庫車坳陷索罕露頭區與大北氣田井下白堊系儲層差異性分析

王 波 劉 群 張惠良 盧文忠 張榮虎 曾慶魯

(中國石油杭州地質研究院 杭州 310023)

0 前言

庫車坳陷是我國陸上天然氣勘探的一個重要領域，白堊系巴什基奇克組是國家“西氣東輸”的主力氣源層，其中大北氣田深層致密天然氣三級地質儲量超過2 510×108m3。但是目的層埋藏深(均超過5000 m)、鉆井取芯也越來越少，因此深層裂縫性致密砂巖儲層的成因機制依然是困擾研究人員的一個難題［1，2］。近年來，國內外學者廣泛利用露頭和現代沉積體與油田地下儲層進行類比研究，并且取得了豐碩的成果［3］。露頭砂體的分布規律、幾何形態、內部結構和儲層非均質性的定量分析在預測無數據的井間儲層特性方面發揮了重要作用。露頭區又具備直觀、取樣方便的特點，因此露頭被用作地下地層和儲層的模擬對象。索罕露頭區位于大北氣田區東北方向約50 km，與大北氣田屬于同一構造帶，其白堊系巴什基奇克組第三段在物源、相帶(沉積微相、巖性、巖相)以及骨架砂體方面與大北氣田井下一致，具有可比性，為大北氣田白堊系的典型露頭。但是露頭區儲層特征及成因機制方面是否與前人研究一致［4］?是否與井下一致?露頭儲層樣品能否代表井下儲層樣品開展大規模的開發實驗?筆者基于露頭區大量淺鉆樣品(2.5 cm×30 cm)實驗分析的基礎上，嘗試解決上述儲層研究方面的問題，不僅具有較高的理論意義，同時也具有很強的實用性。

1 研究區概況

庫車坳陷位于塔里木盆地北部，北緣是南天山造山帶，南面是塔北隆起，呈NEE向展布。白堊系主要為下統，缺失上統，自下而上為亞格列木組、舒善河組、巴西蓋組和巴什基奇克組，古近系庫姆格列木群與白堊系不整合接觸。主力含氣層巴什基奇克組在垂向上表現為多期扇體相互疊置，在平面上表現為多個扇體相互連接，這樣形成的沖積扇—扇(辮狀)三角洲復合體直接進入湖盆，形成了白堊紀時期規模巨大的砂體［5，7］。大北氣田構造上位于庫車坳陷北部克拉蘇構造帶西段，索罕露頭區(圖1)位于拜城縣城西北方向約40 km，大北氣田區東北方向約50 km。索罕露頭區地表出露地層與大北氣田井下一致，其中巴什基奇克組第三段出露條件最好。本次儲層對比研究工作也是基于該露頭區巴三段大量淺鉆樣品的實驗分析資料，進行露頭區與井下巴三段儲層差異性分析。

2 儲層差異性特征

2.1 沉積相帶

圖1 索罕露頭區剖面位置圖Fig.1 Location of the Suohan outcrop

巴什基奇克組第三段沉積時期，大北氣田井下為扇三角洲前緣亞相沉積，上部巖性以紅褐色細砂巖、粉砂巖與薄層泥巖、泥質粉砂巖不等厚互層為特征，下部為褐灰色細砂巖與泥巖互層沉積［2］。根據索罕露頭實測剖面的巖性、巖相、結構構造、地表自然伽馬、粒度及鏡下特征等綜合分析表明，索罕露頭區巴什基奇克組第三段亦為扇三角洲前緣細粒巖相沉積與大北氣田井下，骨架砂體均為水下分流河道砂體，局部伴生河口壩砂體。露頭區沉積相、亞相類型與井下一致，巖性、粒度整體也相似，剖面巖性組合特征也為砂巖夾泥巖，索罕露頭區泥巖層相對更發育，砂地比較低。物源與古水流分析表明①張榮虎，陳戈，王波，等.庫車—塔北地區白堊系—古近系沉積儲層研究及目標優選.中國石油杭州地質研究院，2011.大北氣田井下處于扇體的主物源供給帶，而露頭區則處于扇體的側翼或者是連接部位(圖2)。

2.2 巖石學特征

盡管露頭和井下巴三段在物源、沉積相帶、巖性巖相及骨架砂體類型等方面具有相同的特征。但是，由于位于不同的扇體部位，沉積物搬運距離不同，儲層巖石學特征略有差異:根據索罕露頭區277片鑄體薄片的詳細鑒定表明，巖性以巖屑長石砂巖為主，其次為長石巖屑砂巖(圖3)，巖屑以火山巖(凝灰巖)巖屑，變質巖(片巖、板巖)巖屑及云母為主，另有平均含量為2%～3%的碳酸鹽巖屑;雜基類型為泥質和灰質，均較普遍發育，但是含量較低;膠結物平均總含量為7%(表)，以方解石為主。大北氣田井下［8］巖石類型以細粒長石巖屑砂巖為主(圖3)，碎屑成分中石英、長石平均含量較露頭低，巖屑含量非常高;填隙物中膠結物和雜基平均值較露頭區均偏高(表1)。露頭與井下巴三段儲層微觀特征表現為結構成熟度相似，成分成熟度露頭區略高于井下，長石含量相對較高，巖屑含量相對少。

圖2 庫車坳陷白堊系巴三段沉積模式Fig.2 Sedimentary mode of Cretaceous Bashijiqike Formation 3rd member in Kuqa depression

圖3 巴三段巖石骨架組分三角圖Fig.3 The petromineralogy triangular plot of Cretaceous Bashijiqike Formation 3rd member

表1 索罕露頭區與大北氣田井下巴三段砂巖儲層碎屑成分Table 1 Contents of petromineralogy of Cretaceous Bashijiqike Formation 3rd member between Suohan outcrop and Dabei gas field

2.3 儲層物性

根據對露頭區巴三段600個樣品測得的594組物性數據分析，露頭區孔隙度范圍在1% ～20.02%之間，平均值13.16%;滲透率范圍在0.03×10-3μm2～152.0×10-3μm2，平均值為 28.0 ×10-3μm2;孔滲相關性較好(圖4)。其中優勢巖石相(板狀交錯層理細砂巖-平行層理粉砂巖)物性最好，孔隙度集中在13% ～18%，滲透率分布在1×10-3μm2～100×10-3μm2。相比之下，井下相同的優勢巖石相(也為板狀層理細砂巖和平行層理粉砂巖)的孔隙度分布在2% ～7%，滲透率分布在0.01×10-3μm2～1×10-3μm2之間，基本屬于特低孔特低滲儲層［8］。從儲層物性來講，露頭與井下差異非常大，露頭物性較好，尤其是孔隙度值較高，孔滲相關性良好。

2.4 儲集空間類型

首先索罕露頭區孔隙度和滲透率相關性非常好，反映孔隙主要以粒間孔為主，其次根據鏡下面孔率統計，原生孔隙與次生孔隙比約為9.8∶1②盧文忠，王波，夏志遠等，大北氣田典型露頭儲層數字化精細描述，中國石油杭州地質研究院，2011.，說明即殘余原生粒間孔占孔隙類型的絕對優勢，次生孔隙含量較低。另外鏡下可識別的孔隙類型，另外鏡下可識別的孔隙類型，按成因分為3類，包括原生孔隙、次生孔隙和裂縫。原生孔隙是指原生粒間孔和殘余原生粒間孔;次生孔隙包括粒間溶孔，長石和巖屑的粒內孔以及泥屑中的微孔隙;裂縫則包括構造微裂縫、泥屑收縮縫和成巖壓碎縫(圖5)。

而井下大北氣田儲層孔隙類型主要為次生孔隙(含粒間溶孔、粒內溶孔和微孔隙)，其次為原生粒間孔、裂縫(圖5)［8］，裂縫的發育為這種特低孔特低滲深部儲層的高產提供了基礎［2］。露頭與井下儲集空間類型最大的差別在于前者以原生孔隙為主，后者則以次生孔隙為主。

索罕露頭區與大北氣田井下巴三段砂巖儲層差異性特征表現為，二者沉積相帶一致，巖石學特征略有差異;但是在儲集空間類型和儲層物性上差異較大。下文通過對比分析露頭和井下儲層的控制因素，揭示二者出現上述差異性的主控因素。

3 差異性主控因素

3.1 埋藏方式

根據地層厚度、地溫梯度、剝蝕量、壓實系數以及包裹體均一溫度等參數作露頭區與井下埋藏史圖，并結合電微鏡下的孔隙特征、成巖現象與成巖序列作孔隙演化史曲線(圖6)。從圖中可以看出，大北202井區經歷了早期長期淺埋、中期抬升暴露和晚期快速深埋的過程［2］，最大埋深達到5 000 m以下，使得孔隙損失較大。而露頭區埋藏過程則與此不同，在歷經早期淺埋—抬升—淺埋之后，在23.3 Ma時經歷了深埋，埋深最大4 000～4 500 m之間;之后略微抬升—沉降后，于喜山晚期又巨幅抬升，最終出露地表(圖6);而且遭受現代地表風化淋濾作用，使得在淺埋藏且受溶蝕的作用下，保存了較好的儲層物性。對比分析表明，二者的埋藏方式差異很大，目前索罕露頭區較井下為淺埋藏。

圖4 索罕露頭區與大北氣田井下巴三段孔滲相關圖Fig.4 The porosity-permeability correlation of Cretaceous Bashijiqike Formation 3rd member between Suohan outcrop and Dabei gas field

圖5 索罕露頭區巴三段砂巖儲層鏡下孔隙特征Fig.5 Porosity characteristics under microscope of Cretaceous Bashijiqike Formation 3rd member between Suohan outcrop and Dabei gas field

圖6 索罕露頭區與大北氣田井下巴三段埋藏史對比圖Fig.6 Comparison diagram of bury history of Cretaceous Bashijiqike Formation 3rd member between Suohan outcrop and Dabei gas field

3.2 成巖作用

根據David W.Houseknecht 1987年的計算方法［9］對壓實作用和膠結作用對儲層孔隙度造成的喪失進行評價。粒間體積為膠結物體積與殘余原生粒間孔隙之和(在發生溶解作用的地層中，顆粒邊緣溶蝕而增加的孔隙體積須排除);膠結物總量為各類膠結物含量之和。以原始粒間體積為40%，分別計算壓實作用和膠結作用造成的孔隙損失百分比。而實際孔隙度損失為實際原始孔隙度與上述孔隙度損失百分比的乘積，現今儲層孔隙度為實際原始孔隙度與實際孔隙度損失之差。

圖7左為整個露頭區4個建模砂體的成巖作用量化圖。根據對井下薄片鑒定的膠結物含量與孔隙度數據分析，表明索罕露頭區儲層壓實作用貢獻為36%，膠結作用貢獻為24%。由于井下和露頭區的實際原始儲層孔隙度一致，且假定為40%。經計算后露頭區實際壓實減孔量為14.4%，實際膠結減孔量為9.6%，計算露頭區現今儲層孔隙度為16%。另外考慮到構造側向擠壓減孔及溶蝕增孔等因素，則該結果與實測儲層孔隙度平均值13.16%基本相符合。

圖7右為大北1井成巖作用量化圖。定量化后確定壓實作用貢獻為53%，膠結作用貢獻為27%。計算井下實際壓實減孔量為21.2%，實際膠結減孔量為10.8%，計算井下現今儲層孔隙度為8%。考慮到構造側向擠壓減孔及溶蝕增孔等因素，則該結果與實測儲層孔隙度平均值5%基本相符合。對比分析表明露頭區巴三段儲層在成巖作用方面的主要影響因素為壓實作用，相比井下為弱壓實。

圖7 索罕露頭區與大北氣田井下巴三段砂巖儲層成巖作用量化圖(井下數據來自大北1井)Fig.7 The quantized reservoir diagenesis of Cretaceous Bashijiqike Formation 3rd member between Suohan outcrop and Dabei gas field

3.3 構造擠壓程度

根據前人最大古構造應力減孔的經驗計算公式［10］，大北1井區白堊系巴什基奇克組三段儲層的埋深在5 500～5 800 m之間，成巖演化階段已達中成巖A2亞期，并處于相對強烈的構造擠壓作用范圍內，最大古構造應力達74.8～75.4 MPa，其最大減孔量可達6.1%～6.2%。露頭區則采用前人側向擠壓減孔實驗模擬公式［11］，應用Kaiser效應點方法測試得到9組25個數據②，露頭區最大古構造擠壓力值為44 MPa，根據公式得出構造擠壓減孔率為3.2%。對比分析表明露頭區構造側向擠壓比井下弱。

3.4 現代風化淋濾作用

露頭區巴三段出露地表后遭受了現代風化淋濾作用，形成了一定數量的溶蝕孔隙，改造了儲層物性。但是由于現代風化淋濾作用正在進行，經歷的地質時間相對較為短暫。相對于古表生期或者埋藏期形成的溶蝕孔隙，使現代風化淋濾作用形成的溶蝕孔隙數量難于統計，但是在鏡下可以見到一些現代風化淋濾作用的證據(圖8)，其中包括泥質層間泄水構造、褐鐵礦浸染雜基、滲流物質粒間充填以及高價鐵氧化膜等。

綜合分析表明，索罕露頭區巴三段砂巖儲層與井下巴三段儲層差異原因在于露頭區經歷了淺埋藏、弱壓實、弱擠壓和現代風化淋濾。

4 結論

通過露頭與井下儲層的對比研究表明，索罕露頭區與大北氣田井下巴三段相帶一致，巖石學特征略有差異;二者在儲集空間類型和儲層物性上差異較大。盡管井下埋藏深、取芯困難，但是利用露頭儲層樣品代替井下樣品開展一系列開發實驗的思路，面臨著重大挑戰。進一步分析儲層控制因素表明，索罕露頭區巴三段砂巖儲層與井下巴三段儲層差異原因在于露頭區經歷了淺埋藏、弱壓實、弱擠壓和現代風化淋濾。這對深入了解庫車坳陷深層裂縫性致密砂巖儲層性質，進而進行儲層評價具有重要的理論和實際意義。基于二者之間的差異性及勘探開發需求，露頭研究成果如何應用到井下，如何設計露頭樣品代替井下樣品的開發實驗方案，仍需做大量研究工作。

圖8 索罕露頭區巴三段砂巖儲層鏡下現代風化淋濾特征Fig.8 Weathering and leaching characteristics under microscope of Cretaceous Bashijiqike Formation 3rd member between Suohan outcrop

References)

1 張麗娟，李多麗，孫玉善.庫車坳陷西部古近系—白堊系沉積儲層特征分析［J］.天然氣地球科學，2006，17(3):355-360［Zhang Lijuan，Li Duoli，Sun Yushan.Analysis of characteristics of sedimentary reservoir between Cretaceous and Palaeogene in the western part of the Kuqa depression［J］.Natural Gas Geoscience，2006，17(3):355-360］

2 張榮虎，張惠良，壽建峰，等.庫車坳陷大北地區下白堊統巴什基奇克組儲層成因地質分析［J］.地質科學，2008，43(3):507-517［Zhang Ronghu，Zhang Huiliang，Shou Jianfeng，et al.Geological analysis on reservoir mechanism of the Lower Cretaceous Bashijiqike Formation in Dabei area of the Kuqa Depressio［J］.Chinese Journal of Geology，2008，43(3):507-517］

3 蔡希源，李思田，鄭和榮，等譯.儲層模擬中露頭和現代沉積類比的綜合研究［C］∥AAPG論文集80.北京:地質出版社，2008:1-367［Michael G.Grammer，Paul Mitchell Harris，Gregor Paul Eberli.Integration of Outcrop and Modern Analogs in Reservoir Modeling.AAPG，2004，80:1-394］

4 胡濤，張柏橋，舒志國，等.庫車坳陷白堊系巴什基奇克露頭儲層特征［J］.石油與天然氣地質，2003，24(2):171-174［Hu Tao，Zhang Baiqiao，Shu Zhiguo，et al.Reservoir characteristics in Cretaceous Bashijiqike Formation outcrop in Kuqa depression［J］.Oil＆ Gas Geology，2003，24(2):171-174］

5 顧家裕主編.塔里木盆地沉積層序特征及其演化［M］.北京:石油工業出版社，1996:274-276［Gu Jiayu.Depositional Sequence Characteristics and Evolution in Tarim Basin［M］.Beijing:Petroleum Industry Press，1996:274-276］

6 賈進華.庫車前陸盆地白堊系巴什基奇克組沉積層序與儲層研究［J］.地學前緣，2000，7(3):133-143［Jia Jinhua.Studies on sedimentary sequence and reservoir of Cretaceous Bashijiqike Formation in Kuqa Foreland Basin［J］.Earth Science Frontiers，2000，7(3):133-143］

7 朱玉新，郭慶銀，邵新軍，等.新疆塔里木盆地庫車坳陷北緣白堊系儲層沉積相研究［J］.古地理學報，2000，2(4):58-65［Zhu Yuxin，Guo Qingyin，Shao Xinjun，et al.Study on reservoir sedimentary facies of the Cretaceous in the north of Kuqa depression，Tarim basin，Xinjiang［J］.Journal of Palaeogeography，2000，2(4):58-65］

8 劉春，張惠良，韓波，等.庫車坳陷大北地區深部碎屑巖儲層特征及控制因素［J］.天然氣地球科學，2009，20(4):504-512［Liu Chun，Zhang Huiliang，Han Bo，et al.Reservoir characteristics and control factors of deep-burial clastic rocks in Dabei zone of Kuche Sag［J］.Natural Gas Geoscience，2009，20(4):504-512］

9 星子，譯.壓實作用和膠結作用對砂巖孔隙度降低之相對重要性的評估［C］.AAPG譯文.海洋地質譯叢，1988(5):53-60［David W.Houseknecht.Assessing the relative importance of compaction processes and cementation to reduction of porosity in sandstones［J］.AAPG Bulletin，1987，71:633-642］

10 張榮虎，姚根順，壽建峰，等.沉積、成巖、構造一體化孔隙度預測模型［J］.石油勘探與開發，2011，38(2):145-151［Zhang Ronghu，Yao Genshun，Shou Jianfeng，et al.An integration porosity forecast model of deposition，diagenesis and structure［J］.Petroleum Exploration and Development，2011，38(2):145-151］

11 壽建峰，朱國華，張惠良.構造側向擠壓與砂巖成巖壓實作用——以塔里木盆地為例壓實作用［J］.沉積學報，2003，21(1)90-95［Shou Jianfeng，Zhu Guohua，Zhang Huiliang.Lateral structure compression and its influence on sandstone diagenesis:A case study from the Tarim basin［J］.Acta Sedimentologica Sinica，2003，21(1):90-95］