库车坳陷大北克深井区白垩系储层含盐特征与分布规律

冯佳睿，高志勇，张宇航，李晓红，周 鹏，尚江伟，李晨晨

1.中国石油勘探开发研究院石油地质实验研究中心，北京 100083 2.提高石油采收率国家重点实验室，北京 100083 3.中国石油塔里木油田公司资源勘查处，新疆 塔里木 841000 4.中国石油塔里木油田公司勘探开发研究院，新疆 塔里木 841000 5.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452

0 引言

库车坳陷是在古生代被动陆缘和中生代陆内坳陷基础上发展起来的新生代陆内再生前陆盆地，是我国塔里木盆地重要的产气区域。近年来，以其中的克拉苏富气构造带为勘探目标，在其盐下深层先后发现了克拉2、大北1、克深2、博孜1等多个大型气田。前人在该区构造变形特征[1-6]、异常高压[7-9]、低温效应[10-12]和对天然气的封盖作用[13-15]等方面进行了研究，取得了较为系统的宏观认识。然而典型盐湖盆地的成因[16-21]、氯化物盐水溶液微观结构特征动力学模拟[22-25]、含盐泥页岩的储层特征与控制因素[26-28]等问题，虽然国内外学者也开展了相关研究，但对深部储层中岩盐微观特征和分布规律等方面的研究却仍存在不足。库车坳陷克拉苏构造带多口井见盐霜，测井曲线显示低阻，测试均获高产气流，克深134井砂岩7 586～7 651 m井段含盐霜，试气获日产37万m3，油压91 MPa。由此可见，储层含盐导致低阻气层不易被识别，笔者通过薄片鉴定、扫描电镜、能谱分析和QEMSCAN(岩石矿物定量分析)等技术手段，开展了对砂岩储层中盐的微观特征及分布规律的工作，以期对提高该区勘探开发潜力提供依据。

1 地质概况

库车坳陷位于塔里木克拉通北缘南天山造山带与塔北隆起之间，先后经历了多期构造运动，其中燕山期、喜山期两幕构造运动形成了天山山前大型逆冲褶皱带及一系列逆冲断层，包括北部单斜带、克拉苏构造带、依奇克里克构造带、拜城凹陷、阳霞凹陷、乌什凹陷、秋里塔格构造带和南部斜坡带8个次级构造单元[29-33](图1)。库车坳陷发育比较完整的中生界--新生界，最大厚度为12 km，其中缺失上白垩统，局部新生界厚度超过7 km。白垩系巴什基奇克组厚层砂岩中发育大型交错层理，其大套叠置砂岩底部发育不规则泥砾，厚层至块状细砂岩和粉砂岩具有良好分选性和较高的结构成熟度，砂岩岩性主要为中细粒岩屑砂岩，碎屑组分包括石英、长石和岩屑，其平均体积分数分别为49.8%、12.7%和32.7%，颗粒呈次棱角状-次圆状。古近系库姆格列木群底部褐色泥岩与白垩系巴什基奇克组顶部灰褐色细砂岩不整合接触界限清晰。

据文献[34]修编。

2 样品选取与研究方法

选取大北和克深井区23口井的72块新鲜岩心样品进行了系统的普通薄片鉴定、扫描电镜、能谱分析和QEMSCAN测试(表1)。考虑到盐易溶于水，笔者对磨片方法进行了改进，不使用水作为研磨降温溶剂，改用无水乙醇和矿物油，有效保存了砂岩孔隙中的盐类信息。普通薄片制作和鉴定在中国石油勘探开发研究院实验中心完成。扫描电镜与能谱分析在中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司非常规技术研究院完成，仪器型号分别为FEI Quanta FEG 450和EDAX TEAM EDS。岩石矿物定量分析在中国石油勘探开发研究院实验中心完成，成像模式为背散射图像(BSE)。

表1 大北和克深井区主要岩心样品实验分析类型和数量统计表

3 储层含盐特征

3.1 岩心样品特征

克深241、克深242、克深134等井的部分岩心由于含盐量较高，岩心表面局部可见析出的盐霜。盐霜成分主要为NaCl，即通常所说的岩盐。白色岩盐颗粒呈星点状充填在碎屑颗粒间或呈厚盐霜层附着在岩心表面(图2)。若析出的盐霜来源于钻井液，则在大部分新鲜岩心表面都应该呈大面积分布，而非局部出现。由此推断，盐霜的析出与钻井液无关。

a.褐色中砂岩，克深242井，6 542.75 m；b.褐色细砂岩，克深134井，7 613.59 m；c.岩心盐霜覆盖式析出，大北12井，5 552.54 m；d.岩心盐霜颗粒式析出，克深 134井，7 620.45 m。

3.2 储层含盐显微特征

本文选取在高倍物镜下单偏光与正交光结合的方法，对大北和克深井区白垩系巴什基奇克组含岩盐的砂岩储层进行显微特征观察。岩盐晶体细小，单偏光下呈无色或淡绿色，正交光下呈消光。岩盐晶体直径为5～15 μm，最大直径可超过20 μm，多以自形晶粒、集合体状存在。在大部分的薄片中，褐色(铁)泥质普遍存在，直接影响了岩盐在显微镜下的识别与观察。本文通过薄片照片和素描图对比的方式展示了岩盐晶体主要的3种赋存方式：1)石英、长石、岩屑等碎屑颗粒表面(图3a、b)；2)碎屑颗粒之间，岩盐晶体与黏土矿物、方解石晶体等共存(图3c、d)；3)长石等碎屑颗粒的溶蚀孔和破裂缝中(图3e—h)。

a、b.石英颗粒表面岩盐晶体的微观特征，克深601井，6 062.09 m；c、d.石英颗粒边缘岩盐晶体的微观特征，克深13井，7 353.67 m；e、f.微裂缝间岩盐晶体的微观特征，克深241井，6 515.62 m；g、h.长石粒内溶孔中岩盐晶体的微观特征，克深3-1井，6 885.60 m。a、c、e、g为显微镜下薄片照片；b、d、f、h为素描图。

岩盐晶体主要呈格架状、晶粒状和团块状3种集合体形态。格架状岩盐晶体多为矩形或菱形格架产出(图4a、b)，是岩心样品中最常见的类型，在克深241井、克深242井和克深134井等井中分布较多。岩盐晶体为等轴晶系，单晶体通常呈立方体，若在晶体生长过程中沿着角顶或晶棱方向迅速生长，形成晶面中心相对凹陷的结晶骨架，则称为骸晶。格架状岩盐的晶体即为骸晶集合体，是在溶质供应较不充足或生长空间受限的条件下形成的。岩盐的晶体还会以晶粒状和团块状形态产出(图4c、d)。这2种形态是岩盐正常生长的自形立方体或者他形集合体，晶粒状晶体具有比较完整的晶形特征。这两种集合体通常生长在较大的孔洞或缝隙中。

a.碎屑颗粒表面的格架状岩盐晶体，克深241井，6 515.62 m, SEM；b.碎屑颗粒间的格架状岩盐晶体，克深134井，7 542.47 m, SEM；c.晶粒状岩盐晶体，克深134井，7 641.8 m，SEM；d.团块状岩盐晶体，克深2-2-8井，6 735.77 m, SEM。HI.岩盐；Q.石英。

通常条件下，黏土矿物发育的区域岩盐分布较少。以克深105井为例，砂岩储层中岩盐体积分数较高，石英、长石加大和自生矿物很少，基本未见绿泥石，伊利石仅在局部零星分布。克深602井整体岩盐体积分数仅为4%，碎屑颗粒间和溶蚀孔中充填大量绿泥石和伊利石(图5)。

a.大面积分布的格架状岩盐晶体，克深105井，7 354.88 m；b.大面积分布的晶粒状岩盐晶体，克深105井，7 354.88 m；c.零星分布的伊利石，克深105井，7 355.29 m；d.碎屑颗粒间的丝状伊利石，克深602井，6 083.44 m；e.片状绿泥石，克深602井，6 083.44 m；f.长石颗粒表面的岩盐晶体，克深602井，6 083.44 m。

能谱分析发现，不同形态的岩盐晶体，其Na和Cl等元素的原子分数也存在差异。根据能谱分析数据结果可知，晶粒状和格架状的晶体中主要元素成分为Na和Cl，晶粒状晶体的Na和Cl原子分数比接近于1∶1，格架状晶体Na和Cl原子分数比差异较大，与能谱分析的晶体位置有关，而团块状晶体中除Na和Cl外，还含有Si、Ca等其他元素，可能混杂了石英和方解石等。以大北12井(5 415.32 m)的能谱分析数据(图6)为例：岩盐的晶粒状晶体(点1)元素成分最简单，Na元素和Cl元素的原子分数分别为52.32%和45.00%，原子分数比接近于1∶1，O元素原子分数为2.68%。格架状晶体的外壁和内壁Na元素和Cl元素的原子分数相差较大，内壁(点2)Cl元素体积分数更高，Na元素和Cl元素的原子分数比接近1∶3，外壁(点3)的Na元素与Cl元素原子分数分别为48.55%和49.40%，原子分数比接近于1∶1，O元素原子分数为2.05%。团块状晶体(点4)元素成分主要包括Na和Cl，原子分数比接近于1∶1.26，还含有少量Si和Al等，可能混杂了石英和黏土矿物等(表2)。

表2 大北12井(5 415.32 m)能谱分析数据表

a.晶粒状晶体；b.格架状晶体(内壁)；c.格架状晶体(外壁)；d.团块状晶体。

3.3 岩盐分布规律

大北克深井区砂岩储层中，岩盐体积分数呈现一定的变化趋势。西部的克深241井、克深242井和克深24井岩盐体积分数最高，均超过10.00%，最高可达18.00%。根据QEMSCAN显示的矿物体积分数，克深505井(6 767.44 m)砂岩样品粒间孔隙内存在大量岩盐和盐泥(图7)。其中：岩盐呈晶粒状集合体分布于颗粒之间，体积分数可达16.77%；盐泥呈泥晶状分布于颗粒间，体积分数为5.31%(表3)。东部的克深134井、克深601井、克深602井、克深3-1井和克深12井等，岩盐体积分数为4.00%～10.00%，克深301井岩盐体积分数较低，仅为3.00%(表4)。

图7 克深505井的QEMSCAN成像(6 767.44 m)

表3 克深505井QEMSCAN矿物体积分数

垂向上，白垩系砂岩距上覆膏盐岩层越近，岩盐体积分数相对越高(图8)。整体而言，大北和克深井区的大部分岩心样品均表现出相似的变化规律，储层埋深越浅，岩盐体积分数越高，埋深越深，岩盐体积分数越低(图9)。如克深134井，埋深7 542.47 m时，岩盐体积分数为9.00%，埋深为7 641.45 m时，岩盐体积分数仅为4.00%(表4)。

Ks.克深井；Db.大北井。

图9 克深井区岩心样品埋深与岩盐体积分数关系图

3.4 岩盐形成条件分析

对大北克深井区砂岩储层中岩盐晶体系统研究发现，不同形态岩盐晶体的形成与储层埋藏深度、砂岩粒级、分选性、盐源供给条件和晶粒生长空间等有密切的关系(表5)。格架状岩盐晶体多赋存在埋藏较浅的部位，砂岩粒级以中砂岩为主，分选性较好，泥质体积分数较少。以克深134井为例，格架状晶体分布范围为7 542.47～7 562.96 m，晶粒状和团块状晶体则主要分布于7 635.79～7 641.45 m(表4)。由于距离上覆古近系膏盐层更近，格架状岩盐的盐源更为充分，而现有储集空间对于如此多的盐源供给来说是很狭窄的，晶粒生长空间不足，更易形成岩盐的骸晶集合体。晶粒状和团块状的岩盐集合体则多形成于埋藏较深的细砂岩储层中，盐源供给匮乏，晶粒生长空间相对较大，晶体生长更充分，自形程度相对较高。

表4 库车坳陷深层白垩系储层岩盐分布形态与体积分数统计表

表5 不同形态岩盐晶体形成条件对比

3.5 岩盐来源分析

根据白垩系地层活动和构造运动特征，白垩系沉积后抬升暴露，遭受剥蚀形成不整合面后缓慢沉降，接受古近系膏盐层沉积，库姆格列木群膏盐、岩盐类沉积物在地层水作用下发生溶蚀，含盐流体通过不整合面渗流至白垩系砂岩储层中，这是该区岩盐的主要来源(图10)。5～3 Ma前后白垩系开始发育新的构造断裂[35]，含盐流体也可能通过断裂部位渗流至白垩系砂岩储层中，成为岩盐的次要来源。克深24气藏顶部储层普遍含岩盐，如克深242井、克深24井岩盐主要来自古近纪膏盐类沉积物的渗流，基本为单一来源，而克深241井砂岩储层中岩盐不仅与顶部渗流有关，还受到断块附近含盐流体侧向注入的影响，岩盐体积分数通常大于14%，高于该气藏中的其他井区。含盐流体的供给、砂岩储层的埋藏深度等，是大北和克深井区岩盐分布的主控因素。白垩系巴什基奇克组与上覆古近系之间存在不整合，储层越接近不整合面，岩盐体积分数越高，而断裂构造可能也是含盐流体渗流的重要通道。

图10 克深井区岩盐来源模式图

4 讨论

前人[36]研究证实，古近系库姆格列木群自下而上可分为5个岩性段：砂砾岩段、膏泥岩段、白云岩段、膏盐岩段和泥岩段。其中，膏泥岩段广泛发育，厚度较稳定；膏盐岩段厚度变化剧烈，现存厚度直接与构造变形强度有关。膏泥岩段沉积时期，大北和克深井区以沉积巨厚层膏盐岩为特征，为受海侵明显影响的膏盐湖中心沉积[37]。膏盐、岩盐类沉积物溶蚀后形成的含盐流体通过层间不整合面向白垩系渗入，是该区岩盐供给的主要方式。膏泥岩段最底部为泥岩夹泥质粉砂岩和粉砂岩，笔者将这套地层与白垩系间的距离和岩盐体积分数关系统计分析发现，该区整体表现出距离越大岩盐体积分数越低、距离越小岩盐体积分数越高的趋势(图8)。同时，巴什基奇克组裂缝普遍发育，主要有近EW向、NE 向、NW 向及近NS向4组，广泛分布的裂缝也是上部含盐流体涌入白垩系的重要通道，裂缝控制了岩盐分布，而裂缝的发育程度主要与断背斜的构造位置有关。通常来说，距边界断层越近，裂缝密度越大，距边界断层越远，裂缝密度越小[38-39]。以克深井区为例，背斜核部裂缝发育程度低(图11)，位于核部的A井岩盐体积分数仅为7%，背斜前翼地形陡、变形强烈(图11)，裂缝密度较大，位于前翼的B井和C井岩盐体积分数明显高于A井，分别为10%和12%。

图11 克深井区白垩系巴什基奇克组顶面构造图①

库车坳陷受晚古生代以来多期构造运动叠加影响，特别是喜马拉雅运动晚期的强烈挤压作用，在盐下超深层发育成排成带的逆冲叠瓦构造，形成了一系列背斜及断背斜圈闭[40]。克深24气藏顶部储层普遍含岩盐，其中1号井的岩盐体积分数为12.00%，而位于构造部位翼部的2号井岩盐体积分数分布范围为14.00%～18.00%，明显高于该气藏中的其他井区，岩盐来源可能受到顶部渗流与断块附近侧向注入等多因素影响(图12)。

图12 克深井区白垩系巴什基奇克组东西向气藏剖面图①

大北克深井区砂岩储层普遍含盐，测井曲线显示低阻，制约了气层的识别与判断，还导致获取的测井孔隙度偏高与含气饱和度偏低，最终影响储量计算。因此，明确该区白垩系储层含盐特征与分布规律，对修正低阻气藏储量评价体系与助推含盐钻井试气等都具有重要意义。

5 结论

1)开发了无水乙醇和矿物油作为研磨降温溶剂的制作薄片方法，利用普通薄片鉴定、扫描电镜、能谱分析和QEMSCAN等测试方法分析显示，库车坳陷大北克深井区白垩系砂岩储层中普遍含岩盐，岩盐晶体表现为碎屑颗粒间、碎屑颗粒表面和溶蚀孔及破裂缝3种赋存方式，呈格架状、晶粒状和团块状等3种形态。

2)盐源供给条件、砂岩储层的埋藏深度和断裂条件等因素直接影响岩盐分布与晶体发育程度。大北克深井区岩盐体积分数越高，距离上覆膏岩盐越近，或距离构造断裂越近，该结论可为有利储层评价预测和勘探部署提供有效依据。