王 然，鄭孟林，楊 森，趙辛楣，姜懿洋，萬(wàn) 敏

(中國(guó)石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

0 引 言

準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷砂礫巖儲(chǔ)層廣泛分布于瑪北、瑪西、瑪東和瑪南四大斜坡區(qū)，瑪東、瑪西百口泉組油區(qū)勘探效果顯著[1]。瑪南斜坡區(qū)是西北緣斷裂帶油氣富集構(gòu)造單元之一，在二疊系風(fēng)城組、佳木禾組、下烏爾禾組、上烏爾禾組和三疊系百口泉組、克拉瑪依組以及侏羅系三工河組等多層系均發(fā)現(xiàn)規(guī)模油氣藏[2]，瑪南斜坡區(qū)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)探明和控制油氣儲(chǔ)量達(dá)十億噸。2012年，瑪南斜坡瑪湖1井在上烏爾禾組見(jiàn)到良好的油氣顯示后，揭開(kāi)了上烏爾禾組油氣勘探序幕，并在瑪南斜坡區(qū)四大扇區(qū)中的中拐扇和克拉瑪依扇獲得突破，白堿灘扇勘探程度低，達(dá)巴松扇有待突破。而物源、沉積環(huán)境和古構(gòu)造特征的差異性，加之多扇體搭接連片分布特征，造成該區(qū)儲(chǔ)層成因復(fù)雜，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)難度大，儲(chǔ)層精細(xì)評(píng)價(jià)成為瑪南斜坡區(qū)勘探研究的重中之重。

前人研究認(rèn)為，砂礫巖儲(chǔ)層一般孔隙度小于10.0%、滲透率小于5.000 mD，具有低孔低滲特征[3]，屬于近物源混雜堆積沉積體系，巖性成分復(fù)雜，巖石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造種類(lèi)多樣，巖相平面特征變化快[4-5]。成巖作用與孔隙演化對(duì)儲(chǔ)層物性有重要影響[6]，目前，對(duì)瑪湖凹陷百口泉組砂礫巖儲(chǔ)層特征、儲(chǔ)層成因、儲(chǔ)層控制因素、成巖作用及儲(chǔ)層分類(lèi)評(píng)價(jià)等方面均有比較深入的研究[7-10]，上烏爾禾組作為重要的接替勘探層位，與百口泉組具有相似的成藏背景，儲(chǔ)層均以砂礫巖為主，但孔隙結(jié)構(gòu)卻存在很大差異性。上覆的百口泉組儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型主要以溶蝕孔隙為主，原生粒間孔發(fā)育次之，而埋藏更深的上烏爾禾組儲(chǔ)層卻發(fā)育大量的原生粒間孔，膠結(jié)物含量幾乎為零，同時(shí)發(fā)現(xiàn)同一相帶內(nèi)儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，油層和水層同時(shí)存在。針對(duì)上烏爾禾組砂礫巖儲(chǔ)層成因不明和控制因素不清等問(wèn)題，從巖心描述、巖石薄片和分析化驗(yàn)等資料入手，通過(guò)對(duì)瑪南斜坡區(qū)上烏爾禾組砂礫巖儲(chǔ)層特征、沉積環(huán)境和成巖作用等方面進(jìn)行研究，分析儲(chǔ)層的主控因素，以期對(duì)砂礫巖儲(chǔ)層的評(píng)價(jià)和后續(xù)勘探提供參考和指導(dǎo)。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

瑪南斜坡區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣瑪湖凹陷西南部隆起與中央凹陷結(jié)合部，由一凸起(中拐凸起)、一斷裂帶(克百斷裂帶)和一凹陷(瑪湖凹陷)多元化構(gòu)造格局組成(圖1)。西北緣構(gòu)造帶自二疊世以來(lái)，經(jīng)歷了伸展造山、逆沖擠壓、振蕩升降和陸內(nèi)前陸等多期構(gòu)造的疊加和繼承[11]，造成現(xiàn)今上烏爾禾組靠近凹陷邊緣逆沖、走滑大斷裂發(fā)育，多層系不整合接觸，靠近凹陷沉積中心受古地貌特征的影響存在多期沉積坡折帶[12]，沉積受坡折帶的影響具有條帶特征。以埋藏深度4 000 m為界將瑪南斜坡區(qū)劃分為上、下2個(gè)斜坡帶，上斜坡埋藏較淺，構(gòu)造陡，上烏爾禾組厚度為150～210 m，面積約為800 km2；下斜坡埋藏較深，構(gòu)造平緩，上烏爾禾組厚度約為200～420 m，面積約為1 000 km2。上斜坡勘探已獲得整體突破，下斜坡勘探遲緩，此次研究集中在上斜坡儲(chǔ)層特征及控制因素的研究，以期對(duì)下斜坡儲(chǔ)層認(rèn)識(shí)提供一定指導(dǎo)。

圖1 瑪南斜坡區(qū)地理位置和地層綜合柱狀圖

上烏爾禾組自下而上發(fā)育二疊系、三疊系、侏羅系和白堊系地層，層系之間的接觸關(guān)系均為不整合接觸，這些不整合面為油氣運(yùn)移提供了通道，同時(shí)為油氣聚集提供圈閉條件。上烏爾禾組根據(jù)沉積特征劃分為上、中、下3段。烏一段主要為塊狀砂礫巖夾少量薄層泥巖，烏二段為厚層狀砂礫巖夾薄互層泥巖，烏三段主要發(fā)育泥巖，為區(qū)域蓋層[13]。平面上烏爾禾組發(fā)育4個(gè)物源體系，分別為西南向的中拐扇、北西向的克拉瑪依扇、西北向的白堿灘扇和東北向的達(dá)巴松扇。四大扇體沉積主要為大型淺水退覆式扇三角洲沉積體系[14]，整體表現(xiàn)為緩坡、水淺、物源充足，延伸較遠(yuǎn)的砂礫巖體[15]。扇體之間發(fā)育較為緊湊，相互交匯，呈現(xiàn)多期退積型搭接連片分布。砂礫巖儲(chǔ)層廣泛發(fā)育，面積大，約為1 800 km2。

2 儲(chǔ)層基本特征

2.1 巖石學(xué)特征

瑪南上斜坡上烏爾禾組儲(chǔ)層主要發(fā)育扇三角洲沉積，巖體類(lèi)型以水上分流河道和水下分流河道形成的砂礫巖為主[16]，整體為粗粒沉積，存在部分碎屑流和灘壩成因的儲(chǔ)層。

儲(chǔ)層巖性主要以灰色、褐灰色砂礫巖為主，約占整個(gè)儲(chǔ)層的87.0%以上，其次為中粒、細(xì)粒和不等粒砂巖，粉砂巖含量較低。其中，礫石占總碎屑組分的62.4%，成分以凝灰?guī)r、安山巖和砂巖為主(圖2)；砂質(zhì)組分占比為32.6%，以凝灰質(zhì)碎屑為主，長(zhǎng)石、石英含量較低；填隙物主要以泥質(zhì)雜基充填為主，含少量粉砂，雜基含量平均為4.7%，部分具水云母化。上斜坡膠結(jié)物含量較低，平均占比為1.4%，膠結(jié)物的分布具有區(qū)域性，大部分上斜坡區(qū)域不含膠結(jié)物，僅在靠近斷裂和不整合面附近稍微發(fā)育，成分主要為方解石和濁沸石，推測(cè)為后期淡水淋濾作用形成。儲(chǔ)層膠結(jié)程度為疏松—中等，易碎，呈塊狀構(gòu)造，鏡下為砂礫狀結(jié)構(gòu)。碎屑顆粒占比達(dá)93.9%，粒徑均大于2 mm，以顆粒支撐方式為主，膠結(jié)類(lèi)型主要為線接觸和壓嵌式，磨圓度變化較大，次棱角狀到次圓狀均有分布，分選為差—中等。砂巖類(lèi)型以長(zhǎng)石巖屑砂巖為主，巖屑含量較高，成分以凝灰?guī)r為主。石英、長(zhǎng)石、巖屑的平均含量分別為5.8%、3.5%和90.7%，反應(yīng)儲(chǔ)層總體成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度較低的特征。

圖2 瑪南上斜坡區(qū)上烏爾禾組砂礫巖儲(chǔ)層碎屑成分含量

2.2 孔隙結(jié)構(gòu)特征

瑪南斜坡上烏爾禾組儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型主要以殘余原生粒間孔為主，其次為粒間溶孔及顆粒溶孔，少量的濁沸石溶孔、微裂縫。儲(chǔ)層孔隙較少，面孔率基本小于1.00%，平均為0.33%，孔隙直徑為8.38～196.96 μm，平均為69.40 μm，為毛細(xì)管孔隙(表1)；喉道寬度為0.00～6.12 μm，平均為1.36 μm，以中—細(xì)喉道為主；孔喉比為0.00～7.12，平均為1.22；配位數(shù)為0.00～0.21，平均為0.08；裂縫寬度為0.00～13.50 μm，平均為1.75 μm。整體上儲(chǔ)層孔喉比接近于1.00，小孔、中—細(xì)喉道發(fā)育為有效孔隙體積。

表1 瑪南上斜坡上烏爾禾組儲(chǔ)層鑄體薄片孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)

2.3 物性特征

上烏爾禾組儲(chǔ)層總體上屬于低孔、中—低滲儲(chǔ)層?，斈仙闲逼聝?chǔ)層深度集中在2 500～4 100 m，儲(chǔ)層孔隙度為3.0%～18.5%，平均為8.1%，大于10.0%的樣品占16%(圖3)；儲(chǔ)層滲透率為0.019～959.000 mD，平均為18.690 mD，大于1.000 mD的樣品占83%，大于10.000 mD的樣品占29%。深度為2 500～3 000 m儲(chǔ)層平均孔隙度為8.7%，平均滲透率為21.920 mD；深度為3 000～3 500 m儲(chǔ)層平均孔隙度為7.9%，平均滲透率為9.670 mD；深度為3 500～4 100 m儲(chǔ)層平均孔隙度為8.3%，平均滲透率為13.900 mD。整體而言，儲(chǔ)層物性隨著深度增加逐漸降低，在3 800 m左右孔隙度和滲透率出現(xiàn)增大的趨勢(shì)，對(duì)孔隙度的影響變化不大，但對(duì)滲透率影響較顯著。從鑄體薄片特征看，深部?jī)?chǔ)層出現(xiàn)溶蝕孔隙，極大地改善了儲(chǔ)層的質(zhì)量，這與深部濁沸石膠結(jié)物含量增加密切相關(guān)，濁沸石為自生硅鋁酸鹽礦物，遇有機(jī)酸極易被溶蝕，推測(cè)下斜坡深部?jī)?chǔ)層存在溶蝕孔隙發(fā)育帶。

圖3 瑪南斜坡區(qū)上烏爾禾組儲(chǔ)層孔滲散點(diǎn)圖

2.4 儲(chǔ)集空間類(lèi)型

根據(jù)儲(chǔ)層微觀特征、壓汞曲線數(shù)據(jù)以及物性分析數(shù)據(jù)，將上斜坡上烏爾禾組儲(chǔ)層空間類(lèi)型分為3種：大—中孔中—細(xì)喉道型、小—微孔細(xì)喉道型、微孔-裂縫型。大—中孔中—細(xì)喉道型孔隙結(jié)構(gòu)最好，微孔-裂縫型孔隙結(jié)構(gòu)最差。

大—中孔中—細(xì)喉道型以原生粒間孔為主，次生溶蝕作用形成的孔隙較少見(jiàn)。儲(chǔ)層毛管壓力曲線呈粗歪度，排驅(qū)壓力為0.01～1.72 MPa，平均為0.14 MPa；毛管半徑為1.02～16.44 μm,平均為3.79 μm；孔隙度為5.2%～15.5%，平均為9.7%；滲透率為1.190～959.000 mD，平均為10.090 mD。

小—微孔細(xì)喉道型以剩余粒間孔為主，含少量的溶擴(kuò)孔。儲(chǔ)層毛管壓力曲線呈粗歪度，排驅(qū)壓力為0.15～2.60 MPa，平均為0.83 MPa；毛管半徑為0.07～1.50 μm，平均為0.46 μm；孔隙度為4.7%～16.1%，平均為8.9%；滲透率為0.110～167.000 mD，平均為1.900 mD。

微孔-裂縫型以溶蝕孔隙為主，粒間孔剩余較少。儲(chǔ)層毛管壓力曲線呈粗歪度，排驅(qū)壓力為0.11～2.46 MPa,平均為0.61 MPa；毛管半徑為0.16～1.96 μm，平均為0.55 μm；孔隙度為4.4%～12.7%,平均為9.6%；滲透率為0.070～86.800 mD，平均為1.570 mD。

2.5 儲(chǔ)層分類(lèi)

根據(jù)物性、儲(chǔ)集空間特征、埋藏深度和產(chǎn)能等要素將上斜坡儲(chǔ)層劃分為3類(lèi)：一類(lèi)儲(chǔ)層物性較好，平均孔隙度大于9.0%，平均滲透率大于10.000 mD，具有大—中孔中—細(xì)喉道型的儲(chǔ)集空間特征，埋藏深度一般為3 500 m以淺，日產(chǎn)油達(dá)8 m3/d以上，如MH11、JL42等井。二類(lèi)儲(chǔ)層一般分布在斷裂帶附近，微裂縫發(fā)育，孔隙少，連通性較好；平均孔隙度小于9.0%，平均滲透率為10.000～20.000 mD，具有小—微孔細(xì)喉道、微孔-裂縫型的儲(chǔ)集空間特征，埋藏深度為3 500～4 000 m；產(chǎn)能差異大，取決于裂縫的發(fā)育程度，日產(chǎn)油為5～12 m3/d，如MH23、JL 2等井。三類(lèi)儲(chǔ)層物性較差，平均孔隙度小于9.0%，平均滲透率小于10.000 mD，具小—微孔細(xì)喉道型的儲(chǔ)集空間特征，埋藏深度為3 500～4 000 m，日產(chǎn)油為2～5 m3/d，如MH20、K303等井。3類(lèi)儲(chǔ)層均見(jiàn)油氣，上斜坡整體呈現(xiàn)滿斜坡含油、物性好、產(chǎn)量高的特征。

3 優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育控制因素

瑪南上斜坡上烏爾禾組儲(chǔ)層由礫石、砂質(zhì)、泥質(zhì)雜基和少量膠結(jié)物碎屑成分組成，對(duì)儲(chǔ)層物性影響較大的組分為泥質(zhì)雜基和膠結(jié)物含量，由于膠結(jié)物含量較低，只在局部富集，因此，泥質(zhì)含量的高低是決定儲(chǔ)層質(zhì)量好壞的關(guān)鍵因素。水動(dòng)力的強(qiáng)弱與泥質(zhì)含量密切相關(guān)，以水動(dòng)力強(qiáng)弱為主線，從沉積環(huán)境、古地貌特征和成巖作用3個(gè)方面分析儲(chǔ)層的控制因素。

3.1 沉積環(huán)境直接控制優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育

瑪南斜坡區(qū)上烏爾禾組儲(chǔ)層填隙物以泥質(zhì)雜基充填為主，泥質(zhì)含量的高低決定了儲(chǔ)層質(zhì)量的好壞。從沉積根源分析，水動(dòng)力條件強(qiáng)，泥質(zhì)含量低；水動(dòng)力條件弱，泥質(zhì)含量高。水動(dòng)力條件是直接控制優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育的關(guān)鍵因素。上烏爾禾組儲(chǔ)層發(fā)育扇三角洲前緣和扇三角洲平原亞相沉積，包括前緣水下分流河道、平原水上分流河道、河口壩、灘壩及河道間等沉積微相，其中，河道間微相水動(dòng)力環(huán)境最弱[17]，主要發(fā)育泥巖，可作為蓋層。前緣水下分流河道沉積微相水動(dòng)力穩(wěn)定、較強(qiáng)，屬于一定距離搬運(yùn)靠近物源沉積，處于水下還原環(huán)境，是優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育的主要沉積環(huán)境。河口壩和灘壩沉積微相水動(dòng)力穩(wěn)定、較弱，主要攜帶部分小礫石和砂、泥等顆粒，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間搬運(yùn)砂在扇體外緣沉積，層理發(fā)育，分選較好，是一般儲(chǔ)層發(fā)育的主要沉積環(huán)境。平原水上分流河道微相水動(dòng)力不穩(wěn)定，洪水期快速沉積，處于水上沉積環(huán)境，無(wú)明顯層理，發(fā)育塊狀構(gòu)造，泥質(zhì)含量較高，具有洪水期碎屑流塊狀搬運(yùn)沉積特征，是差儲(chǔ)層發(fā)育的沉積環(huán)境。在上斜坡凹陷邊緣部分沉積主要為平原水上分流河道沉積，泥石流沉積特征顯著，孔隙不發(fā)育，上斜坡的主體區(qū)域?yàn)榍熬壦路至骱拥莱练e，夾雜部分河口壩和灘壩沉積。

3.2 古地貌間接控制優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育

瑪湖上烏爾禾組是盆地開(kāi)始轉(zhuǎn)型時(shí)填平補(bǔ)齊的一套沉積，斜坡區(qū)發(fā)育多級(jí)坡折帶，伴隨多期湖侵，形成了不斷上超的扇體[18]。對(duì)上斜坡沉積厚度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，存在鄰近井上烏爾禾組地層厚度差50 m左右的現(xiàn)象，分析發(fā)現(xiàn)斜坡區(qū)存在繼承性的古凸和古凹的特征。凹凸不平的古地貌特征，在坡緩、水淺的沉積背景下直接影響了沉積水體水動(dòng)力的強(qiáng)弱，間接控制優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育。具體表現(xiàn)為溝槽區(qū)水體深、水動(dòng)力強(qiáng)、淘洗作用強(qiáng)、泥質(zhì)含量低、儲(chǔ)層質(zhì)量好；古凸區(qū)水體淺、水動(dòng)力稍弱、淘洗作用弱、泥質(zhì)含量高、儲(chǔ)層質(zhì)量差。

3.3 成巖作用對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育的影響

由鑄體薄片資料分析可知，上烏爾禾組處于中成巖A期，成巖作用較單一，以壓實(shí)作用為主，膠結(jié)作用和溶蝕作用較少見(jiàn)，膠結(jié)物含量較低。造成這一現(xiàn)象主要有埋藏深度較淺和地層水缺乏2個(gè)因素：①上斜坡埋藏深度在4 000 m之內(nèi)，而在下斜坡埋藏4 100～4 300 m的JL50和K204等井處發(fā)育濁沸石溶孔，由此可見(jiàn)，上斜坡由于埋藏較淺達(dá)不到膠結(jié)作用的成巖溫度；②上斜坡發(fā)現(xiàn)的油藏普遍不含地層水，在大斷裂和不整合面附近由于地表水的作用發(fā)育少量方解石膠結(jié)物，因此，地層水缺乏也是造成膠結(jié)物和溶蝕孔不發(fā)育的主要原因。

隨著埋藏深度增加，壓實(shí)作用不斷增強(qiáng)，原生孔隙大幅降低。張順存等[19]研究結(jié)果表明，深度超過(guò)4 000 m后壓實(shí)作用可造成孔隙度損失25.0%左右。對(duì)上烏爾禾砂礫巖儲(chǔ)層實(shí)測(cè)孔隙度分析發(fā)現(xiàn)，2 500 m深度孔隙度平均值為8.7%，埋藏深度為3 500～3 800 m時(shí)孔隙度降到最低值，平均為7.9%，之后隨著深度的繼續(xù)增加，孔隙度和滲透率均略有提升，計(jì)算孔隙度因壓實(shí)作用的最大損失量為8.0%，可見(jiàn)該區(qū)壓實(shí)減孔作用受到抑制。譚開(kāi)俊等[20]研究發(fā)現(xiàn)，剛性顆粒會(huì)使壓實(shí)作用減弱，研究區(qū)儲(chǔ)層中礫石之間的相互支撐作用對(duì)原生孔隙減少有一定的抑制作用，是造成原生剩余粒間孔大量發(fā)育的主要原因?？梢?jiàn)礫石發(fā)育的儲(chǔ)層原生粒間孔保存較多，儲(chǔ)層物性較好，礫石發(fā)育的儲(chǔ)層也反映出水動(dòng)力較強(qiáng)的特征，沉積環(huán)境對(duì)成巖壓實(shí)作用有一定的影響。

4 勘探進(jìn)展

瑪南上斜坡上烏爾禾組勘探效果顯著，截至2020年年底，已提交探明儲(chǔ)量10×108t，下斜坡勘探程度較低，但Mh23、JL50等井獲得工業(yè)油流，表明下斜坡上烏爾禾組仍有一定的拓展?jié)摿?圖4)。鑒于該區(qū)整體成藏、大面積含油的油藏特征，對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育規(guī)律的研究仍是制約勘探進(jìn)程的重點(diǎn)。相對(duì)于上斜坡砂礫巖儲(chǔ)層特征，下斜坡儲(chǔ)層埋藏深，壓實(shí)作用強(qiáng)，儲(chǔ)層物性隨深度增加會(huì)有變差趨勢(shì)，而后期膠結(jié)、溶蝕成巖作用也會(huì)增強(qiáng)，對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)一步改造是否會(huì)造成物性變化存在一定的不確定性；同時(shí)，扇三角洲水下分流河道砂體延伸范圍影響了儲(chǔ)層在厚度和規(guī)模上的變化，砂體邊界范圍需進(jìn)一步確定。宏觀上儲(chǔ)層發(fā)育的邊界范圍和微觀上物性的控制因素是下一步儲(chǔ)層研究亟需解決的難題。

圖4 瑪南凹陷二疊系上烏爾禾組勘探成果

5 結(jié) 論

(1) 上斜坡上烏爾禾組儲(chǔ)層總體上孔隙度平均為8.1%，滲透率平均為18.690 mD，屬于中低孔低滲砂礫巖體，碎屑成分以礫石成分為主，填隙物以泥質(zhì)雜基充填為主，磨圓度次圓—次棱角，分選差—中等，結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度較低。

(2) 上斜坡上烏爾禾組儲(chǔ)層發(fā)育大—中孔中—細(xì)喉道型、小—微孔細(xì)喉道型、微孔-裂縫型3種類(lèi)型儲(chǔ)集空間，大—中孔中—細(xì)喉道型孔隙結(jié)構(gòu)最好。孔隙類(lèi)型以殘余原生粒間孔為主，含少量的粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔和微裂縫，從面孔率和孔喉特征分析，小孔、細(xì)喉道發(fā)育。

(3) 沉積環(huán)境對(duì)儲(chǔ)層物性具有直接控制作用，扇三角洲前緣水下分流河道沉積微相是優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育的主要沉積環(huán)境。古地貌通過(guò)水動(dòng)力條件間接控制泥質(zhì)含量高低，從而控制著儲(chǔ)層物性的好壞，溝槽區(qū)水動(dòng)力強(qiáng)，泥質(zhì)含量低，物性較好，儲(chǔ)層質(zhì)量高。上斜坡主要成巖作用為壓實(shí)作用，礫石發(fā)育對(duì)壓實(shí)減孔具有抑制作用，使得原生粒間孔隙大量保存。