巴音都兰凹陷南洼槽云质岩成藏研究及有利目标优选

0 引 言

云质岩作为我国二连盆地分布广泛的岩类之一,在巴音都兰凹陷南洼槽云质岩储集层成藏普遍存在。巴音都兰凹陷地处内蒙古自治区境内,是二连盆地最早发现油气显示的重要富油凹陷之一。该凹陷位于二连盆地马尼特坳陷的东北部,其北部和东部与巴音宝力格隆起相邻,西部与阿拉坦合力凹陷接壤,南部毗邻阿北阿南凹陷,面积大约 1200km2[1⁃11]。早期为一个统一的湖盆,在腾二段沉积时期,整个凹陷由于受构造反转运动影响被分割成南、中、北三个次级洼槽,其中南洼槽具有东南断西北超单断箕状特征,内部贯穿巴Ⅰ、巴Ⅱ构造带,主要储集层类型为西部斜坡带扇三角洲储集层和东部陡带的水下扇三角洲储集层。在古生界基底上自下而上发育下白垩统阿尔善组阿三段、阿四段,腾格尔组腾一段、腾二段及赛汉塔拉组地层,缺失侏罗系、下白垩统阿尔善组阿一段、阿二段地层。勘探证实其主力油气段为下白垩统阿尔善组阿四段(K₁ba₄)下部砂砾岩及上部的云质岩。历经多年深入的油气勘探开发已成为西部重要油气生产基地之一。

截至目前,该凹陷云质岩探明石油地质储量可观,凸显出云质岩勘探与开发潜力及规模性。但是,由于其储集层非均质性强,对其成藏机理及有效储集层的分布研究难度大。针对上述问题,本文从云质岩类型及成因、成藏机理等方面开展成藏主控因素及有效储集层分布研究,旨在推动巴音都兰凹陷下步云质岩储集层岩性油藏勘探开发。

1 云质岩类型及成因

在综合巴音都兰凹陷多口井钻录井资料基础上,结合沉积学理论,采用岩心观察、薄片鉴定分析了云质岩类型及矿物组成。

1.1 云质岩类型

云质岩(又称“特殊岩性段”)为一套受机械、化学沉积作用和火山活动共同影响而沉积形成的混积岩^[5,6,7],在二连盆地各个凹陷普遍发育,在巴音都兰南洼槽多口井均钻遇厚达一百到数百米不等云质岩地层。据沉积学分类标准(岩石组构中按白云石相对含量<25%、25%~50%分别定名含、质)及50余口井钻录井资料,对南洼槽云质岩类型主要划分为云质泥岩、含白云泥岩、泥质白云岩、白云岩、云质砂岩、含白云砂岩。

1.1.1 岩心观察

大量岩心样品观察反映出阿尔善组云质岩的分选性较好,成分成熟度和结构成熟度较高,整体上粒径偏细,具有扇三角洲前缘(图1a-图1d)与湖泊相(图1e)沉积的特点,局部可见鱼类生物化石(图1c),其中以灰色云质粉砂岩含油性较好(图1a),且试油获得工业油流。

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图1   巴音都兰凹陷南洼槽云质岩岩心特征

   

1.1.2 薄片鉴定

进一步对阿尔善组实物岩心/岩屑样品进行矿物鉴定得知:云质岩储集层岩样主要由石英、长石及白云石颗粒等碎屑成分组成。云质岩结构类型则主要呈现为颗粒结构(图2a-图2d)和泥微晶结构(图2e、图2f),其中颗粒结构云质岩粒间孔和粒内溶孔白云石晶间孔较发育(图2b-图2d)。

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图2   巴音都兰凹陷南洼槽云质岩储集层显微特征

   

1.2 云质岩成因

运用Sr/Ba比及碳氧同位素分析法对云质岩成因进行推测,主要分沉积和成岩两个阶段阐述。

1.2.1 沉积阶段

由于二连盆地侏罗纪及早白垩世大规模持续喷发中基性火山岩,历经风化淋滤形成咸化流体,提供大量Ca²⁺;同时早白垩世大规模火山喷发形成大量中基性凝灰岩进入湖盆中发生蚀变作用,也可供给足量Ca²⁺,致使湖盆中CaCO₃过饱和,即沉淀析出CaCO₃晶核^[6,7]。

1.2.2 成岩阶段

因泥岩中富含有机质生烃作用过程中产生大量CO₂并与Ca²⁺结合,促使方解石晶核逐渐生长。中基性火山岩风化淋滤及凝灰岩蚀变提供大量的Mg²⁺,在一定温压条件下,使得方解石发生白云石化作用^[5,6,7],云质岩由此大量形成。

1.2.3 Sr/Ba比及碳氧同位素分析

据Sr/Ba比及碳氧同位素分析测试数据推测南洼槽云质岩可能为埋藏环境下白云石化作用产物^[6,7]。主要参考测试数据如下:

(1)Sr含量介于114939 μL/L之间,Sr/Ba比值介于0.271~2.871之间,平均值为0.925,接近于1,指示其古沉积水介质为半咸水-咸水环境(图3a)。

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图3   巴音都兰凹陷南洼槽Sr/Ba值及碳氧同位素值分布

   

(2)δ¹³C介于0.4‰~8.7‰之间,平均值为4.47‰,δ¹³C较高正值可能与咸化成岩流体有关。

(3)δ¹⁸O介于-18.4‰~-3.6‰之间,平均值为-11.29‰,δ¹⁸O高负值可能与较高的成岩温度有关(图3b)。

2 云质岩成藏机理

巴音都兰凹陷南洼槽云质岩由于先天性“双重身份”(既为烃源岩又是储集岩)。烃源岩包括云质泥岩、含白云泥岩、泥质白云岩及白云岩;储集岩主要包括云质砂岩、含白云砂岩、泥质白云岩及白云岩。对云质岩成藏机理研究,将从烃源岩条件、储集空间发育、云质岩物性、含油性、源储运配置关系五个方面展开。

2.1 烃源岩条件优越

钻录井资料揭示巴音都兰凹陷南洼槽阿尔善组云质泥岩厚度100~300 m不等,且分布广泛。对阿尔善组大量云质泥岩样品生油指标数据统计,有机碳含量一般为0.76%~2.68%,最高为3.34%,S₁+S₂一般为12.25~15.19 mg/g,最高达到39.02 mg/g,总烃一般为58.47×10^-6~63.25×10^-6,云质泥岩综合评定为好烃源岩^[8,9,10]。此外,关于云质泥岩成熟又一有利证据则是优选实测的白云石流体包裹体(如B 3井)温度介于75~105℃(图4),便于此类烃源岩大量有效排烃。

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图4   巴音都兰凹陷南洼槽云质岩包裹体分析

   

2.2 云质岩储集空间发育

2.2.1 裂缝发育

据新三维地震解释成果证实巴音都兰凹陷南洼槽内部围绕着巴Ⅰ与巴Ⅱ构造带大断裂发育,走向以NE、NNE 为主,局部NE走向小断裂密集发育,导致云质砂岩局部构造裂缝发育(图5红线处)。反映出构造活动带处,往往断裂作用频繁,对储集层的建设性改造作用明显。同时,在对云质泥岩岩心观察中发现天然高角度裂缝,在被碳酸盐矿物充填(如B 54井)并发生溶蚀后形成复合成因的裂缝-溶蚀孔隙,可形成良好油气储集空间(如B 5井)。推测裂缝成因,可能与巴Ⅰ构造带断裂发育及云质泥岩自身白云石矿物含量较高(样品白云石平均含量约26.9%)导致岩性较脆有关(图6)。

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图5   巴音都兰凹陷南洼槽云质砂岩岩心裂缝发育

   

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图6   巴音都兰凹陷南洼槽云质泥岩岩心裂缝发育及白云石含量统计

   

2.2.2 原生与次生孔隙发育

据镜下大量薄片鉴定观察,在欠压实或弱压实作用区,沉积作用为主,颗粒支撑、颗粒间点接触明显,云质砂岩原生粒间孔、晶间孔得以发育保存(图7a、图7c),而溶蚀作用则形成储集层经济“甜点区”,粒间、粒内溶孔,晶间溶孔发育(图7b、图7d),形态多样分散且无规则性。此外,尚存白云石化和铁白云石化增孔效应。对样品薄片观察发现大量白云石化和铁白云石化现象,表现为方解石残余、白云石阴极发光环带(雾心亮边)等(图8),充分反映出巴音都兰凹陷南洼槽云质岩中矿物交代作用程度强烈^[5,6,7]。进一步结合电子探针元素分析,证实元素Mg(视域中MgO占12.1%)、Ca(视域中CaO占27.95%)、Fe(视域中FeO占12.7%)相对含量高,易于白云石化和铁白云石化,而电子探针能谱分析则揭示云质岩中白云石化后白云石晶体发生溶蚀作用溶蚀孔发育。

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图7   巴音都兰凹陷南洼槽云质岩储集空间显微特征

   

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图8   巴音都兰凹陷南洼槽白云石化和铁白云石化

   

2.3 云质岩储集层物性差中有好

以云质砂岩为例,其物性特征整体呈现低中孔、特低渗特点(样品孔隙度范围为1.1%~33.7%,平均孔隙度约为18.5%;样品渗透率范围为0.001~516 mD,平均渗透率约为5.7 mD),岩性较致密,但中孔中渗、高孔中渗储集层同样发育,为好储集层。孔隙度与渗透率具有较好的正相关性。颗粒结构云质岩储集层物性好于泥晶结构云质岩,面孔率相对较高,易于油气优先运移。这与泥晶结构为低能沉积环境产物、粒径偏细有关。

2.4 储集层含油性特征

多口井实钻资料表明物性好坏直接影响云质岩储集层的含油性,关键在于找到物性参数临界值。在对此类储集层岩性、物性、含油性资料综合分析的基础上,总结出云质岩储集层含油的临界物性:当云质砂岩的渗透率大于0.3 mD时,砂体内才能有油气聚集;而白云岩和泥质白云岩的渗透率大于0.7 mD时,才能聚集油气^[7]。另据岩心样品压汞实验结果,溶蚀程度高的含油性云质砂岩较致密型云质砂岩具有更低的排驱压力(前者为0.02~0.5 MPa,后者为1.5~30 MPa)、更高的进汞饱和度,喉道结构好于致密云质砂岩,表明储集层发生溶蚀作用有效降低了油气充注阻力(毛管压力),利于油气成藏^[7]。

2.5 源储运配置关系利于成藏

前文已述及南洼槽阿尔善组云质泥岩具有厚度大、分布广、生油指标好的成熟烃源岩特征,生烃潜力大,裂缝-孔隙型储集层发育,加之上覆盖层腾格尔组腾一段(K₁bt₁)泥岩与云质泥岩及继承性断裂发育,共同形成良好封存遮挡条件。在对南洼槽多口井钻录井、试油及三维地震资料综合分析基础上,归纳阿尔善组云质岩成藏存在如下配置特点:垂向与水平方向上油气沿断层面及不整合层序界面运移,呈现下生上储、上生下储、自生自储(局部发育白云岩油层)多样化成藏样式(图9),总体表现为源储一体、近源成藏的特征^[5-7,10]。

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图9   巴音都兰凹陷南洼槽云质岩油气聚集模式

   

3 云质岩有效储集层分布

在对云质岩成藏研究基础上,为进一步满足高效勘探开发需求,预测云质岩有效储集层分布尤为关键。为此,通过开展阿尔善组云质岩精细地层对比,识别云质岩岩性组合,确定云质岩发育特征。

3.1 云质岩岩性组合

实钻及试油资料揭示出巴音都兰凹陷南洼槽云质岩横向发育较为稳定,其中云质砂岩储集层普遍具有多层状油藏特征^[10,11]。垂向上云质砂岩、白云岩、云质泥岩、泥质云岩呈现互层组合样式,厚度不均一,局部云质砂岩单层厚度可达50 m(图10)。

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图10   巴音都兰南洼槽云质岩地层对比

   

另据南洼槽地震相特征识别有效储集层岩性组合,井震结合法得知云质岩(图11中蓝色框内)区域上地震同相轴内部反射较为连续,整体呈现亚平行、平行弱白反射特征。云质岩组合体波形特征主要表现为低频强振幅、高频弱振幅、中频中振幅、低频中振幅四种类型,其中低频强振幅型地震相组合特征对应云质岩有效储集层不发育,较其他三种类型表现为不利组合样式。

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图11   巴音都兰南洼槽云质岩地震相剖面

   

3.2 云质岩有效储集层预测及目标优选

在精细南洼槽三维地震资料构造解释基础上,细化了阿四段不同砂层组沉积研究,明确洼槽带东西方向两大物源扇三角洲前缘为有利沉积相带^[11]。进一步综合阿四段云质岩储集层等厚图、储集层孔渗物性及综合测录井等数据,运用波形分类属性方法(图12),平面上共预测四类(红黄绿蓝)岩相区。即:(1)红色区为白云质粉砂岩、白云岩类(代表井B 10井);(2)黄色区以白云质粉砂岩、白云岩类为主,夹薄层白云质泥岩(代表井B 54井);(3)绿色区为白云质粉砂岩、白云质泥岩互层岩相(代表井B 9井);(4)蓝色、浅蓝色区以白云质泥岩类为主,夹薄层白云质砂岩(代表井B 35井)。红色区、黄色区及绿色区为有效储集层集中发育区,并以红色区为最优,试油及开发效果较好(如B 10井产油量为26.9 t/d)。

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图12   巴音都兰南洼槽K₁ba₄顶面(10100 ms)波形分类图

   

同时,综合多图叠合及波形分类区储集层属性,确立有效储集层划分标准。以云质岩储集层有效孔隙度≥12.2%、渗透率≥0.3 mD、厚度≥ 40 m为划分标准,平面主要分布在南洼槽巴Ⅰ构造带北部、西南斜坡中内带、巴Ⅱ构造带中部。在此基础上提出有利目标,优选井位目标为B 36南圈闭(图12),初步预测圈闭资源量约为近千万吨,若成功钻探将扩大南洼槽云质岩油藏北部储量范围,具有重要勘探意义。

4 结 论

通过对二连盆地巴音都兰凹陷南洼槽下白垩统阿尔善组云质岩成藏机理研究得出如下结论:

(1)云质岩形成主要是埋藏环境下白云石化作用的产物。云质岩储集层岩石类型以云质砂岩为主,白云岩次之。云质岩储集层为裂缝-孔隙型,表现为差异压实作用下的原生粒间、晶间孔隙;构造活动(断裂)形成裂缝型空间、溶蚀作用形成粒间、粒内溶孔,晶间溶孔。

(2)云质岩成藏主要控制因素:源储运配置关系、物性临界值以及溶蚀作用有效降低油气充注毛管压力等。

(3)云质岩成藏有效储集层分布:以云质岩储集层有效孔隙度≥12.2%、渗透率≥0.3 mD、厚度≥40 m为划分标准,平面主要分布在南洼槽巴Ⅰ构造带北部、西南斜坡中内带、巴Ⅱ构造带中部,优选井位目标为B 36南圈闭。

参考文献

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