準噶爾盆地砂質碎屑流砂體新發現及其油氣勘探意義

厚剛福 曾德龍 牛志杰 王力寶 宋 兵郭華軍 單 祥 竇 洋 李亞哲 彭 博

1.中國石油杭州地質研究院 2.中國石油新疆油田公司勘探開發研究院

0 引言

20 世紀90 年代中后期，Shanmugam 等[1-3]基于海相深水環境巖心的觀察和分析，提出了砂質碎屑流的概念。砂質碎屑流理論的提出，不僅成為沉積學和油氣地質學研究的熱點和重點方向之一，也是對當時經典濁流理論的部分否定與補充，對于預測深水區含油砂體分布具有重要作用[4]。國內許多學者很早就注意到陸相湖盆中存在塊體搬運及砂質碎屑流沉積。例如：黃子齊[5]通過傳統深水扇概念與Shanmugam等提出的砂質碎屑流概念進行對比，提出濁流成因的深水扇體很可能由碎屑流形成；傅文敏[6]提出碎屑流以凝結的方式沉積，產生不連續的砂體，形態復雜，很難預測，而濁流為橫向連續的席狀砂體，相對簡單，可以進行預測；秦建華[7]提出我國西南三江和南方地區深水砂巖比較發育，這些深水砂巖往往是研究盆地演化、洋陸轉換和盆山轉化的關鍵，并控制著區域礦產的分布；李祥輝等[8]通過砂質碎屑流與其他深水碎屑巖沉積異同的分析，認為西藏特提斯喜馬拉雅上侏羅統—下白堊統深海沉積背景下的塊狀砂巖具有砂質碎屑流沉積性質，指出深海相中的塊狀砂巖可以預測。近年來，相繼有學者在國內含油氣盆地中發現砂質碎屑流砂體，如：李相博等[9]、陳飛等[10]在鄂爾多斯盆地上三疊統延長組發現了砂質碎屑流砂體；韓作振等[11]、夏景生等[12]在渤海灣盆地古近系沙河街組、東營組發現了砂質碎屑流砂體；李楠等[13]在四川盆地上三疊統須家河組也發現了砂質碎屑流砂體。這些發現及其研究成果極大地提升和豐富了砂質碎屑流理論，但仍然僅限于對砂質碎屑流砂體的形成背景、搬運機制、識別標志和沉積模式等方面的研究，對砂質碎屑流砂體的平面分布規律、圈閉條件研究較少，因而制約了砂質碎屑流理論指導油氣勘探獲得重大突破。

2004 年，準噶爾盆地腹部在SN31 井巖性油藏勘探獲得突破[14-15]，但是按照SN31 井巖性圈閉模式部署的一批探井均告失利，此后近15 年在該盆地腹部的油氣勘探無重大突破。近年來，對準噶爾盆地腹部巖性油氣藏的研究從未間斷，厚剛福等[16]分析了盆地腹部古地貌對沉積體系的控制作用，進而探討了巖性圈閉成因模式；唐勇等[17]重新梳理了盆地腹部緩坡型巖性油氣藏主控因素；匡立春等[18]通過總結準噶爾盆地油氣勘探成果，指出了下一步勘探方向。準噶爾盆地侏羅系為一個大型坳陷湖盆，是否發育塊狀搬運的砂質碎屑流砂體？砂體是否具備側向遮擋條件？巖性圈閉是否落實？這些關鍵問題制約了該領域的油氣勘探。因此，迫切需要對凹陷區砂體成因類型及其成藏條件進行重新梳理，建立巖性圈閉新模式，優選下一步油氣勘探的領域。筆者在充分吸收前人研究成果的基礎上，通過大量巖心觀察，結合地震相和古地貌分析，提出了準噶爾盆地腹部盆1 井西凹陷下侏羅統三工河組二段（以下簡稱三二段）發育砂質碎屑流砂體的認識，分析了砂質碎屑流砂體的巖性圈閉條件，預測了準噶爾盆地盆1 井西凹陷砂質碎屑流砂體為天然氣勘探新領域。基于上述認識，針對砂質碎屑流砂體部署完成的QS2 井獲得了油氣勘探的重大突破，拓展了準噶爾盆地腹部油氣勘探領域，開啟了該盆地天然氣勘探的新階段。

1 地質概況

盆1 井西凹陷位于準噶爾盆地中央坳陷西北部，其南部毗鄰沙灣凹陷、莫索灣凸起，東部與莫北凸起、石西凸起相接，北部與達巴松凸起相接[19]（圖1），面積約3 500 km2。盆1 井西凹陷是準噶爾盆地最主要的生烴凹陷之一，周緣已發現莫索灣油氣田、石西油田、莫北油田、永進油田和莫西莊油田。三工河組沉積期，氣候溫暖潮濕，準噶爾盆地腹部發育一套湖泊—三角洲相沉積[20]。依據沉積旋回特征，可將三工河組劃分為3 段，其中二段是油氣勘探最主要目的層段[21]，可進一步劃分為兩個砂組，二砂組（J1s22）主要發育厚層塊狀砂巖，局部夾薄層粉砂巖，厚度介于40～160 m；一砂組（J1s21）主要發育砂巖和泥巖互層，厚度介于20～100 m（圖1），砂體在平面上相變較快，砂地比介于20%～60%，也是準噶爾盆地腹部巖性油氣藏勘探主力層段之一。

2 盆1 井西凹陷三工河組發育砂質碎屑流砂體

2.1 砂質碎屑流砂體識別標志

2.1.1 沉積構造標志

圖1 盆1 井西凹陷區域構造圖和三工河組綜合地層柱狀圖

圖2 J1 s21 砂組砂質碎屑流砂體典型沉積構造照片

對研究區3 口井共20 m 巖心進行了觀察發現，砂質碎屑流砂體常見灰色細砂巖和中砂巖，偶見硅質礫，分選差—中等，磨圓度為次棱角狀—次圓狀。砂巖底部通常與泥巖呈突變接觸關系（圖2-a～c），反映牽引流的交錯層理不發育，整體呈塊狀（圖2-d），發育包卷層理（圖2-e）、變形層理（圖2-f），泥質撕裂屑（圖2-g）、漂浮泥礫較常見（圖2-h）。這些沉積構造與正常牽引流成因的沉積構造存在明顯差異，為砂質碎屑流砂體典型識別標志。垂向上，砂體夾于厚層暗色泥巖中，呈“泥包砂”結構（圖1），泥巖厚度較大，顏色較深，為深灰色或灰黑色，表明砂體形成于水體相對較深的半深湖環境。單套砂體底部細砂巖或中砂巖與泥巖直接接觸，呈突變接觸關系，測井曲線表現為鐘形，表明砂體為陣發性重力流成因，濁積巖不發育。在平面上，砂質碎屑流砂體分布于坡折帶之下的半深湖環境（圖3），與坡折帶之上的水下分流河道砂體不連續，表明砂質碎屑流砂體的物質來源可能為坡折帶之上的水下分流河道砂體，在一定的觸發條件下，直接滑塌至湖盆深水區，形成砂質碎屑流砂體。

圖3 研究區三二段—砂組沉積相圖

2.1.2 粒度曲線標志

砂巖粒度分析可以用來判斷沉積環境，識別沉積微相[22]。對研究區19 個砂巖樣品進行粒度分析，結果顯示，C 值粒徑介于280～1 380 μm，平均值為620 μm，M 值粒徑介于110～560 μm，平均值為210 μm。在C—M 圖上，投點基本上平行于C=M 基線，反映出重力流沉積的特征（圖4-a）；在概率累計曲線圖上，橫坐標代表粒徑，縱坐標表示正態累積分布，可以看出砂質碎屑流砂體投點規律不明顯（圖4-b），反映牽引流成因的2 段式或3 段式不典型，偏度介于0.14～0.54，平均值為0.38，峰度介于1.04～1.52，平均值為1.26，標準偏差介于1.05～2.23，平均值為1.61，表明砂質碎屑流砂體形成環境較為復雜。

2.1.3 地震反射標志

依據地震反射特征來判定沉積相，是近年來沉積相識別的重要手段。如前積反射結構通常反映三角洲前緣砂體卸載[23]，透鏡狀充填反射結構通常指示河道下切[24]。對盆1 井西凹陷三二段砂質碎屑流砂體地震反射特征的分析結果顯示，砂質碎屑流砂體在常規振幅剖面上表現為短軸、不連續的特征，振幅中等—強（圖5-a）。為了進一步反映弄清砂質碎屑流砂體地震響應特征，利用稀疏約束脈沖反演技術對砂質碎屑流砂體進行反演，可以看出，砂質碎屑流砂體也表現為短軸、不連續、中—強反射的特征（圖5-b）。該標定認識也得到了后期鉆井的驗證，QS2 井針對這套中等—強反射軸，鉆遇14 m 厚砂質碎屑流砂體，表明地震反射和稀疏約束脈沖反演可以很好地預測和識別砂質碎屑流砂體。在平面上，砂質碎屑流砂體最大波谷和擬聲波阻抗呈現出中等—強的反射特征，整體呈舌狀孤立分布（圖6），反映砂質碎屑流砂體為陣發性重力流成因。

圖4 砂質碎屑流砂體粒度分析曲線圖

圖5 過QS1 井—M002 井地震反射及反演剖面圖

圖6 三維地震工區地震反演平面圖

2.2 砂質碎屑流砂體發育條件

砂質碎屑流砂體為重力流成因，其形成主要受控于古地形、物源供給及觸發機制等3 個條件[16]，其形成需要一定的坡度和坡折[25]；其次，砂質碎屑流砂體的形成需要充足的物源供給條件，三角洲前緣堆積的大量松散沉積物，易于再次搬運形成砂質碎屑流砂體[26]；另外，砂質碎屑流的形成需要有效的觸發機制[3-4]。通過研究區內50 多口鉆井標定，并進行了系統分層，建立了研究區三工河組層序地層格架，恢復三二段古地貌（圖7）。可以看出，三二段沉積期，盆1 井西凹陷為湖盆沉降中心，圍繞沉降中心，發育多級環狀坡折，坡折帶之下地層明顯較坡折帶之上地層加厚，且同向軸上超特征明顯。坡折帶的形成主要受燕山期構造活動的影響，斷裂活動造成地層發生撓曲變形，在古梁翼部發生披覆作用，從而形成由于構造活動引起的撓曲坡折帶，坡度較緩（1°～2°），為坡折帶之下深水區砂質碎屑流砂體的發育創造了條件。

圖7 研究區三二段古地貌圖

2.3 砂質碎屑流砂體平面分布特征

截至目前，盆1 井西凹陷勘探程度較低，鉆井數量較少，目前僅有5 口井鉆遇三二段。對盆1 井西凹陷及其周緣33 口井重礦物資料分析表明，坡折帶之下砂質碎屑流砂體重礦物組合與東部物源的三角洲前緣相砂體較相似，以白鈦礦—鋯石—石榴石組合為主。表明砂質碎屑流砂體物源主要來自東部。當東部物源體系三角洲前緣砂體堆積到一定程度、厚度增加到極限值時，受海西期和燕山期構造活動的觸發，三角洲前緣砂體沿坡折帶附近的泥質沉積物表面發生滑動，在坡折帶之下形成呈舌狀分布的砂質碎屑流砂體（圖3），面積約350 km2，證實了盆地凹陷區發育規模有效砂體，為下一步油氣勘探的新領域。

2.4 砂質碎屑流砂體儲層性質與含油氣性

通過3 口井共計20 多塊樣品鑄體薄片觀察和儲層化驗分析得出，砂質碎屑流砂體發育原生孔隙型儲層，儲層物性好，平均孔隙度體積百分數可達15%，滲透率27.4 mD。儲層孔隙結構較好，孔喉半徑高達10.79 μm，儲集性能較好。砂質碎屑流砂體含油氣性亦較好，在錄井中可以看到極為活躍的油氣顯示，且M17 井和QS1 井獲得工業油氣流，印證了砂質碎屑流砂體整體含油氣性較好。

3 砂質碎屑流砂體為天然氣勘探新領域

3.1 砂質碎屑流砂體頂、底板條件較好

巖性圈閉是否發育，其頂、底板條件是基礎[16]。沉積微相分析表明，盆1 井西凹陷湖盆深水區發育砂質碎屑流砂體，為坡折帶之上水下分流河道砂體堆積到一定程度，滑塌至坡折帶之下深水區形成（圖8-a），在垂向上呈“泥包砂”結構，底板為J1s22和J1s21之間一套初始湖侵期泥巖隔層[27]，厚度介于10～20 m；頂板為J1s3最大湖侵期厚層泥巖[27]，厚度大于25 m。因此，砂質碎屑流砂體頂、底板條件較好，為盆1 井西凹陷內巖性圈閉的發育奠定了基礎。

3.2 砂質碎屑流砂體側向遮擋條件優越，巖性圈閉條件較好

巖性圈閉能否形成，側向遮擋條件極為關鍵。盆1 井西凹陷三二段沉積微相分析表明，砂質碎屑流砂體在平面上呈舌狀分布于半深湖相泥巖中。砂質碎屑流砂體側向為坡折帶發育區，通常為沉積物發生滑塌作用的地方，砂體不發育，以細粒沉積物為主，因此，坡折帶在側向上對砂質碎屑流砂體構成良好的遮擋條件，使得砂質碎屑流砂體與坡折帶之上的三角洲前緣水下分流河道砂體不連通（圖8-b），有利于巖性圈閉的最終形成。

3.3 砂質碎屑流砂體為天然氣勘探新領域

綜合上述表明，砂質碎屑流砂體儲層質量較高，頂、底板條件好，具備側向遮擋條件，巖性圈閉條件優越（圖8-c）。另外，盆1 井西凹陷周緣發育海西期和燕山期兩組斷裂，在垂向上構成“Y”字形配置[28-29]，溝通二疊系烴源巖[30-32]，烴源巖和油氣輸導條件較好，有利于巖性圈閉最終成藏。加之該領域勘探程度較低，但油氣顯示活躍，已有2 口預探井獲工業油氣流，勘探潛力大，為下一步天然氣勘探新領域。

圖8 研究區砂質碎屑流砂體形成模式圖

4 天然氣勘探意義

砂質碎屑流砂體為天然氣藏勘探新領域，落實有利區面積為350 km2。該認識在油田預探井部署過程中提供了重要地質依據。根據該認識，針對砂質碎屑流砂體部署實施了QS2 井。QS2 井完鉆后，在三二段鉆遇14 m 厚的砂質碎屑流砂體，與預測完全吻合，油氣顯示極為活躍。2019 年6 月，QS2 井試油并獲得重大突破，測試日產天然氣20.3×104m3、日產油39.3 m3。QS2 井的突破，打破了腹部巖性油氣藏勘探的僵局，開辟了凹陷區規模巖性油氣藏勘探的新局面，證實了坡折帶之下砂質碎屑流砂體具有形成規模巖性油氣藏的條件。同時，QS2 井的突破，跳出了“源外、沿梁、斷控”成藏模式，走向凹陷區巖性油氣藏勘探領域，進一步證實了凹陷區的勘探潛力，不僅開辟了準噶爾盆地腹部天然氣勘探新領域，也開啟了天然氣勘探的新階段。

5 結論

1）準噶爾盆地盆1 井西凹陷三二段沉積期，周緣坡折帶較發育，坡折帶之上三角洲前緣砂體大面積分布，海西期和燕山期構造活動活躍，為坡折帶之下砂質碎屑流砂體發育創造了條件。

2）砂質碎屑流砂體發育，垂向上具有“泥包砂”結構，側向與前緣相砂體之間存在泥質分隔帶，封堵條件較好，巖性圈閉條件優越，為下一步準噶爾盆地腹部巖性油氣藏最有利勘探領域。

3）針對砂質碎屑流砂體部署的QS2 井完鉆后獲重大突破，證實了坡折帶之下砂質碎屑流砂體巖性油氣藏條件優越，開辟了凹陷區天然氣勘探的新場面。