柴達(dá)木盆地阿爾金山前深層基巖氣藏儲集空間再認(rèn)識與成儲潛力區(qū)探討

李江濤 付鎖堂 王任一 劉應(yīng)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(xué) 4.中國石油勘探開發(fā)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(dá)木盆地阿爾金山前已發(fā)現(xiàn)的東坪1、尖探1區(qū)塊屬于基巖氣藏，儲層埋藏深，產(chǎn)層中部深度介于3 459～4 709 m，并且該區(qū)域5個(gè)產(chǎn)氣井區(qū)氣層平均埋深為4 360 m。該區(qū)域基巖氣藏的發(fā)現(xiàn)，拓展了柴達(dá)木盆地天然氣勘探開發(fā)的新領(lǐng)域，但是，自發(fā)現(xiàn)以來，一直認(rèn)為基巖氣藏的儲集空間是由基質(zhì)孔隙和裂縫雙重介質(zhì)構(gòu)成，且基質(zhì)孔隙發(fā)育，然而，氣藏的開發(fā)實(shí)踐顯示此類氣藏氣井的產(chǎn)量遞減快、穩(wěn)產(chǎn)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(rèn)識，探討基巖有利目標(biāo)儲集體及成儲潛力區(qū)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(diào)研，然后基于東坪1、尖探1區(qū)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(jìn)而提出該區(qū)域基巖有利目標(biāo)儲集體形成的主控因素，并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景深化了有利目標(biāo)儲集體和成儲潛力區(qū)的認(rèn)識，以期為實(shí)現(xiàn)該基巖氣藏勘探開發(fā)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(zhì)巖類。不同類型的巖石因礦物組成和結(jié)構(gòu)不同，決定了巖石抗風(fēng)化性、可溶蝕性和孔隙性有差異，進(jìn)而由于巖石脆性的不同使得裂縫的產(chǎn)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(jìn)行酸溶蝕實(shí)驗(yàn)，結(jié)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(fā)育程度的主要因素[1-3]。同時(shí)，通過對巖石主量元素含量與增孔率進(jìn)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(guān)性[4]。在酸介質(zhì)環(huán)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(qiáng)。

用草酸對花崗巖進(jìn)行溶蝕實(shí)驗(yàn)，結(jié)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(qiáng)度大、密度大、吸水率低、質(zhì)地堅(jiān)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(zhì)孔隙度介于0.5%～40%。因此，該類巖石耐酸、抗風(fēng)化及抗壓強(qiáng)度高。

1.2 變質(zhì)巖

對常見的片麻巖進(jìn)行酸溶蝕實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示用濃度為20%的鹽酸對巖心進(jìn)行溶蝕有一定的效果，但是増孔率不超過9%[6-7]?，F(xiàn)場儲層改造結(jié)果表明，片麻巖儲層的酸壓、酸化效果差。已有研究結(jié)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(zhì)性強(qiáng)，裂縫是主要的儲集空間和滲流通道[8]。選取巖性純、質(zhì)地好的片麻巖巖心，測得基質(zhì)孔隙度平均值僅為1.01%，通常介于0.7%～2.2%，說明未風(fēng)化的片麻巖基質(zhì)孔不發(fā)育。

而以片麻巖為代表的變質(zhì)巖長石含量高，抗壓強(qiáng)度低，沿片理方向抗剪切強(qiáng)度較小，具有泊松比低、楊氏模量高的特征，脆性指數(shù)可達(dá)80%，壓裂可改造性好。另外，動力變質(zhì)巖以脆性變形為主，具有碎裂結(jié)構(gòu)，微破裂發(fā)育，如構(gòu)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(jīng)鉆井取心結(jié)果證實(shí)，該區(qū)基巖巖性以火成巖和變質(zhì)巖為主，其儲集體也統(tǒng)稱為結(jié)晶巖儲集體，由于巖漿侵入常引起圍巖產(chǎn)生一定程度的變質(zhì)作用，進(jìn)而與多種變質(zhì)巖共生[2]。結(jié)晶巖巖石致密、堅(jiān)硬，只有受到長期強(qiáng)烈風(fēng)化或構(gòu)造破裂作用，在基巖侵蝕面上會出現(xiàn)風(fēng)化孔隙帶，進(jìn)而成為油氣儲集的場所[2]。巖心分析資料結(jié)果表明，該區(qū)基巖巖性復(fù)雜、致密，基質(zhì)孔不發(fā)育；CT掃描結(jié)果顯示溶蝕孔沿裂縫分布，且以微細(xì)孔為主。從目前已取得的研究成果來看，巖性對該區(qū)基巖有效儲集空間有一定的控制作用，碎裂動力變質(zhì)巖是最有利于形成有效儲集空間的巖性，其次是風(fēng)化程度高的花崗片麻類區(qū)域變質(zhì)巖和深色超堿性火成巖。

2.1 巖性對基質(zhì)孔發(fā)育的影響

東坪1區(qū)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(zhì)巖類和花崗巖、閃長巖及輝長巖的火成巖類，呈現(xiàn)多而雜的特點(diǎn)[16]?；赿p1、dp103、dpH101等井的巖心分析結(jié)果可知，東坪1區(qū)塊基巖主要為變質(zhì)巖，且以花崗片麻巖為主；巖心見灰白色、黑色花紋，裂縫發(fā)育，見溶蝕擴(kuò)大，裂縫寬度介于1～2 mm，高角度裂縫發(fā)育，且裂縫發(fā)育多期次。由鑄體薄片的分析結(jié)果，可知巖石礦物成分主要為石英、長石，石英具有變晶結(jié)構(gòu)，長石風(fēng)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(qū)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(zhì)程度強(qiáng)。如圖1所示，根據(jù)該區(qū)塊巖樣的Na2O＋K2O與SiO2含量，樣品點(diǎn)全部位于花崗巖區(qū)域（圖1-a）；根據(jù)鋁飽和程度判別結(jié)果，認(rèn)為該區(qū)塊巖樣屬于強(qiáng)過鋁質(zhì)巖（圖1-b）；根據(jù)區(qū)塊內(nèi)巖樣K2O、SiO2含量，認(rèn)為巖石屬于高鉀鈣堿性系列（圖1-c）；由區(qū)塊巖樣的堿度及SiO2含量，認(rèn)為巖石屬于鈣堿性花崗巖（圖1-d）。

尖探1區(qū)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(zhì)輝長巖，為増孔率小、基質(zhì)孔不發(fā)育的鈣堿性巖石。巖心分析結(jié)果表明，該區(qū)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(qū)塊基巖儲層總體屬于低孔、特低滲類型。

2.2 巖性對裂縫發(fā)育的影響

東坪1區(qū)塊基巖巖心描述結(jié)果顯示該區(qū)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(zhì)片麻巖、花崗片麻巖、斜長片麻巖，裂縫密度相應(yīng)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(fā)現(xiàn)了由于斷層作用或碎裂作用形成的碎裂巖，破碎帶發(fā)育有溶蝕孔。對4口井43塊薄片的資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)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(qū)塊基巖氣藏儲層巖性分類圖

尖探1區(qū)塊基巖巖心描述結(jié)果表明，jt1井巖性為雜色塊狀花崗閃長巖，裂縫發(fā)育，以高角度裂縫為主，局部呈網(wǎng)狀縫，裂縫半充填方解石、硬石膏和石英等，沿裂縫面溶蝕現(xiàn)象明顯。jb1-1井主體巖性與jt1井一致，局部發(fā)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(xiàn)象。

2.3 基巖孔縫關(guān)系及有效儲集空間

基巖溶蝕孔隙的形成源于表生環(huán)境下的化學(xué)風(fēng)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(jìn)入基巖體內(nèi)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(nèi)部礦物蝕變（長石高嶺土化、黑云母綠泥石化）所導(dǎo)致的孔隙增加，通過鑄體薄片的觀察結(jié)果，發(fā)現(xiàn)這類情況在該區(qū)域較普遍[16]，但蝕變孔的連通性差，不屬于有效孔?？傮w看來，區(qū)內(nèi)基質(zhì)孔隙度介于2%～3%，連通性好的溶蝕孔的發(fā)育主要受到斷裂控制，且僅在裂縫發(fā)育的網(wǎng)狀縫集中區(qū)溶蝕孔才相對發(fā)育。

巖石力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果表明，該區(qū)基巖巖石抗壓強(qiáng)度介于30～320 MPa，抗剪切強(qiáng)度介于30～340 MPa，強(qiáng)度高，可鉆性極差；由于巖石脆性指數(shù)高，多期次的構(gòu)造運(yùn)動為天然縫網(wǎng)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(gòu)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(biāo)儲集體的形成主要受到以下4個(gè)方面的影響。

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

2）構(gòu)造作用。基巖裂縫形成與構(gòu)造應(yīng)力、構(gòu)造變形和風(fēng)化程度有關(guān)。在區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場的作用下，距離主控?cái)鄬釉浇巫冊酱?，裂縫越發(fā)育，溶蝕作用則越強(qiáng)。

3）風(fēng)化作用?；鶐r裂縫儲集體是否發(fā)育還受到基巖抬升幅度、遭受風(fēng)化剝蝕的程度、淋濾作用等因素的影響，在構(gòu)造高部位受到的風(fēng)化淋濾作用強(qiáng)，從而使裂縫較發(fā)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(yīng)力集中及糜棱、接觸交代變質(zhì)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(biāo)儲集體遵循“優(yōu)勢巖性—應(yīng)力主導(dǎo)—高點(diǎn)富集”的三元控儲規(guī)律。應(yīng)綜合考慮該區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力、裂縫發(fā)育期次及優(yōu)勢巖性等方面的影響，對成儲潛力區(qū)進(jìn)行追蹤，同時(shí)，還應(yīng)考慮區(qū)域內(nèi)基巖頂不整合面對天然氣的輸導(dǎo)與駐留的影響。

3 阿爾金山前深層基巖氣藏成儲潛力區(qū)探討

根據(jù)基巖巖性識別的研究成果，對東坪1區(qū)塊的48口井（直井33口、水平井15口）進(jìn)行了巖性劃分，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，東坪1區(qū)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(fā)育的區(qū)域氣井產(chǎn)氣量高，在輝長巖發(fā)育的區(qū)域氣井產(chǎn)氣量低，在巖性混雜的區(qū)域氣井產(chǎn)量變化較大；縱向上片麻巖、花崗片麻巖交替變化，輝長巖沿?cái)嗔严蚋卟课磺秩隱15]。

圖2 東坪1區(qū)塊巖性平面分布示意圖

為此，根據(jù)不同基巖巖性的増孔成縫屬性，應(yīng)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(wěn)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(zhì)巖作為有利目標(biāo)儲集體。在對該區(qū)域已發(fā)現(xiàn)基巖氣藏成儲特征和主控因素研究的基礎(chǔ)上，基于對其有利目標(biāo)儲集體形成的4個(gè)主控因素，劃分為以下5類成儲潛力區(qū)。

3.1 構(gòu)造應(yīng)力集中的張扭區(qū)

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

東坪1區(qū)塊26 ms時(shí)窗相干體數(shù)據(jù)沿層切片表現(xiàn)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(qū)域擠壓應(yīng)力的影響，在基巖楔狀體頂端應(yīng)力相對集中，形成兩組交叉的、以張裂縫為主的縫網(wǎng)。該區(qū)塊構(gòu)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(fā)育，僅占10%。

基巖中不同組系的構(gòu)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(wǎng)絡(luò)；在平面上，不同方位的構(gòu)造裂縫互相連通，構(gòu)成平面上的裂縫網(wǎng)絡(luò)?？v橫方向上的構(gòu)造裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，控制著該區(qū)域天然氣的輸導(dǎo)和駐留。并且，裂縫間距與切穿深度呈正相關(guān)關(guān)系，即裂縫間距越大（對應(yīng)裂縫密度越?。?，則裂縫切穿深度越大，延伸也越長，進(jìn)而開度也越大[15]。

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

3.2 侵入體巖性界面接觸帶

東坪1區(qū)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(qū)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(gè)區(qū)域內(nèi)還是各基巖氣田范圍內(nèi)基巖巖性明顯不同，因此，必然在侵入時(shí)間、成巖特征、演化規(guī)律及物理化學(xué)性質(zhì)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(jié)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(chǎn)生裂縫。因此，確定不同巖性的接觸關(guān)系和接觸面位置，有利于識別區(qū)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(guān)系平面示意圖

不同巖性因物理、化學(xué)性質(zhì)不同，接觸面兩側(cè)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(shí)微裂縫也發(fā)育，所以，基巖體不同巖性的接觸面是成儲潛力區(qū)。

3.3 擠隆抬升的風(fēng)化帶

通常，構(gòu)造高點(diǎn)的巖石出露地表面積大、受到的風(fēng)化作用強(qiáng)烈且作用時(shí)間長?；鶐r中的構(gòu)造裂縫經(jīng)過后期地表水的淋濾溶解作用后溶蝕擴(kuò)大，形成構(gòu)造溶解縫，經(jīng)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(diǎn)是縫壁不規(guī)則、寬度不等，且延伸長度小于構(gòu)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(fā)育，在構(gòu)造作用或風(fēng)化作用的影響下，沿著解理面形成了構(gòu)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?；鶐r中鉀、鈉長石及富鐵黑云母等不穩(wěn)定礦物受到地層水溶解作用的影響，發(fā)生了晶體結(jié)構(gòu)改變，進(jìn)而形成溶蝕縫。風(fēng)化縫是基巖受地表物理和化學(xué)風(fēng)化作用使得巖石風(fēng)化破碎而形成的裂縫。因此，處于基巖隆起高點(diǎn)部位的風(fēng)化殼是縫網(wǎng)、孔洞較為發(fā)育的成儲潛力區(qū)。

3.4 剝蝕區(qū)近圍坡積帶

基巖頂部巖石以物理風(fēng)化為主，風(fēng)化崩解的碎屑被搬運(yùn)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(xué)風(fēng)化為主，發(fā)生膠結(jié)和充填作用的可能性較大。而在基巖頂部存在“剃光頭”現(xiàn)象，說明具有構(gòu)造高點(diǎn)的地質(zhì)體在風(fēng)化早期，其頂部巖石先遭到風(fēng)化，破碎后的顆粒碎屑被搬運(yùn)到構(gòu)造腰部沉積下來，因此坡積帶易形成有利的儲集體發(fā)育區(qū)。

結(jié)合該區(qū)基巖的上覆古近系下干柴溝組下段底部礫巖的特征，表現(xiàn)為裂縫發(fā)育，化學(xué)充填作用相對較弱。推測該層段沉積前形成的基巖風(fēng)化殼主要以物理風(fēng)化作用為主。所以，該井區(qū)基巖風(fēng)化剝蝕的碎屑堆積帶，即中、低部位的坡積帶應(yīng)屬于成儲潛力區(qū)。通過東坪1區(qū)塊鉆探證實(shí)，其構(gòu)造高部位并非都是高產(chǎn)井區(qū)所處的位置，而在其腰部集中發(fā)生鉆井井漏的現(xiàn)象，并且鉆獲了高產(chǎn)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(guān)系，由于該區(qū)域基巖巖性復(fù)雜，不同巖性的風(fēng)化程度存在較大差異，使得基巖頂面（風(fēng)化侵蝕面）高低不平。從鉆井和取心結(jié)果來看，局部存在井漏及巖心破碎、收獲率低的現(xiàn)象，也說明基巖頂面風(fēng)化程度存在差異。因此，該區(qū)域應(yīng)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(qū)。

4 結(jié)論

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

2）有利目標(biāo)儲集體形成的主控因素主要包括巖性的影響、構(gòu)造作用、風(fēng)化作用及巖脈侵入，并且基本遵循“優(yōu)勢巖性—應(yīng)力主導(dǎo)—高點(diǎn)富集”三元共控成儲規(guī)律。

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