昆北断阶带基岩储层特征及油气成藏条件
2015-09-28刘桂珍张德诗李能武
刘桂珍,张德诗,李能武
(1.西安石油大学地球科学与工程学院,西安710065;2.中国石油青海油田分公司勘探开发研究院,甘肃敦煌736202)
昆北断阶带基岩储层特征及油气成藏条件
刘桂珍1,张德诗2,李能武2
(1.西安石油大学地球科学与工程学院,西安710065;2.中国石油青海油田分公司勘探开发研究院,甘肃敦煌736202)
利用岩心、薄片、扫描电镜、测井及储层物性等资料,对昆北断阶带基岩储层特征及油气成藏条件等进行了研究。结果表明:基岩储层岩性主要为花岗岩和变质板岩;花岗岩主要以溶蚀缝、构造缝和溶蚀孔为储集空间,板岩主要以构造缝为储集空间;基岩油气成藏的有利条件包括良好的油气源,丰富的构造裂缝、溶蚀缝和溶蚀孔等储集空间,多样的圈闭类型和良好的疏导体系;基岩油气成藏的主控因素为多期次活动的断裂和不整合面及之下的风化壳。
基岩储层;裂缝型储层;油气成藏;昆北断阶带
0 引言
随着国内外油气勘探程度的不断深入,基岩(包括变质岩和火成岩)中的油气勘探将成为非常规油气勘探的又一个亮点[1],许多基岩油气藏相继被发现并获得了较多的工业油气流井,如越南Cuu Long油田[2]、委内瑞拉La Concepcion油田[2]、也门Kharir油田[3]和印度尼西亚Beruk油田[4]等,这些油田的共同特征是油气分布主要受储层影响,并以裂缝为主要储集空间[5]。我国在渤海湾盆地基底花岗岩中发现了工业油气流[6-10]、在松辽盆地中央隆起带海西期花岗岩风化壳中发现了肇州西气藏[11]、在东海盆地与珠江口盆地等都发现了花岗岩油气藏[12],它们都引起人们对基岩油气藏储层特征和油气成藏模式研究的重视[13]。
昆北断阶带位于柴达木盆地西缘祁漫塔格山前(图1),包括铁木里克凸起和切克里克凹陷,位于东柴山构造带南侧。该区处于昆仑山前,它随着昆仑山的抬升,构造活动比较强烈,形成了背斜、断背斜和断块等多种类型的圈闭。昆北断阶带总体结构为一个大型山前压扭冲断构造带,受盆-山关系、区域构造演化与动力机制的控制,特别是受晚喜马拉雅运动期间南北向构造动力控制,昆北断裂体系呈NW—NWW向带状展布[14-15],其整体构造格局具有南北分带、东西分段和上下分层的特征[16-17]。
图1 柴达木盆地昆北断阶带基底构造纲要图[17]Fig.1 Structuralsketch of basement in the northern Kunlun faultzone,Qaidam Basin
柴达木盆地具有古生代褶皱基底和元古代结晶基底的双重基底结构,基底顶面分布有古生代浅变质岩及中—浅变质岩、元古代中—深变质岩和侵入火成岩体[18]。昆北断阶带主要由古生代与元古代变质岩和古生代侵入岩体组成[19],东段主要为花岗岩,西段为变质岩和花岗岩复合基底,侵入岩体沿早期形成的近东西向断裂展布,如切6、切4和切12构造带上分布的基岩,目前在这3个构造带上的基岩内均获得了油气显示或工业油流[20]。柴达木盆地基岩油气藏的勘探刚刚起步,开展基岩储层特征及油气成藏条件研究,对指导研究区下一步基岩油气藏勘探具有重要意义。
1 基岩储层特征
1.1岩石学特征
由对岩屑录井与钻井取心的观察和薄片鉴定可知,昆北断阶带基底岩性为花岗岩,还有少量变质板岩。钻井揭示花岗岩主要分布于切6、切4和切12构造带上,板岩主要分布于切12构造带上。
(1)花岗岩
花岗岩多呈肉红色,主要矿物成分为石英(体积分数为25%)、钾长石(体积分数为30%)、斜长石(体积分数为20%)和黑云母(体积分数为15%)等,次要矿物为角闪石(体积分数为1%)和白云母(体积分数为2%)等,其他矿物为副矿物,体积分数约7%。该区花岗岩中常见多种蚀变现象,蚀变程度各有差别,主要包括黑云母的绿泥石化、钾长石的高岭石化、斜长石的绢云母化和长石的钠黝帘石化等。岩石中各种矿物晶体颗粒分布均匀、结合较紧密、无定向排列,块状构造;矿物晶粒大小为细—中晶粒结构,晶粒粒径一般为0.5~2.0mm,全晶质结构,半自形粒状。详细命名为块状二长花岗岩(图版Ⅰ-1~Ⅰ-2)。
(2)板岩
板岩多呈青灰色,主要由泥岩和粉砂岩变质而形成。变质泥岩主要见于切12井与切11井,板状构造,与盐酸反应微弱;变质砂岩主要见于切122井,主要矿物成分为绢云母、绿泥石、石英碎屑、长石碎屑、铁方解石与铁白云石等,绢云母与绿泥石均具有明显的定向排列,次要矿物为黄铁矿等。变质砂岩具变余砂状结构,以石英及石英岩颗粒为主,原岩中长石、岩屑及泥质填隙物均已绢云母化,具明显的定向性(图版Ⅰ-3~Ⅰ-4)。
1.2测井响应特征
花岗岩储层在常规测井曲线上表现为高自然伽马、高密度、高电阻率、相对低中子和低声波时差等特征。电阻率分布范围较大,储层电阻率主要为80~2 000Ω·m,由于受裂缝影响,花岗岩储层在双侧向测井曲线上呈明显正幅度差[图2(a)]。
板岩储层在常规测井曲线上表现为高自然伽马、高密度、高电阻率、高中子和低声波时差等特征。电阻率分布范围较大,板岩储层电阻率主要为80~700Ω·m,由于受裂缝影响,板岩储层在双侧向测井曲线上呈明显正幅度差、阵列感应图像具有较大的幅度差[图2(b)]。
图2 柴达木盆地昆北断阶带基岩储层测井响应特征Fig.2 Loggings response characteristicsofbasement reservoirs in the northern Kunlun faultzone,Qaidam Basin
1.3储集空间类型及特征
昆北断阶带基岩储集空间类型多样,按孔隙结构特征可划分为孔隙和裂缝,按成因可划分为原生和次生储集空间。次生储集空间以次生裂缝和溶蚀孔为主。总体来看,研究区基岩储层储集空间为孔隙和裂缝构成的双孔介质,储集空间变化大,非均质性强,主要包括构造缝、溶蚀缝和溶蚀孔三大类(表1)。
(1)构造缝特征
表1 柴达木盆地昆北断阶带基岩储层储集空间类型Table 1 Reservoir space typesof basement reservoirs in the northern Kunlun faultzone,Qaidam Basin
花岗岩中发育多期次裂缝,有张性缝和剪切缝,早期以张性缝为主,被方解石及石英充填或半充填(图版I-5~I-7),后期裂缝以剪切缝为主,最大裂缝宽度为2mm。裂缝多沿裂理面发育,以垂直或高角度斜交裂缝为主,少量为低角度缝,单位长度岩心中的开放式裂缝约46条,最大裂缝宽度为15mm。隐性的微裂缝非常发育,呈网状,分布密度大,微裂缝间距为毫米级。同时,显微镜下观察均可见解理缝(图版Ⅰ-8~Ⅰ-9)。
(2)溶蚀缝特征
花岗岩中发育的构造裂缝为溶蚀孔与溶蚀缝的形成提供了条件,构造缝起到渗流通道的作用,可加快溶蚀速度。研究区花岗岩沿裂缝溶蚀的现象较普遍,岩心观察可见溶蚀缝。显微镜下观察分布较多的溶蚀孔与溶蚀缝(图版Ⅰ-10)。板岩中沿构造缝发育少量溶蚀缝(图版Ⅰ-11)。
(3)溶蚀孔特征
花岗岩溶蚀孔整体相对发育,主要为暗色矿物(黑云母、角闪石和少量长石等)溶蚀或蚀变所致(图版Ⅰ-12~Ⅰ-16)。一般沿裂缝周围溶蚀较发育,局部见溶洞。板岩中基质孔隙极不发育,更少见到溶蚀现象。
昆北断阶带处于昆仑山山前地带,自新生代以来,昆北断阶带经历了多期次构造运动的强烈改造,断裂非常发育。昆北断裂是一条多期活动主控逆断裂[21],其衍生出众多次级断裂和裂缝。花岗岩中的不稳定暗色矿物以及铝硅酸盐矿物(长石等)沿构造裂缝或解理缝发生溶蚀,形成溶蚀孔、溶蚀洞和溶蚀缝。昆北断阶带切6构造带花岗岩中锆石定年显示花岗岩的结晶时代为中—晚奥陶世,属于加里东期岩浆侵入旋回[18];在海西—印支期全区都处于隆起剥蚀状态,没有接受中生代沉积;从燕山运动至接受古近纪沉积期间,大约经历了180Ma的风化淋滤,进一步加大了溶蚀孔与溶蚀洞的发育,并增大了裂缝的张开度,增加了储集空间,提高了渗流能力,从而形成了丰富多样的基岩储集空间类型。
1.4孔隙结构特征
据切603井2块花岗岩压汞分析显示,最大进汞饱和度分别为24.76%和51.54%,退汞效率分别为1.12%和1.61%(表2),孔喉半径分布显示双峰特征,这显示了基岩中基质储层具有微喉道及小孔隙的结构特征。虽然存在部分中型孔隙,但数量非常有限,整体孔喉半径小且分布不均,储层非均质性强(图3)。
表2 柴达木盆地昆北断阶带花岗岩储层孔隙结构统计Table 2 Reservoir pore configuration of granite in the northern Kunlun fault zone,Qaidam Basin
图3 昆北断阶带切603井花岗岩储层毛管压力曲线Fig.3 Capillary pressure curvesofgranite reservoirs from Qie603well in thenorthern Kunlun faultzone
1.5物性特征
(1)阻力系数模型:子弹的阻力系数取决于弹丸的速度、外形和姿态。各枚子弹的抛出速度差较小,对阻力系数影响不大;但抛出姿态不同,对阻力系数有一定影响。各子弹的阻力系数在一定范围内呈正态分布,该分布下的系数可表示为基本阻力系数与正态随机量之和,如式(1)所示。
岩心分析资料显示,基岩基质物性普遍较低,基岩储层孔隙度为2.6%~4.6%,平均为2.42%;渗透率最大为6.5mD,最小为0.029mD,平均为0.595mD;基质孔隙度普遍小于5%,其分布呈双峰特征,代表部分基质孔、部分溶蚀孔及裂缝的存在。个别井段孔隙度和渗透率均显示为高值,主要处于微裂缝或风化壳发育层段。
2 基岩油气藏形成有利条件分析
2.1良好的油气源条件
基岩地层不具备生烃能力,基岩中油气来自于上覆烃源岩地层,基岩油气藏通常具有“新生古储”型成藏特征。昆北断阶带紧邻柴西地区红狮凹陷和扎哈泉—切克里克凹陷,这2个凹陷中下干柴沟组(E3)和上干柴沟组(N1)湖相烃源岩均十分发育,分布比较稳定,有机碳含量较高,下干柴沟组下段(E31)与下干柴沟组上段(E32)的有机碳质量分数分别为0.08%~2.43%和0.02%~1.89%,平均值分别为1.04%和0.71%。上干柴沟组有机碳质量分数为0.01%~2.03%,平均值为0.50%[22];凹陷生烃潜力大,为昆北断阶带的主要生烃凹陷。
2.2丰富的储集空间
丰富的储集空间为基岩内油气聚集创造了条件。昆北断阶带基底岩性主要为花岗岩和板岩,花岗岩性脆,构造缝发育,同时沿构造缝易于产生长石矿物溶蚀,形成溶蚀孔与溶蚀缝。因此,花岗岩储层储集空间主要为构造缝、溶蚀缝和溶蚀孔,储集性能较好。板岩主要为变质砂岩和变质泥岩,岩性致密,主要发育构造缝,且多数被方解石充填(图版Ⅰ-3),沿构造缝发育少量溶蚀缝,溶蚀孔不发育。同时,花岗岩中长石矿物的解理缝也可作为油气的储集空间(图版Ⅰ-8)。
2.3多样的圈闭类型
(1)基岩风化壳圈闭
昆北断阶带基岩风化壳非常发育,特别是花岗岩体中的长石容易受大气淡水溶蚀和风化,形成有效储层。受差异风化作用的影响,基岩隆起区极易形成岩性圈闭。上覆古近系(E)—新近系(N)泥岩为区域盖层。
从基岩岩心观察发现,在花岗岩顶部构造带存在厚度不等的风化壳层,目前在切11井、切4井、切401井和切7井等均已证实。由于受古地貌的控制,风化壳厚度平面分布不均,最大厚度可达50m。测井资料显示,在不整合面之下,基岩顶部储层孔隙度和渗透率均明显好于下部层段,物性沿不整合面存在垂向分带性。风化壳在空间上具有三层结构,分别为风化残积层、半风化层和未风化岩石(图4),其中半风化层是有效的储层,是风化壳圈闭的重要组成部分。
图4 昆北断阶带切401井花岗岩风化壳结构图Fig.4 W eathering cruststructure ofgranite in Qie 401well in the northern Kunlun fault zone
(2)基岩内幕(裂缝)圈闭
昆北断阶带基岩中还存在一种基岩内幕(裂缝)圈闭。由于研究区存在多期次断裂活动,它们在基岩内部产生一些构造缝,并被上覆非渗透基岩层覆盖,形成基岩内幕圈闭。
2.4良好的疏导体系
断裂与不整合面是研究区主要的疏导体系,沟通油源的主控断裂和起侧向封堵作用的次级断裂是形成局部油气富集高产的重要因素。继承性的主控断裂带对区域地层厚度和局部构造的发育均具有重要的控制作用。
昆北断阶带基岩内油气富集与不整合面密切相关,基岩顶部不整合面由于长期受风化剥蚀和淋滤作用影响,地层孔隙连通性增强;不整合面之下的地层经历风化剥蚀和多期次构造改造,增大了垂向连通性,提高了地层的孔隙度和渗透率,为油气运移和聚集均创造了条件。来自切克—扎哈泉生烃凹陷的油气通过昆北断裂运移至昆北断层上盘,然后沿不整合面充注到各个圈闭中(图5)。
图5 昆北断阶带过切12井—切6井油藏剖面图Fig.5 Reservoir profile acrossQie12 to Qie 6wells in the northern Kunlun faultzone
3 油气成藏主控因素分析
3.1多期次活动的断裂
区域性一级大断裂明显控制了昆北地区乃至整个柴西地区新生代盆地的形成与发育[14]。自新生代以来,昆北断阶带经历了多期次构造运动的强烈改造,带内逆冲断裂非常发育[14,22](参见图1)。从断裂的形成时间和对沉积的控制作用来看,柴西地区逆断裂又分为同生逆断裂(基底形成期—古新世—上新世早期)、后生—同生逆断裂(下油砂山组沉积后—上油砂山组沉积前)和后生逆断裂(中晚上新世—第四纪)共3种类型,其中同生逆断裂主要发育于昆北断阶带[21]。
昆北断阶带断裂对基岩储层发育和油气聚集均具有明显的控制作用,同时也是油气纵向运移的通道。①长期活动的同生逆断裂提高了基岩储层的发育程度。这些断裂长期活动,沿同生逆断裂产生溶蚀孔与溶蚀缝,改善了基岩储层的储集性能。②断裂派生出的裂缝是油气聚集的主要场所。在古近纪逆冲挤压作用过程中,特别是晚喜马拉雅运动期间,柴达木盆地受南北向挤压应力控制[17-18],整体呈东部收敛、西部散开的帚状压扭断裂体系,此时形成的逆断裂派生出许多小断裂和裂缝,为油气聚集提供了场所。从岩心统计来看,研究区基岩裂缝相当发育,单位长度岩心发育裂缝约30条。岩心观察及成像测井统计均表明,研究区基岩中发育大量高角度裂缝,有效裂缝中占绝对优势的裂缝宽度为0.076~0.710mm,裂缝密度为1~30条/m,以网状缝和斜交缝为主。裂隙率最大为0.129%,最小为0.043%,平均为0.082%。据成像测井资料统计,裂缝的主方向为北西—南东向。裂缝主要分布于主断裂附近,由于构造应力的大量释放,使基岩破碎,产生了大量的构造裂缝系统,有利于油气聚集成藏。从目前基岩油气显示分析,油气并非全聚集于基岩顶部,有些聚集于裂缝发育层段。③昆北断阶带同生断裂在基岩油气运聚中起输导作用,其强烈活动时期为E31—N21[23-24]。柴西地区烃源岩为下干柴沟组下段、下干柴沟组上段和上干柴沟组暗色泥岩[25-26],下干柴沟组下段和下干柴沟组上段烃源岩均在N1时开始成熟,在N21时进入生烃高峰期;上干柴沟组烃源岩在N21时开始成熟,在N22时进入生烃高峰期[26],因此N21时期为油气成藏的关键时期,有利于油气聚集成藏。④同生断裂控制下的剥蚀古凸起是油气富集优势区。同生断裂边活动,古凸起边发育,位于油源区附近的同生古凸起有利于油气聚集成藏,如切6构造带上的基岩油气藏(参见图5)。
3.2不整合面及之下的风化壳
不整合是因地壳抬升并遭受风化剥蚀而形成的上、下地层呈不连续接触的关系,代表了后期地质作用对前期沉积物不同程度的改造,且形成具有一定孔隙和渗透性的地层。不整合面及之下的风化壳对基岩油气藏的形成具有明显的控制作用。①不整合面之下花岗岩年代古老,构造运动使其长期经受抬升,并遭受风化剥蚀与淋滤改造,形成巨厚风化壳,进而形成比较好的孔隙型花岗岩储层,这是目前已发现花岗岩油气田中最有利的孔、洞型储层,是花岗岩油气藏产能高、均质性好,并能形成较大规模油气藏的最重要因素。②不整合面是油气横向运移的主要通道。油气沿不整合面之下的渗透层横向运移时遇到适合的圈闭便聚集成藏,如切12与切11构造带上的基岩油气藏(参见图5)。
4 结论
(1)昆北断阶带基岩油气储层岩性主要为花岗岩和板岩,花岗岩储层的储集空间主要为构造缝、溶蚀缝和溶蚀孔,而板岩储层的储集空间主要为构造缝。
(2)昆北断阶带基岩油气成藏的有利条件为良好的油气源,丰富的构造缝、溶蚀缝和溶蚀孔等储集空间,多样的圈闭类型和良好的输导体系。
(3)昆北断阶带基岩油气成藏的主控因素为多期次活动的断裂和不整合面及之下的风化壳。
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图版Ⅰ
(本文编辑:李在光)
Characteristicsof basement reservoirsand hydrocarbon accumulation conditions in thenorthern Kunlun fault zone
LIU Guizhen1,ZHANG Deshi2,LINengwu2
(1.SchoolofEarth Science and Engineering,Xi'an Shiyou University,Xi'an 710065,China;2.Research Institute of Exploration and Development,PetroChina QinghaiOilfield Company,Dunhuang 763202,Gansu,China)
Based on coreobservation,thin section identification,scanning electronmicroscopy analysis,logging data and physical properties,this paper studied the characteristicsof basement reservoirs and hydrocarbon accumulation conditionsin thenorthern Kunlun faultzone.The results indicate thatthebasementreservoirsaremainlyofgraniteand metamorphic slate,the reservoirspacesofgranitearemainlydissolved fractures,tectonic fracturesand dissolved pores,and themain reservoir spacesof slate is tectonic fractures.Themain conditionsofhydrocarbon accumulation in the basement rocks include good source conditions,rich reservoir spaces of tectonic fractures,dissolved fractures and dissolved pores,aswellasvarioustrapsand goodmigration system.Multi-stage faults,unconformity surfaceandweathering crustare thecontrolling factorsofhydrocarbon accumulation.
basementreservoirs;fractured reservoirs;hydrocarbon accumulation;northern Kunlun faultszone
TE122.2
A
1673-8926(2015)02-0062-08
2014-07-09;
2014-09-10
陕西省教育厅专项科研计划项目“鄂尔多斯盆地致密砂岩油藏储层致密史研究”(编号:12JK0488)与“起伏地表有限元法叠前逆时偏移研究”(编号:13JK0845)及中国石油股份有限公司科研项目“昆北断阶带变质岩实验分析”(编号:2009-81-05)联合资助
刘桂珍(1976-),女,博士,讲师,主要从事沉积学和储层地质学的教学与科研工作。地址:(710065)陕西省西安市电子二路东段18号西安石油大学地球科学与工程学院。E-mail:liuguizhen509@xsyu.edu.cn。