塔里木盆地古城台缘带寒武系丘滩体气藏形成特征

2018-11-02张君龙冯子辉

石油实验地质 2018年5期

张君龙，冯子辉，李强，张斌

(1.长江大学地球科学学院，武汉 430100；2.大庆油田有限责任公司勘探开发研究院塔木察格勘探评价研究室，黑龙江大庆 163712)

勘探实践表明，寒武系碳酸盐岩地层尽管地质时代老，但如果油气源充足、储集条件优越、保存条件良好，仍能够发现大规模的天然气资源[1-3]，因此对寒武系碳酸盐岩油气藏的勘探研究已引起地质家的高度重视。我国中、下寒武统中发育的微生物碳酸盐岩或丘滩体是重要的储集类型，已有许多学者对其形成特征和储集特征开展了深入研究[4-7]。胡文瑄等[4]通过野外观察发现，寒武系凝块石(礁)白云岩主要形成于潮下带水动力较强的沉积环境，而叠层石白云岩则形成于潮坪—潮间水动力相对稳定的沉积环境；宋金民等[6]通过野外剖面详测和室内分析认为，寒武系与微生物作用有关的岩石结构有球粒结构、纹层结构和微生物结构，微生物碳酸盐岩储层的发育受控于沉积古地貌、成岩作用和微生物结构。相对而言，对寒武系微生物碳酸盐岩或丘滩体储层油气藏的研究目前尚未见报道。

城探1井是针对寒武系丘滩体钻探的一口风险井，完钻井深7 280 m，钻遇寒武系地层739 m，其中丘滩体厚度450 m。城探1井揭示出3个现象，一是丘滩体储层发育,丘滩体上部发育Ⅰ—Ⅱ类储层，测井孔隙度6.9%～11.2%，但以含水为主；二是丘滩体发育有气层,丘滩体下部综合解释气层和差气层共4层35.4 m，但储层物性以Ⅱ—Ⅲ类储层为主；三是丘滩体储层中不但有天然气，还有大量的残余沥青,尤其是丘滩体下部岩屑录井中，见到大量的沥青块，发育井段合计347 m。上述现象表明，古城台缘带寒武系丘滩体具有较好的油气成藏条件，但油气藏的形成与演化也表现出复杂性。

本文基于城探1井钻探成果，通过地质、地球物理和地球化学等综合分析，研究了古城台缘带寒武系丘滩体油气成藏条件,以期为开拓碳酸盐岩勘探新领域和明确勘探方向提供参考。

1 区域地质概况

塔里木盆地寒武—奥陶纪时期发育碳酸盐岩台地。寒武系台缘带广泛发育的多期叠置的丘滩体一直是地质家们梦想突破的重要领域[8-9]。古城台缘带位于塔里木盆地东部古城低凸起东侧(图1)，面积约2 500 km2，发育地层有寒武系、奥陶系、石炭系、三叠系、白垩系和古近系等，主要勘探目的层是中、下奥陶统和寒武系碳酸盐岩。在构造上古城台缘带总体呈西北倾的大型鼻状构造，被北东向断裂切割成一系列断块和断鼻。在沉积上古城台缘带碳酸盐岩经历了局限台地、半局限台地和开阔台地的沉积演化过程[10-11]，沉积厚度大，一般超过3 km。古城台缘带是继承性古隆起，东邻满加尔生油凹陷，是油气侧向运移的有利指向区，油源条件优越[12]。目前在中、下奥陶统油气勘探已实现突破，部分单井获日产超百万方的天然气。

图1 塔里木盆地古城台缘带位置Fig.1 Location of Gucheng platform margin zone,Tarim Basin

三维地震揭示，古城台缘带寒武系发育4期丘滩体，其中城探1井揭示了第三期丘滩体的核部和第二期丘滩体的翼部(图2)，平面上各期丘滩体呈近南北向展布。第一期丘滩体厚度225～650 m，平均420 m，宽度6.9～10.5 km，平均8.4 km；第二期丘滩体厚度125～525 m，平均375 m，宽度7.5～11.7 km，平均9.4 km；第三期丘滩体厚度125～500 m，平均390 m，宽度7.1～11.2 km，平均9.1 km；第四期丘滩体厚度125～550 m，平均360 m，宽度5.2～8.4 km，平均8.3 km。古城台缘带寒武系4期丘滩体横向前积叠置，叠合面积1 800 km2，除第一期丘滩体外，埋深一般都小于7 500 m，为碳酸盐岩油气藏勘探提供了广阔的领域。

2 天然气来源分析

古城台缘带城探1井在寒武系丘滩体储层中见到气层，气组分以甲烷为主，含少量重烃类气体，基本不含硫化氢。寒武系丘滩体储层气体组成与奥陶系白云岩储层见到的天然气特征基本相同。对古城地区天然气的成因分析表明，天然气成因基本为原油裂解气[13]。

图2 塔里木盆地古城台缘带丘滩体地震响应特征Fig.2 Seismic response characteristics of mound-beach in Gucheng platform margin zone,Tarim Basin

城探1井在岩屑录井过程中，于6 935～7 280 m井段见较多沥青块，用火点可燃烧。沥青透射光薄片分析发现具有球晶状结构，显示处于焦沥青演化阶段，反映原油裂解后残留的结果。沥青有机地球化学分析，TOC含量为76.82%；热解色谱分析，S1为0.13 mg/g，S2为0.44 mg/g，H/C原子比为0.4，沥青等效镜质体反射率Ro=2.43%～2.51%，展示沥青目前仍具有进一步裂解生气的潜力[14]。推测古城台缘带发育古油藏，在后期的演化过程中，古油藏中原油裂解成气，形成现今的天然气藏。

方解石和石英充填物中见2期包裹体，一期是石英脉中的油气包裹体，见浅绿色荧光，均一温度为150～170 ℃；另一期为气体包裹体，镜下以暗色为主，均一温度160～180 ℃，反映了2期成藏过程，结合地区沉积埋藏史和热演化史分析，早期为晚奥陶世成油期，晚期为喜马拉雅期成气期。

3 丘滩体储集条件分析

城探1井揭示了第二期丘滩体前翼，岩性以深灰、灰黑色菌藻白云岩、残余砂屑球粒白云岩为主，残余颗粒粒度较细(图3a-d)，碳同位素以正偏为主，范围0.043‰～1.4‰，平均0.634‰，去铀GR值较高，范围1.48～22.80 API，平均6.16 API(图4)，反映水体相对较深、能量偏弱的沉积特征[15-17]。第二期丘滩体钻遇孔隙型储层39.2 m/5层，单层厚度3.8～15.2 m,储层岩性以颗粒云岩为主，铸体薄片上反映储集空间以白云岩晶间孔、晶间溶孔基质孔隙为主(图5a，b)，成像测井影像上发育裂缝，CT扫描反映这种裂缝孔隙型储层基质孔隙发育，基质孔隙度为1.02%，但连通性好，连通体积百分比达76.6%，岩心孔隙度在0.8%～2.1%，平均1.3%，渗透率为0.006×10-3μm2，以Ⅱ—Ⅲ类储层为主，反映丘滩体翼部储层物性相对偏差的特征。结合孔隙空间类型及第二期丘滩体内普遍发育大量沥青的特征推断，这类储层孔隙成因主要为白云石的云化作用及有机酸溶蚀作用的结果[5,9,18-19]。

城探1井钻遇第三期丘滩体的核部，上部岩性以残余鲕粒、砂屑白云岩为主，下部发育含砂屑球粒白云岩，残余颗粒粒度相对较粗(图3e-h)，碳同位素整体表现为负偏，-1.05‰～0.29‰，平均-0.226‰，去铀GR值低平，平均2.94 API(图4)，反映水体相对较浅、能量较强的沉积特征[20-22]。第三期丘滩体钻遇缝孔洞型储层97.4 m/11层，单层厚度1.0～17.2 m，储层岩性以残余鲕粒白云岩、砂屑白云岩为主，岩心上可见溶塌角砾岩砾间中粗晶白云石充填的残余孔洞，镜下发育生物铸膜溶蚀孔(图5c,d)，岩石大薄片图像具有明显的渗流粉砂充填的示底构造，成像测井上裂缝及溶蚀孔洞多，孔隙胶结物成分分析显示，Sr/Ba值为0.65，表现出大气淡水表生岩溶作用的特征[7,9,18]，依据储层的发育情况推断大气淡水影响深度范围在120～150 m。第三期丘滩体缝孔洞型储层物性较好，岩心孔隙度1.2%～5.1%，平均2.2%，测井孔隙度3.8%～11.2%，平均6.8%，为Ⅰ—Ⅱ类储层。

图3 塔里木盆地古城台缘带城探1井岩石结构类型a.7 257 m，残余砂屑粉晶云岩；b.7 201.0 m，藻黏结砂屑粉晶云岩；c.7 142.7 m，藻纹层粉细晶云岩；d.7 099.4 m，粉细晶云岩；e.7 037.5 m，砂屑球粒粉晶云岩；f.7 006 m，砂屑球粒粉晶云岩；g.6 936.02 m，砂屑细晶云岩；h.6 888.38 m，砂屑鲕粒细晶云岩；i.6 891.18 m,残余鲕粒细晶云岩Fig.3 Rock structure types of well CT1,Gucheng platform margin zone,Tarim Basin

图4 塔里木盆地古城台缘带城探1井寒武系综合柱状图Fig.4 Synthetic stratigraphic column of Cambrian,well CT1,Gucheng platform margin zone,Tarim Basin

图5 塔里木盆地古城台缘带城探1井储集空间类型Fig.5 Reservoir porosity types of well CT1,Gucheng platform margin zone,Tarim Basin

钻井揭示的储层特征表明，丘滩体不同部位储层发育情况具有差异性。丘滩体建隆主体部位水体较浅，顶部容易发生表生岩溶作用改造形成物性较好的缝孔洞型储层。丘滩体翼部沉积水体相对较深，表生岩溶作用弱，有机质含量相对高，在早期白云石化作用的基础上发生有机酸溶蚀作用，形成较均质的基质孔隙型储层。野外地质露头剖面分析结果也表明丘滩体建隆主体部位的上部储层较发育，优于翼部的储层特征[4-6]。

4 盖层条件分析

城探1井揭示各期丘滩体顶部的岩性及形成条件有明显差异，从而造成丘滩体直接盖层发育的不同。第二期丘滩体顶部发育约40 m厚的灰黑色、深灰色粉细晶白云岩，岩心孔隙度为0.8%，渗透率为0.003×10-3μm2，电阻率值一般大于26 000 Ω·m，去铀GR高值，一般在8 API以上，表现出泥质含量高的特征(图4)。成像测井图像呈纹层状结构，反映水体较深的低能斜坡—陆棚沉积环境。第二期丘滩体无铀伽马自下而上由齿状低平值向尖峰状高值变化，表现出海平面逐渐上升、水体加深的特征[15-17]，在地震剖面上(图2)，第二期顶面为强振幅连续的反射同相轴，在区内可连续追踪、分布稳定，强振幅反射界面所构成的丘滩体包络形态完整。在丘滩体朝向陆地一侧，上覆地层有向其顶面超覆的特征，向盆地方向上覆地层地震同相轴逐渐下超在其之上，呈现下超密集段特征。由于海侵形成的海泛密集段稳定发育，岩性致密，对丘滩体具有较好的封盖能力，可作为丘滩体的直接盖层。城探1井第二期丘滩体见到气层就是其盖层有效的直接证据。第一期丘滩体顶面与第二期丘滩体具有相似的密集段、强振幅连续的地震反射特征，推测第一期顶面也发育直接盖层。

城探1井第三期丘滩体顶部发育约13 m厚的灰白色残余砂屑粉细晶白云岩(图3i)，岩心孔隙度为0.6%，渗透率为0.005 ×10-3μm2，电阻率值为32 000 Ω·m，去铀GR值低平，一般在2.1 API，为泥质含量较低的表征。第三期丘滩体碳同位素数据具有自下而上数值由正偏逐渐负偏的变换特征，无铀伽马自下而上由尖峰状高值向低平值变化，反映海平面下降过程[15-17]，顶部自然伽马能谱测井钍铀比大于7，表现出风化残积层特征[19-20]，在地震剖面上(图2)，第三期丘滩体顶面为明显的削截特征，地化、测井及地震资料综合分析表明第三期丘滩体在海退背景下形成，顶面遭受暴露剥蚀，发育风化残积层，厚度薄，横向分布不稳定，粉细晶白云岩封盖能力较差，丘滩体成藏直接盖层条件差，导致这期丘滩体优质储层主要为含水层或含气水层。第三、四期丘滩体顶面地震同相轴均具有削截特征，推测这类丘滩体成藏需要配合有效的区域盖层。

5 圈闭与保存条件分析

各期丘滩体顶面构造圈闭沿台缘丘滩体沉积呈南北条带式展布(图6)，丘滩体建隆主体部位与构造圈闭高点大体相当。

城探1井井震标定，储层一般具有强振幅、低频属性以及低阻抗特征。利用振幅属性和波阻抗反演对丘滩体储层进行预测，丘滩体整体上储层发育，储层厚度一般为80～180 m；建隆主体部位盖层预测结果显示，第一、二期丘滩体直接盖层一般厚度在30～80 m，第三、四期直接盖层一般厚度在20～30 m。综合构造、储层及盖层的发育情况表明，第一、二期丘滩体构造圈闭发育，圈闭内发育储层；丘滩体顶部直接盖层条件好，单个丘滩体可能整体含气、独立成藏。第三、四期丘滩体构造圈闭发育，储层条件较好，但直接盖层条件较差，需要其他区域盖层遮挡成藏，例如以寒武系上部、奥陶系蓬莱坝组下部致密灰岩作盖层。

图6 塔里木盆地古城地区4期丘滩体顶面构造Fig.6 Top surface structures of four stages of mound-beach in Gucheng platform margin zone,Tarim Basin

古城台缘带构造演化主要经历早期伸展(加里东期)、中期抬升、剥蚀(海西—印支期)、后期沉降(燕山—喜马拉雅期)3个演化阶段，晚期构造活动弱，以埋藏作用为主，有利于油气藏的保存[23-24]。区内发育3期断裂，第一期发育于寒武纪，以张性正断层为主，数量多，规模小；第二期发育于早中奥陶世，以张扭性走滑断裂为主，规模大，分布广，以北东向为主；第三期发育于晚奥陶世—泥盆纪，以压扭性走滑断裂为主，与南部阿尔金山车尔臣断裂活动有关，持续时间长，是早、中奥陶世继承性发育的断裂。第一和第二期断裂形成时间早于第一期成藏时间，在全区发育，为油气成藏运移提供了通道。第三期断裂形成于第一期成藏之后，对古油藏有破坏作用，由于断裂主要发育在研究区南部，对丘滩体成藏的影响从南向北有减弱趋势。