柴达木盆地东坪地区基岩储集层气藏特征

马峰，阎存凤,，马达德，乐幸福，黄成刚,，石亚军，张永庶，谢梅

（1.中国石油勘探开发研究院西北分院；2.中国石油天然气集团公司油藏描述重点实验室；3.中国石油青海油田公司勘探开发研究院）

柴达木盆地东坪地区基岩储集层气藏特征

马峰1，阎存凤1,2，马达德3，乐幸福1，黄成刚1,2，石亚军1，张永庶3，谢梅3

（1.中国石油勘探开发研究院西北分院；2.中国石油天然气集团公司油藏描述重点实验室；3.中国石油青海油田公司勘探开发研究院）

基于录井和成像测井数据、岩心观察和薄片鉴定，以及储集层微观研究和盖层条件评价等综合分析，研究柴达木盆地东坪地区基岩储集层气藏地质特征及天然气富集高产原因。东坪地区基岩储集层岩性主要为花岗岩和花岗片麻岩；储集空间主要为裂缝、溶蚀孔和微孔，其中大量发育的基质微孔和溶蚀孔为研究区气藏高产稳产的主控因素；受控于第三纪咸化湖环境，基岩顶部0～18 m内发育的裂缝及孔隙被石膏和方解石充填，形成良好的基岩“顶封式”盖层。这种特殊的储盖组合广泛分布，使东坪地区基岩储集层气藏富集高产，主要发育两种气藏：一种是基岩顶部裂缝-孔隙型气藏，主要分布于基岩“顶封式”盖层顶面之下20～50 m区域，受构造控制明显，气藏高产、稳产；另一种是基岩内部裂缝-孔隙型气藏，纵向含气深度大，含气差异大，横向变化快，气藏高产，稳产效果差。图5表3参21

基岩储集层气藏；储集空间；基质孔隙；咸化湖环境；东坪地区；柴达木盆地

0 引言

作为非沉积储集层形成的大型油气藏，基岩储集层油气藏在国内外均有分布，如在古地台（北美和南美地区）[1-2]、年轻地台（西西伯利亚和西欧地区）[3]、中生界（越南大陆架）[4]以及年轻的褶皱造山带山间坳陷（委内瑞拉）[5]均有发现。诸多资料表明，基岩储集层油气藏中含有巨大的油气地质储量，如利比亚的拿法拉—奥季拉、阿尔及利亚的哈西迈萨乌德，越南的白虎和龙以及委内瑞拉的拉巴斯—马拉都是具有亿吨级地质储量的大油气田[5]。中国渤海湾盆地的辽河坳陷、济阳坳陷和三塘湖盆地等也已发现了多个基岩整装油藏[6-8]。

范泰雍、杨飞、周宗良等通过对国内外典型基岩储集层油气藏成藏规律的研究，提出基岩储集层油气藏成藏主要包括4个要素：紧邻烃源岩、深大断裂输导、具备裂缝等良好储集空间，以及良好的盖层条件[5,9]。

储集层和盖层往往是基岩储集层油气藏评价最关键的因素。基岩储集层主要包括花岗岩、花岗质变质岩和风化底砾岩等。世界上绝大多数基岩储集层储集空间主要为构造作用和风化作用形成的裂缝，少数为伴生溶蚀缝和溶蚀孔[5,9]，其储集层孔隙度一般小于10%，大多为3%～6%，渗透率往往因为含有裂缝或溶蚀孔缝而较大，如湄公河盆地白虎地区寒武系花岗岩孔隙度为10%，渗透率为100×10-3μm2[10]，苏尔特盆地拿法拉—奥季拉寒武系花岗岩孔隙度为11%，渗透率为（700～800）×10-3μm2[11]。由于基岩储集层油气藏的储集空间主要是构造作用和风化作用形成的裂缝和溶洞，垂向上孔渗性能分布不均，非均质性强，单井日产量差异大，因此产量衰减快也是基岩储集层油气藏的典型特征（年综合递减率为30%～50%，最高可达50%～70%甚至80%以上[12]）。无论何种类型盆地，良好的盖层条件是基岩储集层成藏的关键。全球已发现的绝大多数基岩储集层油藏的上覆地层为湖泛期泥岩，既作为生油岩，也作为良好封盖层[4-5,9]，形成上覆泥岩和基岩储集层的良好储盖组合。

已发现的基岩储集层油藏多以产油为主，大部分产气量少，甚至不产气[5,7]。2012年，柴达木盆地东坪地区发现中国陆上地质储量最大的基岩储集层气藏，打破了盆地天然气勘探近20年无突破的僵局。近两年勘探实践表明，有别于其他地区的基岩储集层油气藏，东坪地区基岩储集层气藏高产且稳定，如2012年9月—2013年8月试采的dp1井，日产气维持在15.2×104m3。由于柴达木盆地基岩储集层气藏勘探还处于起步阶段，本文对基岩储集层气藏特征进行深入研究，以期为该区基岩储集层气藏高产和稳产措施的制定及下一步勘探方向的选取提供依据。

1 区域地质概况

东坪地区位于柴达木盆地北部阿尔金山南缘中段，西起尖顶山、东至昆特伊、南抵碱山一带，基底为古生界变质岩和多期花岗岩组成的复合基底（见图1）。79个样品薄片鉴定和X衍射全岩分析表明，东坪地区基岩矿物成分主要为石英、斜长石、钾长石、黑云母等，石英平均含量约为40%，斜长石平均含量约为20%，钾长石平均含量约为5%，黑云母平均含量一般小于15%，个别样品可见呈条带状充填的黄铁矿颗粒，少量样品偶见角闪石（见表1）。

图1 柴达木盆地基底岩性分布

该区基岩主要由花岗岩、变质岩组成。新元古代、早古生代多期形成的花岗岩属于阿尔金山东段大型的花岗质深层侵入体岩基或较小型的侵入体岩株，是研究区最常见的岩石类型，岩心以浅肉红色、灰红色及棕褐色为主，中粒花岗结构，块状构造，部分具条带状构造、似片麻状构造。花岗片麻岩主要分布于研究区南部，岩心见云母较为发育，其他矿物成分与花岗岩相似，主要为钾长石、石英、黑云母，含少量角闪石；有明显片麻构造，中粒—粗粒，具不连续的明暗交替层：石英和长石形成浅色层，呈粒状结构，铁镁矿物构成深色层，呈片麻状构造。古生界弱变质岩岩性主要为绿泥石石英片岩、绿泥片岩、大理岩等[13]。基岩油气藏储集岩一般以花岗岩、花岗质变质岩为主[8]，因此本文主要研究花岗岩和花岗片麻岩两类基岩储集层。

表1 柴达木盆地东坪地区典型井基岩矿物组分特征

2 烃源岩特征

利用正构烷烃生物标志化合物分析参数，以及全油和单体烃碳同位素组成分布特征，结合天然气组成和碳同位素组成特征，对柴达木盆地东坪地区油气来源及其成因类型进行研究。

柴达木盆地东坪地区原油碳同位素组成与其侏罗系湖沼相烃源岩碳同位素组成相近，单体烃碳同位素组成指示烃源岩为陆源高等植物有机质生物源；天然气甲、乙烷碳同位素组成分析表明，dp1井和dp3井天然气属典型的煤型气[14-15]，为侏罗系烃源岩（以陆源物质为主要母质输入类型）生成的成熟天然气。进一步分析前人关于烃源岩样品和部分岩心样品的研究数据[14-15]，结合大量露头剖面资料，认为柴达木盆地北缘中下侏罗统烃源岩有机质类型主要为Ⅱ2—Ⅲ型，是一套以生气为主、生油为辅的烃源岩。侏罗系烃源岩样品生烃热模拟实验表明，500 ℃时总气体产率为1 017.6 m3/t，其中CO2产率为466.1 m3/t，烃气产率为376.8 m3/t，H2产率为151.8 m3/t[15]。主力生烃凹陷坪东凹陷、昆特依凹陷和伊北凹陷等生气中心生气强度达200×108m3/km2，具备强大的生气能力和良好的物质基础。

3 储集层特征

根据岩心观察、薄片鉴定、成像测井和微观综合研究，研究区基岩储集层属于裂缝-孔隙型储集层，储集空间包括未完全充填裂缝、溶蚀孔洞和微孔3大类，分析认为基质微孔与溶蚀孔是该区基岩储集层气藏高产、稳产的主控因素。

3.1 储集空间类型

未完全充填裂缝主要包括解理缝、构造缝、溶蚀缝3种，基本上均见充填物，充填物主要为方解石和石膏，呈两期胶结形态，且由浅层至深层充填物逐渐减少，未完全充填裂缝内见大量有机质（见图2a、2b、2c）。解理缝主要是由于长石类晶体的解理发育，基岩表面经受构造应力或风化时沿解理面形成裂缝，半充填或充填方解石等矿物；构造缝一般呈现两期，主要是受应力作用形成的剪切或拉张缝，往往产生晶体的错动或位移，早晚两期具有明显的切割特征，宽缝的缝宽多为0.352～1.346 mm，个别层段可达5 mm，窄缝的缝宽为0.03～0.04 mm；构造缝和解理缝形成后暴露于地表，遭受淡水淋滤，基岩中相对不稳定的矿物成分晶体结构发生改变，形成溶蚀缝。溶蚀缝边缘不规则（见图2d、2e）。

东坪地区裂缝多为高角度缝（倾角大于50°），由于受控于剪切应力，呈多期次网状交叉切割，裂缝开度、延长度不一。由于高角度缝规模大，承载能力大强，在上覆载荷作用下不易于闭合，同时在岩体中的纵横向延伸和连通性较好，对改善储集性能有重要意义。

基岩中发育的另一种储集空间为溶蚀孔洞。由于基岩较为致密，抗压实作用较强，其形成的溶蚀孔一般较大，直径约为60～100 μm。溶蚀孔成因主要有两种：①裂缝发育区存在沿裂缝或解理缝对不稳定暗色矿物的强烈溶蚀，尤其是经历短暂淋滤或直接与风化面接触的层段更容易发生溶蚀作用，从而形成溶蚀孔、洞。区域地质资料和微电阻率扫描成像测井（FMI）资料显示，东坪地区基岩在后期成岩过程中沿早期张开裂缝或解理缝发生溶蚀作用，不稳定的暗色矿物（黑云母、白云母、角闪石、少量长石等）溶蚀形成溶蚀孔（见图2f、2g），溶蚀孔主要发育于花岗变质岩发育区。溶蚀孔洞在FMI图像上表现为直径大小不一的黑色低阴影像，一般沿裂缝展布，孔洞边界较模糊（见图3）。②有机质在成熟过程中释放出的有机酸对岩石易溶组分具有一定溶蚀作用，从而形成溶蚀孔洞，在基岩扫描电镜照片中可明显观察到油气运移的残留痕迹，如dp1井3 215.85 m处基岩中见沥青黑点广泛分布，能谱测试显示其高含碳，周边黄铁矿发育亦可证实其发育于还原环境（见图4）。溶蚀孔洞的发育可进一步增加裂缝张开度，扩大储集空间，提高储集层渗流能力，有利于形成局部富集“甜点”区。

图2 柴达木盆地东坪地区基岩储集空间类型（Q—石英；Bit—黑云母；Cc—方解石；Ap—磷灰石；C—有机质；Gy—石膏）

一般认为，以花岗岩或变质岩为主的基岩，其储集空间包括裂缝和溶蚀孔两类；陈文玲等总结了各种岩性基岩油气藏的有效储集空间，认为碳酸盐岩类基岩发育的晶间孔可作为基岩有效储集空间的一种[8]，而对于花岗岩和变质岩基岩的有效储集空间则未曾提及基质微孔。通过扫描电镜观察发现研究区花岗岩和变质岩基岩中发育大量基质微孔，主要包括花岗岩铁镁质矿物中的基质微孔和花岗片麻岩中云母片晶间孔两种类型（见图2h、2i），前者孔隙直径约数百纳米，多数200～600 nm，后者较大，约5～7 μm。基质微孔的形成主要受控于矿物的冷凝结晶或变质作用。基质微孔在基岩中广泛分布，通过扫描电镜与图像分析计算得出dp103井3 244.4 m处基岩中基质微孔的面孔率为18.4%，可作为良好的天然气储集空间。一般基岩形成裂缝性油气藏，短期高产、产量衰减较快是普遍现象，东坪地区基质微孔是基岩储集层气藏稳产的主要原因。

3.2 储集层物性与含气性

东坪地区基岩气藏储集层孔隙度主要为2.0%～6.0%，均值为4.7%；储集层渗透率主要为（0.05～1.00）×10-3μm2，峰值为（0.1～1.0）×10-3μm2，平均渗透率为0.711×10-3μm2。

图3 dp103井溶蚀孔FMI成像测井特征

图4 基岩中沥青和黄铁矿特征及其能谱图（dp1井，3 215.85 m）

根据储集层孔隙度、储集空间特征和填隙物含量分布特征，参考储集层压汞参数（主要为排驱压力），将研究区储集层划分为3类（见表2）。Ⅰ类储集层孔隙度大于6%，渗透率大于1.0×10-3μm2，主要发育于基岩顶面以下19～180 m，储集空间以基质孔为主，发育半充填裂缝，一般获得高产和稳产工业气流；Ⅱ类储集层孔隙度一般为2%～6%，渗透率一般为（0.5～ 1.0）×10-3μm2，储集空间以半充填裂缝为主，发育基质孔，也能够获得工业气流，但产能相对较低；Ⅲ类储集层孔隙度一般小于2%，渗透率相对较差，主要位于距离基岩顶面较远的侵入岩体中心相，若气源充足且圈闭条件较好，也会具有一定的储量。

表2 柴达木盆地东坪地区基岩储集层类型评价表

4 盖层条件

全球已发现的绝大多数基岩储集层油藏的上覆地层均为湖泛期泥岩，既作为生油岩，也作为良好盖层[4-5,9]。有学者提出，若风化作用较强，基岩顶部高岭土含量会较高，导致有效孔隙度和渗透率都很低，可作为封闭油气的盖层[8,16]。实际钻探显示东坪地区仅局部钻井见高岭土分布，不能形成典型的盖层条件。基岩上覆地层的封盖条件研究表明，由于研究区位于阿尔金山前带，其上覆地层为一套古近系冲积扇相带的近源粗碎屑沉积，储集层粒度粗，杂基含量高，物性差，孔隙度主要为3.0%～9.0%，峰值为4.0%～8.0%，均值为6.1%；渗透率主要为（0.05～0.50）×10-3μm2，平均渗透率为0.453×10-3μm2。尽管其属于致密储集层类型，但不能形成大面积分布的盖层，局部地区（如发育细粒沉积、泥岩、膏岩层等沉积相带区）封盖条件较好。

考虑到研究区基岩顶部普遍存在充填的现象，笔者对已钻井的基岩顶部充填性盖层条件进行系统性评价。研究表明东坪地区基岩顶部0～18 m内的孔隙均被石膏和方解石联合胶结与充填：第三纪时期，柴达木盆地整体处于咸化湖环境[17-18]，裂缝-孔隙型基岩储集层受到咸水渗透淋滤作用，咸水中首先析出方解石并逐渐充填裂缝-孔隙带；随着湖盆演化，咸化程度逐渐增加，含硫酸盐的咸水逐渐渗进基岩储集层，最终形成石膏或硬石膏等胶结物，呈现为石膏和方解石联合胶结与充填，使基岩顶部形成一套几乎全部被充填的致密填隙物带，由浅层至深层充填物有逐渐减少的趋势。选取不同深度充填物进行孔渗条件分析与盖层突破压力分析，发现距基岩顶部0～18 m内致密填隙物带排驱压力（pa）多在30 MPa以上（见表3）。按照气藏盖层评价标准[19-21]：一类盖层pa≥30 MPa，二类盖层20 MPa≤pa＜30 MPa，三类盖层10 MPa≤pa＜20 MPa，东坪地区基岩顶部充填带为天然气的一类盖层。由于这种充填作用为区域性地质作用，因此受咸化湖环境控制，东坪地区基岩形成了良好的“顶封式”盖层，与基岩发育的大面积“裂缝+孔隙”型优质储集层构成良好的储盖组合，有利于天然气的规模聚集。

表3 柴达木盆地东坪地区基岩顶部充填型盖层综合评价表

5 基岩储集层气藏类型

东坪地区基岩储集层气藏成藏受侏罗系烃源岩和与烃源岩接触且深入基底的断裂控制，紧邻烃源岩和深大断裂部位天然气富集程度更高。多期次断裂活动和基岩岩性控制裂缝发育带的分布和溶蚀孔、微孔等基质孔隙的发育。受古近纪咸化环境影响，基岩顶部发育的裂缝及孔隙被充填，具有良好的封盖条件。研究认为可能具有两类气藏（见图5）：①基岩顶部裂缝-孔隙型气藏，主要发育于“顶封式”盖层顶面以下20～50 m区域。由于发育大量交互式微孔、溶孔、半充填裂缝，表现为似层状气藏特征，受构造控制明显，基质孔隙发育促成气藏高产和稳产。dp1井区和dp3井区均表现为该类气藏特征。②基岩内部裂缝-孔隙型气藏，与目前国内外发现的基岩储集层油气藏特征相似，主要形成于基岩内部与断层伴生的裂缝发育区或溶洞发育区。由于裂缝和溶洞的形成与断裂、基岩岩性变化相关性较大，非均质性极强，气藏纵横向含气性差异较大，井间差异较大，含气深度大且受烃源岩和有效储集层控制明显，气藏高产，但稳产效果欠佳，如dp1井区构造低部位部署的dp104井在基岩内幕共发现257 m厚的气层段，试气获日产25×104m3高产工业气流。

图5 东坪地区基岩储集层气藏成藏模式图

6 结论

柴达木盆地东坪地区基岩储集层岩性主要为花岗岩和花岗片麻岩，储集空间主要为裂缝、溶蚀孔和微孔，其中大量发育的基质微孔和溶蚀孔为研究区气藏高产稳产的主控因素。

受控于第三纪咸化环境，基岩顶部0～18 m内发育的裂缝及孔隙被石膏和方解石充填，形成良好的基岩“顶封式”盖层。这种特殊的广泛分布的储盖组合，使东坪地区基岩储集层气藏形成高产富集。

东坪地区发育两类基岩储集层气藏：一种是由于发育大量交互式基质孔隙和半充填裂缝而形成的基岩顶部裂缝-孔隙型气藏，主要分布于基岩“顶封式”盖层顶面之下20～50 m区域，受构造控制明显，气藏高产、稳产；另一种是受裂缝和溶洞等控制形成的基岩内部裂缝-孔隙型气藏，纵向含气深度大，含气差异大，横向变化快，气藏高产，稳产效果差。

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（编辑 林敏捷）

Bedrock gas reservoirs in Dongping area of Qaidam Basin,NW China

Ma Feng1,Yan Cunfeng1,2,Ma Dade3,Le Xingfu1,Huang Chenggang1,2,Shi Yajun1,Zhang Yongshu3,Xie Mei3
(1.PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration &Development-Northwest (NWGI),Lanzhou 730020,China;2.Key Laboratory of Reservoir Description,PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration &Development-Northwest (NWGI),Lanzhou 730020,China;3.Research Institute of Exploration &Development,PetroChina Qinghai Oilfield Company,Dunhuang 736202,China)

The geological characteristics of bedrock gas reservoirs and the reason for the enrichment and high production of gas in the Dongping area of the Qaidam Basin are studied based on logging data,image log data,core observation,thin section analysis,reservoir microscopic study and cap rock condition evaluation.The main lithology of the bedrock reservoirs in the Dongping area is granite and granite gneiss.The reservoir space mainly consists of fractures,dissolution pores and micro-pores,among which massive matrix micro-pores and dissolution pores are the key factors for the high and stable gas production in the study area.Due to the Tertiary salty environment,the fractures and pores 0 to 18 meters from the bedrock top are filled with gypsum and calcite,forming good “top-sealing” cap rock,this special reservoir-cap rock combination in wide distribution results in the high production of these gas reservoirs.There are two types of gas reservoirs:one is fracture-pore reservoirs at the top of the bedrock,mainly distributed 20-50 m below the “top sealing” cap rock,strongly controlled by tectonic background,and high and stable in gas production;the other is fracture-pore reservoirs inside the bedrock,large in gas-bearing depth,great gas-bearing differences,abrupt change in lateral direction,and high but not stable in production.

bedrock gas reservoir;reservoir space;matrix pore;saline environment;Dongping area;Qaidam Basin

国家科技重大专项(2011ZX05003-006)；中国石油天然气股份有限公司重大科技项目（2011E-0302）

TE122

A

1000-0747(2015)03-0266-08

10.11698/PED.2015.03.02

马峰（1981-），男，湖北天门人，硕士，中国石油勘探开发研究院西北分院工程师，主要从事油气勘探地质综合研究。地址：甘肃省兰州市城关区雁儿湾路535号，中国石油勘探开发研究院西北分院，邮政编码：730020。E-mail：mafeng@petrochina.com.cn

2014-08-05

2015-03-20