柴西南區(qū)湖相碳酸鹽巖勘探潛力評(píng)價(jià)

施奇,張永庶,吳顏雄,楊智,夏曉敏,趙權(quán)

(1.中國(guó)石油青海油田分公司勘探開發(fā)研究院,甘肅 敦煌 736202;2.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院,北京 100083)

1 研究區(qū)概況

相比于海相碳酸鹽巖,湖相碳酸鹽巖油氣勘探在20世紀(jì)90年代后期才逐漸被關(guān)注[1-4].隨著勘探的不斷推進(jìn),在國(guó)內(nèi)多個(gè)盆地湖相碳酸鹽巖中發(fā)現(xiàn)了工業(yè)油氣流.從已探明的儲(chǔ)量規(guī)模來(lái)看,渤海灣盆地儲(chǔ)量最大,其次是四川和柴達(dá)木盆地[5-6].準(zhǔn)噶爾盆地的吉木薩爾凹陷、瑪湖凹陷等地區(qū)也獲得多個(gè)新發(fā)現(xiàn)[7],形成了規(guī)模儲(chǔ)量接替區(qū).各油田的實(shí)際勘探資料對(duì)比表明,湖相碳酸鹽巖儲(chǔ)層類型多,巖性復(fù)雜,物性總體比碎屑巖差,但成藏條件較好,油氣富集主控因素多,是油氣勘探的重要接替領(lǐng)域[8-17].

柴達(dá)木盆地西部新生代廣泛發(fā)育湖相碳酸鹽巖,通過(guò)多年勘探,已在躍進(jìn)、砂西、紅柳泉、花土溝、獅子溝、咸水泉、開特米里克、南翼山、大風(fēng)山、油泉子和尖頂山等地區(qū)鉆遇了碳酸鹽巖,并在一些地區(qū)獲得了工業(yè)油氣流.近年來(lái),英西地區(qū)在下干柴溝組上段的灰云巖儲(chǔ)層勘探中取得重大突破,鉆遇多口千噸井,估計(jì)儲(chǔ)量規(guī)模達(dá)1X108t.下干柴溝組上段的碳酸鹽巖在柴西南斜坡區(qū)的分布面積達(dá)730 km2(見(jiàn)圖1),已探明地質(zhì)儲(chǔ)量929X104t,但因?yàn)榈刭|(zhì)條件復(fù)雜,儲(chǔ)層內(nèi)部結(jié)構(gòu)多樣,對(duì)儲(chǔ)層控制因素不明確,導(dǎo)致儲(chǔ)量動(dòng)用效果差.柴西南區(qū)與英西地區(qū)碳酸鹽巖具有相似的地質(zhì)背景[18-22],對(duì)柴西南區(qū)碳酸鹽巖開展再評(píng)價(jià)工作十分必要.本文應(yīng)用大量鉆井巖心和實(shí)驗(yàn)分析資料,對(duì)研究區(qū)烴源巖和儲(chǔ)集層特征、源儲(chǔ)配置等成藏條件進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià),優(yōu)選了有利勘探領(lǐng)域,為該區(qū)開展碳酸鹽巖油藏勘探提供了充足的依據(jù).

圖1 柴西南區(qū)下干柴溝組上段沉積相

2 成藏條件分析

2.1 古構(gòu)造背景

古構(gòu)造恢復(fù)研究表明,在古近紀(jì)末期至新近紀(jì)早期,受青藏高原持續(xù)隆升擠壓作用影響,柴西地區(qū)發(fā)育一系列同沉積斷層,在其控制下形成了繼承性的古斜坡和隆凹相間的古地貌格局[23].下干柴溝組上段沉積前,柴西南古地貌整體表現(xiàn)為西高東低的穩(wěn)定寬緩斜坡,從北往南可劃分為七個(gè)泉-紅柳泉斜坡、躍進(jìn)斜坡、扎哈泉-烏南斜坡,局部區(qū)域發(fā)育水下低隆起,往東整體傾沒(méi)于凹陷區(qū),古今構(gòu)造繼承性好(見(jiàn)圖2).

圖2 柴西南區(qū)N21末期-E32古構(gòu)造

該古構(gòu)造背景對(duì)油氣成藏有2個(gè)主要作用:1)穩(wěn)定寬緩的斜坡地帶有利于碳酸鹽巖的廣泛沉積.構(gòu)造相對(duì)較高的低隆區(qū)有利于高能的藻丘和顆粒灘沉積,如躍西構(gòu)造發(fā)育厚層物性較好的藻灰?guī)r;構(gòu)造位置相對(duì)低洼的地區(qū)多發(fā)育相對(duì)低能的灰泥坪、泥灰坪,巖性多以泥灰?guī)r、泥晶灰?guī)r等為主,如紅柳泉地區(qū)、砂西地區(qū).2)斜坡-凹陷區(qū)的湖相碳酸鹽巖離優(yōu)質(zhì)烴源巖較近,或呈互層狀分布,有利于油氣短距離運(yùn)聚成藏,形成源內(nèi)或近源型油藏.

2.2 烴源巖條件

柴西下干柴溝組上段(E32)時(shí)期為最大湖泛期,發(fā)育了一套半咸水-咸水環(huán)境湖相烴源巖.前人研究表明,該套咸化湖盆烴源巖生烴母質(zhì)以葡萄球藻和顆石藻為主,自身含有的大量可溶有機(jī)物使其在低溫條件下即使未達(dá)到通常的生油門限溫度也可大量生烴,是一種優(yōu)質(zhì)生烴母質(zhì)[24-25].柴西南區(qū)烴源巖的主要生油成熟度范圍較寬,鏡質(zhì)體反射率Ro基本在0.50%～1.30%.Ro為0.50%時(shí),液態(tài)烴量明顯增大;Ro為0.80%左右時(shí),液態(tài)烴量達(dá)到最大;Ro為1.30%時(shí),液態(tài)烴產(chǎn)率急劇下降[21].這反映了柴西古近系鹽湖相烴源巖在中等成熟階段即可達(dá)到生烴高峰.

通過(guò)新鉆井并結(jié)合重點(diǎn)井地化綜合分析:該套烴源巖以暗色泥巖和灰質(zhì)泥巖為主,厚度最大超過(guò)1 000 m,最大面積達(dá)到2 000 km2;總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)(TOC)主要分布在0.80%～1.60%,最高可達(dá)4.32%,Ro值為0.40%～1.25%,干酪根類型以Ⅰ-Ⅱ1型(腐泥型)為主.

2.3 碳酸鹽巖儲(chǔ)層分布

2.3.1 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

依據(jù)區(qū)內(nèi)大量巖心觀察、薄片和實(shí)驗(yàn)分析資料,柴西南區(qū)E32湖相碳酸鹽巖主要為石灰?guī)r,并見(jiàn)白云石化,包括藻灰?guī)r、顆?；?guī)r和泥晶灰?guī)r(見(jiàn)圖3).藻灰?guī)r由藻疊層灰?guī)r、藻紋層灰?guī)r、藻團(tuán)塊灰?guī)r和藻泥晶灰?guī)r組成;顆?；?guī)r的類型主要為亮晶-泥微晶鮞?；?guī)r,其次為亮晶-泥微晶生屑灰?guī)r和球粒灰?guī)r;泥晶灰?guī)r是石灰?guī)r中最常見(jiàn)的巖石類型,細(xì)分為泥晶灰?guī)r、藻泥晶灰?guī)r和含陸屑或含顆粒泥晶灰?guī)r等,進(jìn)一步區(qū)分,經(jīng)常可見(jiàn)含陸屑泥晶灰?guī)r、陸屑泥晶灰?guī)r和泥灰質(zhì)碎屑巖的過(guò)渡類型.全巖X衍射測(cè)定結(jié)果表明,碳酸鹽巖的礦物成分主要為方解石和白云石,常見(jiàn)石膏、硬石膏和黃鐵礦等非碳酸鹽自生礦物,并且常有陸源碎屑混入,包括石英、長(zhǎng)石和泥質(zhì).X衍射分析化驗(yàn)數(shù)據(jù)揭示各類礦物體積分?jǐn)?shù)為:方解石27%,白云石(含鐵)22%,陸源碎屑20%,黏土礦物16%.整體上,碳酸鹽巖礦物50%～70%,硅酸鹽礦物10%～20%.

2.3.2 儲(chǔ)集空間特征及物性特征

通過(guò)鑄體薄片觀察,從成因角度劃分,柴西南區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間類型包括原生孔隙、次生孔隙和裂縫,以次生孔隙為主.原生孔隙受沉積環(huán)境控制,淺灘和藻丘微相比較發(fā)育,可分為生物體腔孔和粒間孔(見(jiàn)圖3a,3g),原生孔隙一般較難完整保存,后期多被方解石、硬石膏或沸石充填或半充填.次生孔隙為各種溶蝕作用形成,成巖作用的影響較大,是區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖成為儲(chǔ)層的重要因素,可細(xì)分為窗狀孔、粒間、粒內(nèi)溶孔、鑄模孔、晶間溶孔和溶蝕擴(kuò)大孔等(見(jiàn)圖3b-3f,3h-3i).藻紋層灰?guī)r溶孔最發(fā)育,多沿紋層間溶蝕,其他灰?guī)r主要因后期方解石膠結(jié)、交代作用形成一些粒間溶孔和晶間孔.微裂縫對(duì)儲(chǔ)層有著溝通疏導(dǎo)的作用,包括成巖收縮縫和構(gòu)造縫,溶蝕縫則是對(duì)早期形成的裂縫進(jìn)行溶蝕擴(kuò)大.

圖3 柴西南區(qū)E32湖相碳酸鹽巖儲(chǔ)集層特征

由研究區(qū)136塊巖心物性統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知,藻灰?guī)r類物性最好,其次為顆?；?guī)r類,泥晶灰?guī)r類物性最差(見(jiàn)表1).

表1 研究區(qū)巖心物性統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2.3.3 儲(chǔ)層控制因素分析

沉積作用是控制儲(chǔ)層性質(zhì)的基礎(chǔ)作用:一方面,沉積作用影響碳酸鹽巖儲(chǔ)層的巖石組合類型和發(fā)育規(guī)模,受原始構(gòu)造、水深、溫度、鹽度、波浪等共同作用的影響,碳酸鹽巖的巖性也不同;另一方面,沉積作用控制儲(chǔ)層的孔隙類型,高能淺灘相及岸灘相沉積環(huán)境下,有利于生物生殖而形成枝管藻原生體腔孔,顆?；?guī)r更容易保留部分原生孔隙,為后期進(jìn)行建設(shè)性成巖作用及形成豐富的次生孔隙奠定了基礎(chǔ).

成巖作用對(duì)儲(chǔ)層性質(zhì)具有決定性影響.區(qū)內(nèi)湖相碳酸鹽巖經(jīng)歷多種成巖作用,其中對(duì)儲(chǔ)集空間有較大影響的包括膠結(jié)作用、溶蝕作用以及白云石化作用.膠結(jié)作用是導(dǎo)致研究區(qū)灰?guī)r儲(chǔ)層致密的主要因素,既可以膠結(jié)絕大部分原生孔隙,在一定條件下還可以對(duì)次生孔隙進(jìn)行膠結(jié)減孔.據(jù)鏡下鑄體薄片觀察,區(qū)內(nèi)膠結(jié)物主要為亮晶方解石,其次是石膏(硬石膏).鑒定統(tǒng)計(jì)揭示,膠結(jié)作用可使孔隙度降低10%～20%.溶蝕作用是研究區(qū)儲(chǔ)層主要的增孔作用,包括大氣淡水溶蝕作用和埋藏有機(jī)酸溶蝕作用:大氣淡水溶蝕作用主要見(jiàn)于各類藻灰以及顆?；?guī)r中,結(jié)果是形成形態(tài)不規(guī)則、大小不一、孔隙與喉道無(wú)明顯分異、連通性極好的儲(chǔ)集空間,產(chǎn)生的孔隙占總孔隙的50%左右,因此是最主要的增孔作用,也是控制儲(chǔ)層的主要因素;有機(jī)酸的溶蝕主要發(fā)生在埋藏成巖期開放或較開放的成巖環(huán)境中,有機(jī)酸通過(guò)斷裂運(yùn)移到灰層,沿原生孔隙、節(jié)理裂隙發(fā)生有機(jī)酸溶蝕,形成非組構(gòu)選擇性次生溶孔,孔隙貢獻(xiàn)率5%～10%.白云石化作用對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層物性有一定改善,區(qū)內(nèi)白云石化作用普遍見(jiàn)于泥晶灰?guī)r以及各類藻灰?guī)r中,白云石為泥粉晶他形,呈團(tuán)斑狀或零星狀分布.白云石化作用形成收縮晶間孔,孔隙喉道增加,為后期溶蝕作用提供了很好的通道條件.通過(guò)所有巖石類型中白云石含量與其覆壓孔滲的相關(guān)關(guān)系揭示,白云石含量較高的層段,孔滲相對(duì)較高[22,26].

構(gòu)造作用是重要的改造儲(chǔ)層因素.構(gòu)造斷裂作用形成的裂縫本身可作為儲(chǔ)集空間,也有利于改造儲(chǔ)集性能.裂縫可溝通孔隙,提高儲(chǔ)層的滲透率,同時(shí)也有利于孔隙水和地下水的活動(dòng)及溶蝕孔隙的發(fā)育,形成統(tǒng)一的孔-縫系統(tǒng).柴西地區(qū)構(gòu)造活動(dòng)頻繁,喜山中期和喜山晚期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)烈,影響范圍大,深大斷裂在活動(dòng)期間可產(chǎn)生大量的次級(jí)斷裂或節(jié)理縫[27].

2.4 源儲(chǔ)配置條件

柴西E32最大湖泛期全盆接受大面積沉積,在寬緩的沉積背景下,湖盆沉積基準(zhǔn)面來(lái)回遷移,受水體震蕩、深度頻繁變遷的影響,濱淺湖與半深湖、深湖環(huán)境交替出現(xiàn).該時(shí)期廣泛發(fā)育的半深湖-深湖相泥巖與位于其附近的濱淺湖碳酸鹽巖儲(chǔ)集層的顆?；?guī)r、藻灰?guī)r、灰云巖等互層,且橫向延伸面積大,有利于儲(chǔ)集體與源巖的廣泛接觸,形成源儲(chǔ)間互組合,從而有利于源內(nèi)或近源型油氣聚集.根據(jù)源儲(chǔ)配置關(guān)系,柴西南區(qū)湖相碳酸鹽巖油藏主要存在2種類型的成藏組合:一種屬于近源型油藏組合,烴源巖中生產(chǎn)的油氣經(jīng)短距離運(yùn)移至構(gòu)造相對(duì)高部位的藻灰?guī)r、顆?；?guī)r儲(chǔ)集層中,形成構(gòu)造控制下的巖性油藏,如躍進(jìn)斜坡的躍西油藏;另一種屬于源內(nèi)包裹式成藏組合,烴源巖中生成的油氣在壓差作用下克服毛細(xì)管壓力,以滲流擴(kuò)散的方式近距離聚集在泥晶灰?guī)r、藻灰?guī)r等儲(chǔ)集體中,形成源儲(chǔ)一體組合,且縱向上多套疊置,橫向上復(fù)合連片,明顯不受構(gòu)造控制,如紅柳泉、砂西-尕斯外圍的致密油藏.

對(duì)Yh106井系統(tǒng)取心精細(xì)刻畫表明(見(jiàn)圖4),E32有效儲(chǔ)層與優(yōu)質(zhì)源巖呈互層狀分布.儲(chǔ)集巖為藻灰?guī)r、灰云巖,自然伽馬低值,具熒光、油跡、油斑等油氣顯示,實(shí)測(cè)孔隙度7.5%,滲透率0.12X10-3μm2,測(cè)井解釋為油水層.該層段試油獲得工業(yè)油流,壓裂投產(chǎn),日產(chǎn)油8.2 t,累計(jì)產(chǎn)油1 000 t;上、下源巖為深灰色泥巖、灰質(zhì)泥巖,自然伽馬高值,TOC高達(dá)3.10%,為優(yōu)質(zhì)烴源巖,與碳酸鹽巖儲(chǔ)集體互層,源儲(chǔ)配置好.

3 勘探潛力評(píng)價(jià)

通過(guò)研究與鉆探實(shí)踐證實(shí),柴西南區(qū)E32碳酸鹽巖單層厚2～8 m,縱向?qū)佣味?橫向連續(xù)性好,含油井段長(zhǎng),可達(dá)400～600 m,累計(jì)厚度達(dá)30～40 m,油層分布可不受構(gòu)造控制(見(jiàn)圖5),具有良好的勘探前景.結(jié)合勘探現(xiàn)狀、源儲(chǔ)配置、構(gòu)造埋深等因素,厘定了兩大有利區(qū)帶,即躍進(jìn)斜坡區(qū)常規(guī)油藏區(qū)帶和紅柳泉-砂西-尕斯區(qū)致密油藏區(qū)帶(見(jiàn)圖6),碳酸鹽巖有利勘探面積480 km2,是下步勘探的目標(biāo)區(qū).

躍進(jìn)斜坡區(qū)常規(guī)油藏區(qū)帶碳酸鹽巖有利勘探面積101 km2,油藏埋深1 500～1 800 m.前期已在構(gòu)造高部位——躍西油田探明地質(zhì)儲(chǔ)量342X104t,近期在斜坡部位鉆探的Y87井在藻云巖中油氣顯示良好,指示了該區(qū)帶碳酸鹽巖具有較好的勘探潛力.

紅柳泉-砂西-尕斯致密油藏區(qū)帶有利勘探面積379 km2,油藏埋深2 500～4 000 m,前期已探明地質(zhì)儲(chǔ)量587X104t.近年來(lái),在該區(qū)帶鉆探的Yh106井獲得工業(yè)油流,S105,S107井在灰層段獲得熒光、油跡等較好的油氣顯示,證實(shí)該區(qū)帶碳酸鹽巖具有開發(fā)價(jià)值.

圖4 柴西南區(qū)Yh106井源儲(chǔ)綜合評(píng)價(jià)

圖5 柴西南區(qū)紅柳泉-砂西-尕斯區(qū)帶E32油藏對(duì)比剖面

圖6 柴西南區(qū)E32湖相碳酸鹽巖勘探區(qū)帶綜合評(píng)價(jià)

4 結(jié)論

1)柴西南區(qū)E32具繼承性的古斜坡和隆凹相間的古地貌背景,整體為濱淺湖沉積,有利沉積相帶為藻丘和灰云坪,發(fā)育了盆地分布最廣、最優(yōu)質(zhì)的烴源巖,有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)4.32%,源儲(chǔ)配置條件好,有利于形成源內(nèi)或近源型油藏.

2)通過(guò)綜合評(píng)價(jià),認(rèn)為柴西南區(qū)E32碳酸鹽巖油藏具有良好的勘探前景,評(píng)價(jià)研究厘定躍進(jìn)斜坡區(qū)常規(guī)油藏區(qū)帶和紅柳泉-砂西-尕斯區(qū)致密油藏區(qū)帶,碳酸鹽巖有利勘探面積480 km2,是下一步碳酸鹽巖油藏勘探的有利目標(biāo)區(qū).