准噶尔盆地砂质碎屑流砂体新发现及其油气勘探意义

2020-04-14厚刚福曾德龙牛志杰王力宝兵郭华军李亚哲

天然气工业 2020年11期

厚刚福曾德龙牛志杰王力宝宋兵郭华军单祥窦洋李亚哲彭博

1.中国石油杭州地质研究院 2.中国石油新疆油田公司勘探开发研究院

0 引言

20 世纪90 年代中后期，Shanmugam 等[1-3]基于海相深水环境岩心的观察和分析，提出了砂质碎屑流的概念。砂质碎屑流理论的提出，不仅成为沉积学和油气地质学研究的热点和重点方向之一，也是对当时经典浊流理论的部分否定与补充，对于预测深水区含油砂体分布具有重要作用[4]。国内许多学者很早就注意到陆相湖盆中存在块体搬运及砂质碎屑流沉积。例如：黄子齐[5]通过传统深水扇概念与Shanmugam等提出的砂质碎屑流概念进行对比，提出浊流成因的深水扇体很可能由碎屑流形成；傅文敏[6]提出碎屑流以凝结的方式沉积，产生不连续的砂体，形态复杂，很难预测，而浊流为横向连续的席状砂体，相对简单，可以进行预测；秦建华[7]提出我国西南三江和南方地区深水砂岩比较发育，这些深水砂岩往往是研究盆地演化、洋陆转换和盆山转化的关键，并控制着区域矿产的分布；李祥辉等[8]通过砂质碎屑流与其他深水碎屑岩沉积异同的分析，认为西藏特提斯喜马拉雅上侏罗统—下白垩统深海沉积背景下的块状砂岩具有砂质碎屑流沉积性质，指出深海相中的块状砂岩可以预测。近年来，相继有学者在国内含油气盆地中发现砂质碎屑流砂体，如：李相博等[9]、陈飞等[10]在鄂尔多斯盆地上三叠统延长组发现了砂质碎屑流砂体；韩作振等[11]、夏景生等[12]在渤海湾盆地古近系沙河街组、东营组发现了砂质碎屑流砂体；李楠等[13]在四川盆地上三叠统须家河组也发现了砂质碎屑流砂体。这些发现及其研究成果极大地提升和丰富了砂质碎屑流理论，但仍然仅限于对砂质碎屑流砂体的形成背景、搬运机制、识别标志和沉积模式等方面的研究，对砂质碎屑流砂体的平面分布规律、圈闭条件研究较少，因而制约了砂质碎屑流理论指导油气勘探获得重大突破。

2004 年，准噶尔盆地腹部在SN31 井岩性油藏勘探获得突破[14-15]，但是按照SN31 井岩性圈闭模式部署的一批探井均告失利，此后近15 年在该盆地腹部的油气勘探无重大突破。近年来，对准噶尔盆地腹部岩性油气藏的研究从未间断，厚刚福等[16]分析了盆地腹部古地貌对沉积体系的控制作用，进而探讨了岩性圈闭成因模式；唐勇等[17]重新梳理了盆地腹部缓坡型岩性油气藏主控因素；匡立春等[18]通过总结准噶尔盆地油气勘探成果，指出了下一步勘探方向。准噶尔盆地侏罗系为一个大型坳陷湖盆，是否发育块状搬运的砂质碎屑流砂体？砂体是否具备侧向遮挡条件？岩性圈闭是否落实？这些关键问题制约了该领域的油气勘探。因此，迫切需要对凹陷区砂体成因类型及其成藏条件进行重新梳理，建立岩性圈闭新模式，优选下一步油气勘探的领域。笔者在充分吸收前人研究成果的基础上，通过大量岩心观察，结合地震相和古地貌分析，提出了准噶尔盆地腹部盆1 井西凹陷下侏罗统三工河组二段（以下简称三二段）发育砂质碎屑流砂体的认识，分析了砂质碎屑流砂体的岩性圈闭条件，预测了准噶尔盆地盆1 井西凹陷砂质碎屑流砂体为天然气勘探新领域。基于上述认识，针对砂质碎屑流砂体部署完成的QS2 井获得了油气勘探的重大突破，拓展了准噶尔盆地腹部油气勘探领域，开启了该盆地天然气勘探的新阶段。

1 地质概况

盆1 井西凹陷位于准噶尔盆地中央坳陷西北部，其南部毗邻沙湾凹陷、莫索湾凸起，东部与莫北凸起、石西凸起相接，北部与达巴松凸起相接[19]（图1），面积约3 500 km2。盆1 井西凹陷是准噶尔盆地最主要的生烃凹陷之一，周缘已发现莫索湾油气田、石西油田、莫北油田、永进油田和莫西庄油田。三工河组沉积期，气候温暖潮湿，准噶尔盆地腹部发育一套湖泊—三角洲相沉积[20]。依据沉积旋回特征，可将三工河组划分为3 段，其中二段是油气勘探最主要目的层段[21]，可进一步划分为两个砂组，二砂组（J1s22）主要发育厚层块状砂岩，局部夹薄层粉砂岩，厚度介于40～160 m；一砂组（J1s21）主要发育砂岩和泥岩互层，厚度介于20～100 m（图1），砂体在平面上相变较快，砂地比介于20%～60%，也是准噶尔盆地腹部岩性油气藏勘探主力层段之一。

2 盆1 井西凹陷三工河组发育砂质碎屑流砂体

2.1 砂质碎屑流砂体识别标志

2.1.1 沉积构造标志

图1 盆1 井西凹陷区域构造图和三工河组综合地层柱状图

图2 J1 s21 砂组砂质碎屑流砂体典型沉积构造照片

对研究区3 口井共20 m 岩心进行了观察发现，砂质碎屑流砂体常见灰色细砂岩和中砂岩，偶见硅质砾，分选差—中等，磨圆度为次棱角状—次圆状。砂岩底部通常与泥岩呈突变接触关系（图2-a～c），反映牵引流的交错层理不发育，整体呈块状（图2-d），发育包卷层理（图2-e）、变形层理（图2-f），泥质撕裂屑（图2-g）、漂浮泥砾较常见（图2-h）。这些沉积构造与正常牵引流成因的沉积构造存在明显差异，为砂质碎屑流砂体典型识别标志。垂向上，砂体夹于厚层暗色泥岩中，呈“泥包砂”结构（图1），泥岩厚度较大，颜色较深，为深灰色或灰黑色，表明砂体形成于水体相对较深的半深湖环境。单套砂体底部细砂岩或中砂岩与泥岩直接接触，呈突变接触关系，测井曲线表现为钟形，表明砂体为阵发性重力流成因，浊积岩不发育。在平面上，砂质碎屑流砂体分布于坡折带之下的半深湖环境（图3），与坡折带之上的水下分流河道砂体不连续，表明砂质碎屑流砂体的物质来源可能为坡折带之上的水下分流河道砂体，在一定的触发条件下，直接滑塌至湖盆深水区，形成砂质碎屑流砂体。

图3 研究区三二段—砂组沉积相图

2.1.2 粒度曲线标志

砂岩粒度分析可以用来判断沉积环境，识别沉积微相[22]。对研究区19 个砂岩样品进行粒度分析，结果显示，C 值粒径介于280～1 380 μm，平均值为620 μm，M 值粒径介于110～560 μm，平均值为210 μm。在C—M 图上，投点基本上平行于C=M 基线，反映出重力流沉积的特征（图4-a）；在概率累计曲线图上，横坐标代表粒径，纵坐标表示正态累积分布，可以看出砂质碎屑流砂体投点规律不明显（图4-b），反映牵引流成因的2 段式或3 段式不典型，偏度介于0.14～0.54，平均值为0.38，峰度介于1.04～1.52，平均值为1.26，标准偏差介于1.05～2.23，平均值为1.61，表明砂质碎屑流砂体形成环境较为复杂。

2.1.3 地震反射标志

依据地震反射特征来判定沉积相，是近年来沉积相识别的重要手段。如前积反射结构通常反映三角洲前缘砂体卸载[23]，透镜状充填反射结构通常指示河道下切[24]。对盆1 井西凹陷三二段砂质碎屑流砂体地震反射特征的分析结果显示，砂质碎屑流砂体在常规振幅剖面上表现为短轴、不连续的特征，振幅中等—强（图5-a）。为了进一步反映弄清砂质碎屑流砂体地震响应特征，利用稀疏约束脉冲反演技术对砂质碎屑流砂体进行反演，可以看出，砂质碎屑流砂体也表现为短轴、不连续、中—强反射的特征（图5-b）。该标定认识也得到了后期钻井的验证，QS2 井针对这套中等—强反射轴，钻遇14 m 厚砂质碎屑流砂体，表明地震反射和稀疏约束脉冲反演可以很好地预测和识别砂质碎屑流砂体。在平面上，砂质碎屑流砂体最大波谷和拟声波阻抗呈现出中等—强的反射特征，整体呈舌状孤立分布（图6），反映砂质碎屑流砂体为阵发性重力流成因。

图4 砂质碎屑流砂体粒度分析曲线图

图5 过QS1 井—M002 井地震反射及反演剖面图

图6 三维地震工区地震反演平面图

2.2 砂质碎屑流砂体发育条件

砂质碎屑流砂体为重力流成因，其形成主要受控于古地形、物源供给及触发机制等3 个条件[16]，其形成需要一定的坡度和坡折[25]；其次，砂质碎屑流砂体的形成需要充足的物源供给条件，三角洲前缘堆积的大量松散沉积物，易于再次搬运形成砂质碎屑流砂体[26]；另外，砂质碎屑流的形成需要有效的触发机制[3-4]。通过研究区内50 多口钻井标定，并进行了系统分层，建立了研究区三工河组层序地层格架，恢复三二段古地貌（图7）。可以看出，三二段沉积期，盆1 井西凹陷为湖盆沉降中心，围绕沉降中心，发育多级环状坡折，坡折带之下地层明显较坡折带之上地层加厚，且同向轴上超特征明显。坡折带的形成主要受燕山期构造活动的影响，断裂活动造成地层发生挠曲变形，在古梁翼部发生披覆作用，从而形成由于构造活动引起的挠曲坡折带，坡度较缓（1°～2°），为坡折带之下深水区砂质碎屑流砂体的发育创造了条件。

图7 研究区三二段古地貌图

2.3 砂质碎屑流砂体平面分布特征

截至目前，盆1 井西凹陷勘探程度较低，钻井数量较少，目前仅有5 口井钻遇三二段。对盆1 井西凹陷及其周缘33 口井重矿物资料分析表明，坡折带之下砂质碎屑流砂体重矿物组合与东部物源的三角洲前缘相砂体较相似，以白钛矿—锆石—石榴石组合为主。表明砂质碎屑流砂体物源主要来自东部。当东部物源体系三角洲前缘砂体堆积到一定程度、厚度增加到极限值时，受海西期和燕山期构造活动的触发，三角洲前缘砂体沿坡折带附近的泥质沉积物表面发生滑动，在坡折带之下形成呈舌状分布的砂质碎屑流砂体（图3），面积约350 km2，证实了盆地凹陷区发育规模有效砂体，为下一步油气勘探的新领域。

2.4 砂质碎屑流砂体储层性质与含油气性

通过3 口井共计20 多块样品铸体薄片观察和储层化验分析得出，砂质碎屑流砂体发育原生孔隙型储层，储层物性好，平均孔隙度体积百分数可达15%，渗透率27.4 mD。储层孔隙结构较好，孔喉半径高达10.79 μm，储集性能较好。砂质碎屑流砂体含油气性亦较好，在录井中可以看到极为活跃的油气显示，且M17 井和QS1 井获得工业油气流，印证了砂质碎屑流砂体整体含油气性较好。

3 砂质碎屑流砂体为天然气勘探新领域

3.1 砂质碎屑流砂体顶、底板条件较好

岩性圈闭是否发育，其顶、底板条件是基础[16]。沉积微相分析表明，盆1 井西凹陷湖盆深水区发育砂质碎屑流砂体，为坡折带之上水下分流河道砂体堆积到一定程度，滑塌至坡折带之下深水区形成（图8-a），在垂向上呈“泥包砂”结构，底板为J1s22和J1s21之间一套初始湖侵期泥岩隔层[27]，厚度介于10～20 m；顶板为J1s3最大湖侵期厚层泥岩[27]，厚度大于25 m。因此，砂质碎屑流砂体顶、底板条件较好，为盆1 井西凹陷内岩性圈闭的发育奠定了基础。

3.2 砂质碎屑流砂体侧向遮挡条件优越，岩性圈闭条件较好

岩性圈闭能否形成，侧向遮挡条件极为关键。盆1 井西凹陷三二段沉积微相分析表明，砂质碎屑流砂体在平面上呈舌状分布于半深湖相泥岩中。砂质碎屑流砂体侧向为坡折带发育区，通常为沉积物发生滑塌作用的地方，砂体不发育，以细粒沉积物为主，因此，坡折带在侧向上对砂质碎屑流砂体构成良好的遮挡条件，使得砂质碎屑流砂体与坡折带之上的三角洲前缘水下分流河道砂体不连通（图8-b），有利于岩性圈闭的最终形成。

3.3 砂质碎屑流砂体为天然气勘探新领域

综合上述表明，砂质碎屑流砂体储层质量较高，顶、底板条件好，具备侧向遮挡条件，岩性圈闭条件优越（图8-c）。另外，盆1 井西凹陷周缘发育海西期和燕山期两组断裂，在垂向上构成“Y”字形配置[28-29]，沟通二叠系烃源岩[30-32]，烃源岩和油气输导条件较好，有利于岩性圈闭最终成藏。加之该领域勘探程度较低，但油气显示活跃，已有2 口预探井获工业油气流，勘探潜力大，为下一步天然气勘探新领域。

图8 研究区砂质碎屑流砂体形成模式图

4 天然气勘探意义

砂质碎屑流砂体为天然气藏勘探新领域，落实有利区面积为350 km2。该认识在油田预探井部署过程中提供了重要地质依据。根据该认识，针对砂质碎屑流砂体部署实施了QS2 井。QS2 井完钻后，在三二段钻遇14 m 厚的砂质碎屑流砂体，与预测完全吻合，油气显示极为活跃。2019 年6 月，QS2 井试油并获得重大突破，测试日产天然气20.3×104m3、日产油39.3 m3。QS2 井的突破，打破了腹部岩性油气藏勘探的僵局，开辟了凹陷区规模岩性油气藏勘探的新局面，证实了坡折带之下砂质碎屑流砂体具有形成规模岩性油气藏的条件。同时，QS2 井的突破，跳出了“源外、沿梁、断控”成藏模式，走向凹陷区岩性油气藏勘探领域，进一步证实了凹陷区的勘探潜力，不仅开辟了准噶尔盆地腹部天然气勘探新领域，也开启了天然气勘探的新阶段。