庫車坳陷大北克深井區(qū)白堊系儲層含鹽特征與分布規(guī)律

馮佳睿，高志勇，張宇航，李曉紅，周 鵬，尚江偉，李晨晨

1.中國石油勘探開發(fā)研究院石油地質(zhì)實驗研究中心，北京 100083 2.提高石油采收率國家重點實驗室，北京 100083 3.中國石油塔里木油田公司資源勘查處，新疆 塔里木 841000 4.中國石油塔里木油田公司勘探開發(fā)研究院，新疆 塔里木 841000 5.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452

0 引言

庫車坳陷是在古生代被動陸緣和中生代陸內(nèi)坳陷基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新生代陸內(nèi)再生前陸盆地，是我國塔里木盆地重要的產(chǎn)氣區(qū)域。近年來，以其中的克拉蘇富氣構(gòu)造帶為勘探目標(biāo)，在其鹽下深層先后發(fā)現(xiàn)了克拉2、大北1、克深2、博孜1等多個大型氣田。前人在該區(qū)構(gòu)造變形特征[1-6]、異常高壓[7-9]、低溫效應(yīng)[10-12]和對天然氣的封蓋作用[13-15]等方面進行了研究，取得了較為系統(tǒng)的宏觀認識。然而典型鹽湖盆地的成因[16-21]、氯化物鹽水溶液微觀結(jié)構(gòu)特征動力學(xué)模擬[22-25]、含鹽泥頁巖的儲層特征與控制因素[26-28]等問題，雖然國內(nèi)外學(xué)者也開展了相關(guān)研究，但對深部儲層中巖鹽微觀特征和分布規(guī)律等方面的研究卻仍存在不足。庫車坳陷克拉蘇構(gòu)造帶多口井見鹽霜，測井曲線顯示低阻，測試均獲高產(chǎn)氣流，克深134井砂巖7 586～7 651 m井段含鹽霜，試氣獲日產(chǎn)37萬m3，油壓91 MPa。由此可見，儲層含鹽導(dǎo)致低阻氣層不易被識別，筆者通過薄片鑒定、掃描電鏡、能譜分析和QEMSCAN(巖石礦物定量分析)等技術(shù)手段，開展了對砂巖儲層中鹽的微觀特征及分布規(guī)律的工作，以期對提高該區(qū)勘探開發(fā)潛力提供依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

庫車坳陷位于塔里木克拉通北緣南天山造山帶與塔北隆起之間，先后經(jīng)歷了多期構(gòu)造運動，其中燕山期、喜山期兩幕構(gòu)造運動形成了天山山前大型逆沖褶皺帶及一系列逆沖斷層，包括北部單斜帶、克拉蘇構(gòu)造帶、依奇克里克構(gòu)造帶、拜城凹陷、陽霞凹陷、烏什凹陷、秋里塔格構(gòu)造帶和南部斜坡帶8個次級構(gòu)造單元[29-33](圖1)。庫車坳陷發(fā)育比較完整的中生界--新生界，最大厚度為12 km，其中缺失上白堊統(tǒng)，局部新生界厚度超過7 km。白堊系巴什基奇克組厚層砂巖中發(fā)育大型交錯層理，其大套疊置砂巖底部發(fā)育不規(guī)則泥礫，厚層至塊狀細砂巖和粉砂巖具有良好分選性和較高的結(jié)構(gòu)成熟度，砂巖巖性主要為中細粒巖屑砂巖，碎屑組分包括石英、長石和巖屑，其平均體積分?jǐn)?shù)分別為49.8%、12.7%和32.7%，顆粒呈次棱角狀-次圓狀。古近系庫姆格列木群底部褐色泥巖與白堊系巴什基奇克組頂部灰褐色細砂巖不整合接觸界限清晰。

據(jù)文獻[34]修編。

2 樣品選取與研究方法

選取大北和克深井區(qū)23口井的72塊新鮮巖心樣品進行了系統(tǒng)的普通薄片鑒定、掃描電鏡、能譜分析和QEMSCAN測試(表1)?？紤]到鹽易溶于水，筆者對磨片方法進行了改進，不使用水作為研磨降溫溶劑，改用無水乙醇和礦物油，有效保存了砂巖孔隙中的鹽類信息。普通薄片制作和鑒定在中國石油勘探開發(fā)研究院實驗中心完成。掃描電鏡與能譜分析在中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司非常規(guī)技術(shù)研究院完成，儀器型號分別為FEI Quanta FEG 450和EDAX TEAM EDS。巖石礦物定量分析在中國石油勘探開發(fā)研究院實驗中心完成，成像模式為背散射圖像(BSE)。

表1 大北和克深井區(qū)主要巖心樣品實驗分析類型和數(shù)量統(tǒng)計表

3 儲層含鹽特征

3.1 巖心樣品特征

克深241、克深242、克深134等井的部分巖心由于含鹽量較高，巖心表面局部可見析出的鹽霜。鹽霜成分主要為NaCl，即通常所說的巖鹽。白色巖鹽顆粒呈星點狀充填在碎屑顆粒間或呈厚鹽霜層附著在巖心表面(圖2)。若析出的鹽霜來源于鉆井液，則在大部分新鮮巖心表面都應(yīng)該呈大面積分布，而非局部出現(xiàn)。由此推斷，鹽霜的析出與鉆井液無關(guān)。

a.褐色中砂巖，克深242井，6 542.75 m；b.褐色細砂巖，克深134井，7 613.59 m；c.巖心鹽霜覆蓋式析出，大北12井，5 552.54 m；d.巖心鹽霜顆粒式析出，克深 134井，7 620.45 m。

3.2 儲層含鹽顯微特征

本文選取在高倍物鏡下單偏光與正交光結(jié)合的方法，對大北和克深井區(qū)白堊系巴什基奇克組含巖鹽的砂巖儲層進行顯微特征觀察。巖鹽晶體細小，單偏光下呈無色或淡綠色，正交光下呈消光。巖鹽晶體直徑為5～15 μm，最大直徑可超過20 μm，多以自形晶粒、集合體狀存在。在大部分的薄片中，褐色(鐵)泥質(zhì)普遍存在，直接影響了巖鹽在顯微鏡下的識別與觀察。本文通過薄片照片和素描圖對比的方式展示了巖鹽晶體主要的3種賦存方式：1)石英、長石、巖屑等碎屑顆粒表面(圖3a、b)；2)碎屑顆粒之間，巖鹽晶體與黏土礦物、方解石晶體等共存(圖3c、d)；3)長石等碎屑顆粒的溶蝕孔和破裂縫中(圖3e—h)。

a、b.石英顆粒表面巖鹽晶體的微觀特征，克深601井，6 062.09 m；c、d.石英顆粒邊緣巖鹽晶體的微觀特征，克深13井，7 353.67 m；e、f.微裂縫間巖鹽晶體的微觀特征，克深241井，6 515.62 m；g、h.長石粒內(nèi)溶孔中巖鹽晶體的微觀特征，克深3-1井，6 885.60 m。a、c、e、g為顯微鏡下薄片照片；b、d、f、h為素描圖。

巖鹽晶體主要呈格架狀、晶粒狀和團塊狀3種集合體形態(tài)。格架狀巖鹽晶體多為矩形或菱形格架產(chǎn)出(圖4a、b)，是巖心樣品中最常見的類型，在克深241井、克深242井和克深134井等井中分布較多。巖鹽晶體為等軸晶系，單晶體通常呈立方體，若在晶體生長過程中沿著角頂或晶棱方向迅速生長，形成晶面中心相對凹陷的結(jié)晶骨架，則稱為骸晶。格架狀巖鹽的晶體即為骸晶集合體，是在溶質(zhì)供應(yīng)較不充足或生長空間受限的條件下形成的。巖鹽的晶體還會以晶粒狀和團塊狀形態(tài)產(chǎn)出(圖4c、d)。這2種形態(tài)是巖鹽正常生長的自形立方體或者他形集合體，晶粒狀晶體具有比較完整的晶形特征。這兩種集合體通常生長在較大的孔洞或縫隙中。

a.碎屑顆粒表面的格架狀巖鹽晶體，克深241井，6 515.62 m, SEM；b.碎屑顆粒間的格架狀巖鹽晶體，克深134井，7 542.47 m, SEM；c.晶粒狀巖鹽晶體，克深134井，7 641.8 m，SEM；d.團塊狀巖鹽晶體，克深2-2-8井，6 735.77 m, SEM。HI.巖鹽；Q.石英。

通常條件下，黏土礦物發(fā)育的區(qū)域巖鹽分布較少。以克深105井為例，砂巖儲層中巖鹽體積分?jǐn)?shù)較高，石英、長石加大和自生礦物很少，基本未見綠泥石，伊利石僅在局部零星分布。克深602井整體巖鹽體積分?jǐn)?shù)僅為4%，碎屑顆粒間和溶蝕孔中充填大量綠泥石和伊利石(圖5)。

a.大面積分布的格架狀巖鹽晶體，克深105井，7 354.88 m；b.大面積分布的晶粒狀巖鹽晶體，克深105井，7 354.88 m；c.零星分布的伊利石，克深105井，7 355.29 m；d.碎屑顆粒間的絲狀伊利石，克深602井，6 083.44 m；e.片狀綠泥石，克深602井，6 083.44 m；f.長石顆粒表面的巖鹽晶體，克深602井，6 083.44 m。

能譜分析發(fā)現(xiàn)，不同形態(tài)的巖鹽晶體，其Na和Cl等元素的原子分?jǐn)?shù)也存在差異。根據(jù)能譜分析數(shù)據(jù)結(jié)果可知，晶粒狀和格架狀的晶體中主要元素成分為Na和Cl，晶粒狀晶體的Na和Cl原子分?jǐn)?shù)比接近于1∶1，格架狀晶體Na和Cl原子分?jǐn)?shù)比差異較大，與能譜分析的晶體位置有關(guān)，而團塊狀晶體中除Na和Cl外，還含有Si、Ca等其他元素，可能混雜了石英和方解石等。以大北12井(5 415.32 m)的能譜分析數(shù)據(jù)(圖6)為例：巖鹽的晶粒狀晶體(點1)元素成分最簡單，Na元素和Cl元素的原子分?jǐn)?shù)分別為52.32%和45.00%，原子分?jǐn)?shù)比接近于1∶1，O元素原子分?jǐn)?shù)為2.68%。格架狀晶體的外壁和內(nèi)壁Na元素和Cl元素的原子分?jǐn)?shù)相差較大，內(nèi)壁(點2)Cl元素體積分?jǐn)?shù)更高，Na元素和Cl元素的原子分?jǐn)?shù)比接近1∶3，外壁(點3)的Na元素與Cl元素原子分?jǐn)?shù)分別為48.55%和49.40%，原子分?jǐn)?shù)比接近于1∶1，O元素原子分?jǐn)?shù)為2.05%。團塊狀晶體(點4)元素成分主要包括Na和Cl，原子分?jǐn)?shù)比接近于1∶1.26，還含有少量Si和Al等，可能混雜了石英和黏土礦物等(表2)。

表2 大北12井(5 415.32 m)能譜分析數(shù)據(jù)表

a.晶粒狀晶體；b.格架狀晶體(內(nèi)壁)；c.格架狀晶體(外壁)；d.團塊狀晶體。

3.3 巖鹽分布規(guī)律

大北克深井區(qū)砂巖儲層中，巖鹽體積分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)一定的變化趨勢。西部的克深241井、克深242井和克深24井巖鹽體積分?jǐn)?shù)最高，均超過10.00%，最高可達18.00%。根據(jù)QEMSCAN顯示的礦物體積分?jǐn)?shù)，克深505井(6 767.44 m)砂巖樣品粒間孔隙內(nèi)存在大量巖鹽和鹽泥(圖7)。其中：巖鹽呈晶粒狀集合體分布于顆粒之間，體積分?jǐn)?shù)可達16.77%；鹽泥呈泥晶狀分布于顆粒間，體積分?jǐn)?shù)為5.31%(表3)。東部的克深134井、克深601井、克深602井、克深3-1井和克深12井等，巖鹽體積分?jǐn)?shù)為4.00%～10.00%，克深301井巖鹽體積分?jǐn)?shù)較低，僅為3.00%(表4)。

圖7 克深505井的QEMSCAN成像(6 767.44 m)

表3 克深505井QEMSCAN礦物體積分?jǐn)?shù)

垂向上，白堊系砂巖距上覆膏鹽巖層越近，巖鹽體積分?jǐn)?shù)相對越高(圖8)。整體而言，大北和克深井區(qū)的大部分巖心樣品均表現(xiàn)出相似的變化規(guī)律，儲層埋深越淺，巖鹽體積分?jǐn)?shù)越高，埋深越深，巖鹽體積分?jǐn)?shù)越低(圖9)。如克深134井，埋深7 542.47 m時，巖鹽體積分?jǐn)?shù)為9.00%，埋深為7 641.45 m時，巖鹽體積分?jǐn)?shù)僅為4.00%(表4)。

Ks.克深井；Db.大北井。

圖9 克深井區(qū)巖心樣品埋深與巖鹽體積分?jǐn)?shù)關(guān)系圖

3.4 巖鹽形成條件分析

對大北克深井區(qū)砂巖儲層中巖鹽晶體系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，不同形態(tài)巖鹽晶體的形成與儲層埋藏深度、砂巖粒級、分選性、鹽源供給條件和晶粒生長空間等有密切的關(guān)系(表5)。格架狀巖鹽晶體多賦存在埋藏較淺的部位，砂巖粒級以中砂巖為主，分選性較好，泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)較少。以克深134井為例，格架狀晶體分布范圍為7 542.47～7 562.96 m，晶粒狀和團塊狀晶體則主要分布于7 635.79～7 641.45 m(表4)。由于距離上覆古近系膏鹽層更近，格架狀巖鹽的鹽源更為充分，而現(xiàn)有儲集空間對于如此多的鹽源供給來說是很狹窄的，晶粒生長空間不足，更易形成巖鹽的骸晶集合體。晶粒狀和團塊狀的巖鹽集合體則多形成于埋藏較深的細砂巖儲層中，鹽源供給匱乏，晶粒生長空間相對較大，晶體生長更充分，自形程度相對較高。

表4 庫車坳陷深層白堊系儲層巖鹽分布形態(tài)與體積分?jǐn)?shù)統(tǒng)計表

表5 不同形態(tài)巖鹽晶體形成條件對比

3.5 巖鹽來源分析

根據(jù)白堊系地層活動和構(gòu)造運動特征，白堊系沉積后抬升暴露，遭受剝蝕形成不整合面后緩慢沉降，接受古近系膏鹽層沉積，庫姆格列木群膏鹽、巖鹽類沉積物在地層水作用下發(fā)生溶蝕，含鹽流體通過不整合面滲流至白堊系砂巖儲層中，這是該區(qū)巖鹽的主要來源(圖10)。5～3 Ma前后白堊系開始發(fā)育新的構(gòu)造斷裂[35]，含鹽流體也可能通過斷裂部位滲流至白堊系砂巖儲層中，成為巖鹽的次要來源?？松?4氣藏頂部儲層普遍含巖鹽，如克深242井、克深24井巖鹽主要來自古近紀(jì)膏鹽類沉積物的滲流，基本為單一來源，而克深241井砂巖儲層中巖鹽不僅與頂部滲流有關(guān)，還受到斷塊附近含鹽流體側(cè)向注入的影響，巖鹽體積分?jǐn)?shù)通常大于14%，高于該氣藏中的其他井區(qū)。含鹽流體的供給、砂巖儲層的埋藏深度等，是大北和克深井區(qū)巖鹽分布的主控因素。白堊系巴什基奇克組與上覆古近系之間存在不整合，儲層越接近不整合面，巖鹽體積分?jǐn)?shù)越高，而斷裂構(gòu)造可能也是含鹽流體滲流的重要通道。

圖10 克深井區(qū)巖鹽來源模式圖

4 討論

前人[36]研究證實，古近系庫姆格列木群自下而上可分為5個巖性段：砂礫巖段、膏泥巖段、白云巖段、膏鹽巖段和泥巖段。其中，膏泥巖段廣泛發(fā)育，厚度較穩(wěn)定；膏鹽巖段厚度變化劇烈，現(xiàn)存厚度直接與構(gòu)造變形強度有關(guān)。膏泥巖段沉積時期，大北和克深井區(qū)以沉積巨厚層膏鹽巖為特征，為受海侵明顯影響的膏鹽湖中心沉積[37]。膏鹽、巖鹽類沉積物溶蝕后形成的含鹽流體通過層間不整合面向白堊系滲入，是該區(qū)巖鹽供給的主要方式。膏泥巖段最底部為泥巖夾泥質(zhì)粉砂巖和粉砂巖，筆者將這套地層與白堊系間的距離和巖鹽體積分?jǐn)?shù)關(guān)系統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，該區(qū)整體表現(xiàn)出距離越大巖鹽體積分?jǐn)?shù)越低、距離越小巖鹽體積分?jǐn)?shù)越高的趨勢(圖8)。同時，巴什基奇克組裂縫普遍發(fā)育，主要有近EW向、NE 向、NW 向及近NS向4組，廣泛分布的裂縫也是上部含鹽流體涌入白堊系的重要通道，裂縫控制了巖鹽分布，而裂縫的發(fā)育程度主要與斷背斜的構(gòu)造位置有關(guān)。通常來說，距邊界斷層越近，裂縫密度越大，距邊界斷層越遠，裂縫密度越小[38-39]。以克深井區(qū)為例，背斜核部裂縫發(fā)育程度低(圖11)，位于核部的A井巖鹽體積分?jǐn)?shù)僅為7%，背斜前翼地形陡、變形強烈(圖11)，裂縫密度較大，位于前翼的B井和C井巖鹽體積分?jǐn)?shù)明顯高于A井，分別為10%和12%。

圖11 克深井區(qū)白堊系巴什基奇克組頂面構(gòu)造圖①

庫車坳陷受晚古生代以來多期構(gòu)造運動疊加影響，特別是喜馬拉雅運動晚期的強烈擠壓作用，在鹽下超深層發(fā)育成排成帶的逆沖疊瓦構(gòu)造，形成了一系列背斜及斷背斜圈閉[40]?？松?4氣藏頂部儲層普遍含巖鹽，其中1號井的巖鹽體積分?jǐn)?shù)為12.00%，而位于構(gòu)造部位翼部的2號井巖鹽體積分?jǐn)?shù)分布范圍為14.00%～18.00%，明顯高于該氣藏中的其他井區(qū)，巖鹽來源可能受到頂部滲流與斷塊附近側(cè)向注入等多因素影響(圖12)。

圖12 克深井區(qū)白堊系巴什基奇克組東西向氣藏剖面圖①

大北克深井區(qū)砂巖儲層普遍含鹽，測井曲線顯示低阻，制約了氣層的識別與判斷，還導(dǎo)致獲取的測井孔隙度偏高與含氣飽和度偏低，最終影響儲量計算。因此，明確該區(qū)白堊系儲層含鹽特征與分布規(guī)律，對修正低阻氣藏儲量評價體系與助推含鹽鉆井試氣等都具有重要意義。

5 結(jié)論

1)開發(fā)了無水乙醇和礦物油作為研磨降溫溶劑的制作薄片方法，利用普通薄片鑒定、掃描電鏡、能譜分析和QEMSCAN等測試方法分析顯示，庫車坳陷大北克深井區(qū)白堊系砂巖儲層中普遍含巖鹽，巖鹽晶體表現(xiàn)為碎屑顆粒間、碎屑顆粒表面和溶蝕孔及破裂縫3種賦存方式，呈格架狀、晶粒狀和團塊狀等3種形態(tài)。

2)鹽源供給條件、砂巖儲層的埋藏深度和斷裂條件等因素直接影響巖鹽分布與晶體發(fā)育程度。大北克深井區(qū)巖鹽體積分?jǐn)?shù)越高，距離上覆膏巖鹽越近，或距離構(gòu)造斷裂越近，該結(jié)論可為有利儲層評價預(yù)測和勘探部署提供有效依據(jù)。