准噶尔盆地油气资源丰富, 根据中国石油天然气集团有限公司2016年完成的第4次油气资源评价, 石油总资源量为80.1亿t, 天然气总资源量为23 100亿 m^3[1]。截至2015年底, 已发现34个油气田, 石油探明储量26.6亿t, 探明率33.2%, 天然气探明储量3 815.5亿m³, 探明率16.5%^{[2, 3, 4]}。

准噶尔盆地南缘冲断带东段博格达山周缘油气资源潜力大, 勘探程度低, 是北方新区新层系获得突破最现实的地区, 但长期以来一些关键地质问题未得到解决: 一是对地质结构和构造演化认识不清; 二是对沉积相认识不清、烃源岩沉积中心不明确; 三是对烃源岩生烃潜力及成藏主控因素不明。

针对上述3个关键地质问题, 2013— 2019年中国地质调查局油气资源调查中心按照“ 理论创新引领、基础调查先行、战略选区突破” 的思路, 统筹协调基础地质调查与战略选区两类工程、历时7 a开展地质调查和攻关研究, 系统开展了构造、地层、沉积、地化、成藏、资源评价等基础地质攻关, 在博格达山北缘阜康断裂带东段部署实施了新吉参1井, 首次获得博格达山前带二叠系芦草沟组和三叠系克拉玛依组2个层位的油气调查突破。

通过对博格达山前带开展一系列的野外地质调查、地震资料解释、钻探、地化分析等, 主要取得了以下进展。

1.1 通过构造样式分析和演化恢复, 明确了博格达山周缘为二叠系芦草沟组沉积和沉降中心

博格达山周缘可以划分为阜康断裂带和柴窝堡凹陷2个二级构造单元^{[5, 6, 7]}。根据构造变形特征、出露地层特征, 可将阜康断裂带进一步细分为泉子街向斜带、大黄山逆掩带和米泉— 阜康背斜带3个亚二级构造单元; 将柴窝堡凹陷进一步细分为达坂城次凹、博南推覆带、三葛庄次凸和永丰次凹4个亚二级构造单元(图1)。通过地震剖面构造解释和野外地质调查, 明确了博格达山周缘构造变形样式包括叠瓦状冲断构造、断层传播褶皱、滑脱褶皱、背冲构造、复合楔状构造和堆垛构造等, 丰富的构造变形样式为油气成藏提供了有利的聚集空间^{[8, 9]}(图2)。

图1

Fig.1

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	图1 博格达山周缘构造单元划分及地质结构剖面位置Fig.1 Division of tectonic units and geological structure section locations around the Bogda Mountain

图2

Fig.2

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	图2 博格达山北缘阜康断裂带地质结构剖面特征Fig.2 Geological structure profile of Fukang fault zone in the northern segment of the Bogda Mountain

博格达山及周缘自二叠纪以来主要经历了早二叠世裂谷— 中二叠世湖盆伸展期、晚二叠世— 三叠纪间断挤压期、早— 中侏罗世伸展期、晚侏罗世— 白垩纪陆内造山间断挤压期、新生代再生陆内造山间断挤压期5大构造运动阶段^{[5, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16]}。其中, 早— 中二叠世和早— 中侏罗世伸展阶段是烃源岩的主要发育期, 晚侏罗世— 白垩纪和新生代2次间断性挤压阶段是逆冲构造与圈闭的主要形成期。

通过博格达山周缘野外地质调查与钻井资料分析, 建立了该区构造沉积充填序列和区域等时地层格架, 证实了区内早— 中二叠世为南断北超的统一湖盆。南部古天山和北部克拉美丽山为主要物源区, 由南至北发育扇三角洲、湖泊相和辫状河三角洲等沉积相类型^[17](图3)。现今博格达山北缘为中二叠世芦草沟组湖盆沉积中心: 早期发育半深湖— 深湖相富有机质暗色泥岩, 是芦草沟组优质烃源岩主要分布区; 晚期发育扇三角洲前缘和前扇三角洲亚相, 储层较发育, 形成良好的源储配置关系。

图3

Fig.3

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	图3 博格达山周缘芦草沟组下段沉积相平面图Fig.3 Sedimentary facies distribution of the lower section of the Lucaogou Formation around the Bogda Mountain

1.2 建立了博格达山前带复式油气成藏模式

建立了博格达山周缘“ 深层源储一体, 浅层构造-岩性为主” 的复式油气成藏模式。断裂、不整合面与砂体提供了油气纵、横向运移通道, 二叠系芦草沟组烃源岩生成的油气在二叠系形成岩性油气藏, 同时沿断裂自深层向浅层大范围、长距离输导, 进入三叠系后沿不整合面风化壳与内部渗透性砂岩横向运移, 在有利圈闭聚集成藏(图4)。

图4

Fig.4

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	图4 博格达山前带油气成藏模式 1.第四系; 2.新近系; 3.古近系; 4.侏罗系; 5.中上三叠统; 6.下三叠系; 7.梧桐沟组; 8.泉子街组; 9.芦草沟组; 10.井井子沟组; 11.石炭系; 12.断层; 13.气层; 14.油层; 15.运移方向Fig.4 Oil and gas accumulation model in the Bogda Mountain piedmont

1.3 评价了博格达山周缘油气地质资源量, 落实了油气勘探潜力

通过钻井和露头样品分析测试, 结合地震资料解释, 明确了芦草沟组烃源岩地球化学特征, 落实了有效烃源岩分布范围, 确定了烃源岩具有离博格达山越近厚度越大的分布特点^[18](图5); 应用成因法系统评价了博格达山周缘油气地质资源量, 其中天然气10 008.6× 10⁸ m³, 占总资源量的61%, 石油5.75× 10⁸ t, 占总资源量的39%, 油气当量合计14.76× 10⁸ t。

图5

Fig.5

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	图5 博格达山周缘二叠系芦草沟组烃源岩厚度分布Fig.5 Contour distribution of the source rock thickness of Permian Lucaogou Formation around the Bogda Mountain

通过对博格达山前带新吉参1井开展部署、钻探、试油试气等工作, 在复杂山前带地震资料处理与解释、测井、钻探和压裂改造等工程技术方面获得了一系列创新并予以应用, 可为类似地区开展油气勘探提供借鉴。

(1)山前带地震资料处理与解释技术创新与应用。在新吉参1井井位优选与部署实施过程中取得如下成果: 创新了以拟三维层析反演静校正、多域联合去噪和叠前时间偏移成像为核心的一体化地震资料处理技术, 有效解决了山前带地表高程起伏大、浅层低降速带厚度大、构造复杂等造成的静校正不准、信噪比低、资料成像精度差等技术难题^{[19, 20]}; 应用了以露头、钻井和地震联合标定为基础, 以多期冲断构造建模和三维射线追踪速度场构建为核心的山前带地震资料解释技术, 依据地震、钻井及地表调查等资料进行层位标定和追踪, 在野外构造样式和变形机理分析的基础上, 厘定基底卷入和多期冲断发育特征, 建立合理的构造解释方案, 建立三维空间各向异性速度场, 进行变速成图, 提高构造落实精度, 结合地震波阻抗反演, 参考沉积相进行有利储层预测, 为井位优选提供依据^{[19, 21]}。

(2)低渗透储层评价和含油性判识测井技术创新与应用。低渗透储层测井识别和评价难度大, 针对新吉参1井二叠系目的层进行了系统取芯和特殊测井, 充分利用局部岩芯实验室分析资料, 结合核磁测井、成像测井、正交多极子阵列声波(XMAC)测井以及常规测井资料, 按照岩芯标定特殊测井、特殊测井约束常规测井的思路, 并根据试油试气结果, 应用并创新了不同层系、不同类型储层物性及含油气性测井评价体系^{[22, 23, 24, 25]}。

(3)山前带高效钻探和压裂改造技术创新与应用。在新吉参1井钻探、试油试气过程中, 取得了山前带高效钻探和压裂改造技术创新与应用: 一是应用并创新了山前复杂应力场防斜打直高效钻探技术, 有效解决了新吉参1井等构造应力条件复杂、上部巨厚砾石层蹩跳钻严重、高研磨地层钻头选型困难、高倾角地层井斜控制难度大、多裂缝硬脆性破碎地层取芯收获率难以保证和长裸眼易塌易漏地层井壁稳定性差等钻井技术难题, 提高了钻井效率, 实现了安全、快速、优质施工^{[26, 27]}; 二是压裂改造中应用并创新了低伤害清洁压裂液体系, 降低了储层伤害, 保障了试油压裂改造效果^{[28, 29, 30]}。

(1)拓展了山前带油气调查新领域。博格达山前带勘探难度大, 属久攻未克的勘探区。中国地质调查局油气资源调查中心通过对构造、沉积、成藏等综合研究, 精心部署实施了新吉参1井, 在深层二叠系芦草沟组和浅层三叠系克拉玛依组获得突破, 拓展了博格达山前带油气调查新领域, 提升了对该区油气勘探的信心。

(2)形成的山前带油气成藏模式与工程技术创新对类似地区油气勘探具有一定的借鉴作用。针对山前带复杂的石油地质条件, 建立了油气成藏模式, 明确了油气资源类型和成藏主控因素, 对区带优选和解决区带关键地质问题提供了有力指导。形成的关于地震资料处理解释和高效钻探等技术, 为准确落实井位、完善井身结构、高效钻探提供了新思路。

(3)摸清资源家底, 提供招标区块, 支撑新疆油气体制改革。系统评价了博格达山周缘油气资源潜力, 提升了山前带的地质认识及勘探价值。根据钻探成果和最新认识, 可进一步优选一批有利勘探目标, 提供招标区块, 支撑新疆油气矿权体制改革。

通过新吉参1井的钻探, 证实了博格达山前带二叠系芦草沟组油气资源潜力, 获得了丰富的山前带油气资源调查经验和认识, 为未来工作部署奠定了良好的基础。

(1) 加强博格达山南北缘对比研究, 加大博格达山南缘工作部署, 优选有利目标, 力争再实现博格达山南缘油气调查突破。

(2) 开展我国西部其他大型叠合盆地山前带油气关键地质问题攻关研究, 破解技术瓶颈, 落实资源潜力, 为保障国家能源战略安全提供支撑。

致谢: 项目组成员多年来付出了辛勤工作, 张君峰教授级高级工程师全程给予了大力指导; 周继兵教授、白洪海教授、刘晓峰副教授、吴超工程师等在野外工作中给予了支持; 康玉柱院士、高瑞琪教授、乔德武研究员、陈永武教授等在项目工作中提出了宝贵意见。在此, 一并谨致谢忱。