塔里木盆地秋里塔格構造帶深部碎屑巖儲層特征及控制因素

陳 戈 趙繼龍 楊憲彰 劉 春 鄧 毅

1.中國石油杭州地質研究院 2.中國石油勘探開發(fā)研究院塔里木盆地中心 3.中國石油塔里木油田公司

0 引言

塔里木盆地庫車坳陷油氣資源豐富，已成為該盆地加快尋找大型油氣田的主攻區(qū)塊，目前該坳陷含油氣儲集層主要為下白堊統巴什基奇克組。秋里塔格構造帶屬于庫車坳陷的一個二級構造單元[1]，目前已完鉆5口探井，其中3口井獲得了油氣顯示。2018年12月，中秋1井在巴什基奇克組獲得高產工業(yè)油氣流，測試日產天然氣33.44×104m3、日產凝析油21.4 m3，展示該構造帶優(yōu)越的油氣地質條件和巨大的油氣勘探潛力。但是，該構造帶巴什基奇克組埋深普遍超過5 000 m，加之區(qū)內構造條件復雜，儲層形成機制和控制因素尚不十分清楚，給構造帶內的深部油氣勘探帶來了諸多困難，增大了勘探的風險性和不確定性[2-3]。為此，筆者利用該構造帶內已取得的鉆井、巖心錄井、薄片分析等資料，結合測井和生產測試資料，研究巴什基奇克組深部儲層特征及儲層控制因素，并提出深部儲層的發(fā)育模式，以期為下一步的勘探目標優(yōu)選與油氣開發(fā)提供技術支撐。

1 區(qū)域地質背景

秋里塔格構造帶地理位置位于新疆維吾爾自治區(qū)阿克蘇地區(qū)，區(qū)域構造位置位于庫車坳陷南部，呈NEE向展布，北鄰拜城凹陷、克拉蘇構造帶，南部與南部斜坡帶和陽霞凹陷相接，東西長300 km，南北寬10～30 km（圖1）。受喜山中晚期南天山強烈隆升與快速擠壓推覆的影響，盆地內鹽下白堊系地層形成一系列強烈變形逆沖沖斷帶，發(fā)育大量鹽下背斜及斷鼻構造[4-5]。

庫車坳陷自中生代以來，受南天山造山帶多期次復合隆升、陸內造山作用的影響，形成北山南盆的區(qū)域古地理格局，該地理格局控制了白堊紀沉積期沉積相帶與砂體的展布。秋里塔格構造帶巴什基奇克組沉積早期，南天山造山帶發(fā)生了短期較強烈的構造抬升，沉積坡度變陡，發(fā)源于北部天山物源區(qū)的河流攜帶大量碎屑物出山口后，水體能量快速減弱，在秋里塔格地區(qū)沉積了一套扇三角洲前緣的粗粒碎屑巖，巖性主要為含礫中—粗砂巖；巴什基奇克組沉積中晚期，構造趨于穩(wěn)定，坡降逐漸變小，沉積沉降中心南移，在此背景下秋里塔格地區(qū)沉積了以細砂巖為主的辮狀河三角洲前緣砂體。垂向上表現為多期三角洲朵體相互疊置，平面上則表現為多個朵體側向拼接的扇（或辮狀）三角洲復合體，形成了巴什基奇克組時期厚度大且分布廣泛的砂體[6-7]。

2 儲層巖石學特征

2.1 儲層巖電特征

秋里塔格構造帶目前已鉆遇地層自下而上依次為白堊系、古近系、新近系與第四系。其中，白堊系自下而上發(fā)育舒善河組、巴西改組和巴什基奇克組，油氣層主要分布在下白堊統巴什基奇克組砂巖中[8]。根據地層的巖性—電性組合特征，巴什基奇克組自上而下可分為巴什基奇克組一段（K1bs1，以下簡稱巴一段）、巴什基奇克組二段（K1bs2，以下簡稱巴二段）、巴什基奇克組三段（K1bs3，以下簡稱巴三段）共3段，秋里塔格構造帶主力儲層段為巴一段與巴二段（圖2）。巴一段遭受不同程度剝蝕，地層厚度相差較大。

巴一段：秋里塔格構造帶白堊系頂部遭受剝蝕，殘余厚度介于55～76 m，平均厚度為65.5 m。以厚層—巨厚層狀褐色細粒砂巖為主，局部夾薄層泥巖。自然伽馬曲線整體呈箱形，局部呈尖峰狀，為較純的泥巖夾層；高分辨率感應深、淺電阻率曲線多呈小幅度正差異，曲線形態(tài)表現為小尖峰、中等圓齒狀。

圖1 庫車坳陷構造單元劃分圖

圖2 中秋1井巴什基奇克組綜合柱狀圖

巴二段：厚度介于88～201 m。巖性為厚—巨厚層狀棕褐色砂巖夾中薄層泥巖、粉砂質泥巖。粒度同巴一段巖性基本相似，以細砂巖為主，但砂巖中含泥礫。薄泥巖夾層較純，其自然伽馬較巴一段泥巖自然伽馬值高；高分辨率感應深、淺電阻率曲線呈小幅度正差異、下部見中幅度正差異，局部重疊，曲線形態(tài)表現為尖峰狀或槽齒狀。

巴三段：目前僅東秋5井鉆穿該段，厚度為124 m。巖性以中—厚層狀細砂巖夾薄層泥巖、粉砂質泥巖為特征。細砂巖中普遍含泥礫，泥巖層頻繁發(fā)育，自然伽馬曲線表現為嚴重齒化鐘形特征；高分辨率感應深、淺電阻率曲線差異性小，曲線形態(tài)呈塊齒狀。

2.2 儲層巖石礦物組構特征

根據秋里塔格構造帶巴什基奇克組的巖心薄片觀察及巖石礦物組成分析，研究區(qū)巴什基奇克組砂巖類型主要為巖屑砂巖，少量長石巖屑砂巖，粒度以細粒為主，次為中砂與粉粒。石英含量介于40%～56%，平均值為55%；長石含量介于7%～17%，平均值為9.5%，鉀長石為主，含少量斜長石；巖屑含量介于22%～52%，平均值為35.4%，主要為變質巖巖屑（13%～30%），其次為沉積巖屑（3%～28%），少量巖漿巖巖屑（1%～13%）；砂巖填隙物含量介于4%～18%，平均值為9.6%，其中雜基主要為鐵泥質（2%～10%），平均值為4.2%；膠結物類型以白云石、黃鐵礦、石膏為主，總體含量介于2%～16%，平均值為5.6%，呈孔隙式或連晶—孔隙式膠結為主；顆粒呈點—線接觸，局部呈鑲嵌狀，壓實程度較強，砂巖碎屑顆粒分選中等，磨圓度主要為次棱—次圓。黏土礦物組分中以伊/蒙間層最高（25%～63%），平均值為48.2%；其次是伊利石（15%～40%），平均值為25.6%，高嶺石含量（4%～12%）平均值為7.6%，綠泥石含量（3%～27%）平均值為11.1%，伊/蒙間層比含量（15%～25%）平均值為19.5%，部分樣品中檢出綠/蒙間層含量（2%～24%）平均值為16.8%。

3 儲層物性特征

3.1 常規(guī)儲層物性

秋里塔格構造帶巴什基奇克組砂巖儲層巖心樣品實測孔隙度均大于9.0%，介于9.1%～20.8%，平均值為15.3%，滲透率介于0.06～1 355.00 mD，平均值為123.23 mD，孔滲相關性好，為孔隙型儲層。巴一段21個巖心樣品的孔隙度介于9.1%～16.2%，平均值12.3%，滲透率介于0.06～9.18 mD，平均值為1.21 mD（圖3-a、b）；巴二段17個巖心樣品的孔隙度介于16.9%～20.8%，平均值為19.0%，滲透率介于22.50～1355.00 mD，平均值為266.78 mD（圖3-a、b）。中秋1井1352個測井解釋樣本的孔隙度平均值為11.8%，主峰區(qū)介于9.0%～15.0%，占93.2%，大于9.0%的占約96.8%；滲透率平均值為1.23 mD，主峰區(qū)介于0.1～10.0 mD，占99.5%（圖3-c、d）。綜合巖心實測與測井解釋成果分析，認為巴什基奇克組儲層為低孔隙度、低滲透率儲層。

3.2 儲集空間類型

圖3 巴什基奇克組孔滲直方圖

根據鉆井巖心與巖屑鏡下鑄體薄片鑒定及測井綜合分析結果，秋里塔格構造帶巴什基奇克組儲層儲集空間可分為孔隙與裂縫兩種類型。其中孔隙較發(fā)育，且以原生粒間孔、粒間溶蝕孔為主，少量粒內溶孔和微孔隙（圖4），裂縫主要為構造縫和壓碎縫，不同巖性段各類孔隙類型發(fā)育程度略有不同（表1）。

3.2.1 孔隙

3.2.1.1 原生孔隙

秋里塔格構造帶巴什基奇克組儲層埋深較大，由于強烈的壓實壓溶作用，現存主要為殘余原生孔隙，包括壓實作用下縮小的剩余粒間孔、石英次生加大后的剩余原生粒間孔與白云石膠結后的剩余原生孔（圖4-a、b），總體占面孔率的60%以上。

3.2.1.2 次生孔隙

該區(qū)次生孔隙主要有粒內溶孔、粒間溶孔兩大類。粒間溶孔主要指長石、巖屑顆粒邊緣的溶蝕起主導作用，粒間原生充填物的溶蝕，引起原生孔隙空間的擴大，此類孔隙邊緣常呈鋸齒狀、不規(guī)則狀等（圖4-b、c）；粒內溶孔主要為巖屑顆粒不均勻溶蝕形成的蜂窩狀結構，這類孔隙形態(tài)極不規(guī)則（圖4-d）。次生溶蝕孔隙約占面孔率的30%，是研究區(qū)重要的儲集空間類型。

3.2.2 裂縫

秋里塔格構造帶巴什基奇克組儲層裂縫發(fā)育，主要為構造縫、壓碎縫等（圖4-e、f）。構造縫以北西向、北東向高角度裂縫為主，一般延伸較長且縫壁平直，半充填—未充填，裂縫密度較大（0.6～4.0條/m），裂縫極大地提高了研究區(qū)低孔、低滲儲層的滲流能力。壓碎縫是指脆性顆粒在埋深過程中受地層壓力和構造應力作用下顆粒破碎形成的裂縫[9-10]，形態(tài)多樣，且縫寬窄不等，多伴有分支，常見沿壓碎縫的溶蝕現象。

圖4 巴什基奇克組儲集空間類型照片圖

表1 秋里塔格構造帶巴什基奇克組不同類型儲集空間面孔率統計表

3.3 孔隙結構特征

根據秋里塔格構造帶巴什基奇克組13塊樣品儲層高壓壓汞分析結果，儲層基質孔隙排驅壓力介于0.034～1.272 MPa，平均值為0.870 MPa，排驅壓力與儲層孔滲無明顯相關性（圖5-a），與儲層最大孔喉半徑、平均孔喉半徑呈強烈負相關關系（圖5-b）；儲層最大孔喉半徑介于0.59～21.89 μm，平均值為9.30 μm；平均孔喉半徑介于0.23～8.14 μm，平均值為2.58 μm，最大孔喉半徑、平均孔喉半徑與儲層孔隙度呈正相關關系，與滲透率相關性較差（圖5-c、d）。反映巴什基奇克組儲層排驅壓力較高、孔喉半徑小、進汞量小、細孔喉的特點。

4 儲層發(fā)育控制因素

秋里塔格構造帶巴什基奇克組儲層由于受南天山多物源影響，雖同為辮狀河三角洲前緣相帶，但巖相類型豐富，且地層經歷了喜馬拉雅期多幕構造運動和后期成巖作用改造，儲層儲集性能除受深部儲層特有的埋深影響外，主要受巖相、成巖作用、構造運動等多因素的控制。

4.1 巖相是最基本決定因素

圖5 巴什基奇克組儲層基質物性與排驅壓力、孔喉半徑關系圖

沉積環(huán)境控制了巖石粒度、填隙物和剛性顆粒含量，不同微相砂體的儲層物性差異相對明顯[11-12]。東秋8井取心段砂巖物性統計表明：秋里塔格構造帶發(fā)育各類型交錯層理的中—細砂巖硅質含量較高、分選磨圓好，儲層孔隙度最高；含灰含泥細—粉砂巖由于膠結物含量高，孔隙度最?。话l(fā)育塊狀及平行層理的粉砂巖孔隙度居中。同樣，中秋1井巴什基奇克組不同類型巖石的測井物性分析來看，中砂巖硅質剛性顆粒含量高、分選磨圓均較好，其物性最好；細砂巖、含礫細砂巖中巖屑含量較高，分選磨圓中等—較差，物性次之；粉砂巖與泥質粉砂巖，由于泥質含量高導致抗壓實能力弱，物性最差（圖6）。

圖6 中秋1井巴什基奇克組不同巖相孔滲直方圖

4.2 成巖作用

秋里塔格構造帶巴什基奇克組對儲層物性影響最為顯著的成巖作用主要為壓實作用、膠結作用和溶蝕作用。

4.2.1 溶蝕作用是儲層增孔的關鍵因素

白堊紀沉積期的干旱蒸發(fā)環(huán)境使得地層水呈弱酸性，在燕山期末白堊紀地層遭抬升暴露部分剝蝕后至二次深埋前（距今23 Ma）地層水介質環(huán)境總體由弱酸性轉變?yōu)槿鯄A性[13]。抬升暴露期，碎屑組分中的長石顆粒、硅酸鹽類膠結物（主要為方沸石、鈉長石）及碳酸鹽類膠結物遭受淡水淋濾和溶蝕作用；早埋藏期，在弱堿性地層水作用下，碎屑組分中的長石質、石英質顆粒及膠結物持續(xù)進行溶蝕作用，自生高嶺石、次生石英、碳酸鹽膠結物及鈉長石的出現與此密切相關[14-16]。

薄片觀察、掃描電鏡等微觀分析表明，該區(qū)明顯可見多期溶蝕作用的產生。早期溶蝕發(fā)生在早成巖期，沉積物從沉積—淺埋藏的過程中，受壓實作用的影響，砂巖排除同沉積期的孔隙水，導致孔隙水與長石、云母等顆粒的相互作用，使得儲層孔隙中各類易溶產物隨孔隙水排除，形成粒間孔，而各類硅鋁酸鹽礦物如長石等也不同程度地遭受溶蝕改造，形成大量粒內溶孔（圖7-a）。后期溶蝕主要為白堊系晚期受構造抬升剝蝕的影響，儲層巖石暴露遭受大氣淡水淋濾溶蝕，造成儲層膠結物不同程度的溶蝕，早期硅鋁酸鹽礦物顆粒粒內溶孔繼續(xù)擴大溶蝕，形成大量溶蝕殘余（圖7-b）。

4.2.2 晚期膠結充填作用是孔隙度降低的主因

研究區(qū)膠結物主要以石膏為主，少量白云石、鈉長石及各種自生黏土礦物，對儲層孔隙與喉道起直接破壞作用，使孔隙度與滲透率變差。雖然膠結作用在一定程度上抑制了壓實，但在后期缺乏溶蝕介質時膠結作用對儲層的影響主要以破壞性為主[17]。研究區(qū)巴什基奇克組儲層在抬升遭受剝蝕淋濾溶蝕改造后，進入快速沉積埋藏期，古近系高含硫酸鈣的沉積水的向下滲流是區(qū)內硬石膏的主要來源，充填了早期粒間孔或粒間溶孔（圖7-c），此外強烈的斜長石溶蝕造成大量的方解石膠結物和鈉長石膠結物堵塞溶蝕孔隙，導致儲層孔隙度大幅度下降，反映了膠結作用是儲層減孔的主要因素。

4.3 晚期構造擠壓造縫是改善儲層儲集性能的關鍵

深層儲層主要受地球動力作用、熱力學及深部熱流體場的影響，巖性較致密、物性較差，但是，每期大規(guī)模構造運動均會產生相應裂縫，因此，每一次大規(guī)模的油氣運移均發(fā)生在主要構造運動之后[18-19]。秋里塔格構造帶位于庫車前陸沖斷帶，受晚期喜馬拉雅運動強烈的擠壓，雖使該區(qū)儲層遭受一定的擠壓減孔，但也導致區(qū)內斷層和儲層裂縫較發(fā)育（圖4-e、f），特別是晚期構造破裂作用形成的裂縫基本未充填，裂縫溝通孔隙形成了有效的油氣運移、儲集通道。根據中秋1井測試結果，儲層在埋深超過6 000 m還能獲取高產油氣流，表明在強壓實致密巖石的背景下產生了大量裂縫，裂縫的產生極大地提高了儲層的滲流能力，有效溝通了孔隙空間[20-21]。因此，構造擠壓產生的破裂效應整體上改善了儲層的滲濾通道，儲層滲透率顯著提高。綜上表明，構造運動是改善儲層滲流能力的主要原因。

4.4 巨厚膏鹽層對深部儲層孔隙的保護

圖7 巴什基奇克組溶蝕增孔與膠結減孔特征照片圖

秋里塔格構造帶形成優(yōu)質儲層的另一控制因素是上覆古近系巨厚膏鹽層。該區(qū)白堊系上覆古近系發(fā)育有近千米的巨厚膏鹽層，其流動性可作為良好的“蓋澆”披覆式蓋層，同時膏鹽層具有密度高且穩(wěn)定、熱導率高的特點，其鹽下滑脫易形成異常高壓且伴隨裂縫的產生[22]。因此該區(qū)巨厚膏鹽層保護了其下部的白堊系儲層的孔隙。據統計，在埋深相當的情況下膏鹽層厚度每增加300 m，其下伏儲層孔隙度增加量約1%[23]。此外，膏鹽巖在埋深過程中易產生石膏轉化為硬石膏的膠水作用，期間會伴隨大量溶蝕作用的產生。因此，秋里塔格構造帶儲層埋深超過5 000 m還存在規(guī)模有效儲層，與上覆巨厚膏鹽層、膏泥巖層有直接關系。

5 儲層孔隙演化模式

通過對秋里塔格構造帶巴什基奇克組深部儲層沉積、成巖作用、成巖環(huán)境以及孔隙等特征的研究，筆者對該深部儲層的形成模式進行了分析，提出該區(qū)深部儲層的發(fā)育模式。

1）早期淺埋藏弱壓實。在同生或準同生期間，扇三角洲—辮狀河三角洲的沉積環(huán)境使得沉積物迅速堆積，顆粒的分選和磨圓均較差，沉積物一直處于淺埋藏環(huán)境，壓實作用較弱，粒間孔隙較發(fā)育（圖8-a）。

2）早成巖A期強膠結。研究區(qū)白堊系—古近系沉積期氣候炎熱干燥，屬于典型的堿性環(huán)境，有利于早期碳酸鹽巖的形成，因此碳酸鹽膠結物（方解石、白云石等）相對發(fā)育，膠結作用強（圖8-b）。

3）早表生期溶蝕增孔。隨著研究區(qū)內下伏三疊系—侏羅系烴源巖熱演化生烴的開始。烴源巖中的有機質在向烴類轉化過程中釋放出大量CO2，使孔隙流體呈酸性。隨著酸性水的進入，碳酸鹽巖膠結物發(fā)生大量溶解產生大量溶蝕孔隙（圖8-c）。

4）中成巖A期烴類充注抗壓實保孔隙?？焖俾癫仄冢康膶影l(fā)生深埋藏，壓實作用進一步增強，但此時正值區(qū)內下伏三疊系——侏羅系烴源巖的生烴高峰期，大量烴類進入孔隙，起到了抗壓實或膠結作用的進行，使孔隙得到了保存（圖8-d）。

5）晚期裂縫有效溝通儲集體孔隙空間，極大改善儲集體性能。晚期構造運動所產生的未充填裂縫，一方面為次生孔隙的形成創(chuàng)造了有利條件，另一方面增加了儲層的滲透性，并溝通了儲集空間，改善了儲層的儲集性能（圖8-e）。

圖8 秋里塔格構造帶巴什基奇克組深部儲層發(fā)育模式圖

6 結論

1）塔里木盆地秋里塔格構造帶巴什基基奇克組儲層巖石類型主要為巖屑砂巖，部分為長石巖屑砂巖，石英、長石含量低，巖屑含量高。

2）巴什基基奇克組儲層成分成熟度低、結構成熟度中等，屬于典型的低孔隙度、低滲透率孔隙型儲層，儲集空間以剩余原生粒間孔和粒間溶孔為主，其次為裂縫。

3）巴什基基奇克組儲層發(fā)育受沉積作用、成巖作用、構造作用、膏鹽層和埋藏深度的綜合影響，其中巖相、溶蝕作用和構造擠壓是其主要控制因素。溶蝕作用與構造擠壓造縫是改造儲層儲集性能的關鍵。

4）巴什基基奇克組儲層孔隙經過早期淺埋粒間孔發(fā)育階段、早成巖期強膠結孔隙縮減階段、早表生期溶蝕增孔階段、中成巖期孔隙持續(xù)保持階段、晚期裂縫溝通孔隙改善儲層性能等5個演化階段。