玛湖砾岩大油区形成地质理论探索与实践

第1章 国内外砾岩油藏勘探现状及玛湖 大油区发现砾岩油藏是指在砾岩为主的储集体中形成的石油聚集。广义的砾岩类包括砾岩(conglomerate)和角砾岩(breccia)，是指砾石或角砾石含量大于或等于50%的岩石(李庆昌等，1997；赵澄林，2001)；前者主要由圆状和次圆状砾石级或砾级碎屑颗粒组成，后者主要由棱角状和次棱角状砾级颗粒组成。砾石级或砾级碎屑颗粒是指颗粒直径大于2mm的岩石碎屑。砾岩和角砾岩统称为粗碎屑岩。 与砂岩和碳酸盐岩储层相比，砾岩油气藏目前在国内外发现较少，规模较大的砾岩油田更不多见，这是因为砾岩油藏常形成于冲积扇、扇三角洲、辫状河等近物源储层中，储层分布规模往往较小、品质一般较差。然而，近年来，中国石油勘探工作者们在位于中国西北新疆维吾尔自治区准噶尔盆地西北缘的玛湖凹陷却发现了迄今为止全球*大的陆相砾岩大油区，其地质储量规模达10亿吨级。 为了深入剖析玛湖大油区地质特点及其勘探意义，有必要对国内外砾岩油藏勘探概况加以调研分析，以便将玛湖大油区与之对比，并为今后砾岩油藏勘探提供更多借鉴。 1.1 准噶尔盆地地质背景与砾岩油藏勘探概况 在介绍国内外砾岩油藏勘探现状及玛湖大油区发现之前，首先有必要了解玛湖大油区所在的准噶尔盆地的基本地质特征及其砾岩勘探历史和现状。 1.1.1 准噶尔盆地地质背景 1.地理位置与构造单元划分 准噶尔盆地是我国西部一个大型叠合复合型含油气盆地，位于新疆维吾尔自治区北部，是新疆境内三大盆地之一。该盆地西倚准噶尔西部山地、东抵青格里底山和克拉美丽山、南抵北天山山脉，是一个外围被古生代褶皱山系环抱的大型山间盆地，呈南宽北窄近三角形，东西长约700km、南北宽约370km，面积约13.6×104km2。盆地内发育中—上石炭统至第四系，*大沉积厚度达15000m。现今沉积岩层南厚北薄，盆地基底向南倾斜。 准噶尔盆地具有6个一级构造单元和44个二级构造单元，由南向北，一级构造单元依次为乌伦古拗陷、陆梁隆起、中央拗陷、西部隆起、东部隆起和北天山山前冲断带(图1.1)。玛湖凹陷位于准噶尔盆地西北缘断裂带东南方，是准噶尔盆地中央拗陷区*北部的一个二级构造单元，面积约6800km2，其西侧为乌夏断裂带及克百断裂带，南侧为中拐凸起和达巴松凸起，东侧为夏盐凸起和英西凹陷，北边为石英滩凸起(图1.1)。 图1.1 准噶尔盆地构造单元划分及玛湖凹陷位置图 2.大地构造背景 在区域大地构造位置上，准噶尔盆地是欧亚板块组成部分，并隶属于哈萨克斯坦古板块。其北倚西伯利亚板块，西邻哈萨克斯坦板块西部，南接塔里木板块(图1.2)。盆地西侧北东—北东东向的西准噶尔造山褶皱带是准噶尔地体与哈萨克斯坦板块相互碰撞拼接的缝合带，其间发育巴尔勒克、玛依勒以及达尔布特等岩石圈断裂带，北东向的大断裂带在力学性质上均为左旋挤压扭动性质，明显可以见到花岗岩体及蛇绿岩错动和消失(张凯，1989)。盆地西北缘隐伏的克乌断裂带属于达尔布特岩石圈断裂带的一个分支断裂，是A型俯冲带上的破裂反映(吴庆福，1985；张凯，1989)。西准噶尔造山褶皱带*新地层为下石炭统典型的蛇绿岩建造，泥盆系、石炭系以中酸性火山岩、火山碎屑岩以及陆相、海相碎屑岩建造为特征，上石炭统上部及二叠系为局部磨拉石建造(张凯，1989)。盆地东北面及东面是西伯利亚古板块南缘阿尔泰褶皱造山带及东准噶尔褶皱造山带，自古生代以来经历了复杂的大陆边缘构造演化过程，从而促使大陆岩石圈在此增生(赖世新等，1999；陈新等，2002)。盆地南缘北天山造山褶皱带为准噶尔板块与塔里木板块的缝合带，发育泥盆系、石炭系海相、陆相碎屑岩建造和火山岩建造，石炭系中酸性火山岩十分发育，北天山露头广泛发育上石炭统，主构造线方向近东西向，以北缘断裂与准噶尔盆地分界(赖世新等，1999)。 图1.2 准噶尔盆地大地构造位置图(据吴朝东等，2018) 1.1.2 玛湖凹陷地质概况 1.地层特征 玛湖凹陷地层发育较全，自下而上主要包括石炭系，下二叠统佳木河组、风城组，中二叠统夏子街组、下乌尔禾组，上二叠统上乌尔禾组，下三叠统百口泉组，中三叠统克拉玛依组，上三叠统白碱滩组，下侏罗统八道湾组、三工河组，中侏罗统西山窑组、头屯河组，以及白垩系。其中，二叠系与三叠系、三叠系与侏罗系、侏罗系与白垩系为区域性不整合接触(图1.3)。 1)石炭系 石炭系以灰褐、褐灰、紫红色泥岩、粉砂质泥岩不等厚互层为主，夹泥质粉砂岩、凝灰质泥岩，一段较厚灰、深灰色凝灰岩及灰、褐灰色橄榄辉绿岩，另含生物碎屑灰岩，厚度为30～700m。 2)二叠系 二叠系自下而上可划分为佳木河组、风城组、夏子街组，以及上乌尔禾组、下乌尔禾组。 佳木河组为海陆交互相和火山岩相杂色砾岩，紫灰、棕红、灰绿色凝灰质碎屑岩及岩浆岩(安山岩及安山玄武岩等)，由造山带至盆地方向变薄尖灭，且与下部石炭系呈区域性角度不整合接触，厚度为800～3000m。 风城组为灰黑色泥质、凝灰质白云岩，白云质、凝灰质泥岩夹砂岩、粉砂岩及薄层灰岩，为高盐度闭塞性半干旱湖泊环境沉积，底部为浅红色凝灰质砂岩和厚层灰色安山岩，厚度为400～1400m。 夏子街组为褐、灰绿色砾岩与灰绿、浅灰、棕、褐灰色砂泥岩互层，泥岩总体上以氧化色为主，砂岩颜色也有相似的特征，电测曲线上旋回性不明显，厚度为200～600m。 下乌尔禾组顶部为灰、褐色泥岩，中上部为褐、灰绿色砂砾岩，中下部为泥质粉砂岩、砂砾岩、含砾砂层互层，厚度为600～1600m。根据岩性和电性特征将下乌尔禾组划分为4段，自下而上依次为下乌尔禾组一段(下乌一段，P2w1)、下乌尔禾组二段(下乌二段，P2w2)、下乌尔禾组三段(下乌三段，P2w3)和下乌尔禾组四段(下乌四段，P2w4)。下乌一段岩性以灰、灰褐色砂砾岩、泥质细砂岩、含砾泥质细砂岩、细砂岩为主，夹灰、灰褐色含砾泥岩、粉砂质泥岩、砂质泥岩，厚0～1030m。下乌二段以灰褐、褐灰色含砾泥质细砂岩、泥质细砂岩、砂砾岩、中-细砂岩与灰褐色砂质泥岩、含砾泥岩不等厚互层，厚0～470m。下乌三段岩性下部以灰、褐灰色中-细砂岩、泥质细砂岩、砂砾岩为主，夹薄层褐灰、灰褐色砂质泥岩；中部以褐灰色泥质细砂岩与灰褐色砂质泥岩互层；上部以灰、褐灰色砂砾岩为主，夹薄层灰褐色含砾泥岩，厚0～350m。下乌四段以灰、灰褐色含砾泥岩、粉砂质泥岩、砂质泥岩夹灰、灰褐色砂砾岩、泥质细砂岩及粉砂岩，厚0～270m。图1.3准噶尔盆地玛湖地区地层与油气藏分布示意图(据雷德文等，2017b) 上乌尔禾组岩性为灰绿色不等粒砾岩夹褐红、黑色薄层砂质泥岩或泥岩，为浅水湖侵下的退积沉积，整体表现为向凹陷中心逐渐增厚特点，厚度为150～300m。根据岩性和电性特征将上乌尔禾组划分为3段，自下而上依次为上乌尔禾组一段(上乌一段，P3w1)、上乌尔禾组二段(上乌二段，P3w2)和上乌尔禾组三段(上乌三段，P3w3)。上乌一段岩性主要为灰、绿灰、灰褐色砂砾岩，少量灰、褐、绿灰色(含砾)泥岩，厚0～130m。上乌二段主要为灰、绿灰色砂砾岩，其次为褐灰、绿灰色含砾泥质细砂岩、含砾不等粒砂岩、含砾泥质砂岩、砂质小砾岩，少量棕褐、褐、绿灰色泥岩，厚0～80m。上乌一段和上乌二段沉积主要为水下分流河道砂砾岩、含砾砂岩沉积，分布稳定。上乌三段沉积期全区水体变深，形成了一套以泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩为主的滨浅湖沉积，厚0～70m。上述3段沉积具有自下而上逐层超覆特征，上乌一段分布范围*小、上乌二段分布范围居中、上乌三段分布范围*大。 3)三叠系 三叠系自下而上划分为百口泉组、克拉玛依组和白碱滩组。 百口泉组上覆于二叠系-三叠系之间的区域不整合之上，底部为山麓冲积扇和扇三角洲粗粒沉积，以红褐、杂、灰绿色块状中-粗砾岩为主，中上部为棕红、杂色泥岩或砂质泥岩夹灰绿色薄层细砂岩和中细砾岩互层，整体为水进正旋回沉积，厚度为60～300m。按照岩性、电性、沉积旋回与界面特征，将百口泉组划分为百口泉组一段(百一段，T1b1)、百口泉组二段(百二段，T1b2)、百口泉组三段(百三段，T1b3)。其中百一段厚30～50m，较为稳定，百二段厚50～100m，百三段厚50～100m。西北缘地区百口泉组地层厚度变化较大，总体上由断裂带向斜坡带和凹陷中心逐渐增厚，玛湖凹陷斜坡带地层分布较为稳定，厚度为130～250m。其中玛西斜坡地层厚度总体由北东向南西方向逐渐减薄，东北侧地层厚度较大，一般为150～230m；西南侧厚度较小，一般为60～180m。 克拉玛依组分为克下组与克上组。克下组岩性为灰、灰绿色砂质不等粒砾岩夹含砾不等粒砂岩及棕褐色泥岩。砾石以变质岩屑为主，含长石、石英颗粒，砂泥质胶结，中等致密，厚度为100～300m。克上组为灰、灰绿色不等粒砂岩、砂岩、泥岩组成的韵律层，砾石成分同克下组，砾岩砂泥质胶结，内部可细为5个砂组，厚度为110～300m。 白碱滩组下部为黑色泥岩夹灰绿色砂岩，泥岩质纯，局部为砾岩；上部为灰、灰绿色砂岩及泥岩互层，局部夹煤线，在断裂上盘构造高部位被剥蚀，在西南部保存完整，而夏子街区和红旗坝地区厚度为0～100m。 4)侏罗系 侏罗系自下而上划分为八道湾组、三工河组、西山窑组、头屯河组。 八道湾组以明显角度不整合覆于下伏地层之上，为河流-沼泽相含砾砂岩、砂岩与灰色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、碳质泥岩不等厚韵律状互层，可见底砾岩，含多层可采工业煤层，有时夹不规则菱铁矿和凝灰岩，厚度为30～420m。 三工河组为浅灰黄、浅灰色砂泥岩互层，处于侏罗系*大湖平面时期，以滨湖-浅湖相沉积为主，厚度为50～140m。 西山窑组为灰白色砾岩、砂岩及灰色泥岩互层，夹碳质泥岩及煤层，为河流-沼泽相