劉桂珍,張德詩,李能武
(1.西安石油大學地球科學與工程學院,西安710065;2.中國石油青海油田分公司勘探開發(fā)研究院,甘肅敦煌736202)
昆北斷階帶基巖儲層特征及油氣成藏條件
劉桂珍1,張德詩2,李能武2
(1.西安石油大學地球科學與工程學院,西安710065;2.中國石油青海油田分公司勘探開發(fā)研究院,甘肅敦煌736202)
利用巖心、薄片、掃描電鏡、測井及儲層物性等資料,對昆北斷階帶基巖儲層特征及油氣成藏條件等進行了研究。結果表明:基巖儲層巖性主要為花崗巖和變質板巖;花崗巖主要以溶蝕縫、構造縫和溶蝕孔為儲集空間,板巖主要以構造縫為儲集空間;基巖油氣成藏的有利條件包括良好的油氣源,豐富的構造裂縫、溶蝕縫和溶蝕孔等儲集空間,多樣的圈閉類型和良好的疏導體系;基巖油氣成藏的主控因素為多期次活動的斷裂和不整合面及之下的風化殼。
基巖儲層;裂縫型儲層;油氣成藏;昆北斷階帶
隨著國內外油氣勘探程度的不斷深入,基巖(包括變質巖和火成巖)中的油氣勘探將成為非常規(guī)油氣勘探的又一個亮點[1],許多基巖油氣藏相繼被發(fā)現并獲得了較多的工業(yè)油氣流井,如越南Cuu Long油田[2]、委內瑞拉La Concepcion油田[2]、也門Kharir油田[3]和印度尼西亞Beruk油田[4]等,這些油田的共同特征是油氣分布主要受儲層影響,并以裂縫為主要儲集空間[5]。我國在渤海灣盆地基底花崗巖中發(fā)現了工業(yè)油氣流[6-10]、在松遼盆地中央隆起帶海西期花崗巖風化殼中發(fā)現了肇州西氣藏[11]、在東海盆地與珠江口盆地等都發(fā)現了花崗巖油氣藏[12],它們都引起人們對基巖油氣藏儲層特征和油氣成藏模式研究的重視[13]。
昆北斷階帶位于柴達木盆地西緣祁漫塔格山前(圖1),包括鐵木里克凸起和切克里克凹陷,位于東柴山構造帶南側。該區(qū)處于昆侖山前,它隨著昆侖山的抬升,構造活動比較強烈,形成了背斜、斷背斜和斷塊等多種類型的圈閉。昆北斷階帶總體結構為一個大型山前壓扭沖斷構造帶,受盆-山關系、區(qū)域構造演化與動力機制的控制,特別是受晚喜馬拉雅運動期間南北向構造動力控制,昆北斷裂體系呈NW—NWW向帶狀展布[14-15],其整體構造格局具有南北分帶、東西分段和上下分層的特征[16-17]。
圖1 柴達木盆地昆北斷階帶基底構造綱要圖[17]Fig.1 Structuralsketch of basement in the northern Kunlun faultzone,Qaidam Basin
柴達木盆地具有古生代褶皺基底和元古代結晶基底的雙重基底結構,基底頂面分布有古生代淺變質巖及中—淺變質巖、元古代中—深變質巖和侵入火成巖體[18]。昆北斷階帶主要由古生代與元古代變質巖和古生代侵入巖體組成[19],東段主要為花崗巖,西段為變質巖和花崗巖復合基底,侵入巖體沿早期形成的近東西向斷裂展布,如切6、切4和切12構造帶上分布的基巖,目前在這3個構造帶上的基巖內均獲得了油氣顯示或工業(yè)油流[20]。柴達木盆地基巖油氣藏的勘探剛剛起步,開展基巖儲層特征及油氣成藏條件研究,對指導研究區(qū)下一步基巖油氣藏勘探具有重要意義。
1.1巖石學特征
由對巖屑錄井與鉆井取心的觀察和薄片鑒定可知,昆北斷階帶基底巖性為花崗巖,還有少量變質板巖。鉆井揭示花崗巖主要分布于切6、切4和切12構造帶上,板巖主要分布于切12構造帶上。
(1)花崗巖
花崗巖多呈肉紅色,主要礦物成分為石英(體積分數為25%)、鉀長石(體積分數為30%)、斜長石(體積分數為20%)和黑云母(體積分數為15%)等,次要礦物為角閃石(體積分數為1%)和白云母(體積分數為2%)等,其他礦物為副礦物,體積分數約7%。該區(qū)花崗巖中常見多種蝕變現象,蝕變程度各有差別,主要包括黑云母的綠泥石化、鉀長石的高嶺石化、斜長石的絹云母化和長石的鈉黝簾石化等。巖石中各種礦物晶體顆粒分布均勻、結合較緊密、無定向排列,塊狀構造;礦物晶粒大小為細—中晶粒結構,晶粒粒徑一般為0.5~2.0mm,全晶質結構,半自形粒狀。詳細命名為塊狀二長花崗巖(圖版Ⅰ-1~Ⅰ-2)。
(2)板巖
板巖多呈青灰色,主要由泥巖和粉砂巖變質而形成。變質泥巖主要見于切12井與切11井,板狀構造,與鹽酸反應微弱;變質砂巖主要見于切122井,主要礦物成分為絹云母、綠泥石、石英碎屑、長石碎屑、鐵方解石與鐵白云石等,絹云母與綠泥石均具有明顯的定向排列,次要礦物為黃鐵礦等。變質砂巖具變余砂狀結構,以石英及石英巖顆粒為主,原巖中長石、巖屑及泥質填隙物均已絹云母化,具明顯的定向性(圖版Ⅰ-3~Ⅰ-4)。
1.2測井響應特征
花崗巖儲層在常規(guī)測井曲線上表現為高自然伽馬、高密度、高電阻率、相對低中子和低聲波時差等特征。電阻率分布范圍較大,儲層電阻率主要為80~2 000Ω·m,由于受裂縫影響,花崗巖儲層在雙側向測井曲線上呈明顯正幅度差[圖2(a)]。
板巖儲層在常規(guī)測井曲線上表現為高自然伽馬、高密度、高電阻率、高中子和低聲波時差等特征。電阻率分布范圍較大,板巖儲層電阻率主要為80~700Ω·m,由于受裂縫影響,板巖儲層在雙側向測井曲線上呈明顯正幅度差、陣列感應圖像具有較大的幅度差[圖2(b)]。
圖2 柴達木盆地昆北斷階帶基巖儲層測井響應特征Fig.2 Loggings response characteristicsofbasement reservoirs in the northern Kunlun faultzone,Qaidam Basin
1.3儲集空間類型及特征
昆北斷階帶基巖儲集空間類型多樣,按孔隙結構特征可劃分為孔隙和裂縫,按成因可劃分為原生和次生儲集空間。次生儲集空間以次生裂縫和溶蝕孔為主??傮w來看,研究區(qū)基巖儲層儲集空間為孔隙和裂縫構成的雙孔介質,儲集空間變化大,非均質性強,主要包括構造縫、溶蝕縫和溶蝕孔三大類(表1)。
(1)構造縫特征
表1 柴達木盆地昆北斷階帶基巖儲層儲集空間類型Table 1 Reservoir space typesof basement reservoirs in the northern Kunlun faultzone,Qaidam Basin
花崗巖中發(fā)育多期次裂縫,有張性縫和剪切縫,早期以張性縫為主,被方解石及石英充填或半充填(圖版I-5~I-7),后期裂縫以剪切縫為主,最大裂縫寬度為2mm。裂縫多沿裂理面發(fā)育,以垂直或高角度斜交裂縫為主,少量為低角度縫,單位長度巖心中的開放式裂縫約46條,最大裂縫寬度為15mm。隱性的微裂縫非常發(fā)育,呈網狀,分布密度大,微裂縫間距為毫米級。同時,顯微鏡下觀察均可見解理縫(圖版Ⅰ-8~Ⅰ-9)。
(2)溶蝕縫特征
花崗巖中發(fā)育的構造裂縫為溶蝕孔與溶蝕縫的形成提供了條件,構造縫起到滲流通道的作用,可加快溶蝕速度。研究區(qū)花崗巖沿裂縫溶蝕的現象較普遍,巖心觀察可見溶蝕縫。顯微鏡下觀察分布較多的溶蝕孔與溶蝕縫(圖版Ⅰ-10)。板巖中沿構造縫發(fā)育少量溶蝕縫(圖版Ⅰ-11)。
(3)溶蝕孔特征
花崗巖溶蝕孔整體相對發(fā)育,主要為暗色礦物(黑云母、角閃石和少量長石等)溶蝕或蝕變所致(圖版Ⅰ-12~Ⅰ-16)。一般沿裂縫周圍溶蝕較發(fā)育,局部見溶洞。板巖中基質孔隙極不發(fā)育,更少見到溶蝕現象。
昆北斷階帶處于昆侖山山前地帶,自新生代以來,昆北斷階帶經歷了多期次構造運動的強烈改造,斷裂非常發(fā)育。昆北斷裂是一條多期活動主控逆斷裂[21],其衍生出眾多次級斷裂和裂縫?;◢弾r中的不穩(wěn)定暗色礦物以及鋁硅酸鹽礦物(長石等)沿構造裂縫或解理縫發(fā)生溶蝕,形成溶蝕孔、溶蝕洞和溶蝕縫。昆北斷階帶切6構造帶花崗巖中鋯石定年顯示花崗巖的結晶時代為中—晚奧陶世,屬于加里東期巖漿侵入旋回[18];在海西—印支期全區(qū)都處于隆起剝蝕狀態(tài),沒有接受中生代沉積;從燕山運動至接受古近紀沉積期間,大約經歷了180Ma的風化淋濾,進一步加大了溶蝕孔與溶蝕洞的發(fā)育,并增大了裂縫的張開度,增加了儲集空間,提高了滲流能力,從而形成了豐富多樣的基巖儲集空間類型。
1.4孔隙結構特征
據切603井2塊花崗巖壓汞分析顯示,最大進汞飽和度分別為24.76%和51.54%,退汞效率分別為1.12%和1.61%(表2),孔喉半徑分布顯示雙峰特征,這顯示了基巖中基質儲層具有微喉道及小孔隙的結構特征。雖然存在部分中型孔隙,但數量非常有限,整體孔喉半徑小且分布不均,儲層非均質性強(圖3)。
表2 柴達木盆地昆北斷階帶花崗巖儲層孔隙結構統(tǒng)計Table 2 Reservoir pore configuration of granite in the northern Kunlun fault zone,Qaidam Basin
圖3 昆北斷階帶切603井花崗巖儲層毛管壓力曲線Fig.3 Capillary pressure curvesofgranite reservoirs from Qie603well in thenorthern Kunlun faultzone
1.5物性特征
(1)阻力系數模型:子彈的阻力系數取決于彈丸的速度、外形和姿態(tài)。各枚子彈的拋出速度差較小,對阻力系數影響不大;但拋出姿態(tài)不同,對阻力系數有一定影響。各子彈的阻力系數在一定范圍內呈正態(tài)分布,該分布下的系數可表示為基本阻力系數與正態(tài)隨機量之和,如式(1)所示。
巖心分析資料顯示,基巖基質物性普遍較低,基巖儲層孔隙度為2.6%~4.6%,平均為2.42%;滲透率最大為6.5mD,最小為0.029mD,平均為0.595mD;基質孔隙度普遍小于5%,其分布呈雙峰特征,代表部分基質孔、部分溶蝕孔及裂縫的存在。個別井段孔隙度和滲透率均顯示為高值,主要處于微裂縫或風化殼發(fā)育層段。
2.1良好的油氣源條件
基巖地層不具備生烴能力,基巖中油氣來自于上覆烴源巖地層,基巖油氣藏通常具有“新生古儲”型成藏特征。昆北斷階帶緊鄰柴西地區(qū)紅獅凹陷和扎哈泉—切克里克凹陷,這2個凹陷中下干柴溝組(E3)和上干柴溝組(N1)湖相烴源巖均十分發(fā)育,分布比較穩(wěn)定,有機碳含量較高,下干柴溝組下段(E31)與下干柴溝組上段(E32)的有機碳質量分數分別為0.08%~2.43%和0.02%~1.89%,平均值分別為1.04%和0.71%。上干柴溝組有機碳質量分數為0.01%~2.03%,平均值為0.50%[22];凹陷生烴潛力大,為昆北斷階帶的主要生烴凹陷。
2.2豐富的儲集空間
豐富的儲集空間為基巖內油氣聚集創(chuàng)造了條件。昆北斷階帶基底巖性主要為花崗巖和板巖,花崗巖性脆,構造縫發(fā)育,同時沿構造縫易于產生長石礦物溶蝕,形成溶蝕孔與溶蝕縫。因此,花崗巖儲層儲集空間主要為構造縫、溶蝕縫和溶蝕孔,儲集性能較好。板巖主要為變質砂巖和變質泥巖,巖性致密,主要發(fā)育構造縫,且多數被方解石充填(圖版Ⅰ-3),沿構造縫發(fā)育少量溶蝕縫,溶蝕孔不發(fā)育。同時,花崗巖中長石礦物的解理縫也可作為油氣的儲集空間(圖版Ⅰ-8)。
2.3多樣的圈閉類型
(1)基巖風化殼圈閉
昆北斷階帶基巖風化殼非常發(fā)育,特別是花崗巖體中的長石容易受大氣淡水溶蝕和風化,形成有效儲層。受差異風化作用的影響,基巖隆起區(qū)極易形成巖性圈閉。上覆古近系(E)—新近系(N)泥巖為區(qū)域蓋層。
從基巖巖心觀察發(fā)現,在花崗巖頂部構造帶存在厚度不等的風化殼層,目前在切11井、切4井、切401井和切7井等均已證實。由于受古地貌的控制,風化殼厚度平面分布不均,最大厚度可達50m。測井資料顯示,在不整合面之下,基巖頂部儲層孔隙度和滲透率均明顯好于下部層段,物性沿不整合面存在垂向分帶性。風化殼在空間上具有三層結構,分別為風化殘積層、半風化層和未風化巖石(圖4),其中半風化層是有效的儲層,是風化殼圈閉的重要組成部分。
圖4 昆北斷階帶切401井花崗巖風化殼結構圖Fig.4 W eathering cruststructure ofgranite in Qie 401well in the northern Kunlun fault zone
(2)基巖內幕(裂縫)圈閉
昆北斷階帶基巖中還存在一種基巖內幕(裂縫)圈閉。由于研究區(qū)存在多期次斷裂活動,它們在基巖內部產生一些構造縫,并被上覆非滲透基巖層覆蓋,形成基巖內幕圈閉。
2.4良好的疏導體系
斷裂與不整合面是研究區(qū)主要的疏導體系,溝通油源的主控斷裂和起側向封堵作用的次級斷裂是形成局部油氣富集高產的重要因素。繼承性的主控斷裂帶對區(qū)域地層厚度和局部構造的發(fā)育均具有重要的控制作用。
昆北斷階帶基巖內油氣富集與不整合面密切相關,基巖頂部不整合面由于長期受風化剝蝕和淋濾作用影響,地層孔隙連通性增強;不整合面之下的地層經歷風化剝蝕和多期次構造改造,增大了垂向連通性,提高了地層的孔隙度和滲透率,為油氣運移和聚集均創(chuàng)造了條件。來自切克—扎哈泉生烴凹陷的油氣通過昆北斷裂運移至昆北斷層上盤,然后沿不整合面充注到各個圈閉中(圖5)。
圖5 昆北斷階帶過切12井—切6井油藏剖面圖Fig.5 Reservoir profile acrossQie12 to Qie 6wells in the northern Kunlun faultzone
3.1多期次活動的斷裂
區(qū)域性一級大斷裂明顯控制了昆北地區(qū)乃至整個柴西地區(qū)新生代盆地的形成與發(fā)育[14]。自新生代以來,昆北斷階帶經歷了多期次構造運動的強烈改造,帶內逆沖斷裂非常發(fā)育[14,22](參見圖1)。從斷裂的形成時間和對沉積的控制作用來看,柴西地區(qū)逆斷裂又分為同生逆斷裂(基底形成期—古新世—上新世早期)、后生—同生逆斷裂(下油砂山組沉積后—上油砂山組沉積前)和后生逆斷裂(中晚上新世—第四紀)共3種類型,其中同生逆斷裂主要發(fā)育于昆北斷階帶[21]。
昆北斷階帶斷裂對基巖儲層發(fā)育和油氣聚集均具有明顯的控制作用,同時也是油氣縱向運移的通道。①長期活動的同生逆斷裂提高了基巖儲層的發(fā)育程度。這些斷裂長期活動,沿同生逆斷裂產生溶蝕孔與溶蝕縫,改善了基巖儲層的儲集性能。②斷裂派生出的裂縫是油氣聚集的主要場所。在古近紀逆沖擠壓作用過程中,特別是晚喜馬拉雅運動期間,柴達木盆地受南北向擠壓應力控制[17-18],整體呈東部收斂、西部散開的帚狀壓扭斷裂體系,此時形成的逆斷裂派生出許多小斷裂和裂縫,為油氣聚集提供了場所。從巖心統(tǒng)計來看,研究區(qū)基巖裂縫相當發(fā)育,單位長度巖心發(fā)育裂縫約30條。巖心觀察及成像測井統(tǒng)計均表明,研究區(qū)基巖中發(fā)育大量高角度裂縫,有效裂縫中占絕對優(yōu)勢的裂縫寬度為0.076~0.710mm,裂縫密度為1~30條/m,以網狀縫和斜交縫為主。裂隙率最大為0.129%,最小為0.043%,平均為0.082%。據成像測井資料統(tǒng)計,裂縫的主方向為北西—南東向。裂縫主要分布于主斷裂附近,由于構造應力的大量釋放,使基巖破碎,產生了大量的構造裂縫系統(tǒng),有利于油氣聚集成藏。從目前基巖油氣顯示分析,油氣并非全聚集于基巖頂部,有些聚集于裂縫發(fā)育層段。③昆北斷階帶同生斷裂在基巖油氣運聚中起輸導作用,其強烈活動時期為E31—N21[23-24]。柴西地區(qū)烴源巖為下干柴溝組下段、下干柴溝組上段和上干柴溝組暗色泥巖[25-26],下干柴溝組下段和下干柴溝組上段烴源巖均在N1時開始成熟,在N21時進入生烴高峰期;上干柴溝組烴源巖在N21時開始成熟,在N22時進入生烴高峰期[26],因此N21時期為油氣成藏的關鍵時期,有利于油氣聚集成藏。④同生斷裂控制下的剝蝕古凸起是油氣富集優(yōu)勢區(qū)。同生斷裂邊活動,古凸起邊發(fā)育,位于油源區(qū)附近的同生古凸起有利于油氣聚集成藏,如切6構造帶上的基巖油氣藏(參見圖5)。
3.2不整合面及之下的風化殼
不整合是因地殼抬升并遭受風化剝蝕而形成的上、下地層呈不連續(xù)接觸的關系,代表了后期地質作用對前期沉積物不同程度的改造,且形成具有一定孔隙和滲透性的地層。不整合面及之下的風化殼對基巖油氣藏的形成具有明顯的控制作用。①不整合面之下花崗巖年代古老,構造運動使其長期經受抬升,并遭受風化剝蝕與淋濾改造,形成巨厚風化殼,進而形成比較好的孔隙型花崗巖儲層,這是目前已發(fā)現花崗巖油氣田中最有利的孔、洞型儲層,是花崗巖油氣藏產能高、均質性好,并能形成較大規(guī)模油氣藏的最重要因素。②不整合面是油氣橫向運移的主要通道。油氣沿不整合面之下的滲透層橫向運移時遇到適合的圈閉便聚集成藏,如切12與切11構造帶上的基巖油氣藏(參見圖5)。
(1)昆北斷階帶基巖油氣儲層巖性主要為花崗巖和板巖,花崗巖儲層的儲集空間主要為構造縫、溶蝕縫和溶蝕孔,而板巖儲層的儲集空間主要為構造縫。
(2)昆北斷階帶基巖油氣成藏的有利條件為良好的油氣源,豐富的構造縫、溶蝕縫和溶蝕孔等儲集空間,多樣的圈閉類型和良好的輸導體系。
(3)昆北斷階帶基巖油氣成藏的主控因素為多期次活動的斷裂和不整合面及之下的風化殼。
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圖版Ⅰ
(本文編輯:李在光)
Characteristicsof basement reservoirsand hydrocarbon accumulation conditions in thenorthern Kunlun fault zone
LIU Guizhen1,ZHANG Deshi2,LINengwu2
(1.SchoolofEarth Science and Engineering,Xi'an Shiyou University,Xi'an 710065,China;2.Research Institute of Exploration and Development,PetroChina QinghaiOilfield Company,Dunhuang 763202,Gansu,China)
Based on coreobservation,thin section identification,scanning electronmicroscopy analysis,logging data and physical properties,this paper studied the characteristicsof basement reservoirs and hydrocarbon accumulation conditionsin thenorthern Kunlun faultzone.The results indicate thatthebasementreservoirsaremainlyofgraniteand metamorphic slate,the reservoirspacesofgranitearemainlydissolved fractures,tectonic fracturesand dissolved pores,and themain reservoir spacesof slate is tectonic fractures.Themain conditionsofhydrocarbon accumulation in the basement rocks include good source conditions,rich reservoir spaces of tectonic fractures,dissolved fractures and dissolved pores,aswellasvarioustrapsand goodmigration system.Multi-stage faults,unconformity surfaceandweathering crustare thecontrolling factorsofhydrocarbon accumulation.
basementreservoirs;fractured reservoirs;hydrocarbon accumulation;northern Kunlun faultszone
TE122.2
A
1673-8926(2015)02-0062-08
2014-07-09;
2014-09-10
陜西省教育廳專項科研計劃項目“鄂爾多斯盆地致密砂巖油藏儲層致密史研究”(編號:12JK0488)與“起伏地表有限元法疊前逆時偏移研究”(編號:13JK0845)及中國石油股份有限公司科研項目“昆北斷階帶變質巖實驗分析”(編號:2009-81-05)聯(lián)合資助
劉桂珍(1976-),女,博士,講師,主要從事沉積學和儲層地質學的教學與科研工作。地址:(710065)陜西省西安市電子二路東段18號西安石油大學地球科學與工程學院。E-mail:liuguizhen509@xsyu.edu.cn。