0 引言
塔里木盆地台盆区志留系是继寒武系—奥陶系海相碳酸盐岩之后沉积的一套海相碎屑岩地层［1］，现今残余分布面积约为23.6×104 km2［2］，是重要的含油气层系［3］，也是主要的油气勘探目的层系之一［4-5］。志留系现今分布面积大，钻井及露头区油气显示丰富，未来勘探潜力前景广阔［6］，而广泛发育沥青砂岩的下志留统—上奥陶统柯坪塔格组备受关注，且成为近年来油气勘探的重点层位之一［7］。目前在下志留统—上奥陶统柯坪塔格组中发现的油气田/藏主要集中在塔北隆起英买力、羊屋—跃南地区、巴楚隆起及满加尔凹陷东部［7］，但塔里木盆地阿瓦提凹陷西北缘勘探程度低，截至2021年，尚无重大油气勘探突破。2019年，部署于阿瓦提凹陷西缘柯坪冲断带南部的京能柯探1 井在寒武系盐下白云岩层系获得了高产工业气流，引起了人们对该区带油气勘探潜力的高度重视［8］。前人研究成果［9］及2021年新苏地1井（柯坪塔格组储层孔隙度平均为6%，渗透率为0.5×10-3 μm2。柯坪塔格组上段2 377~2 386 m，13 m/2段，日产气1.68×104 m3，累产气29×104 m3，累产油2.16 m3；柯坪塔格组下段2 525.5~2 528.5 m，3 m/1段，日产气1.26×104 m3，累产气3.78×104 m3）的钻探成果［9］，表明阿瓦提断陷西北缘具有较好的油气勘探潜力。迄今为止，针对塔里木盆地西北缘，尤其是阿瓦提凹陷西北缘海相砂岩储层特征的公开研究成果较少。吕修祥等［9］仅给出志留系储集条件的基本特征；高永进等［10］、张君峰等［11］据新苏地1井报道了志留系试油试气结果及柯坪塔格组砂岩孔、渗特征；杨有星等［12］报道了新苏地2井中塔塔埃尔塔格组的油气显示及储层平均孔隙度为6%；杨文霞等［13］基于新苏地1井对柯坪塔格组砂岩岩性、物性特征进行了初步的总结，其重点在于储层成岩与成藏特征总结。总体上，针对塔里木盆地西北缘的下志留统—上奥陶统柯坪塔格组的储层特征、主控因素和规模储层分布规律研究尚不深入。因此，针对勘探程度尚低的阿瓦提凹陷西北缘，以阿克苏市柯坪县阿恰、四石场和大湾沟露头剖面为代表，结合邻近钻井和地球物理资料，从沉积相展布、储层特征及主控因素等方面对上奥陶统—下志留统柯坪塔格组海相砂岩储层开展详细研究，以期为进一步推动阿瓦提凹陷西北缘海相砂岩的油气高效勘探提供参考。
1 地质背景
阿瓦提凹陷位于塔里木盆地北部坳陷的西部，面积为27 500 km2［14］；其东与满加尔凹陷相邻，南东与卡塔克/塔中隆起相接，南西以阿恰断裂带及吐木休克断裂带为界与巴楚隆起相接，西北缘以形成于海西运动早期且呈北西倾向的长约180 km的基底卷入型沙井子深大断裂带为界［14］与柯坪断隆及温宿凸起相接［图1（a）］。阿瓦提凹陷自寒武纪—奥陶纪至石炭纪—二叠纪长期继承性发育，凹陷内基底最大埋深达12 000 m［15］。柯坪断隆大规模推覆始于古近纪，而温宿凸起高抬深剥［15］。柯坪断隆是我国最新的推覆体之一，并且现在还在活动［16］。志留系在阿瓦提凹陷内埋深很大，基本上只在柯坪断隆及温宿凸起出露［图1（b）］。柯坪断隆出露的志留系［图1（c）］自下而上为：以灰—灰色绿砂岩、泥岩为主的下志留统柯塔柯格组，以紫红色砂、泥岩为主的下志留统塔塔埃尔塔格组，以紫红色砂、泥岩为主夹灰绿色砂岩的中—上志留统依木干他乌组［2］。根据测井相及岩性组合特征，上奥陶统—下志留统柯坪塔格组上段可划分出柯上1亚段—柯上3亚段，柯坪塔格组下段可划分出柯下1亚段、柯下2亚段。塔里木盆地志留系柯坪塔格组区域上发育4套有利储盖组合，自下而上分别为柯中段泥岩—柯下段砂岩、柯上2亚段泥岩—柯上3亚段砂岩、塔塔埃尔塔格组泥岩—柯上1亚段砂岩、上覆不整合泥岩—柯坪塔格组上段砂岩（图1）。
2 柯坪塔格组规模砂体沉积特征
2.1 典型露头及钻井沉积特征
塔里木盆地西北缘的柯坪塔格组表现出一个完整海侵—海退过程，发育潮汐三角洲—陆棚—滨岸体系。柯坪塔格组下段整体呈现为一个连续沉积且由浅变深再变浅的完整旋回，为一个具有低位体系域、海侵体系域和高位体系域的四级层序；规模砂体主要发育于高位体系域（即柯坪塔格组下段上部），厚度为60~100 m，其次为低位体系域（即柯坪塔格组下段下部），厚度为30~50 m，而高位体系域中的粉砂级以上的砂体厚度远大于低位体系域中的粉砂级以上的砂体厚度。柯坪塔格组中段与上段构成2个向上变浅（变粗）的四级层序，中段形成海侵体—高位体系域浅海陆棚相泥岩；规模砂体发育于柯坪塔格组上段高位体系域中，粉砂级以上的砂体累积厚度超过50 m（图2）。
2.2 沉积相特征及空间展布
早期受温宿古隆起的影响，阿瓦提凹陷西北缘及北缘柯坪塔格组自西向东、自下向上超覆沉积明显，柯坪塔格组下段只发育于新苏地1井区—玉东7井区一带，但规模砂体则主要发育于四石场一带及以西；柯坪塔格组上段在整个研究区均发育，但纵向上更为连续的规模砂体主要分布于羊塔15井区及以东（图4）。
阿瓦提凹陷上奥陶统—下志留统柯坪塔格组下段中的1亚段，砂体主要发育于凹陷周缘相间展布的潮控三角洲及潮坪环境，其潮控三角洲主要发育于阿恰、玉东、阿满3井及夏河1井等地区；在柯坪塔格组上1亚段沉积时期，阿瓦提凹陷海侵沉积范围逐步扩大，砂体则向温宿古隆起和塔北隆起超覆退积，主要发育滨岸沉积环境，以前滨—后滨微相为主。
3 柯坪塔格组储层特征及空间分布
3.1 储层岩石学及储集空间特征
图5 阿瓦提凹陷西缘柯坪塔格组砂岩组构特征Fig.5 Sandstone fabric characteristics of Kepingtage Formation in western margin of Avati Depression |
图6 阿瓦提凹陷北缘及西缘柯坪塔格组储层储集空间特征（a）新苏地1井，发育原生粒间孔，面孔率为3%~5%，铸体薄片，蓝色铸体，可见大量褐色沥青质充填于碎屑颗粒之间的孔隙当中，多为块状充填；（b）新苏地1井，见少量发绿蓝色和绿色光的成熟/低成熟油气，附着在颗粒表面，部分充填于粒间孔，荧光薄片，橙色荧光的高成熟油气以斑状充填于碎屑颗粒之间，绿蓝色/绿色的成熟/低成熟油气则多零星附着在碎屑颗粒边缘，未充满孔隙；（c）四石场剖面，细粒岩屑砂岩，不规则未充填溶缝，最宽可达1.2 mm，一般为0.1~0.3 mm，粒间孔、粒间溶孔铁白云石（蓝染）半充填，可见残余孔，沥青充填；（d）阿恰沟剖面，细砂岩，石英颗粒次生加大发育，溶蚀缝断续分布；（e）新苏参1井，未充填构造裂缝发育，2 478 m；（f）新苏参1井，细砂岩，孔隙不发育，见一条微裂缝，缝宽在0.02~0.06 mm之间，部分被方解石充填；（g）雄探1井，6 479 m，细粒岩屑砂岩，发育有原生粒间孔，部分孔隙互相连通；（h）雄探1井，6 496 m，中粒岩屑砂岩，粒间孔充填原油 Fig.6 Reservoir space characteristics of Kepingtage Formation in the northern and western margins of Awati Depression |
柯坪地区柯坪塔格组砂岩具有中等—好分选，磨圆度以中等—较好为主，颗粒以次棱角—次圆状为主，颗粒间呈点—镶嵌接触，以硅质胶结为主，次为方解石胶结；砂岩中的长石颗粒风化程度呈弱—中等风化；岩石整体致密。该地区受逆冲构造挤压强，测井及实测最大古构造应力为85~138 MPa，强烈构造挤压致柯坪地区柯坪塔格组储层颗粒呈线—凹接触（图6），钻井及露头揭示其砂岩构造裂缝均十分发育。
3.2 储层物性特征及空间展布
柯坪地区柯坪塔格组砂岩发育有粒间孔、粒间溶孔、粒内溶孔、溶蚀缝及构造缝。孔隙度介于0.2%~14.2%之间，孔隙度众数介于1%~8%之间，孔隙度分布峰值介于3%~5%之间，孔隙度算术平均值为4.17%，孔隙度与石英及长石颗粒总含量大体呈正相关。渗透率区间为（0.002 8~1 100）×10-3 μm2，均值为8.95×10-3 μm2。
柯坪塔格组砂岩孔隙度与渗透率大致呈正相关关系（图7）；据台盆区裂缝性砂岩储层评价表征，就孔隙度而言，II类储层（9%≤Φ<15%）占比约为2%，III类储层（6%≤Φ<9%）占比约为19%，IV类储层（Φ<6%）占比约为79%；就渗透率而言，I类储层（K≥10×10-3 μm2）占比约为2%，II类储层（0.6×10-3 μm2≤K<10×10-3 μm2）占比约为5%，III类储层（0.1×10-3 μm2≤K<0.6×10-3 μm2）占比约为32%，IV类储层（K<0.1×10-3 μm2）占比约为61%。
通过柯坪—塔北地区志留系储层孔隙度与其经历的最大古构造逆冲挤压应力之间的关系表明：砂岩孔隙度与古应力关系明显，随着古应力的增加而降低（图8）。声发射Kaiser古应力测试表明，柯坪断隆逆冲上盘的柯坪塔格组所受的最大古应力为85.8~137.8 MPa，储层孔隙度一般为3%~8%，塔北隆起英买2井的储层最大古应力为51 MPa，储层孔隙度一般为12%~13%。因此，柯坪断隆上的柯坪塔格组砂岩储层主要受控于逆冲推覆挤压而减孔，随着向凹陷斜坡带及塔北隆起上古应力的明显减弱，储层性质具有变好的趋势，规模储层相对发育。
横向上，从大湾沟剖面向东至新苏参1井，柯坪塔格组潜在的规模性储集砂体主要发育于下段的1亚段及上段中，均有向东减薄的趋势。但下段1亚段中的储层品质有向东变好的趋势，在大湾沟剖面一带只发育IV类储层，而向东III类储层可能规模增加。上段中，自西向东均发育有III类储层。
图9 阿瓦提凹陷西缘大湾沟剖面—四石场剖面—新苏地1井—新苏参1井志留系柯坪塔格组储层对比Fig.9 Reservoir correlation map of the Silurian Kepintage Formation in Dawangou Section， Sishichang Section，Well Xinsudi 1，Well Xinsucan 1 of western margin of Awati Depression |
4 油气地质意义
阿瓦提凹陷西北缘露头及钻井揭示柯坪塔格组发育建设型潮控三角洲—滨岸沉积体系，大规模分布海相砂体，累计厚度达50~100 m，储层孔隙度为6%~10%，主要受沉积砂体类型和构造逆冲挤压控制，阿瓦提凹陷西北缘斜坡带和凹陷北缘带发育滨岸砂体，处于弱构造挤压区带，规模储层相对发育，孔隙度可达8%~10%。柯坪塔格组内部发育3套储盖组合，尤其是柯下段规模砂岩与柯中段区域性展布的大套泥岩形成优质储盖组合，其中柯上段和柯下段油气均显示丰富，在凹陷的西北缘斜坡背景上的新苏地1井和北缘的喀拉玉尔滚构造带上的雄探1井已证实发育逆冲断块、逆冲断背斜和砂岩上倾尖灭型油气藏（图11）。据国内中西部盆地典型致密砂岩储层特征及分布规律［21-23］，结合塔里木盆地阿瓦提凹陷周缘现今构造特征、规模砂体展布、储层性质预测及钻井油气显示情况，叠合评价阿瓦提凹陷西北缘柯坪塔格组有利勘探区带面积达4 320 km2，包括沙井子断裂带和喀拉玉尔滚构造带，以新苏地1井柯坪塔格组的资源丰度为主［10-11］，采用容积法，预测天然气资源量为7 076×108 m3，石油资源量为7 817×104 t。
5 结论
（1）岩石学特征、岩性与岩相组合特征表明塔里木盆地阿瓦提凹陷西缘柯坪塔格组以建设性的潮控三角洲—滨岸沉积体系为主，发育规模性的潜在砂岩储集体。
（2）柯坪塔格组砂岩以岩屑砂岩为主，岩屑石英砂岩次之，具有中等—好分选，磨圆度以中等—较好为主，颗粒以次棱角—次圆为主，颗粒间呈点—镶嵌接触，以硅质胶结为主，次为方解石胶结。
（3）柯坪塔格组储集空间主要为残余原生粒间孔及构造缝，储层孔隙度一般为6%~10%，储层性质主要受构造逆冲挤压和微相砂体控制，平面上以IV类储层为主，III类储层次之，少量II类储层。
（4）阿瓦提凹陷西北缘斜坡上志留系发育断块和砂岩上倾尖灭型油气藏，有利区带面积达4 320 km2，预测天然气资源量为7 076×108 m3，石油资源量为7 817×104 t。
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