何海清 支東明 唐 勇 劉超威 陳 洪 郭旭光 王澤勝
(1中國(guó)石油勘探與生產(chǎn)分公司;2中國(guó)石油新疆油田公司)
近年來(lái),隨著油氣勘探程度的增高和勘探技術(shù)的進(jìn)步,油氣勘探對(duì)象逐漸由構(gòu)造油氣藏向巖性油氣藏、致密油氣和頁(yè)巖油氣轉(zhuǎn)變,非常規(guī)油氣資源在油氣勘探中的地位逐漸凸顯[1-4];為此,“近源勘探”[5-7]“進(jìn)源找油”[8]逐漸成為當(dāng)前油氣勘探的重要方向,展現(xiàn)出近源區(qū)(凹陷區(qū))是未來(lái)油氣勘探的重要領(lǐng)域。
2012年至今,準(zhǔn)噶爾盆地在近源區(qū)油氣勘探成果斐然,瑪湖[9]及沙灣[10]等富烴凹陷連獲重大突破,開(kāi)啟了準(zhǔn)噶爾盆地西部凹陷油氣勘探發(fā)現(xiàn)的新高潮。準(zhǔn)東地區(qū)大規(guī)模的油氣勘探始于20世紀(jì)80年代,會(huì)戰(zhàn)十年圍繞阜康凹陷周緣的白家海凸起、北三臺(tái)凸起以及阜康斷裂帶三大正向構(gòu)造單元,先后發(fā)現(xiàn)了北三臺(tái)、三臺(tái)、甘河、彩南、沙南以及沙北油田。受前期阜康凹陷周緣二疊系為南北向物源、沉積砂體沿凸起帶南北向展布認(rèn)識(shí)的限制[11],準(zhǔn)東大油區(qū)發(fā)現(xiàn)后的近30年始終圍繞阜康凹陷周緣凸起區(qū)精細(xì)勘探,雖然也發(fā)現(xiàn)了西地2、西泉1、西泉3及阜東5等多個(gè)油氣藏和油氣顯示井,但油藏規(guī)??傮w偏小;作為準(zhǔn)噶爾盆地最大生烴凹陷的阜康凹陷[12]周緣的油氣勘探始終未能取得重大突破,準(zhǔn)東地區(qū)油氣勘探方向亟須轉(zhuǎn)移。
借鑒其他富烴凹陷勘探成功經(jīng)驗(yàn),立足多塊高分辨率三維地震資料,2015年以來(lái),圍繞阜康凹陷開(kāi)展新的一輪整體綜合地質(zhì)研究,認(rèn)為阜康凹陷具備形成大油氣區(qū)的有利條件,并于2019年7月部署風(fēng)險(xiǎn)探井——康探1井。2020年9月19日,康探1井在二疊系上烏爾禾組試油獲日產(chǎn)油158m3、日產(chǎn)氣11190m3,實(shí)現(xiàn)了阜康凹陷斜坡區(qū)二疊系油氣勘探重大突破,開(kāi)啟了準(zhǔn)東地區(qū)規(guī)模勘探的新篇章。解剖康探1井戰(zhàn)略突破的意義,對(duì)未來(lái)阜康凹陷油氣勘探具有重要的指導(dǎo)作用。
準(zhǔn)噶爾盆地是晚石炭世—第四紀(jì)沉積的復(fù)合型疊合盆地[13-14]。晚石炭世—早二疊世,受海西擠壓構(gòu)造作用的影響,早期前陸盆地形成,同時(shí)在陸—陸碰撞過(guò)程中,造山帶快速高隆并遭受剝蝕,為后期地層沉積提供充足的物源;中、晚二疊世,造山作用減弱,進(jìn)入內(nèi)陸盆地整體坳陷階段,由于盆地的沉降,沉積范圍逐漸增大,中、上二疊統(tǒng)向分割各坳陷的凸起區(qū)超覆沉積,多期砂體疊置連片,廣覆式分布;三疊紀(jì)至今為繼承性統(tǒng)一坳陷形成的湖盆沉積[15];總之,中、晚二疊世為斷坳轉(zhuǎn)換期,物源條件充足,可為凹陷區(qū)提供大量沉積碎屑,地層沉積厚度大,分布范圍廣。
阜康凹陷位于準(zhǔn)噶爾盆地中央坳陷東南部,東鄰北三臺(tái)凸起,西接莫南凸起,南抵準(zhǔn)南山前沖斷帶,北至白家海凸起和莫索灣凸起(圖1),其構(gòu)造演化特征與周緣凸起帶的形成和演化密切相關(guān),向凸起帶發(fā)育多期地層超覆,勘探面積約10000km2,勘探程度低,是“近源區(qū)”尋找規(guī)模油氣儲(chǔ)量的重要領(lǐng)域。
二疊系是準(zhǔn)東地區(qū)的重要勘探層系,凸起區(qū)勘探程度高,斜坡區(qū)、凹陷區(qū)勘探認(rèn)識(shí)程度低,是準(zhǔn)東尋找規(guī)模油氣區(qū)的重要勘探方向。但下凹勘探面臨兩大難題困擾:一是前期物源沉積體系研究認(rèn)為,北三臺(tái)凸起二疊系為南北向物源,沉積砂體主要沿凸起帶南北向展布[11],下斜坡區(qū)和凹陷區(qū)缺乏規(guī)模儲(chǔ)集體;二是上斜坡區(qū)沙丘11、沙丘12、沙丘13以及沙丘14井二疊系砂巖致密,儲(chǔ)層孔隙度明顯降低(圖2),凹陷區(qū)埋深更大,深層是否存在有效儲(chǔ)層有待落實(shí)。
經(jīng)過(guò)2015—2019年近5年持續(xù)攻關(guān)和研究,重新認(rèn)識(shí)凹陷區(qū)資源潛力、重新梳理層序結(jié)構(gòu)以及重新認(rèn)識(shí)物源沉積體系,認(rèn)為阜康凹陷斜坡區(qū)和凹陷區(qū)具備形成規(guī)模巖性地層油氣藏的地質(zhì)條件,是潛在的重大戰(zhàn)略方向,并將風(fēng)險(xiǎn)勘探目標(biāo)鎖定在沙南油田下傾方向的阜中凹槽區(qū)(圖3)。
(1)重新認(rèn)識(shí)資源潛力及已發(fā)現(xiàn)油藏分布,明確下凹勘探方向。阜康凹陷有效烴源巖面積約10000km2,四次資源評(píng)價(jià)阜康凹陷生烴量近千億噸①賈希希玉、楊海波、黃蕓等,準(zhǔn)噶爾盆地第四次油氣資源評(píng)價(jià),內(nèi)部報(bào)告,2015。,而目前阜康凹陷周緣凸起及斷裂帶勘探程度雖較高,但石油探明儲(chǔ)量尚不足2×108t,天然氣探明儲(chǔ)量?jī)H54.2×108m3。即使按照準(zhǔn)噶爾盆地平均運(yùn)聚系數(shù)2.47%①計(jì)算,已落實(shí)儲(chǔ)量規(guī)模與阜康凹陷上千億噸的生烴量也是極度不匹配的。此外,目前凸起區(qū)已發(fā)現(xiàn)油藏原油密度為0.843~0.894g/cm3,尚未發(fā)現(xiàn)高—過(guò)成熟階段的輕質(zhì)油氣。相對(duì)于凸起區(qū),阜康凹陷源、儲(chǔ)匹配(高熟烴源巖與規(guī)模儲(chǔ)層時(shí)空匹配),具備形成大油氣區(qū)的關(guān)鍵成藏要素。為此明確提出,由源邊凸起帶勘探到近源凹陷區(qū)勘探是準(zhǔn)東地區(qū)實(shí)現(xiàn)規(guī)模發(fā)現(xiàn)與跨越式發(fā)展的必然選擇。
(2)重新梳理上二疊統(tǒng)地震、地質(zhì)資料,構(gòu)建新的分層方案,明確上烏爾禾組一段發(fā)育在阜康凹陷斜坡區(qū)和凹陷區(qū)?;诘刭|(zhì)露頭、鉆井及新部署的高分辨率三維地震資料,以層序觀點(diǎn)重新梳理準(zhǔn)東地區(qū)上二疊統(tǒng),在以往地層二分結(jié)構(gòu)(上烏爾禾組劃分為一段和二段,一段以砂巖為主,二段以泥巖為主)(圖4a)的基礎(chǔ)上[16],構(gòu)建了阜康凹陷上二疊統(tǒng)三分地層結(jié)構(gòu)(上烏爾禾組劃分為一段、二段和三段,一段為塊狀礫巖,二段為砂泥巖互層,三段以泥巖為主)(圖4b),明確二疊系上烏爾禾組一段主要發(fā)育在阜康凹陷斜坡區(qū)和凹陷區(qū),向凸起帶超覆尖滅(圖3)。
圖1 準(zhǔn)噶爾盆地阜康凹陷周緣勘探成果圖Fig.1 Exploration achievements around Fukang Sag in the Junggar Basin
(3)重新認(rèn)識(shí)阜康凹陷二疊系物源沉積體系,明確阜中凹槽存在東部物源。在層序地層新認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上,結(jié)合古地貌和重礦物特征系統(tǒng)開(kāi)展阜康凹陷二疊系上烏爾禾組沉積體系再認(rèn)識(shí),突破前期凸起帶沉積砂體南北向展布的認(rèn)知[11],首次提出受北東向克拉美麗山物源、東部沙奇凸起物源以及南東向博格達(dá)山物源的影響,上烏爾禾組發(fā)育阜北扇、沙丘扇和雙泉扇三大退積型扇體,坡下凹槽區(qū)發(fā)育低位體系域規(guī)模砂體(圖5),向白家海凸起、沙丘次凸、西泉鼻隆超覆尖滅,坡下凹槽區(qū)是規(guī)??碧降娜骂I(lǐng)域。
綜合以上分析認(rèn)為,阜康凹陷三面環(huán)凸,具備形成大型地層油氣藏的背景;凹陷區(qū)三大凹槽緊鄰生烴中心,源儲(chǔ)配置關(guān)系良好,且發(fā)育上烏爾禾組一段低位體系域規(guī)模砂體,是近源勘探的突破口。在領(lǐng)域優(yōu)選及目標(biāo)精細(xì)刻畫的基礎(chǔ)上,優(yōu)選阜康凹陷阜中凹槽區(qū)確定康探1井井位,作為風(fēng)險(xiǎn)目標(biāo)實(shí)施鉆探。
圖2 儲(chǔ)層孔隙度與埋深交會(huì)圖Fig.2 Crossplot of porosity and burial depth
圖3 過(guò)阜中凹槽—沙丘地區(qū)—西泉鼻隆地震剖面(剖面線A1—A見(jiàn)圖1)Fig.3 Seismic profile cross Fuzhong Subsag-Shaqiu-Xiquan nose (location of A1-A in Fig.1)
按照退覆式沉積和大面積成藏的勘探思路部署的康探1井完鉆井深5550m,完鉆層位為石炭系巴山組,鉆揭石炭系160m。鉆探過(guò)程中,在二疊系鉆遇多套規(guī)模儲(chǔ)層,油氣顯示活躍,試油在中二疊統(tǒng)蘆草溝組一段、上二疊統(tǒng)上烏爾禾組一段和二段相繼獲高產(chǎn)油氣流(圖6)。
康探1井中、上二疊統(tǒng)油氣地球化學(xué)特征分析表明,二疊系蘆草溝組原油碳同位素重、姥植比大,天然氣乙烷碳同位素較重,油氣來(lái)自石炭系煤系偏腐殖型烴源巖;上烏爾禾組原油碳同位素輕、姥植比小,天然氣乙烷碳同位素較輕,油氣來(lái)自二疊系蘆草溝組湖相偏腐泥型烴源巖(圖7);中、上二疊統(tǒng)均獲重大突破進(jìn)一步證實(shí)了阜康凹陷石炭系和二疊系兩套烴源巖的供烴能力強(qiáng),具備形成大油氣田的資源基礎(chǔ)。
二疊系蘆草溝組烴源巖是準(zhǔn)東地區(qū)的主力烴源巖,分布范圍廣泛,沉積中心在南部的烏魯木齊一帶[12],厚度為50~250m。阜康凹陷周緣已有多口井鉆遇二疊系蘆草溝組烴源巖,有機(jī)碳含量為0.65%~ 6.72%,平均為2.16%;生烴潛量S1+S2為0.36~ 26.28mg/g,平均7.0mg/g,有機(jī)質(zhì)類型主體為Ⅱ1—Ⅱ2型,為一套中等—好的規(guī)模油源巖(圖8);康探1井蘆草溝組鉆遇厚層灰黑色泥巖,與凸起區(qū)蘆草溝組烴源巖相比,其烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度更高,類型更傾向于Ⅱ1型,推測(cè)阜康凹陷區(qū)蘆草溝組烴源巖生烴潛力更大。
圖4 阜康凹陷周緣二疊系上烏爾禾組地層層序劃分方案對(duì)比圖(剖面線A—A1 見(jiàn)圖1)Fig.4 Comparison of stratigraphic sequence division of Shangwuerhe Formation in the periphery of Fukang Sag(location A-A1 in Fig.1)
圖5 阜康凹陷二疊系上烏爾禾組沉積模式圖(剖面線B—B1見(jiàn)圖1)Fig.5 Deposition pattern of Shangwuerhe Formation around Fukang Sag (location B-B1 in Fig.1)
圖6 康探1井二疊系綜合柱狀圖Fig.6 Comprehensive stratigraphic column of Permian in Well Kangtan 1
下石炭統(tǒng)松喀爾蘇組也是準(zhǔn)東地區(qū)一套重要的烴源巖層,目前已在凹陷周緣多井多層見(jiàn)石炭系來(lái)源的天然氣[17-18]??堤?井鉆揭石炭系淺,但阜康凹陷周緣凸起帶多口井鉆遇石炭系烴源巖,累計(jì)厚度為50~200m,發(fā)育多個(gè)次級(jí)凹槽[18-19],巖性為煤系泥巖與碳質(zhì)泥巖,煤系泥巖有機(jī)碳含量為0.54%~5.83%,平均2.12%,生烴潛量S1+S2為0.21~20.30mg/g,平均為2.83mg/g;碳質(zhì)泥巖有機(jī)碳含量為8.74%~28.32%,平均為13.50%,生烴潛量S1+S2為9.06~71.58mg/g,平均為38.10mg/g;有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ2—Ⅲ型,是一套豐度中等—好的規(guī)模氣源巖(圖9)。
康探1井鉆探證實(shí),阜康凹陷中、上二疊統(tǒng)下部均發(fā)育一套低位體系域砂礫巖儲(chǔ)層,厚度大,上烏爾禾組一段砂體單層厚度為16~35m,蘆草溝組一段砂體單層厚度約100m,且兩套低位體系域沉積規(guī)模儲(chǔ)集體緊鄰(圖6)。上烏爾禾組一段巖性為砂礫巖,為扇三角洲前緣砂體,儲(chǔ)集空間以殘余粒間孔和粒內(nèi)溶孔為主(圖10a),儲(chǔ)層中微裂縫發(fā)育(圖10b),孔喉間連通性較好;蘆草溝組一段巖性為砂巖和砂礫巖,同樣為扇三角洲前緣砂體,受方解石膠結(jié)作用影響,蘆草溝組一段儲(chǔ)層相對(duì)致密,儲(chǔ)集空間以粒內(nèi)溶孔和粒間溶孔為主(圖10c、d)。
圖7 康探1井中、上二疊統(tǒng)油氣源分析Fig.7 Analysis of oil and gas source in Well Kangtan1
圖8 阜康凹陷周緣二疊系蘆草溝組烴源巖評(píng)價(jià)Fig.8 Source rock characteristics of Lucaogou Formation around Fukang Sag
圖9 阜康凹陷周緣石炭系松喀爾蘇組烴源巖評(píng)價(jià)Fig.9 Source rock characteristics of Songkaersu Formation around Fukang Sag
圖10 康探1井中、上二疊統(tǒng)儲(chǔ)層鑄體薄片F(xiàn)ig.10 Reservoir casting thin-section of Middle and Upper Permian in Well Kangtan1
根據(jù)康探1井實(shí)鉆結(jié)果,基于二疊系上烏爾禾組三分層序劃分方案,井震結(jié)合,從凹陷區(qū)向凸起帶二疊系頂界拉平地震剖面(圖11)可以看出,二疊系上烏爾禾組層序界面清楚,一段向凸起帶超覆尖滅,超覆特征明顯,進(jìn)一步證實(shí)了上烏爾禾組一段主體分布在阜康凹陷斜坡區(qū)和凹陷區(qū)。
圖11 過(guò)康探1—阜43—沙101井地震地質(zhì)解釋剖面(剖面線C—C1見(jiàn)圖1)Fig.11 Seismic profile cross Well Kangtan 1-Well Fu 43-Well Sha 101 (location C-C1 in Fig.1)
從過(guò)阜康凹陷南北向地震剖面還可以看出,受白家海凸起、北三臺(tái)凸起西泉鼻隆以及阜康斷裂帶的控制,阜康凹陷自南至北進(jìn)一步劃分為阜南、阜中及阜北3個(gè)次級(jí)凹槽(圖12)。受古凹槽控制,上二疊統(tǒng)早期沉積的低位體系域砂體充填于坡下凹槽區(qū),與上部上烏爾禾組三段廣覆分布的湖侵泥巖形成良好的儲(chǔ)蓋組合,并在蘆草溝組優(yōu)質(zhì)烴源巖協(xié)同封堵下,形成大型地層巖性圈閉。
圖12 準(zhǔn)噶爾盆地阜康凹陷地震地質(zhì)解釋剖面(剖面線D—D1見(jiàn)圖1)Fig.12 Seismic profile and geological interpretation cross Fukang Sag in the Junggar Basin (location D-D1 in Fig.1)
綜合分析認(rèn)為,在退覆式扇三角洲沉積的背景下,阜康凹陷中、上二疊統(tǒng)兩套低位體系域砂體均在坡下凹槽區(qū)卸載沉積,受較長(zhǎng)距離搬運(yùn)作用的影響,早期沉積的低位體系域前緣砂體泥質(zhì)含量低,孔隙結(jié)構(gòu)好。同時(shí),兩套規(guī)模儲(chǔ)集砂體與后期泥巖覆蓋遮擋形成良好的儲(chǔ)蓋組合。因此,3個(gè)凹槽區(qū)是尋找二疊系規(guī)模油藏的重大勘探領(lǐng)域。
康探1井二疊系油氣特征與凹陷周緣凸起區(qū)二疊系油氣特征存在差異,凸起區(qū)二疊系上烏爾禾組原油密度較大,達(dá)0.843~0.894g/cm3,基本不含氣或含少量天然氣;康探1井中、上二疊統(tǒng)兩層原油均為輕質(zhì)油,原油密度為0.815~0.836g/cm3,最高日產(chǎn)氣超過(guò)10000m3;油氣特征的差異指示兩者成藏過(guò)程的差異。
根據(jù)Radke等建立的原油成熟度與甲基菲指數(shù)之間的關(guān)系[20-21],利用阜康凹陷周緣凸起區(qū)及凹陷區(qū)康探1井原油芳香烴參數(shù),初步計(jì)算凸起區(qū)原油Ro為0.76%~0.77%,康探1井原油Ro為0.98%。阜康凹陷二疊系蘆草溝組烴源巖晚三疊—早侏羅世開(kāi)始進(jìn)入生烴門限,晚侏羅—早白堊世進(jìn)入生烴高峰[22],結(jié)合準(zhǔn)東地區(qū)構(gòu)造演化史[15],建立了阜康凹陷及其周緣二疊系成藏模式:①晚三疊—早侏羅世,阜康凹陷二疊系蘆草溝組進(jìn)入生烴門限,此時(shí)成熟階段早期的油氣可沿上烏爾禾組一段規(guī)模毯砂向凸起區(qū)運(yùn)移,并在凸起區(qū)聚集成藏(形成沙南油田和北三臺(tái)油田)(圖13a),但由于此階段烴源巖演化程度低且生烴量小,故凸起區(qū)油藏規(guī)模小且油質(zhì)略重。②晚侏羅世末—早白堊世,阜康凹陷快速沉降、北三臺(tái)凸起大幅隆升,沙丘斷裂形成,斷距大;白堊系沉積前形成的沙丘斷裂不僅造成了凸起區(qū)中、上侏羅統(tǒng)大量剝蝕,同時(shí)對(duì)阜康凹陷晚期油氣大面積成藏發(fā)揮了截流而聚的關(guān)鍵作用,致使凹陷區(qū)烴源巖生成的成熟階段中—晚期油氣在凹陷區(qū)聚集成藏(康探1井區(qū))(圖13b),此階段生烴量大,故凹陷區(qū)油藏規(guī)模大且油質(zhì)輕。
康探1井中、上二疊統(tǒng)的突破,對(duì)準(zhǔn)東地區(qū)油氣勘探的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移具有里程碑意義:一是在凹陷區(qū)二疊系蘆草溝組和上烏爾禾組首次發(fā)現(xiàn)厚層規(guī)模儲(chǔ)集體,突破了阜康凹陷斜坡區(qū)和凹陷區(qū)缺乏規(guī)模儲(chǔ)層和砂體的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí);二是證實(shí)了深層發(fā)育規(guī)模優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層,中、上二疊統(tǒng)三層均獲高產(chǎn),并且原油品質(zhì)好;三是堅(jiān)定了下凹勘探的信心,實(shí)現(xiàn)了源邊向近源和源內(nèi)的重大轉(zhuǎn)移;四是展現(xiàn)出二疊系盆地級(jí)重大領(lǐng)域整體突破的態(tài)勢(shì),繼瑪湖、沙灣以及東道海子凹陷上二疊統(tǒng)突破后,阜康凹陷上二疊統(tǒng)再獲突破,準(zhǔn)噶爾盆地中央坳陷環(huán)帶四大富烴凹陷均已獲突破。
綜合評(píng)價(jià)分析認(rèn)為:阜康凹陷三大凹槽區(qū)為二疊系重點(diǎn)勘探領(lǐng)域,拓展有利勘探面積近3000km2,預(yù)測(cè)資源量為(10~15)×108t。①阜中凹槽區(qū),康探1井鉆探已經(jīng)證實(shí)該區(qū)中、上二疊統(tǒng)儲(chǔ)層發(fā)育且高產(chǎn),預(yù)測(cè)有利勘探面積1060km2,是規(guī)模增儲(chǔ)最為現(xiàn)實(shí)的領(lǐng)域。②阜南凹槽區(qū),緊鄰南部博格達(dá)山物源區(qū),地震預(yù)測(cè)發(fā)育大型丘狀反射扇體,康探2井見(jiàn)良好油氣顯示,預(yù)測(cè)有利勘探面積800km2,是下凹勘探的重點(diǎn)目標(biāo)區(qū)。③阜北凹槽區(qū),周緣凸起區(qū)多井見(jiàn)油氣,凸起帶上烏爾禾組三段泥包砂及斜坡帶上烏爾禾組二段互層砂體均已成藏,預(yù)測(cè)有利勘探面積1150km2,是風(fēng)險(xiǎn)勘探的有利領(lǐng)域。
圖13 阜康凹陷及周緣二疊系成藏模式圖(剖面線E—E1見(jiàn)圖1)Fig.13 Hydrocarbon accumulation model of Permian in Fukang Sag (location E-E1 in Fig.1)
阜康凹陷周緣以往的油氣勘探領(lǐng)域以凸起區(qū)為主,凹陷區(qū)勘探程度低。康探1井首次在凹陷區(qū)獲得重大突破,證實(shí)了阜康凹陷巨大的勘探潛力,實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)東地區(qū)油氣勘探的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移,拉開(kāi)了下凹勘探的序幕。
康探1井鉆探證實(shí)阜康凹陷中、上二疊統(tǒng)發(fā)育兩套低位體系域沉積砂體,與石炭系烴源巖和二疊系蘆草溝組烴源巖緊鄰,具有近源成藏的特點(diǎn);且受古凹槽、上烏爾禾組三段泥巖及蘆草溝組烴源巖的協(xié)同控制形成大型地層圈閉背景,成藏條件優(yōu)越。
康探1井的突破證實(shí)阜康凹陷區(qū)勘探條件有利,阜南凹槽、阜中凹槽以及阜北凹槽是凹陷區(qū)三大有利勘探區(qū),有利區(qū)帶面積近3000km2,預(yù)測(cè)資源量為(10~15)×108t,是準(zhǔn)噶爾盆地增儲(chǔ)上產(chǎn)的潛在接替區(qū)塊。