準噶爾盆地沙灣凹陷灘壩砂的發現及油氣勘探潛力

關 新，潘樹新，曲永強，許多年，張 寒，馬永平，王國棟，陳雪珍

（中國石油勘探開發研究院西北分院，蘭州 730020）

0 引言

近年來，準噶爾盆地瑪湖地區勘探成果喜人，發現了十億噸級大油田，其中上烏爾禾組是主要貢獻產油層之一［1-3］。瑪南地區上烏爾禾組已經上交儲量超億噸，下一步勘探方向及接替領域是準噶爾盆地面臨的最大問題。近期，ST1 井上烏爾禾組獲得重大突破［4］，沙灣凹陷已成為油氣勘探的熱點地區。上烏爾禾組作為主要產油層，勢必會加大對該層的勘探力度，探索其儲量分布規律，以求沙灣凹陷的全面突破。

前人已對準噶爾盆地沙灣凹陷上烏爾禾組開展了大量的研究工作，在沉積體系、儲層特征、構造特征等方面取得了一系列的成果和認識［5-7］。施小榮、余海濤等學者普遍認為上烏爾禾組為扇三角洲沉積，主要發育扇三角洲平原、前緣和前扇三角洲［6-7］。因此，研究區上烏爾禾組儲層以扇三角洲沉積為主是目前的主流觀點，然而，近期ST1 井鉆探表明，準噶爾盆地沙灣凹陷上烏爾禾組具有典型的灘壩砂沉積特征，進而在沙灣凹陷下斜坡發現了一個新的油氣勘探領域。

灘壩砂的形成主要受波浪及沿岸流的影響，通常發育在濱岸地區（濱淺海、湖）。由于灘、壩砂體通常相互疊置，難以區分，因此合稱灘壩砂或灘壩復合體［8］。目前，灘壩砂儲層在我國多個盆地均有發現［9-15］。尤其是在東營凹陷，已發現大面積的灘壩砂巖油藏［16-17］。灘壩砂在東部盆地的研究已經非常成熟，并且成為重要的油氣勘探新領域［9-11］，然而在我國西部盆地，仍然將關注點放在淺層勘探以及尋找規模儲層發育區［18-20］，對于灘壩砂領域很少涉及。準噶爾盆地近年來的勘探以河流—三角洲體系為主［5，21-22］，對于濱淺湖亞相的灘壩砂領域幾乎沒有關注，進而缺乏對該領域的研究。灘壩砂作為一種重要的儲層類型，勘探技術僅在東部盆地比較成熟，西部盆地雖有涉及，但還不夠全面，也沒有形成體系。因此，灘壩砂領域在西部盆地的研究值得重視。

針對該區灘壩相油氣勘探新領域，其儲層分布規律以及勘探潛力急須深入研究。本文以高分辨率三維地震資料為基礎，結合鉆井、試油、測井、巖心等數據，利用屬性提取、沿層切片等地震技術，精細刻畫上烏爾禾組灘壩砂儲層平面展布特征，并評價該區灘壩相儲層的油氣成藏潛力。

1 區域地質概況

沙灣凹陷位于準噶爾盆地的西北緣，屬于準噶爾盆地中央坳陷的一個二級構造單元［23］，西面緊鄰紅車斷裂帶和中拐凸起，北面與盆1 井西凹陷相鄰［24］（圖1）。自下而上發育石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、古近系、新近系、第四系。近年來，二疊系上烏爾禾組成為準噶爾盆地西北緣油氣勘探的主力層系之一，自下而上可細分為烏一段、烏二段、烏三段［7］。沙灣凹陷的形成受到多期構造運動控制導致基底被抬升，從而產生一系列不整合面和斷裂，構成了油氣運移的通道［25］。構造運動后期，停止活動的斷裂對已成藏的油氣起到了封閉作用，使得沙灣凹陷西斜坡處于油氣成藏的有利構造位置。沙灣凹陷西斜坡緊鄰沙灣凹陷生烴區，是油氣長期匯聚成藏的有利指向區，成藏條件十分有利［26］，然而向凹陷部位，尤其是在沙灣凹陷西北環帶，即中拐凸起坡下地區勘探程度極低（圖1），其中上烏爾禾組廣泛發育扇三角洲前緣亞相以及濱淺湖亞相［25］，面積廣，勘探程度低，勘探潛力較大。

2 沙灣凹陷灘壩砂的發現

2.1 灘壩砂石油地質特征

2.1.1 灘壩砂發育的地質背景及沉積特征

灘壩砂通常發育在湖岸拐彎處、水下古隆起處、三角洲側緣處和開闊濱淺湖處，主要受到波浪作用和沿岸流作用的影響，波浪作用主要控制灘壩砂體的粒度以及垂直湖岸線方向的分布特征，而沿岸流則控制灘壩砂體平行湖岸線方向的分布特征。東濮凹陷在沙四段沉積期發生斷陷形成蘭聊斷層，蘭聊斷裂帶大規模發育扇三角洲平原及前緣［27］。由于前端地形較陡，發生斷陷之后，河流相快速衰退，灘壩砂體在扇三角洲兩翼的緩坡區內發育，在湖浪的改造作用下灘壩砂體平行于湖岸線分布。灘壩砂單層厚度薄，橫向變化快，連續性差，常由多個旋回疊置而成，垂向上多呈細-粗-細復合粒序或向上變粗的反粒序［25］。

2.1.2 灘壩砂油氣賦存特征

灘壩砂巖通常易形成巖性圈閉和構造-巖性圈閉，灘壩儲層物性好、靠近油源、具備完善的生儲蓋組合，有利于油氣的富集成藏，屬于典型的巖性油氣藏［28］。通過對灘壩砂有利儲集體分布進行分析，并對其油氣成藏條件及富集規律進行研究，認為油氣富集成藏的關鍵在于構造和有利儲層的匹配關系；指出了油氣主要來源于臨近層的烴源巖，儲集空間主要為厚度較大、較為發育的灘壩砂體，構造作用產生的斷裂溝通了烴源巖和儲集層，成為油氣運移的主要通道［29-31］。總之，灘壩砂油氣的賦存不僅要有臨近層烴源巖作為油氣來源，還要發育有利儲集空間來賦存油氣，更為重要的是構造運動產生的斷裂對二者的有效溝通。

2.2 瑪湖—沙灣凹陷上烏爾禾組沉積特征

2.2.1 瑪湖地區為緩坡帶，發育扇三角洲前緣亞相

選擇瑪湖—沙灣地區5 塊高密度三維地震資料（總面積達5 700 km2），通過精細層位標定，確定目的層的地震響應特征，遵循層序對比的原則加密解釋到小層，利用獲得的地震層位數據，進行古地貌精細成圖［圖2（a）］。古地貌恢復表明，目的層在瑪湖地區坡度較緩，平臺區發育。

結合前人的研究成果［23-24，32-34］以及該區鉆井、測井、巖心等資料分析，獲得瑪湖-沙灣地區上烏爾禾組沉積相圖［圖2（b）］。結果表明，瑪湖地區扇三角洲前緣亞相發育，面積大，向前延伸得較遠。

從連井剖面上可以看出（圖3），上烏爾禾組普遍發育有大套較厚層塊狀砂礫巖，為典型的扇三角洲前緣亞相特征，進一步證實瑪湖地區寬緩的平臺區是扇三角洲前緣亞相發育區。

2.2.2 沙灣地區為陡坡帶，發育濱淺湖亞相灘壩砂

與瑪湖地區不同的是，沙灣地區為陡坡帶［圖2（a）］，目的層很快入湖，結合灘壩砂發育特征，在濱淺湖內很可能發育灘壩砂。此外，沙灣凹陷主扇體兩翼的濱湖面積大、離岸近，是灘壩砂發育十分有利的地區。

近期重大發現井ST1 井的鉆探結果表明，沙灣地區發育灘壩砂（參見圖1）。從ST1 井單井圖上可看出，目的層巖性以褐灰色砂礫巖、灰色粉砂巖及灰色泥巖互層為特征，局部夾雜較厚層泥巖段，逆粒序特征明顯。自然伽馬曲線呈漏斗狀、指狀，漏斗狀對應層段反映出下細上粗的逆粒序特征，表明向上水流能量加強，分選逐漸變好；指狀對應層段反映出巖性粗細的交替變化，表明沉積過程中水動力快速變化，代表淺水環境，故解釋為灘壩砂沉積。

將ST1 井目的層的典型巖性剖面及測井曲線進行了局部放大（圖4），可以看出，上烏爾禾組從測井相上分析屬于濱淺湖亞相，儲層為灘壩砂體，該相帶受到水流反復淘洗，一般泥質含量較低，測井顯示泥巖聲波時差非常大，具有明顯的欠壓實特征，使得儲層保留了較大的孔隙空間，儲層品質好。此外，通過對測井曲線的分析，巖性剖面與測井曲線的匹配性較好，可以劃分出3 套灘壩砂體，砂壩主體巖性主要為砂礫巖、中粗砂巖，測井曲線表現為中高電阻率，中低密度，中低聲波時差。

巖心觀察是沉積相確定的重要依據之一。位于扇三角洲前緣亞相的上烏爾禾組發育有厚層塊狀砂礫巖、河道沖刷面、正粒序［圖5（a）—（b）］，具有典型的河道特征，而位于濱淺湖亞相的上烏爾禾組層序界面為漸變，無河道沖刷面［圖5（c）—（d）］，逆粒序特征明顯，進一步證實了本文的觀點。另外，S12 井鉆遇部分目的層，從單井來看也具有明顯灘壩砂特征。

2.3 灘壩砂儲層地球物理特征

2.3.1 振幅屬性特征

通過精細標定及敏感性分析表明，目的層對振幅較為敏感，能夠較好地區分儲層與非儲層。對研究區進行振幅屬性提取（圖6）。

結果表明，沿NW—SE 方向振幅能量由強變弱，中間存在過渡區域，能量呈條帶狀分布在強振幅周緣。西北地區振幅能量較強（紅色、黃色），分布較為集中，為三角洲平原沉積；東南地區呈現中弱振幅特征（藍色、綠色），代表濱淺湖沉積；中間過渡區域（黃色、綠色）表現為中等振幅，代表了三角洲前緣沉積；鉆井證實平面分布具有一致性。另外，在濱淺湖區域發育有數量不等，大小不一的中強振幅（紅色、黃色）帶，這些振幅帶平行于湖岸線成帶狀分布，具有灘壩砂體的沉積特征［24］。

2.3.2 沿層切片特征

沿層切片具有較好的等時意義，其能夠反映相對等時地史時期內的地質體展布特征，尤其是灘壩砂這種單層厚度較薄，砂泥巖互層現象明顯，對地震的響應影響較大，在地震剖面上難以識別，在沿層切片上能較好地反映出來。因此，在地質模式指導下，沿層切片可以較為精確地刻畫灘壩砂體。對重點三維地震資料進行沿層切片（圖7）。

從該切片上可以清晰地看出中強振幅（紅色、黃色）在濱淺湖區域呈明顯的多排條帶狀展布，方向為北東—南西向，與湖岸線平行。在三角洲平原區域，振幅能量較強，但分布較為分散；在三角洲前緣區域，依舊呈現為中弱振幅特征（黃色、綠色）。總體上切片平面特征與該區沉積相分布具有很好的一致性，且濱淺湖內灘壩砂特征明顯。

2.4 灘壩砂平面分布特征

在地質模式的指導下，結合地震屬性分析和沿層切片技術，精細刻畫了研究區的灘壩砂體（圖8）。灘壩砂的平面分布受古地貌控制，其更易在陡坡帶前端聚集，可能是由于緩坡帶扇三角洲前緣亞相延伸較遠，牽引流作用為主，大規模前緣亞相沉積占主導地位，而湖泊作用較弱，致使灘壩砂不發育。灘壩砂主要發育在沙灣凹陷西北環帶，其平行于湖岸線呈條帶狀分布在扇三角洲主扇體兩翼前端的濱淺湖內。灘壩砂個體小，但數量多，成排成帶出現，最大者面積可達15 km2。兩扇之間的濱淺湖亞相為灘壩砂集中發育區，成排成帶的灘壩砂在平面上聚集形成了規模儲層發育帶。將本次刻畫灘壩砂分為南帶和北帶（圖8），其中南帶為灘壩砂發育主體，儲層面積合計160 km2。因此，準噶爾盆地沙灣凹陷上烏爾禾組灘壩砂有利儲層分布廣、面積大，是下一步規模勘探新領域。

3 沙灣凹陷灘壩砂油氣成藏潛力

3.1 烴源巖

沙灣凹陷位于油氣運移的主要指向區，屬于油氣成藏的有利構造位置。沙灣凹陷除了臨近瑪湖凹陷和盆1 井西凹陷兩大生烴凹陷，其自身也是一富烴凹陷，油氣來源極其豐富，縱向上石炭系、二疊系佳木河組和上烏爾禾組、三疊系、侏羅系等均有油氣發現，展現出多層系含油、多源供烴、多期成藏的特征［20］（圖9）。沙灣凹陷內烴源巖發育的主力層段涵蓋二疊系佳木河組、風城組以及下烏爾禾組，烴源巖主體埋深超過6 000 m，厚度較大、分布廣泛，具備大規模生烴條件［25］。此外，研究區距離沙灣凹陷14 km，距離盆一井西凹陷18 km，距離瑪湖凹陷24 km，三源距離均較近，油氣可有效運移到研究區，是典型的遠源運移模式。油源對比分析表明，研究區原油性質差異極大，油源來自不同的生烴凹陷，具有明顯的運移效應，說明該區具有多源供烴的特點，烴源巖條件十分優越。

3.2 輸導體系

沙灣凹陷西斜坡主要經歷了3 期構造運動，發育五大繼承性古鼻凸，伸入生烴凹陷，鼻凸兩側發育3 期大型斷穿基底的斷裂，斷裂活動持續時間長、斷距大、延伸距離遠，能有效溝通深層油氣源或直接溝通烴源巖，輸導條件良好［25-26］（圖10）。海西期，大型逆斷層發育，斷距較大，在斜坡區斷開層位為石炭系—二疊系，下烏爾禾組、風城組等地層在此時尖滅。印支期，主要發育大型走滑斷層，斷距較小，主要分布在構造轉換帶，在平面上形成走滑斷裂發育帶，斷開的層位是下二疊統—中三疊統，有效溝通烴源巖，并控制油氣垂向輸導。早—中燕山期，形成一系列正斷層，斷距偏大，主要分布在斜坡區，斷開的層位是三疊系—侏羅系，控制淺層圈閉的形成和油氣調整。

3.3 圈閉體系

沙灣凹陷斜坡區在印支期與燕山期發育的2期斷裂［25］，不僅對厚層砂體形成有效的封堵作用，而且將區內與之正交的砂體正好錯斷，從而形成斷層巖性圈閉。此外，沙灣地區砂體展布與斷裂的平面匹配也較好，易于形成斷層-巖性圈閉群（參見圖9）。其中，印支期北西—南東向走滑斷裂以及燕山期北西—南東向正斷裂與北東—南西向展布的灘壩砂體相交匹配形成了一系列的斷層-巖性圈閉群。

綜上所述，沙灣地區灘壩砂體展布與斷裂的整體匹配性較好，發育斷層巖性圈閉，且空間上呈現“縱向疊置、橫向連片”的分布形式，巖性目標眾多，具備形成集群式分布斷層-巖性油氣藏的圈閉條件。

4 灘壩砂油藏發現的勘探意義

4.1 為沙灣地區灘壩砂油藏勘探提供模型指導

繼ST1 井突破之后，沙灣凹陷成為油氣勘探的熱點地區，而上烏爾禾組作為主要產油層，勢必會加大勘探力度，探索儲量分布規律，以求沙灣凹陷的全面突破。

灘壩砂沿湖岸線呈帶狀展布，領域規模可觀。受多期扇三角洲和多期湖進、湖退的影響，可能在某個地質時期內有多個灘壩砂發育期。由此，灘壩砂會形成“橫向成排成串、縱向交叉疊置”的組合樣式，從而為在沙灣地區尋找更多的灘壩砂提供了模型指導。

4.2 為準噶爾盆地“大瑪湖”提供新的勘探領域

由于灘壩砂形成的特定地質環境，在其上方和上傾方向均為濱淺湖亞相泥巖，因而具有良好的蓋層條件和側向封堵條件，易形成良好的巖性圈閉，一旦有油源供給，就很容易形成巖性油氣藏。或者說，只要找到灘壩砂并存在良好的油氣輸導，鉆探這類灘壩砂的成功率就會相對較高。

其次，瑪湖勘探近年來最大的問題在于尋找接替領域，目前最現實且有希望的2 個領域是：瑪湖自東向南擴展，為盆1井西凹陷東北環帶；自西向南擴展，為沙灣凹陷西北環帶。自此提出了“大瑪湖”的概念。針對“大瑪湖”，灘壩砂的勘探有望成為新的勘探領域。

5 結論

（1）準噶爾盆地沙灣凹陷上烏爾禾組沉積期坡度較陡，前端濱淺湖亞相內發育灘壩砂沉積，其主要位于主扇體兩翼，沿湖岸線成帶狀分布，分布面積大。

（2）沙灣凹陷具有多源供烴的特征，2 種輸導類型有效溝通烴源巖，并且砂體展布方向與斷裂方向正交，易于形成斷層巖性圈閉群，成藏條件十分優越。

（3）灘壩砂油藏的發現及落實，為沙灣地區灘壩砂油藏勘探提供模型指導，同時為準噶爾盆地瑪湖大油田的拓展提供新的勘探領域。