柴西南区岩性油气藏地质特征及控制因素

吴颜雄,薛建勤,施 奇,杨 芸,刘君林,马凤春,李 翔,王艳清

1.青海省高原咸化湖盆油气地质重点实验室,甘肃 敦煌 736202;2.中国石油 青海油田分公司,甘肃 敦煌 736202;3.中国石油 勘探开发研究院 西北分院,兰州 730020;4.中国石油 杭州地质研究院,杭州 310023

岩性油气藏是指由于沉积或成岩作用,使地层岩性、物性发生变化,形成岩性圈闭并聚集油气形成的油气藏[1-2]。由于亚欧大陆特殊的构造背景,中国具有形成岩性油气藏的优质地质条件,尤其是陆相盆地碎屑岩沉积体系,已经成为我国很多盆地增储上产的主要领域[3],在松辽、渤海湾、二连、鄂尔多斯、塔里木、准噶尔等多个盆地[4-8]陆续发现了一大批大中型陆相岩性油气藏。通过大量勘探实践,也形成了丰富的岩性油气藏勘探地质理论、勘探技术和方法[9-13]。

柴达木盆地的岩性油气藏勘探起步较晚,始于2000年左右[14-15],石亚军等[16]、曹正林等[17]针对七个泉、乌南、红柳泉斜坡岩性油气藏开展了系统研究,但受限于地震资料品质和工程技术等诸多原因,未能取得勘探重大突破。随着采集和压裂技术的快速进步,直至2011年在扎哈泉凹陷上干柴沟组发现了滨浅湖滩坝岩性油气藏[18],正式拉开了柴西南区岩性油气藏勘探的序幕。随后,扎7、扎9、扎11、扎401、切探2等井区的接连突破证实了柴达木盆地也具备陆相岩性油气藏勘探的重大潜力[19-20],已成为增储上产的有效接替领域。多年的勘探实践和基础研究证实,咸化湖盆沉积背景下形成的岩性油气藏与其他淡水湖盆相比有很大的差异性[21],其岩相组合、成岩作用、成藏条件和富集规律均具有特殊性。因此,本文对柴达木盆地西南区典型岩性油气藏开展了精细解剖,揭示其成藏机理和控制因素,研究认识可为同类型咸化背景下岩性油气藏勘探提供借鉴,同时也是对陆相岩性勘探理论的重要补充。

1 区域地质概况

图1 柴西南区地理位置(a)及其新生界地层综合柱状图(b)

2 岩性油气藏成藏地质条件

2.1 烃源岩

柴西南区发育红狮和扎哈泉两个生烃中心(图2),优质烃源岩厚度在400～1 000 m,分布面积达3 000 km2。主力生油层段为下干柴沟组上段,其次是上干柴沟组(图1b),源岩类型主要为暗色富有机质泥岩以及深灰色灰质泥岩,是一套典型的咸化湖相生油岩。三大斜坡区距离生烃灶近,加之油源断裂发育,有利于油气的垂向和侧向运移,为岩性油气藏形成提供了坚实的物质基础。

图2 柴西地区古近系烃源岩总有机碳含量分布

提取烃源岩有机碎屑体进行镜下观察,发现源岩样品中富含藻类体化石,其中以富油的葡萄藻为主[23]。烃源岩总有机碳含量为0.4%～4.8%,平均为0.78%。咸化湖源岩虽然总有机碳含量低,但有机质富氢,烃源岩单位有机质的生烃潜力高于淡水源岩[24]。干酪根类型以Ⅱ1型为主,生烃热模拟实验表明具有双峰式生烃模式(图3),Ro在0.3%～0.8%为可溶有机质生油阶段,生成低熟油,Ro在0.8%～1.3%为干酪根大量生油阶段,生成成熟—高熟油,因此,咸化烃源岩具有生烃早、排烃长、转化率高的特点[25],有利于油气持续充注。

图3 咸化湖相烃源岩生烃模式据参考文献[25]修改。

2.2 古构造背景

自古近纪以来,随着昆仑山的不断隆升和阿尔金山的走滑,柴西地区整体呈西南高、东北低的特征(图4),柴西南区自西向东发育了七个泉—红柳泉、砂西—跃进、扎哈泉—乌南三大古斜坡。该构造背景为岩性油气藏的形成起到两方面的有利作用:一是稳定的斜坡—凹陷区有利于大面积的湖相沉积,湖平面多期震荡,水体频繁变迁,有利于砂体和烃源岩的广泛接触,形成较好的源储配置;二是在宽缓稳定的构造背景下,有利于暗色泥岩沉积,形成良好的烃源岩。

图4 柴西地区早上新世时期下渐新统古构造

2.3 沉积特征

柴西南区主要受阿拉尔和铁木里克两大物源的影响[26],自古新世以来发育冲积扇、辫状河三角洲/扇三角洲以及湖泊等多类型沉积体系。其中阿尔金山前古近系沉积前,古地貌相对较陡,沉积期山前构造活动剧烈,短而坡度大的陆源碎屑从附近的物源区流出,携带大量的粗粒沉积物在湖盆边缘快速堆积,大部分直接入湖,形成相带窄、变化快的扇三角洲沉积体系,岩性粒度粗,以七个泉斜坡为代表。昆仑山前古地貌相对较缓,主要发育辫状河三角洲相,以长物源、宽相带为特征,逐渐向湖泊相沉积体系过渡。下干柴沟组下段物源供给最充足,在三大斜坡以辫状河三角洲平原和前缘沉积为主,有利相带主要为水下分流河道和河口坝(图5a)。下干柴沟组上段沉积于柴西的最大湖泛期,是主要的生油层段,同时沉积了大面积的碳酸盐岩[27],在斜坡区以滨浅湖为主,发育颗粒滩和藻席,凹陷区为半深湖—深湖相,以灰云坪为主(图5b)。上干柴沟组—下油砂山组物源逐渐开始发育,斜坡区发育辫状河三角洲前缘和滨浅湖沉积,受古季风控制,沿北西—南东向发育了一系列滩坝群(图5c,d)。除此,柴西南区还发育一系列受同沉积断层控制的重力流沉积,形成浊积砂。

图5 柴西地区各层段沉积相平面分布

近年来,通过系统的大型水槽模拟对比实验,明确相对淡水湖盆,咸化水体密度更大,砂质碎屑受浮力顶托作用增强[28],向湖盆搬运距离更宽、更远(图6),有利于细粒碎屑岩在湖盆广覆式分布。通过勘探证实,铁木里克物源控制的辫状河三角洲前缘及滨浅湖滩坝砂受咸化水体的底托作用,分布面积较前期认识增加了500 km2,新发现了扎哈泉、切克、乌东等多个岩性油气藏,进一步证实了咸化背景下碎屑岩岩性油藏的特殊性。

图6 水槽实验模拟不同盐度条件陆源碎屑搬运距离

2.4 储层特征

柴西南区由于高频的物源供给和波浪改造作用,岩性油气藏储层类型多样,根据岩石矿物组分、物性差异可划分为三类,每一类储层具有其优势与劣势,需要因地制宜采取相应的评价和勘探策略。

2.4.1 优质碎屑岩

主要为辫状河三角洲前缘水下分流河道砂(图7a,b)和滨浅湖坝砂(图7c),特点是厚度大,单层厚度5～10 m,长英质含量超过70%,填隙物少,胶结弱,原生粒间孔发育,在后期的成岩过程中可能受溶蚀作用改造形成溶蚀扩大孔,使整个孔隙连通性更好,孔隙度一般大于15%,渗透率在(10～100)×10-3μm2。该类储层形成的油层一般在常规射孔条件下即可获得工业油流。

图7 柴西南区岩性油气藏储层储集空间类型

2.4.2 致密碎屑岩

以滨浅湖滩坝砂为主(图7d),部分辫状河三角洲前缘水下分流河道砂(图7e)、席状砂,厚度较薄,单层厚度2～5 m,长英质含量中等—高(50%～70%),后期一方面受压实作用原生粒间孔减少,另一方面在埋藏后受碳酸盐和硬石膏胶结减孔,现今以残余粒间孔为主(图7f),孔隙度在6%～15%,渗透率在(0.1～10)×10-3μm2。该类储层形成的油层一般需经过压裂改造才能获得工业油流。

2.4.3 碳酸盐岩

以浅湖—半深湖相藻席、灰云坪沉积为主,主要发育于盆缘及盆内的局部隆起。储层类型较复杂,岩石组分中以碳酸盐岩为主,局部混有陆源碎屑,非均质性强。其中藻灰岩储层一般溶蚀作用强(图7g),物性好,孔隙度可超过20%,渗透率大于100×10-3μm2;而灰云岩原始沉积组分复杂,储集空间类型以晶间孔为主(图7h、i),基质孔隙度在4%～12%,渗透率在(0.1～2)×10-3μm2。碳酸盐岩储层控制因素多,后期在构造或溶蚀作用改造下可形成大量裂缝和孔洞,形成优质、高效储层。

3 柴西南岩性圈闭类型

岩性圈闭的形成受古构造、沉积、成岩和构造作用的综合控制[29],柴西南区在古近纪—新近纪沉积了各类砂体,还发育碳酸盐岩,因此,形成了多种类型的岩性圈闭类型。

3.1 砂体上倾尖灭型圈闭

主要发育在辫状河三角洲前缘(图8a)。存在两种形式,一是辫状河三角洲朵叶体在延伸或侧向迁移的过程中,水下分流河道砂沿物源方向形成尖灭,空间连续的砂体被分流间湾或三角洲平原泥岩所替代,形成上倾尖灭,以跃进斜坡下干柴沟组下段为代表;二是辫状河三角洲前缘沉积向湖盆内部下倾方向形成水下分流河道砂体,后期因构造抬升形成上倾尖灭,以七个泉下干柴沟组下段为代表。水下分流河道砂体规模较大,延伸范围广,形成的岩性圈闭规模较大。

图8 柴西南区岩性圈闭类型

3.2 砂岩透镜体圈闭

主要发育在滨浅湖滩坝砂储集体中。柴西南区在古近纪末期形成了沿岸展布的滩坝群,随着湖岸线变化发生有规律的侧向迁移。滩坝砂受波浪控制,四周均被湖相泥岩所包围,自身侧向尖灭,形成砂岩透镜体(图8b)。以扎哈泉为例,单期坝体的面积4～9 km2,受波浪淘洗改造储层物性好,形成了一批小而肥的岩性油气藏,以扎7、扎401、扎11、切探2等油气藏为代表。除此,局部发育受同沉积断层控制的浊积岩型透镜体圈闭。浊积砂多发于深水区,与源岩邻近,利于形成透镜状岩性油气藏,七东地区即发育此类油气藏。

3.3 物性封堵型圈闭

不同砂体沉积后,各种微相类型均被很好地保存下来,砂体横向连片发育,但内部储层非均质性强,由于各微相的物性差异,油气首先充注物性好的砂体,形成物性尖灭。还有一种类型是原始沉积的砂体在后期成岩过程中,胶结、压实程度不同,造成储层质量出现差异,以红柳泉下干柴沟组下段为例,辫状河三角洲前缘砂体在靠近物源方向发育硬石膏胶结带,进而封堵了油气向上运移(图8c)。

3.4 白云石化成岩圈闭

主要发育在下干柴沟组上段—上干柴沟组藻席和灰云坪沉积相带(图8d)。碳酸盐岩在准同生作用下白云石化程度差异较大,白云石化程度高可形成大量的晶间孔,储层物性好,相反则物性差。晶间孔发育区常常油气富集,以红柳泉—砂西—尕斯下干柴沟组上段为代表。

4 岩性油气藏控制因素分析

4.1 古构造控制岩性圈闭形成

柴西南区受断层控制坡折带较发育,在缓坡带地形相对比较平坦(图4),河道发育且规模较大,这些河道纵向上相互叠置,利于发育大面积的岩性尖灭型圈闭。同时,在缓坡带前方受湖岸线波浪的控制,局部古隆起区可发育滩坝砂岩性透镜体圈闭。陡坡带主要发育在阿尔金山前带,沉积边缘相带比较窄,扇体规模小,因而陡坡带以扇三角洲前缘小型河道型圈闭为主。古洼陷带可形成大量的藻灰岩和灰云岩,源储条件优越,是页岩油、致密油勘探的有利区带。可见,古地貌决定了岩性圈闭的横向分布,而缓坡带是寻找大面积岩性圈闭的主要区域。

4.2 有效储层控制油气藏规模

柴西南区有效储层非均质性较强,碎屑岩储层物性主要受沉积微相、埋藏压实和胶结作用的影响较大,碳酸盐岩受白云石化、暴露溶蚀、埋藏溶蚀及构造多因素控制。通过对不同类型的油气藏解剖发现,储层物性对岩性油气藏起关键控制作用。一般情况下,储层孔隙度较大、渗透率较高的区域,油气充注程度也较高。统计发现[30],三角洲前缘水下分流河道和滨浅湖滩坝的坝中是最好的储集体,也是形成高产的主要圈闭类型。

4.3 优质源岩控制油气藏分布

从目前岩性油气藏的分布来看,主要是环生烃中心分布(图2)。如红柳泉、七个泉、尕斯发现的油气均紧邻红狮凹陷,扎哈泉、乌南发现的油气邻近扎哈泉凹陷,供烃半径不超过20 km。勘探实践表明,远离生烃中心,由于缺乏疏导体系,无法将油气运移过去。如前期钻探的H35、Y82、Y84等井,钻井揭示储层发育,但油气显示差,失利主要原因是距离生烃中心远,油气未运聚至此。因此,下一步勘探目标主要还是围绕生烃中心开展搜寻。

根据源岩、储层和疏导体系的配置关系,存在3种岩性油气藏成藏模式(图9)。(1)下生上储型:源岩以下干柴沟组上段和上干柴沟组为主,储层发育在上干柴沟组—下油山组,油气沿疏油断层垂向运移,运移过程中在优质砂体中聚集成藏。(2)旁生侧储型:源岩发育在凹陷区下干柴沟组上段,储层发育在斜坡区下干柴沟组下段或上干柴沟组,紧临生烃中心,储层与源岩以断层侧接,油气以侧向运移为主。(3)自生自储型:主要发育在凹陷区的上干柴沟组和下干柴沟组上段,灰云坪或滩坝砂与优质源岩成互层接触,源储一体,油气短距离运聚成藏。

图9 柴西南区岩性圈闭及岩性油气藏分布模式

4.4 输导体系控制成藏模式

油气藏解剖发现,柴西南区岩性油气藏一般在纵向上发育多套油层,呈阶梯式或接力式成藏的特征。以七个泉下干柴沟组下段油气藏为例(图10),下干柴沟组上段生成的油气沿着疏油断裂首先在第一套上倾尖灭的优质砂体内部(Ⅵ-19号层)运移和运聚,形成1号圈闭。后期在构造活动中顶部发育微小断裂,油气沿着纵向疏导体系二次运移,遇到Ⅵ-11号层优质砂体又开始聚集,形成2号圈闭,同理在Ⅵ-2号层砂体内聚集,形成3号圈闭,在现今构造的斜坡区和高部位均发育油层。

图10 柴西地区七个泉下渐新统岩性油气藏接力式分布模式

5 有利勘探区带评价与预测

通过以上成藏地质条件和主控因素分析,认为柴西南岩性圈闭主要发育在以下几个有利区域:①优质相带分布区。辫状河三角洲前缘相带、滨浅湖滩坝砂发育区是碎屑岩岩性圈闭的有利形成区,滨浅湖的白云岩发育区是碳酸盐岩成岩圈闭的有利区。②斜坡背景及凹陷区。持续稳定的斜坡背景利于砂体的发育,可形成良好的上倾尖灭岩性圈闭;深凹区则可发育透镜体岩性圈闭。③物性尖灭线与构造抬升的耦合区。物性与构造背景配置良好,利于物性封堵型圈闭的形成,因此,二者耦合区成为岩性勘探的一个主要领域。

对本次研究区开展了具体的岩性圈闭分布预测。①辫状河三角洲前缘砂体是古近系下干柴沟组下段岩性油气藏勘探的有利区,主要发育河道充填形成的单砂体岩性、物性尖灭圈闭,已发现的砂西、尕斯、乌南向盆内的倾末端具备进一步勘探的潜力(图5a)。②白云石化成岩圈闭是古近系下干柴沟组上段岩性油气藏勘探的有利区,主要分布在环红狮凹陷周缘,以砂西斜坡—跃进斜坡为主(图5b)。③广覆式分布的滩坝是新近系上干柴沟组、下油砂山组岩性油气勘探的有利区,以单砂体透镜状圈闭为主,具有沿岸线分布的特征,主要分布在英雄岭、尕斯、扎哈泉、乌南等地区(图5c,d)。④阿拉尔、七个泉、Ⅺ号断层等同沉积断裂下盘是浊积砂勘探的潜力区。

柴西南岩性勘探仍具有巨大的潜力,尤其是滩坝岩性油气藏有着物性好、横向迁移、纵向叠置等特点,是岩性油气藏勘探的重要方向。在本次研究的指导下,切探2井、尕斯新层系勘探获得了一系列重大突破。

6 结论

(1)柴西南区具备形成岩性油气藏形成的四大有利条件。一是发育继承性的七个泉—红柳泉、砂西—跃进、扎哈泉—乌南三大稳定的古斜坡,利于油气聚集成藏;二是邻近红狮和扎哈泉两个生烃中心,油源条件优越;三是咸化湖盆发育大型辫状河三角洲、广覆式分布的滨浅湖滩坝及藻席—灰云坪沉积,形成碎屑岩和碳酸盐岩两种互补型的储集体;四是发育多种疏导体系,纵向上可以形成多套含油层系。

(2)柴西南区发育4种类型岩性圈闭。受古构造、沉积、成岩等因素控制,发育砂岩上倾尖灭、砂岩透镜体、物性封堵和白云石化成岩圈闭4种类型岩性圈闭。

(3)柴西南岩性油气藏受古构造、优质源岩和有效储层三因素控制。古构造决定岩性圈闭的类型和油气运移方向,优质烃源岩控制油气藏的分布及规模,有效储层控制油气藏的富集。

(4)辫状河三角洲前缘砂体是古近系下干柴沟组下段岩性油气藏勘探的有利区,主要分布在砂西、尕斯、乌南地区向盆内的倾末端;白云石化成岩圈闭是古近系下干柴沟组上段岩性油气藏勘探的有利区,主要分布在环红狮凹陷周缘;广覆式分布的滩坝是新近系上干柴沟组、下油砂山组岩性油气藏勘探的有利区,主要分布在英雄岭、尕斯、扎哈泉、乌南等地区。

利益冲突声明/Conflict of Interests

所有作者声明不存在利益冲突。

All authors disclose no relevant conflict of interests.

作者贡献/Authors’Contributions

吴颜雄、施奇参与论文写作和修改;薛建勤、王艳清提供修改意见;杨芸、刘君林提供样品和资料支持;马凤春、李翔参与文章设计及讨论。所有作者均阅读并同意最终稿件的提交。

WU Yanxiong and SHI Qi participated in the writing and revision of the article. XUE Jianqin and WANG Yanqing provided revision suggestions. YANG Yun and LIU Junlin provided samples and data support. MA Fengchun and LI Xiang participated in the design and discussion of the article. All authors have read the latest version of paper and consented for submission.