孟祥超 陳能貴 王海明 徐 洋 謝宗瑞 鄒志文 郭華軍 李亞哲

(1.中國石油杭州地質(zhì)研究院 杭州 310023;2.新疆油田公司勘探開發(fā)研究院 新疆克拉瑪依 834000)

0 引言

瑪湖凹陷斜坡區(qū)巖性油藏的勘探始于上世紀(jì)80年代，該區(qū)三疊系百口泉組砂礫巖儲層沉積環(huán)境的歸屬問題近年來一直存在爭議，因該套地層內(nèi)均發(fā)育厚度不一的褐紅色/雜紅色泥巖段，以往學(xué)者多把該類砂礫巖地層歸為陸上環(huán)境的洪積扇沉積［1-6］。按照洪積扇沉積模式，有利勘探相帶主要分布在洪積扇扇中部位，環(huán)瑪湖凹陷斜坡區(qū)各扇體有利相帶平面上呈孤立“土豆?fàn)睢狈植荚跀嗔褞А闲逼聨У纳戎胁课?，勘探領(lǐng)域窄，且距烴源巖中心較遠(yuǎn)，油氣運移條件不佳。隨著艾參1井、瑪9、瑪7、瑪11等井的相續(xù)鉆探失利，瑪湖凹陷斜坡區(qū)百口泉組勘探進(jìn)入徘徊探索階段。2010年，新疆油田公司重上瑪北斜坡區(qū)，突破洪積扇扇中模式束縛，在中、下斜坡部位部署瑪13井、瑪131井，這兩口井相繼鉆探成功并在百口泉組試油獲工業(yè)油流(瑪13井百二段日產(chǎn)油2.94 m3，日產(chǎn)氣5 210 m3;瑪131井日產(chǎn)油11.2 m3)，說明原有的洪積扇模式存在很大的局限性。本文通過瑪北斜坡區(qū)百口泉組褐紅色/雜紅色泥巖、灰綠色泥巖、灰(黑)色泥巖分類取樣對比分析，對本區(qū)泥巖顏色所代表的地質(zhì)涵義及所屬沉積環(huán)境進(jìn)行了界定。在此基礎(chǔ)上，剖析本區(qū)牽引流、重力流沉積特征及成因，建立瑪北斜坡區(qū)百口泉組沉積微相綜合鑒別標(biāo)準(zhǔn)。地質(zhì)—地球物理方法結(jié)合，明確沉積體系平面展布。并在儲集性能主控因素分析基礎(chǔ)上，明確有利儲集相帶，指導(dǎo)斜坡區(qū)勘探。

1 沉積背景分析

百口泉組沉積時期，瑪北斜坡區(qū)構(gòu)造較簡單(圖1左)，主體呈向湖方向傾斜的平緩單斜構(gòu)造［7］，地層傾角約3°～5°，瑪北斜坡區(qū)百口泉組地層多發(fā)育厚度不一的褐紅/雜紅色泥巖段(圖1右)，為明確斜坡區(qū)百口泉組地層的沉積環(huán)境，本文對該套褐紅/雜紅色泥巖進(jìn)行了分類取樣分析，以 Pr/Ph、DOP、Th/U［8-9］三種參數(shù)，對本區(qū)泥巖沉積時所處的沉積環(huán)境進(jìn)行了界定(表1，2)。分析結(jié)果表明，瑪北斜坡區(qū)百口泉組砂礫巖地層主要為弱氧化—還原環(huán)境的濱岸—水下(淺水)沉積，地層中發(fā)育的褐色/雜紅色多為物源區(qū)以花崗巖為主的母巖分化破碎、再搬運的產(chǎn)物，并不代表沉積時為氧化環(huán)境。結(jié)合巖心沉積構(gòu)造等綜合分析認(rèn)為，瑪北斜坡區(qū)百口泉組整體屬扇三角洲沉積，為近物源的烏—夏、克—百斷裂帶沖積扇沉積的陸上斜坡—水下延伸沉積，靠近物源的扇三角洲平原沉積相當(dāng)于斷裂帶沖積扇沉積在陸上斜坡區(qū)的延續(xù)，瑪北斜坡區(qū)主體屬水下延伸的扇三角洲前緣沉積，水淺、坡緩，扇三角洲前緣砂體延伸距離較遠(yuǎn)。

2 沉積機制及典型沉積微相鑒別特征

重礦物分析表明，瑪北斜坡區(qū)百口泉組重礦物主要為綠簾石—鈦鐵礦—褐鐵礦—鋯石的組合類型，不穩(wěn)定—較不穩(wěn)定礦物(磁鐵礦、綠簾石、石榴石、鈦鐵礦)含量平均占60.99%以上(近物源夏72—瑪7井區(qū)79.61%;較遠(yuǎn)物源瑪15—瑪5井區(qū)58.2%;遠(yuǎn)物源瑪131—瑪001井區(qū)45.18%)，反映整體近源快速沉積環(huán)境。平面上，沿夏72—瑪15—瑪131井區(qū)一線，(較)不穩(wěn)定重礦物含量遞減、穩(wěn)定重礦物(電氣石、鋯石、褐鐵礦)含量遞增趨勢非常明顯，表明瑪北斜坡區(qū)整體物源走向沿夏72—瑪15—瑪131井區(qū)一線(圖2)。

圖1 區(qū)域構(gòu)造位置及百口泉組綜合柱狀圖Fig.1 Regional structure and comprehensive column，T1b

表1 瑪北斜坡區(qū)百口泉組泥巖飽和烴氣相色譜Pr/Ph分析數(shù)據(jù)表Table 1 Data table of Pr/Ph in T1b of Mabei slope

表2 瑪北斜坡區(qū)百口泉組泥巖樣品組分分析表Table 2 Analytical components of mud sample in T1b of Mabei slope

圖2 瑪北斜坡區(qū)百口泉組主要重礦物分布直方圖Fig.2 Column diagram of main heavy mineral distribution in T1b of Mabei slope

牽引流沉積的典型特征之一是順物源方向具不穩(wěn)定重礦物含量遞次減少、穩(wěn)定重礦物含量遞次增加的趨勢，上述重礦物平面變化趨勢說明，瑪北斜坡區(qū)整體以牽引流沉積為主。但需要指出的是，無論近物源的夏72—瑪7井區(qū)，還是遠(yuǎn)物源的瑪131—瑪001井區(qū)，均以綠簾石為主的不穩(wěn)定重礦物含量占據(jù)絕對優(yōu)勢，這從一個側(cè)面說明，該區(qū)近物源的扇三角洲平原地區(qū)和較遠(yuǎn)物源的扇三角洲前緣地區(qū)均發(fā)育一定比例的未經(jīng)牽引作用篩選的、整體呈塊狀搬運的重力流沉積。

粒度概率曲線以發(fā)育三段式和平緩的單段式為主，直線段坡度均偏低，粗尾部多交于-4～-1 φ，細(xì)尾部多交于1～3 φ;懸浮次總體含量8%～15%，反映流體性質(zhì)介于牽引流和重力流交替、沉積物分選較差的沉積背景(圖3)。

2.1 牽引流沉積特征及成因

圖3 瑪北斜坡區(qū)百口泉組粒度概率累計曲線特征Fig.3 Simulative curve of granularity probability in T1b of Mabei slope

瑪北斜坡區(qū)百口泉組沉積時，構(gòu)造活動較弱，地形較平緩，河道多、切割淺，且遷移快、不固定［10］，河道內(nèi)的礫石和砂中發(fā)育各種中—大型交錯層理、疊瓦礫石、底沖刷面、微弱粒序?qū)永?、平行層理等典型牽引流沉積構(gòu)造。其具體的泥雜基含量、物性、粒度、分選、孔隙結(jié)構(gòu)等參數(shù)指標(biāo)詳見圖4。瑪北斜坡區(qū)百口泉組牽引流沉積最典型的特征是扇三角洲沉積(尤其是扇三角洲前緣沉積)范圍較大，研究區(qū)近700 km2范圍內(nèi)，遠(yuǎn)砂壩、席狀砂等前緣遠(yuǎn)端沉積少見。說明沉積時古地形坡度較平緩，水系分布廣泛。在這樣的沉積背景下，盡管瑪北斜坡區(qū)百口泉組沉積時期降水量較少，也可以發(fā)育較大規(guī)模的牽引流沉積。

2.2 重力流沉積特征及成因

圖4 瑪北斜坡區(qū)百口泉組牽引流、重力流主要鑒別特征對比圖Fig.4 Characteristic comparison of tractive current and gravity current in T1b of Mabei slope

沉積物重力流是指沉積物與流體的混合物在重力作用下形成的流動［10-11］?，敱毙逼聟^(qū)百口泉組沉積時期，古地形坡度緩(3°～5°)、但發(fā)育局部古地形坡折。且三疊紀(jì)早期氣候干旱，母巖風(fēng)化以物理風(fēng)化破碎為主，風(fēng)化產(chǎn)物密度高、礫石質(zhì)含量高。干旱少雨期，風(fēng)化產(chǎn)物堆積形成大量坡積層［12-14］;雨季洪水期，坡積層沉積物與水混合形成高比重、高砂礫含量、高黏度的塊體碎屑流沉積。碎屑流沉積依據(jù)內(nèi)部泥質(zhì)含量的高低可分為泥石流(富泥型，泥雜基支撐，沉積物中礫石＜30%)和砂質(zhì)碎屑流(富砂型，雜基強度、分散壓力、浮力聯(lián)合支撐，沉積物中礫石＞30%)［13-14］?，敱毙逼聟^(qū)百口泉組重力流沉積礫、砂含量普遍較高，沉積物中礫石＞30%，主要為砂質(zhì)碎屑流沉積。典型特征是顆粒大小混雜，分選極差，巨大的礫石可漂浮于砂級顆粒和基質(zhì)中，礫石間主要為砂泥質(zhì)充填，泥質(zhì)含量較高，無層理及其他沉積構(gòu)造，以中礫巖為主，孔喉結(jié)構(gòu)較差(圖4)。水上、水下皆有發(fā)育，其發(fā)育程度受古地形坡折(詳見后述，圖9B)控制。

2.3 典型沉積微相鑒別特征

在上述沉積背景及沉積機制控制下，本區(qū)主要發(fā)育扇三角洲平原辮狀河道、扇三角洲平原/前緣砂質(zhì)碎屑流、扇三角洲前緣近岸水下分流河道、遠(yuǎn)岸水下分流河道、河口壩五種

主要沉積微相類型，各種沉積微相成因模式及綜合鑒別特征參見圖5。GR、RT、DEN三條曲線對上述沉積微相垂向識別效果較好。以砂質(zhì)碎屑流為例，以高GR、高 DEN為典型特征區(qū)別于其他沉積微相(圖6)。

3 沉積體系平面展布及扇體刻畫

在明確沉積背景、沉積機制、主要沉積微相類型及鑒別特征基礎(chǔ)上，地質(zhì)—地球物理方法結(jié)合，明確沉積體系平面展布特征。分述如下:

3.1 地層傾角、FMI疊瓦礫石傾向識別古水流方向

圖5 瑪北斜坡區(qū)百口泉組沉積微相成因模式及綜合鑒別特征Fig.5 Genetic model and diagnostic characteristics of sedimentary microfacies in T1b of Mabei slope

地層傾角測井［15］有二種方式確定古水流:一種是統(tǒng)計目的層段所有紋層傾向，取其主要方向代表古水流(全方位頻率統(tǒng)計)。該方法受沉積層理構(gòu)造干擾，多解性較強;另一種是統(tǒng)計目的層段內(nèi)所有蘭模式矢量的方向，取其主要方向代表古水流方向。解釋結(jié)果表明，該方法對研究區(qū)古水流方向的識別可靠性較高，且與FMI成像測井疊瓦礫石識別出的古水流方向一致。本次研究以地層傾角測井資料為主，輔以FMI成像測井資料，對百口泉組沉積時的古水流走向進(jìn)行了識別(圖7)，結(jié)果表明，百口泉組沉積時，瑪北斜坡區(qū)夏72—瑪15—瑪131主油藏區(qū)所屬的夏子街扇體古水流主要來自北東向，風(fēng)南7—艾克1井所屬的烏爾禾扇體分布較局限，古水流主要來自北西向?，?—瑪18井區(qū)所屬的黃羊泉扇體古水流主要來自北西向(圖8A)。

圖6 瑪北斜坡區(qū)百口泉組典型沉積微相測井相特征Fig.6 Log facies feature of sedimentary microfacies in T1b of Mabei slope

3.2 古地貌分析識別古水槽位置及沉積機制

三疊紀(jì)是準(zhǔn)噶爾盆地性質(zhì)的轉(zhuǎn)化時期，即由二疊紀(jì)的強烈壓陷期逐漸向拗陷期過渡［16-17］，同時盆地范圍也進(jìn)一步擴大，垂向上，自百口泉組(T1b)—克拉瑪依組(T2k)—白堿灘組(T3b)呈湖侵退積沉積序列。且三疊系沉積時期，瑪北斜坡區(qū)構(gòu)造活動較弱，整體古地貌格局具繼承性，不存在明顯的地層剝蝕。故本文取白堿灘組(T3b)最大湖泛期泥巖底界—百口泉組(T1b)底界的殘余地層厚度來反映百口泉組沉積期古地貌特征。

瑪北斜坡區(qū)百口泉組沉積時古地貌具“兩深陡槽一鼻凸，鼻凸內(nèi)發(fā)育淺緩槽”特征(圖8B、圖9A)，主油藏區(qū)夏72—瑪15—瑪131井區(qū)在整體鼻狀凸起背景下發(fā)育淺緩溝槽，以牽引流沉積為主，東西兩側(cè)分別發(fā)育瑪7、風(fēng)南10深陡溝槽，以重力流沉積為主。尤其是西部的風(fēng)南10深陡溝槽，早二疊紀(jì)前陸盆地持續(xù)發(fā)育過程中，老山帶逆沖斷裂的逆牽引［18-20］作用，導(dǎo)致下盤近斷裂帶撓曲下凹，形成風(fēng)南10附近的深陡溝槽，該深陡溝槽在三疊系百口泉組沉積前即已形成，對百口泉組的沉積有明顯的控制分割作用。

在上述“兩槽一凸”控制扇體整體流態(tài)及展布范圍背景下，平行物源方向上，局部的古地形坡折控制著砂體卸載，較大的古地形坡折控制重力流砂體卸載(圖9B)，較小型的古地形坡折控制牽引流砂體的卸載(圖9C)。

3.3 沉積體系時空展布規(guī)律

在上述地層傾角、FMI疊瓦礫石、古地貌綜合分析基礎(chǔ)上，結(jié)合礫地比等值線平面分布特征(圖10)，總結(jié)瑪北斜坡區(qū)百口泉組沉積體系展布規(guī)律如下:

圖7 瑪北斜坡區(qū)典型井地層傾角、FMI疊瓦礫石識別古水流方向特征Fig.7 Paleocurrent direction feature with dip angle and FMI in T1b of Mabei slope

圖8 瑪北斜坡區(qū)百口泉組沉積時期古水流方向(A)和古地貌特征(B)A.地層傾角識別古水流方向平面特征;B.T3b沉積前T1b底界構(gòu)造圖Fig.8 Paleocurrent direction(A)and geomorphology(B)feature in T1b of Mabei slope

瑪北斜坡區(qū)百口泉組主要發(fā)育近源快速堆積的扇三角洲相沉積體系，自百一段至百三段整體呈湖侵退積沉積序列。油藏區(qū)主體受北東—南西走向展布的夏子街扇體控制，細(xì)分為風(fēng)南10、夏72、瑪7三條支扇，西部的風(fēng)南10支扇、東部的瑪7支扇以發(fā)育砂質(zhì)碎屑流為代表的重力流沉積為典型特征，夏72支扇位于瑪北鼻狀突起上，鼻狀凸起背景下發(fā)育的低緩溝槽控制著牽引流水系的展布，夏72支扇發(fā)育規(guī)模、延伸距離較大。受局部古地形坡折控制，在夏89、夏72、瑪15井附近逐級分流改道，多期次牽引流砂礫巖體前積［21-22］疊加，覆蓋主油藏區(qū)夏 72—瑪 15—瑪131井區(qū)(圖10)。

除夏子街扇主體扇之外，西南部位的瑪18井區(qū)還發(fā)育一條北西—南東走向的黃羊泉扇。兩扇體在瑪6—瑪101井一帶交匯。

圖9 瑪北斜坡區(qū)百口泉組沉積時期典型古地貌剖面A.風(fēng)南10—瑪7井T3b沉積前T1b底界古地貌剖面;B.夏71—瑪004井T3b沉積前T1b底界古地貌剖面;C.夏9—瑪17井T3b沉積前T1b底界古地貌剖面。Fig.9 Typical geomorphological profiles in T1b of Mabei slope

4 有利儲集相帶確定

4.1 儲集性能主控因素分析

儲層的儲集性能除受沉積作用(泥雜基含量、粒度等)控制外、還與后期成巖作用(壓實、膠結(jié)、溶蝕等)關(guān)系密切，瑪北斜坡區(qū)百口泉組儲層以原生粒間孔為主，溶蝕作用有限，現(xiàn)簡要討論壓實、膠結(jié)作用對儲層儲集性能的影響。

壓實作用為研究區(qū)百口泉組儲層主要的成巖減孔作用，壓實減孔量多大于25%(圖11A)。剛性顆?？箟簩嵶饔脧姡浜看笮簩嵶饔迷u價影響較大，在限定剛性顆粒含量﹤20%(大致對應(yīng)于瑪北斜坡區(qū)百口泉組儲層的剛性顆粒含量)條件下，參考研究區(qū)百口泉組儲層泥雜基含量、粒度的總體分布特征，分貧泥砂巖、貧泥砂礫巖、含泥砂巖、含泥砂礫巖、富泥砂礫巖五種巖相類型對比瑪北斜坡區(qū)不同泥雜基含量、不同粒度儲層的壓實減孔效應(yīng)(圖12)，可以看出，在排除壓碎縫(樣品點①)、膠結(jié)(樣品點②)、溶蝕(樣品點③)作用條件下，泥雜基含量—粒度綜合指標(biāo)可以反映百口泉組儲層的壓實減孔趨勢，自貧泥砂巖—貧泥砂礫巖—含泥砂礫巖—含泥砂巖—富泥砂礫巖方向，隨埋深增加，孔隙度的減孔趨勢呈逐漸增強趨勢，富泥砂礫巖壓實減孔效應(yīng)最強。

瑪北斜坡區(qū)百口泉組膠結(jié)物類型主要以(鐵)方解石、硅質(zhì)、高嶺石為主，膠結(jié)物含量多小于5%，膠結(jié)作用對百口泉組儲層減孔作用相對較弱(圖11A，B)，且膠結(jié)物含量與泥雜基含量呈明顯的負(fù)相關(guān)(圖11B)，即可以用泥雜基含量來大致反映百口泉組儲層的膠結(jié)強度。

圖10 瑪北斜坡區(qū)百口泉組沉積體系圖Fig.10 Depositional system map in T1b of Mabei slope

圖11 瑪北斜坡區(qū)百口泉組壓實—膠結(jié)減孔評價(A)及泥雜基—膠結(jié)物含量關(guān)系(B)Fig.11 Compaction-cementation evaluation(A)and matrix-cement relationship(B)in T1b of Mabei slope

綜上述，對瑪北斜坡區(qū)百口泉組而言，儲層的成巖作用(壓實、膠結(jié))強度與沉積作用(泥雜基含量、粒度)關(guān)系密切。泥雜基含量、粒度為瑪北斜坡區(qū)百口泉組儲集性能的主要控制因素。

4.2 有利儲集相帶確定

巖芯觀察及鑄體薄片鑒定資料分析表明，瑪北斜坡區(qū)百口泉組儲層物性與泥雜基含量呈明顯的負(fù)相關(guān)(圖13)，泥雜基含量越高，儲層物性越差。而泥雜基含量與儲層所屬的沉積微相類型相關(guān)性較強(圖13)，扇三角洲前緣近岸水下分流河道、河口壩微相泥雜基含量最低(對應(yīng)于圖12的貧泥砂巖、貧泥砂區(qū)巖);扇三角洲前緣遠(yuǎn)岸水下分流河道，扇三角洲平原辮狀河道微相泥雜基含量中等(對應(yīng)于圖12的含泥砂巖、含泥砂礫巖);而重力流(砂質(zhì)碎屑流)沉積泥雜基含量最高(對應(yīng)于圖12的富泥砂礫巖)。

綜上述，瑪北斜坡區(qū)百口泉組有利儲集相帶受沉積機制、沉積微相雙重控制，重力流(砂質(zhì)碎屑流)沉積泥質(zhì)含量較高，分選差，多見中礫級飄礫懸于其間，孔喉結(jié)構(gòu)不佳，整體物性最差;牽引流沉積視不同沉積相帶，扇三角洲平原辮狀河道、扇三角洲前緣遠(yuǎn)岸水下分流河道物性較差;扇三角洲前緣近岸水下分流河道、河口壩物性最優(yōu)，研究區(qū)河口壩沉積相對不太發(fā)育，優(yōu)質(zhì)儲層主要分布在扇三角洲前緣近岸水下分流河道相帶內(nèi)(圖10，13)。

圖12 瑪北斜坡區(qū)百口泉組不同泥雜基含量、粒度儲層的壓實減孔效應(yīng)對比圖Fig.12 Comparison chart of compaction effect in different matrix-granularity reservoir in T1b of Mabei slope

5 結(jié)論

(1)瑪北斜坡區(qū)三疊系百口泉組整體屬弱氧化—還原環(huán)境的扇三角洲沉積，主要發(fā)育扇三角洲平原辮狀河道、扇三角洲平原/前緣砂質(zhì)碎屑流、扇三角洲前緣近岸水下分流河道、遠(yuǎn)岸水下分流河道、河口壩五種主要沉積微相類型。發(fā)育牽引流、重力流兩種沉積機制。

(2)瑪北斜坡區(qū)百口泉組主要發(fā)育近源快速堆積的扇三角洲沉積體系，自下部百一段至上部百三段，整體呈湖侵退積沉積序列。主要發(fā)育夏子街扇、黃羊泉扇二大主扇體，夏子街扇細(xì)分為風(fēng)南10、夏72、瑪7三條支扇，西部的風(fēng)南10支扇、東部的瑪7支扇發(fā)育受深陡溝槽控制、以砂質(zhì)碎屑流為代表的重力流沉積。夏72支扇位于瑪北鼻狀突起上，鼻狀凸起背景下發(fā)育的低緩溝槽控制著牽引流水系的展布，受局部古地形坡折控制，在夏89、夏72、瑪15井附近逐級分流改道，多期次牽引流砂礫巖體前積疊加，覆蓋主油藏區(qū)夏72—瑪15—瑪131井區(qū)。夏子街扇與黃羊泉扇在瑪6—瑪101井一帶交匯。

(3)瑪北斜坡區(qū)百口泉組儲層的成巖作用(壓實、膠結(jié))強度與沉積作用(泥雜基含量、粒度)關(guān)系密切。泥雜基含量、粒度為瑪北斜坡區(qū)百口泉組儲集性能的主要控制因素。有利儲集相帶受沉積機制、沉積微相雙重控制，重力流(砂質(zhì)碎屑流)沉積整體物性最差;牽引流沉積視不同沉積相帶，扇三角洲平原辮狀河道、扇三角洲前緣遠(yuǎn)岸水下分流河道物性較差;扇三角洲前緣近岸水下分流河道、河口壩物性最優(yōu)，優(yōu)質(zhì)儲層主要分布在扇三角洲前緣近岸水下分流河道相帶內(nèi)。

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