酒泉盆地长沙岭构造带下沟组一段油藏圈闭特征及形成机理

魏军，严宝年，杜文博，周晓峰，周在华，李铁锋，谢菁钰

（1.中国石油 玉门油田分公司 勘探开发研究院，甘肃 酒泉 735019；2.中国石油大学（北京）石油工程学院，北京 102249）

酒泉盆地的油气勘探始于20 世纪20 年代[1]，于1939 年发现老君庙油田。至2004 年，油气发现主要集中在酒西坳陷，酒东坳陷油气勘探一直未获得突破[1-2]。2004—2009年，分析酒东坳陷营尔凹陷成藏条件，认为长沙岭构造带下白垩统下沟组三段油气相对富集，在构造带高部位部署长7 井、长8 井、长9 井等探井，获得油气勘探突破，建成酒东油田。2016 年，在长1断层东侧钻探长19井，在该井下沟组一段获日产量为28.0 t 的工业油流，构造低部位滚动勘探部署的长19-1 井和长20 井获工业油流，沿长1 断层走向部署的评价井长214 井和多口开发井均获得高产油流，发现下沟组一段成岩圈闭油藏。中国已经发现一定数量的成岩圈闭油气藏[3-11]，该类油气藏储集层的边部通常被铁白云石、硬石膏或沥青质充填，成为致密遮挡层，形成圈闭。

1 区域概况

酒泉盆地位于河西走廊西端，东邻榆木山，西至红柳峡，南抵祁连山，北接北山，面积为2.2×104km2，以嘉峪关隆起为界，分为酒西坳陷和酒东坳陷（图1a）。酒泉盆地由中生代近南北向断陷盆地和新生代近东西向类前陆盆地叠合形成[1，12]，自下而上发育下白垩统赤金堡组、下沟组和中沟组，古近系柳沟庄组和白杨河组，新近系弓形山组、胳塘沟组和牛胳套组以及第四系，沉积地层厚度达8 000 m。

研究区为长沙岭构造带，位于酒东坳陷营尔凹陷，下沟组是其主要的含油层系，埋藏深度普遍大于3 500 m，油藏具有自生自储的特征[13]。下沟组自下而上划分为3 段，其中，下沟组三段是酒东油田的主力产层，发育构造-岩性油藏；下沟组一段发育砂岩成岩圈闭油藏，成岩圈闭沿长1 断层走向呈长条状展布，与该段砂岩的分布范围相比，具“大砂体、小圈闭”特征（图1b、图1c）。

2 圈闭特征

2.1 岩性特征

酒泉盆地长沙岭构造带下沟组一段成岩圈闭有长19-1井和长211井2口取心井，其中，长19-1井位于储集层发育区，长211 井位于致密带（图1c）。通过岩心观察可知，长19-1 井下沟组一段砂岩为灰褐色和灰白色，长211 井在部分灰白色砂岩中见有麻斑。灰褐色砂岩荧光显示含油面积可达70%，滴体积分数为10%的盐酸时，含油区域起泡微弱，不含油区域起泡剧烈；麻斑色砂岩含油面积一般不超过30%，滴盐酸起泡较为剧烈；灰白色砂岩无荧光显示，长19-1 井灰白色砂岩滴盐酸起泡微弱，长211 井灰白色砂岩滴盐酸起泡剧烈。根据气测录井和测井解释成果可知，灰褐色砂岩为油层，麻斑色砂岩为差油层，起泡剧烈的灰白色砂岩为致密层，起泡微弱的灰白色砂岩为水层。由此可将研究区下沟组一段砂岩划分为4 类：Ⅰ类砂岩为灰白色致密砂岩，Ⅱ类砂岩为麻斑色差油层砂岩，Ⅲ类砂岩为灰褐色油层砂岩，Ⅳ类砂岩为灰白色水层砂岩。

2.2 岩石学特征

研究区下沟组一段砂岩主要为长石岩屑砂岩，碎屑组分相近（图2）。石英含量为36.4%～73.2%，平均为56.1%；长石含量为7.8%～28.1%，平均为17.4%；岩屑含量为15.2%～39.8%，平均为26.5%。

砂岩填隙物包括方解石、硅质、蒙皂石、高岭石等，不同类型砂岩的填隙物及其含量差异显著。Ⅰ类砂岩的填隙物为方解石，含量为29.6%～35.1%，平均为31.9%；Ⅱ类砂岩的填隙物以方解石为主（15.2%），高岭石（0.6%）、蒙皂石（1.5%）和硅质（1.6%）含量低；Ⅲ类和Ⅳ类砂岩填隙物的类型及含量相近，含量由高到低依次为方解石、蒙皂石、硅质和高岭石。

砂岩的储集空间主要包括粒间孔隙、粒内孔隙和晶间孔隙，不同类型砂岩孔隙类型及面孔率差别明显。Ⅰ类砂岩孔隙不发育，碎屑颗粒间隙被方解石全充填；Ⅱ类砂岩孔隙含量低，面孔率为1.3%～5.4%，平均为3.4%；Ⅲ类和Ⅳ类砂岩的孔隙类型和含量相近，粒间孔隙、粒内孔隙和晶间孔隙的平均面孔率分别为7.5%、3.5%和1.8%。

综上可知，研究区下沟组一段不同类型砂岩的碎屑组分及含量相似，但填隙物和孔隙类型及含量差异大。Ⅰ类砂岩碎屑颗粒间全充填方解石且致密；Ⅱ类砂岩填隙物类型多样，方解石占主导，面孔率低；Ⅲ类和Ⅳ类砂岩方解石含量低，发育多种孔隙。

2.3 物性特征

研究区下沟组一段砂岩的渗透率和孔隙度具有正相关性（图3a）。Ⅰ类砂岩物性最差，孔隙度为1.5%～4.6%，平均为2.9%，渗透率普遍小于0.10 mD，平均为0.07 mD；Ⅱ类砂岩物性较差，孔隙度为3.6%～11.3%，平均为6.8%，渗透率为0.10～10.10 mD，平均为2.20 mD；Ⅲ类和Ⅳ类砂岩物性较好，孔隙度分别为7.9%～19.2%和10.0%～19.9%，平均为13.8%和14.6%，渗透率分别为3.40～475.90 mD 和29.80～259.00 mD，平均为73.30 mD和87.70 mD。

不同类型砂岩物性与填隙物含量的相关性分析显示，砂岩孔隙度和渗透率与方解石含量呈负相关（图3b、图3c），与蒙皂石含量呈正相关（图3d、图3e）。

3 圈闭形成机理

3.1 成岩作用

砂岩的骨架颗粒以点状接触为主，线状接触为辅，压溶和压碎现象少见（图4）。Ⅰ类砂岩孔隙被方解石全充填（图4a）；Ⅱ类砂岩呈孔隙胶结，方解石溶蚀明显（图4b）；Ⅲ类和Ⅳ类砂岩均呈接触胶结，斑块状和星点状方解石以及次生石英加大支撑碎屑颗粒（图4c、图4d），表明研究区下沟组一段砂岩压实作用较弱。

研究区下沟组一段砂岩储集层蒙皂石含量为0～8.3%，平均为2.6%。蒙皂石呈断续状，为厚度不均的薄膜（图5a、图5b），全充填或半充填粒间孔隙（图5c—图5e），可见蒙皂石充填方解石溶蚀孔隙（图5f）。蒙皂石是由大气淡水携带而来的外源物质，是大气淡水溶蚀的典型标志[14-15]，据此可判断，研究区下沟组一段砂岩曾遭受大气淡水溶蚀。

Ⅰ类砂岩粒间孔隙全充填方解石，未见蒙皂石、次生石英加大和高岭石（图4a）；Ⅱ类、Ⅲ类和Ⅳ类砂岩中，团块状、斑块状和星点状方解石通常与碎屑颗粒直接接触（图4b—图4d），也可见蒙皂石充填溶蚀孔隙（图5f），还可见高岭石和次生石英加大（图5d）。

研究区下沟组一段砂岩处于中成岩阶段A 期，典型成岩作用序列为方解石全充填粒间孔隙→弱压实作用→方解石和长石溶蚀→团块状、斑块状和星点状方解石形成→次生孔隙形成→蒙皂石、高岭石及次生石英加大形成[16-18]。方解石胶结全充填原生孔隙，形成Ⅰ类砂岩；随溶蚀作用强度增大，方解石被溶蚀，Ⅰ类砂岩向Ⅱ类砂岩转化；次生孔隙不断增多，最终形成Ⅲ类和Ⅳ类砂岩，物性显著提高。

3.2 溶蚀流体来源

砂岩储集层中酸性溶蚀流体主要有3 个来源：大气淡水[19]、有机酸[20-21]和深部热液[22-23]。酒泉盆地长沙岭构造带下白垩统未曾发现深源热液作用，岩心未见热液角砾岩、热炙烤现象及热液溶蚀孔洞，无铁白云石、重晶石、黄铁矿等热液矿物。有机酸溶蚀碳酸盐胶结物产生的次生孔隙度为1.5%～2.6%[24]。研究区下沟组一段成岩圈闭油藏的含水饱和度超过40%，说明有机质生成油气和有机酸较少，方解石胶结物溶蚀产生的次生孔隙度可能不足2%。研究区下沟组一段总体为“泥（烃源岩）包砂”结构，原油主要来自下沟组一段烃源岩[13]，如果溶蚀流体是有机酸，那么砂体各部位遇到有机酸的几率相近，不同区域砂岩的溶蚀特征应相似，但“大砂体、小圈闭”的特征表明，有机酸并非次生孔隙发育的关键性溶蚀流体。因此，研究区下沟组一段成岩圈闭形成的关键性溶蚀流体为大气淡水，普遍可见的蒙皂石微粒是大气淡水溶蚀作用的证据之一[14-16]。

大气淡水溶蚀作用主要包括2 种方式：一是构造运动使砂岩抬升至近地表遭大气淡水淋滤，但淋滤深度一般不大于80 m[19，25]；二是通过断层下渗并溶蚀深度范围更大的易溶地层，溶蚀深度可大于3 000 m[26-27]。研究区下沟组一段砂岩与下沟组顶界的不整合面距离大于100 m，大气淡水无法通过不整合面淋滤至此，且“大砂体、小圈闭”的特征也不符合此种大气淡水淋滤作用的特征。因此，大气淡水通过断层下渗并对下沟组一段砂岩产生溶蚀，形成成岩圈闭，是最为合理的解释。

中沟组沉积早期，酒泉盆地构造应力场发生明显转变，营尔凹陷由简单箕状断陷转变为具有构造传递带的复杂断陷[28]，沉积中沟组一段和中沟组二段。中沟组一段沉积时期，长1断层、长2断层等一系列东倾的高角度正断层活动剧烈，西部缓坡带、长沙岭构造带、营北断阶带、北部洼陷带、南部洼陷带等构造初现雏形；中沟组二段沉积时期，上述断层停止活动。晚白垩世至古近纪早期，酒泉盆地整体抬升，但长沙岭构造带下沟组一段埋藏深度大于100 m。古近纪中期以来，盆地南部的祁连山在近南北向挤压应力作用下持续隆升，山前断裂向盆地方向逆冲，类前陆盆地形成，营尔凹陷受力较弱，长沙岭构造带新生代无断层发育。中沟组一段沉积时期的高角度正断层为大气淡水下渗的通道。

3.3 圈闭形成过程

通过剖析砂岩特征、成岩作用、孔隙类型、溶蚀流体来源等，结合构造演化和油气成藏研究成果[13]，建立酒泉盆地长沙岭构造带下沟组一段砂岩成岩演化序列及圈闭形成模式（图6）。

下沟组一段沉积时期，湖盆水体为微咸水—半咸水[29-32]，碳酸钙浓度较高，成岩早期方解石全充填使砂岩致密化为Ⅰ类砂岩。下沟组沉积晚期，营尔凹陷整体抬升剥蚀，但研究区下沟组一段埋深仍大于100 m，大气淡水难以淋滤至此。中沟组一段沉积时期为大气淡水溶蚀阶段，携带蒙皂石微粒的大气淡水将Ⅰ类砂岩改造成为Ⅱ类—Ⅳ类砂岩，方解石胶结物发生一致性溶蚀，次生粒间孔隙形成；碎屑长石颗粒发生不一致性溶蚀，粒内孔隙形成，二者共同作用，形成沿断层走向长条状分布的高孔高渗Ⅲ类和Ⅳ类砂岩带，蒙皂石、高岭石和次生石英加大在次生孔隙中形成。晚白垩世—古近纪早期构造抬升阶段，研究区下沟组一段埋深普遍超过300 m，未受大气淡水的影响。成岩晚期，有机酸对储集层物性的影响有限，由于生烃量不足以充满圈闭，导致油藏含水饱和度高。总体来说，中沟组沉积时期的大气淡水溶蚀是成岩圈闭形成的关键。

研究区下沟组一段砂岩成岩圈闭的横向遮挡层为断层和成岩早期方解石胶结致密层，储集层孔隙类型主要为油气成藏之前形成的次生孔隙。圈闭受大气淡水供应量控制，因下渗的大气淡水较少，仅溶蚀断层附近小范围致密砂岩，因此，圈闭呈长条状沿断层展布，具“大砂体、小圈闭”特征，该类型圈闭的井位部署应尽可能靠近断层。在长2断层附近的长308井获得工业油流，证实了该认识的可靠性。

4 结论

（1）酒泉盆地长沙岭构造带下沟组一段砂岩油藏圈闭为成岩圈闭，沿断层展布，储集层孔隙类型主要为次生孔隙，遮挡层为成岩早期方解石胶结的致密砂岩，具“大砂体、小圈闭”特征。

（2）大气淡水通过断层下渗，溶蚀研究区下沟组一段致密砂岩中的方解石胶结物和长石颗粒，形成高孔高渗储集层，远离断层且未受大气淡水溶蚀的致密砂岩则成为遮挡层。

（3）研究区下沟组一段砂岩油藏下步勘探方向应集中在断层与砂体配置有利区，优先勘探断层控制的成岩圈闭，井位部署应靠近断层。