瑪西斜坡上三疊統(tǒng)白堿灘組三段沉積相及油氣勘探意義

武 鑫，胡曉云，韓 磊，徐 欣，彭學(xué)紅，梁 濤，曾玉蘭，李維鋒

(1.中國(guó)石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000；2.長(zhǎng)江大學(xué)，湖北 武漢 430100)

0 引 言

近年來(lái)，瑪湖凹陷陸續(xù)獲得新的油氣勘探發(fā)現(xiàn)，成為中國(guó)油氣勘探的重點(diǎn)領(lǐng)域[1-3]，但以往的勘探目的層集中在二疊系及下三疊統(tǒng)百口泉組等較深層[4-5]。2019年以來(lái)，瑪湖凹陷油氣勘探目標(biāo)由較深層轉(zhuǎn)移到中淺層，即中三疊統(tǒng)克拉瑪依組及其以上的層位，并獲得了新的油氣發(fā)現(xiàn)。然而，目前對(duì)于瑪湖凹陷的沉積、儲(chǔ)層方面的研究，還局限于較深層地層[4-6]，而對(duì)于此次研究的目的層——上三疊統(tǒng)白堿灘組三段的沉積學(xué)等地質(zhì)方面的研究還處于空白階段，嚴(yán)重制約了白堿灘組的油氣勘探工作。

針對(duì)白堿灘組三段沉積特征認(rèn)識(shí)不清的問(wèn)題，首先對(duì)該區(qū)大量巖心進(jìn)行詳細(xì)的沉積學(xué)特征觀察，并開(kāi)展巖石成分與粒度分析，從而識(shí)別其沉積相類(lèi)型，并進(jìn)行沉積微相的劃分；而后繪制出各小層沉積時(shí)期的沉積相平面圖，并進(jìn)行沉積演化分析；最后利用物性分析資料，指出有利儲(chǔ)集砂體所在，并結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景，探討有利成藏條件，以期為白堿灘組下一步的油氣勘探指明方向。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

準(zhǔn)噶爾盆地位于中國(guó)西北部，為一個(gè)晚石炭世—第四紀(jì)的大型陸相疊合盆地?，敽枷菸挥跍?zhǔn)噶爾盆地西北部，為盆內(nèi)二級(jí)構(gòu)造單元，面積約為6 800 km2(圖1)。根據(jù)凹陷內(nèi)部的構(gòu)造特征，可將瑪湖凹陷劃分為北斜坡區(qū)、西斜坡區(qū)、南斜坡區(qū)和東斜坡區(qū)[2]；瑪湖凹陷西斜坡區(qū)構(gòu)造上位于西部隆起克百-烏夏斷裂帶的下盤(pán)。此次研究區(qū)域?yàn)榘?—瑪18井區(qū)，位于瑪湖凹陷瑪西斜坡區(qū)的中部(圖1)。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷西斜坡區(qū)的構(gòu)造位置

瑪湖凹陷沉積地層自下而上發(fā)育上石炭統(tǒng)至白堊系，地層厚度最大可達(dá)6 km以上，其中，三疊系內(nèi)部可分為下三疊統(tǒng)百口泉組、中三疊統(tǒng)克拉瑪依組以及上三疊統(tǒng)白堿灘組。由于印支運(yùn)動(dòng)的影響，盆地西北緣地區(qū)的上三疊統(tǒng)白堿灘組與下侏羅統(tǒng)八道灣組之間呈不整合接觸關(guān)系[3]。上三疊統(tǒng)白堿灘組可進(jìn)一步分為白堿灘組一段、二段和三段。該文研究對(duì)象為砂巖最為集中的白堿灘組三段(T3b3)，根據(jù)巖性旋回特征，可將其細(xì)分為4個(gè)小層(圖2)。

圖2 瑪湖凹陷西斜坡區(qū)瑪26井上三疊統(tǒng)白堿灘組地層劃分Fig.2 The stratigraphic division of the Upper Triassic Baijiantan Formation in Well Ma 26 in the western slope area of Mahu Sag

2 白堿灘組沉積特征

2.1 巖性與顏色

瑪湖凹陷瑪西斜坡白堿灘組三段的巖性以中-細(xì)砂巖為主，細(xì)礫巖、粉砂巖次之，并夾少量泥巖(圖2)。泥巖、粉砂巖、砂巖和礫巖的顏色均為灰綠色(圖3a—f)，局部炭質(zhì)泥巖呈灰黑色(圖3b)。偏暗色的沉積物往往代表了偏還原條件的水下環(huán)境[6-8]。

圖3 瑪湖凹陷西斜坡區(qū)白堿灘組三段典型巖性照片與砂巖薄片F(xiàn)ig.3 The typical lithology photos and sandstone slices of Member 3 of Baijiantan Formation in the western slope area of Mahu Sag

薄片分析表明，白堿灘組三段砂巖成分類(lèi)型主要為巖屑砂巖(圖3g、h)，少量為長(zhǎng)石質(zhì)巖屑砂巖；巖屑平均含量為67.8%，長(zhǎng)石礦物平均含量為21.6%；泥質(zhì)雜基含量為2.1%～5.8%；砂級(jí)顆粒的磨圓度為次棱角狀(圖3g、h)。上述特征表明白堿灘組三段砂巖成熟度低且沉積物搬運(yùn)距離較短。結(jié)合前述沉積物的巖性與顏色，白堿灘組三段很可能代表短程河流——如辮狀河入湖形成的辮狀河三角洲沉積[7-9]。

2.2 沉積構(gòu)造特征

白堿灘組三段發(fā)育多種多樣的沉積構(gòu)造類(lèi)型：在泥巖中發(fā)育水平層理(圖3a、b)，在粉砂巖中發(fā)育波狀層理(圖3c、圖4)，在細(xì)砂巖中發(fā)育浪成砂紋層理、板狀交錯(cuò)層理(圖3d)及反粒序(圖4)等，在中砂巖和含礫砂巖中發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理(圖3e)、板狀交錯(cuò)層理(圖3f)等，在細(xì)礫巖中發(fā)育礫石疊瓦構(gòu)造(圖3f)和槽狀交錯(cuò)層理(圖4a)以及底沖刷面構(gòu)造(圖4a)。其中，常見(jiàn)自底部疊瓦礫巖、槽板狀交錯(cuò)層理礫巖向上漸變?yōu)椴郯鍫罱诲e(cuò)層理含礫砂巖、中砂巖以及頂部的平行層理細(xì)砂巖的正粒序(圖3e、f，圖4a)，是辮狀水道沉積的典型特征[8]；由細(xì)砂巖到中砂巖的典型反粒序(圖4b)，見(jiàn)板狀交錯(cuò)層理(圖3d)、浪成砂紋層理(圖4b)，是三角洲前緣河口砂壩的典型標(biāo)志[9-13]；在粉砂巖中發(fā)育波狀層理(圖3c、圖4c)、塑性變形構(gòu)造(圖4c)等，常作為三角洲前緣的遠(yuǎn)砂壩的識(shí)別標(biāo)志[9]；此外，發(fā)育水平層理的偏暗色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖(圖3a、b)，常代表三角洲前緣支流間灣、前三角洲泥或淺湖泥等靜水低能環(huán)境。

圖4 瑪西斜坡艾湖209井白堿灘組三段巖心柱狀圖

2.3 粒度特征

白堿灘組三段沉積物的粒度特征主要有3種類(lèi)型，代表了不同的沉積水動(dòng)力條件。其一顯示出明顯的“三段式”(圖4d)，且跳躍組分段的斜率較大，懸浮組分含量低，說(shuō)明其分選性較好，水動(dòng)力強(qiáng)，為河道砂的顯著特點(diǎn)[8]；其二表現(xiàn)為典型的“兩段式”(圖4e)，其跳躍組分段的斜率大，懸浮組分含量低，說(shuō)明其分選性好、水動(dòng)力強(qiáng)，為河口砂壩的典型特點(diǎn)[9]；其三也表現(xiàn)為“兩段式”，但其跳躍組分段的斜率明顯更低(圖4f)，且懸浮組分含量高達(dá)30%以上，說(shuō)明其分選性差、水動(dòng)力弱，是遠(yuǎn)砂壩沉積的典型特征。

3 沉積微相劃分與沉積特征

綜合上述研究結(jié)果，認(rèn)為白堿灘組三段屬于在淺湖環(huán)境下的辮狀河三角洲沉積，在研究區(qū)范圍內(nèi)，可識(shí)別出2個(gè)亞相和5個(gè)微相類(lèi)型。

3.1 辮狀河三角洲前緣亞相

3.1.1 水下分流河道微相

水下分流河道微相是辮狀河三角洲前緣亞相中最重要的組成部分。一期完整的河道沉積自下而上表現(xiàn)為：由疊瓦和底沖刷構(gòu)造細(xì)礫巖(圖3f、圖4a)—交錯(cuò)層理含礫砂巖、中砂巖(圖3e、圖4a)—平行層理細(xì)砂巖組成的典型正粒序。粒度特征為明顯的“三段式”，跳躍組分段的斜率較高，懸浮組分含量低(圖4d)。

3.1.2 支流間灣微相

支流間灣微相主要為灰綠色泥巖，發(fā)育水平層理(圖3a、b)，常見(jiàn)大量植物碎屑，形成炭質(zhì)泥巖(圖3b)甚至煤層(圖4)。

3.1.3 河口砂壩微相

河口砂壩微相發(fā)育板狀交錯(cuò)層理(圖3d)和浪成砂紋層理(圖4b)，以及由細(xì)砂巖到中砂巖的反粒序等沉積構(gòu)造；粒度特征為具有高斜率跳躍組分的“二段式”(圖4e)。

3.1.4 遠(yuǎn)砂壩微相

遠(yuǎn)砂壩微相主要為粉砂巖，發(fā)育豐富的波狀層理(圖3c)、浪成砂紋層理以及同生軟沉積物變形構(gòu)造(圖4c)等；粒度特征為具有低斜率跳躍組分和高含量懸浮組分的“二段式”(圖4f)。

3.2 前三角洲亞相

該亞相僅包含前三角洲泥微相，主要為灰綠色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖(圖2)，水平層理，可見(jiàn)大量植物莖干或葉片。

4 沉積相平面展布與沉積演化

三疊紀(jì)早期，準(zhǔn)噶爾盆地西北緣由二疊紀(jì)晚期的劇烈前陸逆沖活動(dòng)階段演化為陸內(nèi)構(gòu)造演化階段，雖仍以擠壓推覆構(gòu)造為主，但其強(qiáng)度明顯減弱，在瑪西斜坡區(qū)形成了礫質(zhì)扇三角洲沉積[5-6]。三疊紀(jì)中期，西北緣基本繼承了三疊紀(jì)早期的構(gòu)造格局，在研究區(qū)形成了砂質(zhì)辮狀河三角洲沉積。至三疊紀(jì)晚期，盆地西北緣發(fā)展為構(gòu)造相對(duì)平靜的克拉通內(nèi)坳陷階段，西北緣地區(qū)晚三疊世白堿灘組整體以大面積淺湖泥巖為特點(diǎn)[3]。

白堿灘組一段和二段沉積時(shí)期，瑪西斜坡區(qū)為淺湖沉積環(huán)境，發(fā)育大面積的淺湖泥和局限透鏡狀分布的淺湖砂壩(圖2)；至白堿灘組三段沉積時(shí)期，碎屑物質(zhì)供給有所增強(qiáng)，源自盆地西北緣古隆起區(qū)的辮狀河，在到達(dá)研究區(qū)時(shí)進(jìn)入湖泊，從而發(fā)育了2個(gè)辮狀河三角洲的前緣朵體(圖5)。

T3b34小層沉積時(shí)期，瑪湖凹陷斜坡區(qū)整體為淺水環(huán)境，來(lái)自研究區(qū)西北、東北方向的辮狀河入湖形成了2個(gè)辮狀河三角洲。由于此時(shí)湖平面相對(duì)較高，且碎屑物質(zhì)供給相對(duì)不足，使得僅在西北角和東北角處發(fā)育了分布范圍局限的三角洲前緣朵體，其內(nèi)主要發(fā)育河口砂壩和遠(yuǎn)砂壩微相，而研究區(qū)的主體為前三角洲泥沉積(圖5a)。T3b33小層沉積時(shí)期，碎屑物質(zhì)供給開(kāi)始增加，2個(gè)三角洲前緣朵體分別向前大幅推進(jìn)12 km和8 km左右，其內(nèi)發(fā)育水下分流河道、河口砂壩及遠(yuǎn)砂壩微相，但研究區(qū)主體仍為前三角洲泥沉積。T3b32小層沉積時(shí)期，碎屑物質(zhì)的供給更加充足，使得2支三角洲的前緣朵體繼續(xù)大幅向前延伸，研究區(qū)內(nèi)則以水下分流河道微相為主(圖5b)。T3b31小層沉積時(shí)期，研究區(qū)內(nèi)基本繼承了上一時(shí)期的沉積面貌，以水下分流河道沉積占據(jù)主導(dǎo)地位。

5 油氣勘探意義

辮狀河三角洲砂體，特別是水下分流河道砂體及河口砂壩，一直以來(lái)被視為優(yōu)質(zhì)的油氣儲(chǔ)集層[7-9]。這是因?yàn)樗路至骱拥赖纳皫r、礫巖和河口砂壩的砂巖的分選性較好(圖4d、e)、泥質(zhì)雜基含量低(圖3g、h)的緣故。鑄體薄片分析表明，水下分流河道砂體的孔隙度為7.20%～17.50%，平均為13.25%；河口砂壩砂體的孔隙度為8.30%～16.80%，平均為12.33%，儲(chǔ)集物性良好。通過(guò)巖心觀察，發(fā)現(xiàn)了含油顯示的水下分流河道細(xì)礫巖、砂巖(圖3f)。

此外，水下分流河道、河口砂壩內(nèi)的砂體通過(guò)多期疊置，其垂向厚度可達(dá)5 m以上(圖4)，通過(guò)頻繁側(cè)向遷移、疊置連片，其側(cè)向連續(xù)性變得更好，特別是在T3b32和T3b31小層沉積時(shí)期，水下分流河道砂體在平面上大面積分布(圖5b)。水下分流河道砂體，在上傾方向受到克百-烏夏斷裂帶的隔擋，在縱向上受到三疊系—侏羅系區(qū)域性不整合面的封閉，可形成良好的圈閉條件。瑪湖凹陷西斜坡區(qū)發(fā)育了多條斷裂，如印支期的百口泉走滑斷裂和大量燕山期的高角度正斷層[3]，切穿了二疊系至白堊系，因此，來(lái)自凹陷深部的二疊系風(fēng)城組和烏爾禾組等優(yōu)質(zhì)巨厚烴源巖的油氣，經(jīng)垂向運(yùn)移，可在白堿灘組水下分流河道和河口砂壩砂體中聚集成藏。

圖5 瑪西斜坡白堿灘組三段沉積微相分布

近期，在艾湖204井和艾湖211井的白堿灘組三段水下分流河道砂體內(nèi)鉆遇了高產(chǎn)工業(yè)油流，日產(chǎn)油量分別高達(dá)15.6 t/d和10.6 t/d，證實(shí)了該預(yù)測(cè)的可靠性。鉆井油氣顯示表明，艾湖204井區(qū)內(nèi)的白三段砂體普遍含油，含油面積達(dá)8 km2以上，初步落實(shí)探明油氣儲(chǔ)量為112×104t，控制油氣儲(chǔ)量可達(dá)千萬(wàn)噸級(jí)，可以預(yù)見(jiàn)，瑪西斜坡區(qū)的白堿灘組三段具有重大的油氣勘探潛力。

6 結(jié) 論

(1) 瑪湖凹陷西斜坡區(qū)上三疊統(tǒng)白堿灘組三段(T3b3)的沉積相類(lèi)別為辮狀河三角洲，可以進(jìn)一步劃分為2個(gè)亞相和水下分流河道等在內(nèi)的5個(gè)微相類(lèi)別。

(2) 白堿灘組三段(T3b3)沉積時(shí)期，在淺水背景下，研究區(qū)內(nèi)發(fā)育了2個(gè)辮狀河三角洲前緣朵體；自T3b34小層至T3b31小層，隨著物源供給的不斷增加，這2個(gè)三角洲前緣朵體持續(xù)向前延伸。

(3) 水下分流河道和河口砂壩微相內(nèi)的砂體儲(chǔ)集物性良好，加之良好的外在構(gòu)造圈閉條件和油氣運(yùn)移條件，是今后該區(qū)開(kāi)展油氣勘探、開(kāi)發(fā)的首選目標(biāo)。