柴達木盆地西南地區基底斷裂的控藏作用與有利區帶

倪祥龍 ，王建功 ，郭佳佳 ，杜斌山 ，易定紅 ，龍國徽 ，李志明 ，惠媛媛

（1.中國石油勘探開發研究院西北分院，蘭州730020；2.中國石油天然氣集團公司油藏描述重點實驗室，蘭州730020；3.中國石油青海油田分公司勘探開發研究院，甘肅敦煌736202）

0 引言

基巖油氣藏是一種特殊的“新生古儲”型油氣藏，具有儲層巖性復雜、儲集空間類型多樣、裂縫和微裂縫系統復雜、運移和成藏規律特殊等特征［1-4］。近年來，基巖油氣藏已在國內外許多盆地被發現和開采，基巖油氣藏的探明儲量占已發現的總地質儲量的15%以上［2-5］，展現了基巖油氣藏巨大的勘探價值［6-10］。據統計，以花崗巖、火成巖及變質巖為儲集層的基巖油藏數量占已發現油田數的一半以上［2］，其儲集層具有強非均質性，包括巖性、物性變化大，且不同地區或同一區塊的單井產量、不同區域的基巖埋深與產油層厚度均存在較大差異［2］。

近年來，阿爾金山前的東坪—牛東—尖頂山地區大型基巖氣藏獲得了重大發現，柴西南地區的躍進和昆北地區的基巖油藏也取得了一系列勘探突破。至此，基巖油氣藏逐漸成為柴達木盆地的勘探熱點之一［11-16］，但柴西南地區鉆探到基巖且在基巖中獲得工業油流的探井占總井數的比例較低，約為10%，可見勘探成功率較低。吳顏雄等［11］刻畫了該地區的基巖成藏模式，但據此新鉆的ST1井等均未發現油氣藏，該井雖然位于構造高部位，且儲集條件良好，發育深大斷裂，但油氣未在基巖中聚集成藏。因此，研究區成藏主控因素復雜，對這些鉆探失利的案例進行深入分析是十分必要的。研究區主要發育的深大斷裂及其對油氣藏的控制作用研究尚不夠深入。筆者在斷裂控烴有關理論［17］指導下，通過恢復柴西南地區的構造演化歷史，重新厘定斷裂活動期次，進一步分析斷裂系統對古地貌、烴源巖及蓋層的影響，將獲得工業油流井與失利井進行對比，探討基底斷裂對基巖油氣藏的控制作用，以期對盆地類似地質條件的基巖油氣藏勘探具有借鑒和指導作用。

1 地質概況

柴西南地區位于阿爾金山與昆侖山的交界區域，泛指英雄嶺以南的廣大地區，包括紅柳泉、七個泉、尕斯、鐵木里克、躍進—扎哈泉—烏南地區以及昆北斷階帶（或稱昆北地區）。通過對鉆井、地面露頭資料、地震和磁異常以及已有文獻報道資料進行綜合分析可以得出，研究區前中生界基巖巖性以晚古生代變質巖或淺變質灰巖為主，昆侖山前的基巖隆起帶或斷裂帶廣泛發育海西期的花崗巖和少量的基性巖（圖1）。已發現油藏的基巖巖性主要為花崗巖和板巖，花崗巖中構造縫較為發育，構造縫周緣的長石礦物多發生溶蝕，形成了部分溶蝕孔和溶蝕縫［19-20］。因此，花崗巖儲層的儲集空間類型主要為半風化層中的構造縫、溶蝕縫和溶蝕孔，吳麗榮等［7］認為還發育孔徑較小的基質孔隙?？傮w上，花崗巖儲集性能較好。板巖主要為變質的砂泥巖類，巖性致密，僅發育少量構造縫。

昆北深大斷裂上盤的昆北斷階帶地區已發現規模較大的昆北油田，其基巖（γ4）多為蝕變花崗巖或板巖，風化殼十分發育，儲層物性也較好，孔隙度多為7%～10%，滲透率平均值為2.3 mD，微裂縫和裂縫發育，滲透性較好［20］。Q11井在基巖風化殼中獲得工業油流，初期日產油大于20 t，已累計產油超過600 t。截至目前，昆北地區已發現Q12井區、Q6井區、Q16—Q4井區等3個整裝大油田，預測地質儲量多達千萬噸，展示了柴西南地區基巖油藏具有廣闊的勘探前景。研究區的油源對比結果顯示［21-22］，阿拉爾斷裂上盤的躍進斜坡和昆北斷裂上盤的昆北斷階帶的基巖油氣藏中的油氣均來自扎哈泉—切克里克凹陷，基巖油氣藏具有“近凹”分布特征［10-16］。成藏期次研究結果表明，昆北地區存在2期油氣充注，分別發生于N1中期—末期（早期充注）和—Q（晚期充注），其中早期充注的原油部分受到了破壞，大多演化成瀝青，現今基巖上覆儲集層中的原油多數為晚期充注的產物。躍進斜坡基巖儲集層中的原油為早期充注（N中期—1末期）產物，因此末期為關鍵成藏期。

圖1 柴西南地區基巖分布特征與主要斷裂系統Fig.1 Distribution of basement rock and main fault systems in southwestern Qaidam Basin

2 基巖的斷裂發育特征

羅群［17］通過研究認為，斷裂是控制油氣生、排、運、聚、散和分布的根本原因，并提出可沿斷裂或深大斷裂這一主要線索，尋找控源斷裂、控圈斷裂、油源斷裂及遮擋斷裂等控烴斷裂，分析斷控圈閉和與斷裂相關圈閉的油氣運聚成藏條件，然后進行含油氣性評價以確定有利的勘探目標。

柴西南地區基底發育的主要斷裂系統包括昆北斷裂、阿拉爾斷裂、躍東斷裂，Ⅷ號斷裂、Ⅺ號斷裂、ⅩⅢ 號斷裂和烏南斷裂［18］（圖 1，2），其中較重要的2條斷裂為昆北斷裂和阿拉爾斷裂，對研究區已發現的各個油氣藏的構造、沉積和成藏均具有控制作用［圖2（a）］。通過計算新生代以來各斷裂的總斷距及各時期斷裂生長指數，可以發現阿拉爾斷裂平面上呈兩段式：西段走向為北西西向，新生代以來總體活動較強，具有“控源”和“控圈”的性質；東段走向為近南北向，總體活動較弱，具有“控圈”和油源輸導斷裂的性質。時間上具有“早強（E1+2）—中緩（E3）—晚強（N）”的特征［圖 2（b），（c）］。昆北斷裂平面上總體呈北西西向展布，新生代以來，中間總體活動強，具有“控源”斷裂和油源輸導斷裂的性質；東西兩側活動較弱，具有調節斷裂和遮擋斷裂的性質；總體表現為“弧形擠入”的特征，時間上具有“早弱（E1+2—N1）-晚強（N2）”的特征［圖 2（d），（e）］。新生代以來，在印度板塊向亞歐板塊俯沖的遠程作用效應下，青藏高原整體向北縮短，阿拉爾斷裂的形成早于昆北斷裂，其西段以擠壓為主，東段以剪切調節為主。在青藏高原隆升過程中，柴達木盆地內部構造變形是分階段進行的，且具有愈演愈烈的趨勢。

柴西南地區基巖抬升并遭受風化剝蝕主要發生于中生代的印支期和燕山期，新生代發生的5期構造運動主要對基巖上覆的沉積物影響較大。大量研究成果顯示［23-29］，研究區主要的烴源巖層段為的半深湖—深湖亞相泥巖和泥質云巖，經過精細研究對比的主要生烴凹陷包括紅獅凹陷、茫崖凹陷和扎哈泉凹陷（圖2），緊鄰生烴凹陷的深大斷裂有Ⅺ號斷裂、阿拉爾斷裂、昆北斷裂和ⅩⅢ號斷裂。

圖2 柴西南地區基底斷裂與主力生烴凹陷的分布Fig.2 Basement faults and hydrocarbon-generating sags in southwestern Qaidam Basin

3 斷裂的控藏作用

3.1 斷裂對古構造的控制作用

柴西南地區的勘探實踐證實了昆北Q6井區和Q4井區為油氣富集區，其最重要的控制因素為研究區具有古構造背景，油氣沿不整合面大規模、長時間運移成藏。因此，關鍵成藏期的古構造研究顯得至關重要。通過利用地震資料進行趨勢厚度恢復和利用測井資料進行泥巖壓實厚度恢復，對柴西南地區新生代晚期以來的地層厚度進行了研究，并在此基礎上制作了研究區新生代關鍵成藏期（末）基巖頂面古構造圖（圖3）。由此可見，古地貌主要受控于阿拉爾斷裂和昆北斷裂。油氣較為富集的躍進斜坡和昆北斷階帶均處于古構造之上，為油氣運聚的長期指向區。第1期油氣充注期末（末），砂西—尕斯斜坡、躍進斜坡、扎哈泉鼻隆、烏南鼻隆—烏東斜坡和昆北斷階帶均為古地貌高部位或斜坡部位，均是油氣運移的指向區或途徑區。

3.2 斷裂對油氣運移的輸導作用

大型活動斷裂控制了柴西南地區新生代以來的古地貌格局，進而控制了新生代的沉積體系。中新統沉積前，昆北斷裂和阿拉爾斷裂共同控制了扎哈泉—切克里克凹陷的沉積體系（圖4）。重礦物組合分析、單井和連井沉積相分析結果表明，柴西南地區新生代主要受阿拉爾物源和祁曼塔格物源的控制，發育辮狀河三角洲—湖泊沉積體系［圖4（a）］。在關鍵成藏期，扎哈泉凹陷生成的油氣沿著斜坡砂體向上傾方向運移，大型活動斷裂及其次級斷裂提供了油氣運移通道［圖4（c）］，有利于油氣從生烴凹陷到儲層圈閉的運移。由于基巖頂部的巖石長期遭受風化淋濾和剝蝕作用，產生了大量次生溶蝕孔隙；且該不整合面之下的地層經歷了多期次構造改造，產生了大量微裂縫，增大了垂向連通性，為溶蝕流體提供了運移通道，提高了不整合面之下地層的孔隙度和滲透率，也為油氣運移和聚集創造了有利條件，當油源充足時，可以持續不斷地進行充注，在保存條件好的前提下聚集成藏。

圖3 柴西南地區關鍵成藏期（末）基巖頂面古構造與斷裂分布Fig.3 Paleotectonics of the top of basement rock in key accumulation period（end of ）and fault distribution in southwestern Qaidam Basin

圖4 柴西南地區漸新統末期沉積體系與成藏演化剖面Fig.4 Sedimentary system of the late Oligocene and reservoir-forming evolution profile in southwestern Qaidam Basin

柴西南地區的深大斷裂多具有生長斷層和逆斷層的性質，如阿拉爾斷裂、Ⅺ號斷裂等，其控制下的“F”型輸導系統是構造油氣藏成藏的主要通道［30］，其主要輸導體系為油源斷層，即生長逆斷層，砂體分布較局限。大多數圈閉的形成均受到生長逆斷層的控制且鄰近生長逆斷層發育，油氣由輸導斷層進入儲集砂體后聚集成藏。因此，研究區油氣以垂向運移為主，側向運移為輔，斷層運移為主，砂體運移為輔。倪祥龍等［23］通過研究認為，源外油氣通過斷層運移的水平距離可達50 km，在碎屑巖儲集層中運移距離可達10～20 km或以上。因此斷層發育區的勘探面積較廣，尤其是位于深大斷裂（包括阿拉爾斷裂、Ⅺ號斷裂、ⅩⅢ號斷裂、昆北斷裂）上盤20 km范圍內均為勘探潛力區。

3.3 斷裂對蓋層的控制作用

蓋層質量對基巖油氣藏來說是至關重要的，蓋層的封閉能力受微觀封閉能力和宏觀空間展布的雙重制約［31-32］。柴西南地區基巖上覆蓋層主要包括2類：一類是基巖中的風化泥巖層，一類為基巖上覆地層中的三角洲平原分流間灣泥巖和三角洲前緣水下分流間灣中的泥巖。巖石突破壓力測試結果顯示，研究區基巖上覆泥巖蓋層的突破壓力均較大，且泥巖厚度多為15～25 m，優于優質蓋層的標準［24］。其中紅柳泉—七個泉地區基巖上覆地層為大套紅色礫巖，蓋層條件較差，并且基巖現今埋深較大，勘探成本較高且風險較大；砂西—尕斯—扎哈泉—烏南地區及昆北斷階帶東段，基巖上覆地層為路樂河組，泥巖厚度較大，為三角洲平原沉積，具有一定的封蓋能力；躍進—昆北斷階帶西段的基巖上覆地層為下干柴溝組下段，為三角洲前緣沉積，泥巖封蓋能力較好。綜上所述，在下干柴溝組下段（）和路樂河組（E1+2）覆蓋區，且緊鄰大型斷裂的Q3井區、扎西鼻隆以及烏南斜坡區的基巖均具有較大的勘探潛力。

圖5 柴西南地區紅獅凹陷過ST1井地震剖面Fig.5 Seismic section across well ST1 in Hongshi Depression in southwestern Qaidam Basin

對研究區20余口井基巖上覆地層泥巖進行了統計和評價，評價指標分別為泥巖單層最大厚度（權重因數0.4）、泥巖的累計厚度（權重因數0.2）、泥巖與地層厚度比值（權重因數0.4）等，建立了柴西南地區三維地震區的蓋層綜合評價標準（表1）。綜合表1中的4個等級和3個參數及其權重因數得到蓋層評價的總分值，將蓋層質量分為好（Ⅰ類，總分值 ≥3.5）、中（Ⅱ類，2.4≤總分值＜3.5）、差（Ⅲ類，總分值≤2.4）等3類。宏觀上，利用基巖上覆地層的地震屬性結合沉積相展布，并考慮深大斷裂的活動性，開展了蓋層平面展布特征評價，結果表明：Ⅰ類蓋層分布于紅柳泉斜坡—尕斯斜坡、烏南鼻隆西部、躍進二號—四號斜坡以及Q12井區，Ⅱ類蓋層分布在昆北斷階帶西段—躍進斜坡、昆北斷階帶（Q12井區除外）切克凹陷以及烏東斜坡，其余地區均為Ⅲ類蓋層，包括紅柳泉—七個泉地區、砂西—尕斯高部位、躍進二號西高點—Q2井區、Y74—Y73井區和Q16井區（圖6）。柴西南地區已發現的基巖油氣田均位于Ⅰ—Ⅱ類蓋層覆蓋區，基巖勘探失利井均分布在Ⅱ—Ⅲ類蓋層發育區。

表1 柴西南地區蓋層評價參數Table 1 Evaluation parameters of caprock in southwestern Qaidam Basin

圖6 柴西南地區基巖上覆蓋層厚度等值線及質量評價Fig.6 Thickness contour and quality evaluation of caprock overlying on basement rock in southwestern Qaidam Basin

3.4 基巖成藏模式

基巖風化殼縱向上多具有分帶性，裂縫集中發育段往往為油氣儲集的主力層段［33-34］。柴西南地區基底多為花崗巖或花崗片麻巖，裂縫十分發育，有利于油氣的側向運移。大斷裂的發育必然派生出較多的微裂縫，從而組成的裂縫網絡對油氣運移起關鍵作用?；鶐r風化殼受風化淋濾作用影響，其孔縫系統較為發育［35］，一方面可以儲集油氣，另一方面還可以作為油氣長距離橫向運移的通道，從而為遠離烴源巖灶的斜坡區提供油源［36］。研究區的Ⅺ號斷裂、阿拉爾斷裂、昆北斷裂及ⅩⅢ號斷裂均控制了生烴凹陷的形成和展布，其持續活動進一步控制了關鍵成藏期古隆起的油氣運移、聚集和成藏，緊鄰這些深大斷裂的古隆起區為油氣持續運移的指向區，其油氣資源最為富集?；鶐r上覆地層中，區域性泥巖蓋層的發育為古隆起基巖風化殼油藏的保存奠定了基礎，蓋層條件較差的區域，即使油氣通過斷裂系統運移至此，也多會發生二次運移，在上覆地層中形成次生油氣藏，紅獅凹陷的ST1井、躍進斜坡的Y73，Y74和Y75等井勘探實踐證實了該結論。因此，柴西南地區以深大斷裂為核心要素的基巖風化殼油藏的形成，主要得益于以下幾個關鍵因素：優質烴源巖、古構造背景、多樣化的輸導體系（風化殼不整合面+大型活動斷裂+微裂縫系統）和有效蓋層等。

4 有利區帶

柴西南地區發育的花崗巖類剛性基底在晚喜山運動期相對穩定，表現為整體升降特征，而相對穩定的區域是柴達木盆地現階段勘探的重點［37］。以深大斷裂為核心要素的成藏模式決定了ⅩⅢ號斷裂與Ⅺ號斷裂所夾持的烏南鼻隆地區、ⅩⅢ號斷裂上盤的扎哈泉鼻隆、Ⅷ號斷裂上盤的Q3井區古鼻隆均是基巖油藏發育的潛力區。

（1）烏南鼻隆位于ⅩⅢ號斷裂與Ⅺ號斷裂之間（圖7），基巖埋深較大，一般大于6 000 m。由于Ⅺ號斷裂發育較早，并持續活動，在關鍵成藏期，烏南鼻隆基底已遠高于茫崖凹陷的主力烴源巖層段（）。后期由于昆北斷裂及ⅩⅢ號斷裂的持續活動，形成晚期的鼻隆構造，切克里克凹陷的油源也可通過ⅩⅢ號斷裂側向運移至此，且該區基巖上覆地層的蓋層條件較好，巖石較為致密，為Ⅰ類優良蓋層發育區。因此，烏南鼻隆的基巖具有較大的勘探潛力。

（2）扎西鼻隆由ⅩⅢ號斷裂、阿拉爾斷裂和躍東斷裂控制形成，緊鄰扎哈泉—切克里克生烴凹陷（圖8），基巖埋深大于5 500 m，上覆蓋層為路樂河組，屬于Ⅱ類蓋層。在關鍵成藏期，基巖風化殼發育區與斷裂下盤的主力烴源段形成了“側接”關系，且之后持續隆升，為較有利的勘探區。

圖7 柴西南地區過烏南鼻隆的地震剖面Fig.7 Seismic section across Wunan nose-shaped uplift in southwestern Qaidam Basin

圖8 柴西南地區過扎西鼻隆的地震剖面Fig.8 Seismic section across Zhaxi nose-shaped uplift in southwestern Qaidam Basin

（3）切3井區緊鄰Q12油田，基巖上覆蓋層為下干柴溝組下段的泥巖，為三角洲相的分流間灣沉積，屬Ⅱ類蓋層?；讕r性為花崗巖類，緊鄰切克里克生烴凹陷，自關鍵成藏期至今，發育持續的局部古鼻隆，上傾方向發育斷裂遮擋。關鍵成藏期的基巖已高于切克里克生烴凹陷的主力烴源巖段，Ⅷ號斷裂可作為油氣運移通道，形成了“新生古儲”的側接型油氣藏?，F今基巖的埋藏深度相對較淺，約為5 000～5 500 m，為較有利的勘探區。

5 結論

（1）柴西南地區早期活動的深大斷裂為同沉積逆斷裂，控制了三大生烴凹陷的發育，關鍵成藏期活動的深大斷裂是油氣垂向運移的主要通道。深大斷裂控制的古隆起基巖風化殼儲層質量較好，為油氣成藏提供了儲集空間，基巖頂部的不整合面也為油氣遠距離側向運移提供了運移通道。研究區廣泛發育的泥巖蓋層為基巖油氣藏的保存奠定了基礎，但深大斷裂及其派生的次級斷裂在成藏期及期后可能破壞基巖上覆的泥巖蓋層，從而在上覆地層中形成次生油氣藏。

（2）以深大斷裂為核心要素的基巖油氣藏的成藏模式表明，烏南鼻隆、ⅩⅢ號斷裂上盤的扎哈泉鼻隆、Ⅷ號斷裂上盤的Q3井區古鼻隆的基巖均是油氣運移的指向區，是下一步基巖油氣藏勘探的有利區帶。