准噶尔盆地喀拉扎背斜侏罗系头屯河组油砂储层沉积相与储层评价

赵晓林+单玄龙 +郝国丽+贺文同+梁也

摘要：喀拉扎背斜位于准噶尔盆地南缘，发育侏罗系油砂。在喀拉扎背斜侏罗系头屯河组首次发现6个油砂露头点，并实施地质调查井1口（喀油砂1井），揭示油砂储层累计厚度超过30 m。通过钻井岩芯编录、岩石薄片鉴定、扫描电镜观察、铸体薄片观察和测井等方法，对油砂储层的沉积环境、岩性、物性和储集空间类型等进行了研究。结果表明：油砂储层位于中侏罗统头屯河组，主要包括中细砂岩油砂储层和粗砂—细砾岩油砂储层；中细砂岩油砂储层为厚层沉积岩储层，沉积相属于曲流河相河床亚相的边滩沉积微相，储集空间以原生孔隙为主，孔隙度和渗透率为中—高孔、高渗范畴；粗砂—细砾岩油砂储层为特厚层沉积岩储层，沉积相属于曲流河相河床亚相的河床滞留沉积微相，储集空间以次生孔隙为主，孔隙度和渗透率为中孔、中渗范畴。总之，喀拉扎背斜侏罗系头屯河组储层有利于油砂的富集与储存，是准噶尔盆地油砂资源新的潜力区。

关键词：油气地质；油砂；储层特征；沉积相；孔隙度；含油率；喀拉扎背斜；准噶尔盆地

中图分类号：P618.130.1；TE122.2+4文献标志码：A

Abstract： Kalazha anticline is located in the southern margin of Junggar Basin， and oil sand develops in Jurassic. 6 outcrops of oil sands in Kalazha anticline have been found in Jurassic Toutunhe Formation for the first time. One well has been drilled in the oil sandbearing layer， and the thickness of oil sand layers found is more than 30 m. Based on the core recording， identification of rock sections， SEM， identification of casting sections and core logging， the sedimentary environment， lithology， physical property and space types of oil sand reservoirs were studied. The results show that the oil sand reservoirs belong to Middle Jurassic Toutunhe Formation， including middlefine sandstone and coarse sandfine conglomerate oil sand reservoirs； the middlefine sandstone oil sand reservoir is thick sedimentary rock， and the sedimentary facies is marginal microfacies of riverbed subfacies， meandering river facies， and the reservoir space is mainly primary pore， and the porosity and permeability are middlehigh and high， respectively； the coarse sandfine conglomerate oil sand reservoir is extra thick sedimentary rock， and the sedimentary facies is riverbed retention microfacies of riverbed subfacies， meandering river facies， and the reservoir space is mainly secondary pore， and both of porosity and permeability are middle. In general， the reservoirs in Jurassic Toutunhe Formation in Kalazha anticline are favorable for the enrichment and storage of oil sands， and will be one of the potential areas of oil sand resource in Junggar Basin.

Key words： petroleum geology； oil sand； reservoir characteristic； sedimentary facies； porosity； oil content； Kalazha anticline； Junggar Basin

0引言

油砂是非常規资源的一种。广义的油砂定义为出露地表或近地表（常规油气资源深度以浅范围）的砂岩和碳酸盐岩中的烃类，烃类可以是重油、轻油或者固体沥青等[12]，本文研究的就是广义的油砂。准噶尔盆地是中国重要的常规油气和非常规油砂资源富集区之一。陈建平等研究认为：准噶尔盆地南缘构造十分复杂，背斜圈闭众多，具有东西分段、南北分带的构造特点；不同区段成藏期次不同，油气勘探过程中在很多圈闭中均发现了油气显示，如齐古背斜、霍尔果斯背斜等[34]。对于喀拉扎背斜，吴晓智等研究发现在该区侏罗系三工河组地层有油气显示[5]。此外，该区侏罗系头屯河组地层属于辫状河曲流河转换沉积体系，其中含砾砂岩储层储集性能良好，而砂岩储层储集性能较差[6]。以上研究成果为准噶尔盆地油砂储层的研究工作提供了基础，但是针对喀拉扎背斜侏罗系头屯河组油砂储层，目前缺乏对其沉积相、储集空间、物性特征等的系统研究与评价。

笔者在喀拉扎背斜侏罗系头屯河组中发现油砂累计厚度超过30 m，含油率最大值接近5%，可能是准噶尔盆地油砂资源的新区。本文通过对研究区野外地质剖面测量及钻井岩芯样品的薄片、铸体薄片、扫描电镜等测试分析，重点对侏罗系头屯河组沉积相和油砂储层特征进行了系统评价，以期为该区油砂研究和勘探开发提供参考。

1区域地质背景

1.1构造特征

喀拉扎背斜构造位于准噶尔盆地南缘，与相邻的阿克屯背斜、昌吉背斜、齐古背斜和西山背斜构造同处于天山山前冲断褶皱带。该冲断褶皱带位于北天山逆冲推覆带与准噶尔盆地的结合部位，南部紧邻伊林哈比尔尕山和博格达山。根据前人关于准噶尔盆地及其南缘构造属性及盆地构造背景的研究得知，喀拉扎背斜受所处构造环境的影响，发生多期构造变形的叠加与复合，其中受到北部的乌鲁木齐西—四古南断裂与东部的乌鲁木齐—米泉断裂影响尤为突出（图1）[78]。目前，该背斜呈现的构造形态为南缓北陡，发育断面南倾，背斜顶部较为宽缓，形态发育完整。

1.2地层特征

喀拉扎背斜构造区核部出露地层包括下侏罗统三工河组（J1s）和中侏罗统西山窑组（J2x），两翼出露地层主要为中侏罗统头屯河组（J2t）。其中，下侏罗统三工河组是构造区域出露的最老地层，仅在核部有少量出露，研究区主要出露地层为中侏罗统西山窑组和头屯河组（图2）。

吴晓智等勘探结果显示，仅在喀拉扎背斜构造区下侏罗统三工河组地层发现有油气显示[5]。本次勘探过程中，笔者在中侏罗统头屯河组地层中首次发现了油砂资源，其中包括油砂露头点6个以及超过20 m的钻井油砂岩芯揭示层。对油砂露头所在层位中侏罗统头屯河组地层进行剖面测量，结果显示目标层位（中侏罗统头屯河组）岩性组合特征为上部以灰绿色砂质泥岩与砂岩交互层为主，夹有煤线和碳质泥岩，底部为砂砾岩。这一结果与《中国石油地质志卷十五新疆油气区上册：准噶尔盆地》中描述的侏罗系头屯河组地层岩性组合[9]及1∶200 000区域地质图中显示的侏罗系头屯河组地层分布范围吻合。

图件引自文献[5]，有所修改

在乌鲁木齐周围，西起清水河构造，东至阜康的各个构造带内，存在以中生代地層为核心的巨大含油区[9]。喀拉扎背斜构造位于该含油区的中部，本次实测剖面和岩芯编录过程中皆揭示了多层油砂储层。根据已知的油砂储层层位厚度与油砂品位等测试数据，综合推断喀拉扎背斜油砂资源比较丰富，值得进一步进行勘探和研究。

2岩石学特征

侏罗系头屯河组出露地层共发现有两套油砂储层（图3）。油砂储层的主要岩石类型为砂岩、砂砾岩、砾岩，按岩石学特征分为两类：Ⅰ型油砂储层和Ⅱ型油砂储层。

Ⅰ型油砂储层镜下观察发现：结构上，分选中等，孔隙胶结，颗粒点—线状接触，颗粒支撑，磨圆度为次棱—棱状，颗粒粒度范围为0.1～0.4 mm，平均粒度为0.25 mm，孔隙内充填有大量棕黄色有机质；成分上，岩屑体积分数为40%（主要为砂岩岩屑及少量燧石岩屑），长石体积分数为30%～40%（以碱性长石为主，另有少量斜长石），石英体积分数为20%～30%（主要为多晶石英），填隙物体积分数约为10%（主要为细粉砂岩岩石碎屑物和硅质胶结物）。统计鉴定该油砂储层主要为中粒长石岩屑砂岩[图4（a）、（b）]。

虚线部分为省略地层

Ⅱ型油砂储层厚度较大，镜下观察发现：结构上，分选较好，孔隙胶结，颗粒点状接触，颗粒支撑，磨圆度为次圆—次棱状，该层位多组储层样品的岩石碎屑粒度范围跨度较大，整体粒度范围为050～225 mm，孔隙内充填有大量棕黄色有机质；成分上，岩屑体积分数为55%～80%（主要为砂岩岩屑及少量燧石岩屑），石英体积分数为10%～30%（主要为多晶石英），长石体积分数为5%～15%（以碱性长石为主，另有少量斜长石），填隙物体积分数约为35%（主要为细粉砂岩岩石碎屑物和硅质胶结物）。统计鉴定该油砂储层主要有粗粒岩屑砂岩、含砾粗粒岩屑砂岩和细砾岩屑砂岩[图4（c）、（d）]。

3沉积相分类

喀拉扎背斜油砂矿出露地层皆为侏罗系地层。油砂储层在背斜构造的南、北两翼皆有露头发现，且两翼油砂储层分别位于同一层位，但厚度南北不一，单层最厚可达20 m。谭程鹏等研究认为，准噶尔盆地南缘侏罗系头屯河组地层沉积环境主要由下部的辫状水流堆积到曲流河、浅水湖相沉积[6，9]。对喀油砂1井岩芯和实测剖面取得的共13组油砂储层样品进行粒度分析。参考沉积相的分析方法[10]，根据粒度直方图和概率累积曲线，结合上述样品岩石学特征与野外地层露头沉积构造特征，总结出Ⅰ型油砂储层和Ⅱ型油砂储层分属于两种沉积微相。

（1）Ⅰ型油砂储层属于曲流河相河床亚相中典型的边滩沉积微相，具体依据为：岩性上，由薄片镜下观察得到该层位岩性以中细砂岩为主，砂岩长石体积分数高，磨圆度较差，成分和结构成熟度较低；粒度分析上，沉积物呈现负偏态的双峰型，分选中等[图5（a）]，样品颗粒主要由跳跃和悬浮两部分组成，悬浮组分体积分数约为75%，跳跃组分体积分数约为25%，两者交点约为1.8 Φ[图5（b）]；垂向序列上，目标层位岩石粒度变化自下而上依次为中砂岩、细砂岩、泥岩和泥质粉砂岩，整体上呈现由粗到细的岩性正韵律特征（图6）；野外露头发现有炭化的植物茎叶碎片，发育有波痕纹理和水平层理（图6）。综上所述，Ⅰ型油砂储层与已知边滩沉积微相的沉积特征基本吻合。

野外实测剖面显示，Ⅰ型油砂储层真厚度为7.19 m，按照碎屑岩储层厚度类型评价标准[11]，研究区Ⅰ型油砂储层属于厚层（5～10 m）沉积岩储层。

（2）Ⅱ型油砂储层属于曲流河相中的河床亚相中的河床滞留沉积微相，具体依据为：岩性上，由薄片镜下观察得到岩性以粗砂—细砾岩为主；粒度分析上，粒度累计曲线较陡，主要粒级分布范围较小，分选较好[图7（a）]，样品颗粒主要由滚动和跳跃两部分组成，跳跃组分体积分数为80%～90%，滚动组分体积分数为10%～15%，两者交点约为0.45 Φ，缺少悬浮组分[图7（b）]，符合河床流水的选择性搬运特征，将悬浮细粒物质带走，沉积物以砾石等粗碎屑物质为主；垂向序列上，目标层位与Ⅰ型油砂储层的边滩沉积微相属连续沉积，而且岩性自下而上整体呈现为细砾岩、含砾粗砂岩、粗砂岩的旋回特征（图6）；Ⅱ型油砂储层发育有交错层理，并可见破碎的植物枝、干等残体（图6）。综上所述，Ⅱ型油砂储层与已知滞留沉积微相的沉积特征基本吻合。

野外实测剖面显示Ⅱ型油砂储层真厚度为26.70 m，按照碎屑岩储层厚度类型评价标准[11]，研究区Ⅱ型油砂储层属于特厚层（大于10 m）沉积岩储层。

4储集空间特征

依据野外剖面和岩芯观察、扫描电镜和铸体薄片等资料，参照碎屑岩储集空间的研究方法[12]，对准噶尔盆地喀拉扎背斜侏罗系头屯河组油砂储层的储集空间类型和组合类型进行归纳分类。

4.1储集空间类型

根据油砂储层样品的铸体和扫描电镜观察结果，对研究区Ⅰ型和Ⅱ型油砂储层的储集空间类型进行归纳总结[13]。

Ⅰ型油砂储层储集空间以原生孔隙为主，碎屑颗粒棱角分明，少有溶蚀边缘可见[图8（a）]；原生孔隙所占孔隙面积高达62.29%，反映其成岩作用较弱，保存完好。

Ⅱ型油砂储层储集空间类型以次生孔隙为主，储层中有一定的铸模孔和较多粒间溶孔出现[图8（b）]；次生孔隙所占孔隙面积高达78.32%，其中铸模孔所占比例较大；石英颗粒溶蚀严重[图8（c）]，反映其成岩作用较强，有效的储集空间为次生成因。

4.2组合类型

根据储集空间类型，Ⅰ型、Ⅱ型油砂储层储集空间组合类型皆属于孔隙型，区别在于Ⅰ型油砂储层储集空间以原生孔隙为主，溶蚀作用较弱，而Ⅱ型油砂储层储集空间主要以次生孔隙为主，溶蚀作用明显。

5物性特征

依据扫描电镜、铸体薄片以及孔隙度和渗透率测试等资料，参考储层物性特征的评价标准[1416]，对准噶尔盆地喀拉扎背斜侏罗系头屯河组油砂储层的储集物性特征进行归纳分类。

5.1孔隙度

侏罗系头屯河组上部Ⅰ型油砂储层有4个样品，主要为砂岩类储集体，以细砂岩和中砂岩为主，孔隙度最小值为20.81%，最大值为2666%，平均孔隙度为2269%。值得注意的是，由于储层内油砂过于黏稠，在清洗过程中有部分油样残存在储层孔隙内，一定程度上影响了孔隙度的观察和测量，在铸体薄片镜下观察呈现黄褐色或黑褐色[图9（a）][12]。根据碎屑岩储层孔隙度类型评价标准[11]，该油砂储层应属于中—高孔类碎屑岩储层。

侏罗系头屯河组下部Ⅱ型油砂储层有2个样品[图9（b）]，孔隙度平均值为15.74%。根据碎屑岩储层孔隙度类型评价标准[11]，该油砂储层属中孔类碎屑岩储层。

5.2渗透率

采用压汞仪对油砂储层样品进行渗透率测定。参考王珂等对储层渗透率的研究方法[1719]，对研究区油砂储层渗透率进行分析。Ⅰ型油砂储层的渗透性较好，平均渗透率为1 3925 mD，而Ⅱ型油砂储层的渗透率为105.55 mD（表1）。

根据碎屑岩储层渗透率类型划分标准[11]，研究区Ⅰ型油砂储层应当划分为高渗储层，而Ⅱ型油砂储层归为中渗储层。整体而言，研究区油砂储层的渗透性良好，有利于油气的运移和储集（表1）。

5.3含油率

喀油砂1井测井曲线特征表明，Ⅰ型油砂储层层段侧向电阻率有明显的高异常显示，而且深、浅侧向电阻率重叠显示为正异常，中子孔隙度有上抬趋势，皆为含油矿层表征现象（图10）。对Ⅰ型油砂储层层段岩芯取样进行室内干馏实验，该层4个样品实测含油率最小值为06%，最大值为23%，主要分布在15%～25%。对Ⅱ型油砂储层层段岩芯取样进行室内干馏实验，该层3个样品含油率最小值为382%，最大值为4.98%。

根据已经测得的油砂储层孔隙度和渗透率，Ⅰ型油砂储层物性明显优于Ⅱ型油砂储层，而实际测得含油率显示Ⅰ型油砂储层明显低于Ⅱ型油砂储层。

（1）油砂资源作为非常规油气资源，一般位于地表或者近地表位置。受地表生物降解和氧化作用影响，其化学组分不同于常规油气，轻质易挥发组分较多。而正是由于Ⅰ型油砂储层的储层物性优势（孔隙度和渗透率较高），使得油砂样品在采集和测试过程中油砂轻质组分散失更为严重，从而Ⅰ型油砂储层的含油率测定结果相对偏低。

（2）Ⅰ型油砂储层的埋藏深度远小于Ⅱ型油砂储层，因此，其受到来自地表更为严重的水洗和风化剥蚀作用影响；相应地，Ⅰ型油砂储层埋藏过程中油砂的损失量也要大于Ⅱ型油砂储层。将含油率與样品的埋藏深度做比较，发现两者存在着较强的正相关关系。随着埋藏深度的增加，油砂样品的含油率逐渐增大。样品埋藏深度依次增大，其含油率也依次增大（图11）。

括号内数值为油砂样品埋藏深度

综上所述，油砂资源作为一种非常规油气资源，由于其赋存层位和化学组分的特殊性，不同于常规油气储层，即使连续沉积的油砂储层，储层物性和含油率之间也不一定存在明确的正相关关系。

6结语

（1）准噶尔盆地喀拉扎背斜油砂资源主要赋存于侏罗系地层中，其中以侏罗系头屯河组地层为主。针对目前已经揭示的油砂储层数量，根据其岩石学特征可以将其具体分为中细砂岩油砂储层（Ⅰ型油砂储层）和粗砂—细砾岩油砂储层（Ⅱ型油砂储层），砂体沉积厚度较大，有利于油砂富集成矿。

（2）油砂储层沉积相皆属于曲流河沉积相河床亚相，Ⅰ型和Ⅱ型油砂储层分别属于边滩沉积微相和河床滞留沉积微相。

（3）油砂储层储集空间多属于孔隙型。Ⅰ型油砂储层以原生孔隙为主，孔隙度和渗透率为中—高孔、高渗范畴；Ⅱ型油砂储层以次生孔隙为主，孔隙度和渗透率为中孔、中渗范畴。整体而言，储层的储集性能良好。

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