白家海地區(qū)下侏羅統(tǒng)三工河組高分辨層序地層格架內(nèi)巖性油氣藏研究

于景維,張慶偉,祁利祺,于美琪,張曉童,潘鳳超,褚旭

(1.中國石油大學(xué)(北京)克拉瑪依校區(qū) 新疆 克拉瑪依 834000；2.新疆油田公司勘探開發(fā)研究院中亞所 新疆 克拉瑪依 834000)

中國第二大內(nèi)陸盆地準(zhǔn)噶爾盆地位于新疆北部，由于其復(fù)雜的構(gòu)造背景(蔡忠賢等，2000)，造成盆內(nèi)全層系多層組含油，為重要的含油氣盆地之一(何登發(fā)等，2007；付爽等，2018；李彥舉等，2019);盆內(nèi)富烴凹陷周緣正向構(gòu)造單元為油氣勘探重點(diǎn)(況軍等，2006)。阜康凹陷是盆內(nèi)重要生烴凹陷之一(王嶼濤等，1994；喬錦琪等，2016)，為其周緣多層系油藏形成提供油氣來源(柳妮等，2014；于景維等，2016)。白家海凸起位于阜康凹陷北部，有利的構(gòu)造背景及成藏條件使其成為重要的油氣聚集區(qū)(薛新克等，2000；況昊，2012)。

自20世紀(jì)90年代以來，隨著白家海凸起油氣勘探工作的逐漸展開，研究工作不斷深入，在侏羅系取得了一定的勘探研究成果(章學(xué)剛等，2011；連小翠等，2011；吳堅(jiān)等，2011；龐秋維等，2011；況昊等，2012；楊飛等，2012)，尤其是在白家海凸起東北部地區(qū)發(fā)現(xiàn)了彩南油田(丁安娜等，1997；陳建平等，2004)，為新疆油氣勘探的發(fā)展做出巨大貢獻(xiàn)。隨著油氣勘探的深入，白家海凸起油氣勘探目標(biāo)逐漸轉(zhuǎn)向巖性油氣藏(陳萍等，2015)，勘探區(qū)域由東北部逐漸轉(zhuǎn)向西南部。

受限于資料類型及應(yīng)用的差異，前人對該地區(qū)侏羅系層序地層研究存在一定分歧，特別是下侏羅統(tǒng)三工河組層序地層格架并未統(tǒng)一(李興平等，1997；鮑志東等，2002；況昊，2012)，導(dǎo)致儲(chǔ)集砂體的展布及巖性油氣藏分布未能明確，阻礙三工河組巖性油氣藏進(jìn)一步勘探。因此，在前人研究的基礎(chǔ)上，筆者綜合研究野外露頭、鉆井巖心、測井及地震等多方面資料，建立三工河組高分辨層序地層格架；在此基礎(chǔ)上，對格架內(nèi)砂體分布模式進(jìn)行詳細(xì)探討，探索格架內(nèi)巖性油氣藏的分布特征，為三工河組巖性油氣藏勘探提供指導(dǎo)。

1 研究區(qū)概況

白家海凸起位于準(zhǔn)噶爾盆地中央隆起帶東段，為中央坳陷東部呈北東向展布的三級(jí)正向構(gòu)造單元(圖1)。凸起南面為阜康凹陷，北面為東道海子北凹陷，東北面為五彩灣凹陷；東南以沙西斷裂為界，與沙奇凸起和沙帳斷褶帶相鄰。由于白家海凸起東北部鉆井眾多，層序及沉積相研究已基本成熟，本次研究的范圍主要位于白家海凸起西南部地區(qū)(圖1)，這里鉆井相對較少，還沒有較大的勘探突破。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置圖

下侏羅統(tǒng)三工河組物源來自東北部克拉美麗山，自下而上分為三一、三二和三三段，整體發(fā)育辮狀河三角洲沉積體系(況昊，2012)。其中，三一段和三二段發(fā)育辮狀河三角洲前緣亞相，水下分流河道砂體覆于該區(qū)優(yōu)質(zhì)烴源巖八道灣組之上，有利油氣聚集；三三段發(fā)育大套前三角洲-湖泊泥巖，可作為區(qū)域性蓋層，整體儲(chǔ)蓋組合十分有利。三工河組總厚度為90～330 m，呈現(xiàn)西厚東薄的趨勢。研究區(qū)南部的小泉溝剖面辮狀河三角洲出露良好，有利于高分辨層序地層劃分研究。

2 高分辨層序地層格架的建立

2.1 旋回界面的識(shí)別

建立高分辨層序地層格架的伊始，為識(shí)別各個(gè)級(jí)別旋回界面，在露頭、巖心、測井及地震資料的基礎(chǔ)上歸納其相對獨(dú)特的表現(xiàn)形式(表1)(鮑志東等，2002；鄭榮才等，2002，2010；陳飛等，2009；于景維等，2014)。

表1 旋回界面成因特征、類型和識(shí)別標(biāo)志表(鄭榮才等，2010)

2.1.1 辮狀河三角洲前緣水下分流河道沖刷面

河道沖刷面是由垂向強(qiáng)烈的侵蝕作用所致，往往出現(xiàn)于河道底部(鮑志東等，2002；鄭榮才等，2002；于景維等，2014)。研究區(qū)三角洲前緣最為發(fā)育，野外大型河道沖刷面往往表現(xiàn)為粗粒物質(zhì)在細(xì)粒物質(zhì)中的充填界面，砂體由于受到河道遷移影響，表現(xiàn)為相互疊置，在地震剖面上表現(xiàn)為削截或者前積反射特征；巖心中的河道沖刷面上下非常明顯，往往為上粗下細(xì)，在電測曲線上表現(xiàn)為曲線突變(圖2)。

2.1.2 疊置組合突變面

該類層序界面上下由于沉積環(huán)境等發(fā)生變化，致使界面上下巖性特征或巖石疊置樣式發(fā)生改變(鄭榮才等，2002；陳飛等，2009；于景維等，2014)。三工河組巖心所反映沉的積環(huán)境變化主要體現(xiàn)在砂體顏色的改變，泥巖中碳屑含量增加或者煤線的出現(xiàn)。水體變淺或變深所形成的巖石組合在測井曲線上也會(huì)有相應(yīng)特征顯示。例如，進(jìn)積向退積組合的測井相轉(zhuǎn)換面(圖2)。

2.1.3 湖泛面

由于湖泛期水體較深，細(xì)粒物質(zhì)，如泥巖或碳質(zhì)泥巖便沉積下來，自然伽馬和自然電位曲線分別表現(xiàn)為高值和低值。本次研究長期基準(zhǔn)面旋回內(nèi)最大湖泛面位于三三段中大套深灰色前三角洲-淺湖泥巖，在地震上對應(yīng)波谷(圖2)；三一段和三二段時(shí)期研究區(qū)湖水較淺，其內(nèi)部所劃分中期基準(zhǔn)面旋回內(nèi)及短期基準(zhǔn)面旋回內(nèi)的湖泛面所對應(yīng)的泥巖厚度相對較小，顏色相對較淺。

2.2 高分辨層序地層格架的建立

在小泉溝野外剖面及巖心觀察的基礎(chǔ)之上(圖2)，利用區(qū)內(nèi)20余口鉆井，對以上各級(jí)界面綜合識(shí)別，同時(shí)考慮到研究區(qū)沉積構(gòu)造背景，將三工河組劃分為1個(gè)長期基準(zhǔn)面旋回(LSC1)，3個(gè)中期基準(zhǔn)面旋回(MSC1～MSC3)和9個(gè)短期基準(zhǔn)面旋回(SSC1～SSC9)。其中，長、中期旋回與巖性地層的組和段有很好的對應(yīng)關(guān)系(圖3)。以中期基準(zhǔn)面旋回為等時(shí)對比單元，建立高分辨層序地層格架(其中彩16井和白家8井三工河組未鉆穿)(圖4)。整體來看，靠近物源方向地層厚度較薄，向西南方向逐漸增大。中期旋回基本完整，頂?shù)妆憩F(xiàn)明顯，界面處測井曲線響應(yīng)有較好的對應(yīng)。

a.八道灣組與三工河組沖刷面(底界面)；b.三工河組與西山窯組沖刷面(頂界面)；c.三工河組內(nèi)部沖刷面；d.沖刷面，2 620.72 m，彩16井，三工河組；e.沖刷面，2 798.9 m，白家2井，三工河組

圖3 白家2井單井層序劃分與地震相對應(yīng)關(guān)系圖

圖4 研究區(qū)三工河組高分辨層序劃分與對比剖面圖

2.2.1 長期基準(zhǔn)面旋回

該旋回為對稱旋回，上升半旋回明顯大于下降半旋回厚度，按鄭榮才劃分基準(zhǔn)面旋回的基本結(jié)構(gòu)類型標(biāo)準(zhǔn)(鄭榮才等，2010)，該旋回屬于C(C1)型。

(1)LSC1上升半旋回。該半旋回對應(yīng)于三工河組中下部，厚度較大，包括MSC1、MSC2及MSC3的上升半旋回。辮狀河三角洲前緣分流河道砂體為骨架砂體，包括部分受坡折影響的滑塌砂體；巖性為灰色含礫細(xì)砂巖、中-細(xì)砂巖；伴隨著可容納空間的增大，沉積相由辮狀河三角洲前緣過渡為前三角洲-湖泊，自下而上泥巖厚度呈增大趨勢，砂巖厚度和粒度逐漸降低。在基準(zhǔn)面上升伊始，分流河道砂體往往呈孤立狀進(jìn)行充填，范圍較小；伴隨著基準(zhǔn)面的進(jìn)一步上升，由于物源充分供給，分流河道砂體逐漸由孤立狀向條帶狀，甚至是連片狀發(fā)育，范圍逐漸擴(kuò)大，砂體底部存在明顯沖刷現(xiàn)象；隨著基準(zhǔn)面的繼續(xù)上升，辮狀河三角洲前緣河道由進(jìn)積變?yōu)榧臃e，砂體連通性變差，泥巖厚度逐漸增加；等基準(zhǔn)面上升所產(chǎn)生的可容納空間同沉積物供給達(dá)到平衡，辮狀河三角洲前緣河道由加積變?yōu)橥朔e，其范圍逐漸縮小，砂體厚度逐漸變薄，分選及磨圓較好，整體構(gòu)成碳泥質(zhì)和有機(jī)組分增多的連續(xù)加深水進(jìn)序列。

(2)LSC1下降半旋回。該半旋回對應(yīng)于三工河組頂部，厚度相對上升半旋回明顯降低，對應(yīng)于MSC3的下降半旋回；辮狀河三角洲前緣席狀砂為骨架砂體，巖性為灰色粉砂巖、細(xì)粉砂巖；由于距離湖盆較近，基準(zhǔn)面的下降并未使該半旋回出現(xiàn)明顯的砂體進(jìn)積序列，整體以大套泥巖為主；基準(zhǔn)面下降初期，辮狀河三角洲體系已逐漸萎縮，發(fā)育加積序列，后期受地形、物源供給缺乏及湖平面下降緩慢等因素影響，旋回內(nèi)部主要以大套泥巖為主。

2.2.2 中期基準(zhǔn)面旋回

(1)MSC1旋回。該旋回為對稱旋回，上升半旋回和下降半旋回厚度一致。按鄭榮才劃分基準(zhǔn)面旋回的基本結(jié)構(gòu)類型標(biāo)準(zhǔn)(鄭榮才等，2010)，該旋回屬于C(C2)型，旋回整體厚度同三一段一致，包括SSC1～SSC3短期旋回?；鶞?zhǔn)面上升時(shí)期，分流河道沉積發(fā)育，多為孤立砂體，河道侵蝕作用不強(qiáng)；伴隨著基準(zhǔn)面的下降，分流河道砂體逐漸疊加，平面上可呈條帶狀，河道侵蝕作用強(qiáng)烈?？v向上砂體分布規(guī)律性較強(qiáng)，SSC1和SSC3時(shí)期，水下分流河道發(fā)育，砂體厚度相對較大；SSC3時(shí)期由于砂體不斷向前進(jìn)積，連續(xù)性要好于SSC1。

(2)MSC2旋回。該旋回在不同的位置上升半旋回和下降半旋回厚度不完全一致，但上升半旋回和下降半旋回都有保存。按鄭榮才劃分基準(zhǔn)面旋回的基本結(jié)構(gòu)類型標(biāo)準(zhǔn)(鄭榮才等，2010)，該旋回也屬于C型，旋回整體厚度同三二段基本一致，包括SSC4～SSC5。雖然基準(zhǔn)面旋回仍在上升，由于物源供給充分，致使MSC2上升半旋回發(fā)育的河道砂體整體厚度變大，基本大于10 m，而且連通性明顯好于MSC1旋回；伴隨著基準(zhǔn)面的下降，砂體進(jìn)積過程表現(xiàn)更為明顯?？傮w來看，MSC1～MSC2時(shí)期，基準(zhǔn)面上升緩慢，物源供給速率較快，湖岸線不斷向西南方向退去，辮狀河三角洲前緣的河道砂體不斷向西南方向進(jìn)積。由于河流作用較強(qiáng)，河口壩不發(fā)育。

(3)MSC3旋回。該旋回總體為對稱旋回。按鄭榮才劃分基準(zhǔn)面旋回的基本結(jié)構(gòu)類型標(biāo)準(zhǔn)(鄭榮才等，2010)，該旋回屬于C(C2)型，旋回整體厚度同三三段基本一致，包括SSC7～SSC9。大范圍湖侵使得研究區(qū)主要發(fā)育湖泊沉積；前期基準(zhǔn)面上升幅度較大及沉積物源的供給缺乏，致使MSC2旋回發(fā)育的河道砂體整體厚度明顯變小，雖形成席狀砂體，但連通性相對較好?；鶞?zhǔn)面上升和下降初期，席狀砂相對發(fā)育，其他時(shí)期主要發(fā)育大套泥巖。

3 格架內(nèi)巖性油氣藏研究

3.1 砂體分布模式

基準(zhǔn)面變化對于河道砂體類型及形態(tài)有很重要的控制作用(張興陽等，2006；陳飛等，2009；鄭榮才等，2010)。通過野外露頭、地震反演及連井剖面資料分析，結(jié)合砂體的連續(xù)性，發(fā)現(xiàn)水下分流河道砂體分布可總結(jié)為多種形態(tài)(圖5)。

圖5 研究區(qū)三工河組格架內(nèi)砂體分布模式圖

MSC1時(shí)期，砂體總體呈薄層疊置狀分布。其中，SSC1時(shí)期，砂體厚度相對較大，連通性不太好，以透鏡狀形式存在；SSC2時(shí)期，砂體厚度被分流間灣泥巖所隔，厚度最小，多層疊加，總體形成進(jìn)積疊置砂體；SSC3時(shí)期，砂體最厚，連通性相對較好，呈孤立河道狀分布。

MSC2時(shí)期，砂體總體呈厚層通道疊置狀分布。其中，SSC4時(shí)期，河道砂體厚度最小，但連通性很好；SSC5和SSC6時(shí)期，河道砂體為整個(gè)三工河組最厚，中間分流間灣隔層厚度較小，使得縱向和平面上河道整體連通性非常好，宛如“通道”一般。

MSC3時(shí)期，砂體總體呈薄層狀分布，平面上呈席狀。SSC7、SSC8和SSC9時(shí)期，河道砂體受湖平面上升影響很薄，而且薄層砂體延伸范圍不遠(yuǎn)，連通性相對較好，砂體垂向被厚層泥巖所隔。

3.2 巖性油氣藏縱向分布

研究區(qū)早侏羅世處于較穩(wěn)定的構(gòu)造背景，它控制著基準(zhǔn)面變化程度及層序發(fā)育模式(鄭榮才等，2010)。中長期基準(zhǔn)面的變化對于有利儲(chǔ)集砂體規(guī)模、厚度及質(zhì)量等特征具有直接的控制作用；而優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集砂體的分布對巖性油氣藏的形成有重要的影響。因此，基準(zhǔn)面的變化會(huì)造成巖性及油氣藏的分布。

研究區(qū)的烴源巖分布于三工河組底部八道灣組及三工河組的最大湖泛面附近，厚度較大，分布廣泛且有機(jī)質(zhì)含量較高，為區(qū)內(nèi)優(yōu)質(zhì)烴源巖。

長期基準(zhǔn)面上升期所形成的辮狀河三角洲前緣河道砂體，尤其是早期及中期形成的大套河道砂體同下伏八道灣組泥巖直接接觸，構(gòu)成下生上儲(chǔ)，以及側(cè)向生儲(chǔ)組合；上覆分流間灣泥巖及三工河組頂部大套泥巖可作為良好蓋層，有利于油氣聚集，形成透鏡狀巖性油氣藏。

長期基準(zhǔn)面下降期形成的辮狀河三角洲前緣席狀砂體位于最大湖泛面附近，“鑲嵌于”大套前三角洲-湖泊泥巖之中；薄但連續(xù)性好的席狀砂同旋回內(nèi)大套泥巖形成良好的生儲(chǔ)蓋組合，在最大湖泛面附近有利于形成相對面積較小的巖性油氣藏。

3.3 巖性油氣藏平面分布

在高分辨層序地層格架內(nèi)，在長期基準(zhǔn)面格架內(nèi)，以中期基準(zhǔn)面旋回為對比單元；依據(jù)大量地震資料，利用Stramagic軟件包對整個(gè)白家海凸起內(nèi)三工河組的3個(gè)段均方根屬性解釋；從生儲(chǔ)蓋組合角度在平面上對中期基準(zhǔn)面旋回內(nèi)巖性油氣藏的分布進(jìn)行預(yù)測。

MSC1時(shí)期：從白家海地區(qū)整體地震均方根振幅屬性圖中可發(fā)現(xiàn)(圖6a)，幾條較強(qiáng)顏色的振幅呈網(wǎng)狀延伸至西南部，判斷物源方向是北部及北東方向；強(qiáng)振幅區(qū)域主要分布在彩44井附近、阜北4井西部及南部區(qū)域，代表水下分流河道；結(jié)合砂地比等值線圖(圖6b)，砂地比超過10%的區(qū)域面積整體較大，反映出多期河道砂體交互疊置。對MSC1時(shí)期沉積微相分布圖分析(圖6c)，發(fā)現(xiàn)水下分流河道砂體多呈孤立狀，連通性一般，前積砂體受大套分流間灣泥巖封堵，同下伏八道灣組烴源巖可形成上生下儲(chǔ)式組合，有利于油氣聚集，形成“指狀”油氣藏，但面積相對不大。

MSC2時(shí)期:從白家海地區(qū)整體地震均方根振幅屬性圖中可發(fā)現(xiàn)(圖6d)，順工區(qū)東北—西南延伸方向，較強(qiáng)顏色的振幅呈片狀延伸至西南部，判斷物源方向是北部及北東方向；同時(shí)發(fā)現(xiàn)中-強(qiáng)振幅明顯增加，增加的部分主要分布在研究區(qū)北部、中部及西南部地區(qū)；結(jié)合砂地比等值線圖(圖6e)，砂地比超過10%的區(qū)域面積逐漸增加，整體呈朵葉狀展開；對MSC2時(shí)期沉積微相分布圖分析(圖6f)，水下分流河道砂體十分發(fā)育，厚度大且連通性好，可形成上生下儲(chǔ)式組合，理論上非常利于油氣聚集。但試油資料顯示，MSC2時(shí)期河道砂體過于“通透”，油氣經(jīng)過卻未遇阻擋而聚集(巖心砂體有油跡顯示)。因此，在研究區(qū)未能形成大面積巖性油氣藏。由于疊置砂體延伸遠(yuǎn)，分布廣，可能會(huì)在阜康凹陷湖盆中心大面積分布，向上緊鄰三三段優(yōu)質(zhì)烴源巖，形成下生上儲(chǔ)式低滲油氣藏。建議沿物源方向，對斷裂封閉或者砂體尖滅位置進(jìn)行多手段綜合勘探。

(a).白家海凸起地區(qū)MSC1均方根振幅；(b).研究區(qū)MSC1砂地比圖；(c).研究區(qū)MSC1沉積微相平面分布圖；(d).白家海凸起地區(qū)MSC2均方根振幅；(e).研究區(qū)MSC2砂地比圖；(f).研究區(qū)MSC2沉積微相平面分布圖；(g).白家海凸起地區(qū)MSC3均方根振幅；(h).研究區(qū)MSC3砂地比圖；(i).研究區(qū)MSC3沉積微相平面分布圖

MSC3時(shí)期：從白家海地區(qū)整體地震均方根振幅屬性圖中可發(fā)現(xiàn)(圖6f)，順工區(qū)東北—西南延伸方向，東西部2條較大面積的強(qiáng)振幅區(qū)域，判斷物源方向是北部及北東方向；受基準(zhǔn)面上升影響，研究區(qū)整體沉積體系也向東北進(jìn)行遷移，強(qiáng)振幅區(qū)域逐漸縮小，中-強(qiáng)振幅的連續(xù)性也較差，弱振幅的區(qū)域明顯增大，分布于研究區(qū)大部分區(qū)域；結(jié)合砂地比等值線圖(圖6g)，砂地比超過10%的區(qū)域面積明顯減少，最大砂地比不超過20%，整體呈條帶狀展開，面積分布最??；對MSC3時(shí)期沉積微相分布圖分析(圖6h)，水下分流河道砂體不太發(fā)育，厚度小且連通性差，較薄砂體疊置方式受湖平面上升影響為向東北方向退積，最終聚集于坡折帶附近；其搬運(yùn)距離較遠(yuǎn)，受湖水淘洗與沖刷，成分成熟度與結(jié)構(gòu)成熟度較好，更接近湖盆中心的三三段優(yōu)質(zhì)烴源巖(鄭金海等，2015)，更容易捕獲油氣；距離彩35井較近，位于研究區(qū)南部的阜16井三工河組砂體，其平均孔隙度為7.64%，平均滲透率為0.691×10-3μm2，在物性及地質(zhì)條件上同鄂爾多斯盆地延長組長7段及松遼盆地高臺(tái)子油層組相似(柳娜等，2014；施立志等，2015)?？紤]到埋深及成巖作用對于儲(chǔ)層的改造，很可能形成大片低滲油藏。

4 結(jié)論

(1)白家海地區(qū)下侏羅統(tǒng)三工河組劃分為1個(gè)長期旋回、3個(gè)中期旋回及9個(gè)短期旋回，并建立全區(qū)高分辨層序地層格架。

(2)區(qū)內(nèi)巖性油氣藏的分布受控于中長期基準(zhǔn)面的變化，長期基準(zhǔn)面上升初期及最大湖泛面附近易形成巖性油氣藏。其中，MSC1和MSC3時(shí)期，辮狀河三角洲前緣河道砂體和席狀砂體由于距離烴源巖近，泥巖對于砂體的封堵性較好，有利于油氣聚集，分別可形成指狀油氣藏和“小而肥”的巖性油氣藏；MSC2時(shí)期，辮狀河三角洲前緣河道砂體雖然最為發(fā)育，厚度及連通性最好，但無有效阻擋油氣運(yùn)移條件，使得油氣無法聚集成藏；推測MSC2內(nèi)辮狀河三角洲砂體在靠近湖盆中心及湖盆中心處有分布，很可能形成大片油氣藏。建議沿物源方向運(yùn)用綜合勘探，以期有所突破。