庫車拗陷野云2致密砂巖氣藏地質(zhì)特征及成藏機(jī)制

曹少芳，李 峰，張 博，姜振學(xué)，秦 紅，李 卓，邢 星，杜忠明，李 鑫

（1.塔里木油田公司 勘探開發(fā)研究院，新疆 庫爾勒 841000； 2.中國石油大學(xué)（北京）非常規(guī)天然氣研究院，北京102249； 3.中國石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249； 4.大慶油田有限責(zé)任公司 第三采油廠，黑龍江 大慶 163000）

0 引言

致密砂巖氣作為一種典型的非常規(guī)天然氣資源，具有巨大的勘探潛力，其覆壓基質(zhì)滲透率不大于0.1×10-3μm2，單井一般無自然產(chǎn)能，或自然產(chǎn)能低于工業(yè)氣流下限，但在一定經(jīng)濟(jì)條件和技術(shù)措施下，可以獲得工業(yè)天然氣產(chǎn)量［1-2］.致密氣藏又稱為深盆氣藏、倒裝型向斜氣藏、連續(xù)型氣藏、盆地中心氣藏、根緣氣等［3-8］.致密砂巖氣藏可分為“先致密后成藏型”致密深盆氣藏、“先成藏后致密型”致密常規(guī)氣藏和致密復(fù)合氣藏［9-10］.“先致密后成藏型”致密深盆氣藏儲集層致密期早于烴源巖生排烴高峰期，氣體分子膨脹力是主要成藏動力，氣體以活塞式運(yùn)動方式整體向上運(yùn)移，氣藏分布在構(gòu)造斜坡或凹陷中心；“先成藏后致密型”致密常規(guī)氣藏儲集層致密期晚于烴源巖生排烴高峰期，浮力是主要成藏動力，氣藏分布在構(gòu)造高部位；致密復(fù)合氣藏表現(xiàn)為先致密后成藏和先成藏后致密的復(fù)合型特征，氣源一般緊鄰儲集層，早期主要受到浮力作用，晚期主要受到分子膨脹力作用.

庫車拗陷是塔里木盆地致密砂巖氣的主產(chǎn)地，發(fā)現(xiàn)大北、克深、迪北等致密砂巖氣藏，致密砂巖氣資源豐富.野云2致密砂巖氣藏位于庫車拗陷陽北構(gòu)造帶，該地區(qū)勘探程度極低，目前只在野云2號構(gòu)造高點(diǎn)鉆探1口探井（野云2井）.野云2井鉆至侏羅系48m，地震解釋證實(shí)陽北地區(qū)發(fā)育下覆侏羅系烴源巖，白堊系發(fā)育的大套砂巖是有利的儲集層，具備致密砂巖氣藏成藏條件，鉆井過程中在白堊系見到良好的油氣顯示.野云2井試油效果不好，僅見到微量天然氣.因此，有必要開展野云2致密砂巖氣藏成藏條件和成藏機(jī)制研究，分析野云2致密砂巖氣藏靜態(tài)成藏特征和動態(tài)成藏過程，以認(rèn)識該地區(qū)致密砂巖氣藏成藏機(jī)制.

1 地質(zhì)特征

1.1 構(gòu)造特征

野云2構(gòu)造是位于庫車拗陷東部陽北構(gòu)造帶東段的局部構(gòu)造（見圖1）.陽北構(gòu)造近東西向展布，北緣發(fā)育近東西向展布的北傾逆沖斷裂，即陽北斷裂，斷裂縱向上從基底斷開至第四系，最大垂直斷距約為3 km（見圖2）；最早形成于印支期，燕山期有活動，主活動期為喜山中晚期，定型于喜山晚期.陽北斷裂上、下盤受構(gòu)造擠壓作用發(fā)生不同程度的褶皺變形，上盤變形相對較強(qiáng)，形成現(xiàn)今地表所見到的吐格爾明背斜帶；下盤變形相對較弱，發(fā)育一系列背斜、斷背斜等構(gòu)造，野云2構(gòu)造為斷裂下盤的局部構(gòu)造，表現(xiàn)為穹窿狀背斜.

1.2 烴源巖特征

庫車拗陷主要發(fā)育三疊系湖相烴源巖和侏羅系煤系烴源巖，分布范圍廣、厚度大、有機(jī)質(zhì)豐度較高、成熟度較高，為致密砂巖氣藏的發(fā)育提供良好的物質(zhì)基礎(chǔ)［11-15］.

野云2井鉆至侏羅系48m，地震剖面及烴源巖剖面分布表明野云2致密砂巖氣藏發(fā)育侏羅系、三疊系烴源巖.該地區(qū)天然氣主要來源于煤系烴源巖［16-17］，侏羅系烴源巖主要為深灰色、灰色泥巖，以Ⅲ型干酪根為主，有機(jī)質(zhì)豐度為0%～1.02%.野云2致密砂巖氣藏晚期快速埋藏，烴源巖快速成熟，侏羅系烴源巖現(xiàn)今鏡質(zhì)體反射率Ro約為0.8%.秦勝飛、戴金星等研究表明，煤系烴源巖在低熟—成熟階段主要生成凝析氣或濕氣［18-19］，因此野云2致密砂巖氣藏侏羅系煤系烴源巖以生氣為主，并且受構(gòu)造沉降影響，烴源巖生、排烴期相對較晚，油氣藏受后期改造作用較小，對油氣成藏較為有利.

1.3 儲集層特征

野云2致密砂巖氣藏儲集層主要為白堊系砂巖，儲集相帶以辮狀河三角洲和扇三角洲沉積為主，儲集層巖性主要為含礫砂巖、砂礫巖，其次為粉細(xì)砂巖.巖石類型以巖屑砂巖為主，儲集層礦物成分主要為石英，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46.0%；其次為長石，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20.5%；巖屑以巖漿巖巖屑和變質(zhì)巖巖屑為主.填隙物成分主要為方解石和泥質(zhì)，方解石質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.0%～18.0%，平均為7.9%；泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)總體較高，為6.0%～37.0%，對儲集層孔隙發(fā)育不利，主要黏土礦物成分為伊／蒙混層，其次為伊利石和高嶺石.儲集層結(jié)構(gòu)成熟度低，分選極差，磨圓較差，成分復(fù)雜，粒度變化大，砂礫巖混雜，表現(xiàn)為山前沖積扇—扇三角洲平原沉積環(huán)境快速堆積特征.儲集層較為致密，溶蝕作用微弱，次生孔隙不發(fā)育，儲集空間以微孔隙為主，發(fā)育少量粒間溶孔和微裂縫（見圖3）.

野云2致密砂巖氣藏儲集層普遍致密化，總體表現(xiàn)為特低孔、特低滲儲集層，測井解釋孔隙度分布在2.10%～12.30%之間，平均為5.97%.巖心分析樣品較少，巖性主要分布在粉、細(xì)砂巖段，導(dǎo)致物性分析結(jié)果較差，孔隙度分布在1.95%～4.62%之間，平均為3.31%，滲透率分布在（0.001～0.405）×10-3μm2，平均為0.090×10-3μm2.

1.4 蓋層特征

野云2致密砂巖氣藏主要發(fā)育古近系直接蓋層和吉迪克組區(qū)域性蓋層［20］.古近系直接蓋層巖性主要為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、含膏泥巖和膏質(zhì)泥巖.泥巖厚度較大、連續(xù)性較好，累計厚度為128m，最大單層厚度為39.0m，最小為1.0m，一般為1.0～7.0m.吉迪克組區(qū)域蓋層主要為膏質(zhì)泥巖，廣泛發(fā)育，封閉性好，同時普遍發(fā)育超壓，增強(qiáng)膏泥巖的封閉能力.鉆井過程中見到良好油氣顯示，證實(shí)蓋層具有較好封閉能力.

2 油氣地球化學(xué)特征

野云2井白堊系6 051.96m地層壓力為117MPa，壓力因數(shù)為1.99，屬于異常高壓系統(tǒng)，全井發(fā)現(xiàn)多處氣顯示.白堊系綜合解釋差氣層8層，但試油效果不好，多解釋為低產(chǎn)油氣層或干層，其中5 966.00～6 087.50m經(jīng)酸化壓裂后用4mm油嘴求產(chǎn)，折合日產(chǎn)油為0.76m3、日產(chǎn)氣為3 895.2m3.

野云2致密砂巖氣藏原油具有密度低（地面密度為0.800 3～0.819 4g／cm3）、黏度低（50℃溫度時黏度為1.164～2.061mPa·s）、含硫低（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.04%～1.01%）和含蠟中等（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.2%～9.7%）的特點(diǎn)，表現(xiàn)為陸相原油特征.三疊系烴源巖三環(huán)萜烷呈近正態(tài)分布特征，Ts（18α（H）-22，29，30-三降藿烷）和 Tm（17α（H）-22，29，30-三降藿烷）相對豐度近似，C27、C28、C29甾烷相對豐度均較高且呈近似“V”字型分布；侏羅系烴源巖三環(huán)萜烷沒有明顯的主峰碳，Tm相對豐度很高而Ts相對豐度低，C27、C28和C29甾烷呈近似“√”字型分布［21］.分析野云2井白堊系原油飽和烴甾萜質(zhì)譜圖（見圖4），野云2致密砂巖氣藏原油三環(huán)萜烷分布、Ts／Tm、C27、C28和C29甾烷分布特征與三疊系烴源巖的特征較為相似.因此，認(rèn)為野云2致密砂巖氣藏原油主要來自三疊系烴源巖.

野云2致密砂巖氣藏天然氣屬于濕氣，甲烷平均體積分?jǐn)?shù)為55.27%，重?zé)N氣體積分?jǐn)?shù)高，平均為28.12%，以乙烷為主；非烴體積分?jǐn)?shù)低，以氮?dú)鉃橹鳎嵝詺怏w體積分?jǐn)?shù)較低，CO2體積分?jǐn)?shù)為0.23%～1.52%，不含H2S.野云2致密砂巖氣藏未開展天然氣碳同位素測試，但研究表明庫車拗陷天然氣表現(xiàn)為典型的煤層氣特征［22］，這與該地區(qū)侏羅系發(fā)育優(yōu)質(zhì)的煤系烴源巖結(jié)論一致.

3 成藏機(jī)制

3.1 儲集層成巖演化

庫車拗陷深部儲集層成巖演化的最顯著特征為早期長時期淺埋、后期快速深埋［23］，在野云2致密砂巖氣藏表現(xiàn)尤為明顯；這種埋藏方式對儲集層傷害較大，不利于原生孔隙的保存.分析儲集層埋藏史結(jié)果［24］，在中新世以前，野云2致密砂巖氣藏儲集層埋藏方式屬于淺埋藏類型，白堊系儲集層埋藏深度小于1.0km，經(jīng)過漫長的地質(zhì)歷史，儲集層發(fā)生充分的壓實(shí)作用和膠結(jié)作用，孔隙度大大降低，由剛沉積時的40%左右降低到20%左右.

中新世以來，由于受到構(gòu)造沉降作用，白堊系儲集層快速深埋，上新世時埋深約為3.0km，現(xiàn)今埋深約為6.0km，儲集層受到強(qiáng)烈的深埋壓實(shí)作用，強(qiáng)烈的構(gòu)造擠壓導(dǎo)致儲集層被進(jìn)一步壓實(shí)，孔隙度減小；同時，晚期方解石膠結(jié)、石英次生加大等作用導(dǎo)致孔隙度進(jìn)一步降低，原生粒間孔隙基本消失，顆粒間發(fā)生緊密接觸.野云2致密砂巖氣藏主要為堿性沉積環(huán)境，溶蝕作用總體較弱，但后期煤系地層產(chǎn)生的有機(jī)酸導(dǎo)致長石、巖屑等發(fā)生溶蝕作用，一定程度上改善儲集層物性；強(qiáng)烈構(gòu)造擠壓產(chǎn)生裂縫，在一定程度上彌補(bǔ)孔隙度的減小，改善儲集層的滲透性能，是野云2致密砂巖氣藏特低孔—特低滲儲集層產(chǎn)出油氣的重要因素.受到成巖作用對儲集層孔隙度演化的影響，野云2致密砂巖氣藏白堊系儲集層孔隙度由中新世初（23 Ma）約為20%，快速下降，在上新世初（5Ma）降至10%左右，儲集層致密化，演化至現(xiàn)今孔隙度約為5.9%（見圖5）.

3.2 油氣充注史

野云2致密砂巖氣藏白堊系砂巖儲集層巖性主要為含礫砂巖和砂礫巖，儲集層中可觀測到少量烴類包裹體，主要為發(fā)藍(lán)白色熒光氣—液兩相烴類包裹體，也可見少量發(fā)淺黃色熒光的烴類包裹體.包裹體主要分布在石英顆粒裂紋內(nèi)，呈串珠狀分布，包裹體多為橢圓狀或不規(guī)則狀，一般較小，主要集中在3.0～8.0μm之間，氣液比較大，表明油氣成熟度較高.與烴類包裹體共生的鹽水包裹體均一化溫度分布在89.6～139.1℃之間.

根據(jù)包裹體巖相學(xué)觀察、均一化溫度及儲集層埋藏史和熱史分析，野云2致密砂巖氣藏具有兩期油氣充注：第Ⅰ期為發(fā)淺黃色熒光油氣包裹體，主要分布在石英顆粒內(nèi)裂紋中，與它伴生的鹽水包裹體均一化溫度為90～100℃，表現(xiàn)為康村期早期原油充注；第Ⅱ期為發(fā)藍(lán)白色熒光油氣包裹體，主要分布在穿石英顆粒裂紋和石英顆粒內(nèi)裂紋中，與它伴生的鹽水包裹體均一化溫度為120～140℃，表現(xiàn)為庫車期天然氣充注.總體具有以第Ⅱ期充注為主的晚期成藏特點(diǎn)（見圖5）.

3.3 成藏過程

庫車拗陷晚期強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動是圈閉形成的主要動力，對油氣成藏與聚集起重要作用；構(gòu)造擠壓強(qiáng)度在喜山晚期達(dá)到高峰，為油氣成藏的主要時期［25-26］.吉迪克組—康村組沉積時期，陽北斷裂開始有少量沖斷活動，野云2圈閉初具雛形；庫車期陽北斷裂沖斷活動有所加強(qiáng)，圈閉已經(jīng)有效形成；西域組沉積時期，陽北斷裂發(fā)生較大規(guī)模的沖斷活動，野云2圈閉基本定型.構(gòu)造運(yùn)動控制烴源巖演化過程，烴源巖晚期快速成熟，侏羅系煤系烴源巖現(xiàn)今Ro約為0.8%，以生成凝析氣和濕氣為主，推測下覆三疊系湖相烴源巖成熟度高于0.8%，處于成熟階段，排出過原油.

綜合分析構(gòu)造演化史、油氣充注史和儲層孔隙度演化史等，該地區(qū)天然氣充注時期與儲集層致密化過程同步，具有邊充注邊致密的特征，總體具有“康村期早期原油充注、庫車期天然氣充注、西域期以來調(diào)整破壞”的成藏過程.

康村期（12Ma），三疊系烴源巖進(jìn)入成熟階段，野云2圈閉初具雛形，三疊系生成的原油沿陽北斷裂向上運(yùn)移形成古油藏，第Ⅰ期淺黃色油氣包裹體記錄該期成藏過程；庫車期（5Ma），三疊系、侏羅系烴源巖進(jìn)入大量排氣階段，野云2圈閉有效形成，同時構(gòu)造運(yùn)動使陽北構(gòu)造帶北部次級斷裂形成，從而形成輸導(dǎo)通道，天然氣沿斷裂向野云2圈閉充注，并對早期形成的原油產(chǎn)生氣洗脫瀝青作用，第Ⅱ期藍(lán)白色熒光油氣包裹體記錄該期成藏過程，儲集層已致密化，同時白堊系由于構(gòu)造擠壓發(fā)育超壓，也在一定程度上抑制油氣的注入，影響氣藏規(guī)模；西域期以來，侏羅系煤系烴源巖進(jìn)一步成熟，強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動導(dǎo)致陽北斷裂斷穿地表，野云2圈閉也在此次斷裂沖斷活動中定型，斷裂活動導(dǎo)致氣藏遭到調(diào)整和破壞.

4 結(jié)論

（1）野云地區(qū)白堊系具備形成致密砂巖氣藏的條件：煤系烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度高，成熟度高，生氣能力強(qiáng)；儲集層致密，儲集空間以微孔隙為主；蓋層發(fā)育廣泛，厚度大，連續(xù)性好，具有較好的封閉能力.

（2）野云2致密砂巖氣藏具有兩期油氣充注特征，即康村期早期原油充注和庫車期天然氣充注，以第Ⅱ期充注為主；早期長時期淺埋、后期快速深埋的埋藏方式導(dǎo)致野云2致密砂巖氣藏儲集層在庫車期開始致密化，即天然氣充注時期與儲集層致密化過程同步，具有邊充注邊致密的特征.

（3）野云2致密砂巖氣藏具有“康村期早期原油充注、庫車期天然氣充注、西域期以來調(diào)整破壞”3期成藏過程.

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