塔里木盆地古城地区奥陶系天然气勘探重大突破及其启示

王招明 杨海军 齐英敏 陈永权 徐彦龙

中国石油塔里木油田公司

塔里木盆地古城地区地处满加尔生烃凹陷南缘，具有良好的古构造发育背景与优质的储盖组合发育条件，石油地质条件优越。1989—2011年，塔里木石油会战以来，古城地区虽不是主力勘探战场，但每年仍投入一定的工作量，累计投入二维地震1．45×104km，三维地震174km2；累计钻探井14口，其中油气显示井1口，低产油气井1口，均未获得工业性油气。2012年古城6井在奥陶系鹰山组含白云岩层系中获得工业性高产气流，是古城地区23年来的首个战略性突破，也是塔里木盆地下古生界内幕白云岩的首个重大突破，意义重大。笔者通过对古城地区的天然气勘探历程进行分析，理清古城6气藏发现的勘探思路，以期为其他区块的勘探提供借鉴。

1 地质背景

古城低凸起西南部以塔中I号断裂与塔中隆起相邻，东部以上寒武统—中下奥陶统坡折带与东南隆起相接，北部与北部坳陷满西低凸起毗邻（图1）。古城低凸起表现为北西倾的下古生界大型宽缓鼻状构造，主要包含南北两个部分，东南部受车尔臣断裂影响剧烈，发育一系列复杂冲断构造；北部受车尔臣断裂影响相对较弱，构造相对平缓，局部表现为断背斜构造。

依据地震和钻井资料，古城低凸起内下古生界地层完整，厚度在5 000m以上；上古生界志留系、泥盆系分布局限，主要发育在古城鼻隆北部，石炭系广泛分布，缺失二叠系；中生界主要发育三叠系与白垩系，厚约1 000m，缺失侏罗系；新生界厚约1 800m，分布稳定。地层削蚀与超覆关系分析结果显示，古城低凸起内主要发育4个地层角度不整合：①志留系／奥陶系角度不整合；②石炭系底对下伏地层的角度不整合；③三叠系对下伏地层的角度不整合；④白垩系对下伏地层的角度不整合（图1）。

根据地层角度不整合接触关系，古城低凸起为长期继承性发育的古隆起构造，主要经历了加里东期、海西中期、早印支期与燕山期4期构造运动，喜山期至今构造活动弱。①加里东期（前志留纪），盆地周缘前陆盆地的发育使古城低凸起初现雏形，古构造南高北低，志留系由北向南超覆沉积；②海西中期（前石炭纪），古城低凸起古构造二次活动，南部隆升，部分奥陶系、志留系与泥盆系遭受剥蚀，石炭系超覆于其上；③印支早期（前三叠纪），古城低凸起古构造再次活动，古生界继续遭受剥蚀，三叠系不整合覆盖于二叠系、石炭系之上；④燕山期（前侏罗纪），塔东与塔东南的隆升，古城低凸起三叠系遭受一定程度的削蚀，白垩系超覆于三叠系之上；⑤喜山期，构造活动弱，盆地稳定沉降，接受了较厚的新生界陆相沉积，最终形成了现今的构造面貌。

古城低凸起主要勘探领域包含3个：①以石炭系东河砂岩与志留系砂岩为代表的上古生界海相碎屑岩；②轮南—古城上寒武统—下奥陶统坡折带礁滩型碳酸盐岩；③台内中下奥陶统碳酸盐岩层间岩溶领域。

2 古城6气藏的发现

2．1 发现的基本情况

古城6井构造位置位于北部坳陷古城低凸起上，地理位置处于新疆巴音郭楞蒙古自治州且末县境内，南距且末县城82km。古城6井于2011年7月13日开钻，2012年4月26日完钻，完钻井深6 169m，完钻层位奥陶系鹰山组。

录井成果显示，古城6井全部油气显示都集中在奥陶系，共发现71m／7层油气显示（图2－a）。最大全烃值达70．31%；槽面见40%～70%鱼子状气泡，无油花；节流循环点火燃，呈橘黄色火焰，焰高1～8m。

古城6井于2012年5月15日，在奥陶系鹰山组鹰3段6 144～6 169m井段完井试油，用8mm油嘴放喷求产，油压30．4MPa，折合日产气26．423 4×104m3，测试结论为气层；从试采曲线上可以看出，油压稳定，显示具有充足的地层供液能力（图2－b）。

2．2 气藏地质特征

2．2．1 地层与产层

古城6井钻揭地层由上至下依次为新生界第四系、新近系、古近系；中生界白垩系、三叠系；古生界石炭系、奥陶系（未穿）；缺失中生界侏罗系、古生界二叠系、泥盆系及志留系。实钻结果显示，古城地区主要发育3套大型不整合：①石炭系／奥陶系不整合；②三叠系／石炭系不整合；③白垩系／三叠系不整合。

古城6井主力产层为奥陶系鹰山组鹰3段（图2－a），地震上表现为串珠状强反射特征（图2－c），岩性以石灰岩、含云灰岩、云质灰岩为主。测井解释储层80．5m／8层，其中Ⅱ类储层31m／3层，Ⅲ类储层49．5 m／5层。储层大致分为两段：上段井深6 072．0～6 089．0m，厚17．0m，Ⅱ类，孔隙度3．7%，电成像测井见裂缝；下段井深6 144．0～6 158．0m，厚14．0m，裂缝孔洞型，Ⅱ类，孔隙度介于2．5%～3．6%。古城6井产层段白云石含量与储层物性相关性好，直接表明白云石含量与储层发育有关。

2．2．2 气藏性质

图1 古城地区构造位置和地层格架剖面图

化学分析结果显示，古城6气藏为干气藏。古城6井天然气相对密度在0．614～0．627之间，相对分子量为19．71。天然气组分甲烷含量介于89．6%～91．4%，CO2含量介于4．4%～5．37%，N2含量介于3．91%～4．72%，乙烷以上烃类含量不到1%，干燥系数达0．998；通过PVT相态图分析流体为干气气藏。

图2 古城6井勘探成果综合图

古城6气层温度170．3℃，折算地温梯度为2．79℃／100m，在古城地区属正常低温系统；地层压力为70．55MPa，压力系数为1．18，属正常压力系统气藏。

3 勘探历程

3．1 钻探海相碎屑岩，历经探索的艰辛

1995—2003年，古城低凸起及周缘的勘探主要围绕海相碎屑岩展开，主要目标是地层岩性圈闭，围绕3套目的层：①东河砂岩海湾岩性圈闭；②志留系超覆岩性圈闭；③上奥陶统斜坡—陆棚浊积岩。

1）围绕东河砂岩海湾的勘探钻井3口。1995年上钻塔中28与塔中29两口探井，钻探成果显示，该处缺失东河砂岩，不存在“古海湾”及石炭系东河砂岩地层—岩性圈闭，东河砂岩超覆尖灭线在北部；2003年，以向北继续寻找东河砂岩海湾岩性圈闭为思路上钻塔中51井，仍然由于东河砂岩缺失而失利。按相同的思路，1996年ESSO公司在邻区满加尔凹陷南缘钻探且北1井，虽钻揭东河砂岩75m，但由于圈闭不落实而宣告失利。

2）以志留系超覆岩性圈闭为目的层钻井4口。1995年，同时上钻塔中32井与塔中33井，主探志留系沥青砂岩；塔中32井钻揭志留系245m，塔中33井钻揭志留系431m。塔中32井在志留系发现油气显示两层，获荧光岩屑3m，含油岩心1．1m，用MFE工具中途测试，未获油气，结论为干层；塔中33井也在志留系沥青质砂岩段发现微弱气测显示，荧光显示。钻后评价认为，塔中32井处于志留系超覆岩性圈闭的油水界面以下，向南超覆地层圈闭的高部位可能发育超覆岩性圈闭油气藏。在该思路的指导下，1996年部署了塔中34井，该井钻揭志留系203m，全井无任何油气显示，分析认为，该区断层侧向封堵条件差，导致未能形成有效圈闭。2003年，为继续探索志留系沥青砂岩超覆岩性圈闭，在邻区满加尔凹陷南缘上钻满南1井，钻揭志留系300m，全井未见油气显示，完井测试，折合日产水15．04m3而失利；钻后分析认为，志留系储集层物性良好，但缺乏优质盖层，志留系超覆地层圈闭不落实。

3）上奥陶统斜坡—陆棚相浊积岩在地震剖面上表现为异常反射或内幕强反射，曾是多口井的兼探层系。1995—2003年，通过塔中28、塔中29、塔中32、塔中33、满南1等5口探井实钻，认为除塔中33井上奥陶统内幕强反射被证实为玄武岩外，其他内幕强反射异常体皆为浊积砂岩沉积特征。2006年，发现满加1井上奥陶统内幕异常反射体，并认为是浊积砂岩沉积，针对上奥陶统浊积砂岩岩性圈闭钻探满加1井（图3），实钻表明上奥陶统内幕异常反射与强反射是泥质灰岩的响应，以失利告终。尽管其间也有部分井钻遇奥陶系碳酸盐岩，也均未获得突破。

图3 过满加1井地震剖面图

3．2 钻探古城坡折带礁滩体，初现油气发现曙光

塔中62井奥陶系良里塔格组礁滩体凝析气田的发现［1］，促使古城低凸起的勘探思路发生重大变革；古城地区也可能具备发育台缘带的沉积环境和地质条件，由此勘探思路由海相碎屑岩勘探向深层奥陶系台缘带勘探转变。

3．2．1 落实轮南—古城坡折带

受塔中地区上奥陶统良里塔格组台缘礁滩型凝析气藏发现的启示，2004—2005年，开展了塔里木台盆区寒武—奥陶系沉积岩相古地理的研究。取得了以下两方面的重要认识。

1）塔东地区寒武纪—早奥陶世为被动大陆边缘坳陷（坳拉槽）背景。坳拉槽西侧为轮南—古城台缘带，在轮南与古城地区寒武系—下奥陶统皆可见代表台缘带的丘状前积反射，坳拉槽东侧为罗西台缘带。

2）确定了塔里木盆地寒武系—下奥陶统大台地、两斜坡的沉积背景（图4）。寒武系—下奥陶统沉积期间，塔里木盆地可分为西部台地、东部盆地、罗西台地3大沉积区。西部台地与东部盆地以轮南—古城台缘带为界，东部盆地与罗西台地以罗西台缘带为界。从轮南—古城斜坡向西为统一的碳酸盐岩大台地即西部台地。古城坡折带奥陶系可能存在礁滩体。

3．2．2 重新划分构造单元，突显古城勘探潜力

早期依据1983年采集的全盆地19条地震大剖面成果，塔里木盆地划分为“三隆四坳”的构造格局，其二级构造单元古城低凸起处于东南隆起的西端［4］。基于轮南—古城寒武系—上奥陶统坡折带的认识，以下古生界碳酸盐岩为主要勘探目的层的思路指导下，将古城低凸起从东南隆起内剥离，作为塔中隆起的二台阶，与塔中隆起连为一片，提高了对古城低凸起的地质评价等级。

图4 塔里木盆地寒武系—下奥陶统沉积格局分布图

1）古城低凸起及周缘邻近生油凹陷，烃源岩条件优越。古城低凸起东接满加尔凹陷，满加尔凹陷内寒武系—中下奥陶统发育一套厚层深水陆棚相烃源岩，烃源岩系主要由泥质岩、石灰岩以及它们之间的过渡型岩石组成，厚度值介于50～360m不等。烃源岩有机碳丰度、生烃潜量、氯仿沥青“A”含量以及总烃含量等地化指标研究均表明，满加尔凹陷内各种岩类烃源岩均达到或超过“好生油岩”标准［5］。

2）古城低凸起下古生界碳酸盐岩发育多套储层。借鉴于塔中隆起的勘探成果，古城低凸起可能发育礁滩型储层与下奥陶统内幕多套储层。

3）古城低凸起下古生界碳酸盐岩油气保存条件优于塔中。古城地区发育上奥陶统区域性盖层，上奥陶统却尔却克组以泥岩沉积为主，厚度介于1 000～1 800m，在该区广泛分布。巨厚的泥岩层可有效阻止下部油气的散失，为该区下古生界碳酸盐岩油气藏的保存提供了屏障。

3．2．3 古城坡折带钻探古城4井，见到良好油气显示

古城坡折带的勘探分为两个阶段：第一阶段是2003—2004年古城2、古城3井的钻探；第二阶段为2005年古城4井的钻探。

古城2与古城3井主要钻探目的层位下奥陶统碳酸盐岩，钻探目的为寻找下奥陶统原生油藏，探索塔东寒武系—下奥陶统坡折带的含油气性。钻探结果表明该区域“有构造无圈闭”。古城2、古城3井的钻探虽然失利，但同时也带来了“向北部构造平缓区寻找有利目标”的启示。

2004年，中国石油塔里木油田公司（以下简称塔里木油田公司）按照“台缘带储盖组合有利、逼近烃源岩、避开车尔臣复杂断裂区”的思路，加大对古城台缘带地震部署力度，部署二维1 000km／15条的地震测线。新部署的测线基本控制了古城台缘带的构造高部位，并利用新部署的测线与资料品质较好的老测线，对台缘丘状反射进行了精细刻画，勾勒出古城丘状反射带，展示了坡折带礁滩体的分布，落实了钻探目标，继而部署了古城4井。古城4井目的层为下奥陶统—上寒武统，主要探索古城坡折带的岩性、物性及含油气性，推动塔里木盆地下古生界台缘高能相带的油气勘探与评价。古城4井于2006年12月19日完钻，全井见气测显示119m／6层；测试成果：①5 564～5 595m完测，抽吸折日产气24m3，含气层；②5 778～5 786m完测，日产液3．5m3，干层；③6 416．77～6 550．0m中测，折日产水11．57m3，水层。

古城4井尽管失利，但其钻后认识对古城低凸起深层勘探具有深远的意义：①证实了古城台缘带的存在。中下奥陶统则为典型的台地边缘浅缓坡中低能砂屑滩与灰泥丘相沉积，上寒武统为台地边缘上斜坡垮塌沉积；②钻揭下古生界优质储层，测井解释Ⅰ类储层厚38．5m，Ⅱ类储层厚18m，Ⅲ类储层厚45．5m；③钻揭含沥青层系若干套，特别是在寒武系白云岩段发现角砾状沥青，热演化程度高（Ro值基本大于3．0%），表明该区曾经古油藏规模聚集，但遭受热作用破坏；④全井见气测显示119m／6层，且中奥陶统测试获得低产气流，表明在该区存在晚期成藏事件。

3．3 持续3年技术攻关，落实钻探目标，实现油气勘探大突破

通过地质认识的转变，明确了古城下古生界碳酸盐岩为勘探主攻领域，下奥陶统层间岩溶储层是主攻勘探层系。然而如何落实勘探目标，实现一举突破，锁定有利探区与优选有利靶点是关键问题。依据塔北、塔中碳酸盐岩勘探成功经验，储层预测是关键，地震技术攻关是保障。因此，塔里木油田公司于2007—2009年持续3年地震大攻关，精细研究，科学部署，终于在2012年实现了古城6奥陶系的重大突破。

3．3．1 沙漠腹地实施宽线大组合及非地震攻关

2008年首次在台盆区沙漠腹地开展宽线攻关，采集了2条共147km的宽线，一条是古隆1—古城4井的连井剖面，一条是过古城6号构造的近南北向剖面。宽线攻关目的有两个：①寻找层间岩溶储层的地震依据；②降低三维地震部署风险。实施效果表明宽线攻关效果显著，主要表现为资料品质有较大程度改善，古城4与古隆地区油气显示层位大体相当（图5），大大提高该区的地质认识，为三维地震部署提供了依据。

图5 宽线与常规二维地震剖面对比图

经验表明，碳酸盐储层具明显的非均质性，宽线攻关的地震资料很好地解决了地层横向展布问题，但不能解决储层预测问题，只有三维地震资料才能满足缝洞雕刻、储层预测的需求。在无工业油气流井的情况下，能否部署三维地震，在哪儿部署三维地震又是勘探工作者面临的新问题。经过多方研究和论证，尝试使用非地震高精度建场技术。2008年，在古城6构造上部署了高精度建场388km／8条非地震，高精度建场资料在下奥陶统—寒武系顶面附近显示出烃类呈层状分布的特征，具有局部富集的特点（图6），其中古城6构造烃类显示最为有利。基于二维宽线和非地震资料综合研究成果进一步明确三维地震的部署靶区。

3．3．2 打破常规，超前实施三维地震勘探

2009年中国石油勘探与生产分公司及塔里木油田公司决定打破常规，在该区无工业油气流井的情况下，首次利用矿保资金实施三维地震，满覆盖面积170．2 km2。三维地震极大地提升了内幕成像资料品质，为碳酸盐岩非均质储层预测提供重要保障。

3．3．3 锁定层间岩溶储层，实现古城大突破

塔中地区奥陶系巨厚碳酸盐岩内幕发现了大型凝析气藏。研究表明：塔中巨厚碳酸盐岩内幕发现不整合，沿不整合发育缝洞型岩溶储层［8］，该有效储集体呈准层状、非均质性分布，由此提出了层间岩溶理论，并指导了哈拉哈塘大油气田的发现［9］。

层间岩溶的提出为塔里木盆地碳酸盐岩勘探提出了理论依据，也开拓了古城地区奥陶系碳酸盐岩勘探的思路。古城低凸起与塔中隆起构造上连为一体，寒武系—下奥陶统为统一的碳酸盐台地，具有相似的沉积构造演化背景，可能广泛发育层间岩溶储层（图7）。

图6 古隆—古城地区高精度建场剖面图

图7 塔中隆起古城低凸起寒武系—奥陶系复式储层发育模式图

通过对古城三维地震资料精细研究，发现了古城三维地震区主要发育两套岩溶储层，呈层状非均质性分布，第一套主要发育在下奥陶统鹰山组顶部，地震剖面上表现出片状强反射特征，第二套主要发育在鹰山组中下部，呈串珠状强反射特征（图8）。

图8 古城三维区奥陶系层间岩溶储层特征图

2005—2007年，中石化在古城低凸起西段的古隆1井钻遇奥陶系鹰山组鹰三段白云岩储层，获油气流1．006 7×104［10］，实钻揭示为层间岩溶叠加热液改造作用形成的优质白云岩储层［11］，进一步说明古城地区中下奥陶统储层受控于层间岩溶作用。

2011年7月，针对下奥陶统鹰山组层间岩溶储层上钻了古城6井，随钻地质研究表明：古城6井钻揭的鹰山组储集空间类型主要为粒间溶孔、晶间孔和针状溶孔，成像测井上表征出相对均质的小型溶蚀孔洞特征，井深6 160m处可见渗流粉砂充填在溶洞之中。该井钻至井深6 162m发生井漏，漏失钻井液约14．8 m3，因发现油气流在溶洞的顶部提前完钻。这些地质特征证实了古城地区存在缝洞型层间岩溶储层，造就了古城6井的天然气勘探重大突破。

4 勘探前景与启示

4．1 勘探前景

古城地区下古生界碳酸盐岩具有良好的生储盖组合空间配置与有利的古构造发育背景，石油地质条件优越。该中下奥陶统发育层间岩溶优越，与上覆奥陶系却尔却克组巨厚泥岩构成优质储盖组合；且处于加里东期以来长期继承性古隆起斜坡高部位，同时处于寒武系—中下奥陶统的盆地相优质烃源岩有利分布区，可俘获早期油气与晚期裂解气，成藏条件有利。古城6井的突破，证实了该区的勘探潜力，是继塔中、塔北之后的又一个碳酸盐岩勘探领域，古城地区下古生界碳酸盐岩7 000m埋深（海拔－6 000m）可探面积约1．2×104km2，勘探前景广阔（图9）。

图9 古城地区中下奥陶统勘探有利区预测图

古城6井奥陶系鹰山组深层白云岩的突破，为塔里木盆地下古生界白云岩领域的勘探找到了新的方向。区域分析研究表明，下奥陶统鹰山组沉积时期，西部台地连为一体，全区在鹰山组下部发育规模白云岩储层，且在埋深8 000m圈闭线内塔中隆起、满西低梁、塔北隆起连为一体，可能整体含油气。塔北、塔中隆起与和田古隆起下奥陶统鹰山组下部白云岩均稳定分布，3大隆起及周缘埋深7 000m之上的勘探面积约13．6×104km2，揭示出巨大勘探潜力。

4．2 古城6气藏的勘探启示

古城6井的重大突破，为石油勘探带来了重要启示。

1）地质认识的突破，是获得突破的前提。地质认识的突破，带来了勘探思路的转变，实现了勘探目的层和勘探领域由海相碎屑岩向台缘礁滩体再向台内层间岩溶的3个转变。

2）部署三维地震，攻克瓶颈技术，是获得突破的重要保障。面对非均质性极强的碳酸盐岩油气勘探，三维地震是储层准确预测的最核心因素，是非均质性储层勘探实现突破的最基础资料；基于这样的认识，打破常规、优先实施了三维地震，缝洞储层在三维地震资料能够清楚识别，是最终发现古城6气藏，实现油气勘探重大突破的关键。

3）坚持探索是实现新区勘探突破的关键［12］。认识的误区就是勘探的新区，只有解放思想才能解放油气；只有通过锲而不舍地坚持探索和实践，才能不断地深化认识，创新理论，取得突破。

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