柴西地區古近系—新近系天然氣成藏條件分析及目標優選

田建華，董清源，劉 軍

(1.中國石化石油物探技術研究院，江蘇 南京 211103;2.中國石油青海油田分公司，甘肅 敦煌 736202)

0 引言

柴達木盆地西部地區(簡稱柴西地區)油氣資源豐富，近年來發現了較多的天然氣，但由于柴西地區以產油為主，對天然氣的研究很少。目前已發現和開發了南翼山、開特米里克、油泉子、小梁山、英東和烏南等油氣田，但天然氣多為伴生氣，氣藏氣較少，已探明的天然氣儲量與天然氣資源量相差甚遠［1－3］。前人研究表明，柴西地區具有生烴母質類型多樣，氣源巖分布廣泛，儲蓋層、圈閉和斷裂非常發育等特點［4－10］。但天然氣的生儲蓋條件更為苛刻，為了加快工區天然氣勘探進程，針對上述地質特點與存在問題，天然氣成藏條件及目標優選的研究顯得尤為重要。該文運用定性、定量地質分析手段，研究柴西地區的氣源巖、儲集層、圈閉、蓋層及保存等成藏條件，明確主控因素，逐級優選有利層段及區域，提出勘探目標，以期指導柴西地區天然氣的研究和勘探部署。

1 研究區地質概況

柴達木盆地位于青藏高原北部，周邊為阿爾金山、祁連山和昆侖山所環繞，是青藏高原上面積最大的陸相中生代、新生代含油氣盆地［11］，中生代及新生代沉積巖分布面積約為9.6×104km2。

柴西地區位于柴達木盆地的西部坳陷區，包括昆北斷階、茫崖凹陷、大風山凸起3個亞一級構造單元［3－4］(圖 1)。該區地層自下而上依次發育古近系路樂河組(E1+2)、下干柴溝組下段(E31)、下干柴溝組上段(E32)，新近系上干柴溝組(N1)、下油砂山組(N21)、上油砂山組(N22)、獅子溝組(N23)及第四系七個泉組(Q1+2)。研究區NNE向的斷裂及褶皺相對發育，斷裂以逆沖性質為主，長期活動，延伸較長。柴西地區可分為柴西南區和柴西北區，柴西南區包括獅子溝－大烏斯(南烏斯和北烏斯構造帶)及以南地區，該構造帶以北為柴西北區。

圖1 柴達木盆地西部地區構造位置Fig.1 The tectonic location in western Qaidam Basin

2 天然氣成藏條件

2.1 氣源條件

研究證實柴西地區古近系—新近系氣源巖主要為一套咸化湖相暗色泥巖和鈣質泥巖，主要生烴層系為 E1+2、E31、E32、N1及 N21，油氣分布嚴格受氣源巖分布、凹隆結構和斷裂展布等控制［5－7］。依據有機碳含量、有機質類型、熱演化程度及生氣強度的研究，對氣源巖進行綜合評價。

柴西地區受沉積環境影響，沉積中心具有向盆地北部和東部遷移的規律，導致縱向上5套氣源巖有機質豐度、類型有一定差異。古近系(E1+2、E31、E32)氣源巖有機碳平均值達0.65%以上(1 751塊樣品)，有機質類型主要為Ⅰ—Ⅱ1型，少量為Ⅱ2—Ⅲ型，綜合評價為中等—好氣源巖;新近系(N1、N21)氣源巖有機碳平均值達0.45%以上(713塊樣品)，有機質類型主要為Ⅱ2—Ⅲ型，少量為Ⅱ1型。柴西地區氣源巖有機質的豐度及類型隨著地層變新，呈現了逐漸減小、變差的特點。

有機質成熟度可反映氣源巖生氣窗的演化程度，石油地質學理論將氣源巖的演化分為4個階段:Ro＜0.5%為未成熟階段，0.5%≤Ro＜0.8%為低熟階段，0.8%≤Ro＜1.3%為成熟階段，Ro≥1.3%為高成熟階段。Ro＜0.8%的氣源巖整體為未熟—低熟階段，該階段主要產物為未熟—低熟油，不具備形成氣源巖條件(在柴西地區紅溝子氣源巖Ro＜0.8%的地區發現未熟—低熟油亦證實)。此次研究的氣源巖是特指Ro≥0.8%的氣源巖，處于成熟—高成熟生氣階段。圖2為柴西地區5套層系中Ro≥0.8%的氣源巖分布范圍疊合圖。由圖2可知，柴西北區的氣源巖Ro大部分符合氣源巖標準(Ro≥0.8%)，而柴西南區除獅子溝－大烏斯(南烏斯和北烏斯)構造帶以外，以南地區氣源巖熱演化程度低，幾乎不生氣。因此，天然氣主要分布于柴西北區(目前鉆探證實的氣田和天然氣顯示也主要分布于茫崖凹陷周緣及柴西北區)，同時受埋深的控制(柴西地區自西向東埋深逐漸增加)，氣源巖自下而上Ro≥0.8%的范圍自西向東遷移。

圖2 柴西地區氣源巖(Ro≥0.8%)分布及遷移特征Fig.2 The distribution and migration characteristics of gas source rocks(Ro≥0.8%)in western Qaidam Basin

古近系氣源巖分布狀況:E1+2氣源巖分布面積較小，約為1 430.80 km2，最大厚度為800 m，分布于茫崖凹陷西北部，主要包含柴西北的南翼山、咸水泉、干柴溝及柴西南獅子溝構造部分區域;E31氣源巖分布面積擴大，分布于茫崖凹陷西北—西南部，主要包含柴西北的南翼山、咸水泉、干柴溝、油泉子及柴西南獅子溝、北烏斯等構造帶，面積約為3 064.40 km2，最大厚度為200 m;E32氣源巖分布面積最大，廣泛分布于茫崖凹陷，面積約為5 256.31 km2，厚度超過1 000 m。

新近系氣源巖分布狀況:N1氣源巖分布面積較大，分布于茫崖凹陷東南、東北部，主要包含柴西北的南翼山、開特米里克、黃瓜峁、黃瓜梁、鳳凰臺及柴西南北烏斯等構造帶，面積約為3 961.19 km2，最大厚度為700 m;N21氣源巖分布局限，分布于茫崖凹陷東南部，主要包含柴西北的開特米里克構造帶，面積約為846.70 km2，最大厚度為600 m。

依托研究區5套氣源巖有機質類型、有機質含量、成熟度及厚度等相關參數，進行生氣量模擬。模擬結果表明:柴西地區氣源巖總生氣量為1.17×1012m3，E1+2氣源巖生氣量為 693.75×108m3，E31氣源巖生氣量為908.75×108m3，E32氣源巖生氣量為7 150.00×108m3，N1氣源巖生氣量為2 262.50×108m3，N21氣源巖生氣量為708.75×108m3，縱向上主力氣源巖主要為E32和N1。根據陸相生烴原理研究表明:中國大氣田常發育于生氣強度不小于20×108m3/km2處的生氣中心及其周緣［12－13］。柴西地區生氣強度超過20×108m3/km2的區域主要分布于柴西北區的大部分構造帶，柴西南區僅包含獅子溝及北烏斯構造帶，面積為4 743.40 km2。

2.2 儲集層條件

柴西地區古近系—新近系儲集層按照巖性可分為碎屑巖和碳酸鹽巖兩大類，碎屑巖巖性主要為泥質巖、粉砂巖及砂巖，碳酸鹽巖主要為泥灰巖和泥云巖。優質儲層受控于沉積相，集中發育于三角洲前緣相帶、濱淺湖相帶、局部碳酸鹽巖相帶［5－7］。統計表明:在氣源巖(Ro≥0.8%)分布范圍內，碎屑巖儲層縱向上主要分布于E31和N21，以原生粒間孔為主;碳酸鹽巖儲層縱向上分布于E32和 N1，以裂縫、孔洞為主。巖性整體較為致密，縱向上，新近系儲層孔隙度為4.7%～9.1%，滲透率為0.2～2.2 mD，而古近系儲層孔隙度為2.6%～5.6%，滲透率為0.2～1.0 mD;新近系和古近系的孔隙度均小于10.0%，滲透率均小于5.0 mD，為特低孔特低滲儲層，新近系略優于古近系儲層。平面上柴西地區總體表現出“西部好、東部差，南部好、北部差”的特點，古近系儲層在尖頂山—南翼山—干柴溝—獅子溝一帶物性相對較好，新近系儲層在小梁山—南翼山—咸水泉—堿山—烏南地區的物性相對較好(表 1、2)。

表1 柴西地區古近系氣源巖(Ro≥0.8%)儲集層孔隙度和滲透率Table 1 The porosity and permeability of paleogene gas source rock(Ro≥0.8%)reservoir in western Qaidam Basin

表2 柴西地區新近系氣源巖(Ro≥0.8%)儲集層孔隙度和滲透率Table 2 The porosity and permeability of neogene gas source rock(Ro≥0.8%)reservoir in western Qaidam Basin

碎屑巖儲層以南翼山、大風山為例分析儲集條件，南翼山、大風山構造E31為三角洲前緣砂體，巖性以細砂巖為主，巖屑含量較高，但由于埋深已超過4 000 m，壓實及膠結作用較強，在薄片鑒定下，具有線－鑲嵌接觸特征，局部偶見微裂隙充填瀝青質(圖3a)。以獅子溝碳酸鹽巖儲層為例，分析該區儲集條件，獅子溝E32為湖相沉積，巖性主要為泥質石灰巖、泥質白云巖夾砂質泥巖，白云化作用明顯，發育裂縫且多充填石膏，具有較好的溶蝕特性，對儲層具有積極的意義(圖3b)。整體來看，雖然柴西地區的儲層較為致密，但由于受到后期溶蝕與構造的相互作用，導致次生孔隙和裂縫產生，特別是斷裂、褶曲構造產生的裂縫與各種孔隙有效融合而形成復雜孔－縫系統，是非常有利于油氣高產的儲集體。

圖3 柴西地區古近系儲層鏡下薄片及巖心特征Fig.3 The characteristics of microscopic section and core of paleogene reservoirs in western Qaidam Basin

2.3 成藏關鍵時刻

油氣的成藏關鍵時刻是指氣源巖大量生氣并在主要圈閉中大規模聚集的時間，根據研究區埋藏史、熱演化史［2］分析認為，柴西地區具備有利的成藏要素時空配置關系(圖4)。晚喜山構造運動期間(N23末—Q)，柴西地區生烴凹陷埋藏較深的古近系E32氣源巖進入高成熟階段，生成大量的凝析油氣，而埋藏較淺的新近系N1氣源巖也進入低熟—成熟階段，表明N23和Q時期為天然氣充注的主要時期。上述研究體現出柴西地區晚期生氣的特征，而受晚喜山構造運動影響，柴西地區的構造定型時間主要在N23以后，且前期包裹體研究［2］也證實了研究區天然氣大量生氣期與成藏期、保存期的時空匹配一致，表明晚期構造是有效圈閉，只要有效匹配孔－縫儲層及保存條件，天然氣就能聚集成藏。

圖4 柴西地區天然氣成藏過程綜合分析Fig.4 The comprehensive analysis of natural gas accumulation process in western Qaidam Basin

2.4 運移及保存條件

柴西地區古近系—新近系地層主要發育2套區域不整合面(基巖頂和N22頂)及大量斷裂構造，不整合面－斷裂可形成良好的運移疏導體系，對天然氣運聚成藏起著重要控制作用，斷裂及裂縫控制油氣縱向運移與聚集，區域不整合與滲透砂體控制油氣橫向運移與聚集。因此，柴西地區天然氣可通過不整合面－斷裂運移至圈閉或有利儲集體中聚集成藏。

此外，對于氣藏的形成，氣源巖是基礎，封蓋保存是關鍵。柴西古近系—新近系地層主要有深層、淺層2套區域性蓋層，以灰質泥巖、泥灰巖和泥巖為主。深層蓋層(E32—N1)巖性為泥巖、灰泥巖、泥灰巖和少量膏鹽巖，厚度較大、分布廣泛，幾乎遍布整個工區;淺層蓋層(N23—Q)巖性多為泥巖和泥灰巖。由于后期較強的構造運動，研究區斷裂和褶皺普遍發育，絕大多數斷裂為“通天”斷裂，同時，構造頂部剝蝕嚴重，破壞了淺層蓋層的封閉能力，導致淺層油氣大量散失。因此，整體上由于2套區域性蓋層的存在及差異性特點，深層氣藏的保存條件明顯好于中淺層氣藏。

2.5 圈閉類型

柴西地區古近紀—新近紀時期構造活動較強，發育大量斷裂和褶皺構造，具有形成良好圈閉的地質條件。從目前發現的氣藏分布來看，古構造與生氣中心的匹配是目前柴西地區天然氣藏分布的主要集中區，圈閉類型主要以構造圈閉為主，巖性圈閉次之。結合柴西地區成藏特征和保存條件研究，側重研究氣源巖的生氣強度不小于20×108m3/km2時深層E32和E31的晚期圈閉類型，該時期主要發育構造圈閉，圈閉類型為斷鼻、(斷)背斜及斷塊，具有NW—SE向帶狀分布的特征。

統計結果表明，生氣強度不小于20×108m3/km2范圍內的構造圈閉共20個，包括斷鼻圈閉13個，(斷)背斜圈閉3個，斷塊圈閉4個，總面積為921.4 km2。斷鼻圈閉是由斷層和鼻狀構造組合形成的圈閉，特指在鼻狀構造的上傾方向受斷層遮擋、封閉形成的圈閉，如獅子溝構造帶1、2號圈閉及咸水泉11號圈閉等，面積為479.6 km2;(斷)背斜圈閉是由構造作用使地層發生彎曲變形，儲集層和蓋層形成向周圍傾伏的背斜或斷背斜構造，如南翼山構造帶的13號圈閉等，面積為258.3 km2;斷塊圈閉是由被多條斷層相互切割形成的各種形狀的斷塊被斷層封閉而形成的圈閉，如咸水泉－油泉子構造帶的10～12號圈閉等，面積為183.5 km2(表3、圖5)。結合天然氣運聚規律，生氣中心周緣的高部位是天然氣運移的指向區，(斷)背斜及斷鼻圈閉相對更易形成天然氣聚集，圈閉條件相對于斷塊圈閉更加優越。

表3 柴西地區氣源巖生氣強度不小于20×108m3/km2圈閉特征Table 3 The trap characteristics of gas source rock with gas generation intensity not less than 20×108m3/km2in western Qaidam Basin

圖5 柴西地區深層(E32和E31)晚期圈閉分布Fig.5 The distribution of late traps in the deep formation(E32and E31)in western Qaidam Basin

3 有利勘探目標

綜合氣源條件、儲層特點、成藏匹配關系、圈閉類型、運移及保存條件等因素，認為柴西地區天然氣藏的有利勘探目標應主要考慮3項評價標準:是否位于有效氣源巖范圍內，是否具有有利的保存條件，是否位于古、今構造有利區域。因此，根據上述評價標準確定了以下3個優選原則(表4):①柴西地區有效氣源巖的分布范圍是控制天然氣聚集的基礎，研究區5套氣源巖(E1+2、E31、E32、N1和 N21)疊加的總生氣強度要比單套氣源巖的生氣強度更加精確，故將總生氣強度、5套氣源巖分布位置與主力氣源巖的成熟度有效結合來確定有效氣源巖分布范圍;②根據區域蓋層分布特征及封閉性能，古近系深層(E32和E31)在縱向上具有雙重遮擋，保存條件優越;③根據天然氣運聚規律，生氣中心周緣的高部位是天然氣運移的指向區，同時斷裂、褶曲構造的發育程度有利于儲層溶蝕及孔－縫的形成，圈閉的綜合排序為(斷)背斜最優，其次為斷鼻和斷塊。

表4 柴西天然氣藏有利勘探目標評價標準Table 4 The evaluation criteria for favorable exploration targets of western Qaidam Basin

根據以上原則，確定天然氣有利勘探目標為獅子溝－干柴溝、咸水泉－油泉子－黃瓜峁和南翼山構造帶的E32和E31層段等12個有利圈閉及3個較有利圈閉，面積分別約為612.3 km2及183.5 km2(圖6)。根據有利勘探目標的研究，后期在獅子溝構造帶2、3號有利 (斷)背斜圈閉范圍內鉆探的S58井在E32層位 (深度約為5 451 m)放噴點火，火焰高達30 m，估算日產天然氣可達200×104m3/d;SX58井在E32層位亦鉆遇良好油氣顯示，在5 502～5 514 m段試氣日產油為205 m3/d，日產氣達7 0229 m3/d。

圖6 柴西地區古近系E32和E31有利勘探目標區Fig.6 The favorable exploration target zones of Paleogene E32sand E31Formation in western Qaidam Basin

4 結論

(1)柴西地區整個古近紀—新近紀均處于咸化湖盆演化階段，氣源巖層系較多，Ro≥0.8%的氣源巖包括 E1+2、E31、E32、N1和 N21;主力氣源巖為E32和N1，分布范圍較廣、厚度較大、生氣量較多，具有明顯晚期生烴特征，平面上有效氣源巖主要分布于柴西北及靠近茫崖凹陷的柴西南局部地區。

(2)柴西地區主要發育碎屑巖和碳酸鹽巖兩大類儲層，巖性整體致密，特低孔特低滲特征明顯，縱橫向變化較大，總體表現出“西部好、東部差，南部好、北部差，淺層高、深層低”特征。但由于儲層受到后期溶蝕、構造作用的改造，局部會形成有效孔－縫系統，利于油氣儲集。

(3)柴西地區存在2套區域性蓋層，深層(E32—N1)蓋層厚度較大、分布廣泛，巖性主要為泥巖、泥灰巖和少量膏鹽巖，保存條件較好;而淺層(N23—Q)蓋層受后期構造作用影響，剝蝕嚴重，巖性主要為泥巖、灰質泥巖和泥灰巖，保存條件相對較差。

(4)柴西地區古近紀—新近紀時期構造活動較強，發育大量斷裂和褶皺構造，晚期形成良好的圈閉條件。有效氣源巖范圍內，深層(E2和E133層段)主要發育構造圈閉，以斷鼻圈閉為主，斷塊、(斷)背斜次之，與成藏關鍵時刻匹配，相對更加有利于天然氣運聚。

(5)綜合柴西地區成藏地質條件，考慮有效氣源巖分布范圍，有利的儲集、保存條件，有利的古、今構造區域，優選了獅子溝－干柴溝、咸水泉－油泉子－黃瓜峁和南翼山3個天然氣有利勘探區帶，明確E32和E31層段15個有利勘探目標，面積約為795.8 km2。