柴達(dá)木盆地基巖油氣藏特征與有利區(qū)帶研究

孫秀建，楊 巍，白亞東，謝 梅，石正灝

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

0 引 言

柴達(dá)木盆地位于青藏高原北部，高原持續(xù)隆升背景和成盆多期性改造使之具有復(fù)雜的地理環(huán)境和獨特的油氣地質(zhì)條件，頻繁的構(gòu)造運動造成盆地基底結(jié)構(gòu)破碎，巖相復(fù)雜，基巖油氣藏勘探難度大。受認(rèn)識程度以及勘探技術(shù)的限制，歷經(jīng)60多年的勘探，柴達(dá)木盆地僅發(fā)現(xiàn)了昆北切4號、馬北3號等多個小規(guī)模基巖油氣藏，與國內(nèi)外基巖油氣藏勘探[1-2]發(fā)現(xiàn)占總儲量比例差距明顯，國內(nèi)外統(tǒng)計基巖油氣藏儲量約占總儲量的15%[3]。截至2010年年底，柴達(dá)木盆地探明的基巖油氣藏儲量不到盆地累計探明總儲量的2%，基巖勘探潛力巨大。總結(jié)基巖油氣藏特征和劃分有利勘探區(qū)帶具有十分重要的意義。

1 基巖油氣藏特征

基巖油氣藏是一種特殊的油氣藏類型，具有“新生古儲”的特點，儲層巖性多樣，形成地質(zhì)條件具有特殊性[4-5]。針對基巖油氣藏的特殊性，結(jié)合柴達(dá)木盆地自身地質(zhì)特點，重點對柴達(dá)木盆地基巖油氣藏?zé)N源巖、儲層、蓋層方面的特征進行了總結(jié)。

1.1 烴源巖特征

受燕山運動和喜山運動控制，柴達(dá)木盆地中生代差異剝蝕，新生代沉積中心由西北向東南逐漸遷移，生烴中心隨之發(fā)生變化，形成了3套主力烴源巖，分別是三湖第四系烴源巖、柴西古近系烴源巖以及柴北緣侏羅系烴源巖。按照烴源巖與基巖接觸關(guān)系以及油氣取樣分析，認(rèn)為與基巖成藏有關(guān)的烴源巖主要是柴西古近系烴源巖以及柴北緣侏羅系烴源巖[6]。

侏羅系主要發(fā)育中、下侏羅統(tǒng)2套烴源巖，主要分布在阿爾金山前-柴北緣地區(qū)[7]，展布面積為25 000 km2，最大厚度近2 000 m，具有晚期埋深大(現(xiàn)今埋深為5 000～10 000 m)、熱演化程度高(RO超過1.3%)、生氣為主的特點，計算資源量約為1.15×1012m3。下侏羅統(tǒng)烴源巖巖性主要是暗色泥巖和炭質(zhì)泥巖，分布廣泛，其中，暗色泥巖為優(yōu)質(zhì)烴源巖(TOC為2%～10%，S1+S2為5～20 mg/g，氯仿瀝青“A”大于0.05%，Ⅱ—Ⅲ型為主)；炭質(zhì)泥巖按照煤系烴源巖評價標(biāo)準(zhǔn)，為中等烴源巖(TOC為10%～30%，S1+S2為20～60 mg/g，Ⅱ2—Ⅲ型)。中侏羅統(tǒng)烴源巖巖性主要是油頁巖，發(fā)育于祁連山前，為盆地最好的烴源巖(TOC為4%～10%，S1+S2為20～100 mg/g，氫指數(shù)大于300 mg/g，Ⅰ型)。阿爾金山前-柴北緣基巖圈閉油氣源來自侏羅系烴源巖，已發(fā)現(xiàn)東坪等基巖氣藏。

古近系咸化湖相烴源巖分布于柴西地區(qū)，巖性以暗色泥巖為主，發(fā)育紅獅、英雄嶺、扎哈泉、小梁山4個次級凹陷，面積達(dá)16 000 km2，厚度為800～1 200 m，具有早熟、高轉(zhuǎn)化特征[8]；古近系烴源巖TOC普遍小于1%，氯仿瀝青“A”為0.05%～0.50%，有機質(zhì)類型為Ⅱ型，產(chǎn)油為主。柴西基巖圈閉油氣源來自古近系源巖，已發(fā)現(xiàn)切401等基巖油藏。

1.2 儲層特征

基巖儲層特征包括基巖結(jié)構(gòu)分類、儲層巖性、儲層物性以及孔隙結(jié)構(gòu)等方面[9-10]。依據(jù)露頭、巖心標(biāo)定以及常規(guī)測井與特殊測井(ECS、核磁、成像等)資料，將柴達(dá)木盆地基巖縱向劃分為土壤層、殘積層、半風(fēng)化層和未風(fēng)化層4類結(jié)構(gòu)，其中，殘積層和半風(fēng)化層巖層因長期暴露地面， 經(jīng)受風(fēng)化、剝蝕、淋濾、溶解以及強烈的構(gòu)造運動作用， 形成了分布極不均勻的大量溶蝕孔洞和裂縫，是盆地基巖主要的油氣儲集層段[11-12]。

柴達(dá)木盆地基巖油氣藏與全球其他地區(qū)的基巖油氣藏一樣，儲層巖性是多樣化的(圖1)，主要包括花崗巖、片麻巖以及變質(zhì)巖(變質(zhì)灰?guī)r、板巖、片巖)等，接觸關(guān)系復(fù)雜，不同巖性均有油氣發(fā)現(xiàn)。盆地基巖儲集空間以裂縫和溶蝕孔洞為主，在偏光顯微鏡和掃描電鏡下可以觀察到裂縫、溶蝕孔洞以及基質(zhì)微孔3類儲集孔隙。

1.2.1 裂縫

對于基巖來說，裂縫為其最常見的儲集空間[13-14]，國內(nèi)外對基巖裂縫的研究較為深入，包括裂縫的分布、走向等，均與構(gòu)造作用和風(fēng)化作用有關(guān)?？碧綄嵺`表明，基巖裂縫的發(fā)育對于改善基巖儲層的儲滲條件起著重要的作用。從巖心觀察可以看出，柴達(dá)木盆地基巖裂縫較為發(fā)育，包括解理縫、構(gòu)造縫、溶蝕縫和風(fēng)化裂縫等4種。以昆北地區(qū)為例，切7井基巖發(fā)育典型的風(fēng)化崩解裂縫，縫面呈不規(guī)則狀，少量的泥質(zhì)充填，呈網(wǎng)狀、碎塊狀，以垂直裂理、高角度斜交為主，少量的低角度縫，表現(xiàn)為經(jīng)歷地表物理作用形成的風(fēng)化縫，裂縫面凹凸不平，見少量的溶蝕孔洞，溶孔中見油跡顯示，沿裂縫溶蝕較發(fā)育。

1.2.2 溶蝕孔洞

柴達(dá)木盆地基巖中發(fā)育的另一種儲集空間為溶蝕孔洞，沿裂縫發(fā)育的溶蝕孔洞是基巖儲層的一個明顯特征。溶蝕孔洞為后期成巖過程中沿早期張開裂縫發(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，一般沿裂縫周圍溶蝕較發(fā)育，局部見溶洞。以東坪17井區(qū)為例，該井區(qū)主要發(fā)育沿裂縫分布的溶蝕孔洞(圖2)。

圖1 柴達(dá)木盆地基底巖性

圖2 東坪17井區(qū)基巖儲集空間組合特征

1.2.3 基質(zhì)微孔

除了裂縫和溶蝕孔洞，柴達(dá)木盆地基巖儲層還發(fā)育基質(zhì)微孔?；|(zhì)微孔主要包括花崗巖鐵鎂質(zhì)礦物中的基質(zhì)微孔和花崗片麻巖中云母片晶間孔，前者孔徑多為0.2～0.6 μm，后者孔徑多為5.0～7.0 μm。這些基質(zhì)微孔的存在對基巖能夠穩(wěn)產(chǎn)有重要貢獻(xiàn)作用。以東坪1基巖氣田為例，在掃描電鏡下可見大量微孔(數(shù)百納米)發(fā)育，通過掃描電鏡與圖像分析軟件聯(lián)合使用，計算得出東坪103井3 244.4 m處巖石中基質(zhì)微孔的面孔率為18.4%，為良好的天然氣儲集空間。

1.3 蓋層特征

柴達(dá)木盆地近些年的基巖勘探成果進一步證實，基巖油氣藏具有儲層巖性復(fù)雜多樣的特殊性，良好的封蓋條件是基巖成藏的關(guān)鍵[15]。通過開展蓋層特征研究，認(rèn)為柴達(dá)木盆地基巖油氣藏存在局部和區(qū)域2種類型蓋層。

1.3.1 基巖頂封式局部蓋層

受咸化沉積環(huán)境的影響，基巖上覆地層沉積期咸水下滲，鹽類礦物(方解石與石膏)膠結(jié)充填基巖風(fēng)化殼頂部的孔縫，形成頂封式局部蓋層，具有良好的局部封蓋條件。此類局部性蓋層主要發(fā)育在盆緣山前帶古隆起區(qū)，受路樂河組沉積時期干旱咸化湖盆所致，鹵水下滲，這些地區(qū)上部基巖的孔縫均被石膏充填，形成優(yōu)質(zhì)局部蓋層，此類致密蓋層對其以下的基巖儲層具有良好的油氣遮擋作用。以阿爾金山前帶東坪鼻隆的東坪103井為例，3 228～3 240 m層段的基巖風(fēng)化殼層厚度為12 m，巖石致密，裂縫和溶蝕孔洞完全被石膏充填，形成了良好的局部蓋層；這套局部蓋層以下的基巖地層3 240～3 360 m段花崗巖儲層厚度為120 m，巖石儲集性較好，氣層厚度大、產(chǎn)氣量高。

1.3.2 含膏巖和泥巖的區(qū)域蓋層

據(jù)統(tǒng)計，全世界沉積蓋層中，蓋層為膏巖的油氣田占油氣田總評價單元數(shù)的8%，但卻控制了55%的油氣儲量。膏巖蓋層由于封閉性能較好，即使厚度較薄(一般大于1 m)也能封閉形成油氣藏[16-17]。柴達(dá)木盆地盆緣基巖上覆地層主要是古近系地層和侏羅系地層，這2套地層均發(fā)育穩(wěn)定的泥巖蓋層沉積；除泥巖蓋層以外，在古近紀(jì)沉積時期，盆地基本處于干旱—半干旱氣候條件，氧化環(huán)境明顯，下第三系地層沉積相帶為各類三角洲相帶，受干旱氣候影響，湖盆水體不斷蒸發(fā)、濃縮，形成大量膏質(zhì)泥巖、泥膏鹽、石膏等蒸發(fā)含膏巖類，這些含膏巖類與泥巖一起形成穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)的區(qū)域蓋層，對其下伏的基巖儲層形成良好的封蓋。以阿爾金山前東段為例，該區(qū)基巖上覆的路樂河組E1+2地層受沉積期干旱氣候影響，形成一套較為穩(wěn)定的(累計厚度為40～120 m)含膏質(zhì)區(qū)域蓋層(圖3)，分布面積超過4 000 km2，對其下伏的基巖儲層形成良好的封蓋，儲蓋組合良好。針對該區(qū)基巖實施勘探后，先后發(fā)現(xiàn)了東坪1、坪西、尖北等多個基巖氣藏，其中，東坪1氣田為目前國內(nèi)最大的基巖氣藏。

圖3 柴達(dá)木盆地阿爾金山前帶東段路樂河組

2 基巖成藏條件及成藏模式

2.1 基巖成藏條件

2.1.1 油氣源條件

主要考慮生烴凹陷的規(guī)模及生、排烴強度以及其與基巖圈閉的距離。柴達(dá)木盆地目前已發(fā)現(xiàn)的基巖油氣藏油氣主要來自第三系和侏羅系兩大主力烴源巖；其中，第三系烴源巖供給柴西地區(qū)的基巖圈閉，以油為主；侏羅系烴源巖則供給阿爾金山前-柴北緣地區(qū)的基巖圈閉，以氣為主。緊鄰著主力生烴凹陷發(fā)育的基巖圈閉均具有形成基巖油氣藏的物質(zhì)條件。

2.1.2 儲蓋組合

主要考慮基巖儲層的類型和蓋層的發(fā)育程度。通過巖心、測錄井資料以及大量實驗分析，總結(jié)了柴達(dá)木盆地基巖儲層的儲集特征，認(rèn)為基巖儲層巖性多樣、大面積連片分布，各種巖性均有油氣顯示，已發(fā)現(xiàn)包括昆北切12板巖油藏、東坪1花崗片麻巖氣藏、馬北3號變質(zhì)巖油藏等多種巖性基巖油氣藏。受構(gòu)造運動和風(fēng)化淋濾作用影響，基巖儲層發(fā)育孔-縫雙重儲集空間；同時，盆地基巖上部具有因咸化湖盆沉積影響而充填方解石和石膏形成的“頂封式”局部蓋層，以及受干旱氣候影響下第三系沉積地層中發(fā)育的大面積蒸發(fā)巖優(yōu)質(zhì)區(qū)域蓋層。2類優(yōu)質(zhì)蓋層與孔-縫型基巖儲層形成了有效的儲蓋組合，近年的基巖勘探發(fā)現(xiàn)基本屬于這一類型。

2.1.3 古今構(gòu)造背景

主要考慮基巖圈閉的古今構(gòu)造背景。前期研究表明，柴達(dá)木盆地盆緣地區(qū)發(fā)育多個大型的古隆起區(qū)，這些盆緣古鼻隆和古斜坡具有繼承性發(fā)育的特點，位于古隆起區(qū)上的基巖長期遭受風(fēng)化、淋濾作用，基巖孔縫發(fā)育，儲集條件好；同時，穩(wěn)定的古隆起區(qū)也非常有利于凹陷區(qū)的油氣向盆緣古斜坡區(qū)和古鼻隆區(qū)的基巖圈閉中運移聚集，形成基巖油氣藏，如阿爾金山前帶東段古隆起區(qū)就先后發(fā)現(xiàn)了東坪、坪西以及尖北規(guī)?；鶐r氣藏。

2.1.4 油氣運移通道

主要考慮溝通油氣源的通道和運移輸導(dǎo)體系。前人研究表明，柴達(dá)木盆地發(fā)育多條溝通生烴凹陷的大型斷裂以及廣泛分布的基巖風(fēng)化殼不整合面，具有優(yōu)越的油氣運移條件。其中，深大斷裂不僅控制了盆地構(gòu)造帶的分布，形成大量的基巖圈閉，還是縱向溝通烴源巖的主要通道。大面積發(fā)育的基巖風(fēng)化殼不整合面除了作為有利儲層以外，還可以作為油氣橫向遠(yuǎn)距離運移的通道。生烴凹陷的油氣沿斷裂-不整合面復(fù)合輸導(dǎo)體系向持續(xù)發(fā)育的盆緣古隆起區(qū)運移，在基巖圈閉中聚集，形成現(xiàn)今的基巖油氣藏[18]。

2.2 油氣成藏模式

柴達(dá)木盆地基巖成藏與優(yōu)質(zhì)蓋層的關(guān)系密切，在發(fā)育多種基巖儲層巖性的區(qū)帶內(nèi)，穩(wěn)定分布的優(yōu)質(zhì)蓋層是基巖大規(guī)模成藏的關(guān)鍵要素，東坪、昆北、馬北等基巖油氣藏的形成均與上覆蓋層發(fā)育有關(guān)。除優(yōu)質(zhì)儲蓋組合以外，柴達(dá)木盆地基巖成藏還與古構(gòu)造背景和斷裂-不整合面輸導(dǎo)體系相關(guān)，具有“斷隆控聚、儲蓋控藏” 的油氣成藏模式(圖4)。

3 有利勘探區(qū)帶

柴達(dá)木盆地基巖成藏過程中，近源發(fā)育的基巖儲層、優(yōu)質(zhì)區(qū)域蓋層以及溝通油源的深大斷裂之間的疊合區(qū)為有利區(qū)帶。如位于盆緣古隆起區(qū)的阿爾金山前東段和昆北地區(qū)，持續(xù)發(fā)育的古構(gòu)造背景控制著基巖風(fēng)化殼儲層的形成，同時也是油氣運移指向區(qū)，溝通生烴凹陷的深大斷裂-不整合面是基巖油氣主要的運移通道，大面積穩(wěn)定分布的區(qū)域蓋層控制著基巖油氣的分布。綜合生儲蓋組合、古構(gòu)造背景以及油氣運移通道因素，認(rèn)為柴達(dá)木盆地盆緣古隆起區(qū)是基巖勘探的有利區(qū)帶，包括阿爾金山前東段地區(qū)、南八仙-馬北地區(qū)、昆北地區(qū)(圖5)，其有利因素包括近源、發(fā)育大面積的有利儲層、具備穩(wěn)定分布的優(yōu)質(zhì)蓋層、斷層及不整合面能有效溝通源巖。目前已發(fā)現(xiàn)的基巖油氣藏均位于盆緣古隆起區(qū)，2017年，在阿爾金山前東段尖北地區(qū)針對基巖部署的尖探1井，在基巖段試氣獲得了高產(chǎn)工業(yè)氣流，進一步證實了盆緣古隆起是基巖勘探的重點區(qū)帶。

圖4 柴達(dá)木盆地基巖成藏模式

圖5 柴達(dá)木盆地基巖有利區(qū)帶綜合評價

4 結(jié) 論

(1) 通過對柴達(dá)木盆地基巖油氣藏形成地質(zhì)條件的系統(tǒng)研究，總結(jié)了盆地基巖油氣藏生、儲、蓋等基本特征，指出盆地基巖存在侏羅系和第三系2套優(yōu)質(zhì)烴源巖，基巖儲層巖性多樣，儲集空間主要是構(gòu)造和風(fēng)化作用形成的裂縫及基質(zhì)孔隙，泥巖以及含膏巖等優(yōu)質(zhì)蓋層是基巖成藏的關(guān)鍵要素。

(2) 柴達(dá)木盆地基巖油氣藏形成與優(yōu)質(zhì)儲蓋組合及盆緣古隆起背景相關(guān)，斷裂和不整合是主要的油氣運移通道，有利勘探區(qū)帶包括位于盆緣的阿爾金山前東段地區(qū)、南八仙-馬北地區(qū)以及昆北等地區(qū)。

(3) 柴達(dá)木盆地基巖油氣藏具有含油氣層系厚度大、沿盆緣古隆起大面積分布的特點，目前的勘探發(fā)現(xiàn)主要集中在阿爾金山前古隆起區(qū)，其他盆緣古隆起區(qū)仍有較大的勘探潛力。