库车拗陷东部侏罗系“连续型”致密砂岩气成藏条件分析

袁文芳，王鹏威，秦 红，庞雄奇，张 博，杜忠明，邢 星

（1.中国石油塔里木油田分公司 勘探开发研究院，新疆 库尔勒 841000； 2.中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249； 3.中国石油大学（北京）地球科学学院，北京 102249）

库车拗陷东部侏罗系“连续型”致密砂岩气成藏条件分析

袁文芳1，王鹏威2，3，秦 红1，庞雄奇2，3，张 博1，杜忠明2，3，邢 星1

（1.中国石油塔里木油田分公司 勘探开发研究院，新疆 库尔勒 841000； 2.中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249； 3.中国石油大学（北京）地球科学学院，北京 102249）

有利的成藏条件是 “连续型”致密砂岩气大规模聚集成藏的重要基础，明确成藏条件对于致密砂岩气藏理论研究和勘探实践具有重要意义.文中讨论库车拗陷侏罗系阿合组“连续型”致密砂岩气藏形成所需要的烃源岩、致密砂岩储层、盖层条件及构造条件.结果表明：下伏三叠系烃源岩为致密砂岩气藏的形成提供充足的气源，广泛分布的致密砂岩储层控制致密砂岩气藏在时间和空间的分布范围，致密储层上覆煤系地层与下伏泥岩为致密砂岩气成藏提供保护作用；后期的强烈构造活动，一方面促进地层快速沉降，有利于烃源岩快速演化，另一方面对致密砂岩气藏具有调整改造的作用，构造裂缝改善储层的物性，同时形成天然气散失的通道.因此，有利的源岩、储层、源储配置关系、盖层及构造活动是库车拗陷东部侏罗系“连续型”致密砂岩气藏形成的有利条件.

“连续型”致密砂岩气藏；成藏条件；库车拗陷；侏罗系；烃源岩

0 引言

致密砂岩气藏是继常规气藏之后又一重要的天然气勘探领域.作为重要的非常规资源，致密砂岩气藏以巨大的勘探潜力和研究价值得到国内外学者和石油行业的关注[1-3].目前，国内一般将致密砂岩气藏定义为孔隙度小于10%、原地渗透率小于0.1×10-3μm2或空气渗透率小于1.0×10-3μm2、孔喉半径小于1 mm、含气饱和度小于60%的砂岩中储集的天然气，一般无自然工业产量，但在采取一定经济条件和技术措施后，可以获得工业天然气产量.我国中西部地区广泛分布的致密砂岩中蕴含丰富的天然气资源，它在我国能源结构中所占比例日益扩大，成为重要的能源接替者[4-5].库车拗陷天然气资源丰富，随着勘探开发的不断深入，“连续型”致密砂岩气资源显示广阔的勘探前景.由于地质条件复杂，“连续型”致密砂岩气藏形成所需的条件不明确，库车拗陷致密砂岩气藏勘探实践面临许多困难[6-7].因此，全面、系统地分析致密砂岩气成藏条件是研究“连续型”致密砂岩气藏形成机理的重要基础，对于寻找“连续型”致密砂岩气藏有利勘探区域具有现实意义.

人们通过对比国内外典型气藏的特征、分析其成藏机制等方法，对致密砂岩气藏主控因素进行研究，并认为气源岩持续充注、连片分布的致密储层、稳定沉降的构造背景等地质条件是“连续型”致密砂岩气藏形成与分布的必要条件[8-10].笔者在典型气藏解剖的基础上，对比国内外典型的致密砂岩气藏，分析库车拗陷“连续型”致密砂岩气藏发育的地质条件，为有效指导库车拗陷致密砂岩气勘探提供理论依据.

1 地质概况

库车拗陷位于塔里木盆地北缘，是典型的中新生代前陆盆地（见图1）.北依天山褶皱带，南邻塔北隆起的轮台断隆，西起克拉苏，东至库尔勒，整体呈北东东的线状展布，东西长为400 km，南北宽为30～120 km，盆地面积为2.8×104km2.多期的构造运动使库车拗陷具有“四带三凹”的构造格局，从北到南可划分为北部单斜带、克拉苏—依奇克里克构造带、秋里塔格构造带、前缘隆起带，自东向西为东部的阳霞凹陷、中部拜城凹陷及西部乌什拗陷.库车拗陷东部地区主要包括依奇克里克构造带、阳霞凹陷及秋里塔格构造带.下侏罗统及古近系—白垩系储层发育广泛分布，储层厚度大，物性较差，是库车拗陷东部地区致密砂岩气重点勘探领域.下侏罗统主要发育以依南2气藏为代表的致密砂岩气藏，古近系—白垩系主要发育以迪那2气田为代表的凝析气藏.

图1 库车拗陷东部构造单元分区及勘探成果Fig.1 The structure division and exploration results in eastern Kuqa depression

2 地质特征

依南2气藏为库车拗陷典型“连续型”致密砂岩气藏[7].该气藏位于依奇克里克构造带稳定的斜坡带上，具有典型的“连续型”致密砂岩气藏的特征.下侏罗统阿合组为气藏的主要目的层之一，储层广泛发育，其中一、二、四段为砂岩段，储层物性较差，孔隙度主要分布在3.6%～6.4%之间，70%的渗透率小于1×10-3μm2.阿合组与下伏三叠系气源岩、上覆侏罗系阳霞组气源岩紧密接触（见图2）.该气藏的气水分布不受构造形态的控制，位于构造低部位的依南2井、迪西1井为主要的工业气流井，构造高部位的依南4井、依深4井为水井（见图2）.气藏压力异常，压力因数介于1.71～1.87之间.

图2 库车拗陷东部依南2气藏成藏模式Fig.2 Yi'nan 2 gas reservoir section，eastern Kuqa depression

3 形成条件

库车拗陷侏罗系“连续型”致密砂岩气藏除表现典型致密气藏的特征外，还具有自身独特的成藏特点.

3.1 烃源岩

烃源岩对“连续型”致密气的成藏具有重要控制作用[8-9].目前，国内外已发现的 “连续型”致密砂岩气藏大多为“源储一体”，致密储层与以煤系地层为主的气源岩紧密相邻[10].与典型的“连续型”致密砂岩气藏相似，库车拗陷下侏罗统阿合组致密砂岩储集体与气源岩具有良好的配置关系.它与三叠系塔里奇克组泥岩、煤层及下侏罗统阳霞组煤层近源接触，为天然气短距离二次运移提供良好的基础（见图3）.三叠系泥质烃源岩有机质丰度较高，有机碳质量分数w（TOC）为1.0%～2.0%，平均生烃潜量为3.28 kg/t，以Ⅲ型干酪根为主，烃源岩演化程度高，最高温度Tmax接近于475℃，镜质体反射率Ro为1%～2%；煤系烃源岩有机质丰度较高，有机碳质量分数为22.18%～91.50%，平均有机碳质量分数为54.16%，平均生烃潜量为55.07 kg/t，烃源岩演化程度高，Tmax接近于457℃.因此，三叠系气源岩是一套高成熟的优质气源岩.

“连续型”致密砂岩气藏是动态圈闭气藏，气藏的面积、规模随着源岩供烃量的改变而变化.根据物质平衡原理[11]，只有烃源岩大量供烃，致密储层中天然气的聚集量大于散失量才能保证致密气藏的规模；否则，气藏发生萎缩，甚至消亡.

库车拗陷三叠系烃源岩具有晚期大量生烃并持续排烃的特征，天然气在分子膨胀力的作用下持续向致密储层充注，保证依南2气藏具有充足的气源.以三叠系黄山街组—克拉玛依组为例，烃源岩排烃高峰期为上新世早期（距今5 Ma）之后，烃源岩最大排气强度达到35×108m3/km2，最大排气量为10.03×108m3（见表1）.

表1 库车拗陷东部三叠系烃源岩排烃特征Table 1 Hydrocarbon expulsion characteristic of Triassic in eastern Kuqa depression

3.2 致密储层

致密储层作为致密砂岩气成藏的基本要素之一，它的空间展布和致密化过程决定致密砂岩气藏的分布范围及气水分布规律[12].库车东部侏罗系储层物性较差，以依南2致密砂岩气藏侏罗系阿合组为例，储层平均孔隙度为6.15%，平均渗透率为5.65×10-3μm2，平均孔喉半径为0.5μm.储层岩性主要是岩屑砂岩、长石岩屑砂岩和岩屑长石砂岩，砂砾岩的沉积厚度占总地层厚度的65.0%～70.0%，砂体厚度大.砂岩成分成熟度较低，岩屑质量分数为34.0%～55.0%.依南2气藏储层孔隙结构非均质性较强，对气水分布具有一定的控制作用.压汞及激光共聚焦数据显示，水层对应的孔隙结构较好，表现为孔喉半径大，孔隙分选较好，孔隙度大，渗透率高，有利于流体的活动；干层对应的储层孔隙结构较差，表现为孔喉半径小，孔隙分选较差，渗透率较低（见表2）.因此，储层物性较好或较差都不利于天然气在致密储层中聚集成藏.对比依南2气藏气水分布与储层物性关系，气层的孔隙度主要分布在2%～8%之间，干层的孔隙度多小于2%，水层的孔隙度多大于8%.

表2 依南2气藏储层孔隙结构参数Table 2 Parameters of pore structure in Yi'nan 2 reservoir

图3 库车拗陷侏罗系、三叠系烃源岩地化剖面Fig.3 Jurassic and Triassic source rock geochemical profile in Kuqa depression

阿尔伯达及鄂尔多斯等中外典型致密气藏研究成果表明，沉积成岩作用对致密砂岩储层的形成、演化具有关键性的作用[13-14].前期沉积环境、后期成岩作用通过砂岩的分选性、磨圆度、砂岩粒径、岩屑含量、泥质含量、胶结物含量等因素控制致密储层的发育，从而控制致密砂岩气藏的发育范围.

依南2气藏阿合组具有多个向上变细的沉积序列，厚层砂岩中间夹杂薄层的泥岩（见图4）.结合库车拗陷古地理分析[15]，认为阿合组储层主要以辫状河三角洲的分流河道沉积砂体为主，储层的物性具有较强的非均质性，砂岩粒径、岩屑含量、泥质含量等因素制约致密储层的空间展布.泥质、岩屑等塑性物质的含量对致密砂岩孔隙度演化的影响非常明显.泥岩颗粒、碎屑物质占据刚性颗粒之间的空间，并具有极强的塑性，泥质、碎屑物质含量越高，岩石抗压性越差，储层越致密.

图4 库车拗陷东部依南2井测井沉积相分析Fig.4 The logging sedimentary facies analysis in Yi'nan 2 well，eastern Kuqa depression

沉积作用控制储层的形成，成岩作用决定储层的演化[16-21].库车拗陷致密储层广泛发育的成岩作用包括压实作用、胶结作用等.阿合组储层的胶结作用主要包括碳酸盐、硫酸盐等自生矿物的析出沉淀.薄片资料显示（见图5），阿合组储层碳酸盐质量分数较高，主要分布在5.0%～25.0%之间.大量的胶结物充填孔隙，导致储层有效孔隙度减小，加剧储层致密化的进程.库车拗陷侏罗系阿合组储层致密化时期约为23 Ma，储层致密化时间早于烃源岩大量排烃时间[7]，因此致密储层的形成与分布为“连续型”致密砂岩气大规模成藏提供条件.

3.3 盖层

图5 库车拗陷东部侏罗系阿合组储层碳酸盐胶结Fig.5 Carbonate cementation in Jurassic Ahe formation，eastern Kuqa depression

库车拗陷侏罗系阿合组致密砂岩气藏除了具有优越的源岩和储层条件之外，还具有良好的盖层条件.致密砂岩气藏对气藏底部的封堵有一定的要求[22].底部良好的封堵可以保证浮力在天然气运聚过程中不起作用，天然气在气体分子膨胀力的作用下，以活塞式整体推动上方的地层水，使天然气可以在水下方聚集，形成气水倒置的分布特征.阿合组下伏三叠系烃源岩层为致密砂岩气藏提供丰富物源的同时，也为气藏提供良好的封堵条件，保障天然气在致密储层中以分子膨胀力为动力，整体驱动地层水向构造上倾部位聚集成藏.因此，三叠系源岩层与阿合组储层形成“源储紧邻、源盖一体”的成藏模式.

阿尔伯达盆地Joli Fou海相页岩层封盖下白垩统的致密储层，为致密砂岩气成藏提供保护作用[23].与阿尔伯达盆地Joli Fou海相页岩层相似，阿合组致密储层上覆阳霞组巨厚的煤系地层，该地层分布较稳定，可以有效降低致密储层中天然气散失的速率，有利于阿合组致密砂岩气藏大规模的形成；阿合组致密储层下伏三叠系湖沼相地层除了可以作为有效烃源岩外，还可以作为盖层保护阿合组致密储层中的天然气发生散失.

3.4 构造活动

“连续型”致密砂岩气藏的发育与分布对构造条件具有一定的要求.一般认为致密砂岩气藏形成分布在构造活动相对稳定的位置.库车拗陷经历多期构造运动，其中喜山晚期近南北向的挤压作用显著.晚期强烈的构造挤压对致密砂岩气的成藏具有明显的控制作用.

构造活动对致密砂岩气藏的控制作用主要表现在2个方面：后期快速沉降有利于气源岩快速成熟、大量生排烃，为致密气藏提供充足的气源；构造裂缝对致密砂岩气藏具有一定的调整改造作用.

喜山运动晚期南北向构造挤压强烈，库车拗陷在巨大的挤压应力下呈现扰曲沉降，三叠系烃源岩演化速度加快，迅速进入生排气高峰时期.分析库车拗陷三叠系烃源岩热演化史（见图6），喜山构造运动前，三叠系烃源岩热演化速率较慢，Ro为0.50%～0.75%；经历喜山晚期构造活动后，三叠系烃源岩Ro迅速增加为1.50%，烃源岩进入生气高峰.因此，充足的气源、晚期持续排烃有利于形成大规模的致密砂岩气藏.

晚期构造活动对致密砂岩储层的改造活动具有两面性.一方面，构造活动产生大量的构造裂缝，酸性水沿着裂缝向致密储层中运移，形成溶蚀孔洞，改善致密储层的物性，局部物性较好的位置形成天然气聚集的良好场所，即“甜点”.依南2井局部裂缝发育井段的天然气含气饱和度比无裂缝发育井段的高.另一方面，与川西拗陷、鄂尔多斯盆地相似，库车拗陷晚期剧烈的构造活动形成的断裂、裂缝对致密砂岩气藏具有不同程度的破坏[24-25].当裂缝发育在致密砂岩气藏的边界时，根据力平衡原理[11]建立的原始致密砂岩气藏边界将被破坏，致密气藏发生萎缩，甚至消失.

依南2致密砂岩气藏中，依深4井、依南4井阿合组地史时期为气层，现今表现为水层，主要是由于后期发育的断裂裂缝改善储层的物性，使该部位的孔喉半径大于“连续型”致密砂岩气成藏的临界孔喉半径，天然气不能在致密储层中聚集成藏（见图7）.

图6 库车拗陷东部三叠系塔里奇克组烃源岩热演化Fig.6 Geothermal evolution of Triassic source rock in eastern Kuqa depression

图7 库车拗陷东部依南2气藏气水分布Fig.7 Gas and water distribution in Yi'nan 2 gas reservoir，eastern Kuqa depression

4 成藏条件

良好的源储配置关系及烃源岩晚期大量排烃为侏罗系“连续型”致密砂岩气成藏提供良好的物质基础.因此，在构造下倾部位、与烃源岩广泛接触的致密砂岩具有优越的成藏条件.其次，致密砂岩的广泛分布为致密砂岩气藏形成优质的储集条件.而且下侏罗统阿合组储层致密化时间较早，与烃源岩排烃时间具有良好的耦合关系，有利于“连续型”致密砂岩气藏的形成.微观上，储层物性的非均质性对气水分布具有良好的控制作用：储层物性太好或太差都不利于天然气的聚集成藏，而且储层非均质性是 “连续型”致密砂岩气藏中存在“甜点”的必要条件.当气源充足时，天然气可以在低孔低渗的储层内连续成藏，但是成藏过程中优先在相对高孔渗的储层中聚集，形成“甜点”.盖层的底封作用减少天然气的散失，对“连续型”致密砂岩气藏具有良好的保护作用.侧向构造挤压导致地层快速埋深，有利于烃源岩的热演化，对致密砂岩气藏的形成具有促进作用，但是后期断裂的形成改变气藏的气水分布规律.因此，与源岩紧密接触、储层物性较好、良好的底封条件、适当的构造活动是形成“连续型”致密砂岩气藏的有利条件.

5 结论

（1）库车拗陷东部三叠系湖沼相沉积厚度大，分布广泛，烃源岩有机质丰度大，成熟度高，是一套优质气源岩，晚期大量排烃为致密气藏的形成提供充足的气源.

（2）侏罗系阿合组致密储层分布广泛，储层致密化时间早于烃源岩大量排烃时间，有利于“连续型”致密砂岩气聚集成藏.储层的物性条件是气水分布的重要控制因素，物性太好或太差都不利于天然气聚集.

（3）与致密储层紧密相邻的泥岩、煤层减少天然气的散失量，为致密砂岩气的大规模成藏提供保护作用.

（4）构造活动对致密砂岩气的成藏控制作用具有两面性：一是促进烃源岩演化，为致密砂岩气成藏提供充足的物源；二是构造活动对致密砂岩气藏具有调整改造的作用.

（5）充足的气源岩、广泛分布的致密储层、良好的源储配置关系、有效的盖层条件，以及适当的构造活动是库车拗陷东部侏罗系“连续型”致密砂岩气藏形成的有利条件.

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TE121.2

A

2095-4107（2014）04-0001-09

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2014.04.001

2014-02-19；

陆雅玲

国家重点基础研究发展计划（973计划）项目（2011CB201105）

袁文芳（1976-），女，博士，工程师，主要从事沉积学与储层地质学方面的研究.