柴达木盆地东坪地区基岩气藏成藏条件分析

2015-02-17夏志远刘小平

特种油气藏 2015年5期

关键词：风化壳柴达木盆地基岩

李婷，夏志远，刘小平，陈琰，管斌

(1.中国石油塔里木油田分公司，新疆库尔勒 841000;2.中国石油杭州地质研究院，浙江杭州 310023; 3.中国石油青海油田分公司，甘肃敦煌 736202)

柴达木盆地东坪地区基岩气藏成藏条件分析

李婷1，夏志远2，刘小平1，陈琰3，管斌3

(1.中国石油塔里木油田分公司，新疆库尔勒 841000;2.中国石油杭州地质研究院，浙江杭州 310023; 3.中国石油青海油田分公司，甘肃敦煌 736202)

东坪地区基岩气藏成藏条件分析对具有类似地质条件地区的基岩油气藏研究有一定指导意义。在前人对烃源岩以及区域构造演化研究的基础上，结合岩心观察、岩石薄片鉴定及物性等资料对基岩储层的研究成果，从烃源、储层、区域构造背景、天然气运移通道、圈闭等因素及其配置关系，分析了柴达木盆地东坪地区基岩气藏成藏条件。研究表明:东坪斜坡紧邻一里坪生烃凹陷，为一持续发育的古隆起，早在古近纪接受沉积前，基底经历了长时间的风化淋滤和多期构造运动，形成了以裂缝、溶蚀孔缝为主的储集空间，物性较好，油气运移通道主要为基底断裂和基岩风化壳;建立了东坪地区基岩气藏成藏事件表和2种成藏模式(以断层—裂缝纵向输导为主的近源成藏模式和以多阶断层纵向输导—基岩风化壳横向运移为辅的远源成藏模式)。

成藏条件;成藏模式;基岩气藏;风化壳结构;东坪地区;柴达木盆地

0 引言

东坪地区位于柴达木盆地阿尔金山前东段，整体为一南倾的古斜坡背景，覆盖着新生代地层，受近南北向断层控制，形成大型南倾鼻状隆起，是在古元古代区域变质岩和古生代花岗岩复合基底上发育起来的断鼻构造［1-5］，从山前向盆内表现为高断阶—中斜坡—低断隆—深凹陷的四级构造形态。

2010年以前，研究区整体勘探和认识程度还很低。随后青海油田转换勘探思路［6］，依据源外构造岩性油气藏理论，加强对东坪地区天然气成藏条件的综合分析与评价，重新认识东坪地区，认为该区具备形成规模气藏的有利条件:大面积展布的侏罗系源岩、厚层砂砾岩及基岩风化壳储层、多套储盖组合、持续发育的古隆起(古斜坡)、区域性的不整合、油气疏导断裂等。2011年通过综合评价分析，优选东坪鼻隆部署钻探东坪1井，并在基岩段压裂试气，获得高产天然气流。随后部署钻探了东坪3井，在基岩段也获得了工业气流，扩展了基岩气藏含气面积。

东坪地区基岩气藏的发现显示出柴达木盆地阿尔金山前带基岩段良好的油气勘探前景。从烃源、储层、构造背景、天然气运移通道、圈闭等因素及其相互配置关系入手，对研究区基岩气藏成藏条件进行研究，以指导阿尔金山前带以及有类似地质条件地区的油气勘探。

1 基岩气藏成藏有利条件分析

1.1 丰富的气源

基岩油气藏一般都是新生古储型油气藏，油气来源以生油层直接覆盖在基岩圈闭之上以及断层两侧生油岩直接与基岩圈闭相接触为最佳［7-12］。充足的油气源条件是基岩油气藏形成的物质基础［13-18］，东坪斜坡紧邻柴达木盆地北缘一里坪侏罗系生烃凹陷，以基底断裂与烃源岩直接相沟通，曹正林等［19］通过东坪地区油气源对比分析，证实东坪地区天然气源于侏罗系煤型气。地震标定和实验室分析资料显示，一里坪侏罗系残余烃源岩分布范围约8 000 km2，厚度为100～600 m，其中厚度大于400 m的优质烃源岩分布面积约为3 400 km2，有机质类型以Ⅲ型为主，有机碳含量为1.5%左右。烃源岩在古近纪—始新纪(E1+2)晚期已成熟(Ro为0.5%～0.7%)，渐新纪(E3)中晚期进入生油高峰(Ro为0.7%～1.3%)，上新世早中期进入湿气阶段(Ro为1.3%～2.0%)，上新世晚期(N23)至今处于干气阶段(Ro＞2.0%)，天然气资源量达到1×1012m3，这为东坪地区基岩气藏的形成提供了充足的气源保障［19-21］。

1.2 发育良好的风化壳储层

东坪地区自早古近纪接受沉积以前，基底历经长达3.5×108a的风化淋滤和多期次构造抬升作用［22-24］，基岩中断裂和裂缝极其发育，这会进一步促使淋滤溶蚀作用的进行，形成数百米的裂缝溶蚀发育带，例如坪1H-2-3井钻遇基岩513 m，井底测井曲线依然显示出良好的裂缝溶蚀特征。根据坪1H-2-3井的基岩顶部及路乐河组 (E1+2)底部连续岩心资料，可将基岩风化壳从上往下依次划分为土壤层、残积层以及半风化层 (图1)。在平面上，土壤层和残积层往往呈断续分布，半风化层普遍存在，也是基岩风化壳最重要的储集层。残积层主要为地表风化残留的角砾状基岩，厚度分布范围为0～10 m，泥质含量高，经后期的埋藏压实以及胶结作用，难形成好的储集体;半风化层厚度一般大于400 m，构造裂缝和溶蚀孔缝发育，但非均质性也很强，岩心上表现为块状和碎块状频繁互层，孔隙度最小为1.7%，最大为7.89%，平均为3.75%;渗透率最小为0.05× 10-3μm2，最大为115.81×10-3μm2，平均为5.03× 10-3μm2(据坪1H-2-3井31块物性分析样品)，为基岩气藏的主要储集体。

图1 柴达木盆地东坪地区坪1H-2-3井基岩风化壳垂向结构

东坪地区10口基岩取心井都是取的半风化层段的岩心，根据岩心观察、岩石薄片鉴定、CT扫描以及成像测井资料证实，基岩半风化层发育构造缝、溶蚀缝和溶蚀孔，基质溶蚀孔缝伴随构造裂缝发育，孔缝配置关系良好。其中构造缝以高角度张性裂缝为主，受控于剪切应力，呈多期次网状交叉切割，裂缝密度为20～100条/m，裂缝宽度、延长度不一，充填作用较弱。基岩中不稳定的长石、方解石及暗色矿物(角闪石、黑云母等)沿早期的构造(微)裂缝产生强烈的溶蚀，形成溶蚀孔和溶蚀缝。基质溶蚀孔能有效增加基岩的储集性能，裂缝是天然气运移和渗流的良好通道，多种类型的储集空间是基岩储层形成的前提条件［25-27］。

此外，东坪地区182块基岩储层小柱塞样和12块全直径样品物性分析，孔隙度主要为2.0%～6.0%，占总数的59.07%，大于物性下限(孔隙度为2%)的孔隙度平均值为3.76%;渗透率主要分布范围是 0.05×10-3～10.00×10-3μm2，占总数的66.32%，平均渗透率为1.98×10-3μm2。取样分析一般都是基岩致密层段(块状基岩)，由于研究区基岩裂缝十分发育，岩心破碎严重，收获率低(10%～80%)，因此，推断实际物性应该更好。

1.3 持续隆起的古构造背景

东坪地区基底在接受新生代地层沉积前，是一个古隆斜坡背景，后期埋藏又经历了3个大的构造演化阶段［20］:①喜马拉雅早期(K—N1末)，阿尔金断裂形成并发生右行压扭走滑运动，区域构造环境由伸展转为压缩，早期控制中生界沉积的正断层发生反转，形成隆凹格局，随着右行走滑不断加强，派生出的北东向断裂与早期的北北西向断裂组合，形成低位扭动隆起(东坪1井区)的雏形;②喜马拉雅中期()，阿尔金断裂由右行压扭走滑转为左行压扭走滑运动，在N1末期形成的低位扭动隆起继承性发育，构造幅度不断增强;③喜马拉雅晚期(末—Q)，青藏高原快速隆起，阿尔金断裂在左行走滑调节的同时，发生了自北向南的强烈逆冲，阿尔金山快速抬升，在阿尔金山前形成近平行于造山带的叠瓦状逆冲断裂，山前沉积地层遭受掀斜，高位断阶带(东坪3井区)及中部斜坡形成。持续发育的古隆起背景使东坪地区成为天然气运移的有利指向区。

1.4 良好的油气运移通道

阿尔金山前带东坪地区早期受东昆仑冲断作用控制，发育一系列连通基底的断裂，如坪东断裂是阿尔金山前的一个二级断裂，控制地层、沉积及烃源岩的分布，侏罗系烃源岩主要分布在其以东的地区。受阿尔金断裂走滑影响，坪东断裂晚期活动反转，成为沟通邻区侏罗系烃源岩和东坪地区基岩风化壳储层的良好通道［8］。此外，基岩风化壳内发育孔缝配置良好的多种储集空间，在喜马拉雅构造晚期阿尔金山抬升过程中，天然气可以通过不整合面之下的基岩风化壳向基岩上倾方向远源侧向运移。

1.5 储盖组合良好的基岩风化壳断隆圈闭

东坪地区的基底经过多期构造抬升和淋滤溶蚀作用，发育了一套优质的基岩风化壳储层，后期经埋藏，又在路乐河组(E1+2)顶部沉积了一套约100 m厚的膏泥岩，在地震反射同向轴上表现出清晰、连续、稳定的特征，可作为良好的盖层，能有效封堵下伏基岩风化壳中的天然气。同时在阿尔金断裂走滑过程中，基岩发生局部隆升，并派生出的一系列北东向逆断层，能对天然气的富集起到侧向封堵作用。最终基岩风化壳储层与上覆路乐河组的膏泥岩盖层组合，在局部隆升的背景和侧向断层的遮挡下，形成了储盖组合良好的基岩风化壳断隆圈闭。

1.6 良好的时空配置关系及保存条件

从东坪地区基岩气藏成藏事件(图2)可以看到，基岩气藏形成在时间和空间上具有良好的匹配关系。基岩风化壳储层形成后，一经埋藏，就在其顶部形成了一套良好的区域盖层。在喜马拉雅构造运动中晚期(N21—Q)，早期形成的坪东等基底断裂活动反转，与新派生出的基底断裂组合，形成基岩风化壳断隆圈闭，与此同时，紧邻研究区的侏罗系烃源岩也正处于大规模生排气阶段，基底断裂和裂缝刚好可以作为天然气运移的有效输导体。同时，东坪地区基岩气藏形成的时间相对较晚，天然气在上覆区域盖层的遮挡下不容易散失，这对气藏的保存十分关键。

图2 东坪地区基岩气藏成藏事件

2 基岩气藏成藏模式

2.1 近源成藏模式

油气直接通过基底断裂纵向运移到紧邻深凹陷的基岩圈闭内成藏。以东坪1井区基岩气藏为例，图3为横切东坪鼻状构造主体的南西—北东向剖面上为近源成藏模式。从图3可以看到，一里坪凹陷侏罗系烃源岩生成的天然气通过坪东断裂向上运移，主要聚集在靠近深大断裂的基岩风化壳构造圈闭之中，该区位于阿尔金山东段东坪斜坡的低断隆带，基岩中裂缝和溶蚀孔缝发育，天然气在其中运移并聚集成藏。

图3 东坪地区基岩气藏近源成藏模式

图4是沿着东坪鼻状构造主体的倾伏向所建立的成藏模式，东坪1井区紧邻深凹陷，天然气通过基底断裂纵向运移和短距离的基岩风化壳横向运移至基岩低断隆带聚集成藏。

2.2 远源成藏模式

深凹陷带的油气经过基底断裂纵向运移和长距离的基岩风化壳横向运移至基岩圈闭中聚集成藏。以东坪3井区的基岩气藏为例，东坪3井区高断阶带的基岩断隆圈闭受喜马拉雅构造运动晚期南北向逆冲推覆作用控制，形成时间相对较晚，气藏的形成除了由坪东断裂以东的源岩通过基底断裂纵向近源供气外，还有可能在阿尔金山抬升过程中，天然气通过多阶断层纵向输导，途经低断隆和中斜坡的基岩风化壳远源侧向运移，最终在高断阶带的基岩构造圈闭内聚集成藏(图4)。

图4 东坪地区基岩气藏远源成藏模式

3 结论

(1)东坪地区基岩气藏具备有利成藏条件:东坪地区紧邻一里坪生烃凹陷，气源充足，在长期的古隆起背景下，基底经历长时间风化淋滤和多期次的断裂构造运动，形成了孔缝配置良好的风化壳储层;风化后的基底在后期经沉降埋藏，形成基岩断隆圈闭，此时邻区大规模生成和排出的天然气，通过反转活动的深大断裂运移到基岩储层中，并在基岩顶部的膏泥岩盖层的覆盖及封闭断层的侧向遮挡下聚集成藏。

(2)东坪地区基岩气藏成藏以基底断裂纵向输导的近源成藏模式为主，紧邻阿尔金山前带东坪3井区存在以多阶断层纵向输导—基岩风化壳横向运移为辅的远源成藏模式。

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