柴達木盆地阿爾金山前深層基巖氣藏儲集空間再認識與成儲潛力區探討

李江濤 付鎖堂 王任一 劉應如 王海成 奧文博 馬 騰

1.中國石油青海油田公司 2.中國石油長慶油田公司 3.浙江海洋大學 4.中國石油勘探開發研究院西北分院

0 引言

基巖是對組成盆地基底的所有巖石的總稱，其直接潛伏在沉積儲層之下。在柴達木盆地阿爾金山前已發現的東坪1、尖探1區塊屬于基巖氣藏，儲層埋藏深，產層中部深度介于3 459～4 709 m，并且該區域5個產氣井區氣層平均埋深為4 360 m。該區域基巖氣藏的發現，拓展了柴達木盆地天然氣勘探開發的新領域，但是，自發現以來，一直認為基巖氣藏的儲集空間是由基質孔隙和裂縫雙重介質構成，且基質孔隙發育，然而，氣藏的開發實踐顯示此類氣藏氣井的產量遞減快、穩產難度大，并且氣藏挖潛的難度也大。由此可見，深化基巖氣藏儲集空間及成儲主控因素的認識，探討基巖有利目標儲集體及成儲潛力區非常重要。為此，筆者對基巖的溶蝕增孔特性和受力成縫特性開展調研，然后基于東坪1、尖探1區塊基巖巖心、鑄體薄片等資料，分析阿爾金山前深層基巖氣藏的主要儲集空間類型，進而提出該區域基巖有利目標儲集體形成的主控因素，并結合區域地質背景深化了有利目標儲集體和成儲潛力區的認識，以期為實現該基巖氣藏勘探開發的再突破提供參考。

1 基巖溶蝕增孔特性與受力成縫特性

阿爾金山前深層基巖氣藏的巖石類型是火成巖和變質巖類。不同類型的巖石因礦物組成和結構不同，決定了巖石抗風化性、可溶蝕性和孔隙性有差異，進而由于巖石脆性的不同使得裂縫的產生存在差異[1-3]。

1.1 火成巖

用濃度為20%的鹽酸對火成巖進行酸溶蝕實驗，結果表明鈣堿性火成巖增孔率只有2.1%，堿性火成巖增孔率約為4.6%，過堿性火成巖增孔率平均大于5%，可以看出火成巖堿度是影響基巖溶蝕孔發育程度的主要因素[1-3]。同時，通過對巖石主量元素含量與增孔率進行回歸分析，明確K、Na、Ca、Mg等元素的含量與火成巖溶蝕增孔能力有較好的相關性[4]。在酸介質環境相似的情況下，堿度較高的過堿性火成巖的溶蝕增孔能力較強。

用草酸對花崗巖進行溶蝕實驗，結果表明：①元素溶解量和淋濾率隨草酸濃度的增高而增大，并且與元素在花崗巖中的含量成正比；②親硫元素Fe和Mn的淋濾率明顯大于親石元素Al和Si；③草酸濃度的變化沒有改變Al和Si的溶蝕行為；④H+和配位體作用促使長石、云母溶解明顯，而石英溶解微弱或未溶解[5]。

以花崗巖為代表的火成巖巖性致密、強度大、密度大、吸水率低、質地堅硬，屬硬石類巖石，其中石英（SiO2）的含量通常大于60%，且測得純花崗巖石基質孔隙度介于0.5%～40%。因此，該類巖石耐酸、抗風化及抗壓強度高。

1.2 變質巖

對常見的片麻巖進行酸溶蝕實驗，結果顯示用濃度為20%的鹽酸對巖心進行溶蝕有一定的效果，但是増孔率不超過9%[6-7]。現場儲層改造結果表明，片麻巖儲層的酸壓、酸化效果差。已有研究結果表明，片麻巖儲層孔隙度、滲透率的變化范圍大，儲層非均質性強，裂縫是主要的儲集空間和滲流通道[8]。選取巖性純、質地好的片麻巖巖心，測得基質孔隙度平均值僅為1.01%，通常介于0.7%～2.2%，說明未風化的片麻巖基質孔不發育。

而以片麻巖為代表的變質巖長石含量高，抗壓強度低，沿片理方向抗剪切強度較小，具有泊松比低、楊氏模量高的特征，脆性指數可達80%，壓裂可改造性好。另外，動力變質巖以脆性變形為主，具有碎裂結構，微破裂發育，如構造角礫巖等[9-15]。

2 阿爾金山前深層基巖氣藏儲集空間與成儲主控因素

經鉆井取心結果證實，該區基巖巖性以火成巖和變質巖為主，其儲集體也統稱為結晶巖儲集體，由于巖漿侵入常引起圍巖產生一定程度的變質作用，進而與多種變質巖共生[2]。結晶巖巖石致密、堅硬，只有受到長期強烈風化或構造破裂作用，在基巖侵蝕面上會出現風化孔隙帶，進而成為油氣儲集的場所[2]。巖心分析資料結果表明，該區基巖巖性復雜、致密，基質孔不發育；CT掃描結果顯示溶蝕孔沿裂縫分布，且以微細孔為主。從目前已取得的研究成果來看，巖性對該區基巖有效儲集空間有一定的控制作用，碎裂動力變質巖是最有利于形成有效儲集空間的巖性，其次是風化程度高的花崗片麻類區域變質巖和深色超堿性火成巖。

2.1 巖性對基質孔發育的影響

東坪1區塊基巖巖性劃分為花崗片麻巖、斜長片麻巖、石英片巖、碎斑及碎裂變質巖類和花崗巖、閃長巖及輝長巖的火成巖類，呈現多而雜的特點[16]。基于dp1、dp103、dpH101等井的巖心分析結果可知，東坪1區塊基巖主要為變質巖，且以花崗片麻巖為主；巖心見灰白色、黑色花紋，裂縫發育，見溶蝕擴大，裂縫寬度介于1～2 mm，高角度裂縫發育，且裂縫發育多期次。由鑄體薄片的分析結果，可知巖石礦物成分主要為石英、長石，石英具有變晶結構，長石風化程度高，有少量黑云母，呈定向排列，黑云母具有綠泥石化特征，裂縫見方解石脈體。由dpH101井鑄體薄片可以觀察到少量長石溶蝕孔，且多為孤立溶孔。

東坪1區塊基巖所包含的巖石基本屬于溶蝕增孔能力差的鈣堿性巖類[16]，且具有多樣性和微觀差異性，非均質程度強。如圖1所示，根據該區塊巖樣的Na2O＋K2O與SiO2含量，樣品點全部位于花崗巖區域（圖1-a）；根據鋁飽和程度判別結果，認為該區塊巖樣屬于強過鋁質巖（圖1-b）；根據區塊內巖樣K2O、SiO2含量，認為巖石屬于高鉀鈣堿性系列（圖1-c）；由區塊巖樣的堿度及SiO2含量，認為巖石屬于鈣堿性花崗巖（圖1-d）。

尖探1區塊基巖埋深在4 700 m左右，主要為侵入巖中的中酸性花崗巖、閃長巖和變質輝長巖，為増孔率小、基質孔不發育的鈣堿性巖石。巖心分析結果表明，該區塊基巖儲層孔隙度介于0.81%～11.59%，平均為3.63%，大于2%（孔隙度下限）的有效孔隙度平均為4.20%；滲透率介于0.01～3.81 mD，平均為0.53 mD。尖探1區塊基巖儲層總體屬于低孔、特低滲類型。

2.2 巖性對裂縫發育的影響

東坪1區塊基巖巖心描述結果顯示該區塊裂縫密度平均為13.1條/m；針對不同的巖性，裂縫密度也不同，對于花崗巖，裂縫密度最大，平均為23.5條/m，其后依次為鈣質片麻巖、花崗片麻巖、斜長片麻巖，裂縫密度相應為19.8條/m、14.3條/m、11.2條/m，這幾種巖石的脆性排序與裂縫密度的排序一致，花崗巖脆性最大，斜長片麻巖脆性最小[15]。在dp105井、p1H-2-3井、dp106井發現了由于斷層作用或碎裂作用形成的碎裂巖，破碎帶發育有溶蝕孔。對4口井43塊薄片的資料進行統計，結果表明微裂縫面密度平均為1.28 mm/mm2，片麻巖最大為2.2 mm/mm2，花崗片麻巖面裂縫面密度介于0.8～1.3 mm/mm2，微裂縫孔隙度平均為2.04%。

圖1 東坪1區塊基巖氣藏儲層巖性分類圖

尖探1區塊基巖巖心描述結果表明，jt1井巖性為雜色塊狀花崗閃長巖，裂縫發育，以高角度裂縫為主，局部呈網狀縫，裂縫半充填方解石、硬石膏和石英等，沿裂縫面溶蝕現象明顯。jb1-1井主體巖性與jt1井一致，局部發育侵入巖脈，巖性為深綠色塊狀輝長巖，屬于基性侵入巖脈，巖石致密，裂縫多為高角度縫，充填方解石、硬石膏和石英等，沿裂縫面見少量的溶蝕現象。

2.3 基巖孔縫關系及有效儲集空間

基巖溶蝕孔隙的形成源于表生環境下的化學風化作用，成因包括礦物溶解和礦物蝕變兩種。無論地表水還是地下水，只有通過裂縫才能進入基巖體內部，所以，礦物溶解形成的溶孔及溶縫僅限于開啟的裂縫表面。而巖體內部礦物蝕變（長石高嶺土化、黑云母綠泥石化）所導致的孔隙增加，通過鑄體薄片的觀察結果，發現這類情況在該區域較普遍[16]，但蝕變孔的連通性差，不屬于有效孔。總體看來，區內基質孔隙度介于2%～3%，連通性好的溶蝕孔的發育主要受到斷裂控制，且僅在裂縫發育的網狀縫集中區溶蝕孔才相對發育。

巖石力學試驗結果表明，該區基巖巖石抗壓強度介于30～320 MPa，抗剪切強度介于30～340 MPa，強度高，可鉆性極差；由于巖石脆性指數高，多期次的構造運動為天然縫網的形成提供了條件。綜上所述，阿爾金山前深層基巖儲層有效儲集空間和滲流通道為構造縫、溶蝕縫，其主要形狀及特征如表1所示。

表1 阿爾金山前深層基巖儲集空間類型及特征表[15]

2.4 基巖成儲主控因素

阿爾金山前深層基巖有利目標儲集體的形成主要受到以下4個方面的影響。

1）巖性的影響。對于成縫及増孔能力強的基巖巖性（該區片麻巖成縫及増孔能力強于其他巖性，還有高含不穩定礦物長石和黑云母的巖石），易發生蝕變，進而溶解形成溶蝕孔縫；同時，礦物解理發育，易沿薄弱節理面裂開而形成裂縫。

2）構造作用。基巖裂縫形成與構造應力、構造變形和風化程度有關。在區域構造應力場的作用下，距離主控斷層越近，形變越大，裂縫越發育，溶蝕作用則越強。

3）風化作用。基巖裂縫儲集體是否發育還受到基巖抬升幅度、遭受風化剝蝕的程度、淋濾作用等因素的影響，在構造高部位受到的風化淋濾作用強，從而使裂縫較發育，溶蝕孔縫也易于形成。

4）巖脈侵入。局部基巖夾有侵入的花崗巖巖脈，巖脈巖性致密，物性較差，但巖脈邊緣由于存在應力集中及糜棱、接觸交代變質作用的影響，有利于微裂縫的形成。

阿爾金山前深層基巖有利目標儲集體遵循“優勢巖性—應力主導—高點富集”的三元控儲規律。應綜合考慮該區域構造應力、裂縫發育期次及優勢巖性等方面的影響，對成儲潛力區進行追蹤，同時，還應考慮區域內基巖頂不整合面對天然氣的輸導與駐留的影響。

3 阿爾金山前深層基巖氣藏成儲潛力區探討

根據基巖巖性識別的研究成果，對東坪1區塊的48口井（直井33口、水平井15口）進行了巖性劃分，統計結果表明，東坪1區塊基巖巖性主要為片麻巖、花崗片麻巖及輝長巖（圖2）；平面上，在片麻巖發育的區域氣井產氣量高，在輝長巖發育的區域氣井產氣量低，在巖性混雜的區域氣井產量變化較大；縱向上片麻巖、花崗片麻巖交替變化，輝長巖沿斷裂向高部位侵入[15]。

圖2 東坪1區塊巖性平面分布示意圖

為此，根據不同基巖巖性的増孔成縫屬性，應以過堿性及堿性花崗巖、霞石正長巖為代表，且鉀、鈉長石及富鐵黑云母等不穩定礦物含量高的火成巖及以片麻巖、片巖、碎裂巖為代表的變質巖作為有利目標儲集體。在對該區域已發現基巖氣藏成儲特征和主控因素研究的基礎上，基于對其有利目標儲集體形成的4個主控因素，劃分為以下5類成儲潛力區。

3.1 構造應力集中的張扭區

根據形成裂縫的不同應力類型，將構造裂縫劃分為以下3種：在壓應力作用下形成的張裂縫、在剪切應力作用下形成的剪切裂縫及同一構造變形過程中在壓應力和剪切應力復合作用下形成的張剪性裂縫。阿爾金山前基巖發育多方向、多種分布形式的裂縫體系[15]。

東坪1區塊26 ms時窗相干體數據沿層切片表現為由南向北推隆的基巖楔狀體，受盆地由南向北、由西向東兩大區域擠壓應力的影響，在基巖楔狀體頂端應力相對集中，形成兩組交叉的、以張裂縫為主的縫網。該區塊構造裂縫以張裂縫為主，占比為60%，張剪裂縫次之，占比為30%，剪切裂縫不發育，僅占10%。

基巖中不同組系的構造裂縫在縱向上呈階梯狀，且相互溝通，形成縱向上的裂縫網絡；在平面上，不同方位的構造裂縫互相連通，構成平面上的裂縫網絡。縱橫方向上的構造裂縫網絡系統，控制著該區域天然氣的輸導和駐留。并且，裂縫間距與切穿深度呈正相關關系，即裂縫間距越大（對應裂縫密度越小），則裂縫切穿深度越大，延伸也越長，進而開度也越大[15]。

因此，阿爾金山前基巖裂縫型有利目標儲集體是分布在擠壓、走滑或張扭等多期多應力方向的地應力集中區，特別是在斷裂交匯且被縱、橫向斷裂復雜化的基巖體以及張裂縫發育的基巖體是成儲潛力區。

3.2 侵入體巖性界面接觸帶

東坪1區塊基巖巖性主要為片麻巖和花崗巖，具體可以劃分出11種巖石。尖探1區塊基巖巖性以花崗閃長巖為主，另外還有輝長巖。通過鉆井、巖心觀察、巖石薄片鑒定及元素錄井資料的分析，無論是阿爾金山前整個區域內還是各基巖氣田范圍內基巖巖性明顯不同，因此，必然在侵入時間、成巖特征、演化規律及物理化學性質等方面存在較大差異，而這些差異必然造成不同巖性存在結合面或接觸面之間的縫合線，在這些界面縫合線上則容易產生裂縫。因此，確定不同巖性的接觸關系和接觸面位置，有利于識別區域性大斷裂。如圖3所示，奧陶系白云巖和花崗片麻巖接觸面是明顯的阿爾金山左行走滑大斷裂。

圖3 阿爾金山前不同巖性基巖接觸面及斷裂分布關系平面示意圖

不同巖性因物理、化學性質不同，接觸面兩側巖石的熱脹冷縮、受力成縫、酸蝕増孔能力則不同，形成大斷裂的同時微裂縫也發育，所以，基巖體不同巖性的接觸面是成儲潛力區。

3.3 擠隆抬升的風化帶

通常，構造高點的巖石出露地表面積大、受到的風化作用強烈且作用時間長。基巖中的構造裂縫經過后期地表水的淋濾溶解作用后溶蝕擴大，形成構造溶解縫，經過溶解作用的裂縫加寬、加長。再加上可溶性礦物的選擇性溶解作用，形成了溶蝕縫，其特點是縫壁不規則、寬度不等，且延伸長度小于構造縫，主要沿易溶礦物富集帶分布。

長石類、暗色礦物晶體的解理發育，在構造作用或風化作用的影響下，沿著解理面形成了構造解理縫，其中半充填或全充填方解石、硬石膏和石英等礦物。基巖中鉀、鈉長石及富鐵黑云母等不穩定礦物受到地層水溶解作用的影響，發生了晶體結構改變，進而形成溶蝕縫。風化縫是基巖受地表物理和化學風化作用使得巖石風化破碎而形成的裂縫。因此，處于基巖隆起高點部位的風化殼是縫網、孔洞較為發育的成儲潛力區。

3.4 剝蝕區近圍坡積帶

基巖頂部巖石以物理風化為主，風化崩解的碎屑被搬運到中、低部位，形成剝蝕殘積帶、坡積帶和低洼堆積帶。在低洼堆積帶，因地表水匯集，以化學風化為主，發生膠結和充填作用的可能性較大。而在基巖頂部存在“剃光頭”現象，說明具有構造高點的地質體在風化早期，其頂部巖石先遭到風化，破碎后的顆粒碎屑被搬運到構造腰部沉積下來，因此坡積帶易形成有利的儲集體發育區。

結合該區基巖的上覆古近系下干柴溝組下段底部礫巖的特征，表現為裂縫發育，化學充填作用相對較弱。推測該層段沉積前形成的基巖風化殼主要以物理風化作用為主。所以，該井區基巖風化剝蝕的碎屑堆積帶，即中、低部位的坡積帶應屬于成儲潛力區。通過東坪1區塊鉆探證實，其構造高部位并非都是高產井區所處的位置，而在其腰部集中發生鉆井井漏的現象，并且鉆獲了高產井。

3.5 假整合或不整合面

上覆地層和基巖頂面通常為整合接觸關系，由于該區域基巖巖性復雜，不同巖性的風化程度存在較大差異，使得基巖頂面（風化侵蝕面）高低不平。從鉆井和取心結果來看，局部存在井漏及巖心破碎、收獲率低的現象，也說明基巖頂面風化程度存在差異。因此，該區域應普遍存在平行不整合和角度不整合兩類界面，為形成不整合類儲集體提供了條件，也是主要的成儲潛力區。

4 結論

1）該區域基巖氣藏巖性為鈣堿性火成巖和片麻類區域變質巖，基質孔不發育，且其發育程度主要受斷裂控制，有效儲集空間和滲流通道為構造縫與溶蝕縫。

2）有利目標儲集體形成的主控因素主要包括巖性的影響、構造作用、風化作用及巖脈侵入，并且基本遵循“優勢巖性—應力主導—高點富集”三元共控成儲規律。

3）成儲潛力區包括構造應力集中的張扭區、侵入體巖性界面接觸帶、擠隆抬升的風化帶、剝蝕區近圍坡積帶及假整合或不整合界面5種類型。