王 韜，李 婷，郭文建，張 宇，楊彤遠(yuǎn)，楊翼波，張建新

(1.中國石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000;2.中國石油長城鉆探工程有限公司，遼寧 盤錦 120010)

0 引言

隨著油氣勘探程度的日益提高，受控于沉積作用的巖性或構(gòu)造－巖性復(fù)合型油氣藏已成為尋求發(fā)現(xiàn)的重點(diǎn)［1－6］。吉木薩爾凹陷是準(zhǔn)噶爾盆地東部最重要的含油區(qū)之一，其東斜坡二疊系梧桐溝組巖性油氣藏勘探已獲突破并具備儲(chǔ)量升級(jí)與滾動(dòng)擴(kuò)邊的良好潛力，加強(qiáng)沉積特征研究、加深砂體分布認(rèn)識(shí)有利于資源潛力的挖掘。前人圍繞沉積相展布、沉積演化規(guī)律、沉積控藏作用等已開展過較多研究［7－12］，但大多從單井相、砂地比等靜態(tài)特征出發(fā)，罕有以再現(xiàn)沉積充填過程為切入點(diǎn)開展動(dòng)態(tài)的沉積模擬研究。該文在前人認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，結(jié)合更豐富的鉆井、測(cè)井及錄井資料，進(jìn)行四維沉積正演模擬，以期進(jìn)一步降低有利沉積相帶預(yù)測(cè)的不確定性，為后期勘探開發(fā)工作提供更多參考。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

吉木薩爾凹陷位于準(zhǔn)噶爾盆地東北緣，為一西深東淺、西斷東超的箕狀凹陷，吉木薩爾凹陷東斜坡北界為吉木薩爾斷裂，南界為三臺(tái)斷裂，向西與凹陷深凹區(qū)相接，向東過渡為古西凸起(圖1)。目的層梧桐溝組(P3wt)位于吉木薩爾凹陷二疊系頂部，大部與其上覆三疊系和下伏蘆草溝組(P2l)呈平行不整合接觸，近凹陷邊緣局部呈角度不整合接觸，自下而上可分為梧一段(P3wt1)和梧二段(P3wt2)，沉積時(shí)期，吉木薩爾凹陷快速下降、湖盆不斷擴(kuò)張，發(fā)育大型的辮狀河三角洲。梧桐溝組梧一段主要為厚層深灰色砂質(zhì)礫巖、礫巖等近源粗碎屑;梧二段粒度變細(xì)，主要為厚層泥巖夾中薄層砂巖(圖1)。梧桐溝組作為凹陷內(nèi)主要含油層系，早在20世紀(jì)90年代即獲工業(yè)油流。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置及二疊系梧桐溝組地層綜合柱狀圖(地層綜合柱狀圖據(jù)文獻(xiàn)［10］修改)Fig.1 The tectonic position of study area and comprehensive histogram of Permian Wutonggou Formation(the comprehensive histogram is modified according to the Literature［10］)

2 沉積正演模擬

沉積正演模擬綜合考慮氣候、地貌、海(湖)平面、水動(dòng)力等因素來還原盆地的地層充填過程，可預(yù)測(cè)沉積相在沉積盆地的時(shí)空分布及演化。

2.1 影響因素分析

沉積正演模擬需定義可容納空間、物源供給、搬運(yùn)能量3組主要參數(shù)。可容納空間由初始水深、湖平面升降、構(gòu)造沉降量共同表征。研究區(qū)梧桐溝組沉積于濱淺湖—半深湖背景，依據(jù)地層厚度變化趨勢(shì)推算初始水深分別沿SE—NW和NE—SW向逐漸加深;綜合沉積韻律、地層厚度、巖性組合、穩(wěn)定泥巖發(fā)育程度和測(cè)井曲線形態(tài)認(rèn)為，梧桐溝組自下而上由1個(gè)水進(jìn)中期旋回和1個(gè)水退中期旋回疊加，可細(xì)分為8個(gè)水進(jìn)短期正旋回和3個(gè)水退短期反旋回，最大湖泛面位于梧二段中部;結(jié)合地層厚度變化和古水深變化判斷構(gòu)造沉降量整體由邊緣向中心呈環(huán)帶狀增大趨勢(shì)，變化幅度為0～400 m，東南部和北部沉降相對(duì)較小(圖2)。

物源供給包括物源區(qū)位置、沉積物類型與物源供應(yīng)速度。研究區(qū)東南部的古西凸起和北側(cè)的沙奇凸起為2個(gè)物源供給區(qū)，存在S、E、N 3個(gè)物源方向(圖2)。單井巖性統(tǒng)計(jì)表明，梧二段較梧一段水體加深，沉積物變細(xì)。梧一段單井巖性的平均含量:礫巖為37.5%、砂巖為34.5%、泥巖為28.0%。梧二段單井巖性的平均含量:礫巖為14.0%、砂巖為41.0%、泥巖為45.0%。根據(jù)地層厚度和沉積時(shí)間可分別計(jì)算出梧一段物源供應(yīng)量為22.67 km3/Ma，梧二段物源供應(yīng)量為17.82 km3/Ma。

圖2 研究區(qū)二疊系梧桐溝組沉積正演可容納空間參數(shù)Fig.2 The accommodation space parameters of sedimentary forward modeling of Permian Wutonggou Formation in study area

搬運(yùn)能量體現(xiàn)長期低能、短期高能或斜坡垮塌等不同搬運(yùn)過程。研究區(qū)作為隆起區(qū)與深凹區(qū)的過渡地帶，具備地形由陡變緩的自然趨勢(shì)，巖性的不均一性也反映出有不同能量的水體進(jìn)行混合搬運(yùn)，梧一段中下部大段粗碎屑沉積形成于高能環(huán)境，廣泛分布的梧一段中上部及梧二段砂質(zhì)及泥質(zhì)沉積形成于低能環(huán)境，整體上梧桐溝組為處于長期低能環(huán)境與短期高能環(huán)境的交替過程中沉積形成。

2.2 正演模型建立

為得到較合理的模擬結(jié)果，模擬前要通過大量調(diào)研，明確區(qū)域地質(zhì)背景，建立地質(zhì)概念模型，并確定古地貌、古水深、沉積物巖性、物源供應(yīng)量等基礎(chǔ)參數(shù)，之后進(jìn)行模擬—對(duì)比、調(diào)參—再模擬的反復(fù)實(shí)驗(yàn)，不斷優(yōu)化參數(shù)、改善結(jié)果、優(yōu)選模型，直至結(jié)果可信后再加以應(yīng)用與分析。此次模擬兼顧三維地震資料、已鉆探重點(diǎn)區(qū)、前人研究重點(diǎn)區(qū)及模型邊界適應(yīng)性，范圍北至J15井、南過J010井、西過J171井、東抵J6井，尺寸為32 km×18 km，面積約為576 km2，梧桐溝組自距今約為262.00 Ma開始沉積，約為259.60 Ma梧一段結(jié)束沉積，約為256.00 Ma梧二段結(jié)束沉積，總沉積時(shí)間約為 6.00 Ma［13－14］。綜合考慮模擬效果的精確性和計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度，設(shè)定模型網(wǎng)格步長為200 m×200 m，時(shí)間步長為0.06 Ma。在影響因素分析基礎(chǔ)上，建立百余個(gè)模型進(jìn)行反復(fù)實(shí)驗(yàn)和優(yōu)化調(diào)整(表1、2)。

表1 研究區(qū)二疊系梧桐溝組沉積正演模型定量參數(shù)Table 1 The quantitative parameters of sedimentary forward modeling of Permian Wutonggou Formation in study area

表2 研究區(qū)二疊系梧桐溝組沉積正演模型變量參數(shù)Table 2 The variable parameters of sedimentary forward modeling of Permian Wutonggou Formation in study area

2.3 模擬結(jié)果合理性驗(yàn)證

由于資料的不完備性、地質(zhì)過程的復(fù)雜性和技術(shù)方法的局限性等，模擬與真實(shí)地質(zhì)過程間必然存在差異。經(jīng)過比對(duì)優(yōu)選，模型定量參數(shù)按表1設(shè)置;變量參數(shù)中物源供應(yīng)方式設(shè)為“在表1基礎(chǔ)上，參考沉積旋回，不均一供應(yīng)”，搬運(yùn)方式設(shè)為“牽引流比例為70%、碎屑流比例為30%”，物源位置中南部物源設(shè)為“由①移動(dòng)至①'”、東部物源設(shè)為“由②移動(dòng)至②'”、北部物源設(shè)為“由③移動(dòng)至③'”。模擬后巖性結(jié)構(gòu)與實(shí)際情況相似度高，多數(shù)井的實(shí)鉆砂地比與模擬結(jié)果對(duì)比誤差絕對(duì)值小于15個(gè)百分點(diǎn)(表3)，模型的參數(shù)設(shè)置與理論分析較匹配，認(rèn)為其與研究區(qū)實(shí)際情況較吻合、模擬結(jié)果較合理。

表3 研究區(qū)二疊系梧桐溝組單井實(shí)鉆砂地比與沉積正演模擬結(jié)果對(duì)比Table 3 The comparison of sandstone－formation ratio in actual drilling and sedimentary forward modeling results of single well in Permian Wutonggou Formation in study area

3 模擬結(jié)果應(yīng)用與分析

沉積正演模擬作為輔助沉積學(xué)研究的重要技術(shù)方法，其利用已知有限數(shù)據(jù)推測(cè)未知空白區(qū)地層形態(tài)、沉積相分布特征的功能已廣泛應(yīng)用于含油氣盆地的相關(guān)研究中［15－20］。

3.1 沉積相展布特征

綜合某一時(shí)期礫巖、砂巖、泥巖各自的正演模擬結(jié)果即可預(yù)測(cè)該時(shí)期沉積相，提取不同時(shí)期的正演模擬結(jié)果即可預(yù)測(cè)不同時(shí)期的沉積相(圖3)，進(jìn) 而分析沉積特征及演化規(guī)律。圖3中，圖a—d以261.88 Ma為例示意某一時(shí)期沉積正演預(yù)測(cè)沉積相過程，即綜合礫、砂、泥3類巖性預(yù)測(cè)結(jié)果后得到預(yù)測(cè)沉積相，為節(jié)約圖幅，圖e—l直接展示其余8個(gè)時(shí)期的預(yù)測(cè)沉積相。

圖3 研究區(qū)二疊系梧桐溝組沉積正演預(yù)測(cè)沉積相Fig.3 The prediction of sedimentary facies of sedimentary forward modeling of Permian Wutonggou Formation in study area

P3wt1沉積早期(261.88 Ma)，水體范圍最小，由古西凸起入湖的物源分別在S、E 2個(gè)方向形成相對(duì)孤立的三角洲，三角洲朵葉體規(guī)模較小、前緣相帶較窄，平原相帶和非沉積區(qū)分布廣泛。P3wt1沉積早中期(261.16 Ma)，水體逐漸擴(kuò)張，三角洲繼承性發(fā)育規(guī)模有所加大，非沉積區(qū)開始向邊緣退出。P3wt1沉積晚中期(260.68 Ma)，水體繼續(xù)擴(kuò)張，源自古西凸起的三角洲占據(jù)主導(dǎo)地位，前緣相帶展布規(guī)模明顯加大，平原相帶局限于邊緣區(qū)域，來自沙奇凸起的物源在研究區(qū)西北部有所表現(xiàn)，研究區(qū)基本被水體覆蓋。P3wt1沉積晚期(259.84 Ma)，水體持續(xù)擴(kuò)張，來自古西凸起的2個(gè)物源相互靠攏，三角洲沉積主體向邊緣退積但沉積規(guī)模、前緣相帶范圍與砂體分布達(dá)到最大。P3wt2沉積早期(259.24 Ma)，水體保持?jǐn)U張狀態(tài)，湖相沉積比例增加，沉積物供給由粗轉(zhuǎn)細(xì)，三角洲前緣相帶向邊緣萎縮，平原相帶完全退出。P3wt2沉積早中期(258.52 Ma)，與P3wt1沉積晚期相似，在退積背景下，由于物源供給的變化導(dǎo)致三角洲規(guī)模階段性擴(kuò)大。P3wt2沉積中期(258.04 Ma)，水體接近湖泛面，大部分區(qū)域?yàn)楹喑练e，前緣相潰縮于近物源端。P3wt2沉積晚中期(257.04 Ma)，湖面開始下降，三角洲開始進(jìn)積，近中心部位主要為湖相沉積，但砂質(zhì)沉積已開始增多。P3wt2沉積晚期(256.12 Ma)，湖面繼續(xù)下降，進(jìn)積三角洲規(guī)模加大，平原相帶在邊緣重現(xiàn)。

3.2 沉積演化規(guī)律

梧桐溝組沉積期，研究區(qū)為辮狀河三角洲—湖相沉積體系。梧一段沉積于水進(jìn)背景，梧二段經(jīng)歷先水進(jìn)再水退的過程，各個(gè)時(shí)期沉積具有繼承性發(fā)育特點(diǎn)，來自古西凸起的物源控制了三角洲的展布規(guī)模和范圍，來自沙奇凸起的物源只在小范圍有所體現(xiàn)。早期水體范圍很小，不同來向的物源分隔明顯，三角洲規(guī)模小而孤立;之后水體擴(kuò)張，加之從古西凸起而來的S、E 2支物源相互靠攏，三角洲連片沉積，前緣相帶和砂體范圍不斷增大，從邊緣到中心均可見砂體;進(jìn)入梧二段沉積期，水體繼續(xù)擴(kuò)張，三角洲持續(xù)退積，地勢(shì)逐漸被填平補(bǔ)齊，湖相沉積比例增大，物源供應(yīng)量較梧一段有所減少，沉積物類型明顯由偏砂礫巖組合轉(zhuǎn)向偏砂泥巖組合;梧二段沉積中期達(dá)到湖泛期，之后湖面開始下降，但水體范圍并無顯著減小，水退環(huán)境下三角洲重新進(jìn)積，砂體再度擴(kuò)張;水進(jìn)—水退的環(huán)境交替導(dǎo)致三角洲沉積由中心向邊緣再向中心變遷，形成砂體在縱向上先退積再進(jìn)積的疊置，并與湖泛期、物源供給間歇期沉積的泥巖構(gòu)成良好配置。在梧桐溝組沉積后的構(gòu)造演化中，吉木薩爾凹陷整體西降東升，主體構(gòu)造相對(duì)平緩，至J7井附近剝蝕較為明顯，以致現(xiàn)今梧桐溝組在研究區(qū)自西向東保存完整性變差，上部較細(xì)粒沉積漸被剝蝕，下部較粗粒沉積殘余比例增加。

3.3 油氣富集規(guī)律

梧桐溝組油藏由下伏蘆草溝組烴源巖供烴，該套烴源巖為好—較好級(jí)別，凹陷西部、中部深凹區(qū)烴源巖質(zhì)量優(yōu)于東部斜坡區(qū)。根據(jù)沉積結(jié)果分析，蘆草溝組優(yōu)質(zhì)烴源巖的油氣在近凹陷中心沿不整合面與構(gòu)造裂縫進(jìn)入梧桐溝組，由于梧桐溝組底部以粗粒沉積為主，自身儲(chǔ)集能力不佳且上部缺少泥巖封蓋，故油氣沿層內(nèi)裂縫和砂礫巖體內(nèi)部再度向有利儲(chǔ)集部位運(yùn)移調(diào)整。梧桐溝組中部三角洲規(guī)模較大、沉積粒度適中、儲(chǔ)集體物性和連續(xù)性較好、砂體間泥巖發(fā)育封蓋條件有利，由底部調(diào)整而來的油氣多富集于此。同時(shí)，由于三角洲前緣相帶在該時(shí)期廣覆沉積、有利砂體疊置連片，未進(jìn)入圈閉的油氣可以繼續(xù)沿“砂毯”向高部位運(yùn)移，在凹陷邊緣遇斷層垂向向上進(jìn)入有利儲(chǔ)集體，但在之后的演化過程中，上部層位聚集的油氣因靠近剝蝕線或逸散或成為稠油(圖4)。

圖4 研究區(qū)二疊系梧桐溝組沉積成藏模式Fig.4 The sedimentary accumulation model of Permian Wutonggou Formation in study area

梧桐溝組中部即梧一段頂部和梧二段底部為主力含油層;近中心油氣富集于近烴源巖的下部砂體，圈閉主要受控于巖性，為稀油油藏;近邊緣油氣富集于斷層附近，在下部和上部砂體中同時(shí)賦存，圈閉受斷層、巖性共同控制，油質(zhì)變稠。研究區(qū)西北部可見源自沙奇凸起的沉積物，但其遠(yuǎn)離研究區(qū)東南部以古西凸起為物源廣泛分布的三角洲沉積，前者顯然無法接受在后者內(nèi)部運(yùn)移調(diào)整的油氣，故研究區(qū)西北部未能成藏。

總體上，研究區(qū)梧桐溝組油氣富集受生儲(chǔ)蓋組合、砂體分布、輸導(dǎo)體系、成藏后保存條件共同控制，研究區(qū)中心梧一段頂部和梧二段底部前緣相內(nèi)的巖性圈閉可作為勘探的有利目標(biāo)，伴隨蘆草溝組頁巖油大規(guī)模開發(fā)可作為良好兼探目標(biāo);研究區(qū)外的吉木薩爾凹陷中西部烴源巖條件更佳，并推測(cè)有來自沙奇凸起的辮狀河三角洲沉積主體，也值得關(guān)注;研究區(qū)邊緣，保存條件較差，不利于油氣成藏。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷東斜坡二疊系梧桐溝組為先水進(jìn)再水退背景下沉積的辮狀河三角洲—湖泊沉積體系，自梧一段沉積時(shí)水體不斷擴(kuò)張，至梧二段沉積中期達(dá)到最大，之后水體開始縮減，物源主要來自研究區(qū)東南部的古西凸起。

(2)先水進(jìn)再水退的沉積過程決定了三角洲前緣相帶及砂體自下而上呈現(xiàn)先退積再進(jìn)積的疊置關(guān)系，決定了沉積物粒度自下而上先粗再細(xì)再加粗的變化規(guī)律，形成砂體自下而上先靠近凹陷中心再移向凹陷邊緣再延伸至凹陷中心的分布規(guī)律。

(3)近凹陷中心有利于巖性圈閉的形成，近凹陷邊緣有利于斷層－巖性圈閉的形成，綜合考慮生儲(chǔ)蓋組合、砂體分布、輸導(dǎo)體系、成藏后保存條件等因素認(rèn)為，梧一段頂部和梧二段底部的巖性圈閉為油氣富集的有利目標(biāo)，預(yù)測(cè)存在稀油油藏，值得重點(diǎn)關(guān)注。

(4)沉積正演模擬方法在實(shí)踐中存在一定的邊界效應(yīng)，對(duì)于較復(fù)雜的地質(zhì)過程，在模型設(shè)置、計(jì)算流暢性上也存在困難，但能幫助研究人員高效地驗(yàn)證理論認(rèn)識(shí)和概念模型，更好地以動(dòng)態(tài)、整體的角度認(rèn)識(shí)沉積過程，仍不失為一種較好的輔助研究技術(shù)手段。

致謝:衷心感謝北京阿什卡技術(shù)開發(fā)有限公司劉敏珠工程師在軟件操作過程中的幫助與指導(dǎo)!