組合

研究區(qū)上烏爾禾組處于大型緩坡古地貌環(huán)境，為湖泊背景下粗粒的扇三角洲沉積體系，物源主要來自西北緣的老山，西部物源在古溝槽與古凸起的控制、引導(dǎo)下形成了由黃羊泉扇體、白堿灘扇體和克拉瑪依扇體3個(gè)不同前進(jìn)方向和規(guī)模的扇體組成的扇群(圖2a)。3個(gè)扇體均由北西向南東延伸至凹陷中心，共同覆蓋了MH1井區(qū)。油藏位于坡折之下的扇體平臺(tái)區(qū)，為沉積物的卸載提供了巨大的容納空間和場所，物源搬運(yùn)距離適中，是優(yōu)質(zhì)砂體沉積卸載的有利場所，發(fā)育大范圍展布的砂礫巖儲(chǔ)集體。

上烏爾禾組是一個(gè)持續(xù)水進(jìn)的沉積過程，發(fā)育有多個(gè)扇體，平面上穩(wěn)定發(fā)育，縱向上疊置連片，扇體交匯處呈現(xiàn)明顯前積疊置現(xiàn)象。扇三角洲前緣亞相為最有利的儲(chǔ)集相帶，烏一段厚度為0～130 m，烏二段厚度為0～80 m，最大儲(chǔ)層厚度超過200 m，巨大的儲(chǔ)集空間為油氣的運(yùn)聚提供了良好場 所，為油氣大面積成藏創(chuàng)造了條件。烏三段發(fā)育一套穩(wěn)定、平均厚度大于50 m的濱淺湖泥巖，構(gòu)成良好頂板條件(圖2b)，這種退積型扇體下砂上泥式沉積模式在縱向上形成規(guī)模有效的儲(chǔ)蓋組合［19］。在下部砂礫巖中，由于粗碎屑儲(chǔ)層存在非均質(zhì)性的特點(diǎn)，形成了“一砂一藏”的模式，油藏具有縱、橫向上疊置連片的大面積成藏特征(圖3)。

圖2 MH1井區(qū)二疊系上烏爾禾組沉積相平面圖和綜合柱狀圖Fig.2 The sedimentary facies and bottom of Upper Wuerhe Formation of Permian System in MH1 Well Zone

圖3 MH1井區(qū)二疊系上烏爾禾組沉積模式Fig.3 The sedimentary model of Upper Wuerhe Formation of Permian System in MH1 Well Zone

由巖心觀察、薄片鑒定及分析化驗(yàn)結(jié)果(圖4)可知:MH1井區(qū)上烏爾禾組儲(chǔ)層巖性主要為灰色砂礫巖和含礫粗砂巖(圖4a、b)，儲(chǔ)層巖石學(xué)特征表現(xiàn)為低結(jié)構(gòu)成熟度、低成分成熟度的特征，分選較差，顆粒磨圓為中—差，以次棱狀為主(圖4c—e)。顆粒間以線接觸、壓嵌式膠結(jié)為主，膠結(jié)中等—致密;上烏爾禾組孔隙度為6.80%～16.40%，中值為7.93%;滲透率為0.06～171.00 mD，中值為1.46 mD，屬于特低孔、特低滲儲(chǔ)層(圖4f、g);儲(chǔ)集空間以剩余粒間孔(75.00%)為主，其次為長石、巖屑顆粒粒內(nèi)溶孔(圖4h—j);孔喉結(jié)構(gòu)整體表現(xiàn)為微孔、細(xì)喉特征，滲流條件整體偏差。

圖4 MH1井區(qū)上烏爾禾組扇三角洲前緣儲(chǔ)集砂體綜合特征Fig.4 The integrated characteristics of reservoir sand body of fan delta in Upper Wuerhe Formation of MH1 Well Zone

2.3 立體溝通的輸導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)

MH1井區(qū)發(fā)育有立體溝通的油氣輸導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，包括斷裂、不整合和滲透性砂體的三元復(fù)合體系，為油氣運(yùn)聚成藏提供了立體組合復(fù)式輸導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)。

研究區(qū)在海西—印支期逆沖推覆作用影響下，縱向上發(fā)育了3期斷裂體系，斷裂組合樣式及其展布規(guī)律控制了油氣的縱向調(diào)整運(yùn)移及聚集。其中，早期海西—印支期斷裂切穿風(fēng)城組烴源巖層，向上與上烏爾禾組內(nèi)不整合面溝通，成為油氣垂向運(yùn)移的良好通道(圖5)。印支—早燕山期走滑斷裂形成時(shí)間相對較晚，其活動(dòng)時(shí)間與風(fēng)城組烴源巖生烴高峰匹配關(guān)系好，具有良好的輸導(dǎo)作用。

圖5 瑪湖凹陷多期斷裂體系縱向解釋剖面Fig.5 The longitudinal interpretation section of multistage fault system of Mahu Sag

研究區(qū)發(fā)育巨厚扇三角洲前緣砂礫巖，平面上穩(wěn)定發(fā)育、縱向上互相疊置。風(fēng)城組烴源巖在早三疊世已成熟排烴，早侏羅世達(dá)到生烴高峰，此時(shí)研究區(qū)上烏爾禾組埋深整體小于500 m，該區(qū)厚層砂礫巖遭受壓實(shí)作用較弱，具有較好的滲透性，可以作為儲(chǔ)集空間也可作為油氣橫向運(yùn)移的輸導(dǎo)通道［20－21］。風(fēng)城組優(yōu)質(zhì)烴源巖生成的油氣可直接進(jìn)入砂礫巖，并通過砂礫巖橫向疏導(dǎo)，運(yùn)移至上烏爾禾組與中下二疊統(tǒng)之間的不整合面，再由不整合面橫向運(yùn)移并在有效圈閉聚集成藏。

研究區(qū)存在多套不整合，包括三疊系與二疊系以及二疊系內(nèi)部不整合，目的層上烏爾禾組與上下地層皆為不整合接觸，而上烏爾禾組頂?shù)撞徽厦骈L期經(jīng)受風(fēng)化剝蝕，非常有利于油氣運(yùn)移聚集，油氣可沿不整合面進(jìn)行網(wǎng)毯式運(yùn)移［22－23］。

2.4 匹配良好的保存條件

研究區(qū)構(gòu)造格局形成于白堊紀(jì)早期，構(gòu)造較為簡單，基本表現(xiàn)為南東傾的平緩單斜，局部發(fā)育低幅度背斜、鼻狀構(gòu)造和平臺(tái)。整體來看，研究區(qū)二疊系上烏爾禾組整體為一大型地層圈閉，地層相對平緩(圖6)，后期構(gòu)造對其影響較小，多期油氣持續(xù)運(yùn)移聚集，相對平緩的構(gòu)造背景使得原油不易運(yùn)移、調(diào)整逸散，有利于形成大面積連續(xù)型油藏。

圖6 MH1井區(qū)過MH026—MH22井三維地震標(biāo)定剖面Fig.6 The 3D seismic calibration section of Wells MH026－MH22 in MH1 Well Zone

上烏爾禾組發(fā)育湖侵背景下的扇三角洲沉積體系。其中，前緣相帶形成有效儲(chǔ)集體，扇體主槽部位發(fā)育雜色、褐色致密砂礫巖帶，在扇三角洲前緣相帶兩翼形成良好的遮擋條件;扇三角洲平原致密砂礫巖和扇間泥巖形成致密的側(cè)翼遮擋，前扇三角洲湖相泥巖可作為良好的區(qū)域性蓋層，形成良好的頂?shù)装鍡l件，共同形成了復(fù)合式多面遮擋體系(圖2b)，為MH1井區(qū)扇三角洲前緣相帶大面積連續(xù)成藏提供了匹配良好的保存條件。

3 油氣成藏模式

二疊系上烏爾禾組儲(chǔ)層主要為扇三角洲前緣相灰色砂礫巖，橫向分布范圍廣，縱向疊置連片，從而形成了多種儲(chǔ)蓋組合類型。多套烴源巖為油氣運(yùn)聚提供充足來源，繼承性鼻凸構(gòu)造背景有利于油氣富集，生儲(chǔ)蓋組合良好，在3期斷裂為油氣運(yùn)移提供高效輸導(dǎo)體系、廣泛分布的砂體與斷裂的有效配置控制油氣在多期斷裂垂向運(yùn)移、不整合面橫向輸導(dǎo)條件下，形成源上礫巖大油區(qū)整體成藏。根據(jù)烴源條件、輸導(dǎo)體系類型、儲(chǔ)蓋組合等特征，MH1井區(qū)上烏爾禾組整體表現(xiàn)為大型緩坡扇三角洲沉積控制下的大面積成藏特征(圖7)。

圖7 MH1井區(qū)二疊系上烏爾禾組油氣成藏模式Fig.7 The oil and gas accumulation mode in Upper Wuerhe Formation of Permian System in MH1 Well Zone

由圖7可知:MH1井區(qū)油氣成藏過程中，風(fēng)城組生成的油氣沿不整合面、斷裂和滲透性砂體向斜坡區(qū)運(yùn)移，聚集至不整合面附近的上烏爾禾組扇三角洲前緣儲(chǔ)層，在烏三段湖相泥巖和扇三角洲平原相致密砂礫巖遮擋下遇有利圈閉成藏，從凹陷中心至邊部，存在完整的連續(xù)型油氣聚集。

2016年以來轉(zhuǎn)變思路，以大面積巖性成藏模式為指導(dǎo)，勘探目標(biāo)由凸起帶走向斜坡區(qū)，在瑪湖凹陷、沙灣凹陷及滴南凸起相繼獲重大發(fā)現(xiàn)。根據(jù)“扇控大面積”成藏模式指導(dǎo)，按照“直井探邊、水平井提產(chǎn)”的思路，預(yù)探、評價(jià)、產(chǎn)能一體化部署，分步實(shí)施，循序推進(jìn)。2019年MH1井區(qū)預(yù)探、評價(jià)、開發(fā)一體化攻關(guān)取得階段性成果，上烏爾禾組試油52口井87層，獲工業(yè)油流47口井79層，水平井開發(fā)試驗(yàn)取得較好效果，MH1井區(qū)烏一段上交探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量達(dá)1.2×108t，為瑪湖油田增儲(chǔ)上產(chǎn)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

(1)MH1井區(qū)上烏爾禾組大面積連續(xù)成藏需要具備優(yōu)質(zhì)高效的烴源、規(guī)模有效的儲(chǔ)蓋組合、立體溝通的輸導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)、匹配良好的保存條件4個(gè)有利條件。溝通源儲(chǔ)之間的深大斷裂、不整合輸導(dǎo)層與區(qū)域性蓋層之間的合理匹配，保證了二疊系高效烴源巖所形成的油氣能夠向上烏爾禾組儲(chǔ)集層中運(yùn)移和聚集成藏。

(2)上烏爾禾組巨厚砂礫巖與切穿二疊系烴源巖的眾多斷裂構(gòu)成了油氣運(yùn)移的主力通道，油氣沿不整合面進(jìn)行網(wǎng)毯式運(yùn)移，斷層、不整合面和滲透性砂體的三元復(fù)合體系共同形成了良好的立體輸導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)。

(3)黃羊泉扇體、白堿灘扇體和克拉瑪依扇體三大扇體提供了非常充足的物源，烏一段、烏二段厚層砂礫巖形成了巨大油氣儲(chǔ)集空間，烏三段濱淺湖泥巖為區(qū)域良好的蓋層，上烏爾禾組自身具備完整的儲(chǔ)蓋組合;扇三角洲平原亞相致密帶、湖相與扇間泥巖以及斷裂相互配置，形成復(fù)合式多面遮擋，具有良好的頂?shù)装寮皞?cè)面封擋體系，為扇三角洲前緣大面積成藏提供了匹配良好的保存條件。

(4)成藏控制因素和富集規(guī)律綜合分析認(rèn)為，MH1井區(qū)上烏爾禾組億噸級油藏整體含油，局部富集，受鼻凸、斷裂、扇三角洲前緣有利砂體聯(lián)合控制。鼻凸控聚，發(fā)育多個(gè)繼承性鼻凸有利于油氣富集;斷裂控運(yùn)，多期斷裂有利于油氣向上烏爾禾組運(yùn)移;砂體控藏，廣泛分布的砂體與斷裂的有效配置控制油藏分布，整體表現(xiàn)為大型緩坡扇三角洲沉積控制下的大面積成藏特征。