柴达木盆地英西地区渐新统储层特征及成藏模式

杜江民，龙鹏宇，秦莹民，张 桐，马宏宇，盛 军

（1.河北地质大学河北省战略性关键矿产资源重点实验室，石家庄 050031；2.河北地质大学地球科学学院，石家庄 050031；3.中国石油集团西部钻探工程有限公司试油公司，新疆克拉玛依 834000；4.中国石油集团西部钻探工程有限公司地质研究院，新疆克拉玛依 834000；5.中国石油青海油田分公司勘探开发研究院，甘肃敦煌 736202）

0 引言

柴达木盆地位于青藏高原的北麓，自新生代以来，盆地在青藏高原隆升背景之下逐步抬升并咸化，湖盆整体较为封闭，周边河流源源不断地将矿物质带入湖盆中，随着水体的不断蒸发，在盐源供给充足的条件下，形成了典型的高原咸化湖盆［1-3］。英西地区位于柴达木盆地西部凹陷区，其深层渐新统E32为整个凹陷的主力烃源岩层，岩性主要为一套细粒的混积岩，其矿物成分包括泥质、碳酸盐、盐类矿物以及细粒的陆源碎屑［4-5］。近年来，勘探家们在英西地区陆续获得重大发现，钻探的数十口井均获得工业油气流，打破了过去勘探家们关于2 个方面的疑虑：有效储集层的可能缺乏和烃源岩的质量较差可能造成的油源不足。学者们通过多年不懈努力研究得出，研究区目的层不仅是一套烃源岩层，而且储集性能也较好，该层段发育自生自储型油气藏［6-8］。2014—2015 年，付锁堂等［9］通过研究认为，研究区的伸展构造背景下的凹陷沉积区利于生烃和成藏，且中新世的伸展背景逐渐反转为新近纪的走滑挤压背景，此时形成的英西地区是油气聚集和成藏的重要场所，勘探潜力巨大。袁剑英等［10-11］提出“柴西凹陷区深层（E32）为咸化湖沉积，极易发育岩性油气藏”。黄成刚等［12-13］通过实验分析认为，英西地区的储集层主要为混积的白云岩，发育白云石晶间孔，且裂缝起到了很好的油气输导作用，二者为该区高产稳产的主控因素。李翔等［14］对裂缝成因进行了研究，包括异常高压成缝、构造应力造缝等。关于咸化低丰度源岩生烃方面的研究也取得了丰硕成果［10］，学界普遍认为，咸化湖盆低丰度-低熟烃源岩也可形成大油气田，其生烃既包括干酪根，又可以是可溶有机质。

在近十年来一系列研究成果的指导下，英西地区的油气勘探不断迈上新台阶，尤其是2015 年以来获得了多口日产量达千吨的高产井。在平面分布特征上，高产井并不严格受构造圈闭的控制，且纵向深度上油气层的分布也较广，规律性不强，可见其油气富集模式复杂。笔者通过系统的岩心分析测试，结合构造演化特征、地层埋藏史和油气充注史，探讨英西地区的成藏主控因素，构建成藏模式，以期对柴西地区或类似地质条件的油气勘探提供借鉴。

1 地质概况

新生代以来，印度板块向欧亚大陆俯冲碰撞，形成了近南北向的挤压作用，地质学家将其称之为喜马拉雅运动。喜马拉雅运动对我国大陆新生代构造具有重大影响，其直接导致了青藏高原的隆升，进而形成了我国西北地区的气候干旱和荒漠化。柴达木盆地位于青藏高原的阿尔金山、昆仑山和祁连山等三大山系之间，为一高原咸化含油气盆地。英西地区在喜马拉雅运动多期构造活动的影响下形成了现今的构造格局，强烈的构造运动产生了大量断裂系统，不仅为油气运移提供通道，而且裂缝自身也具有一定的储集功能。渐新统早期（E31），英西地区发生湖侵而成为沉积中心，随着湖水面积逐渐扩大，接受沉积的区域也较大，周缘广泛发育辫状三角洲沉积和扇三角洲沉积，渐新世中晚期（E32），湖水面积达到峰值，研究区水体最深，沉积了一套半深湖—深湖相混积岩，此时几乎整个凹陷均接受大面积沉积，之后湖水逐渐变浅，顶部接受了一套细粒碎屑岩沉积。因此，渐新世英西地区一直地处湖相沉积中心［图1（a）］，沉积物粒度较细，岩石矿物组成复杂，主要为碳酸盐和泥质，含陆源碎屑，且现今埋藏较深，储层较为致密。油田生产部门将渐新统E32划分为6 个油层组，自上而下分别为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ，Ⅵ油层组，在全区具有较好的对比性，其中Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ属于盐间油层组，Ⅳ，Ⅴ，Ⅵ属于盐下油层组［图1（b）］。

2 岩石学特征

通过对英西地区渐新统主要储集岩进行岩心观察和薄片鉴定可以得出，研究区的岩石以深灰色—灰色为主，泥晶结构，岩心上肉眼可见石盐和石膏等盐类矿物，部分沉积成层，部分以分散状矿物附存于岩石中［图2（a）—（e）］，铸体薄片在偏光显微镜下可见蓝色铸体呈弥散状分布，难以见到大孔，偶见裂缝，石膏在正交偏光下可见黄绿等高级干涉色［图2（f）—（h）］。岩石粉末样品的X 射线衍射全岩矿物含量分析结果显示，盐间地层和盐下地层均以泥晶碳酸盐岩为主，部分微小层含砂或含泥较多，可能造成分析结果为砂岩或泥岩，与取样位置紧密相关。岩石的主要矿物组成存在较大差异（表1），如果统计样品数足够多，可以得出盐间地层的盐类矿物含量要高于盐下地层，盐下地层的碳酸盐矿物含量要高于盐间地层。表1 仅列出部分样品的矿物组成，其统计结果显示，盐间地层碳酸盐平均质量分数为40.6%，泥质平均质量分数为17.9%，陆源碎屑平均质量分数为29.6%，其它矿物平均质量分数为11.9%；盐下地层碳酸盐平均质量分数为49.0%，泥质平均质量分数为15.7%，陆源碎屑平均质量分数为21.7%，其它矿物平均质量分数约为13.7%。盐间地层发育较多具有一定厚度的成层性的岩盐和膏岩，因其为非储层，在储层分析取样过程中予以了回避，可以推测盐间地层沉积期湖水蒸发作用较强，水体逐渐变浅，陆源碎屑供给更充足，且水体中携带的矿物质更丰富。

图2 英西地区渐新统E32 储层岩心与显微照片（a）含粉砂泥质白云岩，钻井液溶蚀，E32 盐间，S38 井，2 794.82 m 岩心照片；（b）含粉砂泥质白云岩，新鲜断面致密，E32 盐间，S38 井，2 796.02 m，岩心照片；（c）含粉砂白云岩，新鲜断面致密，E32 盐下，S3-1，4 366.80 m，岩心照片；（d）石盐，E32 盐间，S37，2 695.25 m；（b）薄层石膏，E32 盐下，S32 X，4 153.00 m；（e）薄层石膏，E32 盐下，S32 X，4 153.00 m；（f）弥散状晶间孔（淡蓝色）发育，S3-1 井，4 373.25 m，铸体薄片，右半部分染色，2.5 cm；（g）钙芒硝，E32 盐间，S1-2，2 758.50 m，偏光显微镜照片；（h）含泥白云岩，白云石晶间孔，E32 盐间，S37 井，2 696.03 m，（蓝色）铸体单偏光Fig.2 Cores and micrographs of Oligocene E32 reservoir in Yingxi area

表1 柴达木盆地英西地区渐新统E储集岩X 射线衍射全岩矿物含量Table 1 X-ray diffraction total rock mineral content of Oligocene E32 reservoir rocks in Yingxi area，Qaidam Basin

表1 柴达木盆地英西地区渐新统E储集岩X 射线衍射全岩矿物含量Table 1 X-ray diffraction total rock mineral content of Oligocene E32 reservoir rocks in Yingxi area，Qaidam Basin

研究区的盐类矿物主要包括石盐和石膏，二者均存在2 种附存状态：一种附存状态为具有一定厚度的盐层，另一种以矿物颗粒形式分散赋存于碳酸盐岩中，宏观上具有以下分布特征：①盐间地层的“盐”厚度较大，为优质盖层，质地较为纯净，最厚可达数米，化学成分多为氯化钠，盐下地层的“盐”厚度较小，呈薄层状分布，厚数厘米到数十厘米不等，化学成分以硫酸钙为主。②分散赋存于岩石中的盐类矿物，在盐间地层和盐下地层中均较常见，但盐间地层的氯化钠含量较高，盐下地层的石膏更发育，且盐下地层的钙芒硝也较常见。

3 储层物性与储集空间类型

英西地区287 个岩心样品的物性分析结果显示，孔隙度多为2%～8%，平均为4.6%（图3）；渗透率多为0.01～0.10 mD，平均为0.09 mD，由于部分样品含裂缝、渗透率值较高，使得平均值被拉大而不具有参考价值。按照国家能源局公布的行业标准SY/T 6285—2011《油气储层评价方法》［15］，可将研究区的储层划归为“低孔—特低渗”级别。整体上岩心较致密，岩心观察时，极易将钻井过程中泥浆溶蚀岩心表面的盐类矿物而形成的针孔状孔隙误认为地质条件下形成的溶蚀孔，剖开新鲜断面未见类似表面的溶孔，通过对岩心注入带颜色（如蓝色）的环氧树脂后干磨制片，然后放置到偏光显微镜下进行鉴定，可以看出弥散状的微孔隙广泛分布，甚至超过显微镜的分辨率而难以识别，仅能隐隐约约看见呈片分布的蓝色物质，场发射扫描电镜下可以清晰地观察到三角形、锯齿状等孔隙，孔隙直径多小于1 μm，这类孔径极小但数量巨大的白云石晶间孔为研究区储集岩的主要储集空间［图4（a）—（d）］。另一类储集空间类型为裂缝，按照成因可分为层间缝和构造裂缝［图4（e）—（h）］，前者为沉积时矿物的分异所致，后者为异常高压造缝或构造应力作用形成。湖相碳酸盐岩中形成水平或者平行层理是非常普遍的，砂、泥和碳酸盐互层，有的甚至形成页理状，因研究区目的层自身具有生油功能，层间缝中普遍含油，与构造作用等其他因素形成的垂直或斜交层理缝共同组成了网状裂缝系统，为油气输导到低势区提供了三维空间通道。部分岩石薄片中可见与裂缝连通处的孔隙更发育，孔径更大，单偏光下可见黑色残留的石油，整体上溶蚀作用较微弱，仅在裂缝周缘进行轻微扩容。

图3 英西地区渐新统E32储层物性特征Fig.3 Physical properties of Oligocene E32 reservoir in Yingxi area

图4 英西地区渐新统E32储层孔隙类型（a）白云石晶间孔发育，S3-1 井，4 365.55 m，SEM；（b）白云石晶间孔发育，S3-1 井，4 365.55 m，SEM；（c）白云石晶间孔发育，S3-1 井，4 365.55 m，SEM；（d）白云石晶间孔发育，S3-1 井，4 365.55 m，SEM；（e）裂缝未被盐类矿物完全充填，S3-1 井，4 371.15 m，（蓝色）铸体薄片；（f）裂缝未被盐类矿物完全充填，S3-1 井，4 371.15 m，（蓝色）铸体薄片；（g）裂缝未被盐类矿物完全充填，S3-1 井，4 369.70 m，（蓝色）铸体单偏光；（h）裂缝未被盐类矿物完全充填，S3-1 井，4 369.70 m，（蓝色）铸体单偏光Fig.4 Pore types of Oligocene E32 reservoir in Yingxi area

4 英西构造带的演化特征

英雄岭构造带在平面上具有分带性，整体上具有“南北分带、东西分段”的特征（图5）。从南到北可分为3 个三级构造带，分别为南带的英西—油砂山构造带、中带的干柴沟构造带和北带的咸水泉—油泉子构造带。且各带的形成时间和构造样式存在明显差异［16］。东西向可分为2 段：西段的狮子沟—油砂山构造、干柴沟构造、咸水泉构造、狮北凹陷、咸南凹陷呈“三隆两凹”格局；东段的油砂山构造、油泉子—开特构造带和茫崖坳陷呈“两隆一凹”格局。其中南带的英西地区为本次研究的重点，其渐新统E32发育厚层泥晶碳酸盐岩、泥岩、膏盐岩，这些岩性为大型滑脱断裂（狮子沟和油砂山断裂）的发育提供了物质基础，以该滑脱断裂为界，上下分为两层，深层的断裂早期为同沉积正断层，构造带晚期隆升时发生反转，形成的圈闭类型多为断块、断背斜。浅层断裂则为构造带晚期隆升时形成的英西和油砂山大型滑脱逆冲断裂，其圈闭类型以背斜、断背斜为主。

图5 英西地区渐新统E32 地震解释剖面Fig.5 Seismic interpretation section of Oligocene E32 reservoir in Yingxi area

马新民等［17］根据英西地区S46 井的地层速度和对过井地震剖面进行时深转换的结果，在考虑去压实和断层造成的地层重复的基础上，恢复了研究区渐新统E32原始沉积地层厚度和地层顶—底界年龄，从而计算出其沉积速率（图6），结果显示渐新统E32的沉积速度最高，平均为354 m/Ma。

图6 英西地区古近系—新近系各组的沉积速度对比（据文献［16］修改）Fig.6 Sedimentary velocity comparison of Paleogene-Neogene formations in Yingxi area

喜马拉雅运动早期，研究区经历了路乐河组的“填平补齐”式沉积，至下干柴沟组沉积期，柴西凹陷整体处于伸展背景下的快速沉降阶段，之后发生喜马拉雅晚期挤压背景下的快速隆升，结合区域地质背景，可以将英西地区新生代以来构造演化总结为以下3 个阶段：①古近纪断坳阶段。研究区钻井揭示，断陷早期沉积的路乐河组为一套红色中—粗砂砾岩，下干柴沟组为主要断陷期，沉积了一套暗色泥晶碳酸盐岩、泥岩，与盐类矿物混积，广泛发育的塑形泥岩和膏岩层为后期褶皱滑脱的产生提供了物质基础。这一阶段，早期的正断层基本停止了活动。②中新世—上新世早期弱挤压阶段。中新世以来，盆地内部块体的向东运移受限，进入挤压坳陷阶段。英西地区发育低角度挤压逆冲构造，深层的正断层发生反转，浅层发生褶皱滑脱，段距和强度均较小，分布范围局限，现今构造雏形初现。③上新世晚期—第四纪强烈挤压阶段。随着青藏高原的快速隆升，且在昆仑山和祁连山的挤压下，各构造进入反转隆升阶段，最终形成了现今的构造格局。这一复杂的构造演化历程对油气的生成、运移、聚集成藏等均具有重要影响，对于构造演化阶段的梳理可为目的层的原生油气藏和上覆地层中次生油气藏的勘探指明方向。

5 油气成藏条件与模式

5.1 油气藏类型

油气藏可粗略地划分为常规油气藏和非常规油气藏［18］，非常规油气藏包括“连续型”油气藏与“非连续型”油气藏。杜江民等［19］将英西油田归类为“连续型”非常规油气藏，该类油气藏具有以下特征：无明显的圈闭界限、分布范围较广、难以分辨出统一的油气水界面和压力系统、储集体规模较大、渗透率较低且具有“自生自储”特征（图7）。湖相碳酸盐岩油气藏大多属于此类非常规油气藏，该类油气藏多发育于凹陷中心和沉积中心，分布面积较大，沉积物粒度较细，物性较差，储集层以纳米—微米级微孔为主，自身既发育具有生油能力的烃源岩，如暗色泥晶碳酸盐岩和泥岩，又发育具有一定储集能力的岩石，如陆源碎屑条带、碳酸盐矿物白云石化后的混积白云岩，自成“源储一体”的特征。英西地区的咸化湖相沉积物中不仅含有烃源岩生烃的催化剂，而且渐新统E32上部沉积的一套致密岩盐和石膏可作为良好盖层，为储量规模巨大的油气藏的形成和保存奠定了基础，储集体中的流体运聚动力以非浮力作用为主，裂缝发育区可作为勘探钻井的有利区，发现井可能会是短期的超高产井，但随着压力的衰减、裂缝的闭合，产量可能快速递减，因此油气开采时应注意保持地层压力，才能持续稳产。源内残留烃也可作为有效勘探资源，湖相碳酸盐岩凹陷区多是“满凹含油”、“井井见油”的局面，整个凹陷区可被视为一个大型的油气聚集单元或大油气藏。盆地周缘的斜坡区发育地层油气藏和岩性油气藏，高部位发育背斜构造。储集体的储集空间较发育，孔隙小而多，但渗透率较低，孔径以0.40～1.07 μm 的白云石晶间孔［20］为主，流体运聚动力以非浮力驱动为主，存在“超压+浮力”驱动和“超压+扩散”驱动等类型。

图7 咸化湖盆碳酸盐岩“连续型”非常规油气藏及周缘油气藏类型（据文献［18-19］修改）Fig.7 Continuous unconventional oil and gas reservoirs of lacustrine carbonate rocks and their peripheral oil and gas reservoir types of saline lacustrine basin

5.2 烃源岩特征

英西地区咸化湖盆沉积的湖相碳酸盐岩和泥岩均具有一定的生烃能力，因混积原因造成其总有机碳含量不高，TOC 质量分数多为0.5%～1.0%，有机质类型多以“中等—差”级别为主，且成熟度较低，以未熟—低熟为主，其镜质体反射率Ro值多为0.53%～0.89%。但咸化环境对生烃机理具有重要影响［21-22］，咸化湖盆烃源岩具有典型的“双峰式”生烃模式，可在未成熟阶段生产生物气、低成熟阶段在催化作用下生产低熟油（图8），且英西地区渐新统E32岩石中存在大量分散可溶有机质，也可在低熟阶段大量生、排烃，据部分样品分析结果发现，可溶有机质约占总有机碳的18%，且具有较高的液态烃转化率，其裂解所需的活化能更低，可在较低温度即达到较高产烃率。

图8 英西地区渐新统E32咸化环境生烃模式Fig.8 Hydrocarbon generation model in saline environment of Oligocene E32 reservoir in Yingxi area

5.3 油气成藏期次

英西地区渐新统E32湖相碳酸盐岩储层中的含烃盐水包裹体测试结果显示，均一温度呈多峰式分布，可判断出3 期油气充注史（图9）：①第1 期充注发生于N21，对应的均一温度多为90～100 ℃；②第2 期充注发生于N22，对应的均一温度多为110～120 ℃；③第3 期充注发生于N23，对应的均一温度多为140～150 ℃。除这些峰值区间外，少量均一温度数据在其他区间也具有连续分布特征，表明其油气充注具有“以3 期主力充注为主、多期持续充注为辅”的特征。综上所述，英西地区渐新统E32主力烃源岩于N21（19 Ma）进入生烃门限，N22（15.5～10 Ma）达到主力生、排烃期，N23（7.5 Ma）进入尾声，为相对较长的生、排烃过程，这类持续生烃、多期持续充注的特征是自生自储型油气藏形成的基础。

图9 英西地区渐新统E32储层埋藏史及其油气充注史Fig.9 Burial history and hydrocarbon charging history of Oligocene E32 reservoir in Yingxi area

5.4 断裂输导体系

喜马拉雅晚期构造运动使得英西地区发育多级次断层，这些断裂对油气运移及其最终归属富集地具有重要影响，也是后期油气藏开采过程中油气运移至井口的重要通道，油气层在纵向上的分布特别是高产层段主要集中在次级断层附近。烃源岩生、排烃所产生的异常高压不仅为油气的运移提供了充足的动力，而且产生了大量裂缝，可为油气运移提供通道。研究区实测地层压力结果显示，高产井的地层压力系数均较大（表2）。

表2 英西地区渐新统E32 地层压力测试结果Table 2 Formation pressure test results of Oligocene E32 reservoir in Yingxi area

5.5 成藏模式

通过对英西地区渐新统E32油气成藏条件的分析，总结了研究区湖相碳酸盐岩成藏模式（图10）：①英西凹陷自身具有一定的生油能力，生油岩虽然丰度不高，质量中等，但具有两大优势，一为咸化环境可以起到催化作用，二为岩石中含大量可溶有机质。②研究区储集层物性较差，但白云石化作用可形成晶间孔，且异常高压和构造运动在研究区形成了大量微裂缝，均可作为储集空间，“连续型”非常规油气藏储集体规模大，可以有效弥补储集体物性较差的缺陷，依然可以形成储量规模巨大的油气聚集区。③研究区渐新统E32的Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ等盐间油层组发育累计厚度达数十米的岩盐层和石膏层，可以起到良好的封盖作用。④研究区受晚喜马拉雅运动的影响，构造裂缝十分发育，对油气的二次运移和聚集、次生油气藏的形成均具有重要影响，裂缝在油气输导体系中发挥着巨大作用，利于油气垂向运聚成藏；层间缝的发育利于油气横向运聚成藏。④烃源岩在生、排烃过程中产生的异常高压是研究区油气运移的主要驱动力，存在“超压+浮力”驱动和“超压+扩散”驱动等类型。⑥研究区多期次持续充注和晚期成藏特征有利于油气选择优势区聚集，这些成藏要素在时间和空间上的有机耦合促进了英西亿吨级大型油气藏的形成。

图10 英西地区渐新统E油气成藏模式（据文献［17］修改）Fig.10 Hydrocarbon accumulation model of Oligocene E3 2 reservoir in Yingxi area

6 结论

（1）柴达木盆地英西地区渐新统E32主要储集岩以湖相碳酸盐岩为主，夹细粒的陆源碎屑、泥质和各种盐类矿物，物性以“低孔-特低渗”型为主，部分孔隙度可达10%或以上，但渗透率绝大多数小于0.1 mD。主要孔隙类型包括白云石晶间孔、溶蚀孔和各类裂缝系统。

（2）英西地区的构造演化整体上具有“南北分带、东西分段”的特征，主要经历了古近纪断坳阶段、中新世—上新世早期弱挤压阶段、上新世晚期—第四纪强烈挤压阶段等3 个阶段，最终形成了现今的构造格局，这一复杂的构造演化历程对油气的生成、运移、聚集成藏等均具有重要影响，可为目的层的原生油气藏和上覆地层中次生油气藏勘探指明方向。

（3）英西地区渐新统E32油气藏属于“连续型”非常规湖相碳酸盐岩油气藏，分布范围广、面积大，无明显的圈闭界限、无统一的油气水界面和压力系统、渗透率较低且具有“自生自储”特征，流体运聚动力以非浮力驱动为主，存在“超压+浮力”驱动和“超压+扩散”驱动等类型。

（4）英西地区渐新统E32油气成藏条件具有特殊性，其生油岩丰度低、质量中等，但岩石中含大量可溶有机质，具有多阶段生烃特征。研究区储集层物性较差，但储集体规模大。盐间油层组发育的优质盖层可以起到良好的封盖作用。油气充注具有“以3 期主力充注为主、多期持续充注为辅”的特征。各种成因的裂缝系统的发育为油气的二次运移和大规模聚集提供了通道，烃源岩在生、排烃过程中产生的异常高压在油气开采过程中发挥着重要驱动作用。