準(zhǔn)噶爾盆地沙灣凹陷灘壩砂的發(fā)現(xiàn)及油氣勘探潛力

關(guān) 新，潘樹新，曲永強(qiáng)，許多年，張 寒，馬永平，王國棟，陳雪珍

（中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院，蘭州 730020）

0 引言

近年來，準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖地區(qū)勘探成果喜人，發(fā)現(xiàn)了十億噸級大油田，其中上烏爾禾組是主要貢獻(xiàn)產(chǎn)油層之一［1-3］?，斈系貐^(qū)上烏爾禾組已經(jīng)上交儲量超億噸，下一步勘探方向及接替領(lǐng)域是準(zhǔn)噶爾盆地面臨的最大問題。近期，ST1 井上烏爾禾組獲得重大突破［4］，沙灣凹陷已成為油氣勘探的熱點地區(qū)。上烏爾禾組作為主要產(chǎn)油層，勢必會加大對該層的勘探力度，探索其儲量分布規(guī)律，以求沙灣凹陷的全面突破。

前人已對準(zhǔn)噶爾盆地沙灣凹陷上烏爾禾組開展了大量的研究工作，在沉積體系、儲層特征、構(gòu)造特征等方面取得了一系列的成果和認(rèn)識［5-7］。施小榮、余海濤等學(xué)者普遍認(rèn)為上烏爾禾組為扇三角洲沉積，主要發(fā)育扇三角洲平原、前緣和前扇三角洲［6-7］。因此，研究區(qū)上烏爾禾組儲層以扇三角洲沉積為主是目前的主流觀點，然而，近期ST1 井鉆探表明，準(zhǔn)噶爾盆地沙灣凹陷上烏爾禾組具有典型的灘壩砂沉積特征，進(jìn)而在沙灣凹陷下斜坡發(fā)現(xiàn)了一個新的油氣勘探領(lǐng)域。

灘壩砂的形成主要受波浪及沿岸流的影響，通常發(fā)育在濱岸地區(qū)（濱淺海、湖）。由于灘、壩砂體通常相互疊置，難以區(qū)分，因此合稱灘壩砂或灘壩復(fù)合體［8］。目前，灘壩砂儲層在我國多個盆地均有發(fā)現(xiàn)［9-15］。尤其是在東營凹陷，已發(fā)現(xiàn)大面積的灘壩砂巖油藏［16-17］。灘壩砂在東部盆地的研究已經(jīng)非常成熟，并且成為重要的油氣勘探新領(lǐng)域［9-11］，然而在我國西部盆地，仍然將關(guān)注點放在淺層勘探以及尋找規(guī)模儲層發(fā)育區(qū)［18-20］，對于灘壩砂領(lǐng)域很少涉及。準(zhǔn)噶爾盆地近年來的勘探以河流—三角洲體系為主［5，21-22］，對于濱淺湖亞相的灘壩砂領(lǐng)域幾乎沒有關(guān)注，進(jìn)而缺乏對該領(lǐng)域的研究。灘壩砂作為一種重要的儲層類型，勘探技術(shù)僅在東部盆地比較成熟，西部盆地雖有涉及，但還不夠全面，也沒有形成體系。因此，灘壩砂領(lǐng)域在西部盆地的研究值得重視。

針對該區(qū)灘壩相油氣勘探新領(lǐng)域，其儲層分布規(guī)律以及勘探潛力急須深入研究。本文以高分辨率三維地震資料為基礎(chǔ)，結(jié)合鉆井、試油、測井、巖心等數(shù)據(jù)，利用屬性提取、沿層切片等地震技術(shù)，精細(xì)刻畫上烏爾禾組灘壩砂儲層平面展布特征，并評價該區(qū)灘壩相儲層的油氣成藏潛力。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

沙灣凹陷位于準(zhǔn)噶爾盆地的西北緣，屬于準(zhǔn)噶爾盆地中央坳陷的一個二級構(gòu)造單元［23］，西面緊鄰紅車斷裂帶和中拐凸起，北面與盆1 井西凹陷相鄰［24］（圖1）。自下而上發(fā)育石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、古近系、新近系、第四系。近年來，二疊系上烏爾禾組成為準(zhǔn)噶爾盆地西北緣油氣勘探的主力層系之一，自下而上可細(xì)分為烏一段、烏二段、烏三段［7］。沙灣凹陷的形成受到多期構(gòu)造運動控制導(dǎo)致基底被抬升，從而產(chǎn)生一系列不整合面和斷裂，構(gòu)成了油氣運移的通道［25］。構(gòu)造運動后期，停止活動的斷裂對已成藏的油氣起到了封閉作用，使得沙灣凹陷西斜坡處于油氣成藏的有利構(gòu)造位置。沙灣凹陷西斜坡緊鄰沙灣凹陷生烴區(qū)，是油氣長期匯聚成藏的有利指向區(qū)，成藏條件十分有利［26］，然而向凹陷部位，尤其是在沙灣凹陷西北環(huán)帶，即中拐凸起坡下地區(qū)勘探程度極低（圖1），其中上烏爾禾組廣泛發(fā)育扇三角洲前緣亞相以及濱淺湖亞相［25］，面積廣，勘探程度低，勘探潛力較大。

2 沙灣凹陷灘壩砂的發(fā)現(xiàn)

2.1 灘壩砂石油地質(zhì)特征

2.1.1 灘壩砂發(fā)育的地質(zhì)背景及沉積特征

灘壩砂通常發(fā)育在湖岸拐彎處、水下古隆起處、三角洲側(cè)緣處和開闊濱淺湖處，主要受到波浪作用和沿岸流作用的影響，波浪作用主要控制灘壩砂體的粒度以及垂直湖岸線方向的分布特征，而沿岸流則控制灘壩砂體平行湖岸線方向的分布特征。東濮凹陷在沙四段沉積期發(fā)生斷陷形成蘭聊斷層，蘭聊斷裂帶大規(guī)模發(fā)育扇三角洲平原及前緣［27］。由于前端地形較陡，發(fā)生斷陷之后，河流相快速衰退，灘壩砂體在扇三角洲兩翼的緩坡區(qū)內(nèi)發(fā)育，在湖浪的改造作用下灘壩砂體平行于湖岸線分布。灘壩砂單層厚度薄，橫向變化快，連續(xù)性差，常由多個旋回疊置而成，垂向上多呈細(xì)-粗-細(xì)復(fù)合粒序或向上變粗的反粒序［25］。

2.1.2 灘壩砂油氣賦存特征

灘壩砂巖通常易形成巖性圈閉和構(gòu)造-巖性圈閉，灘壩儲層物性好、靠近油源、具備完善的生儲蓋組合，有利于油氣的富集成藏，屬于典型的巖性油氣藏［28］。通過對灘壩砂有利儲集體分布進(jìn)行分析，并對其油氣成藏條件及富集規(guī)律進(jìn)行研究，認(rèn)為油氣富集成藏的關(guān)鍵在于構(gòu)造和有利儲層的匹配關(guān)系；指出了油氣主要來源于臨近層的烴源巖，儲集空間主要為厚度較大、較為發(fā)育的灘壩砂體，構(gòu)造作用產(chǎn)生的斷裂溝通了烴源巖和儲集層，成為油氣運移的主要通道［29-31］?？傊?，灘壩砂油氣的賦存不僅要有臨近層烴源巖作為油氣來源，還要發(fā)育有利儲集空間來賦存油氣，更為重要的是構(gòu)造運動產(chǎn)生的斷裂對二者的有效溝通。

2.2 瑪湖—沙灣凹陷上烏爾禾組沉積特征

2.2.1 瑪湖地區(qū)為緩坡帶，發(fā)育扇三角洲前緣亞相

選擇瑪湖—沙灣地區(qū)5 塊高密度三維地震資料（總面積達(dá)5 700 km2），通過精細(xì)層位標(biāo)定，確定目的層的地震響應(yīng)特征，遵循層序?qū)Ρ鹊脑瓌t加密解釋到小層，利用獲得的地震層位數(shù)據(jù)，進(jìn)行古地貌精細(xì)成圖［圖2（a）］。古地貌恢復(fù)表明，目的層在瑪湖地區(qū)坡度較緩，平臺區(qū)發(fā)育。

結(jié)合前人的研究成果［23-24，32-34］以及該區(qū)鉆井、測井、巖心等資料分析，獲得瑪湖-沙灣地區(qū)上烏爾禾組沉積相圖［圖2（b）］。結(jié)果表明，瑪湖地區(qū)扇三角洲前緣亞相發(fā)育，面積大，向前延伸得較遠(yuǎn)。

從連井剖面上可以看出（圖3），上烏爾禾組普遍發(fā)育有大套較厚層塊狀砂礫巖，為典型的扇三角洲前緣亞相特征，進(jìn)一步證實瑪湖地區(qū)寬緩的平臺區(qū)是扇三角洲前緣亞相發(fā)育區(qū)。

2.2.2 沙灣地區(qū)為陡坡帶，發(fā)育濱淺湖亞相灘壩砂

與瑪湖地區(qū)不同的是，沙灣地區(qū)為陡坡帶［圖2（a）］，目的層很快入湖，結(jié)合灘壩砂發(fā)育特征，在濱淺湖內(nèi)很可能發(fā)育灘壩砂。此外，沙灣凹陷主扇體兩翼的濱湖面積大、離岸近，是灘壩砂發(fā)育十分有利的地區(qū)。

近期重大發(fā)現(xiàn)井ST1 井的鉆探結(jié)果表明，沙灣地區(qū)發(fā)育灘壩砂（參見圖1）。從ST1 井單井圖上可看出，目的層巖性以褐灰色砂礫巖、灰色粉砂巖及灰色泥巖互層為特征，局部夾雜較厚層泥巖段，逆粒序特征明顯。自然伽馬曲線呈漏斗狀、指狀，漏斗狀對應(yīng)層段反映出下細(xì)上粗的逆粒序特征，表明向上水流能量加強(qiáng)，分選逐漸變好；指狀對應(yīng)層段反映出巖性粗細(xì)的交替變化，表明沉積過程中水動力快速變化，代表淺水環(huán)境，故解釋為灘壩砂沉積。

將ST1 井目的層的典型巖性剖面及測井曲線進(jìn)行了局部放大（圖4），可以看出，上烏爾禾組從測井相上分析屬于濱淺湖亞相，儲層為灘壩砂體，該相帶受到水流反復(fù)淘洗，一般泥質(zhì)含量較低，測井顯示泥巖聲波時差非常大，具有明顯的欠壓實特征，使得儲層保留了較大的孔隙空間，儲層品質(zhì)好。此外，通過對測井曲線的分析，巖性剖面與測井曲線的匹配性較好，可以劃分出3 套灘壩砂體，砂壩主體巖性主要為砂礫巖、中粗砂巖，測井曲線表現(xiàn)為中高電阻率，中低密度，中低聲波時差。

巖心觀察是沉積相確定的重要依據(jù)之一。位于扇三角洲前緣亞相的上烏爾禾組發(fā)育有厚層塊狀砂礫巖、河道沖刷面、正粒序［圖5（a）—（b）］，具有典型的河道特征，而位于濱淺湖亞相的上烏爾禾組層序界面為漸變，無河道沖刷面［圖5（c）—（d）］，逆粒序特征明顯，進(jìn)一步證實了本文的觀點。另外，S12 井鉆遇部分目的層，從單井來看也具有明顯灘壩砂特征。

2.3 灘壩砂儲層地球物理特征

2.3.1 振幅屬性特征

通過精細(xì)標(biāo)定及敏感性分析表明，目的層對振幅較為敏感，能夠較好地區(qū)分儲層與非儲層。對研究區(qū)進(jìn)行振幅屬性提取（圖6）。

結(jié)果表明，沿NW—SE 方向振幅能量由強(qiáng)變?nèi)?，中間存在過渡區(qū)域，能量呈條帶狀分布在強(qiáng)振幅周緣。西北地區(qū)振幅能量較強(qiáng)（紅色、黃色），分布較為集中，為三角洲平原沉積；東南地區(qū)呈現(xiàn)中弱振幅特征（藍(lán)色、綠色），代表濱淺湖沉積；中間過渡區(qū)域（黃色、綠色）表現(xiàn)為中等振幅，代表了三角洲前緣沉積；鉆井證實平面分布具有一致性。另外，在濱淺湖區(qū)域發(fā)育有數(shù)量不等，大小不一的中強(qiáng)振幅（紅色、黃色）帶，這些振幅帶平行于湖岸線成帶狀分布，具有灘壩砂體的沉積特征［24］。

2.3.2 沿層切片特征

沿層切片具有較好的等時意義，其能夠反映相對等時地史時期內(nèi)的地質(zhì)體展布特征，尤其是灘壩砂這種單層厚度較薄，砂泥巖互層現(xiàn)象明顯，對地震的響應(yīng)影響較大，在地震剖面上難以識別，在沿層切片上能較好地反映出來。因此，在地質(zhì)模式指導(dǎo)下，沿層切片可以較為精確地刻畫灘壩砂體。對重點三維地震資料進(jìn)行沿層切片（圖7）。

從該切片上可以清晰地看出中強(qiáng)振幅（紅色、黃色）在濱淺湖區(qū)域呈明顯的多排條帶狀展布，方向為北東—南西向，與湖岸線平行。在三角洲平原區(qū)域，振幅能量較強(qiáng)，但分布較為分散；在三角洲前緣區(qū)域，依舊呈現(xiàn)為中弱振幅特征（黃色、綠色）?？傮w上切片平面特征與該區(qū)沉積相分布具有很好的一致性，且濱淺湖內(nèi)灘壩砂特征明顯。

2.4 灘壩砂平面分布特征

在地質(zhì)模式的指導(dǎo)下，結(jié)合地震屬性分析和沿層切片技術(shù)，精細(xì)刻畫了研究區(qū)的灘壩砂體（圖8）。灘壩砂的平面分布受古地貌控制，其更易在陡坡帶前端聚集，可能是由于緩坡帶扇三角洲前緣亞相延伸較遠(yuǎn)，牽引流作用為主，大規(guī)模前緣亞相沉積占主導(dǎo)地位，而湖泊作用較弱，致使灘壩砂不發(fā)育。灘壩砂主要發(fā)育在沙灣凹陷西北環(huán)帶，其平行于湖岸線呈條帶狀分布在扇三角洲主扇體兩翼前端的濱淺湖內(nèi)。灘壩砂個體小，但數(shù)量多，成排成帶出現(xiàn)，最大者面積可達(dá)15 km2。兩扇之間的濱淺湖亞相為灘壩砂集中發(fā)育區(qū)，成排成帶的灘壩砂在平面上聚集形成了規(guī)模儲層發(fā)育帶。將本次刻畫灘壩砂分為南帶和北帶（圖8），其中南帶為灘壩砂發(fā)育主體，儲層面積合計160 km2。因此，準(zhǔn)噶爾盆地沙灣凹陷上烏爾禾組灘壩砂有利儲層分布廣、面積大，是下一步規(guī)?？碧叫骂I(lǐng)域。

3 沙灣凹陷灘壩砂油氣成藏潛力

3.1 烴源巖

沙灣凹陷位于油氣運移的主要指向區(qū)，屬于油氣成藏的有利構(gòu)造位置。沙灣凹陷除了臨近瑪湖凹陷和盆1 井西凹陷兩大生烴凹陷，其自身也是一富烴凹陷，油氣來源極其豐富，縱向上石炭系、二疊系佳木河組和上烏爾禾組、三疊系、侏羅系等均有油氣發(fā)現(xiàn)，展現(xiàn)出多層系含油、多源供烴、多期成藏的特征［20］（圖9）。沙灣凹陷內(nèi)烴源巖發(fā)育的主力層段涵蓋二疊系佳木河組、風(fēng)城組以及下烏爾禾組，烴源巖主體埋深超過6 000 m，厚度較大、分布廣泛，具備大規(guī)模生烴條件［25］。此外，研究區(qū)距離沙灣凹陷14 km，距離盆一井西凹陷18 km，距離瑪湖凹陷24 km，三源距離均較近，油氣可有效運移到研究區(qū)，是典型的遠(yuǎn)源運移模式。油源對比分析表明，研究區(qū)原油性質(zhì)差異極大，油源來自不同的生烴凹陷，具有明顯的運移效應(yīng)，說明該區(qū)具有多源供烴的特點，烴源巖條件十分優(yōu)越。

3.2 輸導(dǎo)體系

沙灣凹陷西斜坡主要經(jīng)歷了3 期構(gòu)造運動，發(fā)育五大繼承性古鼻凸，伸入生烴凹陷，鼻凸兩側(cè)發(fā)育3 期大型斷穿基底的斷裂，斷裂活動持續(xù)時間長、斷距大、延伸距離遠(yuǎn)，能有效溝通深層油氣源或直接溝通烴源巖，輸導(dǎo)條件良好［25-26］（圖10）。海西期，大型逆斷層發(fā)育，斷距較大，在斜坡區(qū)斷開層位為石炭系—二疊系，下烏爾禾組、風(fēng)城組等地層在此時尖滅。印支期，主要發(fā)育大型走滑斷層，斷距較小，主要分布在構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶，在平面上形成走滑斷裂發(fā)育帶，斷開的層位是下二疊統(tǒng)—中三疊統(tǒng)，有效溝通烴源巖，并控制油氣垂向輸導(dǎo)。早—中燕山期，形成一系列正斷層，斷距偏大，主要分布在斜坡區(qū)，斷開的層位是三疊系—侏羅系，控制淺層圈閉的形成和油氣調(diào)整。

3.3 圈閉體系

沙灣凹陷斜坡區(qū)在印支期與燕山期發(fā)育的2期斷裂［25］，不僅對厚層砂體形成有效的封堵作用，而且將區(qū)內(nèi)與之正交的砂體正好錯斷，從而形成斷層巖性圈閉。此外，沙灣地區(qū)砂體展布與斷裂的平面匹配也較好，易于形成斷層-巖性圈閉群（參見圖9）。其中，印支期北西—南東向走滑斷裂以及燕山期北西—南東向正斷裂與北東—南西向展布的灘壩砂體相交匹配形成了一系列的斷層-巖性圈閉群。

綜上所述，沙灣地區(qū)灘壩砂體展布與斷裂的整體匹配性較好，發(fā)育斷層巖性圈閉，且空間上呈現(xiàn)“縱向疊置、橫向連片”的分布形式，巖性目標(biāo)眾多，具備形成集群式分布斷層-巖性油氣藏的圈閉條件。

4 灘壩砂油藏發(fā)現(xiàn)的勘探意義

4.1 為沙灣地區(qū)灘壩砂油藏勘探提供模型指導(dǎo)

繼ST1 井突破之后，沙灣凹陷成為油氣勘探的熱點地區(qū)，而上烏爾禾組作為主要產(chǎn)油層，勢必會加大勘探力度，探索儲量分布規(guī)律，以求沙灣凹陷的全面突破。

灘壩砂沿湖岸線呈帶狀展布，領(lǐng)域規(guī)?？捎^。受多期扇三角洲和多期湖進(jìn)、湖退的影響，可能在某個地質(zhì)時期內(nèi)有多個灘壩砂發(fā)育期。由此，灘壩砂會形成“橫向成排成串、縱向交叉疊置”的組合樣式，從而為在沙灣地區(qū)尋找更多的灘壩砂提供了模型指導(dǎo)。

4.2 為準(zhǔn)噶爾盆地“大瑪湖”提供新的勘探領(lǐng)域

由于灘壩砂形成的特定地質(zhì)環(huán)境，在其上方和上傾方向均為濱淺湖亞相泥巖，因而具有良好的蓋層條件和側(cè)向封堵條件，易形成良好的巖性圈閉，一旦有油源供給，就很容易形成巖性油氣藏。或者說，只要找到灘壩砂并存在良好的油氣輸導(dǎo)，鉆探這類灘壩砂的成功率就會相對較高。

其次，瑪湖勘探近年來最大的問題在于尋找接替領(lǐng)域，目前最現(xiàn)實且有希望的2 個領(lǐng)域是：瑪湖自東向南擴(kuò)展，為盆1井西凹陷東北環(huán)帶；自西向南擴(kuò)展，為沙灣凹陷西北環(huán)帶。自此提出了“大瑪湖”的概念。針對“大瑪湖”，灘壩砂的勘探有望成為新的勘探領(lǐng)域。

5 結(jié)論

（1）準(zhǔn)噶爾盆地沙灣凹陷上烏爾禾組沉積期坡度較陡，前端濱淺湖亞相內(nèi)發(fā)育灘壩砂沉積，其主要位于主扇體兩翼，沿湖岸線成帶狀分布，分布面積大。

（2）沙灣凹陷具有多源供烴的特征，2 種輸導(dǎo)類型有效溝通烴源巖，并且砂體展布方向與斷裂方向正交，易于形成斷層巖性圈閉群，成藏條件十分優(yōu)越。

（3）灘壩砂油藏的發(fā)現(xiàn)及落實，為沙灣地區(qū)灘壩砂油藏勘探提供模型指導(dǎo)，同時為準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖大油田的拓展提供新的勘探領(lǐng)域。