柴达木盆地西部地区古近系湖相碳酸盐岩储层特征

崔 俊，毛建英，陈登钱，施 奇，李雅楠，夏晓敏

（中国石油青海油田公司勘探开发研究院，甘肃敦煌 736202）

0 引言

碳酸盐岩油气在世界油气资源中具有重要地位，全球碳酸盐岩储层中的油气储量约占总储量的40%，其产量约占总产量的60%［1］。我国是一个以陆相生油为主的国家，湖相碳酸盐岩的分布广泛，最早沉积于二叠纪，一直延续到新近纪，古近纪是我国湖相碳酸盐岩沉积的鼎盛时期，如黄骅坳陷古近系沙河街组、苏北盆地古近系阜宁组和柴达木盆地下干柴沟组上段［2］。经过数十年的勘探，我国已在湖相碳酸盐岩中探明油气总储量高达数亿吨，勘探潜力巨大［3-4］。针对国内湖相碳酸盐岩，学者们已从沉积韵律、岩相组合、烃源岩评价、储集空间、渗流特征等方面开展了大量研究，如：王义武等［5］认为东濮凹陷沙河街组四段碳酸盐岩沉积受湖水化学组分和生物生产力等2 个因素的共同控制；李晓光等［6］提出了辽河坳陷大民屯凹陷沙四段湖相页岩油“三品质”评价方法，为页岩油“甜点”选取提供了方法和依据；张锐锋等［7］认为渤海湾盆地冀中坳陷束鹿凹陷沙三下亚段纹层状泥灰岩生烃潜力最强；蔚远江等［8］研究认为渤海湾盆地歧口凹陷沙一段源储一体发育4 类源储配置，源储叠合区主要分布在凹陷中心、宽缓斜坡的中—低斜坡区；李书琴等［9］通过层序地层方法研究了准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组湖相混积岩沉积特征；李二庭等［10］通过氯仿抽提的方法对准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组烃源岩进行了精确评价；张治恒等［11］认为吉木萨尔凹陷芦草沟组储层发育主要受沉积和成岩双重作用控制；黄华等［12］研究了江汉盆地古近系潜江组盐湖沉积特征，提出了非常规混积岩油藏具有"沉积控区块、源岩控层位"的特征；刘江艳等［13］研究了江汉盆地新沟油田新沟嘴组盐韵律，指出盐韵律的形成是湖平面上升—下降不断变化的直接响应。这些研究表明了湖相碳酸盐岩既是烃源岩又是储集层，源储一体，是致密油、页岩油勘探的重要领域。柴达木盆地新生代以来逐步演化为咸化湖盆，湖相碳酸盐岩分布广泛，尕斯藻灰岩、英西泥灰岩储层在十几年前就引起了勘探家们的关注［14-15］，随着盆地油气勘探的深入，近年来在英西、南翼山、风西、黄瓜峁等地区的油气勘探取得了重大进展，柴达木盆地湖相碳酸盐岩研究也更加深入，纪友亮等［16］通过野外露头、钻井资料等将柴西新生界湖相碳酸盐岩划分为5 种沉积微相，并指出不同沉积微相的时空分布，建立了柴西湖相碳酸盐岩的沉积模式；易定红等［17］通过地球化学分析方法指出了英西碳酸盐岩分布于湖盆沉积中心，水体盐度是其岩性变化和发育程度的主要控制因素；张道伟等［18］通过岩心分析，结合测井技术揭示了英西页岩油具有“源内成藏、整体含油”的特征；袁剑英等［19］通过大量实验指出英西碳酸盐岩中白云石为准同生交代成因，并明确了晶间孔发育机制；李翔等［20］通过构造分析、岩相组合分析提出英西碳酸盐岩裂缝发育机制；张永庶等［21］通过微电阻率扫描成像（FMI）测井和岩性扫描（LS）测井研究了黄瓜峁地区碳酸盐岩的沉积微相及空间分布；李翔等［22］总结了西岔沟各类微生物岩岩石学、沉积特征，指出各类微生物岩的沉积环境。但针对盆地不同类型湖相碳酸盐岩缺乏对比研究和系统总结。

在柴达木盆地沉积演化规律基础上，系统总结各类湖相碳酸盐岩沉积规律及分布，建立柴达木盆地湖相碳酸盐岩分类方案，梳理各类湖相碳酸盐岩储层特征，以期为柴达木盆地湖相碳酸盐岩的勘探与开发提供借鉴。

1 地质概况

柴达木盆地西部地区（简称柴西地区）主要发育6 套地层，从下到上依次为路乐河组（E1+2）、下干柴沟组下段（E31）、下干柴沟组上段（E32）、上干柴沟组（N1）、下油砂山组（N21）、上油砂山组（N22）（图1）。新生代以来，柴达木盆地以干热气候为主，湖盆逐步演化为咸化湖盆［23］。路乐河组（E1+2）沉积时期，为新生代柴达木盆地的初始期，盆地以冲积扇、河流、泛滥平原沉积为主，下干柴沟组下段（E31）沉积时期湖盆初具规模，湖盆沉积中心位于柴西南，三角洲沉积广泛发育，下干柴沟组上段（E32）沉积时期为湖盆发展的鼎盛时期，该时期沉积中心位于英西，受湖水咸化以及重卤水下沉回流等影响，在英西地区沉积了一套细粒碳酸盐岩，该套细粒碳酸盐岩以块状结构为主，向上逐步咸化，地层中出现膏岩、盐岩，为一套完整的盐湖沉积序列［24］，该时期在柴西南尕斯斜坡以及柴西北的小梁山—南翼山—大风山一带为滨浅湖环境，发育藻灰岩，以柴西南尕斯地区藻灰岩最具代表性；上干柴沟组沉积时期（N1），受昆仑山抬升以及阿尔金山走滑共同作用，湖盆沉积中心向北向东迁移［25］，再加上湖水的进一步咸化，在尕斯—茫崖、咸水泉—黄瓜峁、小梁山—南翼山—大风山等广大地区沉积了一套混积型细粒碳酸盐岩，在沿岸及水下低隆发育薄层席状藻灰岩，到下油砂山组（N21）沉积时期，湖盆进一步向北向东迁移，湖盆也进一步萎缩、咸化，碳酸盐岩沉积也随之有规律迁移，沉积范围也有所收缩（图2），到上油砂山组（N22）沉积时期，仍然有碳酸盐岩分布，但规模与范围都明显减少。总之，随着盆地的构造演化，湖相碳酸盐岩分布范围逐步缩小，并由柴西南逐步向柴西北迁移。

图1 柴西地区位置图（a）与地层综合柱状图（b）Fig.1 Location map（a）and stratigraphic column（b）of western Qaidam Basin

图2 柴西地区E32—N21碳酸盐岩沉积相平面图Fig.2 Sedimentary facies distribution of E32-N21carbonate rocks in western Qaidam Basin

受沉积环境及陆源输入影响，柴达木盆地新生代湖相碳酸盐岩具有相变快、岩石类型多、混积等特点。在半深湖、深湖发育块状碳酸盐岩、纹层状碳酸盐岩，在滨浅湖低能环境发育藻灰岩，在滨浅湖高能环境发育颗粒碳酸盐岩。碳酸盐矿物以化学结晶沉淀为主，晶粒细小，粒径一般为2.0～4.0 μm，普遍发生准同生白云石化作用，碳酸盐中白云石相对质量分数一般在60%以上，晶间孔发育；纹层状碳酸盐岩形成于陆源补给少，低能静水环境，形成季节性韵律纹层，单纹层厚度0.2 mm 左右，层间缝发育；藻灰岩形成于滨浅湖沿岸及水下低隆区，受湖平面频繁震荡、陆源输入等影响，适合藻类生长繁衍的环境不稳定，藻灰岩以薄层状分布，单层厚度一般小于50.0 cm，藻灰岩发育藻格架孔，受硬石膏胶结、有机酸溶蚀作用双重影响，储层非均质性强，既有藻格架孔、溶蚀孔发育的高孔高渗藻灰岩，又有硬石膏胶结程度强的致密藻灰岩；颗粒碳酸盐岩类型多，颗粒类型有鲕粒、球粒、藻屑、内碎屑等，总体上以分选磨圆差，胶结作用强为主，物性较差，单层厚度薄，一般小于10.0 cm，或以毫米级条带分布于其他岩石中。

2 岩石分类方案

岩石定名方案以《中华人民共和国石油天然气行业标准：岩石薄片鉴定》（SY/T 5368—2016）中所规定的碳酸盐岩定名原则为依据，根据柴达木盆地湖相碳酸盐岩特点，按照矿物成分+沉积结构将柴达木盆地碳酸盐岩分为颗粒碳酸盐岩、藻碳酸盐岩、块状碳酸盐岩、纹层状碳酸盐岩四大类，再根据其次要矿物加以副名修饰。根据柴达木盆地碳酸盐岩普遍混杂细粒陆源沉积物的特点（图3），命名方案中没有保留混积岩，而是根据黏土矿物、碳酸盐矿物、陆源碎屑三端元，占优势矿物定主名，其次定副名的原则，将混积岩类强制分开（图4），在矿物成分命名的基础上再根据沉积结构加以修饰，具体岩石分类方案见表1。例如当某种岩石中碳酸盐、陆源碎屑、黏土矿物三组分中任一组分的质量分数大于50%时，直接将该组分名定为主名，分别为碳酸盐岩、砂岩、泥岩。碳酸盐岩命名中，再根据砂质组分和泥质组分含量多少分别确定副名，当砂质含量大于泥质含量，且砂质质量分数大于25%时，定为砂质碳酸盐岩；当泥质含量大于砂质含量，且泥质质量分数大于25%时，定为泥质碳酸盐岩；当砂质和泥质质量分数均小于25%时，则为碳酸盐岩。

图3 柴西地区湖相碳酸盐岩主要矿物三角图Fig.3 Triangular diagram of main minerals of carbonate rocks in western Qaidam Basin

表1 柴西地区湖相碳酸盐岩岩石命名方案Table 1 Naming scheme for lacustrine carbonate rocks in western Qaidam Basin

图4 柴西地区混积碳酸盐岩三端元分类图Ⅰ-1.碳酸盐岩；Ⅰ-2.砂质碳酸盐岩；Ⅰ-3.泥质碳酸盐岩；Ⅱ.砂岩；Ⅲ.泥岩Fig.4 Three-terminal element classification map of mixed carbonate rocks in western Qaidam Basin

3 岩石学特征及储集空间

柴达木盆地湖相碳酸盐岩主要岩石类型有块状碳酸盐岩、纹层状碳酸盐岩、藻灰岩、颗粒碳酸盐岩。矿物组分分析显示，混积特征明显，普遍混杂陆源粉砂、黏土矿物，粉砂呈条带状分布或者均匀混杂分布，黏土矿物多为均匀混杂；普遍含黄铁矿，多以草莓状分布，少量呈集块状充填大孔隙中；普遍含硬石膏、方沸石，多以胶结物形式充填孔隙、裂缝中，少数呈单晶体、雪花状分布于岩石中，部分含钙芒硝，通常与硬石膏伴生分布；普遍经历准同沉积期白云石化作用［26］，块状碳酸盐岩白云石化程度高，其次为纹层状碳酸盐岩，藻灰岩、颗粒碳酸盐岩白云石化程度低（表2）。

表2 柴西地区湖相碳酸盐岩X 射线衍射全岩矿物统计表Table 2 Mineral statistics of lacustrine carbonate rocks by X-ray diffraction in western Qaidam Basin

（1）块状碳酸盐岩。块状碳酸盐岩主要分布于半深湖亚相，为均匀块状或弱层状，碳酸盐矿物为泥晶级，晶体粒径为2.0～4.0 μm，自形程度高（图5b），黏土矿物均匀混杂，陆源粉砂颗粒均匀混杂或呈弱条带状分布，黄铁矿呈草莓状（图5f），硬石膏呈单晶体或者雪花状分散于岩石中；储集空间以白云石晶间孔为主，孔径小于1.0 μm，晶间孔普遍具有机酸溶蚀改造特征，但溶蚀程度低，没有改变晶间孔孔径小、数量多的基本特征（图5a）；在构造应力集中区域，块状碳酸盐岩往往发育复杂裂缝系统（图5j），与晶间孔组成双重结构孔隙系统，形成高渗储层，英西地区E32碳酸盐岩高产井与裂缝发育密切相关［27-28］。

（2）纹层状碳酸盐岩。纹层状碳酸盐岩沉积于较深水体，碳酸盐与富有机质黏土或粉砂形成密集的韵律纹层，纹层发育程度受湖水补给、盐度、微生物、季节等多因素控制［29］，单纹层厚度约0.2 mm（图5c），偶见硬石膏斑晶分布，呈立方体状，斑晶粒径可达1.0 cm（图5i）；储集空间除了晶间孔还发育顺层微裂缝（图5c）；有机质含量高，是探索页岩油勘探主要岩石类型。

图5 柴西地区湖相碳酸盐岩岩石学特征及储集空间照片（a）块状碳酸盐岩，晶间孔，狮41-2 井，4 115.56 m，E32，扫描电镜；（b）块状碳酸盐岩，白云石晶体，狮49-1 井，3 772.44 m，E32，扫描电镜；（c）纹层状泥质碳酸盐岩，纹层理，跃浅1-15-9 井，2 660.73 m，N1，单偏光，铸体薄片；（d）藻灰岩，硬石膏充填藻格架孔，风西2-3 井，3 968.75 m，N1，正交偏光，普通薄片；（e）藻灰岩，方解石半充填藻格架孔，溶蚀扩大，跃浅1-15-9 井，2 333.36 m，单偏光，铸体薄片；（f）霉球状黄铁矿，狮25-3 井，4 229.90 m，E32，单偏光，普通薄片；（g）颗粒灰岩，方解石胶结，跃浅1-15-9 井，2 418.10 m，N1，单偏光，铸体薄片；（h）鲕粒碳酸盐岩，跃浅1-15-9 井，2 452.12 m，N1，正交偏光，普通薄片；（i）纹层状碳酸盐岩，硬石膏斑晶，柴1-5 井，2 552.35 m，N1；（j）块状碳酸盐岩，硬石膏半充填裂缝，狮3-1 井，4 382.25 m，E32；（k）纹层状碳酸盐岩，纹层理，跃浅1-15-9 井，2 447.53 m，N1；（l）藻灰岩，藻团块结构，风西4-3 井，2 995.05 m，N21Fig.5 Petrologic characteristics and reservoir space photos of lacustrine carbonate rocks in western Qaidam Basin

（3）藻灰岩。藻灰岩分布于滨浅湖沿岸及水下低隆，受气候、水文、陆源输入、湖平面变化等影响，适宜藻类繁衍、生长的环境不稳定，藻灰岩呈薄层状分布，纵向上与其他碳酸盐岩频繁互层，藻灰岩单层厚度为0.1～2.0 m，以小于0.5 m 为主；沉积构造有叠层状、团块状、藻丝黏结状（图5l）；因为藻灰岩形成于温暖、安静、清澈水体中，因此一般陆源混入少，碳酸盐矿物含量高；储集空间主要以藻格架孔为主（图5e），受胶结作用、溶蚀作用双重影响，储层非均质性强，胶结作用主要以硬石膏胶结为主（图5d），其次为亮晶方解石、方沸石。在各类碳酸盐岩中，藻灰岩藻格架孔发育，再加上溶蚀改造，物性及孔隙结构优于其他类型碳酸盐岩，为致密碳酸盐岩“甜点”储层。

（4）颗粒碳酸盐岩。颗粒碳酸盐岩形成于浅湖沉积环境，可分为高能颗粒滩和低能颗粒滩，研究区颗粒滩以低能颗粒滩为主，沉积的颗粒类型多，包括鲕粒、球粒、砂屑、藻屑，混杂陆源碎屑。单层厚度薄，以小于0.1 m为主，甚至呈条带状分布于块状碳酸盐岩中。普遍分选差，杂基含量高，粒间孔不发育，部分分选较好的颗粒碳酸盐岩，往往粒间被硬石膏、方解石以及方沸石充填（图5g，5h）。由于分选差以及胶结作用影响，粒间孔已消失殆尽，储集空间仍然以白云石晶间孔为主，物性较差。

4 物性特征及孔隙结构

柴西地区湖相块状碳酸盐岩储集空间以晶间孔为主，孔径小，但数量多，平均孔隙度为10.6%，平均基质渗透率为0.03 mD，排驱压力为10.0 MPa，平均孔喉半径为0.038 μm；纹层状碳酸盐岩较块状碳酸盐岩泥质含量高，泥质含量不仅影响孔隙度的大小，也影响孔隙半径的大小，其孔隙度较块状碳酸盐岩孔隙度低，平均为7.4%，但由于顺层微裂缝的发育，渗透率较块状碳酸盐岩高，平均渗透率为0.76 mD，排驱压力为11.5 MPa，平均孔喉半径为0.071 μm；藻灰岩储集空间主要以藻格架孔为主，溶蚀作用改造明显，孔隙半径大，表现为高渗透率，低排驱压力，平均孔隙度为10.1%，平均渗透率为9.09 mD，排驱压力为3.2 MPa，平均孔喉半径为0.117 μm；颗粒碳酸盐岩由于分选差以及胶结作用影响，粒间孔已消失殆尽，储集空间以白云石晶间孔为主，物性及孔隙结构与块状碳酸盐岩类似，平均孔隙度为7.4%，平均渗透率为0.01 mD，排驱压力为15.0 MPa，平均孔喉半径为0.026 μm；总体上，研究区湖相碳酸盐岩为低孔特低渗致密储层（表3、图6）。

表3 柴西地区湖相碳酸盐岩压汞主要参数统计表Table 3 Main mercury intrusion parameters of lacustrine carbonate rocks in western Qaidam Basin

图6 柴西地区湖相碳酸盐岩压汞曲线（a）及孔喉半径分布（b）Fig.6 Mercury injection curves（a）and throat radius distribution（b）of lacustrine carbonate rocks in western Qaidam Basin

5 石油地质意义及油气勘探方向

柴西地区湖相碳酸盐岩分布面积大，纵向层系多，是致密油、油页岩勘探的重要领域，也是柴达木盆地“十四五”规划油气增储上产的重点领域。其中尕斯地区以藻灰岩为主，厚度大、物性好，可通过精细刻画微古地貌，湖岸线迁移规律，进一步寻找藻灰岩发育有利区域；英西—干柴沟E32碳酸盐岩具有岩性纯、连续厚度大、地层压力高等特点，是研究裂缝发育规律，精细刻画裂缝系统，寻找高产“甜点”区；柴西北湖相碳酸盐岩具有分布面积大，纵向厚度大，含油饱和度低等特征，可通过研究烃源岩及储层展布，探索源储分布规律，寻找最佳源储配置层段，为实施水平井开发选层选段提供地质依据；茫崖凹陷位于盆地腹部，勘探程度低，可以通过加强石油地质论证，寻找区域突破点，进一步拓展柴西湖相碳酸盐岩勘探领域。

6 结论

（1）柴西地区湖相碳酸盐岩具有分布广泛、岩石类型多、相变快、陆源碎屑混积、普遍白云石化等特点，下干柴沟组上段至上油砂山组碳酸盐岩分布随湖盆沉积中心变化有规律从柴西南向柴西北迁移。主要岩石类型包括块状碳酸盐岩、纹层状碳酸盐岩、藻灰岩、颗粒碳酸盐岩；块状碳酸盐岩主要储集空间为晶间孔，构造发育区裂缝发育，与晶间孔形成双重孔隙结构，形成高渗储层；纹层状碳酸盐岩发育层间缝；藻灰岩储集空间为藻格架孔，非均质性强；颗粒碳酸盐岩层薄，受胶结作用影响，物性较差。

（2）柴西地区藻灰岩具有较好的孔隙结构，排驱压力为3.2 MPa，孔喉半径平均值为0.117 μm，颗粒碳酸盐岩孔隙结构最差，排驱压力为15.0 MPa，孔喉半径平均值为0.026 μm。

（3）柴西地区湖相碳酸盐岩分布于浅湖—半深湖相，具备一定生烃潜力，并且临近生烃凹陷，是致密油、页岩油勘探的重点领域。