库车拗陷野云2致密砂岩气藏地质特征及成藏机制

曹少芳，李 峰，张 博，姜振学，秦 红，李 卓，邢 星，杜忠明，李 鑫

（1.塔里木油田公司 勘探开发研究院，新疆 库尔勒 841000； 2.中国石油大学（北京）非常规天然气研究院，北京102249； 3.中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249； 4.大庆油田有限责任公司 第三采油厂，黑龙江 大庆 163000）

0 引言

致密砂岩气作为一种典型的非常规天然气资源，具有巨大的勘探潜力，其覆压基质渗透率不大于0.1×10-3μm2，单井一般无自然产能，或自然产能低于工业气流下限，但在一定经济条件和技术措施下，可以获得工业天然气产量［1-2］.致密气藏又称为深盆气藏、倒装型向斜气藏、连续型气藏、盆地中心气藏、根缘气等［3-8］.致密砂岩气藏可分为“先致密后成藏型”致密深盆气藏、“先成藏后致密型”致密常规气藏和致密复合气藏［9-10］.“先致密后成藏型”致密深盆气藏储集层致密期早于烃源岩生排烃高峰期，气体分子膨胀力是主要成藏动力，气体以活塞式运动方式整体向上运移，气藏分布在构造斜坡或凹陷中心；“先成藏后致密型”致密常规气藏储集层致密期晚于烃源岩生排烃高峰期，浮力是主要成藏动力，气藏分布在构造高部位；致密复合气藏表现为先致密后成藏和先成藏后致密的复合型特征，气源一般紧邻储集层，早期主要受到浮力作用，晚期主要受到分子膨胀力作用.

库车拗陷是塔里木盆地致密砂岩气的主产地，发现大北、克深、迪北等致密砂岩气藏，致密砂岩气资源丰富.野云2致密砂岩气藏位于库车拗陷阳北构造带，该地区勘探程度极低，目前只在野云2号构造高点钻探1口探井（野云2井）.野云2井钻至侏罗系48m，地震解释证实阳北地区发育下覆侏罗系烃源岩，白垩系发育的大套砂岩是有利的储集层，具备致密砂岩气藏成藏条件，钻井过程中在白垩系见到良好的油气显示.野云2井试油效果不好，仅见到微量天然气.因此，有必要开展野云2致密砂岩气藏成藏条件和成藏机制研究，分析野云2致密砂岩气藏静态成藏特征和动态成藏过程，以认识该地区致密砂岩气藏成藏机制.

1 地质特征

1.1 构造特征

野云2构造是位于库车拗陷东部阳北构造带东段的局部构造（见图1）.阳北构造近东西向展布，北缘发育近东西向展布的北倾逆冲断裂，即阳北断裂，断裂纵向上从基底断开至第四系，最大垂直断距约为3 km（见图2）；最早形成于印支期，燕山期有活动，主活动期为喜山中晚期，定型于喜山晚期.阳北断裂上、下盘受构造挤压作用发生不同程度的褶皱变形，上盘变形相对较强，形成现今地表所见到的吐格尔明背斜带；下盘变形相对较弱，发育一系列背斜、断背斜等构造，野云2构造为断裂下盘的局部构造，表现为穹窿状背斜.

1.2 烃源岩特征

库车拗陷主要发育三叠系湖相烃源岩和侏罗系煤系烃源岩，分布范围广、厚度大、有机质丰度较高、成熟度较高，为致密砂岩气藏的发育提供良好的物质基础［11-15］.

野云2井钻至侏罗系48m，地震剖面及烃源岩剖面分布表明野云2致密砂岩气藏发育侏罗系、三叠系烃源岩.该地区天然气主要来源于煤系烃源岩［16-17］，侏罗系烃源岩主要为深灰色、灰色泥岩，以Ⅲ型干酪根为主，有机质丰度为0%～1.02%.野云2致密砂岩气藏晚期快速埋藏，烃源岩快速成熟，侏罗系烃源岩现今镜质体反射率Ro约为0.8%.秦胜飞、戴金星等研究表明，煤系烃源岩在低熟—成熟阶段主要生成凝析气或湿气［18-19］，因此野云2致密砂岩气藏侏罗系煤系烃源岩以生气为主，并且受构造沉降影响，烃源岩生、排烃期相对较晚，油气藏受后期改造作用较小，对油气成藏较为有利.

1.3 储集层特征

野云2致密砂岩气藏储集层主要为白垩系砂岩，储集相带以辫状河三角洲和扇三角洲沉积为主，储集层岩性主要为含砾砂岩、砂砾岩，其次为粉细砂岩.岩石类型以岩屑砂岩为主，储集层矿物成分主要为石英，平均质量分数为46.0%；其次为长石，平均质量分数为20.5%；岩屑以岩浆岩岩屑和变质岩岩屑为主.填隙物成分主要为方解石和泥质，方解石质量分数为5.0%～18.0%，平均为7.9%；泥质质量分数总体较高，为6.0%～37.0%，对储集层孔隙发育不利，主要黏土矿物成分为伊／蒙混层，其次为伊利石和高岭石.储集层结构成熟度低，分选极差，磨圆较差，成分复杂，粒度变化大，砂砾岩混杂，表现为山前冲积扇—扇三角洲平原沉积环境快速堆积特征.储集层较为致密，溶蚀作用微弱，次生孔隙不发育，储集空间以微孔隙为主，发育少量粒间溶孔和微裂缝（见图3）.

野云2致密砂岩气藏储集层普遍致密化，总体表现为特低孔、特低渗储集层，测井解释孔隙度分布在2.10%～12.30%之间，平均为5.97%.岩心分析样品较少，岩性主要分布在粉、细砂岩段，导致物性分析结果较差，孔隙度分布在1.95%～4.62%之间，平均为3.31%，渗透率分布在（0.001～0.405）×10-3μm2，平均为0.090×10-3μm2.

1.4 盖层特征

野云2致密砂岩气藏主要发育古近系直接盖层和吉迪克组区域性盖层［20］.古近系直接盖层岩性主要为泥岩、粉砂质泥岩、含膏泥岩和膏质泥岩.泥岩厚度较大、连续性较好，累计厚度为128m，最大单层厚度为39.0m，最小为1.0m，一般为1.0～7.0m.吉迪克组区域盖层主要为膏质泥岩，广泛发育，封闭性好，同时普遍发育超压，增强膏泥岩的封闭能力.钻井过程中见到良好油气显示，证实盖层具有较好封闭能力.

2 油气地球化学特征

野云2井白垩系6 051.96m地层压力为117MPa，压力因数为1.99，属于异常高压系统，全井发现多处气显示.白垩系综合解释差气层8层，但试油效果不好，多解释为低产油气层或干层，其中5 966.00～6 087.50m经酸化压裂后用4mm油嘴求产，折合日产油为0.76m3、日产气为3 895.2m3.

野云2致密砂岩气藏原油具有密度低（地面密度为0.800 3～0.819 4g／cm3）、黏度低（50℃温度时黏度为1.164～2.061mPa·s）、含硫低（质量分数为0.04%～1.01%）和含蜡中等（质量分数为3.2%～9.7%）的特点，表现为陆相原油特征.三叠系烃源岩三环萜烷呈近正态分布特征，Ts（18α（H）-22，29，30-三降藿烷）和 Tm（17α（H）-22，29，30-三降藿烷）相对丰度近似，C27、C28、C29甾烷相对丰度均较高且呈近似“V”字型分布；侏罗系烃源岩三环萜烷没有明显的主峰碳，Tm相对丰度很高而Ts相对丰度低，C27、C28和C29甾烷呈近似“√”字型分布［21］.分析野云2井白垩系原油饱和烃甾萜质谱图（见图4），野云2致密砂岩气藏原油三环萜烷分布、Ts／Tm、C27、C28和C29甾烷分布特征与三叠系烃源岩的特征较为相似.因此，认为野云2致密砂岩气藏原油主要来自三叠系烃源岩.

野云2致密砂岩气藏天然气属于湿气，甲烷平均体积分数为55.27%，重烃气体积分数高，平均为28.12%，以乙烷为主；非烃体积分数低，以氮气为主，酸性气体体积分数较低，CO2体积分数为0.23%～1.52%，不含H2S.野云2致密砂岩气藏未开展天然气碳同位素测试，但研究表明库车拗陷天然气表现为典型的煤层气特征［22］，这与该地区侏罗系发育优质的煤系烃源岩结论一致.

3 成藏机制

3.1 储集层成岩演化

库车拗陷深部储集层成岩演化的最显著特征为早期长时期浅埋、后期快速深埋［23］，在野云2致密砂岩气藏表现尤为明显；这种埋藏方式对储集层伤害较大，不利于原生孔隙的保存.分析储集层埋藏史结果［24］，在中新世以前，野云2致密砂岩气藏储集层埋藏方式属于浅埋藏类型，白垩系储集层埋藏深度小于1.0km，经过漫长的地质历史，储集层发生充分的压实作用和胶结作用，孔隙度大大降低，由刚沉积时的40%左右降低到20%左右.

中新世以来，由于受到构造沉降作用，白垩系储集层快速深埋，上新世时埋深约为3.0km，现今埋深约为6.0km，储集层受到强烈的深埋压实作用，强烈的构造挤压导致储集层被进一步压实，孔隙度减小；同时，晚期方解石胶结、石英次生加大等作用导致孔隙度进一步降低，原生粒间孔隙基本消失，颗粒间发生紧密接触.野云2致密砂岩气藏主要为碱性沉积环境，溶蚀作用总体较弱，但后期煤系地层产生的有机酸导致长石、岩屑等发生溶蚀作用，一定程度上改善储集层物性；强烈构造挤压产生裂缝，在一定程度上弥补孔隙度的减小，改善储集层的渗透性能，是野云2致密砂岩气藏特低孔—特低渗储集层产出油气的重要因素.受到成岩作用对储集层孔隙度演化的影响，野云2致密砂岩气藏白垩系储集层孔隙度由中新世初（23 Ma）约为20%，快速下降，在上新世初（5Ma）降至10%左右，储集层致密化，演化至现今孔隙度约为5.9%（见图5）.

3.2 油气充注史

野云2致密砂岩气藏白垩系砂岩储集层岩性主要为含砾砂岩和砂砾岩，储集层中可观测到少量烃类包裹体，主要为发蓝白色荧光气—液两相烃类包裹体，也可见少量发浅黄色荧光的烃类包裹体.包裹体主要分布在石英颗粒裂纹内，呈串珠状分布，包裹体多为椭圆状或不规则状，一般较小，主要集中在3.0～8.0μm之间，气液比较大，表明油气成熟度较高.与烃类包裹体共生的盐水包裹体均一化温度分布在89.6～139.1℃之间.

根据包裹体岩相学观察、均一化温度及储集层埋藏史和热史分析，野云2致密砂岩气藏具有两期油气充注：第Ⅰ期为发浅黄色荧光油气包裹体，主要分布在石英颗粒内裂纹中，与它伴生的盐水包裹体均一化温度为90～100℃，表现为康村期早期原油充注；第Ⅱ期为发蓝白色荧光油气包裹体，主要分布在穿石英颗粒裂纹和石英颗粒内裂纹中，与它伴生的盐水包裹体均一化温度为120～140℃，表现为库车期天然气充注.总体具有以第Ⅱ期充注为主的晚期成藏特点（见图5）.

3.3 成藏过程

库车拗陷晚期强烈的构造运动是圈闭形成的主要动力，对油气成藏与聚集起重要作用；构造挤压强度在喜山晚期达到高峰，为油气成藏的主要时期［25-26］.吉迪克组—康村组沉积时期，阳北断裂开始有少量冲断活动，野云2圈闭初具雏形；库车期阳北断裂冲断活动有所加强，圈闭已经有效形成；西域组沉积时期，阳北断裂发生较大规模的冲断活动，野云2圈闭基本定型.构造运动控制烃源岩演化过程，烃源岩晚期快速成熟，侏罗系煤系烃源岩现今Ro约为0.8%，以生成凝析气和湿气为主，推测下覆三叠系湖相烃源岩成熟度高于0.8%，处于成熟阶段，排出过原油.

综合分析构造演化史、油气充注史和储层孔隙度演化史等，该地区天然气充注时期与储集层致密化过程同步，具有边充注边致密的特征，总体具有“康村期早期原油充注、库车期天然气充注、西域期以来调整破坏”的成藏过程.

康村期（12Ma），三叠系烃源岩进入成熟阶段，野云2圈闭初具雏形，三叠系生成的原油沿阳北断裂向上运移形成古油藏，第Ⅰ期浅黄色油气包裹体记录该期成藏过程；库车期（5Ma），三叠系、侏罗系烃源岩进入大量排气阶段，野云2圈闭有效形成，同时构造运动使阳北构造带北部次级断裂形成，从而形成输导通道，天然气沿断裂向野云2圈闭充注，并对早期形成的原油产生气洗脱沥青作用，第Ⅱ期蓝白色荧光油气包裹体记录该期成藏过程，储集层已致密化，同时白垩系由于构造挤压发育超压，也在一定程度上抑制油气的注入，影响气藏规模；西域期以来，侏罗系煤系烃源岩进一步成熟，强烈的构造运动导致阳北断裂断穿地表，野云2圈闭也在此次断裂冲断活动中定型，断裂活动导致气藏遭到调整和破坏.

4 结论

（1）野云地区白垩系具备形成致密砂岩气藏的条件：煤系烃源岩有机质丰度高，成熟度高，生气能力强；储集层致密，储集空间以微孔隙为主；盖层发育广泛，厚度大，连续性好，具有较好的封闭能力.

（2）野云2致密砂岩气藏具有两期油气充注特征，即康村期早期原油充注和库车期天然气充注，以第Ⅱ期充注为主；早期长时期浅埋、后期快速深埋的埋藏方式导致野云2致密砂岩气藏储集层在库车期开始致密化，即天然气充注时期与储集层致密化过程同步，具有边充注边致密的特征.

（3）野云2致密砂岩气藏具有“康村期早期原油充注、库车期天然气充注、西域期以来调整破坏”3期成藏过程.

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