巨銀娟，張小莉，李亞軍，李百強

(1.西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069;2.西北大學(xué) 大陸動力學(xué)國家重點實驗室，陜西 西安 710069)

0 引 言

裂縫性油氣藏在油氣勘探中的作用日益顯著[1-5]，前人的研究工作對碳酸鹽儲層及砂巖儲層中的裂縫發(fā)育特征，裂縫的測井響應(yīng)特征、控制因素以及裂縫特征與油氣產(chǎn)量的關(guān)系做了較為系統(tǒng)的研究[6-8]，提出了一系列重要的認識。油氣儲層中裂縫的成因機制及有效識別是決定油氣勘探能否成功的關(guān)鍵因素，已有的研究對泥巖及粉砂質(zhì)泥巖等致密性油氣藏中的裂縫識別進行了詳細工作[9-11]。而目前對于由變質(zhì)沉積巖-巖漿巖等組成的基巖儲層的研究還較為薄弱，變質(zhì)基底由于其巖性組成復(fù)雜，受構(gòu)造運動的影響強烈，其裂縫發(fā)育特征與傳統(tǒng)的沉積型泥巖、粉砂質(zhì)泥巖等明顯不同，因此基巖中裂縫成因機制研究及有效的測井特征識別成為近年來油氣勘探中新的動向[12-13]。柴達木盆地是中國西北重要的油氣生產(chǎn)基地，自2008年以來，在柴達木盆地西南部的昆北斷階帶勘探發(fā)現(xiàn)大量基巖裂縫性油氣藏，工業(yè)產(chǎn)量較高，日益成為柴達木盆地油氣資源的主力產(chǎn)區(qū)[14-16]；因此對該區(qū)基巖儲層中裂縫的成因機制及分布特征的詳細研究對下一步的油氣勘探具有重要的理論指導(dǎo)意義。文中選擇柴達木盆地西南部昆北斷階帶中的基巖儲層，依據(jù)巖心資料，進行詳細的巖石學(xué)、裂縫特征研究，對裂縫的成因機制提出了一些新的認識。

1 區(qū)域及勘探概況

昆北油田位于柴達木盆地西南部的昆北斷階帶內(nèi)，其中的“西部斜坡帶”是昆北斷階帶內(nèi)乃至整個柴達木盆地以“基巖為主力產(chǎn)層”最為典型和成熟的區(qū)塊。原本堅硬致密的基巖之所以能具有儲集油氣的能力，是因為經(jīng)歷了構(gòu)造抬升剝蝕、地表風(fēng)化淋濾，而后又被沉積埋深并長期遭受地下水的溶蝕作用，經(jīng)過這一系列有利于“儲層化”的建設(shè)性作用后，使得原本堅硬致密的花崗巖中產(chǎn)生與后期地質(zhì)作用相對應(yīng)的儲集空間類型，因此基巖儲集體具有極強的非均質(zhì)性和復(fù)雜性。

昆北地區(qū)的油氣勘探歷史可分為：2006年以前勘探舉步維艱的階段、2007年至2010年重大突破階段、2010年至今全面研究持續(xù)增產(chǎn)階段這3個階段[17]：昆北斷階帶的油氣勘探工作始于1983年，至2007年在烏南—切克里克地區(qū)部署三維地震，進一步落實了切6號構(gòu)造的形態(tài)及細節(jié)。2010年昆北Q4-Q16井區(qū)鉆探的Q163，Q401，Q402，Q402，Q406井基巖中均見到良好的油氣顯示，截止2010年上繳控制儲量已達1 100萬t，昆北基巖油田分部如圖1所示。

圖1 柴達木盆地西南地區(qū)中生界沉積前基底結(jié)構(gòu)分布(據(jù)青海油田研究院)Fig.1 Distribution pattern of the Mesozoic basement in the southwestern Qaidam Basin (After the Oil institute of Qinghai Oilfield Company)

2 基巖儲集性能的影響因素

2.1 基巖的形成時代

柴西南昆北地區(qū)的巖石地層從早元古代到晚第三紀都有較好出露，盆地西南緣構(gòu)造演化歷史可以從根本上約束基底巖性成因[18-19]。 基巖年代學(xué)研究表明Q6井區(qū)的Q603井基巖定年時代為中奧陶世(430±2 Ma)花崗巖，從盆地構(gòu)造演化歷史中可以看到昆北的Q603井區(qū)花崗巖基巖形成的構(gòu)造背景為奧陶紀—志留紀期間洋盆開始發(fā)生北向俯沖碰撞形成大量花崗質(zhì)巖漿作用；Q16-Q4井區(qū)以Q406井基巖定年時代為晚二疊世(256±4 Ma)花崗巖，該井區(qū)基巖的的形成由于古特提斯洋盆的閉合而形成大量早二疊世—晚三疊世的俯沖—碰撞型花崗巖[20]。將不同井區(qū)的花崗巖基巖形成時代放入整個柴西南區(qū)域構(gòu)造演化格局中，Q6井區(qū)的基巖年代早于Q16-Q4井區(qū)將近200 Ma；巖相學(xué)也表明從Q16-Q4井區(qū)到Q6井區(qū)因為鉀含量增加巖性從灰白色的二長花崗巖變?yōu)槿饧t色鉀長花崗巖。 對于基巖儲集性研究所關(guān)注的儲集性能方面差異來說，沒有發(fā)現(xiàn)2個井區(qū)因為形成背景及年代的差異而導(dǎo)致儲集性差別的證據(jù)(圖2)。

圖2 柴西南基底形成期次與構(gòu)造演化歷史Fig.2 Models for the tectonic evolution and episode of the basement in the southwestern Qaidam Basin

2.2 基巖經(jīng)歷的構(gòu)造運動期次

昆北基底基本格局形成于晚二疊世，至此之后基巖經(jīng)歷了中生代的3期構(gòu)造運動和新生代的5期構(gòu)造運動，這些中新生代所經(jīng)歷的構(gòu)造運動為昆北先后兩期形成的花崗巖向有儲集能力的儲集體轉(zhuǎn)化提供大的動力學(xué)背景。其中對基巖抬升剝蝕風(fēng)化意義最大的為中生代的印支和燕山運動；新生代的5期構(gòu)造運動主要對柴西南基巖上覆的沉積體系影響較大，總結(jié)各期次構(gòu)造運動形成與之對應(yīng)的不整合面詳見表1.

昆北地區(qū)中奧陶世和晚二疊世兩期花崗巖全部形成以后，印支運動的構(gòu)造擠壓變形和燕山運動的抬升風(fēng)化剝蝕對昆北基巖的形成起著關(guān)鍵性作用。在印支期昆北基巖處于隆起剝蝕狀態(tài)，柴西南整體缺失三疊紀地層，自侏羅紀開始形成巨大內(nèi)陸盆地。但侏羅、白堊系地層在柴達木盆地內(nèi)并不發(fā)育為沿祁連山和阿爾金山麓呈斷續(xù)分布的條帶狀[21-22]?；◢弾r體中長石云母在大氣淡水和地層水的蝕變下易形成溶蝕性孔縫，使得原本堅硬致密的花崗巖內(nèi)部形成儲集空間，從而導(dǎo)致昆北花崗巖風(fēng)化殼非常發(fā)育?；鶐r風(fēng)化殼在地震響應(yīng)上表現(xiàn)為弱振幅，內(nèi)部主體表現(xiàn)為“短軸”強振幅雜亂反射特征。

2.3 斷裂系統(tǒng)的分布情況

昆侖山前斷裂為祁漫塔格山北界的南傾逆斷裂，走向NW，斷距500～2 000 m，從基底斷至第四系。斷裂上盤地層在后期遭受剝蝕，而下盤地層較厚保存較全。其中西段的反沖褶皺帶受斷裂影響最為強烈變形也最為激烈[22-24]。昆北區(qū)內(nèi)的三四級小斷層南北向展布且傾向變數(shù)多，如Q12西斷層或Q16的北東向斷層把北西西向展布的大構(gòu)造帶分割成小塊。

在裂縫測井識別的基礎(chǔ)上，計算反映裂縫發(fā)育程度的2個參數(shù)即：裂縫密度和裂縫發(fā)育率[14]，并依據(jù)統(tǒng)一的高度比例尺組合依次按區(qū)域平面井點投放(圖3)，裂縫發(fā)育參數(shù)井點柱狀圖表明裂縫密度和裂縫發(fā)育率隨著井點與斷裂距離的逐漸變遠都呈減小趨勢，但裂縫密度這種減小的反相關(guān)性明顯低于裂縫發(fā)育率，分析認為這與裂縫密度受斷裂以外其他因素共同影響有關(guān)。同時也將成像測井解釋統(tǒng)計的6口重點井基巖段的裂縫走向“玫瑰花”圖放到對應(yīng)井點上(圖4)，可以看出研究區(qū)內(nèi)二級斷層昆北2號、3號、5號在西部為北西西向，從研究內(nèi)2號斷層附近的Q11和Q12兩口井的裂縫走向與斷裂背景的走向一致；位于Q6井區(qū)的Q6，Q603，Q606的成像解釋裂縫走向為北西—南東為主，DSI資料驗證該區(qū)現(xiàn)今的最大水平主應(yīng)力方位主要為北北東和南南西，與裂縫產(chǎn)狀成像測井統(tǒng)計一致，表明區(qū)域應(yīng)力場是有利于裂縫開啟和保存的(圖3，4)。

表1 柴西南地層格架與構(gòu)造期次模式統(tǒng)計Table 1 Statistics of the tectonic mode and strata in the Southwestern Qaidam Basin

圖3 昆北單井基巖段裂縫密度與裂縫發(fā)育率平面分布特征Fig.3 Plane distribution pattern of the fracture density and development rate in the basement section for single well

圖4 昆北6口重點井成像測井解釋基巖段裂縫走向平面分布Fig.4 Plane distribution of the fracture trend by the imaging logging interpretation for the 6 typical well in the Kunbei Area

2.4 古地貌特征差異

因早期基巖地貌為西高東低，新生代早期繼承昆北基底西高東低的古凸起特征，因此其上伏新生代的路樂河組和下干柴溝組下段自東向西逐層超覆，在Q12井區(qū)因為地形較高而缺失路樂河組沉積為下干柴溝下段地層直接與基巖接觸。在Q16-Q4區(qū)塊早第三系也呈西高東低的古斜坡背景，地層自東向西也逐層超覆尖滅，各個層組均向西超覆于基巖之上形成眾多的有利巖性圈閉，從古今地震剖面對比圖可以看出(圖5)，基巖古地貌對早第三系開始沉積的控制作用，沉積體系的厚度由西向東逐漸增厚因為東邊地勢較低接受沉積的時間比西部長，古地貌在新近紀構(gòu)造返轉(zhuǎn)，西部沉降東部抬升這一構(gòu)造過程使得東部的Q6井區(qū)抬升剝蝕而缺少部分新近系的沉積。

圖5 Q12構(gòu)造至Q6構(gòu)造演化剖面Fig.5 Tectonic profiles from the Q 12 and Q6 section

以Q12和Q6號構(gòu)造為例來說明古地貌對各局部井區(qū)對基巖儲集體分布的影響。例如Q6號構(gòu)造高點位于Q6井-Q601井之間，南側(cè)較陡北側(cè)較緩，東部緩西部窄，淺層緩深層陡，淺層構(gòu)造閉合幅度小、深層構(gòu)造閉合幅度大，在深層構(gòu)造南側(cè)還有小斷層切割(圖5)。

2.5 原巖水巖反應(yīng)差異

由于西部地區(qū)地貌較高處于剝蝕區(qū)，基巖的風(fēng)化作用以物理風(fēng)化為主，加之該區(qū)基巖中鉀長石中脆性破裂較多，裂隙中沒有碳酸鹽脈的灌入，鉀長石顆粒受微弱的高嶺土化，因此礦物破裂形成的裂隙保存較好是相對有利的儲集層。同時由于該區(qū)處于剝蝕區(qū)風(fēng)化基巖厚度總體不大；相對于東部Q6井區(qū)基巖巖性為鉀長花崗巖，云母類(黑云母、白云母)礦物含量較高，基巖儲集體上部有大量的沉積地層(路樂河組和干柴溝組)覆蓋，該區(qū)基巖風(fēng)化主要受沉積地層中地下水溶蝕控制，已有的研究資料表明Q4井區(qū)的地下水PH值為6呈弱酸性，在這種酸性地下水的作用下利于礦物中陽離子溶解于水中，從而促進礦物結(jié)構(gòu)的解體[15](圖6)。

總結(jié)基巖水巖化學(xué)蝕變得作用類型和表現(xiàn)有，基巖主要組成巖石為二長花崗巖、鉀長石和斜長石發(fā)生明顯高嶺土化和蒙皂石化，云母類礦物主要受蛭石化，總體上礦物的體積膨脹增大形成張性裂縫；酸性地下水中有大量CO2溶入并與巖石中陽離子結(jié)合[24-27]，容易形成碳酸鈣(CaCO3)、碳酸鉀(KHCO3)及碳酸鈉(NaHCO3)等弱堿性礦物并填充于巖石裂隙中，因此此次研究中在巖心觀察和鏡下薄片中常見到巖石裂隙中有大量方解石脈灌入，西部地區(qū)的縫洞類型主要以溶蝕性縫洞為主，如果沒有經(jīng)歷后期的抬升剝蝕，東部地區(qū)基巖風(fēng)化層雖然厚度較大但是縫洞的連通性較差。

圖6 昆北基巖儲集體東部-西部水巖反應(yīng)差異對比Fig.6 Differences in water-rocks interaction from the basement reservoir in the Kunbei Area

3 結(jié) 論

1)斷裂分布是昆北基巖儲集性的主控因素，裂縫密度和裂縫發(fā)育率隨著井點與斷裂距離的逐漸變遠均呈減小趨勢，裂縫產(chǎn)狀主體為北北東與區(qū)域應(yīng)力場走向吻合度高。古地形地貌以及水巖反應(yīng)的差異對儲集性影響次之；

2)昆北西部井區(qū)中見脆性顆粒因經(jīng)受物理風(fēng)化時間較長而形成的差異風(fēng)化破裂縫。昆北東部井區(qū)因接受沉積時間較早上覆水巖反應(yīng)產(chǎn)生的鈣鎂離子在基巖裂縫中濃度較大易發(fā)生沉淀，因此多見次生方解石脈貫入構(gòu)造節(jié)理縫中。