柴達(dá)木盆地阿爾金山前基巖氣藏成藏條件分析

孫秀建，閻存鳳，張永庶，馬 峰，黃成剛

(1.中油勘探開(kāi)發(fā)研究院西北分院，甘肅 蘭州 730020；2.中油青海油田分公司，甘肅 敦煌 736202)

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柴達(dá)木盆地阿爾金山前基巖氣藏成藏條件分析

孫秀建1，閻存鳳1，張永庶2，馬 峰1，黃成剛1

(1.中油勘探開(kāi)發(fā)研究院西北分院，甘肅 蘭州 730020；2.中油青海油田分公司，甘肅 敦煌 736202)

柴達(dá)木盆地阿爾金山前基巖前期勘探研究程度較低，近幾年對(duì)阿爾金山前基巖成藏條件開(kāi)展系統(tǒng)研究。研究表明，阿爾金山前發(fā)育的基巖儲(chǔ)層具備裂縫加孔隙的雙重儲(chǔ)集空間，下第三系底部致密蓋層為基巖儲(chǔ)層提供了有效的封蓋條件，侏羅系生烴凹陷內(nèi)形成的天然氣通過(guò)斷裂—不整合輸導(dǎo)體系向基巖儲(chǔ)層運(yùn)聚并成藏；阿爾金山前具備形成大型基巖氣藏的地質(zhì)條件，是柴達(dá)木盆地重要的油氣勘探領(lǐng)域。

阿爾金山前；基巖氣藏；成藏條件；柴達(dá)木盆地

引 言

近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)外基巖油氣藏勘探方法和技術(shù)的不斷進(jìn)步[1-7]，基巖作為柴達(dá)木盆地油氣勘探的兼探層系，在昆北、馬仙等區(qū)帶，先后獲得不同程度的發(fā)現(xiàn)，具有較大的勘探潛力。本文通過(guò)開(kāi)展柴達(dá)木盆地阿爾金山前基巖成藏條件分析，在對(duì)阿爾金山前基巖巖性、儲(chǔ)蓋特征、成藏規(guī)律等研究的基礎(chǔ)上，指出阿爾金山前基巖具備形成大規(guī)模天然氣藏的有利條件。2011年，針對(duì)基巖氣藏，在阿爾金山前東坪地區(qū)部署的東坪1井，完鉆后試氣獲得高產(chǎn)工業(yè)氣流，此后相繼在東坪3等井基巖氣藏勘探取得突破，使得阿爾金山前基巖成為今后柴達(dá)木盆地油氣勘探的重要接替領(lǐng)域。

1 阿爾金山前基巖基本地質(zhì)特征

1.1 基巖巖性

研究表明，阿爾金山前基巖的形成及巖性都較復(fù)雜，以東坪地區(qū)為例，基巖鋯石形成年代包括新元古代(形成年齡為837.8±7.1 Ma)、早古生代(形成年齡主要集中在410～420 Ma)、中生代晚三疊世(峰期年齡為229 Ma)3個(gè)階段；野外露頭調(diào)查發(fā)現(xiàn)，阿爾金山前基巖主要為早元古代變質(zhì)巖基底上形成的多期花崗巖侵入，利用特殊測(cè)井與常規(guī)測(cè)井相結(jié)合對(duì)東坪基巖巖性進(jìn)行識(shí)別，認(rèn)為其巖性以花崗巖和變質(zhì)巖為主。

(1) 花崗巖。阿爾金山前鉆井鉆遇的花崗巖屬于阿爾金山帶東段大型花崗質(zhì)深層侵入體巖基或者較小型的侵入體巖株。根據(jù)礦物成分，還可以進(jìn)一步分為黑云母花崗巖與二長(zhǎng)花崗巖等類型。黑云母花崗巖晶粒較粗，鉀長(zhǎng)石含量高，中粒結(jié)構(gòu)為主，一般分布于巖體中心相帶；二長(zhǎng)花崗巖晶粒較細(xì)，斜長(zhǎng)石含量較高，但鉀長(zhǎng)石含量仍然占主要地位，中細(xì)粒結(jié)構(gòu)為主，一般分布于巖體邊緣相帶。

(2) 變質(zhì)巖。阿爾金山前發(fā)育的變質(zhì)巖主要是片巖和片麻巖。片麻巖發(fā)育較廣泛，通常為中—高級(jí)變質(zhì)作用的產(chǎn)物，具有明顯的片麻狀構(gòu)造，主要由長(zhǎng)石、石英和各種暗色礦物(云母、角閃石、輝石等)組成。

1.2 基巖結(jié)構(gòu)分類

通過(guò)調(diào)研相關(guān)文獻(xiàn)[1-7]，結(jié)合阿爾金山前基巖實(shí)際情況，利用野外、鉆井及特殊測(cè)井(ECS、核磁、成像等)與常規(guī)測(cè)井相結(jié)合，初步明確了阿爾金山前基巖結(jié)構(gòu)分類，自上而下劃分為土壤層、殘積層、半風(fēng)化層、未風(fēng)化層(未鉆遇)。

1.3 基巖儲(chǔ)層特征

研究認(rèn)為，阿爾金山前基巖儲(chǔ)層巖性主要為花崗巖和變質(zhì)巖，這些巖層長(zhǎng)期暴露地面，經(jīng)受風(fēng)化、剝蝕、淋濾、溶解以及強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用，失去了原生孔隙的面貌，造成各種溶孔、溶洞、節(jié)理、劈理和斷裂等次生孔隙的組合體，增加了儲(chǔ)集性能，非均質(zhì)性較強(qiáng)，主要發(fā)育3類孔隙，分別是基質(zhì)微孔、溶蝕孔以及裂縫，其中基質(zhì)微孔在柴達(dá)木盆地基巖儲(chǔ)層中首次發(fā)現(xiàn)。

(1) 溶蝕孔。溶蝕孔是基巖儲(chǔ)層中不穩(wěn)定的暗色礦物，受溶蝕作用發(fā)生結(jié)構(gòu)改變而形成孔隙；柴達(dá)木盆地阿爾金山前基巖普遍較為致密，抗壓實(shí)作用較強(qiáng)，其形成的溶蝕孔隙一般較大(圖1)。其成因包括2種：一是有機(jī)質(zhì)成熟過(guò)程中釋放出有機(jī)酸對(duì)基巖易溶組分具有一定溶蝕作用，從而形成溶蝕孔洞；二是由深大斷裂帶來(lái)的熱液物質(zhì)引起的溶蝕作用。

(2) 裂縫。從巖心及成像測(cè)井上可以看出，阿爾金山前基巖儲(chǔ)層裂縫普遍較為發(fā)育(圖2)，裂縫的分布、走向等均與構(gòu)造作用有關(guān)。以東坪地區(qū)基巖為例，常見(jiàn)的裂縫為高導(dǎo)縫(角度大于50°)，主要是構(gòu)造成因的天然裂縫，多受控于剪切應(yīng)力，呈多期次網(wǎng)狀交叉切割，裂縫開(kāi)度、延長(zhǎng)度不一，在巖體中有較好的橫向上和縱向上的延伸及內(nèi)部的相互溝通，對(duì)于改善致密的、低孔低滲的基巖地層物性及滲流性起到至關(guān)重要的作用[5，11]。阿爾金山前基巖內(nèi)幕裂縫的發(fā)育與阿爾金斷裂走滑擠壓有關(guān)，阿爾金斷裂活動(dòng)具有早喜山期右行、晚喜山期左行斜向擠壓的特點(diǎn)，受其活動(dòng)影響，沿阿爾金斷裂帶，基巖發(fā)育多組斷裂和大量裂縫，是裂縫油氣藏發(fā)育的有利地質(zhì)背景。

圖2 阿爾金山前東坪地區(qū)裂縫發(fā)育特征

通過(guò)偏光顯微鏡觀察，可以將阿爾金山前基巖儲(chǔ)層發(fā)育的裂縫分為2類：一類為未被完全充填的裂縫，存在部分連通的儲(chǔ)集空間，可稱之為原生殘余縫(圖2a)；一類為裂縫充填物經(jīng)后期溶蝕作用形成的，可稱之為溶蝕縫(圖2b)，沿裂縫發(fā)育溶蝕孔洞是阿爾金山前基巖儲(chǔ)層的一個(gè)明顯的特征，孔洞為后期成巖過(guò)程中沿早期張開(kāi)裂縫發(fā)生溶蝕而形成，尤其是具有短暫淋濾或直接與風(fēng)化面接觸的層段更容易發(fā)生溶蝕作用。

(3) 基質(zhì)微孔。阿爾金山前基巖孔隙除了溶蝕孔還包括基質(zhì)微孔，基質(zhì)微孔主要有2種類型?；◢弾r鐵鎂質(zhì)礦物中的基質(zhì)微孔和花崗片麻巖中云母片晶間孔。前者大概約數(shù)百納米，多數(shù)為0.2～0.6 μm；后者較大，約為5～7 μm，在巖石中廣泛分布。通過(guò)掃描電鏡與圖像分析計(jì)算，東坪103井3 244.4 m處基巖巖石中基質(zhì)微孔的面孔率為18.4%。大量基質(zhì)微孔的存在對(duì)基巖油氣藏的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)有一定的作用。

2 阿爾金山前基巖氣藏成藏條件分析

2.1 豐富的油氣源條件

阿爾金山前緊鄰柴達(dá)木盆地柴北緣侏羅系主力生烴凹陷，具備豐富的油氣源條件；以東坪構(gòu)造以東的坪東—昆特依侏羅系凹陷為例，其有效源巖面積達(dá)到3 500 km2，埋深達(dá)到3 000～10 000 m。研究表明，其源巖隨埋深增大，產(chǎn)氣量增大，產(chǎn)氣率達(dá)到300 m3/t；有機(jī)質(zhì)豐度高，以Ⅲ型干酪根為主，熱演化程度高，以生氣為主；生烴史研究表明，其烴源巖經(jīng)歷了成熟、高成熟—過(guò)成熟等演化階段，具有持續(xù)生烴、多期充注的特點(diǎn)，為阿爾金山前基巖氣藏的形成提供了充足的氣源。

2.2 持續(xù)隆起的古構(gòu)造背景

基巖油氣藏在構(gòu)造上多位于地臺(tái)區(qū)的盆地和山間盆地，其形成與隆起或拱起有較大關(guān)系[6]；阿爾金山前持續(xù)發(fā)育大型繼承性古隆起和古斜坡，這些古構(gòu)造與盆地第三系及侏羅系生烴凹陷緊鄰側(cè)接，長(zhǎng)期處于油氣運(yùn)聚的指向區(qū)，整體成藏背景良好，利于基巖氣藏的形成。

2.3 良好的油氣運(yùn)移通道

受阿爾金走滑斷裂活動(dòng)影響，阿爾金山前發(fā)育一系列近南北向的基底斷裂，這些斷裂從山前延伸到生烴凹陷內(nèi)，除了控制阿爾金山前區(qū)域構(gòu)造和局部凹陷的形成外，對(duì)油氣的縱向輸導(dǎo)也起到了關(guān)鍵的作用。通過(guò)斷裂的活動(dòng)，將阿爾金山前古隆起區(qū)的基巖儲(chǔ)層和生烴凹陷區(qū)內(nèi)的源巖側(cè)接，形成了大面積的供氣窗；另外，阿爾金山前的基巖頂面不整合面發(fā)育大量裂縫及溶孔，彼此連通形成輸導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，成為油氣側(cè)向運(yùn)移的優(yōu)勢(shì)通道；基底斷裂與基巖頂面不整合面構(gòu)成了優(yōu)越的輸導(dǎo)體系[8-11]，利于油氣向古構(gòu)造上的基巖儲(chǔ)層聚集成藏。目前已發(fā)現(xiàn)的東坪基巖氣藏主要沿坪東斷裂分布。

2.4 發(fā)育裂縫+孔隙的雙重介質(zhì)儲(chǔ)集空間

阿爾金山前基巖長(zhǎng)期受風(fēng)化淋濾作用及構(gòu)造活動(dòng)影響，裂縫非常發(fā)育，同時(shí)存在大量溶蝕孔隙及基質(zhì)微孔，儲(chǔ)集空間類型為裂縫+孔隙型，孔隙度集中分布在2.0%～7.0%，孔隙度均值為4.5%；滲透率為0.1×10-3～10.0×10-3μm2，平均滲透率為2.63×10-3μm2。裂縫尤其是帶溶蝕的開(kāi)啟裂縫是主要的滲流通道[11]，另外溶蝕主要是由于裂縫的存在而產(chǎn)生的，裂縫及溶蝕孔同時(shí)存在對(duì)于改善阿爾金山前基巖的儲(chǔ)滲條件起著重要的作用。

2.5 有利的儲(chǔ)、蓋組合

阿爾金山前基巖氣藏發(fā)育頂部及上覆第三系路樂(lè)河組底部2套蓋層，具有“頂封式”蓋層條件，致密蓋層對(duì)下覆儲(chǔ)層具有良好的油氣遮擋作用，利于基巖氣藏形成。受柴達(dá)木盆地古近紀(jì)咸化環(huán)境影響，阿爾金山前基巖頂部的原生孔隙被石膏充填，形成了有效的頂部封蓋條件，如東坪地區(qū)的東坪103井，其基巖頂部發(fā)育的風(fēng)化層厚度約為12 m，裂縫及孔隙完全被石膏充填，巖石非常致密，形成了良好的局部蓋層；另外阿爾金山前第三系路樂(lè)河組早期大面積發(fā)育的沖積扇—扇三角洲沉積，泥質(zhì)含量高，物性普遍較差，成為基巖氣藏儲(chǔ)層段的良好區(qū)域蓋層；阿爾金山前基巖頂部發(fā)育的2套致密蓋層與基巖氣藏儲(chǔ)層形成了有利的儲(chǔ)蓋組合[12]。

3 阿爾金山前基巖氣藏成藏規(guī)律

阿爾金山前東坪基巖氣藏屬于塊狀花崗巖、片麻巖巖體構(gòu)成的構(gòu)造氣藏，多因素聯(lián)合控制了東坪地區(qū)基巖氣藏的成藏和富集。東坪構(gòu)造緊鄰坪東侏羅系生烴洼陷，基巖氣藏儲(chǔ)層與源巖側(cè)接，坪東斷裂直接溝通了東坪構(gòu)造與深部生烴凹陷，基巖儲(chǔ)集空間為裂縫、溶孔及基質(zhì)微孔，具有雙重儲(chǔ)集空間，多期次斷裂活動(dòng)控制了基巖裂縫發(fā)育帶的分布及溶蝕孔的發(fā)育程度，受古近紀(jì)咸化環(huán)境影響形成的致密蓋層與基巖儲(chǔ)層組成了良好的儲(chǔ)蓋組合。氣藏內(nèi)部受裂縫分布、巖性變化及儲(chǔ)層非均質(zhì)影響[11]，表現(xiàn)出非均一性，表現(xiàn)在縱向單井剖面上不同井段含氣性差異較大，氣層在橫向上變化較快的特點(diǎn)。

通過(guò)對(duì)東坪基巖氣藏的精細(xì)研究，總結(jié)得到了阿爾金山前基巖氣藏成藏模式：基巖儲(chǔ)層與優(yōu)質(zhì)源巖側(cè)接；深大斷裂與裂縫網(wǎng)絡(luò)形成疏導(dǎo)；風(fēng)化淋濾作用形成的微孔、溶孔及裂縫構(gòu)成雙重孔隙介質(zhì)；頂部鈣質(zhì)膠結(jié)的風(fēng)化層與第三系底部致密沉積巖形成良好的封蓋條件(圖3)。

4 結(jié) 論

(1) 柴達(dá)木盆地阿爾金山前古生代變質(zhì)巖和海西期花崗巖的復(fù)合剛性基底，受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及長(zhǎng)期風(fēng)化淋濾作用影響，發(fā)育厚層連片分布的基巖

圖3 阿爾金山前基巖氣藏成藏模式

儲(chǔ)層，存在裂縫+孔隙的雙重儲(chǔ)集空間。

(2) 受咸化環(huán)境影響形成的致密蓋層為阿爾金山前基巖儲(chǔ)層提供了有效的封蓋條件，盆緣發(fā)育的基底斷裂及區(qū)域不整合組成輸導(dǎo)體系，有利于侏羅系生烴洼陷內(nèi)的天然氣運(yùn)移到基巖儲(chǔ)層內(nèi)聚集成藏。

(3) 阿爾金山前基巖氣藏的發(fā)現(xiàn)，開(kāi)辟了柴達(dá)木盆地油氣勘探新的接替領(lǐng)域，落實(shí)了盆地今后幾年油氣勘探的主要接替區(qū)，對(duì)柴達(dá)木盆地油氣勘探具有重大意義。

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編輯 黃華彪

20140715；改回日期：20141210

中國(guó)石油天然氣股份有限公司重大科技專項(xiàng)“柴達(dá)木盆地建設(shè)千萬(wàn)噸油氣田綜合配套技術(shù)研究”(2011E-03)；國(guó)家重大科技專項(xiàng)“前陸盆地油氣成藏規(guī)律、關(guān)鍵技術(shù)及目標(biāo)評(píng)價(jià)”(2011ZX05003)

孫秀建(1980-)，男，工程師，2002年畢業(yè)于西北大學(xué)石油地質(zhì)專業(yè)，2006年畢業(yè)于中科院蘭州地質(zhì)所儲(chǔ)層沉積學(xué)專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)主要從事石油地質(zhì)方面綜合研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.01.016

TE122.3

A

1006-6535(2015)01-0075-04