準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷瑪頁1井二疊系風(fēng)城組全井段巖心剖析與油氣地質(zhì)意義

錢永新，鄒 陽，趙辛楣，常秋生，何文軍，黃立良

（中國石油新疆油田公司勘探開發(fā)研究院,新疆克拉瑪依834000）

準(zhǔn)噶爾盆地是我國重要的油氣產(chǎn)區(qū),瑪湖凹陷位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣，是準(zhǔn)噶爾盆地油氣富集程度最高的生烴凹陷（圖1）[1-8]。早期油氣勘探主要集中在瑪湖凹陷北部靠近深大斷裂附近的構(gòu)造型油藏，但隨著勘探開發(fā)程度的提升,尤其是準(zhǔn)噶爾盆地二疊系吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組頁巖油勘探獲得重大突破后，靠近凹陷區(qū)的細(xì)粒沉積層位受重視的程度大幅提升?，敽枷菔窃谇笆考o(jì)基底之上發(fā)育的凹陷，石炭系—第四系沉積厚度上萬米，其中二疊系風(fēng)城組的沉積厚度多介于150～1 000 m，是瑪湖凹陷的主力烴源巖，屬于堿湖沉積成因[9-20]，這類烴源巖因生烴潛力大、烴類性質(zhì)好著稱，但研究實(shí)例不多[21-24]?，敽枷莠旐? 井風(fēng)城組，此類烴源巖的發(fā)育較為典型。通過連續(xù)取心觀察和巖礦鑒定，既可見硅硼鈉石等典型堿湖沉積礦物，亦可見碳酸鹽礦物、陸源碎屑物質(zhì)和火山物質(zhì)，詳細(xì)剖析該井巖心特征、巖性—電性特征及油氣地質(zhì)意義，對于堿湖沉積作用研究意義重大。

1 地質(zhì)背景及取心特點(diǎn)

瑪湖凹陷西側(cè)為克百斷裂帶、北側(cè)為烏夏斷裂帶、東側(cè)為英西凹陷和夏鹽凸起，東南和西南分別為達(dá)巴松凸起中拐凸起（圖1）。瑪頁1 井位于瑪湖凹陷北部斜坡區(qū)，周邊無深大斷裂，風(fēng)城組沉積厚度相對較薄。風(fēng)城組形成于早二疊世佳木河組沉積期之后，湖水范圍雖處于擴(kuò)大過程，但鹽度較前期明顯升高，說明其氣候環(huán)境較為干旱，因而主要發(fā)育了云質(zhì)巖類、細(xì)粒碎屑巖和火山巖[11]，個別層段堿性礦物含量較高。風(fēng)城組自下而上分別是風(fēng)一段（P1f1）、風(fēng)二段（P1f2）和風(fēng)三段（P1f3），至中二疊世夏子街組沉積期湖盆逐漸萎縮[11]。

圖1 瑪湖凹陷瑪頁1井構(gòu)造位置Fig.1 Structure location of Well-MY1 in Mahu sag

巖心是研究地下巖層最為直觀的證據(jù)，通過巖心觀察、巖礦鑒定、實(shí)驗(yàn)測試等方法，可深入分析其特征及成因?，敽枷菪逼聟^(qū)揭露風(fēng)城組的鉆井有幾十口，但取心主要集中在風(fēng)三段下部和風(fēng)一段中部，唯有瑪頁1 井的風(fēng)城組基本達(dá)到了全井段取心。因此，以瑪頁1 井全井段巖心精細(xì)刻畫為突破口，通過分析其巖性特征、巖—電關(guān)系和甜點(diǎn)的發(fā)育特點(diǎn)，揭示沉積演化規(guī)律，建立風(fēng)城組“鐵柱子”，為風(fēng)城組頁巖油氣資源的基礎(chǔ)研究和勘探部署提供依據(jù)。

根據(jù)儲層類型劃分，瑪頁1井風(fēng)城組巖心包括風(fēng)一段中下部的常規(guī)儲層（火山巖和砂礫巖）和風(fēng)一段上部、風(fēng)二段、風(fēng)三段非常規(guī)儲層?，旐? 井從風(fēng)三段下部出現(xiàn)油氣顯示開始進(jìn)行連續(xù)取心，巖心長度為344.77 m，其中風(fēng)一段中下部常規(guī)儲層巖心長度70.28 m，其中油浸級3.5 m，油斑級42.64 m，油跡級24.14 m；風(fēng)一段上部、風(fēng)二段和風(fēng)三段的非常規(guī)儲層巖心長度274.49 m，其中油浸級2.62 m，油斑級104.3 m，油跡級160.15 m。

2 巖心精細(xì)描述及巖性分類

對瑪頁1井風(fēng)城組的344.77 m 巖心分1 676個小層進(jìn)行了詳細(xì)刻畫，其中頁巖274.49 m 分成1 546 個小層，火山巖和砂礫巖70.28 m分成了131個小層。

根據(jù)巖心描述及薄片鑒定，瑪頁1井風(fēng)城組常規(guī)儲層巖性主要包括火山巖類、砂礫巖類和砂巖類，非常規(guī)儲層巖性主要包括泥巖類、云巖類和粉砂巖類。

火山巖以熔結(jié)凝灰?guī)r和玄武巖為主，砂礫巖以（含）砂質(zhì)礫巖和礫巖為主，砂巖以凝灰質(zhì)粉細(xì)砂巖、粉細(xì)砂巖、中砂巖、粗砂巖、（含）礫質(zhì)粗砂巖為主。儲層巖石致密，礫石粒徑2～15 mm，分選較差，磨圓次棱角—次圓狀，砂粒粒徑0.25～0.5 mm，凝灰質(zhì)膠結(jié)，加酸起泡，溶洞發(fā)育，部分杏仁狀氣孔被充填，部分巖心水平縫較發(fā)育，密度為1～2 條/10 cm，巖心均含油，含油面積20%～50%，出筒時外滲褐色中質(zhì)油（圖2）。常規(guī)儲層主要形成于堿湖低位期淡水或低鹽度水體，此事火山活動比較強(qiáng)烈，垂向上主要發(fā)育在風(fēng)一段下部和風(fēng)三段中、上部[11]。

圖2 瑪頁1井風(fēng)城組常規(guī)儲層主要巖性Fig.2 Main lithology of conventional reservoir in Fengcheng Formation of Well-MY1

非常規(guī)儲層中，泥巖類以（含）灰質(zhì)泥巖、含云灰質(zhì)泥巖、（含）云質(zhì)泥巖、含灰云質(zhì)泥巖、（含）粉砂質(zhì)泥巖、含粉砂云質(zhì)泥巖、含灰粉砂質(zhì)泥巖、含云粉砂質(zhì)泥巖、含灰含云粉砂質(zhì)泥巖等為主，巖石粒級小于0.01 mm，塊狀構(gòu)造，黏土結(jié)構(gòu)，方解石膠結(jié)為主，部分為硅質(zhì)膠結(jié)，巖性致密，加酸起泡，反應(yīng)程度從中等到劇烈，多數(shù)發(fā)育方解石條帶，巖心觀察宏孔不發(fā)育，部分巖心水平縫較發(fā)育，巖心均含油，含油面積30 %～80 %，出筒時外滲褐色中質(zhì)油，鏡下見溶蝕孔，部分被硅質(zhì)、硅硼鈉石、方解石和瀝青質(zhì)充填，晶粒狀或細(xì)粉晶狀方解石和白云石較均勻分布（圖3）。泥巖類主要沉積于弱水動力階段及混積過渡環(huán)境。

圖3 瑪頁1井風(fēng)城組非常規(guī)泥巖類儲層的主要巖性Fig.3 Main lithology of unconventional mud-stone reservoir in Fengcheng Formation of Well-MY1

非常規(guī)儲層中的云巖類包括白云巖、（含）泥質(zhì)白云巖、含粉砂泥質(zhì)白云巖、（含）粉砂質(zhì)白云巖、含粉砂含泥質(zhì)白云巖、含泥粉砂質(zhì)白云巖等，塊狀構(gòu)造，隱晶結(jié)構(gòu)，泥質(zhì)膠結(jié)為主，也見硅質(zhì)膠結(jié)，巖性致密，加酸反應(yīng)程度劇烈，見泥質(zhì)、粉砂質(zhì)條帶，巖心觀察部分發(fā)育宏孔，巖心水平縫較發(fā)育，裂縫和宏孔含油，含油面積20%～40%，鏡下白云石和方解石呈粒狀較均勻分布，呈自型晶粒狀，黃鐵礦呈微粒狀均勻分布，或沿縫合線富集，泥質(zhì)富含有機(jī)質(zhì)，見溶蝕孔，部分被硅質(zhì)和瀝青質(zhì)充填（圖4）。云巖類主要形成于湖進(jìn)高位晚期和湖退早期，水體逐漸堿化，可見少量堿類礦物沉積，垂向上主要分布于風(fēng)一段的上部和風(fēng)三段的下部[11]。

非常規(guī)儲層中的粉砂巖類包括粉砂巖、（含）云質(zhì)粉砂巖、（含）泥質(zhì)粉細(xì)砂巖、（含）灰質(zhì)粉砂巖、含泥云質(zhì)粉砂巖、含泥灰質(zhì)粉砂巖、含云泥質(zhì)粉砂巖、含云含泥質(zhì)粉砂巖等，塊狀構(gòu)造，泥質(zhì)粉砂狀結(jié)構(gòu)，粒級0.01～0.05 mm。鏡下各粒級砂質(zhì)較均勻分布，發(fā)育縫合線，有機(jī)質(zhì)和黃鐵礦充填，巖石中白云石部分呈團(tuán)塊狀分布，團(tuán)塊中心見個別硅質(zhì)，多數(shù)白云石分散于泥粉砂中，泥質(zhì)多呈條帶狀富集，富含有機(jī)質(zhì)（圖5）。粉砂巖類與泥巖類沉積環(huán)境相近，主要沉積于水體能量較弱及混積環(huán)境。

圖5 瑪頁1井風(fēng)城組非常規(guī)粉砂巖類主要巖性Fig.5 Main lithology of unconventional siltstone reservoir in Fengcheng formation of Well-MY1

另外，在部分井段還可見一種特殊類型的非常規(guī)儲層—含堿性礦物頁巖，主要堿性礦物為硅硼鈉石和碳酸鈉鈣石等，大量堿性礦物和蒸發(fā)礦物出現(xiàn)，含堿性礦物的頁巖明顯增多,具有明顯的堿湖特征，巖石塊狀構(gòu)造，自形粒狀結(jié)構(gòu)，泥質(zhì)獲硅質(zhì)膠結(jié)，滴酸不起泡，鏡下觀察主要由楔狀、菱板狀硅硼鈉石組成。顆粒間普遍呈線接觸。含鐵白云石呈條帶狀富集，白云石呈晶粒狀較均勻分布。泥質(zhì)呈條帶狀分布，具不同程度硅化現(xiàn)象（圖6）。該類儲層發(fā)育于強(qiáng)成堿階段[11]，水體較淺，氣候干旱，蒸發(fā)作用強(qiáng)烈，垂向上主要出現(xiàn)在風(fēng)二段。

圖6 瑪頁1井風(fēng)城組非常規(guī)含堿性礦物頁巖Fig.6 Unconventional alkaline mineral shale reservoir in Fengcheng Formation of Well-MY1

3 巖性—電性特征

根據(jù)瑪頁1 及鄰井取心、錄井和測井資料，風(fēng)城組可分為3 段9 個小層,風(fēng)一段至風(fēng)三段均可三分，但瑪頁1 井風(fēng)城組三段缺失P1f32，只有P1f31和P1f33。結(jié)合瑪頁1井地質(zhì)分層、巖心刻畫和巖石薄片鑒定結(jié)果，自下而上，風(fēng)一段P1f13和P1f12為常規(guī)砂礫巖和火山巖地層，風(fēng)一段P1f11至風(fēng)三段P1f33為非常規(guī)地層（圖7）。

圖7 瑪頁1井風(fēng)城組綜合柱狀圖Fig.7 Comprehensive histogram of Fengcheng Formation of Well-MY1

3.1 常規(guī)儲層巖性—電性特征

P1f13：該層巖性以砂巖和含礫砂巖為主，夾薄層泥巖，形成于兩次火山活動的間歇期。電阻率為（6～330）Ω·m，低—中等，主體電阻率（10～80）Ω·m，伽馬為中—高（46～160）API。下部中伽馬段表現(xiàn)為下粗上細(xì)的正旋回，上部的高伽馬段表現(xiàn)為上粗下細(xì)的反旋回。

巖心觀察和巖石薄片鑒定表明，P1f13含礫砂巖中的礫石是由下伏地層佳木河組的安山玄武巖經(jīng)過短距離搬運(yùn)而來（圖8），P1f13礫質(zhì)含量與電阻率高低正相關(guān)，砂質(zhì)含量高伽馬低，礫質(zhì)含量高伽馬中等，泥質(zhì)和凝灰質(zhì)含量高伽馬高。

圖8 瑪頁1井P1f13含礫砂巖與P1j安山玄武巖對照Fig.8 Comparison of pebbly sandstone in P1f1 3 and andesite-basalt in P1j of Well-MY1

P1f12：該層為兩套火山巖夾一套砂礫巖，下部為巖性為熔結(jié)凝灰?guī)r，發(fā)育填充—半填充氣孔，電阻率中等，（30～110）Ω·m，主體電阻率（30～70）Ω·m，伽馬值高（140～190）API；中部巖性以礫巖、砂礫巖、砂質(zhì)礫巖和（中）粗砂巖為主，夾薄層細(xì)砂巖和粉細(xì)砂巖，電阻率低—中等，（6～110）Ω·m，主體電阻率（10～45）Ω·m，伽馬值高（130～170）API；上部巖性為安山巖，電阻率中等，（15～60）Ω·m，伽馬值低（45～65）API，密度值高（2.7～2.8）g/cm3。

結(jié)合巖心觀察和巖石薄片分析，認(rèn)為中部的砂礫巖和砂巖中的礫石是由下伏地層熔結(jié)凝灰?guī)r經(jīng)過短距離搬運(yùn)而來（圖9），造成其電阻率和伽馬值與下部熔結(jié)凝灰?guī)r的相近，礫質(zhì)含量與電阻率和伽馬值正相關(guān)，砂質(zhì)的含量與伽馬值負(fù)相關(guān)。

圖9 瑪頁1井P1f12砂質(zhì)礫巖與熔結(jié)凝灰?guī)r對照Fig.9 Comparison of sandy conglomerate and welded tuff in of Well-MY1

3.2 非常規(guī)層段巖性—電性特征

研究表明，瑪頁1井風(fēng)城組非常規(guī)層段以泥—頁巖類地層為主，其成分多為陸源碎屑和碳酸鹽顆粒，沉積構(gòu)造以厘米級以下的紋層為主，約占地層厚度的60 %，單層厚度在1～20 cm 的地層約占20 %，單層厚度大于20 cm的約占20%。

由于瑪頁1井非常規(guī)層段以薄互層和紋層為主，為了方便描述各層段的巖性特征和巖電關(guān)系，對某一井段包含的各種巖性進(jìn)行綜合歸類整理，歸類后的巖性縱向分布特征如圖7“巖性歸類”道。1：巖性包括（含灰）（含）云質(zhì)（泥質(zhì)）粉砂巖、（含）粉砂質(zhì)云質(zhì)泥巖、泥質(zhì)云巖、灰質(zhì)泥巖和沉凝灰?guī)r，是一套鹽度相對較低的咸水環(huán)境頁巖沉積組合，電阻率中等，（10～110）Ω·m，伽馬值高（95～200）API。

P1f13：巖性包括（含）泥質(zhì)（含）云質(zhì)粉砂巖、含粉砂泥質(zhì)云巖、（含灰）（含）泥質(zhì)云巖、硅化云巖、硅化云質(zhì)泥巖、（含）粉砂質(zhì)（含）云質(zhì)泥巖等，是一套鹽度高的咸水環(huán)境頁巖沉積組合，開始出現(xiàn)少量堿化礦物硅硼鈉石，電阻率中—高，（40～3 630）Ω·m，主體

P1f2電阻率（250～2 000）Ω·m，呈類箱狀，伽馬值中—高（65～200）API。

P1f22：巖性包括含硅硼鈉石云巖、含硅硼鈉石云質(zhì)泥巖、硅化云巖、（含）泥質(zhì)（含）云質(zhì)粉砂巖、含粉砂云質(zhì)泥巖等，是一套鹽度很高的咸水（堿化）環(huán)境頁巖沉積組合，出現(xiàn)大量堿化礦物硅硼鈉石，電阻率低—高，（5～4 000）Ω·m，上部電阻率低，中部和下部電阻率中-高，主體電阻率（15～2 000）Ω·m，呈尖峰狀和指狀，伽馬值中—高（65～140）API。

P1f21：巖性包包括含云泥質(zhì)粉砂巖、（含）云質(zhì)粉（細(xì)）砂巖、含粉砂云質(zhì)泥巖、（含）云質(zhì)泥巖和泥質(zhì)云巖等，是一套鹽度高的咸水環(huán)境頁巖沉積組合，電阻率低—高，（7～6 250）Ω·m，主體電阻率（20～2 000）Ω·m，呈尖峰狀，伽馬值中—高（63～150）API。

P1f33：巖性包括（硅化）（含）灰質(zhì)泥巖、（硅化）（含）質(zhì)云質(zhì)泥巖、含粉砂（含）灰質(zhì)泥巖、含粉砂（含）云質(zhì)泥巖和含云含泥粉細(xì)（中細(xì)）砂巖等，是一套鹽度相對較低的咸水-半咸水環(huán)境頁巖沉積組合，電阻率中—高，（11～3 050）Ω·m，伽馬值高（53～170）API。

巖石薄片鑒定和圖7中X 衍射全巖分析數(shù)據(jù)綜合分析表明，瑪頁1井頁巖的電阻率與白云石含量呈正相關(guān)關(guān)系，白云石含量高則電阻率高；伽馬值與鉀長石和黏土含量之和呈正相關(guān)關(guān)系，鉀長石和黏土含量高則伽馬值高。

4 瑪頁1井風(fēng)城組甜點(diǎn)段分析

4.1 常規(guī)儲層甜點(diǎn)段（P1f13-P1f12井段）

常規(guī)儲層的甜點(diǎn)段選取主要依據(jù)巖心油氣顯示、核磁共振解釋的有效孔隙度及自由流體孔隙度。依據(jù)圖7“巖心含油面積”道和“核磁孔隙度”道分析，巖心含油氣性越好核磁孔隙度越高，常規(guī)儲層井段巖心油氣顯示和核磁孔隙度最好的井段為P1f12下部的熔結(jié)凝灰?guī)r段，其次為P1f12中部的砂巖和砂礫巖，再次為P1f13的砂巖和粉細(xì)砂巖，P1f12上部的安山巖段最差（圖10）。由此可見，熔結(jié)凝灰?guī)r段及其上下的砂巖、砂礫巖段可劃分為一個甜點(diǎn)段，井段293.46～353.96 m，厚度60.5 m。

4.2 非常規(guī)層段甜點(diǎn)段（P1f11-P1f33井段）

非常規(guī)層段的甜點(diǎn)段選取主要依據(jù)巖心油氣顯示情況、巖心裂縫發(fā)育情況、巖心溶孔發(fā)育情況、核磁共振解釋的有效孔隙度及自由流體孔隙度。為了能夠比較準(zhǔn)確地識別非常規(guī)層段的甜點(diǎn)分布情況，對巖心的裂縫和溶孔發(fā)育情況進(jìn)行系統(tǒng)的觀察和描述，形成圖7中的“巖心裂縫密度”道和“巖心溶孔發(fā)育段”道。裂縫密度最高的井段為P1f33上部，其次是P1f33下部、P1f21上部和底部、P1f22上部，再次為P1f22底部和P1f23頂部。溶孔發(fā)育比較集中的井段有P1f33上部、P1f21上部和底部、P1f22上部和底部、P1f23頂部（圖10）。

圖10 瑪頁1井取心含油性與裂縫密度不同層段分布柱狀圖Fig.10 Histogram of oil Bearing and fracture density distribution in different sections of Well-MY1 coring

依據(jù)圖7中“巖心含油面積”道和“核磁孔隙度”道分析，巖心含油氣性好的井段核磁孔隙度相對較高，但由于非常規(guī)層段巖心孔隙度整體較低，所以核磁孔隙度變化并不明顯。巖心含油氣性和核磁孔隙度較好的井段有P1f33中部和上部、P1f21中部和下部、P1f22、P1f23上部。

綜上所述，非常規(guī)層段可劃分3 個甜點(diǎn)段：井段127.46～218.96 m（P1f23-P1f22），厚度91.5 m；井段50.96～116.96 m（P1f21），厚度66.0 m；井段0～37.5 m （P1f33），厚度37.5 m。

5 結(jié)論

1）瑪湖凹陷瑪頁1井二疊系風(fēng)城組發(fā)育常規(guī)儲層和非常規(guī)儲層。常規(guī)儲層以火山巖類、砂礫巖類和砂巖類為主，均為含油性很好的優(yōu)質(zhì)儲層；非常規(guī)儲層以泥巖類、云巖類和粉砂巖類為主，其油氣顯示亦很好，既可作為優(yōu)質(zhì)烴源巖，也可在有利條件下形成非常規(guī)油氣藏。

2）瑪頁1 井風(fēng)城組巖性—電性關(guān)系復(fù)雜，碎屑巖中的火山巖巖屑及碳酸鹽巖中的白云巖對電性特征影響顯著，二者均為該地區(qū)的典型儲集巖類，說明在該地區(qū)深入開展巖性—電性研究具有重要意義。

3）瑪頁1 井風(fēng)城組全井段取心及分析，為風(fēng)城組“鐵柱子”的建立奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，其巖性、物性、含油性、電性、源巖特性、脆性和地應(yīng)力特性之間相關(guān)性分析表明，風(fēng)城組發(fā)育一個常規(guī)“甜點(diǎn)段”和三個非常規(guī)“甜點(diǎn)段”，說明堿湖沉積的油氣勘探潛力巨大。