田建華，董清源，劉 軍

(1.中國石化石油物探技術(shù)研究院，江蘇 南京 211103;2.中國石油青海油田分公司，甘肅 敦煌 736202)

0 引言

柴達(dá)木盆地西部地區(qū)(簡稱柴西地區(qū))油氣資源豐富，近年來發(fā)現(xiàn)了較多的天然氣，但由于柴西地區(qū)以產(chǎn)油為主，對(duì)天然氣的研究很少。目前已發(fā)現(xiàn)和開發(fā)了南翼山、開特米里克、油泉子、小梁山、英東和烏南等油氣田，但天然氣多為伴生氣，氣藏氣較少，已探明的天然氣儲(chǔ)量與天然氣資源量相差甚遠(yuǎn)［1－3］。前人研究表明，柴西地區(qū)具有生烴母質(zhì)類型多樣，氣源巖分布廣泛，儲(chǔ)蓋層、圈閉和斷裂非常發(fā)育等特點(diǎn)［4－10］。但天然氣的生儲(chǔ)蓋條件更為苛刻，為了加快工區(qū)天然氣勘探進(jìn)程，針對(duì)上述地質(zhì)特點(diǎn)與存在問題，天然氣成藏條件及目標(biāo)優(yōu)選的研究顯得尤為重要。該文運(yùn)用定性、定量地質(zhì)分析手段，研究柴西地區(qū)的氣源巖、儲(chǔ)集層、圈閉、蓋層及保存等成藏條件，明確主控因素，逐級(jí)優(yōu)選有利層段及區(qū)域，提出勘探目標(biāo)，以期指導(dǎo)柴西地區(qū)天然氣的研究和勘探部署。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

柴達(dá)木盆地位于青藏高原北部，周邊為阿爾金山、祁連山和昆侖山所環(huán)繞，是青藏高原上面積最大的陸相中生代、新生代含油氣盆地［11］，中生代及新生代沉積巖分布面積約為9.6×104km2。

柴西地區(qū)位于柴達(dá)木盆地的西部坳陷區(qū)，包括昆北斷階、茫崖凹陷、大風(fēng)山凸起3個(gè)亞一級(jí)構(gòu)造單元［3－4］(圖 1)。該區(qū)地層自下而上依次發(fā)育古近系路樂河組(E1+2)、下干柴溝組下段(E31)、下干柴溝組上段(E32)，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)及第四系七個(gè)泉組(Q1+2)。研究區(qū)NNE向的斷裂及褶皺相對(duì)發(fā)育，斷裂以逆沖性質(zhì)為主，長期活動(dòng)，延伸較長。柴西地區(qū)可分為柴西南區(qū)和柴西北區(qū)，柴西南區(qū)包括獅子溝－大烏斯(南烏斯和北烏斯構(gòu)造帶)及以南地區(qū)，該構(gòu)造帶以北為柴西北區(qū)。

圖1 柴達(dá)木盆地西部地區(qū)構(gòu)造位置Fig.1 The tectonic location in western Qaidam Basin

2 天然氣成藏條件

2.1 氣源條件

研究證實(shí)柴西地區(qū)古近系—新近系氣源巖主要為一套咸化湖相暗色泥巖和鈣質(zhì)泥巖，主要生烴層系為 E1+2、E31、E32、N1及 N21，油氣分布嚴(yán)格受氣源巖分布、凹隆結(jié)構(gòu)和斷裂展布等控制［5－7］。依據(jù)有機(jī)碳含量、有機(jī)質(zhì)類型、熱演化程度及生氣強(qiáng)度的研究，對(duì)氣源巖進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

柴西地區(qū)受沉積環(huán)境影響，沉積中心具有向盆地北部和東部遷移的規(guī)律，導(dǎo)致縱向上5套氣源巖有機(jī)質(zhì)豐度、類型有一定差異。古近系(E1+2、E31、E32)氣源巖有機(jī)碳平均值達(dá)0.65%以上(1 751塊樣品)，有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅰ—Ⅱ1型，少量為Ⅱ2—Ⅲ型，綜合評(píng)價(jià)為中等—好氣源巖;新近系(N1、N21)氣源巖有機(jī)碳平均值達(dá)0.45%以上(713塊樣品)，有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ2—Ⅲ型，少量為Ⅱ1型。柴西地區(qū)氣源巖有機(jī)質(zhì)的豐度及類型隨著地層變新，呈現(xiàn)了逐漸減小、變差的特點(diǎn)。

有機(jī)質(zhì)成熟度可反映氣源巖生氣窗的演化程度，石油地質(zhì)學(xué)理論將氣源巖的演化分為4個(gè)階段:Ro＜0.5%為未成熟階段，0.5%≤Ro＜0.8%為低熟階段，0.8%≤Ro＜1.3%為成熟階段，Ro≥1.3%為高成熟階段。Ro＜0.8%的氣源巖整體為未熟—低熟階段，該階段主要產(chǎn)物為未熟—低熟油，不具備形成氣源巖條件(在柴西地區(qū)紅溝子氣源巖Ro＜0.8%的地區(qū)發(fā)現(xiàn)未熟—低熟油亦證實(shí))。此次研究的氣源巖是特指Ro≥0.8%的氣源巖，處于成熟—高成熟生氣階段。圖2為柴西地區(qū)5套層系中Ro≥0.8%的氣源巖分布范圍疊合圖。由圖2可知，柴西北區(qū)的氣源巖Ro大部分符合氣源巖標(biāo)準(zhǔn)(Ro≥0.8%)，而柴西南區(qū)除獅子溝－大烏斯(南烏斯和北烏斯)構(gòu)造帶以外，以南地區(qū)氣源巖熱演化程度低，幾乎不生氣。因此，天然氣主要分布于柴西北區(qū)(目前鉆探證實(shí)的氣田和天然氣顯示也主要分布于茫崖凹陷周緣及柴西北區(qū))，同時(shí)受埋深的控制(柴西地區(qū)自西向東埋深逐漸增加)，氣源巖自下而上Ro≥0.8%的范圍自西向東遷移。

圖2 柴西地區(qū)氣源巖(Ro≥0.8%)分布及遷移特征Fig.2 The distribution and migration characteristics of gas source rocks(Ro≥0.8%)in western Qaidam Basin

古近系氣源巖分布狀況:E1+2氣源巖分布面積較小，約為1 430.80 km2，最大厚度為800 m，分布于茫崖凹陷西北部，主要包含柴西北的南翼山、咸水泉、干柴溝及柴西南獅子溝構(gòu)造部分區(qū)域;E31氣源巖分布面積擴(kuò)大，分布于茫崖凹陷西北—西南部，主要包含柴西北的南翼山、咸水泉、干柴溝、油泉子及柴西南獅子溝、北烏斯等構(gòu)造帶，面積約為3 064.40 km2，最大厚度為200 m;E32氣源巖分布面積最大，廣泛分布于茫崖凹陷，面積約為5 256.31 km2，厚度超過1 000 m。

新近系氣源巖分布狀況:N1氣源巖分布面積較大，分布于茫崖凹陷東南、東北部，主要包含柴西北的南翼山、開特米里克、黃瓜峁、黃瓜梁、鳳凰臺(tái)及柴西南北烏斯等構(gòu)造帶，面積約為3 961.19 km2，最大厚度為700 m;N21氣源巖分布局限，分布于茫崖凹陷東南部，主要包含柴西北的開特米里克構(gòu)造帶，面積約為846.70 km2，最大厚度為600 m。

依托研究區(qū)5套氣源巖有機(jī)質(zhì)類型、有機(jī)質(zhì)含量、成熟度及厚度等相關(guān)參數(shù)，進(jìn)行生氣量模擬。模擬結(jié)果表明:柴西地區(qū)氣源巖總生氣量為1.17×1012m3，E1+2氣源巖生氣量為 693.75×108m3，E31氣源巖生氣量為908.75×108m3，E32氣源巖生氣量為7 150.00×108m3，N1氣源巖生氣量為2 262.50×108m3，N21氣源巖生氣量為708.75×108m3，縱向上主力氣源巖主要為E32和N1。根據(jù)陸相生烴原理研究表明:中國大氣田常發(fā)育于生氣強(qiáng)度不小于20×108m3/km2處的生氣中心及其周緣［12－13］。柴西地區(qū)生氣強(qiáng)度超過20×108m3/km2的區(qū)域主要分布于柴西北區(qū)的大部分構(gòu)造帶，柴西南區(qū)僅包含獅子溝及北烏斯構(gòu)造帶，面積為4 743.40 km2。

2.2 儲(chǔ)集層條件

柴西地區(qū)古近系—新近系儲(chǔ)集層按照巖性可分為碎屑巖和碳酸鹽巖兩大類，碎屑巖巖性主要為泥質(zhì)巖、粉砂巖及砂巖，碳酸鹽巖主要為泥灰?guī)r和泥云巖。優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層受控于沉積相，集中發(fā)育于三角洲前緣相帶、濱淺湖相帶、局部碳酸鹽巖相帶［5－7］。統(tǒng)計(jì)表明:在氣源巖(Ro≥0.8%)分布范圍內(nèi)，碎屑巖儲(chǔ)層縱向上主要分布于E31和N21，以原生粒間孔為主;碳酸鹽巖儲(chǔ)層縱向上分布于E32和 N1，以裂縫、孔洞為主。巖性整體較為致密，縱向上，新近系儲(chǔ)層孔隙度為4.7%～9.1%，滲透率為0.2～2.2 mD，而古近系儲(chǔ)層孔隙度為2.6%～5.6%，滲透率為0.2～1.0 mD;新近系和古近系的孔隙度均小于10.0%，滲透率均小于5.0 mD，為特低孔特低滲儲(chǔ)層，新近系略優(yōu)于古近系儲(chǔ)層。平面上柴西地區(qū)總體表現(xiàn)出“西部好、東部差，南部好、北部差”的特點(diǎn)，古近系儲(chǔ)層在尖頂山—南翼山—干柴溝—獅子溝一帶物性相對(duì)較好，新近系儲(chǔ)層在小梁山—南翼山—咸水泉—堿山—烏南地區(qū)的物性相對(duì)較好(表 1、2)。

表1 柴西地區(qū)古近系氣源巖(Ro≥0.8%)儲(chǔ)集層孔隙度和滲透率Table 1 The porosity and permeability of paleogene gas source rock(Ro≥0.8%)reservoir in western Qaidam Basin

表2 柴西地區(qū)新近系氣源巖(Ro≥0.8%)儲(chǔ)集層孔隙度和滲透率Table 2 The porosity and permeability of neogene gas source rock(Ro≥0.8%)reservoir in western Qaidam Basin

碎屑巖儲(chǔ)層以南翼山、大風(fēng)山為例分析儲(chǔ)集條件，南翼山、大風(fēng)山構(gòu)造E31為三角洲前緣砂體，巖性以細(xì)砂巖為主，巖屑含量較高，但由于埋深已超過4 000 m，壓實(shí)及膠結(jié)作用較強(qiáng)，在薄片鑒定下，具有線－鑲嵌接觸特征，局部偶見微裂隙充填瀝青質(zhì)(圖3a)。以獅子溝碳酸鹽巖儲(chǔ)層為例，分析該區(qū)儲(chǔ)集條件，獅子溝E32為湖相沉積，巖性主要為泥質(zhì)石灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖夾砂質(zhì)泥巖，白云化作用明顯，發(fā)育裂縫且多充填石膏，具有較好的溶蝕特性，對(duì)儲(chǔ)層具有積極的意義(圖3b)。整體來看，雖然柴西地區(qū)的儲(chǔ)層較為致密，但由于受到后期溶蝕與構(gòu)造的相互作用，導(dǎo)致次生孔隙和裂縫產(chǎn)生，特別是斷裂、褶曲構(gòu)造產(chǎn)生的裂縫與各種孔隙有效融合而形成復(fù)雜孔－縫系統(tǒng)，是非常有利于油氣高產(chǎn)的儲(chǔ)集體。

圖3 柴西地區(qū)古近系儲(chǔ)層鏡下薄片及巖心特征Fig.3 The characteristics of microscopic section and core of paleogene reservoirs in western Qaidam Basin

2.3 成藏關(guān)鍵時(shí)刻

油氣的成藏關(guān)鍵時(shí)刻是指氣源巖大量生氣并在主要圈閉中大規(guī)模聚集的時(shí)間，根據(jù)研究區(qū)埋藏史、熱演化史［2］分析認(rèn)為，柴西地區(qū)具備有利的成藏要素時(shí)空配置關(guān)系(圖4)。晚喜山構(gòu)造運(yùn)動(dòng)期間(N23末—Q)，柴西地區(qū)生烴凹陷埋藏較深的古近系E32氣源巖進(jìn)入高成熟階段，生成大量的凝析油氣，而埋藏較淺的新近系N1氣源巖也進(jìn)入低熟—成熟階段，表明N23和Q時(shí)期為天然氣充注的主要時(shí)期。上述研究體現(xiàn)出柴西地區(qū)晚期生氣的特征，而受晚喜山構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，柴西地區(qū)的構(gòu)造定型時(shí)間主要在N23以后，且前期包裹體研究［2］也證實(shí)了研究區(qū)天然氣大量生氣期與成藏期、保存期的時(shí)空匹配一致，表明晚期構(gòu)造是有效圈閉，只要有效匹配孔－縫儲(chǔ)層及保存條件，天然氣就能聚集成藏。

圖4 柴西地區(qū)天然氣成藏過程綜合分析Fig.4 The comprehensive analysis of natural gas accumulation process in western Qaidam Basin

2.4 運(yùn)移及保存條件

柴西地區(qū)古近系—新近系地層主要發(fā)育2套區(qū)域不整合面(基巖頂和N22頂)及大量斷裂構(gòu)造，不整合面－斷裂可形成良好的運(yùn)移疏導(dǎo)體系，對(duì)天然氣運(yùn)聚成藏起著重要控制作用，斷裂及裂縫控制油氣縱向運(yùn)移與聚集，區(qū)域不整合與滲透砂體控制油氣橫向運(yùn)移與聚集。因此，柴西地區(qū)天然氣可通過不整合面－斷裂運(yùn)移至圈閉或有利儲(chǔ)集體中聚集成藏。

此外，對(duì)于氣藏的形成，氣源巖是基礎(chǔ)，封蓋保存是關(guān)鍵。柴西古近系—新近系地層主要有深層、淺層2套區(qū)域性蓋層，以灰質(zhì)泥巖、泥灰?guī)r和泥巖為主。深層蓋層(E32—N1)巖性為泥巖、灰泥巖、泥灰?guī)r和少量膏鹽巖，厚度較大、分布廣泛，幾乎遍布整個(gè)工區(qū);淺層蓋層(N23—Q)巖性多為泥巖和泥灰?guī)r。由于后期較強(qiáng)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，研究區(qū)斷裂和褶皺普遍發(fā)育，絕大多數(shù)斷裂為“通天”斷裂，同時(shí)，構(gòu)造頂部剝蝕嚴(yán)重，破壞了淺層蓋層的封閉能力，導(dǎo)致淺層油氣大量散失。因此，整體上由于2套區(qū)域性蓋層的存在及差異性特點(diǎn)，深層氣藏的保存條件明顯好于中淺層氣藏。

2.5 圈閉類型

柴西地區(qū)古近紀(jì)—新近紀(jì)時(shí)期構(gòu)造活動(dòng)較強(qiáng)，發(fā)育大量斷裂和褶皺構(gòu)造，具有形成良好圈閉的地質(zhì)條件。從目前發(fā)現(xiàn)的氣藏分布來看，古構(gòu)造與生氣中心的匹配是目前柴西地區(qū)天然氣藏分布的主要集中區(qū)，圈閉類型主要以構(gòu)造圈閉為主，巖性圈閉次之。結(jié)合柴西地區(qū)成藏特征和保存條件研究，側(cè)重研究氣源巖的生氣強(qiáng)度不小于20×108m3/km2時(shí)深層E32和E31的晚期圈閉類型，該時(shí)期主要發(fā)育構(gòu)造圈閉，圈閉類型為斷鼻、(斷)背斜及斷塊，具有NW—SE向帶狀分布的特征。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，生氣強(qiáng)度不小于20×108m3/km2范圍內(nèi)的構(gòu)造圈閉共20個(gè)，包括斷鼻圈閉13個(gè)，(斷)背斜圈閉3個(gè)，斷塊圈閉4個(gè)，總面積為921.4 km2。斷鼻圈閉是由斷層和鼻狀構(gòu)造組合形成的圈閉，特指在鼻狀構(gòu)造的上傾方向受斷層遮擋、封閉形成的圈閉，如獅子溝構(gòu)造帶1、2號(hào)圈閉及咸水泉11號(hào)圈閉等，面積為479.6 km2;(斷)背斜圈閉是由構(gòu)造作用使地層發(fā)生彎曲變形，儲(chǔ)集層和蓋層形成向周圍傾伏的背斜或斷背斜構(gòu)造，如南翼山構(gòu)造帶的13號(hào)圈閉等，面積為258.3 km2;斷塊圈閉是由被多條斷層相互切割形成的各種形狀的斷塊被斷層封閉而形成的圈閉，如咸水泉－油泉子構(gòu)造帶的10～12號(hào)圈閉等，面積為183.5 km2(表3、圖5)。結(jié)合天然氣運(yùn)聚規(guī)律，生氣中心周緣的高部位是天然氣運(yùn)移的指向區(qū)，(斷)背斜及斷鼻圈閉相對(duì)更易形成天然氣聚集，圈閉條件相對(duì)于斷塊圈閉更加優(yōu)越。

表3 柴西地區(qū)氣源巖生氣強(qiáng)度不小于20×108m3/km2圈閉特征Table 3 The trap characteristics of gas source rock with gas generation intensity not less than 20×108m3/km2in western Qaidam Basin

圖5 柴西地區(qū)深層(E32和E31)晚期圈閉分布Fig.5 The distribution of late traps in the deep formation(E32and E31)in western Qaidam Basin

3 有利勘探目標(biāo)

綜合氣源條件、儲(chǔ)層特點(diǎn)、成藏匹配關(guān)系、圈閉類型、運(yùn)移及保存條件等因素，認(rèn)為柴西地區(qū)天然氣藏的有利勘探目標(biāo)應(yīng)主要考慮3項(xiàng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn):是否位于有效氣源巖范圍內(nèi)，是否具有有利的保存條件，是否位于古、今構(gòu)造有利區(qū)域。因此，根據(jù)上述評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)確定了以下3個(gè)優(yōu)選原則(表4):①柴西地區(qū)有效氣源巖的分布范圍是控制天然氣聚集的基礎(chǔ)，研究區(qū)5套氣源巖(E1+2、E31、E32、N1和 N21)疊加的總生氣強(qiáng)度要比單套氣源巖的生氣強(qiáng)度更加精確，故將總生氣強(qiáng)度、5套氣源巖分布位置與主力氣源巖的成熟度有效結(jié)合來確定有效氣源巖分布范圍;②根據(jù)區(qū)域蓋層分布特征及封閉性能，古近系深層(E32和E31)在縱向上具有雙重遮擋，保存條件優(yōu)越;③根據(jù)天然氣運(yùn)聚規(guī)律，生氣中心周緣的高部位是天然氣運(yùn)移的指向區(qū)，同時(shí)斷裂、褶曲構(gòu)造的發(fā)育程度有利于儲(chǔ)層溶蝕及孔－縫的形成，圈閉的綜合排序?yàn)?斷)背斜最優(yōu)，其次為斷鼻和斷塊。

表4 柴西天然氣藏有利勘探目標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 4 The evaluation criteria for favorable exploration targets of western Qaidam Basin

根據(jù)以上原則，確定天然氣有利勘探目標(biāo)為獅子溝－干柴溝、咸水泉－油泉子－黃瓜峁和南翼山構(gòu)造帶的E32和E31層段等12個(gè)有利圈閉及3個(gè)較有利圈閉，面積分別約為612.3 km2及183.5 km2(圖6)。根據(jù)有利勘探目標(biāo)的研究，后期在獅子溝構(gòu)造帶2、3號(hào)有利 (斷)背斜圈閉范圍內(nèi)鉆探的S58井在E32層位 (深度約為5 451 m)放噴點(diǎn)火，火焰高達(dá)30 m，估算日產(chǎn)天然氣可達(dá)200×104m3/d;SX58井在E32層位亦鉆遇良好油氣顯示，在5 502～5 514 m段試氣日產(chǎn)油為205 m3/d，日產(chǎn)氣達(dá)7 0229 m3/d。

圖6 柴西地區(qū)古近系E32和E31有利勘探目標(biāo)區(qū)Fig.6 The favorable exploration target zones of Paleogene E32sand E31Formation in western Qaidam Basin

4 結(jié)論

(1)柴西地區(qū)整個(gè)古近紀(jì)—新近紀(jì)均處于咸化湖盆演化階段，氣源巖層系較多，Ro≥0.8%的氣源巖包括 E1+2、E31、E32、N1和 N21;主力氣源巖為E32和N1，分布范圍較廣、厚度較大、生氣量較多，具有明顯晚期生烴特征，平面上有效氣源巖主要分布于柴西北及靠近茫崖凹陷的柴西南局部地區(qū)。

(2)柴西地區(qū)主要發(fā)育碎屑巖和碳酸鹽巖兩大類儲(chǔ)層，巖性整體致密，特低孔特低滲特征明顯，縱橫向變化較大，總體表現(xiàn)出“西部好、東部差，南部好、北部差，淺層高、深層低”特征。但由于儲(chǔ)層受到后期溶蝕、構(gòu)造作用的改造，局部會(huì)形成有效孔－縫系統(tǒng)，利于油氣儲(chǔ)集。

(3)柴西地區(qū)存在2套區(qū)域性蓋層，深層(E32—N1)蓋層厚度較大、分布廣泛，巖性主要為泥巖、泥灰?guī)r和少量膏鹽巖，保存條件較好;而淺層(N23—Q)蓋層受后期構(gòu)造作用影響，剝蝕嚴(yán)重，巖性主要為泥巖、灰質(zhì)泥巖和泥灰?guī)r，保存條件相對(duì)較差。

(4)柴西地區(qū)古近紀(jì)—新近紀(jì)時(shí)期構(gòu)造活動(dòng)較強(qiáng)，發(fā)育大量斷裂和褶皺構(gòu)造，晚期形成良好的圈閉條件。有效氣源巖范圍內(nèi)，深層(E2和E133層段)主要發(fā)育構(gòu)造圈閉，以斷鼻圈閉為主，斷塊、(斷)背斜次之，與成藏關(guān)鍵時(shí)刻匹配，相對(duì)更加有利于天然氣運(yùn)聚。

(5)綜合柴西地區(qū)成藏地質(zhì)條件，考慮有效氣源巖分布范圍，有利的儲(chǔ)集、保存條件，有利的古、今構(gòu)造區(qū)域，優(yōu)選了獅子溝－干柴溝、咸水泉－油泉子－黃瓜峁和南翼山3個(gè)天然氣有利勘探區(qū)帶，明確E32和E31層段15個(gè)有利勘探目標(biāo)，面積約為795.8 km2。