靳 军 付 欢 于景维 祁利祺 尚 玲 文华国 徐文礼
( 1中国石油 新疆油田公司实验检测研究院;2中国石油大学(北京)克拉玛依校区;3成都理工大学 )
准噶尔盆地为中国西部大型叠合盆地之一,油气资源非常丰富[1]。近几年来,位于盆地西北缘的玛湖斜坡区获得油气勘探重大突破,主要应归功于其储层沉积演化方面十分精细、扎实的研究工作[2-6]。相比之下,盆地东部广大地区的油气勘探程度和储层沉积研究深度均略显滞后和不足,制约了盆地东部油气勘探的进程。
准噶尔盆地东部地区的白家海凸起,是整体呈北东向展布的三级正向构造单元。该地区油气勘探始于20世纪50年代,本着“寻找构造型油气藏”的原则,主要对白家海凸起东北部进行了研究,并于1991年发现了国内第一个沙漠整装油田——彩南油田。随着勘探的不断深入,该凸起东北部显性的构造型油气藏已基本探明,勘探思路逐渐转向对岩性油气藏的探寻,勘探区域也逐渐转向白家海凸起西南部。2009年,白家1井在下侏罗统三工河组试获工业油气流,印证了白家海凸起西南部岩性油气藏的存在,而多位学者通过对储层沉积特征的进一步分析、研究和认识,也为这一地区各种隐蔽型油气藏的预测提供了部分依据[7-9]。但由于前人研究往往涉及范围较广,研究层位较多,同时限于所用资料较少,故在储层沉积演化方面仍缺乏有针对性的研究[10-13],阻碍了有利勘探区块和新勘探类型的寻找。针对这一现状,本文通过大量野外露头资料、35口钻测井资料、10口井试油资料、11口取心井(共计岩心长128.08m)以及750km2三维地震资料,对白家海凸起储层沉积特征及其演化进行了重新认识,重点讨论了层序地层格架内沉积体系的迁移和展布,以期通过在层序地层格架内储层沉积演化的分析,合理认识储层分布,确定勘探评价目标方向,为这一地区岩性油气藏的勘探方向和油气勘探理论的完善提供指导和帮助。
白家海凸起位于准噶尔盆地中央坳陷的东南部,南侧紧邻盆地已证实的重要生烃凹陷阜康凹陷,北侧为东道海子凹陷,东北方向为五彩湾凹陷,三面为生烃凹陷所环绕,构造位置十分有利。由于白家海凸起东北部钻井众多,层序及沉积相研究已基本成熟,本次研究的范围主要位于白家海凸起西南部地区(图1),这里钻井相对较少,还未有较大的勘探突破。
图1 研究区位置图
下侏罗统三工河组自下而上由三一段、三二段和三三段组成,覆盖于主力生烃层系八道湾组之上,同时三三段发育的大套泥岩可作为烃源岩和盖层,与中部储集砂体构成“下生上储”、“上生下储”或者“自生自储”组合,勘探开发潜力较大[14]。据陈发景等研究[1],准噶尔盆地在三工河组沉积时期处于弱伸展坳陷阶段,湖盆范围相对较大,整体呈蝶形,局部发育小型正断层,沉积速率较低。
依据郑荣才等对高分辨层序地层界面成因、类型及识别标志的总结(本次研究主要为Ⅲ级和Ⅳ级层序)(表1)[15],结合研究区的多类型资料,可将研究区三工河组划分为1个长期旋回(相当于Vail所提出的Ⅲ级层序)、3个中期旋回(相当于Vail所提出的Ⅳ级层序),中期旋回的划分在野外剖面主要是识别大规模的冲刷面和岩性突变面,测井中则是依靠识别测井相的突变面,而这些标志在三工河组3个层段的顶底面均表现明显,因此3个中期旋回与三工河组3个层段有很好的对应关系(MSC1与三一段相对应,以下类同)(图2)。本次沉积特征和沉积相模式的研究,是基于中期旋回为等时地层对比单元,可有效地提高时间分辨率和等时对比精度。
表1 层序界面成因特征、类型和识别标志[15]
图2 白家2井单井层序划分与地震相对应关系图
2.1.1 野外岩石学标志
本次野外剖面选取乌鲁木齐南部郝家沟地区,目标地层为三工河组,剖面起点坐标为N43°40′19.49″,E87°12′8.97″,剖面终点坐标为N43°41′38.73″,E87°11′55.68″,地层产状变化不大,剖面总厚度为200m,共分为14层。
通过对野外三工河组剖面岩石颜色、组合以及沉积构造等实测资料的精细分层描述和研究,认为三工河组主要发育辫状河三角洲和湖泊两种沉积相。
2.1.1.1 辫状河三角洲
MSC1和MSC2时期主要发育辫状河三角洲前缘沉积,与下伏八道湾组湖相泥岩呈冲刷接触(图3a),依据岩相和沉积特征的差异主要划分为水下分流河道和分流间湾两种沉积微相。
水下分流河道砂岩呈透镜状被泥岩包裹,呈透镜状或不规则条带状产出,厚度一般都不太大,砂体侧向延伸不远。岩石类型为厚层灰色细砾岩(图3b)、粗砂岩(图3c)、细—中砂岩,底部可见大型冲刷构造(图3a),单一河道砂体沉积序列一般显示为从含砾砂岩、粗砂岩、细砂岩到粉砂岩下粗上细的变化特征;岩石颜色变化大,有紫红色、黄绿色、灰黄色、褐色和浅灰色等,分选和磨圆较好;砂岩中主要发育反映高能环境的平行层理、沙纹层理和波状层理(图3d、e);分流间湾岩性主要为中层泥岩,部分地区由于水下分流河道迁移频繁,分流间湾沉积物往往遭受不同程度的冲刷、侵蚀,保存下来的分流间湾沉积物的厚度不大,岩性为碳质泥岩,偶夹煤层(图3f),此煤层灰分较低,同辫状河三角洲平原沼泽中发育的高灰分煤层、煤线有十分明显的区别。2.1.1.2 湖泊
MSC3时期发育湖泊相沉积,岩性主要为灰色泥岩,富含植物碎屑,普遍发育低能安静水平层理,单层厚度平均为15m。
图3 郝家沟剖面下侏罗统野外露头沉积构造特征图
2.1.2 钻井岩石学标志
沉积岩的全部特征包括岩石的颜色、成分、结构、沉积构造、剖面结构等,可最直观地反映其所处的沉积环境。
通过井下岩心观察发现,研究区三工河组岩石呈深灰色—浅灰色、灰绿色以及灰黑色,代表水下的弱还原沉积环境;岩石类型既包括代表高能环境的砾岩、中—粗砂岩及细—中砂岩,也包括反映低能环境的粉砂岩及泥岩(图4a-c)。粒度曲线分析指出搬运方式应以跳跃式搬运为主,具明显的牵引流特征,代表了典型的河道沉积特征。沉积构造主要包含冲刷面和多种层理,冲刷面可代表一个不同程度的侵蚀间断面,通常发育在水动力条件强、以水道为主的沉积环境中;平行层理一般出现在急流及能量较高的环境中,随着流速的减慢,还会出现粒序递变层理(图4d-e);沙纹层理的形成必须具备丰富的沉积物来源、较高的流体密度和较缓的流速,特别是呈悬移状态的沉积物供给水流(图4f);在某些井的MSC2时期,河道砂体垂向发育块状层理,底面常见冲刷—充填、槽模构造,泥岩中发育大量植物根茎(图4g-i),疑似为滑塌浊积体;MSC3时期出现板状交错层理,反映出一种沙波的迁移,分析认为应发育于浅湖沙坝中。同时,还发现了大套的灰黑色泥岩,其中多发育块状层理和水平层理,研究认为主要是湖泊沉积。总体上来看,研究区三工河组主要为辫状河三角洲—湖泊沉积,其中辫状河三角洲主要发育三角洲前缘沉积。
利用对岩性及岩石组合较敏感的测井曲线(GR、SP、RI和RXO,以GR为主)进行测井相岩—电模型转换,对非取心井段测井曲线的岩性和沉积相解释符合率较高。在研究区三工河组发现水下分流河道微相所对应的测井曲线形态多样,包括齿化箱形、尖刺状指形、钟形以及叠置漏斗形(图5),这往往与河道砂体多期叠置、或者内部结构及成分的不均匀有直接关系[9];连续大套泥岩反映的浅湖泥微相则显示为齿状的高自然伽马值曲线,在研究区中分布广泛,可作为后期地层对比的标志层(图2)。
图4 钻井岩心照片
图5 白家2井岩心综合柱状图
在对白家海凸起地震资料研究的基础上,根据地震反射结构、外部形态、振幅、连续性等参数,可划分出前积反射地震相、平行及亚平行连续强振幅地震相、乱岗状反射地震相、透镜状反射地震相以及短轴地震相等类型[16-20],以前积反射地震相、平行及亚平行连续强振幅地震相以及乱岗状反射地震相为主(图6)。
前积反射地震相具有中强振幅、连续平行或亚平行反射特征,外部形态体现为丘状体,向湖盆方向下超于底面,反映出携带沉积物的水流在向盆地推进过程中由前积作用产生的反射特征,主要反映的是三角洲前缘沉积,在研究区分布广泛;平行及亚平行连续强振幅地震相在地震剖面上表现为平行连续强振幅反射特征,在空间上有一定的展布;乱岗状反射地震相在地震剖面上具有乱岗状反射结构,同相轴产状紊乱,反射结构难以识别,振幅强度变化较大,反映该区域水体动荡不定。乱岗状反射地震相常与前积反射地震相伴生,主要反映湖泊沉积的特征,
图6 地震相剖面
综上所述,从地震相标志上来看,研究区三工河组主要发育辫状河三角洲—湖泊沉积,MSC1和MSC2时期主要发育辫状河三角洲前缘沉积,包括水下分流河道和分流间湾等微相,MSC3时期主要发育湖泊沉积,包括浅湖沙坝和浅湖泥等微相。
研究区三工河组自下而上为正—反粒序,岩性显示粗—细—粗—细旋回特征,总体具退积旋回特征,是一个湖盆逐渐扩大、湖水向陆地侵进的过程。
在一个沉积旋回内,随着基准面的上升,水下分流河道沉积的厚度逐渐减小,部分地区水下天然堤厚度也逐渐减小,河道附近的分流间湾沉积厚度逐渐增大;随着基准面继续上升,浅湖相逐渐显现。序列中水下分流河道沉积砂体的厚度和比例不断减少,分流间湾、湖泊等粉砂质泥岩和泥质粉砂岩的比例不断提高。
图7所示对比剖面位于阜北地区的西北部,呈南西—北东方向展布。纵向上三工河组MSC1和MSC2均发育辫状河三角洲前缘亚相,MSC3发育湖泊相。辫状河三角洲前缘亚相主要发育水下分流河道和分流间湾两种微相。水下分流河道砂体在各井中最为发育,砂体厚度总体较大,且砂体的连通性较好;相对于MSC2来讲,MSC1砂体厚度不大且连通性差,呈透镜状发育,有利于形成岩性油气藏。所有井MSC3浅湖沙坝砂体厚度相对最小,但砂体连通性较好,尤其位于浅湖泥这样的潜在烃源岩中,更加有利于油气聚集。
3.2.1 MSC1沉积相展布
根据每口井MSC1砂体厚度统计,发现MSC1砂体厚度最大的区域分布在研究区南部阜2井区,砂体累计厚度超过50m,主要是多个水下分流河道叠加及古地貌共同作用的结果,岩心观察发现有浊流沉积,是油气勘探的重要目标区。MSC1砂体在彩35井区、白家2井区累计厚度约40~50m,在彩512井区、白家8井区和阜7井区累计厚度约30~40m(图8a),多期河道砂体交互叠置。
MSC1时期研究区发育辫状河三角洲前缘沉积。受地势影响,研究区东北高西南低,包含多个物源,以彩44井—白家1井方向物源为主。受其影响,河道分布不均匀,呈条带状,河道间被面积较大的分流间湾充填,在湖岸线以北水下分流河道入湖处,大部分砂体在此沉积,砂体连片分布,面积较大(图9a)。
图7 彩35 井—白家8 井—白家1 井—白家2 井三工河组沉积相对比剖面
图8 研究区三工河组MSC1—MSC3砂体厚度图
3.2.2 MSC2沉积相展布
井下钻揭MSC2砂体厚度统计表明,MSC2砂体累计厚度超过50m的区域主要分布在阜北4井区,最大厚度如阜北4井砂体累计厚度可达96m。从砂体厚度等值线图来看(图8b),砂体累计厚度超过40m的区域面积逐渐增加,由点扩大到面,主要分布于白家2井区、白家3井区以及阜4井区;超过30m厚度的砂体主要分布于白家1井、白家2井、彩36井、阜4井、彩16井、彩402井、彩48井、白家3井和白家4井等大片区域,整体呈朵叶状展开。
MSC2时期继承了MSC1平面展布的格局,古气候逐渐变得潮湿,物源供给是整个三工河组沉积期最充分的。湖岸线逐渐向西南部推移,辫状河三角洲沉积面积增大,水下分流河道快速迁移,连片分布,砂体之间具备很好的连通性,河道宽度明显大于MSC1时期(图9b)。
3.2.3 MSC3沉积相展布
MSC3时期,研究区砂体分布受基准面上升影响急剧缩小,辫状河三角洲主要向北部及东北部物源方向退去。白家5井、彩512井、白家2井、白家1井、白家4井、彩47井、阜北4井砂体累计厚度大于10m,其他区域砂体厚度均小于10m(图8c)。
MSC3时期发生了侏罗纪最大范围的湖侵,研究区大部分区域被湖水覆盖,仅在局部发育小型的辫状河三角洲。沉积物主要以深灰色、灰黑色泥岩夹粉砂岩、泥质粉砂岩、细砂岩等薄层稳定湖泊相沉积为主(图 9c)。
研究区三工河组主要发育辫状河三角洲水下分流河道砂体,其次为分流间湾。MSC1旋回内水下分流河道砂体石英、长石和岩屑的含量分别为26%、20.77%和53.23%,砂岩类型主要为长石岩屑砂岩,其次为岩屑砂岩,颗粒以次棱角状为主,分选性中等;孔隙类型主要包括原生粒间孔隙和粒间溶孔,孔隙度平均为12.11%,渗透率平均为6.73mD,属于中低孔—低渗储层。MSC2旋回内水下分流河道砂体石英含量降低,主要为岩屑砂岩,分选性中—差;孔隙类型主要为原生粒间孔隙,孔隙度平均为12.68%,渗透率平均为34.42mD,属于中低孔—中渗储层。MSC3旋回内浅湖沙坝砂岩主要为岩屑砂岩,分选性较好;孔隙类型主要为原生粒间孔隙,孔隙度平均为8.1%,渗透率平均为2.61mD,属于低孔低渗储层。
图9 研究区三工河组MSC1—MSC3沉积相展布图
早期研究区三工河组的勘探目的层主要为MSC2旋回,物源供给是整个三工河组沉积期最充分的,辫状河三角洲前缘水下分流河道砂体岩性较粗、物性较好、厚度较大且分布广,受到普遍关注[7-8]。但多口井钻揭的MSC2旋回内大套水下分流河道砂体,试油结果却为水层。经分析发现,正是由于MSC2旋回内砂体过于通透、连续,其顶板和侧向均不存在有效的遮挡物对油气进行封隔阻碍,因此导致钻探失利。与之相反,MSC1旋回内的水下分流河道砂体直接覆盖于生烃层系八道湾组之上,与良好烃源岩匹配,同时MSC1旋回内砂体常呈透镜状存在,因此砂体间的分流间湾泥岩可作为良好的局部盖层,防止油气散失,成藏条件最好。为了能全面反映储层结构特性,更客观地认识研究区三工河组储层内流体的渗流规律,结合储层发育特点,开展研究区三工河组储层分类评价研究,建立适合储层发育特征的分类评价参数体系。根据压汞及物性资料将研究区三工河组储层主要分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3类(表2),其中I、II类储层喉道粗、储层物性好,对储层发育有利。
MSC1旋回内砂体为研究区I类储层有利区;MSC2旋回内滑塌浊积体受坡折带的影响,既继承了MSC2旋回内水下分流河道砂体储层物性好的特点,又具备分流间湾泥岩的盖层条件,只是面积相对较小,为研究区II类储层有利区;MSC3旋回内浅湖沙坝同内部发育的大套泥岩可构成自生自储、下生上储或上生下储式组合,同时大套泥岩可作为盖层,为油气聚集成藏提供条件,但由于MSC3旋回砂体厚度总体较薄,储量相对较小,为研究区III类储层有利区。
表2 研究区三工河组储层分类评价表
(1)白家海西南地区三工河组可划分为3个中期旋回,发育辫状河三角洲和湖泊两种沉积体系;MSC1—MSC2时期主要发育辫状河三角洲前缘亚相,MSC3时期发育湖泊相沉积,以滨浅湖亚相为主。
(2)MSC1时期辫状河三角洲水下分流河道储层物性中等,与烃源岩及盖层匹配较好,易于形成透镜状油气藏,为研究区I类储层有利区;MSC2时期辫状河三角洲前缘的滑塌浊积体储层物性最好,与烃源岩及盖层匹配一般,易于形成小范围的透镜状油气藏,为研究区II类储层有利区;MSC3时期浅湖沙坝砂体虽然与烃源岩及盖层匹配较好,但储层物性较差,不易形成大范围油气藏,为研究区III类储层有利区。
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