马朗凹陷条湖组致密油藏成藏特征与主控因素

刘俊田 陈 旋 李永林 王瑞英 任忠跃 曹 芮

（1.中国石油吐哈油田公司勘探开发研究院，新疆 哈密 839009；2.中国石油吐哈油田公司工程监督中心，新疆 鄯善 838202）

0 引言

三塘湖盆地位于新疆的东北部，北与蒙古接壤，南隔巴里坤盆地与吐鲁番—哈密盆地相望，盆地整体呈北西—南东向延伸，面积约2.2×104km2。自1992年对三塘湖盆地开展大规模的油气勘探以来，经过二十多年的勘探开发，取得了一系列的成果，相继发现了北小湖、石板墩、西峡沟、牛圈湖、牛东、马北和马中等多个含油气构造及油气田，纵向上已发现的含油气层位包括中生界侏罗系碎屑岩油藏以及古生界石炭—二叠系火山岩岩性油藏［1-3］。2012年，部署在三塘湖盆地马朗凹陷牛圈湖构造带东南部的X55井，首次在上二叠统条湖组火山碎屑岩地层中获得工业油流，随后X56井和L1井也相继在同一层位获得突破。系统解剖已知油藏［4-6］后认为：该油藏类型属于致密油藏。通过分析烃源岩、储集层、盖层等油气藏形成的基本要素，搞清条湖组致密油藏主控因素已成为该区油气勘探的主要任务，也成为寻找、探索三塘湖盆地新型油藏的一道难题。

1 油气成藏地质条件

1.1 区带构造演化特征

三塘湖盆地位于西伯利亚板块南部边缘，南以克拉美丽—麦钦乌拉缝合带与哈萨克斯坦板块及准噶尔盆地东北部紧邻。盆地在地史时期整体属于大陆边缘活动带，构造活动相当复杂。泥盆纪—石炭纪是该区火山活动最活跃的时期，盆地填充了巨厚的火山岩。二叠纪属于板内断陷盆地，芦草沟组沉积时期，盆地火山活动较弱，区内演化为半深湖相的沉积环境，沉积一套湖相泥岩、泥灰岩、砂岩夹火山岩；条湖组沉积期，为滨浅湖相，主要沉积一套巨厚火山岩（玄武岩、安山岩）、基性侵入岩夹灰绿色、深灰色泥岩、粉砂岩、凝灰岩，该时期火山活动活跃，发育厚层的火山岩及火山碎屑岩建造。三叠纪以来，受南北山系持续挤压，发育坳陷型沉积［7-8］。总之，三塘湖盆地处于西伯利亚板块增生大陆边缘，属叠合改造型盆地，石炭纪盆地整体处于弧后拉张盆地边缘，上覆沉积充填包括二叠纪陆内断陷盆地及中新生界山间盆地。本次条湖组致密油研究区马朗凹陷属于三塘湖盆地的二级构造单元。

1.2 地层特征

区域地层对比并结合马朗凹陷三维地震反射特征分析认为：马朗凹陷二叠系条湖组自下而上分为一、二、三段，一段岩性主要为火山熔岩；二段岩性主要为含凝灰质的火山碎屑岩及灰色泥岩，钻井揭示，该套地层分布较广，厚度介于40～390 m间，平均厚度约150 m，区域上具可比性；三段在马朗凹陷基本已被剥蚀完。目前发现的沉凝灰岩致密油藏主要分布在二段地层，位于一段火山岩顶部的火山碎屑岩段，厚度介于20～30 m。

1.3 烃源岩特征

条湖组二段有机质十分丰富，火山灰中丰富的微量元素提供丰富的营养成分，促使生物的大量繁盛，而火山喷发造成生物大量死亡和富集，局部甚至形成了“生物藻席”。试验分析数据表明，条湖组二段凝灰质泥岩、泥岩有机质丰度较高，具有很好的生烃能力（图1）。有机碳含量为1.37%～5.03%，平均为3.85%，生烃潜量为1.16～32.8 mg／g，平均为18.6 mg／g，干酪根类型以Ⅱ2-Ⅲ型为主，热演化程度处于低熟—成熟阶段，综合评价为较好烃源岩，为二叠系条湖组二段致密油藏的形成奠定了坚实的物质基础。而底部的沉凝灰岩储集层段黏土矿物含量小于10%，以玻屑、晶屑火山尘凝灰岩为主，微细孔隙发育，具备了上生下储、近源聚集的成藏条件，从而形成了该层系特殊的沉凝灰岩致密油藏。

图1 马朗凹陷条湖组二段生物屑显微镜下特征图

1.4 储集层特征

通过薄片鉴定、扫描电镜及电子探针观察与能谱分析，条湖组二段含油层岩性以沉凝灰岩为主。储集层碎屑类型以英安质火山玻屑为主，占85%左右，少量长石晶屑，占5%左右，储集层颗粒极细，大小主要分布在15 μm以下，少量可达50 μm左右，英安质玻屑普遍脱玻化，形成长英质细小隐晶、微晶微粒，如钠长石、石英等，发育少量绿泥石等黏土矿物；能谱分析岩石化学元素绝大部分为O、Si，其次是Al、Na、K，微量Mg、Fe、Ga；单偏光显微镜下无色透明，正交显微镜下呈麻点状一级灰、白或黄白色干涉色。岩性富含生物屑、有机质泥纹或泥屑，泥屑内常分布星点状黄铁矿，发育同生泥屑，岩石具水平层理，生物屑、晶屑等长轴顺层水平排列，发育泄水缝等。

该套储集层储集空间以“微孔、微洞、微缝”为主，极其发育。按成因可分为原生和次生孔隙，以次生孔隙为主，原生微孔主要为火山尘质点间微孔，次生孔隙包括火山玻璃脱玻化微孔、收缩微缝和长石晶屑等溶蚀微孔、微洞，极少量的方解石溶孔（图2）。CT扫描分析孔隙半径最大为14.59 μm，最小为0.366 4 μm，平均为3.192 μm。根据L1井压汞资料，最大进汞饱和度普遍高于90%，孔喉半径中值平均为0.05 μm，证明该套储集层具有孔隙小、喉道细小的特征。

图2 马朗凹陷条湖组二段储集空间显微镜下特征图

5口井60个孔隙度样品和69个渗透率样品统计分析表明，孔隙度为5.5%～24.4%，普遍高于10%，平均为16.0%；渗透率小于0.5 mD的样品占90%以上，平均为0.24 mD，储集层具中高孔、特低渗特征。

1.5 流体特征

4口井52个样品的含油饱和度统计分析表明，条二段沉凝灰岩储集层含油饱和度较高，主要集中在50%～90%之间，平均为67.0%，含油性极好。原油样品分析结果显示，条湖组地面原油密度为0.89～0.91 g／cm3，50℃黏度为97～351 mPa·s，含蜡量为19.7%～28.9%，凝固点为19.7～28.9℃，属中质、高黏、高蜡、中凝油藏，压力系数为0.9～1.16，油藏的压力系统属于正常偏高。

1.6 圈闭特征

马朗凹陷条湖组遭受多期构造运动改造以及火山活动，圈闭类型多样［9］，前期发现的油气藏类型均以火山岩风化淋滤型为主的构造—岩性油气藏为主（条17区块，牛东—马中区块等），勘探层系位于条湖组二段顶部。随着X55井在条湖组二段底部沉凝灰岩致密储层中获得油气，其后相继钻探X56井、L1井，在相同层段获得成功，表明条湖组二段沉凝灰岩致密油藏与构造无关，如斜坡区低部位钻探的L1井试油日产获得18.24 m3的工业油气流，而斜坡区高部位钻探的X56井试油获得12.89 m3的工业油气流，斜坡区低部位油气产量更高，X58H井钻探结果进一步证实了这套致密油藏主要发育于马朗凹陷的南部斜坡区，平面上具有连片含油的特征。

2 油气成藏主控因素分析及有利勘探方向

2.1 油气成藏的主控因素

综合研究认为，二叠系条湖组致密油成藏主控因素主要包括以下3个方面：

1）宽缓的构造背景及缺少陆源碎屑物质供应的相对稳定的滨浅湖相环境是斜坡区沉凝灰岩致密储集层形成的关键，湖盆大小决定了有效储集层分布范围

研究发现，条湖组沉凝灰岩储集层孔隙发育受粒度大小控制不明显，主要受控于其形成的沉积条件、物质成分、陆源杂基混入强度（主要指泥质）、脱玻化强度、溶蚀改造等。储集层物性受沉积环境影响较大，火山喷发期形成的极细粒级火山灰、火山尘，经缓慢空降顺风搬运至距火山口较远的湖泊中沉积并覆盖于湖底微生物上，形成沉凝灰岩，这些火山灰、火山尘异于普通泥质：① 成分稳定单一的火山灰颗粒间形成大量有机质微孔；② 火山玻璃脱玻化矿物体积缩小后形成较多微孔、微缝；③ 沉凝灰岩中其他矿物在演化过程中脱水体积缩小或被小体积稳定矿物取代形成收缩微孔缝；④ 赋存的死亡微生物在演化过程中随温度升高形成优质有机质，其副产物（有机酸等）溶蚀沉凝灰岩中的部分火山尘、细小长石晶屑、生物碎屑产生大量溶蚀微孔。这些孔隙、裂缝虽然微小但数量多且连通性好，能形成好的储集层。同时储集层物性好坏与黏土含量关系较大，该套储集层沉积后期，伴随陆源碎屑，特别是泥质含量的增加，储集层物性变差，岩心分析基本不含油。由此可见火山喷发后形成的火山灰、火山尘的沉积区域、陆源碎屑多少及湖泊范围共同控制着该类油藏有效储集层的平面分布。

2）分布稳定、广泛的优质烃源岩为致密油藏的形成奠定了坚实的物质基础，烃源岩的展布范围控制着油藏的分布

大面积分布的优质烃源岩是致密油藏形成的物质基础，优质烃源岩主要发育在湖盆扩张期的凹陷—斜坡区，以滨浅湖—半深湖环境为主，岩性主要为暗色泥岩和凝灰质泥岩，局部见碳质泥岩和煤岩。条湖组二段有机质十分丰富，火山灰中丰富的微量元素提供丰富的营养成分，促使生物的大量繁盛，而火山喷发造成生物大量死亡和富集，局部甚至形成了“生物藻席”。使条湖组烃源岩有机质丰度较高，具有很好的生烃能力，且分布范围广，除盆地边缘由于地层抬升，遭受严重剥蚀而缺失外，凹陷区大面积分布，烃源岩厚度均大于50 m，最大钻遇厚度为814 m，有效烃源岩面积达3 000 km2，为紧密叠置下伏的高孔特低渗沉凝灰岩致密储集层中的石油充注提供了良好的条件，同时也作为下伏油藏的有效盖层，为油藏的有效保存提供了保障。

3）沉积期岩相控制着油藏类型及其展布，火山喷发的阶段性控制着沉凝灰岩储集体和优质烃源岩的形成

从岩石组合特征来看，马朗凹陷条湖组二段经历了“火山喷发—火山尘、火山灰沉积期及陆源碎屑沉积期”二段式沉积过程：第一阶段为火山喷发期，火山活动强烈，以厚层中基性火山熔岩为主，主要分布在马朗凹陷的北部，火山口附近；而远离火山口的中南部稳定湖盆区则以火山尘、火山灰等火山碎屑岩沉积为主，形成了较纯的沉凝灰岩，脱玻化孔、长石溶孔和粒间孔发育，形成了中高孔特低渗致密储集层；第二阶段为陆源碎屑沉积期，随着风化、剥蚀作用增强，该时期陆源碎屑沉积物增加，黏土含量增高，地层岩性以富含有机质泥岩及凝灰质泥岩为主，形成了良好的烃源岩，一段斜坡区形成的沉凝灰岩高孔特低渗储集层与二段形成的区域上分布稳定的富含有机质泥岩及凝灰质泥岩共同控制着该套致密油藏的类型及其分布范围［10］。

2.2 有利勘探方向

沉积背景及湖盆范围控制着二叠系致密油藏的分布，根据钻井、测井以及三维地震资料，预测出马朗凹陷条湖组二段岩相平面分布，结合构造解释和地震追踪预测出二段的厚度平面分布，该类储集层的有利分布区与湖相烃源岩分布的叠合区为下一步有利致密油的勘探区域。综合分析认为：三塘湖盆地马朗凹陷牛圈湖鼻隆构造南部斜坡—马中构造西部斜坡区是条湖组致密油藏勘探的有利区带（图3）。

图3 马朗凹陷条湖组二段致密油综合评价图

3 结束语

根据勘探经验及目前勘探资料以非常规油气勘探地质理论为指导，系统分析该区致密油藏形成的基本地质要素，认为马朗凹陷条湖组二段油藏类型属于中高孔、特低渗特征、高含油饱和度的凝灰岩致密油藏。宽缓的斜坡背景、沉积微相和大面积分布的优质烃源岩决定了该层系致密油藏广阔的勘探潜力。研究分析认为：马朗凹陷牛圈湖鼻隆构造南部斜坡—马中构造西部斜坡区成藏条件优越，勘探前景广阔，是下步致密油勘探的有利区带。

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