準噶爾盆地阜康凹陷白堊系清水河組低位體系域充填模式及油氣勘探意義

厚剛福 宋 兵 陳 揚 王力寶 曾德龍 賈開富 竇 洋 李亞哲陳希光 彭 博 郭華軍 鄒志文

（1 中國石油杭州地質研究院；2 中國石油新疆油田公司勘探開發(fā)研究院 ）

0 引言

層序地層學理論的提出[1-3]，極大地推動了大西洋兩側大陸邊緣深水領域油氣勘探[2]。20 世紀80 年代，國內地質學家將層序地層學引入中國[4-9]，開始在層序地層格架內開展儲層預測和油氣富集規(guī)律研究工作[10-17]，不僅促進了層序地層學發(fā)展，也極大地推動了國內油氣勘探接連獲得重大突破，如鄂爾多斯盆地延長組[18-21]、準噶爾盆地百口泉組—上烏爾禾組針對湖侵體系域（扇）三角洲前緣砂體進行鉆井部署，先后發(fā)現億噸級規(guī)模儲量[22-26]。國外一些被動大陸邊緣海相盆地油氣勘探實踐證實[27-28]，低位體系域碎屑巖有利于油氣富集[29]。在中國東部的小型斷陷盆地內，低位體系域砂體發(fā)育，油氣勘探也接連獲得突破，表明低位體系域砂體具有優(yōu)越的成藏條件[30-33]。但對中西部的大型坳陷湖盆來說，是否發(fā)育低位體系域砂體？砂體是否有利于形成巖性油氣藏？這兩個關鍵問題制約了油氣勘探領域的提出和風險井部署。

準噶爾盆地腹部是巖性—地層油氣藏勘探的重要領域[34]。但自石南31井突破之后，油氣勘探近15年無重大發(fā)現，在目前北部凸起帶勘探程度較高的情況下，南部的凹陷區(qū)是否發(fā)育有效砂體、砂體是否具備形成巖性圈閉的條件，這兩個關鍵問題制約了油田有利區(qū)帶優(yōu)選和鉆井部署。本文在充分梳理前人研究成果的基礎上，綜合運用地震解釋、鉆井及測井等資料，以準噶爾盆地阜康凹陷清水河組為例，建立大型坳陷湖盆層序地層格架，恢復古地貌格局，落實了兩級坡折，明確了坡折之下低位體系域砂體較發(fā)育，并分析了低位體系域砂體的成藏條件，指出坡折之下的低位體系域砂體為下一步準噶爾盆地腹部巖性油藏最有利勘探領域。

1 地質概況

準噶爾盆地位于新疆維吾爾自治區(qū)北部，夾持于北天山和阿爾泰山之間，平面形態(tài)呈北窄南寬的三角形，是一個三面被古生代縫合線包圍的晚石炭世—第四紀發(fā)展起來的大型含油氣疊合盆地[35]。盆地可劃分為6 個一級構造單元和44 個二級構造單元，面積約為13×104km2。白堊系沉積期，盆地為一大型坳陷湖盆，沉降中心位于盆地南部的沙灣—阜康凹陷，區(qū)域構造呈現為南傾的單斜。研究區(qū)大致位于阜康凹陷中部（圖1），阜康凹陷為盆地最大的生烴凹陷，烴源巖條件極為有利[36]。白堊系清水河組自下而上可劃分為兩段，即清水河組一段（K1q1）和二段（K1q2）（圖1）。清水河組一段（K1q1）底部發(fā)育“底砂巖”，頂部發(fā)育一套厚度穩(wěn)定的“高伽馬”泥巖（圖1），構成良好的儲蓋組合，是目前準噶爾盆地巖性油藏勘探最主要目的層之一。

圖1 研究區(qū)構造位置圖（左）和地層綜合柱狀圖（右）Fig.1 Structural location (left) and comprehensive stratigraphic column (right) in the study area

2 低位體系域形成條件

層序地層學認為，低位體系域位于層序界面之上，當海平面下降至濱線坡折以下時，開始在坡折之下形成低位體系域復合砂體[6，16]。因此，層序界面和坡折是低位體系域形成的必要條件。

通過研究區(qū)及周緣地區(qū)的95 條二維地震測線和4800km2三維地震資料解釋，對10 口井進行井—震結合標定，建立了研究區(qū)等時層序地層格架。白堊系清水河組底部沉積一套粗碎屑“底砂巖”[37-38]，“底砂巖”之上發(fā)育一套“高伽馬”泥巖，隨后湖平面緩慢下降，沉積一套細碎屑砂泥巖互層，在垂向上構成一個完整的低位體系域—湖侵體系域—高位體系域的三級層序[39-40]。其成因主要受燕山構造運動的影響，中—上侏羅統(tǒng)遭受大范圍剝蝕，在白堊系與侏羅系之間形成區(qū)域性不整合面[37-38]。地震剖面顯示，白堊系清水河組底部與侏羅系不整合接觸，為典型層序界面，底界面SB1 之上見上超及溝谷充填特征，界面之下見削截現象（圖2）。鉆井資料揭示，底界面SB1 為巖性突變面，界面之下為紅褐色泥巖段，界面之上為河道滯留砂巖及含礫砂巖。測井曲線顯示，底界面SB1 為典型突變面，自然伽馬曲線、自然電位曲線由低幅線性突變?yōu)橹蟹⒏叻湫位蜱娦?，是地層疊加方式由加積到退積的轉換面。受燕山期構造活動的影響，盆地周緣遭受廣泛的風化剝蝕作用，物源供給充足，為低位體系域砂體的發(fā)育奠定了基礎。

圖2 準噶爾盆地阜康凹陷過莫24井—阜2井地震剖面（剖面位置見圖1）Fig.2 Seismic profile cross Wells Mo 24-Fu 2 in Fukang Sag，Junggar Basin (section location is in Fig.1)

在建立等時層序地層格架的基礎上，綜合考慮研究區(qū)清水河組地層發(fā)育特征及實際資料的準確性，利用殘余地層厚度法，恢復了研究區(qū)清水河組古地貌（圖3）。殘余地層厚度法恢復古地貌的原理是地層未受剝蝕或剝蝕較少，且古水深變化較小的條件下，利用地層厚度變化反映沉積期古地貌樣式，地層厚度由大到小反映了古地貌由低變高，即地層越厚，古地貌越低;地層越薄，古地貌越高[41]。古地貌圖顯示，白堊系清水河組沉積期，研究區(qū)古地貌格局北高南低，發(fā)育兩級呈近東西向展布的坡折。坡折之下地層厚度較坡折之上明顯增大，且在地震剖面上，上超特征較清晰（圖4）。多級坡折的發(fā)育為低位體系域砂體的發(fā)育創(chuàng)造了條件。在垂直坡折的南北方向，溝谷較發(fā)育，在剖面上呈“U”形或“V”形（圖5），為沉積物輸送通道，來自北部物源的辮狀河三角洲砂體經溝谷輸導[41-42]，進積至阜康凹陷多級坡折之下，為低位體系域砂體發(fā)育的物源基礎。

圖3 阜康凹陷清水河組古地貌圖Fig.3 Paleogeomorphic map of Qingshuihe Formation in Fukang Sag

圖4 研究區(qū)南北向地震剖面（剖面位置見圖1）Fig.4 NS direction seismic profile in the study area (section location is in Fig.1)

圖5 研究區(qū)東西向地震剖面（剖面位置見圖1）Fig.5 WE direction seismic profile in the study area (section location is in Fig.1)

3 低位體系域沉積模式

低位體系域砂體為層序地層學概念，為低位期扇三角洲、辮狀河三角洲和滑塌扇砂體的總稱，可進一步識別出盆底扇、斜坡扇和前積楔等微相[43-44]。研究區(qū)低位體系域砂體為經過長距離搬運的辮狀河三角洲成因，巖心觀察顯示，低位體系域砂體以細砂巖和中砂巖為主，分選和磨圓均較好，成分成熟度高。垂向上單砂體厚度大于30m，下粗上細，測井曲線呈鐘形，為正旋回沉積特征（圖6）。砂巖中槽狀交錯層理較發(fā)育，代表多期河道不斷沖刷、切割和疊置的特征。顯微鏡下觀察顯示，低位體系域砂體巖性以中—細砂巖為主，孔隙類型主要為原生粒間孔（圖6），孔隙度平均為15.5%，滲透率平均為23.3mD，儲層物性較好。在地震剖面上，低位體系域砂體沿坡折分布，表現為雙向下超、較雜亂的反射特征，能量較弱—中等（圖4）。由于實測聲波曲線無法有效區(qū)分砂巖、泥巖，因反演需要，將聲波曲線作為低頻曲線，對巖性比較敏感的自然伽馬曲線作為高頻曲線，在頻率域合并成“特征曲線”，實現特征曲線重構。重構后得到的波阻抗，可以較好地區(qū)分砂巖、泥巖。在反演剖面上，低位體系域砂體具有高波阻抗的特征，前積特征明顯（圖7）。

圖6 芳草1井沉積相綜合柱狀圖Fig.6 Comprehensive sedimentary facies column of Well Fangcao 1

圖7 過芳草1井和東道2井反演剖面（剖面位置見圖1）Fig.7 Inversion profile cross Wells Fangcao 1 and Dongdao 2 (section location is in Fig.1)

由于研究區(qū)鉆井資料較少，勘探程度低，低位體系域砂體分布很難落實。利用“溝谷定方向、坡折+地震反射定扇體大小”的方法，對研究區(qū)低位體系域砂體的分布進行厘定。溝谷是沉積物輸送通道，是沉積物輸送至沉降中心的必經之路，因此，溝谷的分布可以確定低位體系域扇體的物源和輸送方向;坡折之下的平臺區(qū)是沉積物的卸載場所，利用地震反射相變特征可以確定扇體的規(guī)模和大小。研究結果表明:研究區(qū)發(fā)育兩期低位體系域砂體，早期湖平面較低，湖岸線大致位于第一期坡折附近，坡折附近可以識別出4 個溝谷體系，來自北部物源的辮狀河三角洲前緣砂體，經溝谷體系輸送至坡折之下發(fā)生卸載，形成第一期低位體系域砂體（圖8a）;隨著湖平面不斷上升，湖岸線擴大至第二期坡折附近時，辮狀河三角洲前緣砂體經過6 個溝谷體系輸送，在坡折之下卸載，形成第二期低位體系域砂體，坡折之上為“過路”沉積（圖8b）。兩期低位體系域砂體面積可達1000 km2。至湖侵體系域，湖平面不斷上升，辮狀河三角洲向物源方向退積，沉積物很難到達坡折之下的湖盆沉降中心，在坡折之上發(fā)育辮狀河三角洲前緣和灘壩砂體（圖8c）。

坡折帶的位置并非一成不變，而是受湖平面升降變化的影響，不斷遷移，因為坡折的位置與浪基面的位置相當，浪基面的位置是動態(tài)的，坡折的位置也是來回不斷遷移變化的。在低位體系域早期，第一期坡折的位置相當于早期的湖岸線，低位體系域砂體不斷在坡折之下卸載，而在坡折之上“過路”沉積。隨著湖平面逐漸上升，坡折的位置向湖岸方向遷移，第二期低位體系域砂體卸載至第二期坡折之下。這使得不同期次的低位體系域砂體在側向上彼此分隔，互不連通，且低位體系域砂體側向上通常與下伏侏羅系齊古組（J3q）泥巖直接接觸，構成良好的側向遮擋條件，因此巖性圈閉條件極為優(yōu)越（圖9）。

圖9 阜康凹陷清水河組低位體系域沉積模式圖Fig.9 Deposition pattern of lowstand system tract of Qingshuihe Formation in Fukang Sag

4 油氣勘探意義

4.1 阜康凹陷烴源巖發(fā)育，周緣清水河組油氣顯示活躍，勘探潛力大

阜康凹陷為準噶爾盆地最大的生烴凹陷，發(fā)育二疊系蘆草溝組（P2l）和侏羅系八道灣組（J1b）兩套烴源巖。其中蘆草溝組發(fā)育半深湖—深湖環(huán)境下的黑色白云巖夾灰色泥巖，厚度為50～250m，有機質類型主體為Ⅱ1—Ⅱ2型，有機碳含量為0.65%～6.72%，平均為2.16%;生烴潛量S1+S2為0.36～26.28mg/g，平均為7.0mg/g，為一套中等—好的烴源巖。侏羅系八道灣組煤系烴源巖厚度大于450m，有機質類型以Ⅱ2型和Ⅲ型為主，有機碳含量大于2%，Ro為1.6%，已進入成熟—高成熟階段，總體為一套優(yōu)質烴源巖，有利于油氣大規(guī)模生成。阜康凹陷周緣已發(fā)現的油氣均為二疊系蘆草溝組和侏羅系八道灣組兩套優(yōu)質烴源巖的混源[36]。另外，阜康凹陷周緣鉆穿或鉆揭清水河組的井油氣顯示活躍，且永6井已獲工業(yè)油流，證實該領域勘探程度雖然較低，但勘探潛力大。

4.2 低位體系域砂體儲層性質較好，蓋層條件優(yōu)越

阜康凹陷芳草1井鉆遇清水河組第二期低位體系域砂體，厚度較大，砂體橫向延伸較長，儲層巖性以中—細砂巖為主，孔隙類型包括原生粒間孔和次生溶蝕孔，在埋深接近6000m 的條件下，儲層平均孔隙度為15.5%，平均滲透率為23.3mD，表明研究區(qū)雖然埋深較大，凹陷內仍發(fā)育規(guī)模優(yōu)質儲層。儲層之上為清水河組“高伽馬”泥巖，厚度大于60m，為一套區(qū)域性蓋層，在垂向上與低位體系域砂體構成良好的儲蓋組合。

4.3 印支期和燕山期兩組斷裂，構成“Y”形配置，溝通二疊系烴源巖

2020 年，阜康凹陷東斜坡上烏爾禾組油氣風險勘探獲重大突破[45]，證實阜康凹陷周緣成藏條件優(yōu)越，為繼瑪湖凹陷、沙灣凹陷和盆1井西凹陷之后，準噶爾盆地最主要的接替領域。凹陷周緣發(fā)育深淺層多期斷裂，深層斷裂溝通二疊系下烏爾禾組烴源巖，淺層斷裂溝通白堊系清水河組砂體，深層斷裂與淺層斷裂在垂向上構成“Y”形組合[46]，有利于二疊系油氣進入斜坡區(qū)清水河組低位體系域砂巖儲層中;在空間上構成“階梯運移、毯式輸導”的油氣成藏模式（圖10），有利于油氣最終聚集成藏。

圖10 阜康凹陷白堊系清水河組油氣成藏模式圖Fig.10 Hydrocarbon accumulation pattern of Cretaceous Qingshuihe Formation in Fukang Sag

5 結論

（1）準噶爾盆地白堊系清水河組底界為三級層序界面，且阜康凹陷周緣發(fā)育兩級坡折，為研究區(qū)低位體系域砂體的發(fā)育創(chuàng)造了條件。

（2）低位體系域砂體彼此分隔，且與湖侵期大面積分布的辮狀河三角洲前緣砂體不連通，側向遮擋條件較好，巖性圈閉條件優(yōu)越。

（3）阜康凹陷北斜坡低位體系域砂體厚度大、面積廣、物性好，蓋層和側向遮擋條件優(yōu)越，且烴源巖和輸導條件較好，為下一步最有利勘探領域。