準噶爾盆地前哨地區(qū)三工河組二段沉積特征及有利儲層預(yù)測

楊 川，馮 鑫，李 嘯，宋明星，曾德龍，許 琳，厚剛福，喻春暉

( 1. 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；2. 中國石油杭州地質(zhì)研究院，浙江 杭州 310023 )

0 引言

近年來，國內(nèi)外各大油氣田儲量接替目標重心逐漸轉(zhuǎn)向盆地凹陷斜坡區(qū)巖性圈閉，如在準噶爾盆地、塔里木盆地、珠江口盆地、渤海灣盆地等發(fā)現(xiàn)的巖性油氣藏[1-6]儲量可觀，開發(fā)效益好，成為今后油氣增儲上產(chǎn)的重點研究對象。隨準噶爾盆地莫北凸起地區(qū)的莫北油氣田、盆5氣田、石西油氣田的發(fā)現(xiàn)，油氣突破目標從凸起向凹陷過渡斜坡區(qū)巖性圈閉轉(zhuǎn)移。2019年，前哨地區(qū)三工河組二段取得重大油氣突破，QS2、QS4及QS201等勘探評價井獲得高產(chǎn)工業(yè)氣流，證實盆1井西凹陷斜坡區(qū)天然氣具有勘探潛力。

前哨地區(qū)三工河組勘探評價早期，鉆井資料少，對儲層砂體預(yù)測方面的研究較少，研究主要集中于沉積相劃分、沉積模式建立、儲層特征描述等方面。孫靖等[7]、厚剛福等[8-9]總結(jié)國內(nèi)外砂質(zhì)碎屑流研究成果和認識，結(jié)合前哨地區(qū)巖心、錄井、測井及地震資料，通過恢復(fù)古地貌分析侏羅系三工河組沉積特征，認為三工河組二段一砂組發(fā)育半深湖—深湖區(qū)規(guī)模的辮狀河三角洲供源型砂質(zhì)碎屑流沉積。在利用測井、地震資料的基礎(chǔ)上，賈開富等[10]采用逐層去砂實驗、模型正演、迭代反演等方法進行前哨地區(qū)巖性圈閉識別刻畫。費李瑩等[11]綜合巖心、測井和地震等資料，認為前哨地區(qū)斜坡區(qū)存在兩級坡折帶，坡折帶上發(fā)育淺水三角洲前緣、前三角洲和淺湖—半深湖3個相帶，砂質(zhì)碎屑流發(fā)育于MO17—QS1井區(qū)。前哨地區(qū)鉆探結(jié)果表明，三工河組二段一砂組砂體厚度薄(6～22 m)，砂巖、泥巖波阻抗相當，采用常規(guī)屬性或波阻抗反演技術(shù)難以有效刻畫儲層砂體。

以碎屑流沉積模式指導(dǎo)部署的QS11、QS13、QS403、QS404井顯示結(jié)果與既有認識[8]不符，有利儲層預(yù)測難度大。準確識別前哨地區(qū)三工河組二段一砂組沉積相及預(yù)測優(yōu)質(zhì)儲層成為亟待解決的問題。筆者結(jié)合測錄井數(shù)據(jù)、取心資料、試油數(shù)據(jù)及疊后三維地震資料，分析前哨地區(qū)三工河組二段一砂組沉積特征，劃分沉積相類型；利用波形指示模擬反演、地層切片、頻率域油氣檢測屬性等方法，刻畫儲層砂體展布范圍，檢測儲層含氣性，預(yù)測有利儲層發(fā)育區(qū)，為前哨地區(qū)三工河組油氣勘探評價部署提供指導(dǎo)。

1 研究區(qū)概況

前哨地區(qū)位于盆1井西凹陷斜坡區(qū)，靠近盆地凹陷中心(見圖1(a))，地層深部發(fā)育古生界—三疊系逆斷裂，上部發(fā)育侏羅系北西—南東向和北東—南西向兩組正斷裂，斷距較小，為10～20 m。其中，北東向斷裂延伸較長，為研究區(qū)主要斷裂，在剖面上呈“Y”型組合，有效溝通深部二疊系烴源巖層(見圖1(b))。整體上，前哨地區(qū)為一個區(qū)域性向南傾斜的單斜構(gòu)造，地層呈南低北高，地層傾角為1°～2°(見圖1(b))。地層自上而下主要發(fā)育第四系、新近系、古近系、白堊系、侏羅系、三疊系、二疊系和石炭系(見圖1(c))。研究區(qū)缺失上侏羅統(tǒng)，其中二疊系與三疊系、白堊系與侏羅系為區(qū)域不整合接觸，侏羅系頭屯河組與下伏地層為不整合接觸。研究區(qū)三工河組橫向厚度變化不大，根據(jù)巖性組合特征自下而上劃分為三工河組一段、二段、三段，重點勘探目的層三工河組二段厚度為110～130 m，儲層巖性以灰色、淺灰色砂巖為主，夾少量泥巖、砂質(zhì)泥巖沉積(見圖1(c))。根據(jù)巖性旋回特征進一步細分為兩個砂層組(J1s21、J1s22)。研究區(qū)主力含油氣層系位于三工河組二段一砂組底部，埋深為3 800～4 100 m，儲層巖性以灰色中—細砂巖、細砂巖為主，儲層頂部侏羅統(tǒng)三工河組三段泥巖為區(qū)域性蓋層。

圖1 前哨地區(qū)地理位置及構(gòu)造特征Fig.1 Geographical location and tectonic features of the Qianshao Area

2 沉積相標志

2.1 沉積構(gòu)造

前哨地區(qū)巖心觀察可見泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖沉積，為深灰色和灰黑色。受風(fēng)暴作用下的波浪沖刷與河流水動力周期性變化影響，砂泥互層中的泥巖受外力作用發(fā)生撕裂而短距離搬運沉積，形成泥巖撕裂屑沉積構(gòu)造[12-14](見圖2(a))。沖刷面可見礫石和泥礫沉積(粒徑為0.5～6.0 cm)，沖刷強度為中等—較弱，凹凸接觸面起伏較小，顏色以灰色為主，沉積碎屑受洪水期沉積時河流和湖盆水體共同影響，水體能量較弱，具有水下分流河道沉積特征(見圖2(b-c))。巖心中砂巖段常見塊狀層理、砂紋層理、交錯層理、平行層理(見圖2(c-e))。紋層面見炭屑富集，多以顆粒狀或薄層在巖心表面出現(xiàn)，巖心橫向斷口斷面上常沿炭質(zhì)條紋斷裂，薄層線狀炭質(zhì)條紋厚度為2～3 mm，是淺水三角洲沉積物區(qū)別于碎屑流的一個重要特征(見圖2(e-f))。炭質(zhì)條紋是在淺水三角洲環(huán)境中，陸源植物碎屑將沉積物從河口搬運到距離較近淺水區(qū)域沉積而形成薄層煤線。

根據(jù)儲層巖石薄片、全巖礦物分析，目的層儲層砂體成分以石英為主，長石、巖屑次之，石英質(zhì)量分數(shù)為30.0%～50.0%，平均為41.2%，長石質(zhì)量分數(shù)平均為30.6%，巖屑質(zhì)量分數(shù)平均為28.2%，主要為長石質(zhì)巖屑砂巖，少部分為巖屑砂巖；粒度分選較好，以次圓—次棱角、次棱角為主，側(cè)面反映沉積區(qū)距離物源較近，碎屑物搬運距離較短。巖性包括粉砂巖、細砂巖及中砂巖，少見粗砂巖，整體粒度較細。層序底部粒度最粗，單塊巖心可見明顯向上變細的正粒序沉積特征。

圖2 前哨地區(qū)目的層巖心特征Fig.2 Characterization of the core of the target layer in the Qianshao Area

2.2 粒度特征

粒度參數(shù)組合對沉積環(huán)境響應(yīng)的敏感性強[15]。在目的層儲層巖心中選取每個樣品深度點的樣品量為100 g，采取激光法、篩分法進行粒度分析并獲得相關(guān)數(shù)據(jù)；利用偏光顯微鏡對石英砂巖粒度參數(shù)進行統(tǒng)計，采用概率累積曲線和薩胡粒度判別函數(shù)進行沉積環(huán)境判別。儲層粒度曲線以典型跳躍、懸浮兩個次總體組成的二段式為主，少數(shù)為三段式，懸浮次總體比較發(fā)育，質(zhì)量分數(shù)為20%～30%，跳躍次總體直線段傾斜度為54°～70°，曲線上升段較陡，粒度分選較差，最粗組分為中—細砂，表明沉積物碎屑物沉積時水動力較強，具有水下分流河道沉積特征。在QS1井目的層儲層段懸浮搬運組分質(zhì)量分數(shù)變化大，粒徑分布集中程度差于QS2井的；跳躍次總體上升段斜率也有明顯變化，表明QS1井所處區(qū)域水動力發(fā)生一定變化，是在淺水湖盆背景下由三角洲河道頻繁改道造成的；滾動搬運組分在QS1井較粗的樣品中出現(xiàn)，具有牽引流機制下典型的河道底部滯留沉積型沉積特征(見圖3)。根據(jù)福克和沃克公式[16]計算樣品粒度參數(shù)，三工河組二段一砂組粒徑分布在0.59～3.87之間，平均為2.39，為細砂級；標椎偏差為0.94～2.31，平均為1.51，總體分選較差；偏度為0.16～0.54，為正偏態(tài)，平均為0.42；峰度為0.74～2.26，平均為1.49，顯示多物源、具有較強水動力條件的河道沉積特征。采用經(jīng)典薩胡沉積環(huán)境判別函數(shù)[16]判別，目的層85%的儲層砂體樣品為河流(三角洲)沉積成因(薩胡鑒別值大于9.843 3)；15%儲層砂體樣品薩胡鑒別值小于9.843 3，樣品數(shù)也基本接近判別界限值，并且Φ16明顯偏小，反映粒度偏粗、位于河道底部滯留沉積段、屬于短時間快速粗?；祀s堆積。

圖3 前哨地區(qū)目的層粒度概率累積曲線Fig.3 Probabilistic cumulative curves of particle size of the target layer in the Qianshao Area

2.3 測井特征

根據(jù)測井曲線資料可以反映目的層沉積韻律變化及隔夾層特征。對比單井常規(guī)9條測井曲線，三工河組二段一砂組自然伽馬曲線對巖性變化的響應(yīng)最敏感，以自然伽馬曲線為主分析砂體沉積特征，總結(jié)不同類型砂體的測井響應(yīng)特征。儲層砂體自然伽馬偏低，且曲線齒化特征不明顯，常呈鐘形或箱形，與上下泥巖段有明顯不同。儲層底部到頂部的自然伽馬曲線呈增大趨勢，縱向上泥質(zhì)含量增加，呈正粒序沉積特征，在較厚的砂體中顯示多期正韻律沉積砂體(見圖4)，如QS4井可見4期沉積單砂體。在MO16、QS2井儲層砂體底部顯示近1 m厚度的自然伽馬先高后低的反韻律特征，在河道底部沖刷面沉積較多的高自然伽馬的泥礫，底部泥礫較多。砂體對應(yīng)的電阻率相對較低，多數(shù)低于30 Ω·m，表現(xiàn)低阻砂巖儲層特征。儲層內(nèi)部發(fā)育1～2 m厚度的鈣質(zhì)砂巖夾層，滴酸起泡，在電測井曲線上為明顯的尖峰狀特征(見圖4)。在鈣質(zhì)砂巖夾層沉積期，前哨地區(qū)處于淺水高溫環(huán)境，碳酸鈣等物質(zhì)受湖水蒸發(fā)的影響，與砂巖共同沉積于淺水環(huán)境，在后期的成巖環(huán)境中起鈣質(zhì)膠結(jié)作用，降低儲層物性。

圖4 前哨地區(qū)目的層測井曲線特征Fig.4 Characteristics of logging curve of target layer in the Qianshao Area

3 沉積相特征

前哨地區(qū)三工河組二段一砂組發(fā)育淺水辮狀河三角洲前緣沉積，主要由水下分流河道、水下分流間灣、席狀砂等沉積微相組成。

3.1 水下分流河道

水下分流河道是三角洲平原分流河道入湖后在水下的延續(xù)沉積部分[17]。QS2、QS201、QS4、QS402、QS10、QS11井的巖心、測井資料顯示中、厚層淺灰色砂巖發(fā)育，單個砂體厚度為4～8 m(見圖2、圖4)。沉積構(gòu)造常見塊狀層理、平行層理和交錯層理，自然伽馬與電阻率測井曲線常呈鐘形，垂向上呈正韻律。河道底部沖刷面發(fā)育，見底部滯留沉積物，為0.5～6.0 cm厚度的泥礫。水下分流河道在疊后地震剖面上呈中—強振幅，為頂平底凸的透鏡狀反射特征，不同期次河道邊部沉積疊加特征明顯(見圖5)。粒度概率累積曲線以“一跳一懸式”為主(見圖3(b))。

3.2 水下分流間灣

在未被河道砂體占據(jù)的區(qū)域往往發(fā)育水下分流間灣[18]，巖性以泥巖和泥質(zhì)粉砂巖等細粒沉積物為主，是枯水期水下分流河道攜帶的泥質(zhì)懸浮物，或為洪水期部分泥質(zhì)粉砂巖以懸浮沉積方式在非河道發(fā)育區(qū)域的低能環(huán)境中沉積而成。水下分流間灣細粒沉積物發(fā)育，水體較淺，水流中攜帶的植物碎屑或生長的原生植物可被較好保存下來，常見薄層煤線。泥巖主要形成于細粒沉積物供給期，如QS3、QS403、QS9、QS13井目的層段發(fā)育水下分流間灣，巖屑為灰色泥巖或粉砂質(zhì)泥巖，自然伽馬曲線呈高值平直狀。水下分流間灣也常見粉砂巖與粉砂質(zhì)泥巖互層，為洪水衰退期沉積物沉積在泛濫平原上，沉積物顆粒分選性和磨圓度較好，在QS4、MO16井3 960～3 990 m層段可見流水砂紋層理、水平層理，自然電位曲線呈低—中幅指狀。疊后地震剖面呈中—強振幅反射特征，與水下分流河道地震反射特征具有一定相似性，呈孤立板狀反射特征(見圖5(a))。

3.3 席狀砂

席狀砂通常位于三角洲前緣水下分流河道邊部末端沉積[18]，砂體厚度小，常呈環(huán)帶狀沉積。鉆井資料顯示巖性主要由灰色泥質(zhì)、粉—細砂巖組成，測井曲線呈低—中幅漏斗形(見圖4)，具有相對較高的自然伽馬和低電阻率，反映泥質(zhì)含量高、砂質(zhì)含量低的特點，如QS3井3 930～3 960 m層段的席狀砂呈尖峰狀特征(見圖5(b))。

圖5 過QS1-QS3-QS2-QS4-MO16井目的層連井對比剖面Fig.5 Through QS1-QS3-QS2-QS4-MO16 wells destination layer of the connecting-well profiles

4 有利儲層預(yù)測

4.1 儲層砂體刻畫

儲層砂體展布范圍及有利區(qū)分布直接影響后期井位部署。為準確刻畫前哨地區(qū)儲層砂體展布范圍，優(yōu)選波形指示模擬反演作為儲層預(yù)測技術(shù)方法[19-29]。該方法不僅解決超深埋儲層物性差、儲層與圍巖間波阻抗差異較小問題，還能通過井震結(jié)合補充地震資料中缺少的高頻信息，同時提高反演結(jié)果的準確度和縱橫向分辨率，在煤層強屏蔽薄砂巖預(yù)測中應(yīng)用效果良好[30-31]。

研究區(qū)鉆遇三工河組二段一砂組20口井，測井曲線統(tǒng)計分析砂巖密度為2.20～2.70 g/cm3，平均為2.40 g/cm3，聲波時差為55～76 μs/ft，平均為70 μs/ft(見圖6(a))；泥巖密度為2.05～2.75 g/cm3，平均為2.48 g/cm3，聲波時差為62～93 μs/ft，平均為72 μs/ft(見圖6(b))。計算砂巖波阻抗平均為1.08×104(kg·m-3)·(m·s-1)，泥巖波阻抗平均為1.11×104(kg·m-3)·(m·s-1)。波阻抗對砂巖區(qū)分度遠低于50%，無法用現(xiàn)有的波阻抗曲線進行反演(見圖6(c))；自然伽馬曲線對巖性的變化反應(yīng)敏感，砂巖、泥巖的GR分異明顯，砂巖平均GR在80 API左右，泥巖GR一般在100 API以上，區(qū)分準確度超過93%(見圖6(d))，利用自然伽馬曲線作為巖性判別敏感曲線，可以有效區(qū)分前哨地區(qū)三工河組二段一砂組砂巖、泥巖，提高儲層識別能力。

圖6 測井曲線直方圖Fig.6 Histogram of logging curve

波形指示模擬反演結(jié)果顯示，紅—黃色代表GR低值區(qū)，為砂巖；綠—藍色代表GR高值區(qū)，為泥巖。縱向反演剖面三工河組二段二砂組大套厚層砂巖發(fā)育，橫向連續(xù)性較好，層間隔夾層局部發(fā)育；三工河組二段一砂組底部河道砂體橫向連續(xù)性差，呈透鏡狀分布，巖性尖滅特征明顯，不同河道砂體局部疊置現(xiàn)象明顯(見圖7(a))。剖面顯示QS402井為后驗井，自然伽馬曲線與反演結(jié)果吻合度高，縱向砂體疊置關(guān)系與實鉆情況一致。

圖7 前哨地區(qū)目的層波指示模擬反演結(jié)果Fig.7 Results of wave-indicated simulation inversion of the target layer in the Qianshao Area

根據(jù)地層切片可以反映同一沉積時期的地質(zhì)信息特征[32-34]。以三工河組二段一砂組頂?shù)?個等時界面作為參考層，以1 ms為采樣間隔，在波形指示模擬反演數(shù)據(jù)體中等比例提取40個地層切片，進行儲層砂體平面展布特征分析。地層切片顯示，紅—黃色代表GR低值區(qū)，指示砂巖，綠—藍色代表空白反射，指示泥巖(見圖8(a))。三工河組二段一砂組沉積早期，三角洲前緣沉積砂體由北向南延伸沉積，水下分流河道展布特征明顯，并非為砂質(zhì)碎屑流朵狀沉積，大面積發(fā)育。研究區(qū)發(fā)育3條分支水道，其中東部QS2—MO16井區(qū)分支河道規(guī)模最大，整體砂體厚度大，橫向分布較穩(wěn)定，鉆井試油獲高產(chǎn)油氣流；西部QS10—QS1井區(qū)分支水道規(guī)模次之，砂體厚度較小，河道末端向湖盆中心延伸距離短，河道鉆井較少，QS1井試油獲工業(yè)油氣流；中部QS13井以東分支河道砂體規(guī)模最小，未部署探井(見圖8(b))。各分支水道之間發(fā)育湖相泥巖或三角洲前緣水下分流間灣泥巖，可以形成致密遮擋帶，為油氣提供良好保存條件。

圖8 前哨地區(qū)三工河組二段一砂組砂體平面展布Fig.8 The sand body plan spread of the first sand group of member 2 of Sangonghe Formation of the Qianshao Area

4.2 有利區(qū)分布

在波形指示模擬反演與地層切片刻畫砂體范圍的約束下，進行儲層砂體含氣性檢測，預(yù)測有利區(qū)分布。在研究區(qū)已有疊后地震資料基礎(chǔ)上，采用譜分解技術(shù)進行目的層油氣預(yù)測[35-38]。

以三工河組二段頂?shù)捉缑鏋闀r窗，提取疊后頻率域油氣檢測屬性，進行有利區(qū)預(yù)測(見圖9-10)：在流體因子平面屬性圖中，實鉆井的主力含氣層段與屬性異常有良好的對應(yīng)關(guān)系，紅—黃色區(qū)經(jīng)試油資料標定為高產(chǎn)或工業(yè)氣流井分布區(qū)，分布于水下分流河道砂體，儲層物性較好，是有利儲層分布區(qū)；藍—灰色區(qū)試油標定為干層或水層區(qū)，分布于水下分流河道或分流間灣砂體，為非有利儲層分布區(qū)。平面屬性預(yù)測有利儲層分布結(jié)果與已鉆井的試油分析結(jié)果基本一致，符合率為95%以上，并成功預(yù)測QS402、QS403、QS404井的試油結(jié)果。根據(jù)研究區(qū)沉積砂體展布特征、含油氣性檢測結(jié)果，結(jié)合各井的試油分析，識別刻畫4個有利目標區(qū)，分別位于QS1、QS2、QS7井區(qū)及QS13井以東區(qū)域的水下分流河道砂體，總面積約為62 km2，可以作為前哨地區(qū)下一步勘探開發(fā)的目標優(yōu)選區(qū)。

圖9 前哨地區(qū)目的層油氣檢測屬性剖面Fig.9 Oil and gas detection property profile of the target layer in the Qianshao Area

圖10 前哨地區(qū)三工河組二段一砂組有利儲層分布Fig.10 Favorable reservoir distribution of the first sand group of member 2 of Sangonghe Formation of the Qianshao Area

5 結(jié)論

(1)準噶爾盆地盆1井西凹陷前哨地區(qū)三工河組二段一砂組不發(fā)育砂質(zhì)碎屑流沉積，以三角洲前緣亞相沉積為主，進一步劃分水下分流河道、水下分流間灣、席狀砂3種沉積微相。

(2)前哨地區(qū)三工河組二段一砂組沉積時期，受東北向物源、緩坡地形、水體加深控制，總體表現(xiàn)為連續(xù)退積的沉積演化序列，發(fā)育3條分支水道，河道砂體呈條帶狀向西南向凹陷中心延伸沉積，儲層砂體集中分布于QS2—MO16、QS10—QS1井區(qū)及QS13井以東水下分流河道砂體。QS13井以東分流河道砂體沉積區(qū)域為未鉆遇，可作為研究區(qū)油氣潛力區(qū)。

(3)前哨地區(qū)三工河組二段一砂組有利目標區(qū)分別位于QS1、QS2、QS7井區(qū)及QS13井以東區(qū)域的水下分流河道砂體，總面積約為62 km2。