田繼先，李 劍，曾 旭，孔 驊，王 鵬，沙 威，王 牧，石正灝,宋德康

(1.中國石油 勘探開發(fā)研究院，河北 廊坊 065007; 2.中國石油 青海油田公司 勘探開發(fā)研究院，甘肅 敦煌 736200)

隨著石油工業(yè)的發(fā)展，油氣勘探領域由淺層向深層-超深層延伸，深層油氣藏是當前和未來石油工業(yè)發(fā)展的重要領域之一[1-2]。關于深層的定義，不同國家、不同機構的認識有一定差異，但國際上相對認可的深層標準是埋深超過4 500 m的層系，中國國土資源部及美國地質(zhì)調(diào)查局等權威機構都認同和采用一標準[3-4]。目前已有70多個國家在深層地層中進行了油氣鉆探，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了多個深層油氣藏，儲量增長較快[2]。中國近年來在深層-超深層勘探中獲得了一系列重大突破，特別是中西部盆地深層成為重要的勘探領域，塔里木盆地、準噶爾盆地以及四川盆地等深層發(fā)現(xiàn)了多個大型氣田，成為儲量增長的重要領域。這些大氣田的發(fā)現(xiàn)，說明深部高-過成熟度烴源巖生烴潛力依然強勁[5]。塔里木盆地在7 000 m以深碎屑巖儲層中發(fā)現(xiàn)了工業(yè)氣流，證實了深部有效儲層發(fā)育。多個盆地勘探實踐證實，深部多期構造活動及廣泛發(fā)育的深大斷裂為深層油氣的富集提供了良好條件，展現(xiàn)了深層-超深層油氣勘探廣闊前景[6]。

柴北緣主要是侏羅系含油氣系統(tǒng)，位于南祁連山前，隨著柴西北區(qū)東坪和尖頂山發(fā)現(xiàn)侏羅系氣田，根據(jù)研究和生產(chǎn)需求，阿爾金山前東段也劃歸到柴北緣。長期以來，柴達木盆地柴北緣天然氣勘探以中淺層為主，主要集中在冷湖-馬仙構造帶上，但隨著淺層勘探難度的增大，向深層拓展成為必然。近年來，柴北緣部分鉆井在深層見到了良好的油氣顯示，在阿爾金山前的東坪、尖頂山等地區(qū)，在5 000 m以淺的基巖中獲得工業(yè)氣流，表明柴北緣深層存在天然氣成藏地質(zhì)條件。目前柴北緣以深層為目的層的鉆井非常少，主要以深淺兼探為主，深層總體認識程度較低。前人對于柴北緣淺層油氣藏的成藏特征與富集規(guī)律等方面的研究較多[7-12]，而對深層油氣的研究較少[13-14]，天然氣成藏條件及勘探方向等方面研究相對薄弱，成為制約深層天然氣勘探的主要因素。本文在充分參考前人研究成果及最新鉆井結果基礎上，重點分析了柴北緣深層氣藏形成的有利地質(zhì)條件并預測了深層氣藏的有利勘探方向，以期為柴北緣深層天然氣勘探領域的突破及天熱氣勘探部署提供依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

柴北緣油氣勘探起步早，1957年至1959年該區(qū)發(fā)現(xiàn)了冷湖三號、四號和魚卡油田及馬海氣田，1995年發(fā)現(xiàn)了南八仙油氣田[18]，2007年以來，相繼發(fā)現(xiàn)了平臺、東坪、牛東及冷湖五號等多個油氣藏和油氣顯示井，目的層都以淺層為主。近年來，在阿爾金山前及盆內(nèi)晚期構造帶深層見到不同程度的油氣顯示，部分井獲得了工業(yè)氣流，深層資源潛力大。雖然柴北緣深層天然氣勘探尚未發(fā)現(xiàn)大量氣田，但其存在天然氣運聚成藏條件和廣闊的勘探前景不容置疑。

2 深層天然氣成藏條件

2.1 侏羅系高成熟度烴源巖生氣潛力大

對于深層天然氣氣源來說，深層高演化階段烴源巖具有生氣能力是普遍接受的，但對于生氣能力或者生烴強度看法不一。塔里木盆地與鄂爾多斯等盆地的大量勘探實踐證實，深層烴源巖特別是煤系烴源巖在高成熟—過成熟演化階段依然具有良好的生烴潛力。柴北緣主要發(fā)育侏羅系煤系烴源巖，巖性以泥巖和煤為主。在前人工作基礎上，結合最新鉆井成果，通過地震資料重新處理與解釋，落實了侏羅系烴源巖分布(圖2)?？傮w上侏羅系烴源巖分布廣泛，主要發(fā)育賽什騰凹陷、冷湖凹陷、伊北主力凹陷、昆特依及坪東主力凹陷，在阿爾金山前新發(fā)現(xiàn)了坪西侏羅系凹陷，埋深在6 000 m以上，分布面積達1 200 km2，尖探1及東坪17井的天然氣主要來自于坪西凹陷。山前地區(qū)侏羅系埋藏較淺，以生油為主，大部分侏羅系地層埋深超過4 500 m，Ro在1.4%以上，最高達4.0%以上，處于高成熟—過成熟階段，以生氣為主。大量地質(zhì)樣品模擬實驗結果表明，煤的生氣界限可以由以往認為的Ro=2.5%延伸到Ro=5.0%，煤的最大生氣量可達300 mL/g，比過去的認識增加1倍[3]。另外根據(jù)“有機質(zhì)接力生氣”理論[5]，泥質(zhì)烴源巖在深層存在二次裂解生氣高峰期，擴大了深層烴源巖的生氣能力。因此深埋的侏羅系烴源巖來說，其生烴潛力巨大，具備形成大、中型深層氣田的有利氣源條件。

圖1 柴達木盆地北緣研究區(qū)位置(a)與深層生-儲-蓋組合(b)Fig.1 The location of the study area at the northern margin of Qaidam Basin(a),and the source rock-reservoir-caprock assemblage in its deeper horizons(b)

圖2 柴達木盆地北緣中-下侏羅統(tǒng)烴源巖綜合評價Fig.2 A map showing the comprehensive evaluation of the Middle-to-Lower Jurassic source rocks at the northern margin of Qaidam Basin

根據(jù)東坪和尖頂山已發(fā)現(xiàn)的深層天然氣地球化學分析(表1)，東坪地區(qū)在鉆遇的深層天然氣組成中(東坪171和174井為東坪17井附近評價井),CH4含量高達95%以上，C2+含量較低，為1.8%～2.8%，非烴氣體含量較低，僅為0.39%～0.71%。尖探1井同樣以CH4為主，含量較低，為83，71%，C2+含量同樣較低，為2.6%，但該地區(qū)N2含量較高，達到13.04%，可能與不同凹陷的母質(zhì)類型差異有關。上述深層天然氣干燥系數(shù)(C1/C1-5)高達0.97以上，表現(xiàn)為典型的干氣特征，天然氣碳同位素分析表明，其δ13C1值為-25.3‰～-32.6‰，δ13C2值為-20.5.3‰～-22.7‰。根據(jù)天然氣成因分析，可以確定該地區(qū)天然氣屬于煤型氣，根據(jù)天然氣碳同位素計算的成熟度高達1.36%～2.65%，為成熟-高成熟偏腐殖型天然氣，來自于坪西凹陷高成熟-過成熟源巖。

柴北緣鉆遇的深層天然氣主要來自于深層高-過成熟烴源巖，與淺層天然氣存在一定差異。東坪-尖頂山地區(qū)基巖天然氣干燥系數(shù)從深層到淺層逐漸變大(圖3)，深層天然氣干燥0.96左右，而淺層達到0.98。在甲烷同位素上，深層天然氣同位素較重，而淺層較輕，換算成成熟度后，深層天然氣成熟度相對較低，而淺層東坪3基巖成熟度高，達到4%，達到過成熟階段。淺層成熟度高，與坪東凹陷烴源巖成熟度較為一致，表明淺層氣源主要來自于坪東凹陷晚期生成的天然氣，而深層天然氣成熟度低，干燥系數(shù)相對小，表明深層成藏時期相對較早，深層圈閉利于早期聚集成藏。

注：Ro采用劉文匯等公式：δ13C1=22.42 lgRo-34.8(Ro>0.9%)[19]。

圖3 柴達木盆地北緣東坪地區(qū)基巖中天然氣甲烷碳同位素(a)、干燥系數(shù)(b)、成熟度(c)與氣藏深度關系Fig.3 The relationship of methane carbon isotope(a),drying coefficient(b),maturity(c) to gas reservoir depth in the bedrock of Dongping area at the northern margin of Qaidam Basin

2.2 基巖風化殼和次生孔隙發(fā)育的碎屑巖可作為有效儲層

勘探實踐表明，深部巖石的原生孔隙隨埋深增大而大幅減少,深層儲層是否發(fā)育是天然氣藏能否富集的關鍵因素之一。受繼承性沉積地層演化影響，柴北緣深層發(fā)育多套儲蓋組合(圖1)，形成基巖和碎屑巖兩類儲集體及多套天然氣勘探目的層。柴北緣基巖分布廣泛，巖性多樣，主要有巖漿巖(閃長巖類、花崗巖類)和變質(zhì)巖(板巖、片巖、片麻巖等)兩大類，以變質(zhì)巖為主[20]。受燕山運動影響，柴北緣基底隆升，長期遭受風化剝蝕，形成大面積分布的基巖縫洞型儲集體，經(jīng)后期深埋，與上覆第三系泥質(zhì)巖形成了有效配置。鉆探證實，不同巖性均可成藏，目前發(fā)現(xiàn)的東坪及尖頂山深層氣藏儲層便是基巖儲層。巖心薄片鑒定結果表明，基巖儲集空間類型主要包括溶蝕縫、溶蝕孔和構造縫等(圖4)，受多期構造運動影響，基巖中裂縫極為發(fā)育，裂縫周圍溶蝕作用增強，極大改善了基巖的儲層空間。深層基巖儲層孔隙度分布在1.9%～9.1%，平均為3.7%，滲透率以低滲為主，平均值為1×10-3μm2。

相對于構造高部位基巖，深層基巖儲層巖性與物性變化不大，深層儲層物性不受深度控制(圖5a)，深層仍具有較好的儲集空間?；鶐r深層有效儲層縱向分布超過500 m，橫向分布穩(wěn)定，盡管巖性變化較快，但受多期構造運動及長期風化淋慮作用的影響，裂縫及溶蝕孔非常發(fā)育，極大改善了基巖的儲集性能，廣泛發(fā)育的基巖儲層具備廣闊的勘探前景。

柴北緣北緣碎屑巖儲層包括侏羅系及第三系的河流、三角洲相砂巖儲層[21-22]，總體上淺層儲層物性較好，深層儲層物性逐漸變差(圖5b)。受巖性、巖相及次生作用等影響，同一深度物性變化較大，比如南八仙地區(qū)埋藏較淺，原生孔隙發(fā)育，分選較好的河流相砂巖物性好于細、粉砂巖儲層。受壓實作用影響，深層原生孔隙不發(fā)育，但受構造運動及溶蝕等作用影響，深層部分地區(qū)次生孔隙發(fā)育，昆2井在6 616 m發(fā)現(xiàn)了非常好的溶蝕孔(圖4)，孔隙度達10%左右，仙西1井在接近5 000 m儲層中發(fā)現(xiàn)好的儲層孔隙，孔隙度達10%(圖5b)，滲透率在1×10-3μm2以上，南翼山構造帶的南10井裂縫及溶蝕孔非常發(fā)育，儲層物性較好。因此，深層碎屑巖儲層受改造作用的影響，可形成原生孔隙、次生孔隙及混合孔隙等多種類型的儲集空間。柴北緣受多期構造運動影響明顯，大部分深層圈閉受斷裂控制，在構造或斷裂比較活躍的區(qū)帶,裂縫可能比較發(fā)育,這些裂縫不但使孤立的原生孔隙得以聯(lián)通，成為油氣運移的有利通道，而且還增大了深層儲層的儲集空間，同時也是地下水和有機酸的重要通道，對于次生孔隙的形成起到重要作用，能明顯優(yōu)化和改善儲層,從而形成有效的儲集體。綜上所述，可以預測該區(qū)深層基巖及碎屑巖存在較好儲集層，有利于天然氣的聚集。

2.3 以斷裂為主的多種輸導體系提供了優(yōu)質(zhì)的運移通道

柴北緣烴源巖以侏羅系為主，侏羅系埋深大，生烴中心最深達15 000 m，而大部分深層儲層主要位于烴源巖上部以及遠離生烴中心的山前帶，兩者最大垂直距離可達7 000 m以上，最大水平距離可達30 km，油氣運移距離遠，溝通油氣源的斷裂及輸導體系是成藏的關鍵。柴北緣已發(fā)現(xiàn)的油氣藏絕大多數(shù)沿大斷裂呈線狀或帶狀分布，充分證明斷裂對油氣運聚成藏的控制作用。受多期構造活動影響，柴北緣深層發(fā)育大量溝通油氣源的斷裂，如北1斷裂、賽南斷裂、鄂北斷裂與坪東斷裂等(圖1)，這些油源斷裂與不整合、砂層及裂縫等組成多種類型的復合輸導體系，從而使得深部侏羅系生成的天然氣向盆緣區(qū)或者上部圈閉聚集成藏。在盆緣古隆起區(qū)，天然氣運移通道主要為斷層斷裂與不整合組成的輸導體系，比如東坪深層氣田(圖6)，附近坪東凹陷生成的天然氣通過坪東斷裂與基巖不整合組成的輸導體系運移至深層圈閉中聚集成藏。在盆地內(nèi)部，深層氣藏的運移通道主要為有源斷裂與砂層及裂縫等組成的輸導體系，比如在鄂博梁及冷湖六、七號構造帶，相對于淺層斷裂，深層斷裂形成早，多期構造運動中，這些斷層具有繼承性，為深層油氣藏的長期運聚提供了便利。另外，斷層附近裂縫發(fā)育，為流體的流動提供了通道，為深層儲層改善提供了優(yōu)越條件?？傊?，柴北緣廣泛發(fā)育的深大斷裂為深層氣藏的形成提供了優(yōu)越的垂向運移通道，也在一定程度上擴大了天然氣在空間上的富集，使得凹陷深部生成的天然氣能夠在多種類型的深層圈閉中聚集，形成多種類型的深層油氣藏。

圖5 柴達木盆地北緣儲層物性與深度之間的關系Fig.5 The relationship between physical property and depth of reservoirs at the northern margin of Qaidam Basina. 孔隙度；b. 滲透率

2.4 持續(xù)生烴有利于深層圈閉早期、多期成藏

侏羅系烴源巖的演化，有利于深層圈閉的成藏。伊北凹陷是柴北緣重要供烴凹陷(圖8)，在E1+2沉積時期進入生烴門限，E3—N1沉積時期為生氣油高峰期，N1沉積末期Ro已達到1.3%，進入大量生氣階段，現(xiàn)今Ro在3.0%以上，為過成熟干氣階段(圖5)，且至今持續(xù)生氣。因此，北緣盆緣深層古隆起及古斜坡上圈閉形成早，具有早期充注、持續(xù)充注特征。盆地內(nèi)部冷湖及鄂博梁構造帶圈閉定型較晚，但深層斷裂發(fā)育，有利于早期巖性油氣藏的充注，晚期伊北凹陷生氣強度仍然較大，天然氣仍然可以成藏。綜上所述，侏羅系煤系源巖從J1+2以來開始生氣，在構造演化的各個階段均有油氣充注，深層圈閉具有早充注、持續(xù)充注的特征。因此，相對于淺層氣層，深層天然氣藏具有干燥系數(shù)低，成熟度低的特征(圖3)，油氣早期、長期期的充注也為深層儲層的改善提供了條件。現(xiàn)今侏羅系深層高-過演化階段生成的天然氣依然能夠為晚期深層構造提供優(yōu)質(zhì)氣源，生烴期與深層構造形成期匹配良好，具備形成深層氣田的優(yōu)越條件。

圖6 阿爾金山前尖頂山-鄂博梁Ⅰ號綜合地質(zhì)剖面(剖面位置見圖1B-B′)Fig.6 The composite geological section of No.1 area from Jiandingshan to Eboliang in the piedmont of the Altun Mountain (see Fig.1 B-B′ for the location of the section)

圖7 柴達木盆地北緣CDM200測線構造演化史(剖面位置見圖1 A-A′)Fig.7 The tectonic evolution history along seismic line CDM200 at the northern margin of Qaidam Basin(see Fig.1 A-A′ for the location of the section)

3 有利勘探方向

隨著柴北緣深層天然氣藏不斷的發(fā)現(xiàn)，深層成為重要的天然氣勘探領域。柴北緣侏羅系烴源巖分布廣，埋深大，演化程度高的生烴凹陷周圍有利于深層天然氣聚集。溝通深層油氣源的斷裂及輸導體系是否是油氣成藏的關鍵，廣泛分布的深大斷裂為深層圈閉的成藏提供了優(yōu)越的運移條件。盆緣深層古隆起既是優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育區(qū)，又是多類型圈閉發(fā)育區(qū)，有利于油氣早期、長期充注。因此深大斷裂發(fā)育的的生烴凹陷周圍圈閉是深層天然氣聚集有利區(qū)，古隆起以及晚期構造帶上大型背斜圈閉是柴北緣深層天然氣有利勘探方向。

圖8 柴達木盆地北緣伊北凹陷侏羅系烴源巖演化史Fig.8 The evolution history of the Jurassic source rocks in Yibei Sag at the northern margin of Qaidam Basin

3.1 盆緣古隆起區(qū)

柴北緣盆緣古隆起主要包括阿爾金山前、祁連山前及馬仙古隆起深層。阿爾金山前古隆起西起月牙山，東至冷湖四號，分為西段、中段和東段，西段主要包括東坪和尖頂山地區(qū)，深層以基巖儲層為主，緊鄰坪西和坪東生烴凹陷，烴源巖成熟度高，生烴潛力大，深層基巖儲層與上覆膏泥巖儲蓋組合配置好，溝通油氣源的深大斷裂發(fā)育(圖8)，成藏條件優(yōu)越。目前該段在淺層已發(fā)現(xiàn)東坪和尖頂山氣藏，深層多口井見到工業(yè)氣流，深層基巖圈閉數(shù)量多，面積大，勘探潛力廣闊。東段主要是指牛東地區(qū)及鄂博梁Ⅰ號，該地區(qū)處于昆特依生烴凹陷之上，處于生烴高峰期，深層基巖儲層和侏羅系砂巖儲層發(fā)育，有源斷裂可溝通深層氣源，成藏條件優(yōu)越。目前淺層已發(fā)現(xiàn)牛東氣田，深層的鄂探1井在侏羅系見到良好的油氣顯示，昆2井侏羅系見到良好的砂巖儲層，基巖見到工業(yè)氣流，是深層天然氣勘探有利地區(qū)。中段主要是牛中地區(qū)，緊鄰坪東凹陷，基巖埋深較大，深層圈閉數(shù)量多，斷裂發(fā)育，成藏條件好，目前該地區(qū)牛新1井在深層基巖見到良好的油氣顯示，是深層天然氣勘探有利接替區(qū)?？傊?，阿爾金山前古隆起區(qū)深層成藏條件好，多口井見到工業(yè)氣流，是柴北緣深層天然氣勘探的最現(xiàn)實領域。馬仙古隆起北起馬仙斷裂，南鄰陵間斷裂，包括馬北和南八仙地區(qū)，淺層已發(fā)現(xiàn)南八仙油氣田和馬北油氣田，斷裂下盤深層沒有鉆探，勘探潛力大。該地區(qū)緊鄰魚卡凹陷和伊北凹陷，生氣能力強，溝通油源的斷裂發(fā)育，深層基巖儲層發(fā)育，第三系泥巖可作為良好的蓋層，斷裂下盤圈閉類型多樣，數(shù)量多，成藏條件優(yōu)越，資源潛力大，是深層天然氣勘探的有利地區(qū)，特別是南八仙深層基巖圈閉多，溝通伊北凹陷烴源巖的斷裂發(fā)育(圖9)，是深層天然氣勘探的有利目標區(qū)。祁連山前帶深層領域包括賽什騰凹陷、平臺地區(qū)及冷湖3-5號深層，冷湖及賽什騰凹陷侏羅系烴源巖較為發(fā)育，生烴能力較強，深層儲層包括基巖及次生孔隙發(fā)育的碎屑巖，該地區(qū)深層斷裂發(fā)育(圖6)，圈閉數(shù)量多，資源潛力較大，冷科1井等深層儲層見到較好的油氣顯示，深層具備成藏條件，是深層天然氣勘探的潛力區(qū)?？傊癖本壟杈壒怕∑鹁o鄰侏羅系生烴凹陷，深層斷裂、不整合等輸導體系的發(fā)育，盆內(nèi)深層侏羅系高成熟度烴源巖生成的天然氣能夠向深層圈閉運移聚集。盆緣古隆起深層圈閉形成相對較早，后期相對穩(wěn)定，早期基巖儲層與第三系泥巖組成良好的儲蓋組合，油氣具有早期充注、多期充注的特點，成藏條件優(yōu)越，勘探前景廣闊。

3.2 盆內(nèi)晚期構造

圖9 柴達木盆地北緣冷湖七號-南八仙地質(zhì)剖面(剖面位置見圖1 C-C′)Fig.9 The geological section crossing Lenghu 7-Nanbaxian area at the northern margin of Qaidam Basin (see Fig.1 C-C′ for the section location)

4 結論

2) 柴北緣深層發(fā)育基巖和碎屑巖兩類儲層，形成多套儲蓋組合，含氣層系多。不同巖性的基巖均可成藏，儲集空間類型主要包括溶蝕縫、溶蝕孔和構造縫等，物性不受深度控制，深層發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲層。受構造活動及溶蝕作用影響，深層碎屑巖儲層的溶蝕孔、裂縫等次生孔隙發(fā)育，可為深層碎屑巖氣藏的形成提供了有效的儲集空間。

3) 多期構造運動使得柴北緣深層發(fā)育多種類型的圈閉，以斷裂和不整合為主的多種輸導體系為深層天然氣運移聚集提供了良好的垂向和側(cè)向運移通道，深大斷裂發(fā)育的的生烴凹陷周圍圈閉是深層天然氣聚集有利區(qū)，盆緣古隆起以及晚期構造帶上大型背斜圈閉是柴北緣深層天然氣有利勘探領域。阿爾金山前、祁連山前、馬仙古隆起下盤及晚期構造帶深層下步深層天然氣勘探的重點方向，其中阿爾金山前深層是最現(xiàn)實的勘探領域。