準噶爾盆地瑪中地區(qū)二疊系—三疊系疊合成藏特征及主控因素

陳 靜，陳 軍，李 卉，努爾艾力·扎曼

（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）

0 引言

準噶爾盆地西北部瑪湖凹陷近年的勘探工作主要聚焦于斜坡區(qū)［1］，自2012 年瑪湖凹陷斜坡區(qū)三疊系百口泉組勘探首獲突破后［2］，在“扇控”大面積成藏理論的指導下，目前已相繼在瑪湖東、西斜坡發(fā)現(xiàn)了五大油藏群［3-4］，累計上交三級地質(zhì)儲量近6億t，形成東、西兩大百里新油區(qū)；從目前已發(fā)現(xiàn)的油氣藏位置及出油氣層位可以得出，瑪湖凹陷及其周緣石炭系—白堊系均有油氣發(fā)現(xiàn)，反映了瑪湖凹陷油氣成藏的復雜性［5-6］。隨著勘探的深入，勘探部署逐漸從斜坡區(qū)轉(zhuǎn)向瑪湖凹陷中心區(qū)（瑪中地區(qū)），重點領(lǐng)域為凹陷中心的深大構(gòu)造?，斨械貐^(qū)整體勘探程度極低，為瑪湖四大扇體前緣有利相帶的交匯區(qū)，且位于主力烴源巖二疊系風城組生烴中心，具備良好的油氣勘探潛力。2014 年，為了證實瑪湖凹陷百口泉組整體含油特征，也為了探索瑪中地區(qū)廣泛發(fā)育的低位扇的含油氣性，在瑪中地區(qū)瑪納斯湖附近鉆探了第一口預探井瑪中1 井，但未獲重大油氣發(fā)現(xiàn)，后勘探家們依據(jù)瑪中地區(qū)及周緣已鉆井的錄井、測井數(shù)據(jù)、巖心分析化驗及試油資料等，結(jié)合構(gòu)造精細解釋、有利相帶預測等成果，相繼在瑪中地區(qū)周緣部署上鉆了2 口風險探井，分別為達探1井和鹽探1 井。達探1 井多層系見良好油氣顯示，其中百口泉組儲層巖性主要為含礫細砂巖，測井解釋孔隙度為9.7%～12.1%，平均為10.8%，從而首次在百口泉組發(fā)現(xiàn)油層，且該井在二疊系夏子街組、風城組合并試油，日產(chǎn)油12.3 t，在下烏爾禾組試油，日產(chǎn)油2.4 t。鹽探1 井在二疊系下烏爾禾組試油，日產(chǎn)油10.0 t，日產(chǎn)氣1 190 m3，下烏爾禾組儲集體巖性主要為砂礫巖，百口泉組儲層巖性主要為含礫中—細砂巖，下烏爾禾組孔隙度為7.3%～18.2%，平均孔隙度為11.9%，滲透率為0.02～6.74 mD，平均為0.15 mD。上述2 口風險井的鉆探為瑪中地區(qū)及其周緣深大構(gòu)造的油氣勘探拉開了序幕，證實了研究區(qū)二疊系—三疊系發(fā)育扇三角洲前緣亞相相對優(yōu)質(zhì)儲層。

學者們在瑪中地區(qū)已開展了精細構(gòu)造解釋、沉積相演化與展布特征、烴源巖特征及古地貌恢復等方面的研究工作［7-8］，明確了研究區(qū)位于湖盆沉積中心，物源體系主要來自瑪湖凹陷西北和東部，構(gòu)造平緩，主力烴源巖為二疊系風城組，古地貌恢復結(jié)果顯示，研究區(qū)周緣深層發(fā)育繼承性鼻狀隆起，是油氣運聚的有利指向區(qū)，但針對這些有利構(gòu)造深層低滲砂礫巖儲層的油氣成藏特征及富集規(guī)律等方面的研究還不夠深入。筆者在詳細剖析最新鉆井巖心分析資料和試油資料的基礎(chǔ)上，將瑪中地區(qū)優(yōu)選出的2 套相對優(yōu)質(zhì)儲集巖進行精細描述，并綜合分析其油氣地質(zhì)條件，總結(jié)其立體成藏模式，以期為瑪中地區(qū)油氣勘探領(lǐng)域擴展提供地質(zhì)依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

瑪湖凹陷位于準噶爾盆地西北部［9］，是盆地一級構(gòu)造單元中央坳陷內(nèi)的次級構(gòu)造單元，凹陷及其周緣是盆地最有利的油氣成藏區(qū)?，敽逼聟^(qū)西部為克—百斷裂帶（瑪西），北部為烏—夏斷裂帶（瑪北），南部為中拐凸起（瑪南），東部為達巴松凸起與夏鹽凸起（瑪東），整體表現(xiàn)為一大型平緩的單斜構(gòu)造，呈北東—南西向展布，地層傾角為3°～5°?，敽枷菔悄壳芭璧匾寻l(fā)現(xiàn)油氣田中富集程度最高的生烴凹陷［10］，其中瑪中地區(qū)位于瑪湖凹陷中部，整體為向南東傾的單斜（圖1）?，斨械貐^(qū)自下而上分別沉積了石炭系、二疊系（佳木河組、風城組、夏子街組、下烏爾禾組、上烏爾禾組）、三疊系（百口泉組、克拉瑪依組、白堿灘組）、侏羅系（八道灣組、三工河組、西山窯組、頭屯河組）以及白堊系（吐谷魯群），其中二疊系與三疊系、三疊系與侏羅系、侏羅系與白堊系的接觸關(guān)系均為角度不整合，本次研究目的層系為中二疊統(tǒng)下烏爾禾組—下三疊統(tǒng)百口泉組，沉積厚度較穩(wěn)定，橫向變化不大，分布范圍廣，油氣顯示活躍，為研究區(qū)主要含油層系。下烏爾禾組頂部為厚層紅褐色泥巖，中上部為灰綠色、褐色砂礫巖和含礫細砂巖，中下部為泥質(zhì)粉砂巖與含礫中—細砂巖互層；百口泉組上部發(fā)育褐色塊狀泥巖夾泥質(zhì)砂巖，中下部為灰色細礫巖、含礫粗砂巖等。

瑪中地區(qū)主體靠近夏鹽凸起—達巴松凸起。夏鹽—達巴松凸起在石炭紀末期開始隆升，早二疊世早期遭受剝蝕，下二疊統(tǒng)與下伏地層存在明顯的角度不整合。早二疊世中晚期，夏鹽—達巴松凸起又開始隆升，形成了近東西向展布的鼻狀凸起帶，基本形成現(xiàn)今的構(gòu)造格局。晚二疊世—三疊紀，該區(qū)逐漸沉降，至侏羅紀，夏鹽地區(qū)全部進入凹陷階段，夏鹽—達巴松凸起及周邊凹陷均發(fā)生相對穩(wěn)定的沉積。侏羅紀晚期，受燕山運動的影響，凸起高部位（侏羅系頂部）遭到剝蝕，白堊系與侏羅系頂部為角度不整合接觸，白堊系發(fā)育巨厚且分布穩(wěn)定的沉積巖。白堊紀晚期—古近紀，研究區(qū)整體被抬升，形成了現(xiàn)今的單斜構(gòu)造。

2 油藏類型及特征

準噶爾盆地瑪中地區(qū)位于生烴灶中心，且發(fā)育相對優(yōu)質(zhì)儲層，為瑪湖地區(qū)潛力最大的接替領(lǐng)域?，斨械貐^(qū)位于周緣四大扇體的交匯處，二疊系—三疊系發(fā)育退覆式扇三角洲沉積，湖侵背景下的扇三角洲前緣砂礫巖體由湖盆中心向物源方向多期疊置連片，瑪中地區(qū)是尋找低位砂礫巖體的重要領(lǐng)域。百口泉組沉積期發(fā)生了3 次較大的湖平面變化，湖平面的大幅度頻繁擺動造成了垂向上各期砂礫巖體的層層疊置，在平面上使得扇三角洲前緣砂體形成若干環(huán)帶狀砂礫巖復合體。

鄰區(qū)達巴松凸起的試油成功進一步證實了瑪湖凹陷百口泉組是一個整體含油層系［11-12］，在此認識指導下部署的瑪中2 井在百口泉組一段試油，獲日產(chǎn)油10.2 t，在百口泉組二段試油，獲日產(chǎn)油10.1 t。上述勘探實踐表明，瑪中地區(qū)百口泉組油藏為斷層-巖性油藏，縱向上的頂板和底板受百口泉組一段底部致密砂礫巖及百口泉組三段湖相泥巖控制，側(cè)向受斷裂遮擋，上傾方向受扇三角洲平原亞相泥巖遮擋。主力油層位于百口泉組二段和一段，剖面上呈層狀分布，平面上油層呈疊置連片展布（圖2）。

下烏爾禾組沉積時期，研究區(qū)湖平面范圍廣且水體深，受夏鹽—達巴松扇的控制，在湖侵背景下主要發(fā)育4 期砂體，瑪中地區(qū)接受大量沉積，物源供給充足，沉積砂體厚度大，且泥質(zhì)含量低，物性相對較好，自下而上可劃分為4 段，其中下烏爾禾組一段向構(gòu)造高部位逐漸超覆尖滅，主力油層位于下烏爾禾組二段和下烏爾禾組三段，厚度較大且橫向分布穩(wěn)定，為優(yōu)質(zhì)儲集體，下烏爾禾組四段中上部巖性主要為泥巖，可作為有效蓋層，上傾方向受扇三角洲平原亞相致密帶遮擋，易于形成巖性油氣藏（圖3）。研究區(qū)風險探井鹽探1 井在下烏爾禾組（埋深大于4 800 m）未壓裂即獲工業(yè)油流，是目前準噶爾盆地碎屑巖勘探領(lǐng)域獲工業(yè)油流最深的井，證實了深部仍發(fā)育扇三角洲前緣亞相相對優(yōu)質(zhì)儲層，孔隙度為10.1%～12.0%。

3 多層系疊合成藏主控因素

3.1 烴源巖特征

準噶爾盆地瑪中地區(qū)二疊系—三疊系油氣源對比結(jié)果顯示，油氣主要來自風城組烴源巖，烴源巖厚度大（50～300 m）、分布范圍廣、有機質(zhì)豐度高（殘余總有機碳質(zhì)量分數(shù)為0.6%～1.9%）、有機質(zhì)類型以Ⅱ型為主，油氣資源量巨大［13-15］。風城組烴源巖主要形成于堿湖相沉積環(huán)境，為高鹽度的還原—強還原條件，母質(zhì)類型以藻類-細菌為主，還原環(huán)境為有機質(zhì)的保存提供了便利條件，生烴潛力較高。研究區(qū)風城組烴源巖的總有機碳質(zhì)量分數(shù)、生烴潛量以及氯仿瀝青A 平均值分別為1.0%、4.5 mg/g 和1 167×10-6，氫指數(shù)（HI）平均值為279 mg/g，為質(zhì)量較好的烴源巖。風城組自下而上可劃分為風城組一段（P1f1）、風城組二段（P1f2）和風城組三段（P1f3），其中風城組二段烴源巖有機質(zhì)豐度最高，生烴潛量平均為5.4 mg/g、氯仿瀝青A 平均為2 239×10-6，HI平均值為322 mg/g，反映了該段生油能力強（圖4）。風城組烴源巖鏡質(zhì)體反射率Ro值為0.59%～1.14%，且與深度具有較好的相關(guān)性。由于目前瑪中地區(qū)勘探程度較低，上述鏡質(zhì)體反射率的樣品均來自瑪湖凹陷邊緣隆起帶，由于這些區(qū)域在晚二疊世末因海西運動發(fā)生了隆升，因此凹陷周緣烴源巖被抬升至淺層，其演化程度比凹陷中心的烴源巖低，但可根據(jù)上述數(shù)據(jù)和深度推測凹陷中心的風城組烴源巖Ro值約為2.20%，達到了過成熟演化階段，可大量生成高熟油和天然氣。

3.2 儲層特征

瑪中地區(qū)物源體系主要來自瑪湖凹陷西北和東部，物源方向和供給量控制了砂體的展布，進而決定了砂體進入湖盆后沉積的范圍和厚度。研究區(qū)下烏爾禾組和百口泉組都發(fā)育厚層含礫砂巖和砂礫巖儲集體，下烏爾禾組巖性主要為灰色、綠灰色塊狀砂礫巖、含礫砂巖等；百口泉組巖性主要為灰色礫巖、含礫粗—細砂巖等。整體自下而上，粒度由粗變細，砂礫巖含量逐漸減少，反映出湖侵退積的沉積序列特征［16-19］。從沉積范圍來看，下烏爾禾組分布范圍比百口泉組分布范圍略小。

瑪湖凹陷目前已發(fā)現(xiàn)的油氣高產(chǎn)區(qū)基本都位于扇三角洲前緣相帶［20-23］，儲集空間包括孔隙和裂縫［24-25］，沉積相帶對儲層質(zhì)量具有明顯的控制作用。扇三角洲前緣相帶較發(fā)育為瑪中地區(qū)相對優(yōu)質(zhì)儲層的形成奠定了基礎(chǔ)，其碎屑顆粒淘洗較充分，且具有較高的結(jié)構(gòu)成熟度，物性測試結(jié)果顯示其具有相對較高的孔隙度和滲透率。通過對研究區(qū)不同沉積微相砂體的孔隙度和滲透率進行相關(guān)關(guān)系投點可以發(fā)現(xiàn)，扇三角洲前緣相帶的物性明顯好于扇三角洲平原相帶，其中水下近岸河道砂體和河口壩砂體的物性較好，其次為扇三角洲前緣與扇三角洲平原過渡帶的遠岸河道，而扇三角洲平原辮狀河道和扇三角洲前緣砂質(zhì)碎屑流的物性較差（圖5）。由于烴源巖供烴過程中有機酸的溶蝕作用與自生礦物生長被早期占位的烴類所抑制［26］，扇三角洲前緣亞相砂巖具有隨深度增加而物性反而變好的趨勢段，該趨勢段中的溶蝕孔、殘余的原生粒間孔和裂縫共同構(gòu)成了儲集空間［27］。扇三角洲前緣亞相砂體分布穩(wěn)定，如下烏爾禾組砂體厚度為56～188 m，孔隙度為4.7%～18.2%；百口泉組砂體厚度為70～106 m，孔隙度為5.4%～15.8%，有利區(qū)疊合總面積近1 600 km2，為瑪中地區(qū)勘探的重點領(lǐng)域。

3.3 油氣輸導體系

走滑斷層常形成復雜的斷裂體系，且與油氣富集之間的關(guān)系緊密［28］，既能作為有效的運移通道，又能起到遮擋作用而使之形成圈閉［29］。準噶爾盆地西北緣在近南北向擠壓作用下，受達爾布特斷裂控制，發(fā)育一系列走滑斷層，并形成典型的雁列、花狀等伴生構(gòu)造［30-31］，這些斷層對瑪中地區(qū)的構(gòu)造格局與油氣成藏具有重要影響。研究區(qū)二疊系—三疊系整體構(gòu)造形態(tài)為向南東傾的單斜，因受不同方向應力作用影響，形成了大型走滑調(diào)節(jié)斷裂，如大侏羅溝斷裂體系及伴生的羽狀次生斷裂，該斷裂為右旋走滑斷裂，剖面上呈“花狀”，平面上呈“馬尾狀”，形成于印支期［32］，具壓扭性質(zhì)，封閉性強。

夏鹽—達巴松凸起周緣斷裂系統(tǒng)可分為3 級：①一級斷裂平行于斷裂帶、呈北東向展布的逆沖斷裂；②二級斷裂為近東西向的走滑斷裂；③三級斷裂為逆沖斷裂和走滑斷裂衍生出的小斷裂。二級斷裂是指在達爾布特走滑斷裂錯動過程中產(chǎn)生的次級應力場形成的一系列近東西向的走滑斷裂，包括艾湖2 井斷裂、大侏羅溝斷裂、瑪湖13 井斷裂、克81井南斷裂、克80 井斷裂和鹽探1 井斷裂等（圖6）。

斷裂系統(tǒng)為油氣運移提供了通道?，敽貐^(qū)及其周緣二疊系—三疊系儲集體在垂直方向上沒有與生油層直接相鄰，但大侏羅溝斷裂體系發(fā)揮了重要的運移通道作用，走滑斷層具有較陡直的斷面及較大的切割深度，在垂向上有利于溝通多層系的烴源巖和儲集層，從而使得油氣運移更加高效，走滑斷裂的調(diào)節(jié)斷層也對油氣具有側(cè)向再分配的作用，可為走滑斷層間的圈閉提供油氣供給。高效的斷裂輸導作用是研究區(qū)多層系疊合成藏的重要因素。

瑪中地區(qū)走滑斷裂發(fā)育深層和淺層2 套斷裂體系，深層斷裂的斷開層位為石炭系—白堊系，淺層斷裂的斷開層位為三疊系—侏羅系，為羽狀次生斷裂［33-34］。深層斷裂形成于印支期，對應于瑪湖凹陷風城組烴源巖的生油高峰期，由于早期基底走滑位移量大，斷層兩盤相互錯動形成的走滑裂縫直接與烴源巖接觸，為油氣運移提供了良好的通道，且走滑過程中的應力系統(tǒng)對生油巖中的油氣向上運移具有一定的擠出效應。油氣沿主斷裂帶向上運移至中上二疊統(tǒng)—三疊系，次生斷裂又為走滑斷層間圈閉提供了油氣輸導通道，在次生斷裂的輸導下，油氣縱向調(diào)整聚集成藏［35］。瑪湖凹陷周緣深層發(fā)育8 個繼承性鼻狀隆起帶，其中6 個鼻凸帶（瑪湖1 井鼻凸帶、瑪中—瑪北鼻凸帶、瑪東鼻凸帶、夏鹽鼻凸帶、達巴松鼻凸帶、瑪南鼻凸帶）繼承性發(fā)育至侏羅系，是油氣運聚的有利指向區(qū)。斜坡區(qū)的二疊系和三疊系內(nèi)部也發(fā)育多期不整合面，為油氣提供側(cè)向運移通道，并最終匯聚于鼻凸構(gòu)造帶儲集巖中，形成了多個縱向疊置的斷層-巖性油氣藏。

3.4 異常高壓特征

實測地層壓力資料顯示，瑪湖凹陷侏羅系及以上地層基本為正常壓力，中上三疊統(tǒng)為過渡帶，下三疊統(tǒng)及以下地層普遍發(fā)育異常高壓。異常高壓對油氣勘探意義重大，包括擴大生烴窗范圍，改善儲集體物性和提高蓋層封閉性等［36］?，敽枷莅倏谌M存在異常高壓，且對單井日產(chǎn)量具有一定的控制作用，超壓越發(fā)育的地區(qū)單井產(chǎn)量越高（圖7），隨著壓力系數(shù)逐漸升高，油質(zhì)越來越輕且普遍含氣。凹陷中心區(qū)百口泉組壓力系數(shù)最大可達1.9，凹陷西北環(huán)帶的百口泉組壓力系數(shù)為1.3～1.6，整體上凹陷的東南向西北方向壓力系數(shù)逐漸減小。研究區(qū)地層超壓還具有“埋深越大超壓越發(fā)育”的特征，超壓使深部風城組烴源巖有足夠動力將油氣運移至淺部的儲集體中，且構(gòu)造凸起上的斷層更容易開啟，成為壓力釋放點，形成有效的垂向輸導條件。油氣在側(cè)向運移的過程中，長條狀的鼻狀凸起頂部形成的構(gòu)造脊可以產(chǎn)生“溝渠效應”，油氣匯聚進入鼻狀凸起，并沿著構(gòu)造脊由低部位向高部位運移，在超壓作用下快速充注到百口泉組儲層中，形成了現(xiàn)今油藏“高壓高產(chǎn)”的特征。超壓區(qū)的壓力封閉效應和致密層的封閉作用有效提高了蓋層的封閉性，對油氣藏的保存起到了關(guān)鍵作用［37］。

4 立體成藏模式

通過對準噶爾盆地瑪中地區(qū)層序劃分與沉積特征分析可以得出，在西部隆起、陸梁隆起夾持下，下烏爾禾組與百口泉組具有相似的沉積背景和成藏條件，二者均為淺水退覆式扇三角洲沉積，均具備大面積成藏的儲集條件［38-40］。扇三角洲前緣亞相砂礫巖儲集體中泥質(zhì)含量普遍較低，粒徑中等，但不同沉積微相具有不同的油氣富集程度和產(chǎn)量。下烏爾禾組和百口泉組湖泛泥巖和扇間泥巖均較發(fā)育，與砂礫巖儲集體組成了較好的儲蓋組合，且側(cè)向和上傾方向均發(fā)育扇三角洲平原亞相致密帶，可形成側(cè)向遮擋，具有良好的封閉性（圖8）。

瑪中地區(qū)風城組優(yōu)質(zhì)烴源巖生成的油氣通過高陡斷裂發(fā)生縱向運移，部分通過二疊系和三疊系內(nèi)部多期不整合面發(fā)生側(cè)向運移，并最終匯聚于鼻凸構(gòu)造的儲集巖體中，形成了研究區(qū)特殊的多層系疊置的斷層-巖性油氣藏或巖性油氣藏，其中相對優(yōu)質(zhì)儲層的物性、異常高壓決定了油氣田的高產(chǎn)。通過該立體成藏模式的精細刻畫，在瑪中地區(qū)部署上鉆的瑪中4 井、瑪中2 井均獲工業(yè)油流，至此，瑪中地區(qū)已成為下一個尋找大規(guī)模儲量的熱點勘探領(lǐng)域。

5 結(jié)論

（1）準噶爾盆地瑪中地區(qū)扇三角洲前緣亞相砂礫巖是二疊系下烏爾禾組和三疊系百口泉組油氣的主要儲集體，是在湖侵背景下由湖盆中心向物源方向進行多期疊置而成，其中水下分流河道微相儲層最優(yōu)質(zhì)。

（2）準噶爾盆地瑪中地區(qū)發(fā)育高角度走滑斷層及一系列伴生構(gòu)造，這些構(gòu)造與斷裂系統(tǒng)、不整合面、砂礫巖儲層共同構(gòu)成了立體“源-輸-儲”配置，深層斷裂溝通源巖，淺層斷裂調(diào)節(jié)油氣藏規(guī)模和分布，形成了研究區(qū)特殊的多層系疊置的斷層-巖性油氣藏或巖性油氣藏。

（3）準噶爾盆地瑪中地區(qū)油氣藏具有“斷裂控運移、鼻凸控聚集、儲層控規(guī)模、高壓控產(chǎn)量”的特征，這種立體成藏模式的精細刻畫對下一步勘探具有指導作用。