柴達(dá)木盆地英東一號油氣田成藏機理

孫平，郭澤清, ，劉衛(wèi)紅，張林，田繼先，張紹勝，曾旭

（1. 中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院；2. 中國石油勘探開發(fā)研究院）

0 引言

前人有關(guān)斷層封閉機理的研究較多，如Watts通過大量研究證實，非滲透地層和儲集層對接的巖性封閉是斷層封閉的主要機制[1-2]。斷層活動過程中，由于拖曳、擠壓、研磨和塑性流動等作用，沿斷層分布的極細(xì)粒、非滲透性泥狀物附著在斷層面上，增強了斷層的封閉性，可用相關(guān)參數(shù)定量表征，如斷層泥比率SGR（Shale Gouge Ratio）和涂抹因子 SF（Smear Factor）[3]、泥巖涂抹因子SSF（Shale Smearing Factor）[4]和泥巖沾污潛力CSP（Clay Smear Potential）[5]等。然而在一些情況下，SGR值極低的砂巖-砂巖對接斷層也對流體運移起到了阻礙作用[6-7]，說明巖性封閉之外的其他機制亦能提供有效封閉。Fisher[7]和Doughty[8]等指出，在斷層長期活動或地應(yīng)力較大的地區(qū)，斷層附近顆粒發(fā)生擠壓和破碎作用，較粗的斷層角礫巖和碎礫巖細(xì)化成斷層泥，使孔滲性變差，對斷層兩側(cè)儲集層起到了封閉作用。在石英組分含量高的深層砂巖中，斷層碎裂作用通常伴生原生石英膠結(jié)物，使斷層孔隙度和滲透率降低，在泥巖涂抹層不發(fā)育的情況下，也能對流體運移起到良好遮擋作用[9]。

構(gòu)造活動對油氣藏具有一定改造和破壞作用，中深層原生油氣藏會因此發(fā)生改造和調(diào)整[10-11]，淺層原生油氣藏也會遭受破壞，常形成地表油砂和油苗[12]。因此，通常認(rèn)為淺層很難形成大規(guī)模油氣聚集，從而導(dǎo)致油氣勘探對中淺層重視程度不夠，如從20世紀(jì)90年代開始，在柴達(dá)木盆地西部（以下簡稱柴西）獅子溝、南翼山等主要勘探區(qū)域，探井主要目的層均為中深層，2 000 m以淺的淺層甚至未錄井，導(dǎo)致近20年柴西地區(qū)油氣勘探無重大突破。2010年以來，在柴西英東一號構(gòu)造淺層發(fā)現(xiàn)高豐度油氣田，證實柴達(dá)木盆地在斷裂發(fā)育的中淺層仍能形成規(guī)模儲量。本文研究英東一號構(gòu)造淺層油氣田成藏模式及斷層輸導(dǎo)、封堵機理，并據(jù)此模式尋找相似有利區(qū)域。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

英東一號油氣田位于柴西英雄嶺西南緣油砂山—大烏斯（包括北烏斯和南烏斯）構(gòu)造帶 3號高點（砂37井附近），主要包括油砂山、南烏斯和北烏斯等地面構(gòu)造，其西北為尕斯庫勒油田、東南鄰近烏南油田（見圖1）。地震資料解釋表明（見圖2），英東一號構(gòu)造是一個受斷層切割的小型背斜構(gòu)造，閉合面積約7 km2。

圖1 柴達(dá)木盆地西部構(gòu)造綱要和研究區(qū)位置圖

圖2 英東一號構(gòu)造過砂37井地震剖面

2010年6月在英東一號構(gòu)造鉆探砂37井，完鉆井深1 251 m，自上而下共鉆遇上油砂山組（N22）、下油砂山組（N21）兩套地層。根據(jù)砂 37井含油井段長、油層組多的特點，有針對性地對9個層組進(jìn)行了試油，其中 8個層組獲高產(chǎn)工業(yè)油氣流，從而拉開了英東地區(qū)油氣勘探的序幕。緊接著沿構(gòu)造長軸和東西兩翼先后部署實施的2口預(yù)探井（砂40井、砂41井）、6口評價井（英東102井—英東107井），以及3口開發(fā)試采井（英試1-1井、英試2-1井和英試3-1井）共11口井均獲成功。英東一號構(gòu)造N21和N22油（氣）層具有以下特點：單層厚度較薄，但單井縱向油（氣）層數(shù)多，單井最多有油（氣）層 176層；累計厚度大，單井最大累計油（氣）層厚365 m。單井平均發(fā)育83個油（氣）層，平均累計厚度250 m。由此證實英東一號構(gòu)造N21、N22油氣藏是高豐度、長井段、多油氣水單元的層狀構(gòu)造油藏。英東一號發(fā)現(xiàn)油氣田豐度達(dá)107t/km2左右，在柴達(dá)木盆地50多年的勘探歷史上尚屬首次。

2 斷層“上封下開”的證據(jù)

英東一號構(gòu)造斷裂體系發(fā)育，在剖面上發(fā)育兩組不同時期形成的斷層體系，具有“兩層樓”式結(jié)構(gòu)特征（見圖2）。深層斷層發(fā)育較早，具有“兩斷夾一隆”的構(gòu)造格局；淺層斷層發(fā)育較晚，是晚喜馬拉雅運動的產(chǎn)物。淺層斷層總體為一多級反“Y”字形斷層，由一條主干滑脫斷層和若干次級斷層組合而成。主干滑脫斷層為油砂山斷層（①號斷層），上部較陡，斷至地表；下部平緩，在N1和E32延伸較遠(yuǎn)（見圖2）。

英東一號構(gòu)造淺層在平面上表現(xiàn)為：整體為一被北傾油砂山斷層及其伴生斷層（②—⑤號）所切割的構(gòu)造背斜，斷層將背斜構(gòu)造切割成若干斷塊。因此，淺層表現(xiàn)為背斜背景上的斷塊油氣田，對于每一個斷塊而言，單個油層呈層狀向上傾斜，油層上傾方向靠斷層封堵（見圖 3），若斷層是開啟的，油氣就會沿著斷層向上運移至地表散失或者形成油砂。實際鉆探證實該油氣田油氣豐度高、油層多且未見油砂，說明淺層斷層具有很好的封閉性。研究表明，該區(qū)烴源巖為E32和N1兩套地層，而油氣成藏是在淺層的N21和N22層段，為典型的“下生上儲”式油氣成藏，油氣通過E32和 N1烴源巖中的斷層向上運移成藏，深部油源斷層必然是開啟的。因此，英東一號構(gòu)造斷裂體系具有“上封下開”的特征。該構(gòu)造淺層斷裂體系的發(fā)育可分為兩期：主干滑脫斷層油砂山斷層和反向斷層形成較早，形成“兩斷夾一隆”的背斜構(gòu)造，油氣通過斷層和砂巖輸導(dǎo)層在背斜構(gòu)造中成藏，形成完整的背斜油氣藏（見圖4a）；后期在背斜構(gòu)造中又形成了一系列次級斷層，完整的背斜油氣藏被斷層切割成若干斷塊油氣藏（見圖4b），由于這些斷層是封閉的，油氣藏未曾遭到破壞。因此油氣先成藏，后被斷層切割。該成藏模式可以概括為：深層斷裂疏導(dǎo)，淺層斷裂封堵，晚期源上成藏。

圖3 英東105井—英試2-1井—英東106井油藏剖面

圖4 英東一號油氣藏淺層成藏模式

3 斷層“上封下開”與油氣成藏

如前所述，斷層封閉機理比較復(fù)雜[1-9]，概括起來主要有 3點[13]。①涂抹作用：塑性的泥質(zhì)物或其他非滲透性巖層被拖拽進(jìn)斷層帶敷在斷層面上；②碎裂作用：斷層位移期間的顆粒擠壓和破碎作用，形成的斷層巖明顯降低了斷層帶滲透性；③成巖膠結(jié)作用：斷層破碎帶的產(chǎn)生不僅有利于流體的流動，也有利于膠結(jié)物的生成。

研究表明，英東一號構(gòu)造斷層封閉與開啟主要受泥巖涂抹作用和碎裂作用影響。在淺層，不僅砂巖-泥巖對接起到封閉作用，最重要的是斷層活動過程中碎裂作用和泥巖涂抹使得斷層封閉；在深層，泥巖形成大量裂縫，不具有涂抹作用，故斷層開啟。受地層成巖作用影響，泥巖在深層和淺層表現(xiàn)為不同作用。

根據(jù)鄰井砂新1井埋藏史可知，該區(qū)N23頂部剝蝕總厚度達(dá)1 200 m左右（見圖5）。研究區(qū)N22現(xiàn)今埋深200～1 000 m，N21現(xiàn)今埋深900～2 200 m，因此N22和N21最大埋深分別為2 200 m和3 400 m。對于柴西地層而言，埋深小于2 000 m屬早成巖階段A期，埋深2 000～2 750 m屬早成巖階段B期；埋深2 750～3 500 m屬中成巖階段A期；埋深大于3 500 m則進(jìn)入中成巖階段B期[14]。因此，N22處于早成巖階段A、B期，N21則處于早成巖階段 B、中成巖階段 A期。N1以下地層則處于中成巖階段B期或晚成巖階段。

圖5 砂新1井埋藏史

英東一號構(gòu)造淺層處于早成巖—中成巖階段A期，砂巖中保存大量原生孔隙，原生粒間孔占 75%以上（見圖6a）。英東地區(qū)N21儲集層具有很高的孔隙度和滲透率，140塊巖心樣品分析顯示孔隙度為14.1%～27.0%，平均19.9%，滲透率平均為96.7×10-3μm2。在早成巖作用階段，泥巖處于塑性狀態(tài)，在斷層帶內(nèi)隨著斷距加大，泥巖層變薄而不間斷，被拖拽進(jìn)斷層帶敷在斷層面上。而砂巖發(fā)生脆性斷裂形成碎塊夾雜在泥巖中（見圖6b），擦痕明顯，斷層剝離面具有“鏡面”特征（見圖6c）。在斷層活動過程中發(fā)生了碎裂作用：顆粒摩擦滑動，大的顆粒破碎形成小的粉砂級顆粒（見圖6d），原生孔隙被泥質(zhì)填充。鏡下觀察砂巖碎塊中的顆粒呈“懸浮”狀鑲嵌在泥質(zhì)中，形成泥質(zhì)膠結(jié)，面孔率極低（見圖6d）。英東102井1 470.56 m處的斷層巖，砂巖平均孔隙度為 5%，平均滲透率為 0.07×10-3μm2（5塊樣品），而斷層帶以上緊鄰的砂巖平均孔隙度為13%，平均滲透率為1.1×10-3μm2（28塊樣品），斷層帶以下砂巖平均孔隙度為 17.6%，平均滲透率為65×10-3μm2（21塊樣品）（見圖7）。由此可見斷層帶中的砂巖與斷層帶上下砂巖物性差別較大，斷層帶中的砂巖標(biāo)準(zhǔn)鹽水突破壓力高達(dá) 5～11 MPa，因此斷層是封閉的，其模式見圖8a。

圖6 英東一號巖心手標(biāo)本及鏡下照片

圖7 英東102井?dāng)鄬訋r孔隙度與圍巖孔隙度

資料證實英東一號構(gòu)造深層斷層是開啟的。例如：英東103井1 970.5～1 995.4 m取心井段鉆遇英東②號斷層，近25 m的巖心全部位于斷層帶內(nèi)，巖性為上干柴溝組（N1）灰色—黑色泥巖，巖心全部含油，部分飽含油（見圖9a），說明斷層不封閉，為油氣運移通道。深層斷層開啟的主要原因是：深層成巖性較強（為中成巖階段B期或晚成巖階段），泥質(zhì)巖易發(fā)生脆性斷裂形成大量裂縫（見圖9b）；并且相對于更深層斷層而言形成時間較晚，而且持續(xù)活動，斷層破碎帶中未形成膠結(jié)物，裂縫開啟，油氣沿著裂縫向上運移（見圖9c），成為油氣運移的通道。并且隨著斷距的增加，砂巖與砂巖直接對接，泥巖難以形成泥質(zhì)涂抹，斷層難以封閉，其模式見圖8b。

圖8 淺層斷層封閉模式及深層斷層開啟模式示意圖

4 有利勘探目標(biāo)

4.1 獅子溝—油砂山構(gòu)造帶

圖9 斷層帶巖心照片

英東一號與獅子溝—油砂山構(gòu)造帶同屬一個構(gòu)造帶，兩者構(gòu)造樣式相似，且油砂山斷層與英東一號滑脫斷層是同一條斷層。獅子溝—油砂山地區(qū)發(fā)育深、淺兩套構(gòu)造，淺層構(gòu)造受獅子溝斷層和油砂山斷層控制。獅子溝斷層斷面北東傾，斷面上陡下緩，滑脫于E32（見圖 10）；平面上從犬牙溝延伸至游園溝，與油砂山斷層相接，延伸長度約32 km。油砂山斷層斷面北傾，縱向上斷面上陡下緩，滑脫于E32（見圖11）；平面上北西西向展布，從砂西一直延伸到大烏斯地區(qū)，區(qū)內(nèi)延伸長度約60 km。

圖10 獅子溝05029.5測線地震解釋剖面

圖11 油砂山S07045測線地震解釋剖面

獅子溝地區(qū)中淺層N21—N1雖發(fā)現(xiàn)了獅子溝、游園溝、花土溝油田，但很多探井在中淺層未錄井，中淺層仍具有很大勘探潛力；油砂山構(gòu)造只在油砂溝和英東一號發(fā)現(xiàn)了油氣田，油砂山斷層延伸約60 km，在油砂溝高點與大烏斯高點之間仍具有廣闊勘探前景。

4.2 開特米里克構(gòu)造

開特米里克構(gòu)造位于柴西北區(qū)，為西部坳陷區(qū)茫崖凹陷亞區(qū)油泉子背斜帶中的一個三級構(gòu)造。開特米里克構(gòu)造同樣發(fā)育深淺兩套構(gòu)造系統(tǒng)，淺層發(fā)育開南、開北斷層（見圖12）。中淺層為受開北滑脫斷層控制的背斜，斷層組合為“Y”字形，與英東一號反“Y”字形相反。發(fā)育開特斷背斜、開特1號斷鼻構(gòu)造，地層產(chǎn)狀較陡。此外，開特米里克構(gòu)造以南的鹽山構(gòu)造與其構(gòu)造特征相似，這兩個構(gòu)造的中淺層將是下一步勘探的有利目標(biāo)。

圖12 開特米里克01-00066測線解釋剖面

4.3 油墩子構(gòu)造

油墩子構(gòu)造在區(qū)域上西南緊鄰英雄嶺凹陷，南面與茫崖生油凹陷相鄰，1979年在該區(qū)鉆探墩5井失利，該井在1 545～3 277 m共出現(xiàn)60層氣測異常，失利的主要原因是偏離構(gòu)造高點。

油墩子地區(qū)的斷層均為北西向展布，主要斷層有淺層油墩子斷層、深層墩南斷層及墩北斷層（見圖13）。油墩子斷層南傾，北西走向，縱向上斷面上陡下緩，斷距上大下小，下部滑脫于N22和N21。油墩子構(gòu)造為典型的雙層結(jié)構(gòu)，上盤沖起較高，產(chǎn)狀較陡。油墩子斷層控制了淺層構(gòu)造發(fā)育，橫貫整個工區(qū)，延伸長度31 km，斷距一般300～1 350 m。油墩子斷層上盤的T2′反射層（相當(dāng)于 N22底）三維地震解釋為一個斷背斜，圈閉面積30.1 km2，高點埋深2 450 m，閉合高度1 150 m，是油氣勘探的有利目標(biāo)。

圖13 油墩子01-0084.5測線解釋剖面

5 結(jié)論

英東一號油氣田成藏模式為：深層斷裂輸導(dǎo)，淺層斷裂封堵，晚期源上成藏。英東一號淺層保存高豐度的油氣藏，說明淺層斷層具有很好的封閉性；由于油源來源于深層的E32和N1烴源巖，油氣運移通道是E32和N1烴源巖中的斷層，因此深部斷層是開啟的，斷裂體系具有“上封下開”的特點。該區(qū)斷層“上封下開”封閉機理為：斷層封閉主要受成巖作用的影響，淺層處于早成巖階段，泥巖處于塑性狀態(tài)，拉長而不間斷形成泥質(zhì)涂抹，而砂巖則發(fā)生碎裂作用，故斷層封閉；深層成巖作用較強，泥巖發(fā)生脆性斷裂，形成大量裂縫，難以形成泥質(zhì)涂抹，故斷層開啟。英東一號油氣田的發(fā)現(xiàn)，改變了以往的勘探思路：前期勘探強調(diào)后期斷裂對中淺層油氣藏的破壞作用，探井主要目的層為中深層，對中淺層的油氣勘探重視程度不夠。因此，本次發(fā)現(xiàn)對柴達(dá)木盆地西部淺層油氣勘探具有重要意義：①表明柴西地區(qū)中淺層具有廣闊的油氣勘探前景，在淺層斷層封閉的地區(qū)能夠形成小而肥的油氣田；②表明柴西地區(qū)有些逆沖斷層具有“上封下開”的理想狀態(tài)，在地質(zhì)背景相似的地區(qū)，尋找類似于英東一號的構(gòu)造類型和成藏模式，有可能發(fā)現(xiàn)一批中淺層油氣藏；③N21以下應(yīng)該尋找自成封閉體系的完整的構(gòu)造圈閉或巖性圈閉，柴西某些地區(qū)地面油苗或油砂可能是地層剝蝕的結(jié)果，而不是深層油氣沿斷層的泄漏，深層仍然具有一定勘探潛力。根據(jù)以上啟示，提出獅子溝—油砂山、開特米里克、鹽山和油墩子構(gòu)造淺層構(gòu)造形式和成藏模式與英東一號構(gòu)造類似，是下一步勘探的有利目標(biāo)。

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