准噶尔盆地玛湖凹陷的油气勘探始于斜坡外高部位的断裂带。20世纪90年代, 勘探家们提出了"跳出断裂带, 走向斜坡区"的整体勘探思路, 至此, 斜坡区成为了油气勘探重点之一^[1-2]。2012年以来, 玛湖凹陷中深层三叠系百口泉组和二叠系上乌尔禾组的油气勘探接连获得重大突破, 陆续发现了多个大型砾岩油藏, 最终形成了现今"十亿吨级"的玛湖特大型砾岩油田^[3-5], 但斜坡区的浅层勘探进展较慢, 本次研究所涉及的"浅层"为位于主力规模产油层上乌尔禾组和百口泉组之上的几个埋藏相对较浅的层系, 包括三叠系的克拉玛依组(T₂ k)和白碱滩组(T₃ b), 侏罗系的八道湾组(J₁ b)和三工河组(J₁ s), 平均埋藏深度小于2 500 m, 储层物性好, 也是玛湖地区重要的高产层系。20世纪90年代初, 断裂带附近的三叠系白碱滩组在446井区、B21井区和七中东区等发现了3个油藏, 累计探明储量超过千万吨, 但之后数十年没有新的发现。克拉玛依组的勘探起步也较早, 1994年钻探的M4井和1995年钻探的M006井均未获成功。侏罗系勘探始于2003年, 先后部署上钻的M8, M10, M12和M14等探井见到不同程度的油气显示, 但均未获得重大突破; 之后针对中拐凸起侏罗系钻探的G8井发现了G8、G201等油藏, 但后期储量升级困难^[6]。至此, 浅层勘探被定性为"有点无面、不宜专探、适合多层系兼探", 随后浅层勘探陷入沉寂期。

2014年以来浅层油气资源开始受到重视, 同时FN401井和M27井的克拉玛依组、MZ4井和MH401井的白碱滩组、AH12井和M612井的八道湾组、M26井和MH041井的三工河组均获高产工业油气流^[7]。2018年11月, MH015井在八道湾组获得日产原油405.6 t、日产气3.6万m3, 创新疆油田公司单井产量历史新高, 展现了浅层高效开发的良好前景, 然而后续相继部署钻探的AH15, M622, M623, M30, M261等专层探井均未获得发现^[8], 预示着该区浅层油藏勘探难度大、非均质性较强。本次研究从斜坡区浅层基本石油地质条件入手, 依据录井、测井、三维地震、岩心分析化验资料, 开展斜坡区浅层的储层特征、储盖组合、输导条件和成圈条件研究, 刻画其成藏模式和有利区分布规律, 以期指导玛湖地区浅层的油气勘探。

玛湖地区位于准噶尔盆地西北部(图 1), 晚二叠世之前研究区处于持续推覆挤压阶段, 之后由于盆地的整体抬升, 研究区部分地层遭受剥蚀^[9-12], 三叠系百口泉组处于断坳转换阶段^[13], 主要发育扇三角洲沉积^[13-17], 其后玛湖地区进入了沉降-抬升的震荡发展阶段, 浅层地层形成于该时期。

图 1

Fig. 1

下载原图 图 1 准噶尔盆地玛湖凹陷斜坡区三工河组沉积相图 Fig. 1 Sedimentary facies of Sangonghe Formation in the slope area of Mahu Sag, Junggar Basin

克拉玛依组分为上亚组和下亚组, 为扇三角洲相沉积, 上部主要为灰色、绿灰色泥质粉砂岩、含砾泥质粉砂岩、砂砾岩, 与深灰色泥岩、砂质泥岩呈不等厚互层状, 下部以灰色砂砾岩、含砾泥质粉砂岩为主, 夹灰褐色、褐色泥岩^[18]。白碱滩组分上、中、下共3段, 主要为灰色、深灰色泥岩、泥质粉砂岩, 夹灰色、灰绿色砂砾岩、中-粗砂岩, 储层主要为辫状河沉积, 仅局部发育三角洲沉积^[19]。八道湾组以辫状河三角洲沉积为主^[20-23], 主力含油砂体为八道湾组一段的一砂组, 单砂体厚度一般为4~20 m, 岩性以灰色含砾细-中砂岩为主, 电性特征为块状和指状中高阻^[8]。三工河组自下而上亦分为3段, 为辫状河三角洲沉积, 第三段为主要目的层, 厚度约为140 m, 主要为灰色泥岩、灰色砂砾岩及少量细砂岩, 夹灰色泥质粉砂岩^[24-25](图 2)。

图 2

Fig. 2

下载原图 图 2 玛湖凹陷浅层综合柱状图 Fig. 2 Comprehensive stratigraphic column of shallow layer in Mahu Sag

玛湖凹陷西斜坡浅层储层岩性主要为中-细砂岩、砂砾岩[图 3(a)-(b)], 埋深为1 500~3 000 m, 孔隙类型主要为残余粒间孔, 其次为粒间溶蚀孔[图 3(c)-(d)]。根据AH12、M26、M30、AH15、MH015等21口井的岩心观察和物性分析, 可以得出储层厚度为2~8 m, 孔隙度为17.2%~21.8%, 平均为18.5%, 渗透率为0.01~546.00 mD, 平均为9.33 mD, 属于中孔-低渗储层。储层砂体主要为水下分流河道沉积, 湖平面上升晚期, 湖岸线继续向岸迁移, 牵引流作用减弱, 以滨浅湖亚相的泥岩沉积为主, 受阵发性构造活动的影响, 辫状河三角洲前缘的水下分流河道砂体在垂向上与滨浅湖亚相的泥岩构成了"泥包砂"结构^{[22, 26]}。湖侵晚期这几套"泥包砂"型水下分流河道砂体厚度较小, 横向变化快, 彼此不连通, 且"泥包砂"型水下分流河道砂体具有良好的顶板和底板条件, 为最有利的储集体。

图 3

Fig. 3

下载原图 图 3 玛湖凹陷浅层储层岩心及微观特征 （a）灰色砂砾岩，砾石呈次棱角—次圆状，分选较差，M27井，T2k，2 278.40~2 278.50 m；（b）灰绿色细砂岩，具平行层理，MH401井，T3b，2 711.50~2 711.70 m；（c）AH15井，J1s，1 739.53 m，剩余粒间孔；（d）剩余粒间孔，含少量粒间溶孔，M606井，J1b，2 707.48 m Fig. 3 Lithology characteristics and pore types of the shallow layer in Mahu Sag

利用玛湖斜坡23块三维地震资料和100余口钻井资料开展了4套目的层段的河道砂体预测, 以三工河组三段的一砂组为例, 通过精细地震解释, 恢复了玛湖凹陷斜坡区三工河组三段一砂组的古地貌图[图 4(a)], 结合9口井的地层倾角测井资料和11口井的重矿物数据, 解译了水流平面展布。此外, 叠前反演结果[图 4(b)]对水下分流河道砂体的分布进行了佐证, 其与古地貌解译成果在平面上吻合度高, 进一步增加了砂体预测的可靠性。预测4套河道砂体面积总计7 143.5 k m², 其中三工河组一段一砂组水下分流河道砂体面积约为1 988 km², 八道湾组一段一砂组水下分流河道砂体面积约为2 024.8 km², 白碱滩组三段水下分流河道砂体面积约为1 243.5 km², 克拉玛依上亚组二段水下分流河道砂体面积约为1 887.2 km²。总体上, 浅层4套目的层储层规模大, 埋藏浅, 物性好, 具备形成集群式分布的岩性油气藏的储层条件。

图 4

Fig. 4

下载原图 图 4 玛湖凹陷斜坡区三工河组三段一砂组古地貌图(a)及叠前反演平面图(b) Fig. 4 Palaeogeomorphological map(a)and prestack inversion(b)of sand group 1 of the third member of Sangonghe Formation in the slope area of Mahu Sag

玛湖凹陷浅层沉积时发育3期规模较大的湖侵^[27-28], 形成了3套区域性泥岩层, 分别为白碱滩组一段泥岩、八道湾组二段泥岩和三工河组三段泥岩, 可作为优质盖层。根据垂向上岩性分布规律, 结合油气显示情况, 3套区域性泥岩与其下伏的初始湖泛期形成的砂体组成了3套有利的储盖组合(图 5)。第1套储盖组合主要特征为:以克拉玛依组扇三角洲前缘水下分流河道砂体为主要储层, 自下而上含有多套沉积旋回, 对应多套河道砂体, 其上覆白碱滩组一段为巨厚的区域性湖相泥岩, 可作为优质盖层。第2套储盖组合主要特征为:储层段为白碱滩组二段扇三角洲前缘水下分流河道砂体和八道湾组一段辫状河三角洲水下分流河道砂体, 水下分流水道砂体粒度较粗, 淘洗充分, 储集物性好, 目前研究区已发现油气大多储集于水下分流河道砂体中; 八道湾组二段主要发育一套泥岩, 局部夹有泥质粉砂岩和煤层, 为前三角洲和泛滥平原沉积, 具有良好的封盖性能; 白碱滩组二段最下部的河道沉积和八道湾组一段最上部紧邻湖泛面的一套河道砂体均为优质储集层。第3套储盖组合主要特征为:以三工河组辫状河三角洲水下分流河道砂体为主要储集体, 其上覆地层为前三角洲湖相泥岩, 为区域性盖层; 最上部紧邻湖泛面的河道沉积为三工河组三段一砂组, 也是优质储集层。

图 5

Fig. 5

下载原图 图 5 玛湖凹陷三叠系克拉玛依组-侏罗系三工河组连井剖面 Fig. 5 Comparison of reservoir-cap assemblages of Triassic Karamay Formation and Jurassic Sangonghe Formation in Mahu Sag

由于浅层断裂的断距较小, 一般为5~10 m^[7-8], 导致油气大部分集中分布于上述3套储盖组合中上部的薄层储层中, 厚度较大的储层往往不易成藏, 且3套储盖组合纵向上相互叠置, 往往一口钻井就能在多个储盖组合内获得油气, 例如近期钻探的AH12井, 在第1套和第2套储盖组合中获得了油气, M26井是在第1套和第3套储盖组合中获得了油气。3套储盖组合纵向上相互叠置, 平面上连片分布。

准噶尔盆地玛湖凹陷主要发育下二叠统佳木河组和风城组2套烃源岩层^[29-31], 而断裂是油气垂向运移的通道, 控制了油气运移的方向和油藏分布, 按照断裂在成藏过程中的作用, 可划分为深部油源断裂和浅部油藏断裂^[7]。玛湖凹陷斜坡区主要经历了3期构造运动, 形成了3期断裂^{[7, 32-35]}。海西期形成了近北东-南西走向的逆断层, 断距较大, 在斜坡区断开层位为二叠系-下三叠统, 这一期的断裂控制鼻隆的形成, 并有效沟通了烃源岩。印支期形成了一组与南北向挤压应力共轭的近北西-南东向走滑断层, 断距较小, 主要分布在构造转换带, 平面上形成了4个走滑断裂带, 断开的层位是二叠系-下侏罗统, 控制油气垂向疏导。燕山运动早期-中期形成了近北东-南西向正断层, 断距较小, 分布在背斜的顶部和斜坡区, 断开的层位是三叠系-侏罗系, 控制浅层圈闭的形成和油气调整。

玛湖凹陷斜坡区浅层主要发育印支期和燕山期的2期断裂, 形成了2种纵向输导类型:一种是印支期走滑断裂, 直接与生油岩连通的输导类型; 另一种是燕山期正断层, 与深层逆断层共同构成的"接力"输导类型(图 6)。

图 6

Fig. 6

下载原图 图 6 玛湖凹陷浅层2种输导类型组合特征(AA′) Fig. 6 Combination of two types of shallow transport in Mahu Sag

玛湖地区浅层砂体展布与断裂匹配关系较好, 能够形成断块圈闭或断层-岩性圈闭(图 7)。以三工河组三段一砂组为例, 浅层河道砂体整体呈北东-南西和北西-南东向展布, 被浅层与之正交的2期断裂切割, 从而形成断块和断层-岩性圈闭群(图 8)。其中印支期北西-南东向的走滑断裂、燕山期北东-南西向的正断裂均与北东-南西向展布砂体相交, 形成了一系列的断层-岩性圈闭; 在斜坡区西端断裂带附近的2个不同方向的断裂相交, 则形成了断块圈闭群。三工河组三段2类圈闭群总面积可达1 132 km²。其他目的层也具有同样的圈闭形成条件和特征。因此, 玛湖富烃凹陷斜坡区浅层断块或断层-岩性圈闭均具有集群式分布的特征, 且纵向上叠置、平面上连片分布。通过这一解剖, 可有效指导井位部署和多层位射孔的油气开采。

图 7

Fig. 7

下载原图 图 7 玛湖凹陷三工河组三段地震剖面(剖面位置BB′) Fig. 7 Seismic interpretation section of the third member of Sangonghe Formation in Mahu Sag

图 8

Fig. 8

下载原图 图 8 玛湖凹陷三工河组三段断裂与砂体叠合图 Fig. 8 Superposition of faults and sand bodies of the third member of Sangonghe Formation in Mahu Sag

准噶尔盆地玛湖凹陷主要发育下二叠统佳木河组和风城组2套烃源岩层^[29-31], 其中风城组为主力烃源岩。油气源对比分析结果表明, 浅层油气与百口泉组油气的地球化学指标相似(图 9), 具有同源特征, 并且浅层油气普遍较百口泉组油气偏轻质, 具有明显的运移效应, 表明二叠系生成的油气沿海西期逆断层运聚至百口泉组圈闭成藏, 然后继续沿印支期走滑断层和燕山期正断层向上运移, 充注至浅层圈闭成藏。因此, 玛湖富烃凹陷斜坡区百口泉组与浅层表现为"接力成藏"特征(图 10), 浅层的富集区与百口泉组的富集区具有一定的继承性。这是目前在西斜坡百口泉组富集区带浅层勘探成功率相对较高的重要原因。

图 9

Fig. 9

下载原图 图 9 玛湖凹陷AH12井原油地球化学参数对比 Fig. 9 Comparison of crude oil geochemical parameters of well AH12 in Mahu Sag

图 10

Fig. 10

下载原图 图 10 玛湖凹陷浅层接力成藏模式 Fig. 10 Shallow relay reservoir-forming model in Mahu Sag

百口泉组的油气分布受源储配置控制, 可分为强充注带、中等充注带和弱充注带等3个区带, 其富集程度逐渐降低, 浅层也表现出同样的特征, 玛湖凹陷东斜坡浅层以产水为主, M26和AH12等高产油气井均位于百口泉组强充注带范围内, 且深层百口泉组和上乌尔禾组已发现特大型砾岩油田, 总资源量超过10亿t。因此, 具有继承性油气分布特征的浅层勘探潜力巨大。

通过开展AH12井区八道湾组油藏精细解剖发现, AH12井区八道湾组一段按断裂和砂体匹配关系可分为13个藏(图 11), 断距较大的断裂能够断开薄砂体, 进而形成有效断层-岩性圈闭, 如AH12井、M606井、M612井揭示的油气藏均是如此。早期按照断块的思路在距离AH12井约2 km的区域部署了专探八道湾组一段的AH15井, 产水。通过本次油藏精细解剖发现, AH15井与AH12井不属于同一个油藏, AH12井依靠北西-南东向的断裂切割北东-南西向展布的砂体, 形成了断层-岩性油气藏, 而AH15井所钻遇的砂体成北西-南东向展布, 被北东-南西向断裂封堵而形成了断层-岩性圈闭, AH15井位于圈闭低部位, 因此, 在AH12井高部位钻探的AH15井失利, 表明断裂与砂体匹配也是油气成藏的关键因素。

图 11

Fig. 11

下载原图 图 11 玛湖凹陷AH12井区八道湾组一段油藏分布特征 Fig. 11 Reservoir distribution of the first member of Badaowan Formation in AH12 well block of Mahu Sag

利用源储配置、断裂分布和砂体展布等三大因素开展玛湖西斜坡浅层4套目的层的综合评价, 划分出2类有利区带, 分别为Ⅰ类和Ⅱ类, 其中Ⅰ类区带的主要特征为:源储配置较好, 位于强充注带, 断裂和砂体匹配好; Ⅱ类区带的主要特征为:源储配置较好, 位于强充注带, 断裂和砂体匹配差。评价结果显示, Ⅰ类有利成藏区圈闭面积约为4 939 km², Ⅱ类有利成藏区圈闭面积约为955 km2。参考AH12井区八道湾组控制储量区块的油藏参数, 圈闭资源量采用容积法进行估算, 其计算公式为

式中:N_Z为圈闭石油资源量, 万t; A_o为含油面积, km²; h为有效厚度, m; φ为有效孔隙度, %; S_oi为原始含油饱和度, %; ρ_o为原油密度, g/cm³; B_oi为原始原油体积系数。

Ⅰ类有利成藏区圈闭面积计算的总资源量约为5.3亿t, 同时考虑到浅层圈闭成藏的复杂性, 圈闭资源量的估算可以用钻井成功率进行校正, 从而获得较为可靠的数据。因此, 选取钻井较多的AH12井区八道湾组一段以及M26井区三工河组三段、M30井区克拉玛依上亚组和MH401井区白碱滩组三段, 4套目的层系的圈闭钻井成功率为50%, 55.6%, 62.5%和52.5%, 用该数据乘以对应4套目的层系的圈闭资源量, 从而初步估算本区圈闭资源量约为2.8亿t, 展现了玛湖浅层巨大的勘探潜力。

(1) 准噶尔盆地玛湖凹陷斜坡区浅层4套目的层储层规模大、埋藏浅、物性好, 具备形成集群式分布的岩性油气藏的储层条件; 浅层3套区域性泥岩与其下伏的初始湖泛期形成的砂体共同组成了3套有利的储盖组合, 纵向上相互叠置, 平面上连片分布; 3期断裂及其有效组合为玛湖西斜坡浅层提供了良好的油气运移通道, 且浅层砂体展布与断裂匹配较好, 能够形成断块圈闭群或断层-岩性圈闭群, 2种类型圈闭均具有集群式分布的特征, 成圈条件优越。

(2) 准噶尔盆地玛湖凹陷斜坡区浅层油气与深层同源, 表现为"接力成藏"特征, 二叠系生成的油气沿海西期逆断层运聚至百口泉组圈闭成藏, 部分继续沿印支期走滑断层和燕山期正断层向上运移, 充注至浅层圈闭而再成藏, 浅层的富集区带与深层的富集区带具有一定继承性, 且深层百口泉组和上乌尔禾组已发现特大型砾岩油田, 总资源量超过10亿t。具有继承性发育特征的浅层, 初步估算圈闭资源量可达2.8亿t, 展现了玛湖浅层巨大的勘探潜力, 勘探前景广阔。