库车坳陷克拉苏构造带深层致密砂岩气成藏机制

李宝帅

(中国石油大庆油田有限责任公司，黑龙江 大庆 163000)

0 引 言

致密砂岩气指覆压基质渗透率小于或等于0.10 mD的砂岩气，单井一般无自然产能或自然产能低于工业气流下限，但在一定经济条件和技术措施下可获得工业天然气产量[1]。目前，中国在鄂尔多斯、四川、塔里木等盆地均探明大规模致密砂岩气储量[2]。不同学者对致密砂岩气藏类型提出了不同的划分方案[3-5]，姜振学等[5-6]根据油气充注史与储层致密演化史之间的关系，将致密砂岩气藏分为“先致密后成藏”型致密深盆气藏和“先成藏后致密”型致密常规气藏。该文在前人研究基础上，对克拉苏构造带深层致密砂岩气成藏机理作进一步研究。库车坳陷致密气资源丰富，主要集中在克拉苏构造带深层，现已发现大北1、大北3、克深2、克深5等大型致密气藏[7]。克拉苏构造带经历了多期构造运动和多旋回的油气充注，油气成藏后经历了后期构造运动的调整、改造和破坏，分布规律十分复杂，对克拉苏构造带深层致密砂岩气的成藏机理和成因类型的研究还有待进一步深入。因此，该文以大北1气藏为例，综合天然气充注史和储层致密演化史，利用二者之间的匹配关系阐明致密砂岩气成藏机理，有助于深化该区深层致密砂岩气成藏认识，为勘探评价提供一定的参考。

1 地质概况

大北1气藏位于新疆维吾尔自治区阿克苏地区拜城县境内，构造上位于塔里木盆地库车坳陷克拉苏构造带西端的大北1号构造上[8]，主要受2条北东东向展布的北倾逆冲断层控制(图1)。气层主要分布在白垩系巴什基奇克组砂岩中，巴什基奇克组自上而下分为1、2、3段。

图1 库车坳陷构造单元划分及大北1气藏剖面Fig.1 The tectonic unit division of KuqaDepression and Dabei 1 gas reservoir profile

克拉苏构造带成藏地质条件优越，烃源岩以三叠系—侏罗系湖相、煤系地层为主，厚度大、分布广、成熟度高，烃源岩晚期快速深埋，生烃强度大，排烃效率高[9]。主力储层为白垩系巴什基奇克组，属扇三角洲—辫状河三角洲沉积[10]，厚度为200～300 m。盖层为古近系库姆格列木群的膏盐岩夹泥岩，最厚可达4 000 m，为油气提供了有利的封盖条件。

2 天然气充注史

利用储层流体包裹体岩相学观察和显微测温技术，结合埋藏史对大北1气藏油气充注史进行了恢复(图2、3)。研究结果表明：大北1气藏具有3期成藏的特征，第1期包裹体均一温度主要为60～80 ℃，荧光颜色为黄白色、黄褐色，气液比较小，对应早成岩期，表明该期主要为早期原油充注，结合埋藏史和古地温可知成藏期为16.0～5.0 Ma，为新近纪康村期至库车期(N1-2k—N2k)；第2期包裹体均一温度主要为80～100 ℃，包裹体荧光颜色为蓝白色，气液比较大，表明该期主要为高成熟油气充注，结合单井埋藏史和古地温可知成藏期为5.0～3.5 Ma，为新近纪库车期(N2k)；第3期包裹体均一温度主要为110～130 ℃，颜色为灰色、黑色，不发荧光，相类型为气态烃，说明该期主要为高—过成熟天然气充注，结合单井埋藏史和古地温可知成藏期为3.5～1.0 Ma，主要为新近纪库车末期至第四纪西域期(N2k—Q1x)，此期天然气充注为形成现今大北1气藏作出了主要贡献。

图2 库车坳陷大北1气藏流体包裹体特征Fig.2 The characteristics of fluid inclusion in Dabei 1 gas reservoir, Kuqa Depression

3 储层孔隙演化史

3.1 储层特征

对研究区65个岩心样品进行孔隙度、渗透率测试。测试结果表明：巴什基奇克组砂岩总体属于低孔低渗—特低孔特低渗储层，非均质性强。储层基质孔隙度为2.0%～7.0%，平均孔隙度为5.0%，基质渗透率为0.01～0.10 mD；含裂缝样品孔隙度为3.0%～9.0%，与基质孔隙度相差不大，含裂缝样品渗透率普遍大于1.00 mD，主要为1.00～10.00 mD(图4)。基质渗透率与含裂缝样品渗透率之间较大的差异反映出巴什基奇克组储层裂缝十分发育，极大提高了储层渗透率。

图3 库车坳陷大北1气藏成藏期次示意图Fig.3 The schematic diagram of the accumulationperiod of Dabei 1 gas reservoir, Kuqa Depression

图4 库车坳陷大北1气藏巴什基奇克组储层物性Fig.4 The reservoir properties of Bashijiqike Formation in Dabei 1 gas reservoir, Kuqa Depression

通过对研究区岩石薄片的镜下鉴定结果分析认为：大北1气藏白垩系巴什基奇克组储层的孔隙类型为残余原生粒间孔、粒间溶孔、少量长石和岩屑粒内溶孔、溶蚀缝、构造缝(图5)，以残余原生粒间孔和粒间溶孔为主，分别占面孔率的27%和40%，其次为粒内溶孔、溶蚀缝和构造缝。储集空间类型为裂缝-孔隙型、孔隙型，其中，裂缝-孔隙型储集空间类型占70%～90%，是大北1气藏获得高产气流的重要条件。

图5 库车坳陷大北1气藏巴什基奇克组储集空间类型Fig.5 The reservoir space types of Bashijiqike Formation in Dabei 1 gas reservoir, Kuqa Depression

3.2 孔隙度演化分析

大北1气藏巴什基奇克组储层物性演化受沉积条件、成岩作用及后期构造运动等多种因素影响[11-12]。采用定量回剥的方法对研究区储层孔隙演化进行恢复，根据储层现今镜下特征统计分析不同成岩事件对应的增减孔量，结合不同成岩事件所发生的成岩阶段和埋藏史，回推各成岩阶段孔隙变化情况，总结储层孔隙演化规律。所需参数包括原始孔隙度、压实量、胶结物含量、溶蚀量等。

原始孔隙度采用Bread方法计算，大北1气藏巴什基奇克组储层原始孔隙度计算公式为[13]：

φo=20.91+22.9/S

(1)

式中：φo为原始孔隙度，%；S为分选系数。

根据大北1气藏巴什基奇克组储层粒度分析，平均分选系数为1.3，计算得到砂岩原始孔隙度平均为38.5%。

同生、表生作用阶段，储层受压实作用影响，早期方解石、石膏、黏土胶结使原生粒间孔迅速减少约19%～21%，保存孔隙度为18.0%左右。晚白垩世，该区逐渐抬升遭受剥蚀，直到古新世早期才接受沉积，储层受到较强的表生溶蚀作用，孔隙度增加约1.0%～3.0%，保存孔隙度为20.0%。早成岩A阶段(埋深小于2 000.0 m，温度小于65 ℃)，储层受持续压实作用、石英和长石次生加大及方解石胶结作用的影响，最大减孔量为9.0%～11.0%，在古近纪末烃源岩进入生排烃门限，有机酸随油气充注进入储层，发生酸性水的溶蚀作用，孔隙度增加约为1.0%～2.0%，保存孔隙度为12.0%～14.0%。早成岩B阶段(埋深为2 500.0～3 300.0 m，温度为65～85 ℃)，巴什基奇克组储层进入快速埋深阶段，受深埋压实、晚期方解石胶结和石英次生加大的强烈减孔作用，晚期气体注入带来的少量酸性水溶蚀作用影响，孔隙度减小约为3.0%～5.0%，保存孔隙度为8.0%～12.0%。中成岩A阶段(埋深为3 300.0～6 000.0 m，温度为85～135 ℃)巴什基奇克组储层持续埋深，机械压实的减孔作用相对减弱，但受喜马拉雅晚期构造运动的影响发生强烈构造挤压，构造应力为60.0～70.0 MPa，减孔量为4.3%～5.6%[14]，同时，该时期也是大北地区裂缝发育的主要时期，即构造裂缝主要形成时间为5～2 Ma[15]。与此同时，天然气充注带来的微量弱酸性水溶蚀、铁方解石胶结、交代作用和石英次生加大造成现今的孔隙度平均为5.0%左右(图6)。大北1气藏储层孔隙演化结果表明，大北1气藏白垩系巴什基奇克组储层在库车组沉积中期开始致密化。

图6 库车坳陷大北1井物性演化史与生排烃史匹配关系Fig.6 The matching relationship between physical property evolution history andhydrocarbon generation and expulsion history of Well Dabei 1, Kuqa Depression

4 成藏机制

结合大北地区构造演化史、油气充注史及储层孔隙度演化史研究认为，大北1白垩系致密砂岩气成藏过程如下(图7)：新近纪康村期，三叠系湖相烃源岩开始排油，煤系烃源岩也开始排出少量煤型气，此时白垩系储层尚未致密，大北1气藏南部边界断层已经形成，油气可沿断层垂向运移至上盘白垩系储层，后沿砂体侧向运移至构造高点，在合适的圈闭中聚集形成常规油藏；新近纪库车早中期，三叠系烃源岩进入排油高峰期，由于喜山期构造挤压作用和胶结作用，在构造低部位储层逐渐致密，形成致密深盆气藏，而构造高部位由于埋藏较浅储层尚未致密，油气可沿断层向上运移至白垩系储层形成常规气藏；新近纪库车晚期，由于受到喜山晚期构造运动的影响，早期形成的油气藏接受调整改造，储层受强烈的挤压作用，至第四纪西域期天然气大量充注时构造高部位储层也发生致密化，同时，由于天然气的持续充注，使得构造高部位和低部位普遍含气，形成致密常规与致密深盆复合气藏；西域期至今，由于构造运动，储层发育大量裂缝，极大提高了储层渗透性，气藏遭受调整改造，天然气可沿裂缝在浮力作用下向构造高部位运移调整，形成现今的气藏分布格局。因此，库车凹陷克拉苏构造带未来的勘探潜力方向一方面是构造高部位的致密常规气藏，另一方面是构造低部位的致密深盆气藏。

图7 库车坳陷大北1气藏成藏过程Fig.7 The accumulation process of Dabei 1gas reservoir, Kuqa Depression

5 结 论

(1) 大北1气藏具有3期油气充注：新近纪康村期至库车期、新近纪库车期和新近纪库车末期至第四纪西域期，最后一期天然气快速充注对形成现今大北1气藏起到主要作用。

(2) 压实作用、胶结作用、溶蚀作用和构造作用是控制大北1气藏白垩系巴什基奇克组储层孔隙度演化的主要因素，同生、表生阶段后孔隙度急剧减少至20.0%，早成岩A阶段后孔隙度剩余为12.0%～14.0%，早成岩B阶段孔隙度减少不明显，保存约为8.0%～12.0%，经过中成岩A阶段到现今孔隙度保存约为5.0%，储层在库车组沉积中期发生致密化。

(3) 大北1气藏具有以下成藏过程：新近纪康村期少量原油进入低幅度圈闭形成常规油藏；新近纪库车早中期高成熟度油气充注，常规油气藏和致密深盆气藏共存；新近纪库车晚期至第四纪西域期过成熟干气充注，致密常规气藏与致密深盆气藏复合成藏；西域期至今受晚期构造运动影响，储层发育大量裂缝，气藏遭受调整改造天然气沿裂缝在浮力作用下向构造高部位运移调整。