伍勁，高先志，周偉，張永庶，楊云，由超

（1.中國(guó)石油 杭州地質(zhì)研究院，杭州 310023；2.中國(guó)石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 100249；3.成都理工大學(xué) 能源學(xué)院，成都 610059；4.中國(guó)石油 青海油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，甘肅 敦煌 736202）

自2003年以來(lái)，柴達(dá)木盆地相繼在馬北地區(qū)、昆北地區(qū)和東坪地區(qū)的基巖頂部獲得重大油氣發(fā)現(xiàn)（圖1），引起對(duì)柴達(dá)木盆地基巖油氣藏勘探極大關(guān)注?；鶐r油氣藏是含油氣盆地重要勘探領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外已發(fā)現(xiàn)許多基巖油氣田[1-5]，一般認(rèn)為，基巖油氣藏的儲(chǔ)集層主要為裂縫儲(chǔ)集層[6-9]，而對(duì)基巖風(fēng)化溶蝕型儲(chǔ)集層特征的研究較少，研究程度較低[9-10]。針對(duì)深埋地下的花崗巖古風(fēng)化殼發(fā)育特征也鮮有報(bào)道。柴達(dá)木盆地馬北地區(qū)、昆北地區(qū)和東坪地區(qū)基巖油氣藏儲(chǔ)集層中普遍發(fā)育溶蝕孔縫，這表明風(fēng)化作用對(duì)柴達(dá)木盆地基巖儲(chǔ)集層的形成有重要作用。昆北地區(qū)油氣運(yùn)移特征表明，基巖不整合面是重要的輸導(dǎo)層[11]。本文通過(guò)柴達(dá)木盆地東坪地區(qū)基巖風(fēng)化殼特征的研究，劃分了基巖風(fēng)化殼的結(jié)構(gòu)，指出了風(fēng)化殼儲(chǔ)集層發(fā)育特點(diǎn)，討論了風(fēng)化殼對(duì)基巖油氣藏形成的作用。

圖1 柴達(dá)木盆地基巖油氣藏發(fā)育區(qū)與研究區(qū)位置

1 研究區(qū)概況

東坪地區(qū)是柴達(dá)木盆地阿爾金山山前的一個(gè)斜坡區(qū)（圖1），遠(yuǎn)離生烴凹陷，但在古太古界基巖和始新統(tǒng)路樂(lè)河組中發(fā)現(xiàn)了氣藏。研究區(qū)基巖的巖石類型主要為古太古界花崗巖和花崗片麻巖（圖2），基底埋深較淺，頂面埋深小于4 000 m.基巖之上為始新統(tǒng)路樂(lè)河組湖相砂泥巖直接覆蓋。

2 基巖風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)

許多學(xué)者對(duì)風(fēng)化殼剖面進(jìn)行過(guò)細(xì)致的研究和劃分，文獻(xiàn)［12］在研究火成巖風(fēng)化殼剖面時(shí)提出，理想的風(fēng)化殼剖面分為6個(gè)級(jí)別，自上而下分別為殘積土、完全風(fēng)化層、高度風(fēng)化層、中等風(fēng)化層、輕微風(fēng)化層和未風(fēng)化的新鮮巖石。這一劃分方案得到了后期研究人員的廣泛引用[13-15]。但也有學(xué)者把風(fēng)化殼剖面概括劃分為3個(gè)帶：即殘積土、風(fēng)化巖和未風(fēng)化原巖[16-18]。文獻(xiàn)［19］在對(duì)三塘湖盆地石炭系火山巖的研究中，將火山巖風(fēng)化殼自上而下劃分為最終分解產(chǎn)物帶、水解帶、淋濾帶、崩解帶和未風(fēng)化帶（母巖）。文獻(xiàn)［20］則把完整的火山巖風(fēng)化殼剖面劃分為土壤層、水解帶、溶蝕帶、崩解帶和母巖。

不同風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)層是巖石風(fēng)化程度的反映。從油氣勘探角度，需要查明風(fēng)化殼與儲(chǔ)集層發(fā)育的關(guān)系，因此從風(fēng)化作用對(duì)基巖儲(chǔ)集層發(fā)育的影響角度出發(fā)，基于對(duì)研究區(qū)巖心的研究，本文把基巖風(fēng)化殼的結(jié)構(gòu)自上而下分為完全風(fēng)化層、半風(fēng)化層和未風(fēng)化層3個(gè)層（表1）。

圖2 東坪地區(qū)古太古界基巖頂面構(gòu)造

2.1 完全風(fēng)化層

完全風(fēng)化層是基巖風(fēng)化程度最嚴(yán)重的層，看不出原巖的原始性狀和結(jié)構(gòu)特征，基巖被風(fēng)化成黏土及碎屑?xì)埛e層。完全風(fēng)化層可以進(jìn)一步分為古土壤層和風(fēng)化殘積層。

2.1.1 古土壤層

古土壤層主要由黏土礦物組成，為富含有機(jī)質(zhì)的黑色碳質(zhì)泥巖，基巖幾乎完全風(fēng)化成黏土礦物，呈深黑色。但東坪地區(qū)基巖頂部受強(qiáng)烈風(fēng)化剝蝕作用的影響，古土壤層僅在部分井保留。

2.1.2 風(fēng)化殘積層

風(fēng)化殘積層主要由風(fēng)化黏土和風(fēng)化殘余砂粒、基巖角礫堆積而成，風(fēng)化黏土礦物含量大于20%，基巖原始格架特征已經(jīng)消失，從淺到深風(fēng)化殘留角礫粒度變大，反映了風(fēng)化程度由強(qiáng)到弱的變化。坪1H-2-3井基巖風(fēng)化層頂部3 077.20 m處巖心和薄片特征表明，其巖心由風(fēng)化黏土和風(fēng)化殘留角礫組成，黏土礦物含量大于20%，角礫分選差，邊緣見(jiàn)褐紅色鐵質(zhì)環(huán)邊，角礫粒徑一般為5～10 mm，少數(shù)角礫粒徑可達(dá)30 mm，組成角礫的主要礦物為鉀長(zhǎng)石（圖3a），巖礦薄片中原始礦物晶形消失，風(fēng)化殘留礦物主要為鉀長(zhǎng)石，蝕變嚴(yán)重，解理蝕變加寬后被后期石膏和方解石充填，且礦物上有很多蝕變的“坑槽”，黏土礦物與石膏和碳酸鹽礦物膠結(jié)混雜在一起（圖3b），具有典型的完全風(fēng)化層特征。

表1 東坪地區(qū)古太古界基巖風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)及特征

2.2 半風(fēng)化層

半風(fēng)化層是指基巖受到風(fēng)化和礦物蝕變，溶蝕孔縫發(fā)育，整體上保持有原巖的基本骨架特征。根據(jù)礦物蝕變程度和溶蝕孔縫發(fā)育程度不同，半風(fēng)化層自上而下分為風(fēng)化溶蝕帶和風(fēng)化崩解帶，前者可見(jiàn)明顯的礦物蝕變，溶蝕孔縫發(fā)育；后者則溶蝕現(xiàn)象輕微，節(jié)理縫發(fā)育（表1）。風(fēng)化溶蝕帶以化學(xué)溶蝕風(fēng)化作用為主，風(fēng)化崩解帶以物理風(fēng)化作用為主，盡管風(fēng)化溶蝕帶和風(fēng)化崩解帶的風(fēng)化機(jī)理不同，但兩者間的界限并不十分明顯，呈過(guò)渡性變化。

2.2.1 風(fēng)化溶蝕帶

風(fēng)化溶蝕帶主要由強(qiáng)溶蝕基巖組成，保留基巖的原始格架，黏土礦物含量10%～20%，礦物蝕變和溶蝕作用嚴(yán)重，可見(jiàn)各種溶孔和裂縫。巖礦薄片中可見(jiàn)長(zhǎng)石云母化、高嶺土化，黑云母和角閃石綠泥石化（圖3c），網(wǎng)狀裂縫發(fā)育，長(zhǎng)石和黑云母礦物解理蝕變加寬，礦物之間接觸邊界見(jiàn)蝕變現(xiàn)象，可見(jiàn)礦物的原始晶形（圖3d，圖3e）。東坪306井和東坪105井的風(fēng)化溶蝕帶巖心上發(fā)育大量的網(wǎng)狀裂縫，大部分裂縫未被充填，且具有溶蝕加寬現(xiàn)象，沿裂縫發(fā)育溶洞和溶孔，基巖局部巖石因風(fēng)化溶蝕疏松破碎成直徑為2～10 cm的碎塊（圖3f，圖3g）。

2.2.2 風(fēng)化崩解帶

風(fēng)化崩解帶黏土礦物含量小于10%，基巖的原始格架完好保存，基巖中發(fā)育少量的弱溶蝕裂縫和沿裂縫發(fā)育的溶孔，裂縫為高陡的構(gòu)造縫和低緩的節(jié)理縫，裂縫密度總體隨深度增加而降低，可見(jiàn)裂縫集中發(fā)育帶與相對(duì)不發(fā)育帶相間分布。坪1H-2-3井3180—3 187 m風(fēng)化崩解帶段為棕灰色花崗片麻巖，弱溶蝕，裂縫細(xì)長(zhǎng)且邊界清晰，主要礦物為正長(zhǎng)石（40%）、石英（30%）、斜長(zhǎng)石（15%）和角閃石等暗色礦物（15%），礦物晶形完整，邊界清晰，長(zhǎng)石絹云母化弱，晶體內(nèi)部見(jiàn)少量被蝕變加寬的解理（圖3h，圖3i）。

完全風(fēng)化層和半風(fēng)化層常規(guī)測(cè)井特征和成像測(cè)井特征如表1所述。基巖風(fēng)化殼地震反射特征表現(xiàn)為基巖頂面不整合界面向下，振幅屬性差異變?nèi)?，反映巖石的性質(zhì)在不整合面附近差異大，向下差異變?nèi)?，這是不整合面附近風(fēng)化差異導(dǎo)致的。

圖3 東坪地區(qū)基巖風(fēng)化殼礦物蝕變和孔縫特征

2.3 未風(fēng)化層

未風(fēng)化層為致密基巖段，僅有少量的微裂縫，巖石致密，巖石中暗色礦物，如黑云母，可能會(huì)有因熱液蝕變作用引起的一些蝕變現(xiàn)象。

3 基巖風(fēng)化殼厚度及其影響因素

通過(guò)巖心觀察、薄片鑒定及測(cè)井識(shí)別，分析統(tǒng)計(jì)了東坪地區(qū)25口井的基巖風(fēng)化殼厚度。東坪地區(qū)所有鉆井均未鉆穿風(fēng)化崩解帶，因此，風(fēng)化殼的總厚度還無(wú)法統(tǒng)計(jì)，但所有井均鉆穿了風(fēng)化溶蝕帶。統(tǒng)計(jì)完全風(fēng)化層和風(fēng)化溶蝕帶的累計(jì)厚度，最薄不到45 m，最厚超過(guò)180 m（圖4）。如果包括鉆遇的風(fēng)化崩解帶厚度，風(fēng)化殼累計(jì)總厚度最大超過(guò)300 m，單井鉆遇風(fēng)化殼平均厚度超過(guò)200 m（表2）。

風(fēng)化殼的厚度與基巖的抗風(fēng)化性（礦物構(gòu)成）、古地貌、風(fēng)化時(shí)間、構(gòu)造背景、先存斷裂和先存裂縫發(fā)育程度等多種因素有關(guān)。

圖4 研究區(qū)風(fēng)化殼厚度與古地貌相對(duì)地勢(shì)的關(guān)系

3.1 母巖類型的影響

巖石風(fēng)化過(guò)程中母巖巖性所起的作用非常明顯，特別是母巖的礦物成分、可溶組分的含量，決定了巖石的風(fēng)化規(guī)模、風(fēng)化產(chǎn)物、裂縫、溶孔、溶洞發(fā)育程度以及風(fēng)化黏土層發(fā)育規(guī)模等。

東坪地區(qū)基巖分為花崗巖類和花崗片麻巖類（圖2），由于片麻巖類礦物組成中含有較多的黑云母和角閃石類暗色易風(fēng)化礦物，故東坪1井區(qū)含暗色礦物多的花崗片麻巖風(fēng)化殼的物性參數(shù)好于東坪3井區(qū)花崗巖風(fēng)化殼，且東坪1井區(qū)花崗片麻巖風(fēng)化殼厚度要大于東坪3井區(qū)花崗巖風(fēng)化殼厚度（表2）。盡管風(fēng)化崩解帶沒(méi)有鉆穿，但其風(fēng)化溶蝕帶厚度足以說(shuō)明巖性的影響。

表2 東坪地區(qū)基巖風(fēng)化殼物性和厚度統(tǒng)計(jì)

3.2 地貌對(duì)風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)和厚度的影響

高地勢(shì)區(qū)保存的風(fēng)化殼厚度往往小于低地勢(shì)區(qū)的風(fēng)化殼厚度，這種地勢(shì)高低的影響，可以通過(guò)東坪地區(qū)和昆北地區(qū)風(fēng)化殼厚度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果得到體現(xiàn)。圖4為恢復(fù)到古近紀(jì)沉積前的古地貌與相應(yīng)的風(fēng)化殼厚度（完全風(fēng)化層與風(fēng)化溶蝕帶兩者之和）關(guān)系，從圖4中可見(jiàn)，昆北地區(qū)為相對(duì)高地勢(shì)區(qū)，風(fēng)化殼厚度相對(duì)較?。粬|坪地區(qū)地勢(shì)相對(duì)低，風(fēng)化殼厚度較大。

文獻(xiàn)［13］在解釋地形地貌環(huán)境對(duì)風(fēng)化作用深度的影響時(shí)認(rèn)為，中等坡度的斜坡和與之相關(guān)的地形影響了匯水系統(tǒng)和與匯水系統(tǒng)相關(guān)的淋濾作用的強(qiáng)度。在地貌高部位，土壤層和風(fēng)化殘積層往往被剝蝕，只保存半風(fēng)化層；而在地貌緩坡帶，土壤層和風(fēng)化殘積層能夠得到保存；在地貌陡坡帶，由于斜坡不穩(wěn)及強(qiáng)烈剝蝕，土壤層和風(fēng)化殘積層不容易保存；在地貌洼地帶，往往能夠保存較完整的風(fēng)化殼。文獻(xiàn)［20］在對(duì)新疆北部石炭系大型火山巖風(fēng)化體結(jié)構(gòu)研究時(shí)也注意到，低洼區(qū)的火山巖風(fēng)化體發(fā)育完整的風(fēng)化殼5層結(jié)構(gòu)；坡度較陡的古構(gòu)造高部位缺失土壤層和完全風(fēng)化層。

綜上所述，地貌對(duì)風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)和厚度的影響如圖5所示。

圖5 不同古地貌下風(fēng)化殼發(fā)育結(jié)構(gòu)分布（根據(jù)文獻(xiàn)［13］改編）

3.3 先存斷裂和裂縫對(duì)風(fēng)化殼厚度的影響

許多研究者發(fā)現(xiàn)，先存斷裂對(duì)風(fēng)化殼厚度有明顯影響[13，20-21]。斷裂控制了風(fēng)化殼儲(chǔ)集層的滲流能力，越靠近斷裂，滲流半徑和滲流能力越大，斷裂發(fā)育處有利于地表水向下滲濾到更深的部位，促進(jìn)深部巖石的風(fēng)化淋濾，從而使得斷裂發(fā)育處的風(fēng)化殼厚度明顯增加，儲(chǔ)集層儲(chǔ)集性能也明顯變好。基巖早期裂縫的存在能夠強(qiáng)化風(fēng)化淋濾作用，先存裂縫發(fā)育區(qū)往往有利于形成較厚的風(fēng)化殼。

東坪地區(qū)東坪1井區(qū)東坪105井在3 496—3 499 m處發(fā)育斷裂帶，斷裂帶之下的巖心發(fā)育大量溶孔、溶洞和溶蝕加寬縫，從而使得斷裂帶之下的儲(chǔ)集物性明顯變好，風(fēng)化殼厚度大。東坪5井、東坪308井和東坪306井均在斷層邊上，其風(fēng)化溶蝕帶厚度均超過(guò)100 m，分別為117 m，110 m和104 m，明顯大于其他不發(fā)育斷層的井。

3.4 風(fēng)化殼發(fā)育模式

根據(jù)上述基巖風(fēng)化殼發(fā)育的影響因素，結(jié)合東坪地區(qū)基巖風(fēng)化殼的結(jié)構(gòu)和厚度分布以及恢復(fù)的古近系沉積前的古地貌和地質(zhì)特點(diǎn)，綜合構(gòu)建了東坪地區(qū)風(fēng)化殼發(fā)育模式（圖6）。

4 基巖風(fēng)化殼對(duì)基巖油氣藏形成的作用

東坪地區(qū)基巖風(fēng)化殼對(duì)基巖油氣藏形成的作用體現(xiàn)在兩個(gè)方面，這主要是由風(fēng)化殼不同結(jié)構(gòu)層所決定的：風(fēng)化溶蝕帶和風(fēng)化崩解帶起到輸導(dǎo)層和儲(chǔ)集層作用；完全風(fēng)化層起到局部蓋層和隔夾層作用。

4.1 風(fēng)化溶蝕帶和風(fēng)化崩解帶的輸導(dǎo)層和儲(chǔ)集層作用

油源對(duì)比表明，東坪地區(qū)油氣來(lái)自鄰區(qū)的一里坪凹陷的侏羅系烴源巖，深洼帶的侏羅系油氣通過(guò)斷層調(diào)整到上盤進(jìn)入風(fēng)化殼儲(chǔ)集層中，因風(fēng)化溶蝕帶和風(fēng)化崩解帶的區(qū)域發(fā)育，油氣沿風(fēng)化殼儲(chǔ)集層長(zhǎng)距離運(yùn)移，最后進(jìn)入東坪地區(qū)基巖構(gòu)造高部位聚集成藏（圖7）。從東坪地區(qū)油氣藏分布看，油氣層分布集中在風(fēng)化殼上下，證明風(fēng)化殼儲(chǔ)集層是東坪地區(qū)油氣來(lái)源的重要輸導(dǎo)層和油氣藏形成的重要儲(chǔ)集層。

圖6 東坪地區(qū)基巖風(fēng)化殼分布模式

圖7 東坪地區(qū)風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)與油氣運(yùn)聚特點(diǎn)（剖面位置見(jiàn)圖2）

4.2 完全風(fēng)化層的局部蓋層和隔夾層作用

基巖風(fēng)化殼頂部的完全風(fēng)化層，以風(fēng)化殘積物和風(fēng)化堆積物為主，泥質(zhì)含量高，在經(jīng)歷了后期沉積壓實(shí)作用和膠結(jié)作用后，儲(chǔ)集性能較差，成為阻止油氣向上運(yùn)移的蓋層（圖7）。

由于東坪地區(qū)風(fēng)化殼完全風(fēng)化層厚度不大，其封蓋能力有限，只在局部起到一定蓋層作用。東坪1井區(qū)和東坪3井區(qū)的氣層分布特征表明，完全風(fēng)化層多作為氣藏的隔夾層，對(duì)油氣分布僅起到一定的分隔作用，油氣藏主要的蓋層為風(fēng)化殼上覆沉積巖中的厚層泥巖。

5 結(jié)論

柴達(dá)木盆地在古近系沉積前經(jīng)歷了長(zhǎng)期的風(fēng)化。由花崗巖和花崗片麻巖構(gòu)成的東坪地區(qū)基巖，由于長(zhǎng)期的風(fēng)化作用，形成了平均單井累計(jì)厚度超過(guò)200 m的基巖風(fēng)化殼，其厚度明顯高于盆地內(nèi)的昆北地區(qū)。東坪地區(qū)發(fā)育較厚的基巖風(fēng)化殼是與古近系沉積前東坪地區(qū)一直處于相對(duì)低的古地勢(shì)有關(guān)，相對(duì)低的地勢(shì)有利于風(fēng)化殼的形成和保存；基巖巖類的不同也對(duì)風(fēng)化殼厚度有影響，由于花崗片麻巖礦物組成中含有較多的黑云母和角閃石類暗色易風(fēng)化礦物，故東坪1井區(qū)花崗片麻巖風(fēng)化殼厚度大于東坪3井區(qū)花崗巖風(fēng)化殼厚度；風(fēng)化殼厚度還與先存斷裂和裂縫有關(guān)，先存斷層發(fā)育帶易形成厚層風(fēng)化殼。

根據(jù)研究區(qū)基巖的風(fēng)化程度和風(fēng)化產(chǎn)物特征，基巖風(fēng)化殼自上而下可分為完全風(fēng)化層、半風(fēng)化層和未風(fēng)化層，其中，完全風(fēng)化層完全失去基巖的原始格架結(jié)構(gòu)，由古土壤層和高黏土礦物含量的風(fēng)化殘積層組成；半風(fēng)化層則保留了基巖的原始格架結(jié)構(gòu)，依礦物溶蝕和礦物蝕變程度可進(jìn)一步分為風(fēng)化溶蝕帶和風(fēng)化崩解帶，風(fēng)化溶蝕帶發(fā)育溶蝕孔洞和溶蝕縫，風(fēng)化崩解帶發(fā)育弱溶蝕風(fēng)化節(jié)理縫和構(gòu)造縫。

風(fēng)化溶蝕帶和風(fēng)化崩解帶是基巖風(fēng)化殼儲(chǔ)集層發(fā)育的主要部位，對(duì)基巖氣藏形成起到主要輸導(dǎo)層和儲(chǔ)集層作用；完全風(fēng)化層厚度較薄，不足以單獨(dú)形成蓋層，主要在氣藏中對(duì)天然氣的分布起到一定的隔夾層作用。