準(zhǔn)噶爾盆地砂質(zhì)碎屑流砂體新發(fā)現(xiàn)及其油氣勘探意義

厚剛福 曾德龍 牛志杰 王力寶 宋 兵郭華軍 單 祥 竇 洋 李亞哲 彭 博

1.中國石油杭州地質(zhì)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

20 世紀(jì)90 年代中后期，Shanmugam 等[1-3]基于海相深水環(huán)境巖心的觀察和分析，提出了砂質(zhì)碎屑流的概念。砂質(zhì)碎屑流理論的提出，不僅成為沉積學(xué)和油氣地質(zhì)學(xué)研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)方向之一，也是對當(dāng)時(shí)經(jīng)典濁流理論的部分否定與補(bǔ)充，對于預(yù)測深水區(qū)含油砂體分布具有重要作用[4]。國內(nèi)許多學(xué)者很早就注意到陸相湖盆中存在塊體搬運(yùn)及砂質(zhì)碎屑流沉積。例如：黃子齊[5]通過傳統(tǒng)深水扇概念與Shanmugam等提出的砂質(zhì)碎屑流概念進(jìn)行對比，提出濁流成因的深水扇體很可能由碎屑流形成；傅文敏[6]提出碎屑流以凝結(jié)的方式沉積，產(chǎn)生不連續(xù)的砂體，形態(tài)復(fù)雜，很難預(yù)測，而濁流為橫向連續(xù)的席狀砂體，相對簡單，可以進(jìn)行預(yù)測；秦建華[7]提出我國西南三江和南方地區(qū)深水砂巖比較發(fā)育，這些深水砂巖往往是研究盆地演化、洋陸轉(zhuǎn)換和盆山轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵，并控制著區(qū)域礦產(chǎn)的分布；李祥輝等[8]通過砂質(zhì)碎屑流與其他深水碎屑巖沉積異同的分析，認(rèn)為西藏特提斯喜馬拉雅上侏羅統(tǒng)—下白堊統(tǒng)深海沉積背景下的塊狀砂巖具有砂質(zhì)碎屑流沉積性質(zhì)，指出深海相中的塊狀砂巖可以預(yù)測。近年來，相繼有學(xué)者在國內(nèi)含油氣盆地中發(fā)現(xiàn)砂質(zhì)碎屑流砂體，如：李相博等[9]、陳飛等[10]在鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長組發(fā)現(xiàn)了砂質(zhì)碎屑流砂體；韓作振等[11]、夏景生等[12]在渤海灣盆地古近系沙河街組、東營組發(fā)現(xiàn)了砂質(zhì)碎屑流砂體；李楠等[13]在四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組也發(fā)現(xiàn)了砂質(zhì)碎屑流砂體。這些發(fā)現(xiàn)及其研究成果極大地提升和豐富了砂質(zhì)碎屑流理論，但仍然僅限于對砂質(zhì)碎屑流砂體的形成背景、搬運(yùn)機(jī)制、識別標(biāo)志和沉積模式等方面的研究，對砂質(zhì)碎屑流砂體的平面分布規(guī)律、圈閉條件研究較少，因而制約了砂質(zhì)碎屑流理論指導(dǎo)油氣勘探獲得重大突破。

2004 年，準(zhǔn)噶爾盆地腹部在SN31 井巖性油藏勘探獲得突破[14-15]，但是按照SN31 井巖性圈閉模式部署的一批探井均告失利，此后近15 年在該盆地腹部的油氣勘探無重大突破。近年來，對準(zhǔn)噶爾盆地腹部巖性油氣藏的研究從未間斷，厚剛福等[16]分析了盆地腹部古地貌對沉積體系的控制作用，進(jìn)而探討了巖性圈閉成因模式；唐勇等[17]重新梳理了盆地腹部緩坡型巖性油氣藏主控因素；匡立春等[18]通過總結(jié)準(zhǔn)噶爾盆地油氣勘探成果，指出了下一步勘探方向。準(zhǔn)噶爾盆地侏羅系為一個(gè)大型坳陷湖盆，是否發(fā)育塊狀搬運(yùn)的砂質(zhì)碎屑流砂體？砂體是否具備側(cè)向遮擋條件？巖性圈閉是否落實(shí)？這些關(guān)鍵問題制約了該領(lǐng)域的油氣勘探。因此，迫切需要對凹陷區(qū)砂體成因類型及其成藏條件進(jìn)行重新梳理，建立巖性圈閉新模式，優(yōu)選下一步油氣勘探的領(lǐng)域。筆者在充分吸收前人研究成果的基礎(chǔ)上，通過大量巖心觀察，結(jié)合地震相和古地貌分析，提出了準(zhǔn)噶爾盆地腹部盆1 井西凹陷下侏羅統(tǒng)三工河組二段（以下簡稱三二段）發(fā)育砂質(zhì)碎屑流砂體的認(rèn)識，分析了砂質(zhì)碎屑流砂體的巖性圈閉條件，預(yù)測了準(zhǔn)噶爾盆地盆1 井西凹陷砂質(zhì)碎屑流砂體為天然氣勘探新領(lǐng)域?；谏鲜稣J(rèn)識，針對砂質(zhì)碎屑流砂體部署完成的QS2 井獲得了油氣勘探的重大突破，拓展了準(zhǔn)噶爾盆地腹部油氣勘探領(lǐng)域，開啟了該盆地天然氣勘探的新階段。

1 地質(zhì)概況

盆1 井西凹陷位于準(zhǔn)噶爾盆地中央坳陷西北部，其南部毗鄰沙灣凹陷、莫索灣凸起，東部與莫北凸起、石西凸起相接，北部與達(dá)巴松凸起相接[19]（圖1），面積約3 500 km2。盆1 井西凹陷是準(zhǔn)噶爾盆地最主要的生烴凹陷之一，周緣已發(fā)現(xiàn)莫索灣油氣田、石西油田、莫北油田、永進(jìn)油田和莫西莊油田。三工河組沉積期，氣候溫暖潮濕，準(zhǔn)噶爾盆地腹部發(fā)育一套湖泊—三角洲相沉積[20]。依據(jù)沉積旋回特征，可將三工河組劃分為3 段，其中二段是油氣勘探最主要目的層段[21]，可進(jìn)一步劃分為兩個(gè)砂組，二砂組（J1s22）主要發(fā)育厚層塊狀砂巖，局部夾薄層粉砂巖，厚度介于40～160 m；一砂組（J1s21）主要發(fā)育砂巖和泥巖互層，厚度介于20～100 m（圖1），砂體在平面上相變較快，砂地比介于20%～60%，也是準(zhǔn)噶爾盆地腹部巖性油氣藏勘探主力層段之一。

2 盆1 井西凹陷三工河組發(fā)育砂質(zhì)碎屑流砂體

2.1 砂質(zhì)碎屑流砂體識別標(biāo)志

2.1.1 沉積構(gòu)造標(biāo)志

圖1 盆1 井西凹陷區(qū)域構(gòu)造圖和三工河組綜合地層柱狀圖

圖2 J1 s21 砂組砂質(zhì)碎屑流砂體典型沉積構(gòu)造照片

對研究區(qū)3 口井共20 m 巖心進(jìn)行了觀察發(fā)現(xiàn)，砂質(zhì)碎屑流砂體常見灰色細(xì)砂巖和中砂巖，偶見硅質(zhì)礫，分選差—中等，磨圓度為次棱角狀—次圓狀。砂巖底部通常與泥巖呈突變接觸關(guān)系（圖2-a～c），反映牽引流的交錯(cuò)層理不發(fā)育，整體呈塊狀（圖2-d），發(fā)育包卷層理（圖2-e）、變形層理（圖2-f），泥質(zhì)撕裂屑（圖2-g）、漂浮泥礫較常見（圖2-h）。這些沉積構(gòu)造與正常牽引流成因的沉積構(gòu)造存在明顯差異，為砂質(zhì)碎屑流砂體典型識別標(biāo)志。垂向上，砂體夾于厚層暗色泥巖中，呈“泥包砂”結(jié)構(gòu)（圖1），泥巖厚度較大，顏色較深，為深灰色或灰黑色，表明砂體形成于水體相對較深的半深湖環(huán)境。單套砂體底部細(xì)砂巖或中砂巖與泥巖直接接觸，呈突變接觸關(guān)系，測井曲線表現(xiàn)為鐘形，表明砂體為陣發(fā)性重力流成因，濁積巖不發(fā)育。在平面上，砂質(zhì)碎屑流砂體分布于坡折帶之下的半深湖環(huán)境（圖3），與坡折帶之上的水下分流河道砂體不連續(xù)，表明砂質(zhì)碎屑流砂體的物質(zhì)來源可能為坡折帶之上的水下分流河道砂體，在一定的觸發(fā)條件下，直接滑塌至湖盆深水區(qū)，形成砂質(zhì)碎屑流砂體。

圖3 研究區(qū)三二段—砂組沉積相圖

2.1.2 粒度曲線標(biāo)志

砂巖粒度分析可以用來判斷沉積環(huán)境，識別沉積微相[22]。對研究區(qū)19 個(gè)砂巖樣品進(jìn)行粒度分析，結(jié)果顯示，C 值粒徑介于280～1 380 μm，平均值為620 μm，M 值粒徑介于110～560 μm，平均值為210 μm。在C—M 圖上，投點(diǎn)基本上平行于C=M 基線，反映出重力流沉積的特征（圖4-a）；在概率累計(jì)曲線圖上，橫坐標(biāo)代表粒徑，縱坐標(biāo)表示正態(tài)累積分布，可以看出砂質(zhì)碎屑流砂體投點(diǎn)規(guī)律不明顯（圖4-b），反映牽引流成因的2 段式或3 段式不典型，偏度介于0.14～0.54，平均值為0.38，峰度介于1.04～1.52，平均值為1.26，標(biāo)準(zhǔn)偏差介于1.05～2.23，平均值為1.61，表明砂質(zhì)碎屑流砂體形成環(huán)境較為復(fù)雜。

2.1.3 地震反射標(biāo)志

依據(jù)地震反射特征來判定沉積相，是近年來沉積相識別的重要手段。如前積反射結(jié)構(gòu)通常反映三角洲前緣砂體卸載[23]，透鏡狀充填反射結(jié)構(gòu)通常指示河道下切[24]。對盆1 井西凹陷三二段砂質(zhì)碎屑流砂體地震反射特征的分析結(jié)果顯示，砂質(zhì)碎屑流砂體在常規(guī)振幅剖面上表現(xiàn)為短軸、不連續(xù)的特征，振幅中等—強(qiáng)（圖5-a）。為了進(jìn)一步反映弄清砂質(zhì)碎屑流砂體地震響應(yīng)特征，利用稀疏約束脈沖反演技術(shù)對砂質(zhì)碎屑流砂體進(jìn)行反演，可以看出，砂質(zhì)碎屑流砂體也表現(xiàn)為短軸、不連續(xù)、中—強(qiáng)反射的特征（圖5-b）。該標(biāo)定認(rèn)識也得到了后期鉆井的驗(yàn)證，QS2 井針對這套中等—強(qiáng)反射軸，鉆遇14 m 厚砂質(zhì)碎屑流砂體，表明地震反射和稀疏約束脈沖反演可以很好地預(yù)測和識別砂質(zhì)碎屑流砂體。在平面上，砂質(zhì)碎屑流砂體最大波谷和擬聲波阻抗呈現(xiàn)出中等—強(qiáng)的反射特征，整體呈舌狀孤立分布（圖6），反映砂質(zhì)碎屑流砂體為陣發(fā)性重力流成因。

圖4 砂質(zhì)碎屑流砂體粒度分析曲線圖

圖5 過QS1 井—M002 井地震反射及反演剖面圖

圖6 三維地震工區(qū)地震反演平面圖

2.2 砂質(zhì)碎屑流砂體發(fā)育條件

砂質(zhì)碎屑流砂體為重力流成因，其形成主要受控于古地形、物源供給及觸發(fā)機(jī)制等3 個(gè)條件[16]，其形成需要一定的坡度和坡折[25]；其次，砂質(zhì)碎屑流砂體的形成需要充足的物源供給條件，三角洲前緣堆積的大量松散沉積物，易于再次搬運(yùn)形成砂質(zhì)碎屑流砂體[26]；另外，砂質(zhì)碎屑流的形成需要有效的觸發(fā)機(jī)制[3-4]。通過研究區(qū)內(nèi)50 多口鉆井標(biāo)定，并進(jìn)行了系統(tǒng)分層，建立了研究區(qū)三工河組層序地層格架，恢復(fù)三二段古地貌（圖7）?？梢钥闯?，三二段沉積期，盆1 井西凹陷為湖盆沉降中心，圍繞沉降中心，發(fā)育多級環(huán)狀坡折，坡折帶之下地層明顯較坡折帶之上地層加厚，且同向軸上超特征明顯。坡折帶的形成主要受燕山期構(gòu)造活動(dòng)的影響，斷裂活動(dòng)造成地層發(fā)生撓曲變形，在古梁翼部發(fā)生披覆作用，從而形成由于構(gòu)造活動(dòng)引起的撓曲坡折帶，坡度較緩（1°～2°），為坡折帶之下深水區(qū)砂質(zhì)碎屑流砂體的發(fā)育創(chuàng)造了條件。

圖7 研究區(qū)三二段古地貌圖

2.3 砂質(zhì)碎屑流砂體平面分布特征

截至目前，盆1 井西凹陷勘探程度較低，鉆井?dāng)?shù)量較少，目前僅有5 口井鉆遇三二段。對盆1 井西凹陷及其周緣33 口井重礦物資料分析表明，坡折帶之下砂質(zhì)碎屑流砂體重礦物組合與東部物源的三角洲前緣相砂體較相似，以白鈦礦—鋯石—石榴石組合為主。表明砂質(zhì)碎屑流砂體物源主要來自東部。當(dāng)東部物源體系三角洲前緣砂體堆積到一定程度、厚度增加到極限值時(shí)，受海西期和燕山期構(gòu)造活動(dòng)的觸發(fā)，三角洲前緣砂體沿坡折帶附近的泥質(zhì)沉積物表面發(fā)生滑動(dòng)，在坡折帶之下形成呈舌狀分布的砂質(zhì)碎屑流砂體（圖3），面積約350 km2，證實(shí)了盆地凹陷區(qū)發(fā)育規(guī)模有效砂體，為下一步油氣勘探的新領(lǐng)域。

2.4 砂質(zhì)碎屑流砂體儲層性質(zhì)與含油氣性

通過3 口井共計(jì)20 多塊樣品鑄體薄片觀察和儲層化驗(yàn)分析得出，砂質(zhì)碎屑流砂體發(fā)育原生孔隙型儲層，儲層物性好，平均孔隙度體積百分?jǐn)?shù)可達(dá)15%，滲透率27.4 mD。儲層孔隙結(jié)構(gòu)較好，孔喉半徑高達(dá)10.79 μm，儲集性能較好。砂質(zhì)碎屑流砂體含油氣性亦較好，在錄井中可以看到極為活躍的油氣顯示，且M17 井和QS1 井獲得工業(yè)油氣流，印證了砂質(zhì)碎屑流砂體整體含油氣性較好。

3 砂質(zhì)碎屑流砂體為天然氣勘探新領(lǐng)域

3.1 砂質(zhì)碎屑流砂體頂、底板條件較好

巖性圈閉是否發(fā)育，其頂、底板條件是基礎(chǔ)[16]。沉積微相分析表明，盆1 井西凹陷湖盆深水區(qū)發(fā)育砂質(zhì)碎屑流砂體，為坡折帶之上水下分流河道砂體堆積到一定程度，滑塌至坡折帶之下深水區(qū)形成（圖8-a），在垂向上呈“泥包砂”結(jié)構(gòu)，底板為J1s22和J1s21之間一套初始湖侵期泥巖隔層[27]，厚度介于10～20 m；頂板為J1s3最大湖侵期厚層泥巖[27]，厚度大于25 m。因此，砂質(zhì)碎屑流砂體頂、底板條件較好，為盆1 井西凹陷內(nèi)巖性圈閉的發(fā)育奠定了基礎(chǔ)。

3.2 砂質(zhì)碎屑流砂體側(cè)向遮擋條件優(yōu)越，巖性圈閉條件較好

巖性圈閉能否形成，側(cè)向遮擋條件極為關(guān)鍵。盆1 井西凹陷三二段沉積微相分析表明，砂質(zhì)碎屑流砂體在平面上呈舌狀分布于半深湖相泥巖中。砂質(zhì)碎屑流砂體側(cè)向?yàn)槠抡蹘Оl(fā)育區(qū)，通常為沉積物發(fā)生滑塌作用的地方，砂體不發(fā)育，以細(xì)粒沉積物為主，因此，坡折帶在側(cè)向上對砂質(zhì)碎屑流砂體構(gòu)成良好的遮擋條件，使得砂質(zhì)碎屑流砂體與坡折帶之上的三角洲前緣水下分流河道砂體不連通（圖8-b），有利于巖性圈閉的最終形成。

3.3 砂質(zhì)碎屑流砂體為天然氣勘探新領(lǐng)域

綜合上述表明，砂質(zhì)碎屑流砂體儲層質(zhì)量較高，頂、底板條件好，具備側(cè)向遮擋條件，巖性圈閉條件優(yōu)越（圖8-c）。另外，盆1 井西凹陷周緣發(fā)育海西期和燕山期兩組斷裂，在垂向上構(gòu)成“Y”字形配置[28-29]，溝通二疊系烴源巖[30-32]，烴源巖和油氣輸導(dǎo)條件較好，有利于巖性圈閉最終成藏。加之該領(lǐng)域勘探程度較低，但油氣顯示活躍，已有2 口預(yù)探井獲工業(yè)油氣流，勘探潛力大，為下一步天然氣勘探新領(lǐng)域。

圖8 研究區(qū)砂質(zhì)碎屑流砂體形成模式圖

4 天然氣勘探意義

砂質(zhì)碎屑流砂體為天然氣藏勘探新領(lǐng)域，落實(shí)有利區(qū)面積為350 km2。該認(rèn)識在油田預(yù)探井部署過程中提供了重要地質(zhì)依據(jù)。根據(jù)該認(rèn)識，針對砂質(zhì)碎屑流砂體部署實(shí)施了QS2 井。QS2 井完鉆后，在三二段鉆遇14 m 厚的砂質(zhì)碎屑流砂體，與預(yù)測完全吻合，油氣顯示極為活躍。2019 年6 月，QS2 井試油并獲得重大突破，測試日產(chǎn)天然氣20.3×104m3、日產(chǎn)油39.3 m3。QS2 井的突破，打破了腹部巖性油氣藏勘探的僵局，開辟了凹陷區(qū)規(guī)模巖性油氣藏勘探的新局面，證實(shí)了坡折帶之下砂質(zhì)碎屑流砂體具有形成規(guī)模巖性油氣藏的條件。同時(shí)，QS2 井的突破，跳出了“源外、沿梁、斷控”成藏模式，走向凹陷區(qū)巖性油氣藏勘探領(lǐng)域，進(jìn)一步證實(shí)了凹陷區(qū)的勘探潛力，不僅開辟了準(zhǔn)噶爾盆地腹部天然氣勘探新領(lǐng)域，也開啟了天然氣勘探的新階段。

5 結(jié)論

1）準(zhǔn)噶爾盆地盆1 井西凹陷三二段沉積期，周緣坡折帶較發(fā)育，坡折帶之上三角洲前緣砂體大面積分布，海西期和燕山期構(gòu)造活動(dòng)活躍，為坡折帶之下砂質(zhì)碎屑流砂體發(fā)育創(chuàng)造了條件。

2）砂質(zhì)碎屑流砂體發(fā)育，垂向上具有“泥包砂”結(jié)構(gòu)，側(cè)向與前緣相砂體之間存在泥質(zhì)分隔帶，封堵條件較好，巖性圈閉條件優(yōu)越，為下一步準(zhǔn)噶爾盆地腹部巖性油氣藏最有利勘探領(lǐng)域。

3）針對砂質(zhì)碎屑流砂體部署的QS2 井完鉆后獲重大突破，證實(shí)了坡折帶之下砂質(zhì)碎屑流砂體巖性油氣藏條件優(yōu)越，開辟了凹陷區(qū)天然氣勘探的新場面。