塔里木盆地庫車坳陷侏羅系阿合組致密氣藏特征與勘探潛力

唐雁剛 楊憲彰 謝會文 徐振平 魏紅興 謝亞妮

（中國石油塔里木油田公司勘探開發(fā)研究院 ）

0 引言

致密氣屬于非常規(guī)油氣勘探的范疇，致密砂巖氣是指夾在或緊鄰優(yōu)質(zhì)氣源巖的致密砂巖中，未經(jīng)過大規(guī)模長距離運(yùn)移而形成的天然氣聚集，由孔隙度小于或等于10%、覆壓滲透率小于或等于0.1mD（空氣滲透率小于或等于1mD）的低—特低滲透砂巖作為主要儲層[1-9]。近年來，國內(nèi)致密油氣勘探開發(fā)成果顯著，基本形成了鄂爾多斯盆地蘇里格氣田、四川盆地川中地區(qū)須家河氣田兩大致密氣勘探領(lǐng)域，致密氣儲量和產(chǎn)量迅速增長，成為國內(nèi)天然氣增儲上產(chǎn)最重要領(lǐng)域。通過地質(zhì)特征對比分析，蘇里格氣田和須家河氣田致密氣均具有廣覆式烴源巖生烴、低孔低滲河流相儲集砂體、烴源巖與儲層間互沉積的特征，油氣主要分布在低緩構(gòu)造斜坡區(qū)，油氣富集受裂縫與有效砂體組合控制，即受地質(zhì)甜點(diǎn)控制[1,10]。

塔里木盆地庫車坳陷侏羅系阿合組也發(fā)育致密氣，目前發(fā)現(xiàn)了迪北氣藏、吐孜氣藏等多個(gè)致密砂巖氣藏，氣藏特征與國內(nèi)其他致密氣藏有一定差異，庫車坳陷靠近南天山，擠壓應(yīng)力強(qiáng)，儲層較致密，但是受逆沖推覆作用影響，高陡逆沖斷裂發(fā)育，并伴生形成多級斷裂—裂縫帶，小斷裂及裂縫發(fā)育區(qū)就是致密氣富集的甜點(diǎn)區(qū)[3]。迪北氣藏發(fā)現(xiàn)于1998 年，當(dāng)時(shí)按照構(gòu)造圈閉勘探思路部署了依南2 井，該井在侏羅系阿合組完井測試日產(chǎn)天然氣10.8×104m3；2011 年借鑒致密氣勘探思路，部署迪西1 井，并采用氮?dú)忏@井在侏羅系阿合組日產(chǎn)天然氣59×104m3、日產(chǎn)油69.6m3，迪北氣藏也成為庫車坳陷第一個(gè)發(fā)現(xiàn)并獲得高產(chǎn)的致密氣藏。迪西1 井發(fā)現(xiàn)以來，由于氣藏主控因素仍然認(rèn)識不清、油氣分布規(guī)律不明確，對于氣藏的開發(fā)和區(qū)域勘探仍然較為滯后。本次通過不斷持續(xù)深化侏羅系阿合組致密氣藏特征研究，并開展野外儲層建模、多手段的裂縫預(yù)測等，對烴源巖條件、儲層建模、構(gòu)造特征、油氣富集規(guī)律及控制因素都取得新的認(rèn)識與進(jìn)展，基本明確了庫車坳陷侏羅系阿合組致密氣藏分布規(guī)律、控制因素與勘探潛力，認(rèn)為其有望成為塔里木盆地天然氣增儲上產(chǎn)的重要接替領(lǐng)域。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

庫車坳陷位于塔里木盆地北緣，北與天山褶皺帶以逆沖斷層相接，南與塔北隆起相連，西起烏什凹陷，東至陽霞凹陷?？蓜澐譃椤八膸肌暗臉?gòu)造格局，“四帶”從北向南分別為北部構(gòu)造帶、克拉蘇構(gòu)造帶、秋里塔格構(gòu)造帶和前緣隆起帶，“三凹”由西向東分別是烏什凹陷、拜城凹陷和陽霞凹陷（圖1）。庫車坳陷致密砂巖氣勘探程度較低，勘探目的層埋深主要在1～10km，受目的層埋深因素影響，目前油氣發(fā)現(xiàn)集中在庫車坳陷北部構(gòu)造帶，北部構(gòu)造帶東西長420km，南北寬5～20km，勘探面積為8200km2。

圖1 塔里木盆地庫車坳陷構(gòu)造綱要圖Fig.1 Structural outline of Kuqa Depression,Tarim Basin

1.1 發(fā)育侏羅系—三疊系兩套優(yōu)質(zhì)巨厚烴源巖

庫車坳陷烴源巖集中在三疊系和侏羅系，在三疊系和侏羅系兩套地層中，自下而上發(fā)育5 個(gè)暗色地層組（圖2），為主要烴源巖層，即上三疊統(tǒng)黃山街組（T3h）和塔里奇克組（T3t），下侏羅統(tǒng)陽霞組（J1y）、中侏羅統(tǒng)克孜勒努爾組和恰克馬克組[11]。其中黃山街組和恰克馬克組以湖相泥巖為主，其余3 套為煤系地層。

圖2 庫車坳陷侏羅系—三疊系綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive stratigraphic column of Jurassic-Triassic in Kuqa Depression

平面上，庫車坳陷向北、向南三疊系烴源巖厚度均減薄，呈現(xiàn)出北厚南薄的特點(diǎn)，主體大于500m（圖3a）。根據(jù)野外露頭統(tǒng)計(jì)分析，黃山街組烴源巖沉積中心位于卡普沙良河剖面和庫車河剖面，兩剖面的烴源巖厚度均達(dá)到400m 以上。塔里奇克組厚度分布較穩(wěn)定，在卡普沙良河剖面與庫車河剖面厚度分別為55m 和72m，沉積中心位于大北地區(qū)（圖3a）。

侏羅系陽霞組—克孜勒努爾組烴源巖沉積中心分為東西兩個(gè)（圖3b），東為庫車河剖面—依南2井一帶，最厚可達(dá)1100m；西為卡普沙良河剖面以南，烴源巖最厚約800m[6]。

圖3 庫車坳陷烴源巖厚度平面分布圖Fig.3 Thickness map of source rock in Kuqa Depression

庫車坳陷三疊系—侏羅系烴源巖層系多，有機(jī)質(zhì)豐度較高，對侏羅系阿合組致密氣供烴的主要烴源巖為三疊系塔里奇克組、黃山街組和下侏羅統(tǒng)陽霞組。其中三疊系塔里奇克組烴源巖有機(jī)碳含量（TOC）分布范圍為0.07%～8.6%，平均值為4.07%；生烴潛量（Pg）分布范圍為0.2～23.27mg/g，平均值為4.36mg/g，屬于好烴源巖。黃山街組湖相泥巖有機(jī)碳含量分布范圍為0.36%～4.96%，平均值為1.74%；生烴潛量分布范圍為0.2～10.2mg/g，平均值為1.67mg/g，達(dá)到中等—好烴源巖標(biāo)準(zhǔn)。陽霞組泥質(zhì)有機(jī)碳含量分布范圍為0.22%～9.07%，平均值為3.02%；生烴潛量分布范圍為0.2～17.28mg/g，平均值為3.54mg/g，多數(shù)達(dá)到中等—好烴源巖標(biāo)準(zhǔn)。綜合多口井的烴源巖地球化學(xué)指標(biāo)評價(jià)，三疊系、侏羅系中等—好烴源巖是庫車坳陷富含天然氣的重要基礎(chǔ)（圖4）。侏羅系阿合組致密砂巖儲層就夾持在頂?shù)變商谉N源巖之間，成藏條件好。

圖4 庫車坳陷東部三疊系—侏羅系烴源巖評價(jià)綜合圖Fig.4 Comprehensive evaluation map of Triassic-Jurassic source rocks in the eastern Kuqa Depression

1.2 侏羅系阿合組源儲共生的“三明治”組合

侏羅系阿合組致密氣藏發(fā)育“三明治”式的儲蓋組合，區(qū)域上廣泛發(fā)育、穩(wěn)定分布，縱向上，以侏羅系阿合組砂礫巖為主要儲層，厚度為260～300m，是庫車坳陷主要的區(qū)域目的層；之上陽霞組發(fā)育大套暗色泥巖、煤系地層，厚度約為100m，分布穩(wěn)定，既是上覆蓋層又是一套區(qū)域分布的烴源巖；之下三疊系塔里奇克組—黃山街組泥巖，厚度約為300m，既是下伏底板又是阿合組致密氣主要的烴源巖，三者在空間上形成兩套區(qū)域蓋層與烴源巖夾持的厚儲層，具有典型的“三明治”特征（圖5）。根據(jù)目前研究認(rèn)識，目的層底部三疊系烴源巖是主要的油氣來源，頂部侏羅系烴源巖僅局部供烴。

圖5 庫車坳陷侏羅系阿合組“三明治”式儲蓋組合模式圖Fig.5 The “sandwiched” reservoir-caprock assemblage pattern of Jurassic Ahe Formation

2 致密氣藏成藏特征

2.1 構(gòu)造特征

針對庫車坳陷致密氣藏的研究，目前主要位于北部山前，由于成藏背景較為相似，本次主要以迪北氣藏為例，對侏羅系阿合組致密氣藏進(jìn)行解剖。迪北氣藏位于庫車坳陷北部構(gòu)造帶東段，屬于庫車前陸沖斷帶第一排沖斷構(gòu)造（圖6），發(fā)育多條高角度逆沖斷裂（圖7），整體表現(xiàn)為自南向北階梯式抬升，局部發(fā)育斷背斜和斷鼻構(gòu)造。結(jié)合迪北氣藏的斷裂發(fā)育特征，以及斷裂與油氣的關(guān)系，本次研究按照斷裂規(guī)模、斷開層位將斷裂分為3 個(gè)級別：Ⅰ級斷裂（FⅠ）控制構(gòu)造邊界，斷開層位多，斷距大于500m，平面延伸長度大于20km，此類斷裂多對油氣藏起到破壞作用。Ⅱ級斷裂（FⅡ）控制區(qū)帶展布，斷開為層位較多，斷距為150～500m，延伸長度為10～20km，Ⅱ級斷裂多斷開烴源巖和儲層，可能起到溝通油氣源的作用。Ⅲ級斷裂（FⅢ）斷開阿合組，斷距為50～150m，延伸長度為1～10km，目前完鉆井證實(shí)Ⅲ級斷裂附近油氣最為富集。

圖6 迪北地區(qū)南北向地震剖面圖Fig.6 NS direction seismic profile in Dibei area

圖7 迪北氣藏侏羅系阿合組頂面斷裂系統(tǒng)圖Fig.7 Surface fracture system of top Jurassic Ahe Formation of Dibei gas reservoir

2.2 沉積儲層特征

迪北氣藏侏羅系阿合組以辮狀河三角洲平原亞相沉積為主，多期河道頻繁擺動、縱橫向交錯疊置，形成橫向厚度為260～300m 的地層[12]，以礫石、含礫粗砂巖、粗砂巖為主，夾薄層泥巖，砂地比為74%～94%，整體高于80%。地表露頭精細(xì)儲層建模表明（圖8），阿合組整體呈多旋回疊置特征，單個(gè)旋回延伸距離小，巖性、粒度變化快，空間上頻繁遷移，導(dǎo)致儲層非均質(zhì)性強(qiáng)[13-16]。依南2 井和迪西1 井兩口井僅距離0.8km，構(gòu)造背景相似，但兩口井的流體差異大，其中依南2 井以干氣為主，而迪西1 井日產(chǎn)油69.6m3，說明儲層內(nèi)部連通性差。

圖8 克孜勒努爾溝侏羅系阿合組地表露頭儲層特征對比圖Fig.8 Comparison of reservoir characteristics of Jurassic Ahe formation from different outcrop sections

迪北氣藏侏羅系阿合組巖石類型以巖屑砂巖為主。阿合組儲集空間主要為粒內(nèi)溶孔和微孔隙（圖9），占比分別為37.36%、34.23%，其次是粒間溶蝕擴(kuò)大孔，占比為20.09%，微裂縫較發(fā)育，可溝通孔隙。其中，微孔隙在薄片上無法明確顯示孔隙的完整結(jié)構(gòu)，前人研究[17]認(rèn)為儲層中直徑小于30μm 的孔隙為微孔隙，從成因上又分為粒間微孔、粒內(nèi)微孔及晶間孔等[18]。侏羅系阿合組有效儲層孔隙度分布在4.0%～13.9%，平均值為6.6%，中值為6.4%；滲透率分布在0.170～9.898mD，平均值為1.577mD，中值為0.934mD，總體屬于特低孔、低—特低滲透砂巖儲層，屬于致密砂巖儲層[14,19]。

圖9 迪北氣藏侏羅系阿合組儲層微觀特征綜合圖Fig.9 Comprehensive micro-characteristics of Dibei gas reservoir of Jurassic Ahe Formation

2.3 氣藏特征

迪北氣藏具有大面積連片分布的特點(diǎn)，但由于受沉積和成巖作用的影響，有效儲層橫向分布不均、物性差異較大，非均質(zhì)性較強(qiáng)，連通性差。鉆井證實(shí)依南2 井測試氣柱高度達(dá)247m，超出構(gòu)造圈閉幅度，含氣范圍不受構(gòu)造圈閉控制，且沒有邊底水的特征，表現(xiàn)為大面積分布的致密砂巖氣藏特征[20-23]（圖10）。

圖10 迪北氣藏東西向氣藏剖面圖Fig.10 EW direction gas reservoir profile of Dibei gas reservoir

在局部構(gòu)造或小斷裂附近，由于滲流條件更為有利，油氣富集和裂縫發(fā)育程度較高。例如迪北104 井目的層段裂縫發(fā)育，測試獲得高產(chǎn)工業(yè)油氣流，氣油比為15200m3/m3。而低部位的迪北101 井裂縫不發(fā)育，測試僅達(dá)到工業(yè)氣流,不含油。

迪北氣藏壓力梯度為0.35MPa/100m，壓力系數(shù)為1.73～1.81，具有高壓—超高壓特征，地溫梯度為2.67℃/100m，屬正常的溫度系統(tǒng)。

3 致密氣形成主控因素

3.1 烴源巖展布

庫車坳陷東部的主力烴源巖為三疊系黃山街組、塔里奇克組。迪北氣藏發(fā)現(xiàn)井依南2 井鉆井證實(shí)三疊系烴源巖厚度為216m，烴源巖Ro約為1.2%。而吐格爾明地區(qū)完鉆井明南1 井未獲油氣發(fā)現(xiàn)，僅見氣測顯示，鉆揭三疊系烴源巖51m，烴源巖Ro為0.6%，所以優(yōu)質(zhì)烴源巖是致密氣規(guī)模成藏的基礎(chǔ)。目前認(rèn)為北部構(gòu)造帶烴源巖最發(fā)育的區(qū)域靠近山前，呈近東西向帶狀分布，下一階段阿合組致密氣的勘探應(yīng)圍繞烴源巖發(fā)育區(qū)，在準(zhǔn)確刻畫優(yōu)質(zhì)烴源巖分布規(guī)律基礎(chǔ)上來開展油氣勘探[24]。

3.2 沉積控制優(yōu)質(zhì)相帶展布

阿合組致密砂巖形成過程中受多期河道控制，縱橫向交錯疊置，形成多旋回沉積特征，其中單一旋回內(nèi)部儲層非均質(zhì)性強(qiáng)，巖性、物性變化快，可劃分為5 種不同的砂體構(gòu)型，分別為滯留層、前積層（前積壩砂）、側(cè)積層（側(cè)積壩砂）、紋積層和越岸層（圖11），再根據(jù)砂體構(gòu)型單元的規(guī)模、巖性巖相組成、儲集性能等對5 類構(gòu)型進(jìn)行儲層評價(jià)，前積層為一類儲層，側(cè)積層為二類儲層，滯留層為三類儲層，紋積層和越岸層粒度細(xì)，物性達(dá)不到儲層標(biāo)準(zhǔn)。一類、二類儲層物性較好，為油氣成藏主要的儲集空間；而三類、四類層物性比較差，是油氣聚集成藏的側(cè)向遮擋層。從單井分析看，阿合組垂向上呈多旋回特征，一類、二類、三類儲層頻繁交錯出現(xiàn)，橫向上疊置關(guān)系更為復(fù)雜，是致密氣不連續(xù)分布的重要原因。利用迪北氣藏三維區(qū)開展的儲層預(yù)測（圖12）顯示，侏羅系阿合組儲層表現(xiàn)為大面積分布的特征，但是厚度有差異，儲層發(fā)育區(qū)更有利于油氣富集。

圖11 依南2C 井侏羅系阿合組砂巖儲層綜合評價(jià)圖Fig.11 Comprehensive evaluation chart of sandstone reservoir of Jurassic Ahe Formation in Well Yinan 2C

圖12 迪北氣藏侏羅系阿合組儲層預(yù)測厚度圖Fig.12 Predicted reservoir thickness map of Dibei gas reservoir of Jurassic Ahe Formation

3.3 斷裂、裂縫控制甜點(diǎn)分布

阿合組砂巖儲層非均質(zhì)性強(qiáng)，連通性差，高陡的構(gòu)造裂縫溝通非均質(zhì)砂巖，形成孔—縫連通結(jié)構(gòu)，形成有效的儲集和滲流空間。迪北氣藏位于庫車前陸沖斷帶，受較強(qiáng)的構(gòu)造擠壓作用影響，發(fā)育多排高角度斷裂，形成不同級別的斷裂帶附近伴生的高角度裂縫、裂縫帶，高角度裂縫可以有效地溝通非均質(zhì)砂巖，提高儲層的連通性和滲流能力，是控制阿合組致密砂巖氣富集的的主要因素[25-26]。研究認(rèn)為，迪北氣藏的裂縫主要為斷裂附近的伴生裂縫，在區(qū)域構(gòu)造變形特征、斷裂規(guī)模研究基礎(chǔ)上，迪北氣藏范圍內(nèi)的斷裂可劃分為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級，第Ⅵ級為裂縫，Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級斷裂在常規(guī)地震剖面可以解釋，本文已經(jīng)詳細(xì)闡述，第Ⅵ級裂縫可通過裂縫預(yù)測技術(shù)識別。本文優(yōu)選相干屬性進(jìn)行侏羅系阿合組目的層裂縫預(yù)測，相干值越小，裂縫越發(fā)育（圖13），預(yù)測結(jié)果顯示，斷裂兩側(cè)裂縫較發(fā)育，呈帶狀分布。并通過成像測井、微觀薄片分析，結(jié)合單井油氣產(chǎn)量，認(rèn)為真正有效溝通儲層形成縫網(wǎng)結(jié)構(gòu)的是Ⅲ級斷裂及伴生Ⅵ級裂縫，斷裂及縫網(wǎng)結(jié)構(gòu)控制了油氣富集和單井的高產(chǎn)。

圖13 迪北氣藏侏羅系阿合組斷裂—裂縫預(yù)測平面分布圖Fig.13 Plane distribution of predicted fault-fracture of Dibei gas reservoir of Jurassic Ahe Formation

根據(jù)氣藏完鉆井統(tǒng)計(jì)，裂縫發(fā)育區(qū)的單井均獲得高產(chǎn)。例如高產(chǎn)井迪北104 井中途測試日產(chǎn)天然氣達(dá)79.3×104m3，裂縫密度為47 條/100m。低產(chǎn)井迪北102 井，完井測試日產(chǎn)天然氣1.5×104m3，裂縫密度僅為2 條/100m。迪北101 井處于斜坡區(qū)低部位，中途測試日產(chǎn)天然氣6.7×104m3。根據(jù)統(tǒng)計(jì)曲線也可以看出（圖14），單井產(chǎn)量和裂縫發(fā)育程度呈正相關(guān)性，裂縫越發(fā)育，單井產(chǎn)量越高。

圖14 迪北氣藏單井產(chǎn)量與裂縫密度趨勢關(guān)系圖Fig.14 Relationship between single well production and fracture density of Dibei gas reservoir

3.4 致密氣地質(zhì)甜點(diǎn)特征

迪北氣藏儲蓋組合具有典型“三明治”式結(jié)構(gòu)，上下烴源巖夾持厚儲層區(qū)域穩(wěn)定分布，通過對氣藏儲層、油氣藏特征、流體分布、斷裂—裂縫等多因素分析，結(jié)合實(shí)際鉆井動、靜態(tài)資料，綜合認(rèn)為阿合組致密氣的地質(zhì)甜點(diǎn)主要受三方面因素控制：第一是烴源巖的分布，致密砂巖氣藏由于儲層較致密，油氣為短距離運(yùn)移，多表現(xiàn)為近源成藏的特征，所以緊鄰優(yōu)質(zhì)烴源巖是致密氣藏形成的基礎(chǔ)。第二是有效砂巖儲層，阿合組砂巖儲層內(nèi)部構(gòu)型復(fù)雜，砂體連通性差，有效的砂巖儲層是致密氣藏形成的關(guān)鍵。第三是Ⅲ級斷裂及Ⅵ級裂縫，小斷裂及裂縫可有效溝通儲層，提高滲流能力，最終形成致密氣地質(zhì)甜點(diǎn)，但是受地震資料的制約，目前裂縫預(yù)測僅在迪北氣藏三維區(qū)開展，其他二維區(qū)尚不滿足裂縫預(yù)測。

4 勘探潛力與有利區(qū)預(yù)測

庫車坳陷北部構(gòu)造帶侏羅系阿合組致密砂巖氣具備形成規(guī)模油氣藏的地質(zhì)條件，一是兩套厚烴源巖夾持阿合組厚儲層廣泛發(fā)育，雖然烴源巖和儲層厚度在局部有差異，但依然具備形成規(guī)模生儲蓋組合的條件。二是北部構(gòu)造帶位于庫車坳陷北部山前，擠壓作用強(qiáng)烈，發(fā)育多級逆沖斷裂，有利于形成與斷裂或構(gòu)造變形相伴生的裂縫帶，為致密氣甜點(diǎn)的發(fā)育提供了有利條件。三是勘探面積大，由于北部構(gòu)造帶主體為二維地震，不滿足開展全區(qū)裂縫預(yù)測，所以本次主要結(jié)合烴源巖發(fā)育區(qū)、構(gòu)造平緩區(qū)刻畫有利區(qū)面積超過2570km2，天然氣資源規(guī)模超過1.53×1012m3（圖15）。四是針對迪北氣藏已完鉆多口井，通過對氣藏的精細(xì)解剖，氣藏特征與控制因素基本清楚，而且多口井在其他區(qū)域阿合組均見到了油氣流，揭示了整個(gè)區(qū)帶整體含氣的特征。五是已經(jīng)明確阿合組致密砂巖氣的油氣富集規(guī)律，探索出一套較為準(zhǔn)確的甜點(diǎn)預(yù)測技術(shù)，在三維區(qū)已經(jīng)刻畫出7 個(gè)甜點(diǎn)，面積為218km2，天然氣資源量為4000×108m3，而且目前正在開展水平井大型壓裂改造，落實(shí)致密氣的單井提產(chǎn)工藝，如果獲得突破，將加快開發(fā)建產(chǎn)，因此該區(qū)侏羅系阿合組致密氣勘探將是塔里木盆地致密氣勘探最有利的領(lǐng)域，也最具規(guī)模。

圖15 庫車坳陷侏羅系阿合組有利區(qū)預(yù)測圖Fig.15 Favorable exploration target prediction of Jurassic Ahe Formation in Kuqa Depression

5 結(jié)論

（1）庫車坳陷發(fā)育的三疊系、侏羅系多套優(yōu)質(zhì)烴源巖是致密氣藏形成的基礎(chǔ)，侏羅系阿合組非均質(zhì)砂巖是致密氣藏形成的關(guān)鍵，多級斷裂及裂縫對致密氣的富集起到重要控制作用。

（2）迪北氣藏油氣主要受控于大面積分布的非均質(zhì)有效砂巖儲層，配置斷裂—裂縫形成的縫網(wǎng)結(jié)構(gòu)，共同控制了侏羅系致密氣地質(zhì)甜點(diǎn)的分布。

（3）庫車坳陷致密氣形成的生儲蓋組合較發(fā)育、平緩區(qū)勘探面積廣，圈定的有利勘探面積為2570km2，資源量為1.53×1012m3，是庫車坳陷下步天然氣勘探的重要領(lǐng)域。