论文部分内容阅读
摘 要：柴达木盆地昆北断阶带是以“花岗类基岩为主力产层”的典型区块。细化研究影响基岩储集性各个因素的作用机理以及影响程度，有利于进一步挖掘昆北基岩储集体的油气潜力。研究结果表明：断裂分布情况是基岩中孔缝发育程度的主控因素，古地形地貌差异和不同井区水岩反应的差异对储集性的影响次之。昆北西部井区基岩岩性为二长花岗岩，古地形较高顶部残积段多已被剥蚀储集体厚度较小，因此多见脆性颗粒因经受物理风化时间较长而形成的差异风化破裂缝。昆北东部井区的钾长花岗岩因古地形地貌较低厚度较大且保存齐全，因接受沉积时间较早上覆水岩反应产生的钙镁离子在基岩裂缝中浓度较大易发生沉淀，因此多见次生方解石脉贯入构造节理缝中。
关键词：基岩储集体；裂缝；花岗岩；昆北断阶带；水岩反应
中图分类号：P 618.3 文献标志码：A
0 引 言
裂缝性油气藏在油气勘探中的作用日益显著[1-5]，前人的研究工作对碳酸盐储层及砂岩储层中的裂縫发育特征，裂缝的测井响应特征、控制因素以及裂缝特征与油气产量的关系做了较为系统的研究[6-8]，提出了一系列重要的认识。油气储层中裂缝的成因机制及有效识别是决定油气勘探能否成功的关键因素，已有的研究对泥岩及粉砂质泥岩等致密性油气藏中的裂缝识别进行了详细工作[9-11]。而目前对于由变质沉积岩-岩浆岩等组成的基岩储层的研究还较为薄弱，变质基底由于其岩性组成复杂，受构造运动的影响强烈，其裂缝发育特征与传统的沉积型泥岩、粉砂质泥岩等明显不同，因此基岩中裂缝成因机制研究及有效的测井特征识别成为近年来油气勘探中新的动向[12-13]。柴达木盆地是中国西北重要的油气生产基地，自2008年以来，在柴达木盆地西南部的昆北断阶带勘探发现大量基岩裂缝性油气藏，工业产量较高，日益成为柴达木盆地油气资源的主力产区[14-16]；因此对该区基岩储层中裂缝的成因机制及分布特征的详细研究对下一步的油气勘探具有重要的理论指导意义。文中选择柴达木盆地西南部昆北断阶带中的基岩储层，依据岩心资料，进行详细的岩石学、裂缝特征研究，对裂缝的成因机制提出了一些新的认识。
1 区域及勘探概况
昆北油田位于柴达木盆地西南部的昆北断阶带内，其中的“西部斜坡带”是昆北断阶带内乃至整个柴达木盆地以“基岩为主力产层”最为典型和成熟的区块。原本坚硬致密的基岩之所以能具有储集油气的能力，是因为经历了构造抬升剥蚀、地表风化淋滤，而后又被沉积埋深并长期遭受地下水的溶蚀作用，经过这一系列有利于“储层化”的建设性作用后，使得原本坚硬致密的花岗岩中产生与后期地质作用相对应的储集空间类型，因此基岩储集体具有极强的非均质性和复杂性。昆北地区的油气勘探历史可分为：2006年以前勘探举步维艰的阶段、2007年至2010年重大突破阶段、2010年至今全面研究持续增产阶段这3个阶段[17]：昆北断阶带的油气勘探工作始于1983年，至2007年在乌南—切克里克地区部署三维地震，进一步落实了切6号构造的形态及细节。2010年昆北Q4-Q16井区钻探的Q163，Q401，Q402，Q402，Q406井基岩中均见到良好的油气显示，截止2010年上缴控制储量已达1 100万t，昆北基岩油田分部如图1所示。
2 基岩储集性能的影响因素
2.1 基岩的形成时代柴西南昆北地区的岩石地层从早元古代到晚第三纪都有较好出露，盆地西南缘构造演化历史可以从根本上约束基底岩性成因[18-19]。 基岩年代学研究表明Q6井区的Q603井基岩定年时代为中奥陶世（430±2 Ma）花岗岩，从盆地构造演化历史中可以看到昆北的Q603井区花岗岩基岩形成的构造背景为奥陶纪—志留纪期间洋盆开始发生北向俯冲碰撞形成大量花岗质岩浆作用；Q16-Q4井区以Q406井基岩定年时代为晚二叠世（256±4 Ma）花岗岩，该井区基岩的的形成由于古特提斯洋盆的闭合而形成大量早二叠世—晚三叠世的俯冲—碰撞型花岗岩[20]。将不同井区的花岗岩基岩形成时代放入整个柴西南区域构造演化格局中，Q6井区的基岩年代早于Q16-Q4井区将近200 Ma；岩相学也表明从Q16-Q4井区到Q6井区因为钾含量增加岩性从灰白色的二长花岗岩变为肉红色钾长花岗岩。 对于基岩储集性研究所关注的储集性能方面差异来说，没有发现2个井区因为形
成背景及年代的差异而导致储集性差别的证据（图2）。
2.2 基岩经历的构造运动期次昆北基底基本格局形成于晚二叠世，至此之后基岩经历了中生代的3期构造运动和新生代的5期构造运动，这些中新生代所经历的构造运动为昆北先后两期形成的花岗岩向有储集能力的储集体转化提供大的动力学背景。其中对基岩抬升剥蚀风化意义最大的为中生代的印支和燕山运动；新生代的5期构造运动主要对柴西南基岩上覆的沉积体系影响较大，总结各期次构造运动形成与之对应的不整合面详见表1.
昆北地区中奥陶世和晚二叠世两期花岗岩全部形成以后，印支运动的构造挤压变形和燕山运动的抬升风化剥蚀对昆北基岩的形成起着关键性作用。在印支期昆北基岩处于隆起剥蚀状态，柴西南整体缺失三叠纪地层，自侏罗纪开始形成巨大内陆盆地。但侏罗、白垩系地层在柴达木盆地内并不发育为沿祁连山和阿尔金山麓呈断续分布的条带状[21-22]。花岗岩体中长石云母在大气淡水和地层水的蚀变下易形成溶蚀性孔缝，使得原本坚硬致密的花岗岩内部形成储集空间，从而导致昆北花岗岩风化壳非常发育。基岩风化壳在地震响应上表现为弱振幅，内部主体表现为“短轴”强振幅杂乱反射特征。
2.3 断裂系统的分布情况昆仑山前断裂为祁漫塔格山北界的南倾逆断裂，走向NW，断距500～2 000 m，从基底断至第四系。断裂上盘地层在后期遭受剥蚀，而下盘地层较厚保存较全。其中西段的反冲褶皱带受断裂影响最为强烈变形也最为激烈[22-24]。昆北区内的三四级小断层南北向展布且倾向变数多，如Q12西断层或Q16的北东向断层把北西西向展布的大构造带分割成小块。在裂缝测井识别的基础上，计算反映裂缝发育程度的2个参数即：裂缝密度和裂缝发育率[14]，并依据统一的高度比例尺组合依次按区域平面井点投放（图3），裂缝 发育参数井点柱状图表明裂缝密度和裂缝发育率随着井点与断裂距离的逐渐变远都呈减小趋势，但裂缝密度这种减小的反相关性明显低于裂缝发育率，分析认为这与裂缝密度受断裂以外其他因素共同影响有关。同时也将成像测井解释统计的6口重点井基岩段的裂缝走向“玫瑰花”图放到对应井点上（图4），可以看出研究区内二级断层昆北2号、3号、5号在西部为北西西向，从研究内2号断层附近的Q11和Q12两口井的裂缝走向与断裂背景的走向一致；位于Q6井区的Q6，Q603，Q606的成像解释裂缝走向为北西—南东为主，DSI资料验证该区现今的最大水平主应力方位主要為北北东和南南西，与裂缝产状成像测井统计一致，表明区域应力场是有利于裂缝开启和保存的（图3，4）。
2.4 古地貌特征差异因早期基岩地貌为西高东低，新生代早期继承昆北基底西高东低的古凸起特征，因此其上伏新生代的路乐河组和下干柴沟组下段自东向西逐层超覆，在Q12井区因为地形较高而缺失路乐河组沉积为下干柴沟下段地层直接与基岩接触。在Q16-Q4区块早第三系也呈西高东低的古斜坡背景，地层自东向西也逐层超覆尖灭，各个层组均向西超覆于基岩之上形成众多的有利岩性圈闭，从古今地震剖面对比图可以看出（图5），基岩古地貌对早第三系开始沉积的控制作用，沉积体系的厚度由西向东逐渐增厚因为东边地势较低接受沉积的时间比西部长，古地貌在新近纪构造返转，西部沉降东部抬升这一构造过程使得东部的Q6井区抬升剥蚀而缺少部分新近系的沉积。
以Q12和Q6号构造为例来说明古地貌对各局部井区对基岩储集体分布的影响。例如Q6号构造高点位于Q6井-Q601井之间，南侧较陡北侧较缓，东部缓西部窄，浅层缓深层陡，浅层构造闭合幅度小、深层构造闭合幅度大，在深层构造南侧还有小断层切割（图5）。
2.5 原岩水岩反应差异由于西部地区地貌较高处于剥蚀区，基岩的风化作用以物理风化为主，加之该区基岩中钾长石中脆性破裂较多，裂隙中没有碳酸盐脉的灌入，钾长石颗粒受微弱的高岭土化，因此矿物破裂形成的裂隙保存较好是相对有利的储集层。同时由于该区处于剥蚀区风化基岩厚度总体不大；相对于东部Q6井区基岩岩性为钾长花岗岩，云母类（黑云母、白云母）矿物含量较高，基岩储集体上部有大量的沉积地层（路乐河组和干柴沟组）覆盖，该区基岩风化主要受沉积地层中地下水溶蚀控制，已有的研究资料表明Q4井区的地下水PH值为6呈弱酸性，在这种酸性地下水的作用下利于矿物中阳离子溶解于水中，从而促进矿物结构的解体[15]（图6）。
总结基岩水岩化学蚀变得作用类型和表现有，基岩主要组成岩石为二长花岗岩、钾长石和斜长石发生明显高岭土化和蒙皂石化，云母类矿物主要受蛭石化，总体上矿物的体积膨胀增大形成张性裂缝；酸性地下水中有大量CO2溶入并与岩石中阳离子结合[24-27]，容易形成碳酸钙（CaCO3）、碳酸钾（KHCO3）及碳酸钠（NaHCO3）等弱碱性矿物并填充于岩石裂隙中，因此此次研究中在岩心观察和镜下薄片中常见到岩石裂隙中有大量方解石脉灌入，西部地区的缝洞类型主要以溶蚀性缝洞为主，如果没有经历后期的抬升剥蚀，东部地区基岩风化层虽然厚度较大但是缝洞的连通性较差。
3 结 论
1）断裂分布是昆北基岩储集性的主控因素，裂缝密度和裂缝发育率随着井点与断裂距离的逐渐变远均呈减小趋势，裂缝产状主体为北北东与区域应力场走向吻合度高。古地形地貌以及水岩反应的差异对储集性影响次之；
2）昆北西部井区中见脆性颗粒因经受物理风化时间较长而形成的差异风化破裂缝。昆北东部井区因接受沉积时间较早上覆水岩反应产生的钙镁离子在基岩裂缝中浓度较大易发生沉淀，因此多见次生方解石脉贯入构造节理缝中。
关键词：基岩储集体；裂缝；花岗岩；昆北断阶带；水岩反应
中图分类号：P 618.3 文献标志码：A
0 引 言
裂缝性油气藏在油气勘探中的作用日益显著[1-5]，前人的研究工作对碳酸盐储层及砂岩储层中的裂縫发育特征，裂缝的测井响应特征、控制因素以及裂缝特征与油气产量的关系做了较为系统的研究[6-8]，提出了一系列重要的认识。油气储层中裂缝的成因机制及有效识别是决定油气勘探能否成功的关键因素，已有的研究对泥岩及粉砂质泥岩等致密性油气藏中的裂缝识别进行了详细工作[9-11]。而目前对于由变质沉积岩-岩浆岩等组成的基岩储层的研究还较为薄弱，变质基底由于其岩性组成复杂，受构造运动的影响强烈，其裂缝发育特征与传统的沉积型泥岩、粉砂质泥岩等明显不同，因此基岩中裂缝成因机制研究及有效的测井特征识别成为近年来油气勘探中新的动向[12-13]。柴达木盆地是中国西北重要的油气生产基地，自2008年以来，在柴达木盆地西南部的昆北断阶带勘探发现大量基岩裂缝性油气藏，工业产量较高，日益成为柴达木盆地油气资源的主力产区[14-16]；因此对该区基岩储层中裂缝的成因机制及分布特征的详细研究对下一步的油气勘探具有重要的理论指导意义。文中选择柴达木盆地西南部昆北断阶带中的基岩储层，依据岩心资料，进行详细的岩石学、裂缝特征研究，对裂缝的成因机制提出了一些新的认识。
1 区域及勘探概况
昆北油田位于柴达木盆地西南部的昆北断阶带内，其中的“西部斜坡带”是昆北断阶带内乃至整个柴达木盆地以“基岩为主力产层”最为典型和成熟的区块。原本坚硬致密的基岩之所以能具有储集油气的能力，是因为经历了构造抬升剥蚀、地表风化淋滤，而后又被沉积埋深并长期遭受地下水的溶蚀作用，经过这一系列有利于“储层化”的建设性作用后，使得原本坚硬致密的花岗岩中产生与后期地质作用相对应的储集空间类型，因此基岩储集体具有极强的非均质性和复杂性。昆北地区的油气勘探历史可分为：2006年以前勘探举步维艰的阶段、2007年至2010年重大突破阶段、2010年至今全面研究持续增产阶段这3个阶段[17]：昆北断阶带的油气勘探工作始于1983年，至2007年在乌南—切克里克地区部署三维地震，进一步落实了切6号构造的形态及细节。2010年昆北Q4-Q16井区钻探的Q163，Q401，Q402，Q402，Q406井基岩中均见到良好的油气显示，截止2010年上缴控制储量已达1 100万t，昆北基岩油田分部如图1所示。
2 基岩储集性能的影响因素
2.1 基岩的形成时代柴西南昆北地区的岩石地层从早元古代到晚第三纪都有较好出露，盆地西南缘构造演化历史可以从根本上约束基底岩性成因[18-19]。 基岩年代学研究表明Q6井区的Q603井基岩定年时代为中奥陶世（430±2 Ma）花岗岩，从盆地构造演化历史中可以看到昆北的Q603井区花岗岩基岩形成的构造背景为奥陶纪—志留纪期间洋盆开始发生北向俯冲碰撞形成大量花岗质岩浆作用；Q16-Q4井区以Q406井基岩定年时代为晚二叠世（256±4 Ma）花岗岩，该井区基岩的的形成由于古特提斯洋盆的闭合而形成大量早二叠世—晚三叠世的俯冲—碰撞型花岗岩[20]。将不同井区的花岗岩基岩形成时代放入整个柴西南区域构造演化格局中，Q6井区的基岩年代早于Q16-Q4井区将近200 Ma；岩相学也表明从Q16-Q4井区到Q6井区因为钾含量增加岩性从灰白色的二长花岗岩变为肉红色钾长花岗岩。 对于基岩储集性研究所关注的储集性能方面差异来说，没有发现2个井区因为形
成背景及年代的差异而导致储集性差别的证据（图2）。
2.2 基岩经历的构造运动期次昆北基底基本格局形成于晚二叠世，至此之后基岩经历了中生代的3期构造运动和新生代的5期构造运动，这些中新生代所经历的构造运动为昆北先后两期形成的花岗岩向有储集能力的储集体转化提供大的动力学背景。其中对基岩抬升剥蚀风化意义最大的为中生代的印支和燕山运动；新生代的5期构造运动主要对柴西南基岩上覆的沉积体系影响较大，总结各期次构造运动形成与之对应的不整合面详见表1.
昆北地区中奥陶世和晚二叠世两期花岗岩全部形成以后，印支运动的构造挤压变形和燕山运动的抬升风化剥蚀对昆北基岩的形成起着关键性作用。在印支期昆北基岩处于隆起剥蚀状态，柴西南整体缺失三叠纪地层，自侏罗纪开始形成巨大内陆盆地。但侏罗、白垩系地层在柴达木盆地内并不发育为沿祁连山和阿尔金山麓呈断续分布的条带状[21-22]。花岗岩体中长石云母在大气淡水和地层水的蚀变下易形成溶蚀性孔缝，使得原本坚硬致密的花岗岩内部形成储集空间，从而导致昆北花岗岩风化壳非常发育。基岩风化壳在地震响应上表现为弱振幅，内部主体表现为“短轴”强振幅杂乱反射特征。
2.3 断裂系统的分布情况昆仑山前断裂为祁漫塔格山北界的南倾逆断裂，走向NW，断距500～2 000 m，从基底断至第四系。断裂上盘地层在后期遭受剥蚀，而下盘地层较厚保存较全。其中西段的反冲褶皱带受断裂影响最为强烈变形也最为激烈[22-24]。昆北区内的三四级小断层南北向展布且倾向变数多，如Q12西断层或Q16的北东向断层把北西西向展布的大构造带分割成小块。在裂缝测井识别的基础上，计算反映裂缝发育程度的2个参数即：裂缝密度和裂缝发育率[14]，并依据统一的高度比例尺组合依次按区域平面井点投放（图3），裂缝 发育参数井点柱状图表明裂缝密度和裂缝发育率随着井点与断裂距离的逐渐变远都呈减小趋势，但裂缝密度这种减小的反相关性明显低于裂缝发育率，分析认为这与裂缝密度受断裂以外其他因素共同影响有关。同时也将成像测井解释统计的6口重点井基岩段的裂缝走向“玫瑰花”图放到对应井点上（图4），可以看出研究区内二级断层昆北2号、3号、5号在西部为北西西向，从研究内2号断层附近的Q11和Q12两口井的裂缝走向与断裂背景的走向一致；位于Q6井区的Q6，Q603，Q606的成像解释裂缝走向为北西—南东为主，DSI资料验证该区现今的最大水平主应力方位主要為北北东和南南西，与裂缝产状成像测井统计一致，表明区域应力场是有利于裂缝开启和保存的（图3，4）。
2.4 古地貌特征差异因早期基岩地貌为西高东低，新生代早期继承昆北基底西高东低的古凸起特征，因此其上伏新生代的路乐河组和下干柴沟组下段自东向西逐层超覆，在Q12井区因为地形较高而缺失路乐河组沉积为下干柴沟下段地层直接与基岩接触。在Q16-Q4区块早第三系也呈西高东低的古斜坡背景，地层自东向西也逐层超覆尖灭，各个层组均向西超覆于基岩之上形成众多的有利岩性圈闭，从古今地震剖面对比图可以看出（图5），基岩古地貌对早第三系开始沉积的控制作用，沉积体系的厚度由西向东逐渐增厚因为东边地势较低接受沉积的时间比西部长，古地貌在新近纪构造返转，西部沉降东部抬升这一构造过程使得东部的Q6井区抬升剥蚀而缺少部分新近系的沉积。
以Q12和Q6号构造为例来说明古地貌对各局部井区对基岩储集体分布的影响。例如Q6号构造高点位于Q6井-Q601井之间，南侧较陡北侧较缓，东部缓西部窄，浅层缓深层陡，浅层构造闭合幅度小、深层构造闭合幅度大，在深层构造南侧还有小断层切割（图5）。
2.5 原岩水岩反应差异由于西部地区地貌较高处于剥蚀区，基岩的风化作用以物理风化为主，加之该区基岩中钾长石中脆性破裂较多，裂隙中没有碳酸盐脉的灌入，钾长石颗粒受微弱的高岭土化，因此矿物破裂形成的裂隙保存较好是相对有利的储集层。同时由于该区处于剥蚀区风化基岩厚度总体不大；相对于东部Q6井区基岩岩性为钾长花岗岩，云母类（黑云母、白云母）矿物含量较高，基岩储集体上部有大量的沉积地层（路乐河组和干柴沟组）覆盖，该区基岩风化主要受沉积地层中地下水溶蚀控制，已有的研究资料表明Q4井区的地下水PH值为6呈弱酸性，在这种酸性地下水的作用下利于矿物中阳离子溶解于水中，从而促进矿物结构的解体[15]（图6）。
总结基岩水岩化学蚀变得作用类型和表现有，基岩主要组成岩石为二长花岗岩、钾长石和斜长石发生明显高岭土化和蒙皂石化，云母类矿物主要受蛭石化，总体上矿物的体积膨胀增大形成张性裂缝；酸性地下水中有大量CO2溶入并与岩石中阳离子结合[24-27]，容易形成碳酸钙（CaCO3）、碳酸钾（KHCO3）及碳酸钠（NaHCO3）等弱碱性矿物并填充于岩石裂隙中，因此此次研究中在岩心观察和镜下薄片中常见到岩石裂隙中有大量方解石脉灌入，西部地区的缝洞类型主要以溶蚀性缝洞为主，如果没有经历后期的抬升剥蚀，东部地区基岩风化层虽然厚度较大但是缝洞的连通性较差。
3 结 论
1）断裂分布是昆北基岩储集性的主控因素，裂缝密度和裂缝发育率随着井点与断裂距离的逐渐变远均呈减小趋势，裂缝产状主体为北北东与区域应力场走向吻合度高。古地形地貌以及水岩反应的差异对储集性影响次之；
2）昆北西部井区中见脆性颗粒因经受物理风化时间较长而形成的差异风化破裂缝。昆北东部井区因接受沉积时间较早上覆水岩反应产生的钙镁离子在基岩裂缝中浓度较大易发生沉淀，因此多见次生方解石脉贯入构造节理缝中。