王艷清，劉占國，宋光永，張永庶，朱超，李森明，王鵬，唐鵬程

（1. 中國石油杭州地質(zhì)研究院，杭州 310023；2. 中國石油青海油田公司，甘肅敦煌 736202）

0 引言

碳酸鹽巖角礫巖，即由碳酸鹽巖母巖后經(jīng)一系列角礫化地質(zhì)作用再次形成的一種粗碎屑巖類。國內(nèi)外學者對其巖石學特征及成因機制等方面進行了許多研究，取得了大量研究成果，對其成因機制總體可歸納為4類[1]：沉積成因角礫巖，如碳酸鹽巖重力流、碎屑流和風暴沉積[2-10]；非沉積成因角礫巖，主要與巖溶-溶塌作用有關(guān)[11-14]；構(gòu)造角礫巖，由強構(gòu)造破碎作用形成[15-16]；成巖角礫巖，埋藏成巖過程中由壓溶、重結(jié)晶作用形成[1]。在油氣勘探領(lǐng)域，碳酸鹽巖角礫巖是一種優(yōu)質(zhì)的油氣儲集巖類，多形成大型、高產(chǎn)油氣藏，勘探潛力巨大[17-18]。

柴達木盆地英西地區(qū)近期是中國湖相碳酸鹽巖油氣勘探的熱點地區(qū)，該區(qū)油氣勘探始于20世紀80年代初，早期鉆探的 S20井獲日產(chǎn)千噸的高產(chǎn)工業(yè)油氣流。英西地區(qū)經(jīng)過30多年的開采，已累計產(chǎn)油3×105m3，總產(chǎn)液量超過7×105m3。但由于資料限制，對該區(qū)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)儲集層類型及成因尚存有爭議，有學者認為是裂縫型儲集層[18-19]，但單一的裂縫型儲集層無法解釋長期穩(wěn)產(chǎn)；有學者認為儲集空間主要為晶間孔，孔隙之間以裂縫進行連通[20-21]，但僅靠納米級晶間孔貢獻也無法實現(xiàn)長期高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)。本文通過對2014—2017年以來區(qū)內(nèi)新井巖心、薄片、實驗測試、測井、地震和產(chǎn)能等大量資料綜合分析為基礎(chǔ)，發(fā)現(xiàn)英西地區(qū)發(fā)育多類碳酸鹽巖角礫巖，在對其進行類型劃分、發(fā)育特征詳細描述的基礎(chǔ)上，進一步探討了各類角礫巖成因和時空分布，認為構(gòu)造成因角礫巖段是英西深層高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)儲集層段，對英西深層高效勘探具有重要意義。

1 地質(zhì)背景

柴達木盆地英西地區(qū)位于英雄嶺富油氣構(gòu)造帶西北端，受喜馬拉雅運動時期昆侖山、阿爾金山持續(xù)擠壓-走滑作用控制，區(qū)內(nèi)發(fā)育多組北西—南東向逆沖斷裂系統(tǒng)（見圖1a）。新生界沉積地層發(fā)育齊全，自下而上依次為古近系路樂河組（E1+2）、下干柴溝組（E3），新近系上干柴溝組（N1）、下油砂山組（N21）、上油砂山組（N22）、獅子溝組（N23）和第四系七個泉組（Qp1+2）（見圖1b）[22]。本次研究層段下干柴溝組上段（E32）深層湖相碳酸鹽巖是研究區(qū)主力勘探目的層，鉆井取心和元素地球化學分析表明（見表1），該層段沉積期總體具干旱炎熱、物源欠補償、缺氧還原的古環(huán)境特征[23]，湖盆水體震蕩、蒸發(fā)、咸化并最終成為鹵水湖盆[24]，主要發(fā)育湖相碳酸鹽巖、灰質(zhì)泥巖、膏-鹽巖和薄層砂巖 4類沉積巖，混積特征顯著。儲集層巖石類型主要為碳酸鹽巖，占儲集層總厚度的95%以上。

2 英西湖相碳酸鹽巖角礫巖特征

圖1 柴達木盆地英西地區(qū)位置及地層綜合柱狀圖

依據(jù)新井巖心、薄片資料，識別出英西地區(qū)發(fā)育沉積角礫巖、成巖角礫巖和構(gòu)造角礫巖 3大類碳酸鹽巖角礫巖，根據(jù)構(gòu)造角礫巖發(fā)育的產(chǎn)狀特征，又進一步劃分為斷層角礫巖和層間滑動角礫巖兩種。

表1 英西及鄰區(qū)下干柴溝組上段元素測試分析數(shù)據(jù)表

2.1 沉積角礫巖特征

該類角礫巖單層厚度薄，鉆遇井及層位較少。例如S43井僅鉆遇沉積角礫巖5 cm，S41-6-1井鉆遇沉積角礫巖厚度約20 cm，其底部與膏質(zhì)灰云巖，頂部與灰質(zhì)泥巖、泥質(zhì)灰云巖均呈突變接觸；礫石成分主要為泥質(zhì)灰云巖，分選差，粒徑為2～30 mm，排列無定向性，磨圓度主要為次棱角狀，個別礫石具弱磨圓特征，砂-泥級雜基和硬石膏、方解石等自生礦物充填礫間（見圖2）。整體表現(xiàn)出準同生期弱固結(jié)的泥晶灰云巖滑塌搬運再沉積特征。沉積角礫巖發(fā)育少量溶蝕孔隙和微縫（見圖2b）。

圖2 英西地區(qū)下干柴溝組上段沉積角礫巖巖心照片

2.2 成巖角礫巖特征

該類角礫巖在區(qū)內(nèi)富膏鹽層段普遍存在，單層厚10～50 cm，與上下地層為正常沉積接觸關(guān)系，地層產(chǎn)狀基本一致，無明顯突變界面和構(gòu)造改造特征。角礫巖段主要特征表現(xiàn)為原始沉積的泥質(zhì)灰云巖內(nèi)部大量生長析出自形、晶體粗大的硬石膏、鈣芒硝等自生礦物集合體，使圍巖具顯著的撐開變形和切割特征進而呈現(xiàn)似角礫狀（見圖3）。其中鈣芒硝礦物極易在鉆井中被鉆井液沖洗溶解，使圍巖角礫結(jié)構(gòu)特征更為明顯（見圖3a、圖3b）；硬石膏溶解度低，因此保留了完整的晶體生長結(jié)構(gòu)和切割圍巖特征（見圖3c—圖3e）。成巖角礫巖僅發(fā)育圍巖納米級白云石晶間孔隙，大尺度的有效溶蝕孔隙欠發(fā)育。

圖3 英西地區(qū)下干柴溝組上段成巖角礫巖巖心照片

2.3 構(gòu)造角礫巖特征

2.3.1 斷層角礫巖

該類角礫巖在逆沖斷裂帶鉆井取心中常見，主要發(fā)育于鄰近斷層的碳酸鹽巖段。角礫巖段巖心整體剛性破碎，無塑性變形特征，粒徑大小不一，成分與圍巖一致（見圖4a、4c）。斷層角礫巖段與上下地層為正常沉積接觸關(guān)系，但底部地層傾角大，高角度構(gòu)造裂縫發(fā)育（見圖4b），與沉積角礫巖和成巖角礫巖相區(qū)分。薄片上可見圍巖擠壓破碎特征，角礫邊緣平齊，棱角狀，無磨圓特征，角礫無定向排列（見圖4d、4e）。該類角礫巖角礫間縫洞發(fā)育，孔洞邊緣規(guī)則，裂縫發(fā)育于破碎的角礫內(nèi)部，無定向特征，縫洞被后期硬石膏等膠結(jié)物半充填，整體含油性好。

2.3.2 層間滑動角礫巖

該類角礫巖在遠離斷裂帶的鉆井取心層段中可見，集中發(fā)育在鄰近區(qū)域厚層膏鹽層之下的碳酸鹽巖層。角礫巖巖心段可見剛性和塑性揉皺兩種破碎特征，粒徑大小不一，成分與圍巖一致（見圖5）。角礫巖段與塑性泥巖段互層發(fā)育，與上下地層為正常沉積接觸關(guān)系，上下地層傾角亦無明顯變化，未見明顯高角度斷層面和裂縫，但與之互層的泥巖段內(nèi)部具顯著的近水平滑脫面和擠壓塑性變形特征（見圖5a、圖5b），因此將該類構(gòu)造角礫巖定義為層間滑動角礫巖，并與高角度逆沖斷層活動形成的斷層角礫巖和上述其他兩類角礫巖相區(qū)分。層間滑動角礫巖段角礫間縫洞發(fā)育，孔洞邊緣規(guī)則，裂縫以剪切性質(zhì)的網(wǎng)狀裂縫為主，縫洞被后期硬石膏等膠結(jié)物半充填（見圖5c—5e），整體含油性好。

3 英西湖相碳酸鹽巖角礫巖成因及分布

3.1 沉積角礫巖成因及分布

古近系下干柴溝組上段沉積期，英西地區(qū)處于湖盆中心，在干旱的古氣候背景下，湖盆水體經(jīng)歷了高頻震蕩的快速淡水補給淡化和緩慢的蒸發(fā)咸化的沉積演化過程（見圖6）。垂向上，沉積角礫巖發(fā)育于淡水快速補給的湖平面上升半旋回（見圖6）。平面上，通過井震資料對下干柴溝組上段下部和上部地層沉積厚度恢復（見圖7），揭示了英西地區(qū)處于洼陷內(nèi)古低隆的沉積古地貌背景，鉆遇的沉積角礫巖分布在古低隆側(cè)緣陡坡帶，向洼陷內(nèi)過渡為泥巖沉積，向隆起高部位過渡為水體能量較高的顆粒灘沉積。因此，英西地區(qū)沉積角礫巖為早期弱固結(jié)的碳酸鹽巖受短期高能量的水體改造等地質(zhì)作用影響，在洼陷內(nèi)古低隆陡坡帶發(fā)生事件性的滑塌破碎再沉積而形成（見圖8），整體發(fā)育規(guī)模小，分布局限。

3.2 成巖角礫巖成因及分布

圖5 英西地區(qū)下干柴溝組上段層間滑動角礫巖巖心照片

圖6 英西地區(qū)S41-6-1井下干柴溝組上段取心段沉積綜合柱狀圖

Flügel將在成巖期由自生礦物生長、重結(jié)晶和壓溶等成巖作用改造而形成的似角礫結(jié)構(gòu)的碳酸鹽巖定義為成巖角礫巖[1]。即成巖角礫巖是假角礫巖，為一種成巖現(xiàn)象。英西地區(qū)湖相碳酸鹽巖受膏鹽類自生礦物生長改造而形成的似角礫結(jié)構(gòu)現(xiàn)象普遍，垂向上主要發(fā)育于湖盆蒸發(fā)咸化沉積相對持續(xù)、穩(wěn)定的湖平面下降半旋回頂部（見圖6），即膏云坪沉積期；平面上在膏云坪相帶均有分布。英西地區(qū)在咸化湖盆沉積、成巖背景下，沉積期、準同生期和埋藏成巖期膏鹽類礦物普遍發(fā)育，但產(chǎn)狀具顯著差異。沉積期主要形成成層性好的膏鹽層[25]；準同生期主要形成于泥質(zhì)灰云巖內(nèi)部，礦物晶體自形、結(jié)晶粗大，呈斑塊狀；埋藏成巖期主要以膠結(jié)物的形式充填在孔洞及裂縫內(nèi)，晶體細小，自形程度低。依據(jù)英西成巖角礫巖特征（見圖3），形成似角礫結(jié)構(gòu)的主要原因與自形、結(jié)晶粗大的膏鹽類礦物結(jié)晶生長密切相關(guān)，即在準同生成巖期，高鹽度地層水在弱固結(jié)的泥質(zhì)灰云巖內(nèi)飽和沉淀，形成自形程度高、晶體粗大的硬石膏、鈣芒硝等自生礦物集合體，同時占據(jù)了原巖空間使弱固結(jié)的泥質(zhì)灰云巖被撐開變形或被切割，進而呈現(xiàn)似角礫結(jié)構(gòu)。

圖7 英西地區(qū)下干柴溝組上段地層厚度圖

圖8 英西地區(qū)沉積角礫巖發(fā)育模式圖

3.3 構(gòu)造角礫巖成因及分布

在喜馬拉雅期昆侖山、阿爾金山持續(xù)擠壓-走滑作用控制下，英西地區(qū)下干柴溝組上段該套泥巖、碳酸鹽巖和膏鹽巖咸化湖盆沉積巖性組合，表現(xiàn)出了雙重構(gòu)造變形特征[26]。通過對英西地區(qū)地震資料構(gòu)造解釋發(fā)現(xiàn)（見圖9a），英西地區(qū)下干柴溝組上段上部厚層膏鹽層段發(fā)育了獅子溝大型區(qū)域逆沖滑脫-沖斷斷層，其中膏鹽巖層內(nèi)為近水平滑脫段，膏鹽巖向淺層發(fā)生塑性流動的同時斷裂也轉(zhuǎn)化為沖斷特征。在該斷層的逆沖擠壓和橫向牽引作用下，其下部地層派生形成了同期的次級斷裂系統(tǒng)。因膏鹽巖層下部巖性主要為碳酸鹽巖，泥巖次之，剛性相對較強，斷裂系統(tǒng)主體以角度較高的雙向沖斷為主。

根據(jù)上述構(gòu)造解釋和分析，結(jié)合鉆井巖心和測井資料揭示的兩類構(gòu)造角礫巖發(fā)育特征，可見兩類角礫巖均與獅子溝大型區(qū)域斷層活動密切相關(guān)，但應力作用機制和分布規(guī)律具顯著差異，據(jù)此建立了英西構(gòu)造角礫巖發(fā)育模式（見圖9b）。其中層間滑動角礫巖集中發(fā)育在鄰近獅子溝斷層的膏鹽巖滑脫層之下的碳酸鹽巖層段，為滑脫斷段形成的橫向牽引剪切和擠壓揉皺破碎形成，下部離滑脫層較遠的地層受力逐漸減弱，破碎程度變低并消失于塑性較強的泥巖層。斷層角礫巖集中發(fā)育于獅子溝斷層之下的次級斷裂系統(tǒng)影響范圍內(nèi)的碳酸鹽巖層段，為斷層擠壓沖斷使碳酸鹽巖發(fā)生剛性破碎形成。橫向上，在鄰近的膏鹽巖層之下，層間滑動角礫巖發(fā)育較廣并與斷層角礫巖可以連片成帶分布；垂向上，斷層角礫巖發(fā)育深度更大，但延展范圍受次級斷裂規(guī)?？刂?。

圖9 英西地區(qū)地震構(gòu)造解釋與構(gòu)造角礫巖發(fā)育模式圖（剖面位置見圖1）

4 碳酸鹽巖角礫巖油氣勘探意義

依據(jù)巖性、物性和產(chǎn)能資料分析，英西地區(qū)下干柴溝組上段發(fā)育3種儲集層類型：①裂縫-孔洞型儲集層，巖性主要為斷層角礫巖和層間滑動角礫巖兩類構(gòu)造角礫巖，儲集空間為構(gòu)造角礫化縫-洞，孔隙度大于8%，滲透率普遍大于 1×10-3μm2，表現(xiàn)出初期高產(chǎn)、長期穩(wěn)產(chǎn)特征（見圖10a）；②溶孔型儲集層，巖性主要為砂屑灰云巖、紋層狀灰云巖和沉積角礫巖，儲集空間以溶孔為主，次為晶間孔，孔隙度為 5%～8%，滲透率為（0.01～1.00）×10-3μm2，表現(xiàn)出中低產(chǎn)日產(chǎn)量、長期穩(wěn)產(chǎn)特征（見圖10b）；③裂縫型儲集層，巖性主要為塊狀泥質(zhì)灰云巖，儲集空間主要為晶間孔，次為裂縫，基質(zhì)孔隙度為 3%～8%，無裂縫連通樣品滲透率普遍小于 0.01×10-3μm2，表現(xiàn)出初期高產(chǎn)、產(chǎn)能快速衰竭特征（見圖10c）。

由此可見，構(gòu)造成因的斷層角礫巖和層間滑動角礫巖形成的裂縫-孔洞型儲集層是英西地區(qū)深層高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)儲集層，對該區(qū)下步高效勘探具重要意義。根據(jù)兩類構(gòu)造角礫巖成因和分布規(guī)律，認為鄰近厚層膏鹽巖層之下的碳酸鹽巖層是層間滑動角礫巖與斷層角礫高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)儲集層最為有利的發(fā)育層段，如S38井、S205井高產(chǎn)井鉆探已被證實，兩類構(gòu)造角礫巖儲集層在平面上連片成帶分布，進而形成了英西地區(qū)大面積分布的優(yōu)質(zhì)規(guī)模儲集體。在下干柴溝組中下部，層間滑動角礫巖發(fā)育程度低，但在次級斷裂集中發(fā)育帶可尋找到規(guī)模較大的斷層角礫巖高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)儲集層，這也是S20井區(qū)能夠長期高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主力產(chǎn)層段。

圖10 英西地區(qū)下干柴溝組上段典型試采曲線對比圖

除上述構(gòu)造角礫巖高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)儲集層之外，本次研究指出的沉積角礫巖和成巖角礫巖雖然自身發(fā)育規(guī)模和含油性較差，但從尋找規(guī)模碳酸鹽巖儲集體角度具有良好的指相意義。沉積角礫巖反映了斜坡—古隆起區(qū)進入高能水體沉積期，指示其鄰區(qū)的古隆起帶發(fā)育顆粒灘相碳酸鹽巖有利儲集體，利于形成儲集能力良好的溶孔儲集層，可通過后期儲集層改造提高產(chǎn)能。成巖角礫巖發(fā)育的旋回部位和平面分布反映了準同生期高鹽度鹵水的來源和活動規(guī)律，揭示了咸化湖盆進入水體淺、鹽度高、能量低的演化階段，對區(qū)域沉積相和碳酸鹽巖集中段時空展布預測具重要意義。

5 結(jié)論

英西地區(qū)下干柴溝組上段發(fā)育 3類成因碳酸鹽巖角礫巖，分別為沉積角礫巖、成巖角礫巖和構(gòu)造角礫巖，其中構(gòu)造角礫巖進一步分為斷層角礫巖和層間滑動角礫巖。

英西地區(qū)沉積角礫巖為早期弱固結(jié)的碳酸鹽巖受短期高能量的水體改造等地質(zhì)作用影響，在洼陷內(nèi)古低隆陡坡帶發(fā)生事件性的滑塌破碎再沉積而形成。成巖角礫巖與準同生期弱固結(jié)的泥質(zhì)碳酸鹽巖內(nèi)部自形、結(jié)晶粗大的膏鹽類礦物結(jié)晶生長密切相關(guān)，造成圍巖撐開變形或被切割形成似角礫結(jié)構(gòu)。斷層角礫巖和層間滑動角礫巖均與獅子溝大型區(qū)域斷層活動密切相關(guān)，其中層間滑動角礫巖成因于獅子溝斷層滑脫形成的橫向牽引剪切和擠壓揉皺破碎，斷層角礫巖為獅子溝斷層之下派生的次級斷裂擠壓沖斷活動使碳酸鹽巖發(fā)生剛性破碎形成。

構(gòu)造成因的斷層角礫巖和層間滑動角礫巖形成的裂縫-孔洞型儲集層是英西地區(qū)深層高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)儲集層，對該區(qū)深層高效勘探具重要意義。認為鄰近厚層膏鹽巖層之下的碳酸鹽巖層是層間滑動角礫巖與斷層角礫高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)儲集層最為有利的發(fā)育層段，兩類構(gòu)造角礫巖儲集層在平面上連片成帶分布，進而形成了英西地區(qū)大面積分布的最優(yōu)質(zhì)的規(guī)模儲集體。在下干柴溝組中下部，次級斷裂集中發(fā)育帶可尋找到規(guī)模較大的斷層角礫巖高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)儲集層。從尋找規(guī)模碳酸鹽巖儲集體角度，沉積角礫巖和成巖角礫巖具有良好的指相意義。