柴西地区古近系—新近系天然气成藏条件分析及目标优选

田建华，董清源，刘 军

(1.中国石化石油物探技术研究院，江苏 南京 211103;2.中国石油青海油田分公司，甘肃 敦煌 736202)

0 引言

柴达木盆地西部地区(简称柴西地区)油气资源丰富，近年来发现了较多的天然气，但由于柴西地区以产油为主，对天然气的研究很少。目前已发现和开发了南翼山、开特米里克、油泉子、小梁山、英东和乌南等油气田，但天然气多为伴生气，气藏气较少，已探明的天然气储量与天然气资源量相差甚远［1－3］。前人研究表明，柴西地区具有生烃母质类型多样，气源岩分布广泛，储盖层、圈闭和断裂非常发育等特点［4－10］。但天然气的生储盖条件更为苛刻，为了加快工区天然气勘探进程，针对上述地质特点与存在问题，天然气成藏条件及目标优选的研究显得尤为重要。该文运用定性、定量地质分析手段，研究柴西地区的气源岩、储集层、圈闭、盖层及保存等成藏条件，明确主控因素，逐级优选有利层段及区域，提出勘探目标，以期指导柴西地区天然气的研究和勘探部署。

1 研究区地质概况

柴达木盆地位于青藏高原北部，周边为阿尔金山、祁连山和昆仑山所环绕，是青藏高原上面积最大的陆相中生代、新生代含油气盆地［11］，中生代及新生代沉积岩分布面积约为9.6×104km2。

柴西地区位于柴达木盆地的西部坳陷区，包括昆北断阶、茫崖凹陷、大风山凸起3个亚一级构造单元［3－4］(图 1)。该区地层自下而上依次发育古近系路乐河组(E1+2)、下干柴沟组下段(E31)、下干柴沟组上段(E32)，新近系上干柴沟组(N1)、下油砂山组(N21)、上油砂山组(N22)、狮子沟组(N23)及第四系七个泉组(Q1+2)。研究区NNE向的断裂及褶皱相对发育，断裂以逆冲性质为主，长期活动，延伸较长。柴西地区可分为柴西南区和柴西北区，柴西南区包括狮子沟－大乌斯(南乌斯和北乌斯构造带)及以南地区，该构造带以北为柴西北区。

图1 柴达木盆地西部地区构造位置Fig.1 The tectonic location in western Qaidam Basin

2 天然气成藏条件

2.1 气源条件

研究证实柴西地区古近系—新近系气源岩主要为一套咸化湖相暗色泥岩和钙质泥岩，主要生烃层系为 E1+2、E31、E32、N1及 N21，油气分布严格受气源岩分布、凹隆结构和断裂展布等控制［5－7］。依据有机碳含量、有机质类型、热演化程度及生气强度的研究，对气源岩进行综合评价。

柴西地区受沉积环境影响，沉积中心具有向盆地北部和东部迁移的规律，导致纵向上5套气源岩有机质丰度、类型有一定差异。古近系(E1+2、E31、E32)气源岩有机碳平均值达0.65%以上(1 751块样品)，有机质类型主要为Ⅰ—Ⅱ1型，少量为Ⅱ2—Ⅲ型，综合评价为中等—好气源岩;新近系(N1、N21)气源岩有机碳平均值达0.45%以上(713块样品)，有机质类型主要为Ⅱ2—Ⅲ型，少量为Ⅱ1型。柴西地区气源岩有机质的丰度及类型随着地层变新，呈现了逐渐减小、变差的特点。

有机质成熟度可反映气源岩生气窗的演化程度，石油地质学理论将气源岩的演化分为4个阶段:Ro＜0.5%为未成熟阶段，0.5%≤Ro＜0.8%为低熟阶段，0.8%≤Ro＜1.3%为成熟阶段，Ro≥1.3%为高成熟阶段。Ro＜0.8%的气源岩整体为未熟—低熟阶段，该阶段主要产物为未熟—低熟油，不具备形成气源岩条件(在柴西地区红沟子气源岩Ro＜0.8%的地区发现未熟—低熟油亦证实)。此次研究的气源岩是特指Ro≥0.8%的气源岩，处于成熟—高成熟生气阶段。图2为柴西地区5套层系中Ro≥0.8%的气源岩分布范围叠合图。由图2可知，柴西北区的气源岩Ro大部分符合气源岩标准(Ro≥0.8%)，而柴西南区除狮子沟－大乌斯(南乌斯和北乌斯)构造带以外，以南地区气源岩热演化程度低，几乎不生气。因此，天然气主要分布于柴西北区(目前钻探证实的气田和天然气显示也主要分布于茫崖凹陷周缘及柴西北区)，同时受埋深的控制(柴西地区自西向东埋深逐渐增加)，气源岩自下而上Ro≥0.8%的范围自西向东迁移。

图2 柴西地区气源岩(Ro≥0.8%)分布及迁移特征Fig.2 The distribution and migration characteristics of gas source rocks(Ro≥0.8%)in western Qaidam Basin

古近系气源岩分布状况:E1+2气源岩分布面积较小，约为1 430.80 km2，最大厚度为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、干柴沟及柴西南狮子沟构造部分区域;E31气源岩分布面积扩大，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、干柴沟、油泉子及柴西南狮子沟、北乌斯等构造带，面积约为3 064.40 km2，最大厚度为200 m;E32气源岩分布面积最大，广泛分布于茫崖凹陷，面积约为5 256.31 km2，厚度超过1 000 m。

新近系气源岩分布状况:N1气源岩分布面积较大，分布于茫崖凹陷东南、东北部，主要包含柴西北的南翼山、开特米里克、黄瓜峁、黄瓜梁、凤凰台及柴西南北乌斯等构造带，面积约为3 961.19 km2，最大厚度为700 m;N21气源岩分布局限，分布于茫崖凹陷东南部，主要包含柴西北的开特米里克构造带，面积约为846.70 km2，最大厚度为600 m。

依托研究区5套气源岩有机质类型、有机质含量、成熟度及厚度等相关参数，进行生气量模拟。模拟结果表明:柴西地区气源岩总生气量为1.17×1012m3，E1+2气源岩生气量为 693.75×108m3，E31气源岩生气量为908.75×108m3，E32气源岩生气量为7 150.00×108m3，N1气源岩生气量为2 262.50×108m3，N21气源岩生气量为708.75×108m3，纵向上主力气源岩主要为E32和N1。根据陆相生烃原理研究表明:中国大气田常发育于生气强度不小于20×108m3/km2处的生气中心及其周缘［12－13］。柴西地区生气强度超过20×108m3/km2的区域主要分布于柴西北区的大部分构造带，柴西南区仅包含狮子沟及北乌斯构造带，面积为4 743.40 km2。

2.2 储集层条件

柴西地区古近系—新近系储集层按照岩性可分为碎屑岩和碳酸盐岩两大类，碎屑岩岩性主要为泥质岩、粉砂岩及砂岩，碳酸盐岩主要为泥灰岩和泥云岩。优质储层受控于沉积相，集中发育于三角洲前缘相带、滨浅湖相带、局部碳酸盐岩相带［5－7］。统计表明:在气源岩(Ro≥0.8%)分布范围内，碎屑岩储层纵向上主要分布于E31和N21，以原生粒间孔为主;碳酸盐岩储层纵向上分布于E32和 N1，以裂缝、孔洞为主。岩性整体较为致密，纵向上，新近系储层孔隙度为4.7%～9.1%，渗透率为0.2～2.2 mD，而古近系储层孔隙度为2.6%～5.6%，渗透率为0.2～1.0 mD;新近系和古近系的孔隙度均小于10.0%，渗透率均小于5.0 mD，为特低孔特低渗储层，新近系略优于古近系储层。平面上柴西地区总体表现出“西部好、东部差，南部好、北部差”的特点，古近系储层在尖顶山—南翼山—干柴沟—狮子沟一带物性相对较好，新近系储层在小梁山—南翼山—咸水泉—碱山—乌南地区的物性相对较好(表 1、2)。

表1 柴西地区古近系气源岩(Ro≥0.8%)储集层孔隙度和渗透率Table 1 The porosity and permeability of paleogene gas source rock(Ro≥0.8%)reservoir in western Qaidam Basin

表2 柴西地区新近系气源岩(Ro≥0.8%)储集层孔隙度和渗透率Table 2 The porosity and permeability of neogene gas source rock(Ro≥0.8%)reservoir in western Qaidam Basin

碎屑岩储层以南翼山、大风山为例分析储集条件，南翼山、大风山构造E31为三角洲前缘砂体，岩性以细砂岩为主，岩屑含量较高，但由于埋深已超过4 000 m，压实及胶结作用较强，在薄片鉴定下，具有线－镶嵌接触特征，局部偶见微裂隙充填沥青质(图3a)。以狮子沟碳酸盐岩储层为例，分析该区储集条件，狮子沟E32为湖相沉积，岩性主要为泥质石灰岩、泥质白云岩夹砂质泥岩，白云化作用明显，发育裂缝且多充填石膏，具有较好的溶蚀特性，对储层具有积极的意义(图3b)。整体来看，虽然柴西地区的储层较为致密，但由于受到后期溶蚀与构造的相互作用，导致次生孔隙和裂缝产生，特别是断裂、褶曲构造产生的裂缝与各种孔隙有效融合而形成复杂孔－缝系统，是非常有利于油气高产的储集体。

图3 柴西地区古近系储层镜下薄片及岩心特征Fig.3 The characteristics of microscopic section and core of paleogene reservoirs in western Qaidam Basin

2.3 成藏关键时刻

油气的成藏关键时刻是指气源岩大量生气并在主要圈闭中大规模聚集的时间，根据研究区埋藏史、热演化史［2］分析认为，柴西地区具备有利的成藏要素时空配置关系(图4)。晚喜山构造运动期间(N23末—Q)，柴西地区生烃凹陷埋藏较深的古近系E32气源岩进入高成熟阶段，生成大量的凝析油气，而埋藏较浅的新近系N1气源岩也进入低熟—成熟阶段，表明N23和Q时期为天然气充注的主要时期。上述研究体现出柴西地区晚期生气的特征，而受晚喜山构造运动影响，柴西地区的构造定型时间主要在N23以后，且前期包裹体研究［2］也证实了研究区天然气大量生气期与成藏期、保存期的时空匹配一致，表明晚期构造是有效圈闭，只要有效匹配孔－缝储层及保存条件，天然气就能聚集成藏。

图4 柴西地区天然气成藏过程综合分析Fig.4 The comprehensive analysis of natural gas accumulation process in western Qaidam Basin

2.4 运移及保存条件

柴西地区古近系—新近系地层主要发育2套区域不整合面(基岩顶和N22顶)及大量断裂构造，不整合面－断裂可形成良好的运移疏导体系，对天然气运聚成藏起着重要控制作用，断裂及裂缝控制油气纵向运移与聚集，区域不整合与渗透砂体控制油气横向运移与聚集。因此，柴西地区天然气可通过不整合面－断裂运移至圈闭或有利储集体中聚集成藏。

此外，对于气藏的形成，气源岩是基础，封盖保存是关键。柴西古近系—新近系地层主要有深层、浅层2套区域性盖层，以灰质泥岩、泥灰岩和泥岩为主。深层盖层(E32—N1)岩性为泥岩、灰泥岩、泥灰岩和少量膏盐岩，厚度较大、分布广泛，几乎遍布整个工区;浅层盖层(N23—Q)岩性多为泥岩和泥灰岩。由于后期较强的构造运动，研究区断裂和褶皱普遍发育，绝大多数断裂为“通天”断裂，同时，构造顶部剥蚀严重，破坏了浅层盖层的封闭能力，导致浅层油气大量散失。因此，整体上由于2套区域性盖层的存在及差异性特点，深层气藏的保存条件明显好于中浅层气藏。

2.5 圈闭类型

柴西地区古近纪—新近纪时期构造活动较强，发育大量断裂和褶皱构造，具有形成良好圈闭的地质条件。从目前发现的气藏分布来看，古构造与生气中心的匹配是目前柴西地区天然气藏分布的主要集中区，圈闭类型主要以构造圈闭为主，岩性圈闭次之。结合柴西地区成藏特征和保存条件研究，侧重研究气源岩的生气强度不小于20×108m3/km2时深层E32和E31的晚期圈闭类型，该时期主要发育构造圈闭，圈闭类型为断鼻、(断)背斜及断块，具有NW—SE向带状分布的特征。

统计结果表明，生气强度不小于20×108m3/km2范围内的构造圈闭共20个，包括断鼻圈闭13个，(断)背斜圈闭3个，断块圈闭4个，总面积为921.4 km2。断鼻圈闭是由断层和鼻状构造组合形成的圈闭，特指在鼻状构造的上倾方向受断层遮挡、封闭形成的圈闭，如狮子沟构造带1、2号圈闭及咸水泉11号圈闭等，面积为479.6 km2;(断)背斜圈闭是由构造作用使地层发生弯曲变形，储集层和盖层形成向周围倾伏的背斜或断背斜构造，如南翼山构造带的13号圈闭等，面积为258.3 km2;断块圈闭是由被多条断层相互切割形成的各种形状的断块被断层封闭而形成的圈闭，如咸水泉－油泉子构造带的10～12号圈闭等，面积为183.5 km2(表3、图5)。结合天然气运聚规律，生气中心周缘的高部位是天然气运移的指向区，(断)背斜及断鼻圈闭相对更易形成天然气聚集，圈闭条件相对于断块圈闭更加优越。

表3 柴西地区气源岩生气强度不小于20×108m3/km2圈闭特征Table 3 The trap characteristics of gas source rock with gas generation intensity not less than 20×108m3/km2in western Qaidam Basin

图5 柴西地区深层(E32和E31)晚期圈闭分布Fig.5 The distribution of late traps in the deep formation(E32and E31)in western Qaidam Basin

3 有利勘探目标

综合气源条件、储层特点、成藏匹配关系、圈闭类型、运移及保存条件等因素，认为柴西地区天然气藏的有利勘探目标应主要考虑3项评价标准:是否位于有效气源岩范围内，是否具有有利的保存条件，是否位于古、今构造有利区域。因此，根据上述评价标准确定了以下3个优选原则(表4):①柴西地区有效气源岩的分布范围是控制天然气聚集的基础，研究区5套气源岩(E1+2、E31、E32、N1和 N21)叠加的总生气强度要比单套气源岩的生气强度更加精确，故将总生气强度、5套气源岩分布位置与主力气源岩的成熟度有效结合来确定有效气源岩分布范围;②根据区域盖层分布特征及封闭性能，古近系深层(E32和E31)在纵向上具有双重遮挡，保存条件优越;③根据天然气运聚规律，生气中心周缘的高部位是天然气运移的指向区，同时断裂、褶曲构造的发育程度有利于储层溶蚀及孔－缝的形成，圈闭的综合排序为(断)背斜最优，其次为断鼻和断块。

表4 柴西天然气藏有利勘探目标评价标准Table 4 The evaluation criteria for favorable exploration targets of western Qaidam Basin

根据以上原则，确定天然气有利勘探目标为狮子沟－干柴沟、咸水泉－油泉子－黄瓜峁和南翼山构造带的E32和E31层段等12个有利圈闭及3个较有利圈闭，面积分别约为612.3 km2及183.5 km2(图6)。根据有利勘探目标的研究，后期在狮子沟构造带2、3号有利 (断)背斜圈闭范围内钻探的S58井在E32层位 (深度约为5 451 m)放喷点火，火焰高达30 m，估算日产天然气可达200×104m3/d;SX58井在E32层位亦钻遇良好油气显示，在5 502～5 514 m段试气日产油为205 m3/d，日产气达7 0229 m3/d。

图6 柴西地区古近系E32和E31有利勘探目标区Fig.6 The favorable exploration target zones of Paleogene E32sand E31Formation in western Qaidam Basin

4 结论

(1)柴西地区整个古近纪—新近纪均处于咸化湖盆演化阶段，气源岩层系较多，Ro≥0.8%的气源岩包括 E1+2、E31、E32、N1和 N21;主力气源岩为E32和N1，分布范围较广、厚度较大、生气量较多，具有明显晚期生烃特征，平面上有效气源岩主要分布于柴西北及靠近茫崖凹陷的柴西南局部地区。

(2)柴西地区主要发育碎屑岩和碳酸盐岩两大类储层，岩性整体致密，特低孔特低渗特征明显，纵横向变化较大，总体表现出“西部好、东部差，南部好、北部差，浅层高、深层低”特征。但由于储层受到后期溶蚀、构造作用的改造，局部会形成有效孔－缝系统，利于油气储集。

(3)柴西地区存在2套区域性盖层，深层(E32—N1)盖层厚度较大、分布广泛，岩性主要为泥岩、泥灰岩和少量膏盐岩，保存条件较好;而浅层(N23—Q)盖层受后期构造作用影响，剥蚀严重，岩性主要为泥岩、灰质泥岩和泥灰岩，保存条件相对较差。

(4)柴西地区古近纪—新近纪时期构造活动较强，发育大量断裂和褶皱构造，晚期形成良好的圈闭条件。有效气源岩范围内，深层(E2和E133层段)主要发育构造圈闭，以断鼻圈闭为主，断块、(断)背斜次之，与成藏关键时刻匹配，相对更加有利于天然气运聚。

(5)综合柴西地区成藏地质条件，考虑有效气源岩分布范围，有利的储集、保存条件，有利的古、今构造区域，优选了狮子沟－干柴沟、咸水泉－油泉子－黄瓜峁和南翼山3个天然气有利勘探区带，明确E32和E31层段15个有利勘探目标，面积约为795.8 km2。