庫車坳陷克拉蘇構造帶深層致密砂巖氣成藏機制

李寶帥

(中國石油大慶油田有限責任公司，黑龍江 大慶 163000)

0 引 言

致密砂巖氣指覆壓基質滲透率小于或等于0.10 mD的砂巖氣，單井一般無自然產能或自然產能低于工業氣流下限，但在一定經濟條件和技術措施下可獲得工業天然氣產量[1]。目前，中國在鄂爾多斯、四川、塔里木等盆地均探明大規模致密砂巖氣儲量[2]。不同學者對致密砂巖氣藏類型提出了不同的劃分方案[3-5]，姜振學等[5-6]根據油氣充注史與儲層致密演化史之間的關系，將致密砂巖氣藏分為“先致密后成藏”型致密深盆氣藏和“先成藏后致密”型致密常規氣藏。該文在前人研究基礎上，對克拉蘇構造帶深層致密砂巖氣成藏機理作進一步研究。庫車坳陷致密氣資源豐富，主要集中在克拉蘇構造帶深層，現已發現大北1、大北3、克深2、克深5等大型致密氣藏[7]。克拉蘇構造帶經歷了多期構造運動和多旋回的油氣充注，油氣成藏后經歷了后期構造運動的調整、改造和破壞，分布規律十分復雜，對克拉蘇構造帶深層致密砂巖氣的成藏機理和成因類型的研究還有待進一步深入。因此，該文以大北1氣藏為例，綜合天然氣充注史和儲層致密演化史，利用二者之間的匹配關系闡明致密砂巖氣成藏機理，有助于深化該區深層致密砂巖氣成藏認識，為勘探評價提供一定的參考。

1 地質概況

大北1氣藏位于新疆維吾爾自治區阿克蘇地區拜城縣境內，構造上位于塔里木盆地庫車坳陷克拉蘇構造帶西端的大北1號構造上[8]，主要受2條北東東向展布的北傾逆沖斷層控制(圖1)。氣層主要分布在白堊系巴什基奇克組砂巖中，巴什基奇克組自上而下分為1、2、3段。

圖1 庫車坳陷構造單元劃分及大北1氣藏剖面Fig.1 The tectonic unit division of KuqaDepression and Dabei 1 gas reservoir profile

克拉蘇構造帶成藏地質條件優越，烴源巖以三疊系—侏羅系湖相、煤系地層為主，厚度大、分布廣、成熟度高，烴源巖晚期快速深埋，生烴強度大，排烴效率高[9]。主力儲層為白堊系巴什基奇克組，屬扇三角洲—辮狀河三角洲沉積[10]，厚度為200～300 m。蓋層為古近系庫姆格列木群的膏鹽巖夾泥巖，最厚可達4 000 m，為油氣提供了有利的封蓋條件。

2 天然氣充注史

利用儲層流體包裹體巖相學觀察和顯微測溫技術，結合埋藏史對大北1氣藏油氣充注史進行了恢復(圖2、3)。研究結果表明：大北1氣藏具有3期成藏的特征，第1期包裹體均一溫度主要為60～80 ℃，熒光顏色為黃白色、黃褐色，氣液比較小，對應早成巖期，表明該期主要為早期原油充注，結合埋藏史和古地溫可知成藏期為16.0～5.0 Ma，為新近紀康村期至庫車期(N1-2k—N2k)；第2期包裹體均一溫度主要為80～100 ℃，包裹體熒光顏色為藍白色，氣液比較大，表明該期主要為高成熟油氣充注，結合單井埋藏史和古地溫可知成藏期為5.0～3.5 Ma，為新近紀庫車期(N2k)；第3期包裹體均一溫度主要為110～130 ℃，顏色為灰色、黑色，不發熒光，相類型為氣態烴，說明該期主要為高—過成熟天然氣充注，結合單井埋藏史和古地溫可知成藏期為3.5～1.0 Ma，主要為新近紀庫車末期至第四紀西域期(N2k—Q1x)，此期天然氣充注為形成現今大北1氣藏作出了主要貢獻。

圖2 庫車坳陷大北1氣藏流體包裹體特征Fig.2 The characteristics of fluid inclusion in Dabei 1 gas reservoir, Kuqa Depression

3 儲層孔隙演化史

3.1 儲層特征

對研究區65個巖心樣品進行孔隙度、滲透率測試。測試結果表明：巴什基奇克組砂巖總體屬于低孔低滲—特低孔特低滲儲層，非均質性強。儲層基質孔隙度為2.0%～7.0%，平均孔隙度為5.0%，基質滲透率為0.01～0.10 mD；含裂縫樣品孔隙度為3.0%～9.0%，與基質孔隙度相差不大，含裂縫樣品滲透率普遍大于1.00 mD，主要為1.00～10.00 mD(圖4)。基質滲透率與含裂縫樣品滲透率之間較大的差異反映出巴什基奇克組儲層裂縫十分發育，極大提高了儲層滲透率。

圖3 庫車坳陷大北1氣藏成藏期次示意圖Fig.3 The schematic diagram of the accumulationperiod of Dabei 1 gas reservoir, Kuqa Depression

圖4 庫車坳陷大北1氣藏巴什基奇克組儲層物性Fig.4 The reservoir properties of Bashijiqike Formation in Dabei 1 gas reservoir, Kuqa Depression

通過對研究區巖石薄片的鏡下鑒定結果分析認為：大北1氣藏白堊系巴什基奇克組儲層的孔隙類型為殘余原生粒間孔、粒間溶孔、少量長石和巖屑粒內溶孔、溶蝕縫、構造縫(圖5)，以殘余原生粒間孔和粒間溶孔為主，分別占面孔率的27%和40%，其次為粒內溶孔、溶蝕縫和構造縫。儲集空間類型為裂縫-孔隙型、孔隙型，其中，裂縫-孔隙型儲集空間類型占70%～90%，是大北1氣藏獲得高產氣流的重要條件。

圖5 庫車坳陷大北1氣藏巴什基奇克組儲集空間類型Fig.5 The reservoir space types of Bashijiqike Formation in Dabei 1 gas reservoir, Kuqa Depression

3.2 孔隙度演化分析

大北1氣藏巴什基奇克組儲層物性演化受沉積條件、成巖作用及后期構造運動等多種因素影響[11-12]。采用定量回剝的方法對研究區儲層孔隙演化進行恢復，根據儲層現今鏡下特征統計分析不同成巖事件對應的增減孔量，結合不同成巖事件所發生的成巖階段和埋藏史，回推各成巖階段孔隙變化情況，總結儲層孔隙演化規律。所需參數包括原始孔隙度、壓實量、膠結物含量、溶蝕量等。

原始孔隙度采用Bread方法計算，大北1氣藏巴什基奇克組儲層原始孔隙度計算公式為[13]：

φo=20.91+22.9/S

(1)

式中：φo為原始孔隙度，%；S為分選系數。

根據大北1氣藏巴什基奇克組儲層粒度分析，平均分選系數為1.3，計算得到砂巖原始孔隙度平均為38.5%。

同生、表生作用階段，儲層受壓實作用影響，早期方解石、石膏、黏土膠結使原生粒間孔迅速減少約19%～21%，保存孔隙度為18.0%左右。晚白堊世，該區逐漸抬升遭受剝蝕，直到古新世早期才接受沉積，儲層受到較強的表生溶蝕作用，孔隙度增加約1.0%～3.0%，保存孔隙度為20.0%。早成巖A階段(埋深小于2 000.0 m，溫度小于65 ℃)，儲層受持續壓實作用、石英和長石次生加大及方解石膠結作用的影響，最大減孔量為9.0%～11.0%，在古近紀末烴源巖進入生排烴門限，有機酸隨油氣充注進入儲層，發生酸性水的溶蝕作用，孔隙度增加約為1.0%～2.0%，保存孔隙度為12.0%～14.0%。早成巖B階段(埋深為2 500.0～3 300.0 m，溫度為65～85 ℃)，巴什基奇克組儲層進入快速埋深階段，受深埋壓實、晚期方解石膠結和石英次生加大的強烈減孔作用，晚期氣體注入帶來的少量酸性水溶蝕作用影響，孔隙度減小約為3.0%～5.0%，保存孔隙度為8.0%～12.0%。中成巖A階段(埋深為3 300.0～6 000.0 m，溫度為85～135 ℃)巴什基奇克組儲層持續埋深，機械壓實的減孔作用相對減弱，但受喜馬拉雅晚期構造運動的影響發生強烈構造擠壓，構造應力為60.0～70.0 MPa，減孔量為4.3%～5.6%[14]，同時，該時期也是大北地區裂縫發育的主要時期，即構造裂縫主要形成時間為5～2 Ma[15]。與此同時，天然氣充注帶來的微量弱酸性水溶蝕、鐵方解石膠結、交代作用和石英次生加大造成現今的孔隙度平均為5.0%左右(圖6)。大北1氣藏儲層孔隙演化結果表明，大北1氣藏白堊系巴什基奇克組儲層在庫車組沉積中期開始致密化。

圖6 庫車坳陷大北1井物性演化史與生排烴史匹配關系Fig.6 The matching relationship between physical property evolution history andhydrocarbon generation and expulsion history of Well Dabei 1, Kuqa Depression

4 成藏機制

結合大北地區構造演化史、油氣充注史及儲層孔隙度演化史研究認為，大北1白堊系致密砂巖氣成藏過程如下(圖7)：新近紀康村期，三疊系湖相烴源巖開始排油，煤系烴源巖也開始排出少量煤型氣，此時白堊系儲層尚未致密，大北1氣藏南部邊界斷層已經形成，油氣可沿斷層垂向運移至上盤白堊系儲層，后沿砂體側向運移至構造高點，在合適的圈閉中聚集形成常規油藏；新近紀庫車早中期，三疊系烴源巖進入排油高峰期，由于喜山期構造擠壓作用和膠結作用，在構造低部位儲層逐漸致密，形成致密深盆氣藏，而構造高部位由于埋藏較淺儲層尚未致密，油氣可沿斷層向上運移至白堊系儲層形成常規氣藏；新近紀庫車晚期，由于受到喜山晚期構造運動的影響，早期形成的油氣藏接受調整改造，儲層受強烈的擠壓作用，至第四紀西域期天然氣大量充注時構造高部位儲層也發生致密化，同時，由于天然氣的持續充注，使得構造高部位和低部位普遍含氣，形成致密常規與致密深盆復合氣藏；西域期至今，由于構造運動，儲層發育大量裂縫，極大提高了儲層滲透性，氣藏遭受調整改造，天然氣可沿裂縫在浮力作用下向構造高部位運移調整，形成現今的氣藏分布格局。因此，庫車凹陷克拉蘇構造帶未來的勘探潛力方向一方面是構造高部位的致密常規氣藏，另一方面是構造低部位的致密深盆氣藏。

圖7 庫車坳陷大北1氣藏成藏過程Fig.7 The accumulation process of Dabei 1gas reservoir, Kuqa Depression

5 結 論

(1) 大北1氣藏具有3期油氣充注：新近紀康村期至庫車期、新近紀庫車期和新近紀庫車末期至第四紀西域期，最后一期天然氣快速充注對形成現今大北1氣藏起到主要作用。

(2) 壓實作用、膠結作用、溶蝕作用和構造作用是控制大北1氣藏白堊系巴什基奇克組儲層孔隙度演化的主要因素，同生、表生階段后孔隙度急劇減少至20.0%，早成巖A階段后孔隙度剩余為12.0%～14.0%，早成巖B階段孔隙度減少不明顯，保存約為8.0%～12.0%，經過中成巖A階段到現今孔隙度保存約為5.0%，儲層在庫車組沉積中期發生致密化。

(3) 大北1氣藏具有以下成藏過程：新近紀康村期少量原油進入低幅度圈閉形成常規油藏；新近紀庫車早中期高成熟度油氣充注，常規油氣藏和致密深盆氣藏共存；新近紀庫車晚期至第四紀西域期過成熟干氣充注，致密常規氣藏與致密深盆氣藏復合成藏；西域期至今受晚期構造運動影響，儲層發育大量裂縫，氣藏遭受調整改造天然氣沿裂縫在浮力作用下向構造高部位運移調整。