2015, Vol. 37
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2. 中国石油勘探开发研究院, 北京 海淀 100083;
3. "提高石油采收率"国家重点实验室, 北京 海淀 100083;
4. 中国石油大学(北京)非常规天然气研究院, 北京 昌平 102249
2. Research Institute of Exploration & Development, CNPC, Haidian, Beijing 100083, China;
3. State Key Laboratory of Enhanced Oil Recovery, Haidian, Beijing 100083, China;
4. College of Unconventional Natural Gas, China University of Petroleum(Beijing), Changping, Beijing 102249, China
作为“中国石油工业的摇篮”，玉门油田为中国革命和建设做出了巨大的贡献，但随着油田进入开发后期，勘探开发矛盾日益突出，资源接替不足，稳产上产难度大。为解决玉门油田生存及可持续发展问题，勘探目标逐渐转移到非常规油气资源。作为玉门油田非常规油气之一的致密油资源，有很好的资源基础，是非常规油气资源中最现实、最容易获得突破的领域。
青西油田1983年发现，1984年西参1井获得低产油流，揭开了区域勘探开发的序幕，1999年进入滚动勘探开发期，已探明含油面积35.8 km2，石油地质储量6 993×104 t，可采储量1 119×104 t[1]。 研究区柳沟庄地区白云岩致密储层发育，有利泥质白云岩面积53.2 km2，初步估算致密油资源量5 186×104 t，是致密油勘探的主要目标之一。由于青西凹陷下白垩统下沟组致密油储层特殊、油藏勘探难度较大，对成藏条件的认识不够深入，直接影响致密油藏的勘探进程和勘探成功率的提高。因此，本次研究基于前人研究和研究区基础资料，深入分析青西油田下沟组致密油成藏条件，以揭示其成藏主控因素，为下沟组致密油勘探工作提供地质依据。
1 区域地质概况青西油田位于酒西盆地西部青南凹陷内，主体属于凹陷南部窟窿山背斜构造(图 1)。酒西盆地为中-新生代内陆沉积盆地，发育于古生界褶皱基底之上，中新生界沉积盖层呈现断拗叠置的双层结构特征，燕山运动和喜马拉雅运动对早白垩世以来的演化起到了决定性的作用，总体上经历了早白垩世断陷期、晚白垩世-古近纪的抬升剥蚀期和古近纪以来的挠曲拗陷期3个阶段[2-3]。
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| 图1 柳沟庄-窟窿山油藏位置图(据玉门油田，1999) Fig. 1 Location map of the Liugouzhuang-Kulongshan Reservoir (From Yumen Oilfield，1999) |
青西凹陷柳沟庄-窟窿山地区是早白垩世的沉积沉降中心，发育赤金堡组(K1c)、下沟组(K1g) 和中沟组(K1z)，沉积了1套纹层状白云质泥岩和泥质白云岩，是研究区最主要的勘探目的层系。
青西油田钻井剖面和野外露头剖面资料综合分析表明，早白垩世早期属于半温暖半湿润气候，沉积巨厚的赤金堡组红色砂砾岩；下沟期，古地形趋于平缓，凹陷进入相对稳定的沉积时期，早期发育扇三角洲平原亚相红色砂砾岩沉积，后来逐渐演变为浅湖亚相泥岩、白云岩间互沉积；中沟期，水体范围进一步扩大，凹陷为滨浅湖沉积。中沟组沉积之后，受燕山期构造挤压作用，隆升作用强烈，下白垩统长期遭受剥蚀，导致古近系与下白垩统呈区域性不整合接触。
2 致密油成藏条件青西油田柳沟庄白云岩已探明的油气主要位于裂缝发育带，属于“源岩裂缝油藏”[6-8]，裂缝发育带外围为致密油勘探领域。柳沟庄油藏的储集体主要为中沟组和下沟组的泥云岩，埋藏约3 600~4 000 m，处于晚成岩作用阶段，压实胶结作用强烈，属于特低渗储层。基质孔隙度(无裂缝样品)小于5%，基质渗透率小于0.5 mD，属典型的低孔、特低渗致密油藏。
2.1 构造条件构造是控制油气聚集的重要因素。地壳运动控制着盆地的发生、发展和消亡，构造运动最终形成的二级构造和三级构造控制着油气的运移和聚集。
早白垩世以来的燕山运动和喜马拉雅运动对青西凹陷有决定性作用。凹陷内北西向主干逆冲断裂形成于晚燕山末期，喜马拉雅期活动增强，与喜马拉雅期形成的北西向逆断层和近南北向或北东向撕裂断层相互截切，将窟窿山背斜和柳沟庄断鼻切割成多个小断块(图 2)。窟窿山背斜南翼被掩伏在北祁连山推覆体之下[9-10]。
燕山运动在研究区共分为3幕。早中侏罗世与晚侏罗世之间为第1幕，表现为两者之间的区域不整合；晚侏罗世与早白垩世之间为第2幕，表现为两者之间的假整合或角度不整合；早白垩世与古近纪之间为第3幕，形成明显的角度不整合。喜马拉雅运动也分为3幕，第1幕发生在始新世末期，为隆升剥蚀阶段，未接受沉积；渐新世与中新世之间为第2幕，表现为角度不整合；第3幕发生在上新世与更新世之间，两者为角度不整合关系[11]。
构造对油气富集的控制作用主要表现在由逆冲褶皱变形所形成的背斜及断背斜是油气主要的聚集区，如窟窿山构造[6, 12-13]。多期构造活动形成多种类型的构造圈闭，有利于油气聚集。早白垩世形成的正断层可作为油气运移的通道，是沟通源岩和储层的重要通道。逆断层主要对油气起封堵作用，晚燕山末期形成的东西向断层具封堵性，将窟窿山和柳沟庄分隔成完全独立的两个油气藏[14]。
青西油田下沟组储层主要为低渗透储层，构造活动的另一主导作用是改善了储层的品质。裂缝是青西油田下白垩统的主要储集空间，且主要为构造裂缝与构造溶蚀裂缝，裂缝的发育程度控制油藏的渗流能力和单井产能。
2.2 烃源岩条件广覆式分布且成熟度适中的烃源岩是致密油形成的基本条件之一[15-16]。青西凹陷下沟组致密油气主要来源于凹陷内下沟组、中沟组和赤金堡组暗色藻纹层泥质白云岩、白云质泥岩，研究表明，这套藻纹层泥岩分布广泛、厚度较大，具有较高的有机质丰度，干酪根类型较好，具有较强的生烃能力[6]。柳沟庄地区钻井揭示中沟组和下沟组，中沟组厚度300~500 m，下沟组厚度超过1 000 m。
另外，青西油田下白垩统埋深超过3 500 m，古地温大于60℃，使得下白垩统烃源岩在短时间内深埋熟化，部分烃源岩目前尚处于生油高峰[9]。
通过对研究区4口典型井(柳9、柳102、窿105、青2-12)237块烃源岩样品岩石热解参数进行统计(表 1)，有机碳含量平均值大于1.3%，生烃潜力平均值大于3.87 mg/g，总体达到好烃源岩标准[16]。
| 表1 青西油田下沟组烃源岩岩石热解参数 Table 1 The parameters of K1g source rocks pyrolysis in Qingxi Oilfield |
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下白垩统源岩以混合型母质(Ⅱ型)为主；有机质类型总体下沟组好于赤金堡组和中沟组， 以Ⅱ1型为主，并有些达到Ⅰ型，而中沟组普遍为Ⅱ型，赤金堡组甚至为Ⅲ型(图 3)。
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| 图3 青西油田烃源岩H/C原子比与O/C原子比 Fig. 3 H/C ratio and O/C ratio of source rocks in Qingxi Oilfield |
早白垩世及后的封闭-半封闭性还原环境有利于凹陷内形成类型较好、丰度较高的有机质；早白垩世沉降幅度较大且沉积速率相对稳定，有利于形成厚度较大的烃源岩层；其上覆分布广泛且厚度较大的古近系，不仅加速了下伏白垩系烃源岩层的热演化，而且创造了良好的油气保存条件；同时，下沟组内部的泥岩层也可作为良好的盖层[17]。泥云岩常呈季节性纹层状产出，岩芯观察中可发现黄铁矿局部富集在纹层结构中，表明地层发育于还原性较强的沉积环境，对有机质的保存较为有利。
根据以上分析可知，青西油田具备很好的生油能力，具有有利的致密油油源条件。
2.3 储集条件早白垩世青西凹陷经历了3个构造沉积旋回(低位体系域→湖泊扩张体系域→高位体系域→湖泊收缩体系域)[17]，形成碎屑岩、泥岩沉积间互碳酸盐岩沉积的剖面。
下沟组富含叶肢介及核形石，可见到以化学方式析出的碳酸盐矿物、热稳定性差的片状低硅方沸石及含铁矿物等自生矿物，表明古水介质偏碱性，下沟期断陷湖泊处于封闭-半封闭的还原环境[18]。从岩芯、薄片资料可知，下沟组泥云岩岩石类型包括泥晶白云岩、含泥泥晶白云岩、泥质泥晶白云岩、白云质泥岩[19-20]，具纹层结构，纹层较薄，分布不均匀，可细分为二元纹层和三元纹层(图 4)。这种纹层状结构有利于裂缝的形成和溶蚀作用的发生。
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| 注：透射光，黑色为藻纹层，蓝色激发荧光，亮黄色为藻纹层 图4 烃源岩泥质矿物、白云石、有机质形成二元或三元纹层状结构 Fig. 4 Ternary and dual structure of source rocks consisting of clay mineral，dolomite and organic matters |
泥云岩储集层储集空间类型多样，既有原生孔(微孔隙)、次生孔(溶孔、溶洞、晶间孔)，还存在大量构造裂缝、构造-溶蚀缝及微裂缝(图 5)。储集体埋藏深，处于晚成岩阶段，胶结致密，但由于泥云岩储层性脆，裂缝发育，裂缝把原生孔隙和次生孔隙有机的连通起来，共同构成了良好的裂缝-孔隙型双重介质储集体。
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| 图5 青西油田下白垩统下沟组泥云岩致密储层储集空间类型 Fig. 5 The primary pore types of K1g tight argillaceous dolomite reservoirs in Qingxi Oilfield |
岩芯资料表明，泥云岩储集层有效孔隙度主要分布在2.00~6.00%，平均4.26%；渗透率主要分布在1.0~5.0 mD，平均3.4 mD。砂砾岩储集层有效孔隙度主要集中分布在3.00~6.00%，平均4.54%；渗透率主要分布在1.0~5.0 mD，平均4.4 mD(表 2)。其中，纳米级孔喉(孔喉半径<0.1 μm) 占29.2%(图 6)。因此，低渗透致密储层是下沟组主体储集体。
| 表2 青西油田下沟组储层物性分析统计表(据玉门油田，2007) Table 2 The statistical charts of reservoir petrophysical property of K1g in Qingxi Oilfield (From Yumen Oilfield，2007) |
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| 图6 青西油田泥云岩储层孔喉半径分布图 Fig. 6 The distribution of pore throat of argillaceous dolomite reservoirs in Qingxi Oilfield |
研究区下沟组致密油发育多套盖层，包括下白垩统下沟组及中沟组泥岩、古近系泥岩和膏盐岩等。
青西凹陷内下白垩统下沟组、中沟组泥岩累计厚度最大可达上千米，既可作为烃源岩层系，也可作为盖层；此外，新近系白杨河组石油沟段泥岩单层最大厚度10 m左右，也可作为研究区致密油藏的良好盖层。
青西油田的生储盖组合包括自生自储和下生上储两种类型(图 7)，以自生自储型为最佳。烃源层为下白垩统赤金堡组上部和下沟组下部地层，油气主要来源于暗色泥岩，同时也来源于深灰色白云质泥岩及泥质白云岩，油气沿断裂运移至下沟组的中、上部聚集成藏。下沟组内储集层岩性以白云岩、泥质白云岩及砾岩为主，局部性盖层为下沟组内部的非渗透层，下沟组顶部厚层状泥岩段厚度达50~60 m，为青西油田下白垩统下沟组油藏最重要的盖层。
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| 图7 青西油田致密油生储盖组合类型 Fig. 7 The types of tight oil source-reservoir-caprock combinations in Qingxi Oilfield |
烃源岩的分布对油藏起着绝对的控制作用。致密油是赋存在与烃源岩互层或所夹致密储层中的油，大都未经历长距离运移，烃源岩的分布直接控制着致密油藏的分布范围。
盆地生油研究结果表明，研究区下沟组致密油油源为同一凹陷内的烃源岩，以下沟组和赤金堡组为主，其中下沟组以泥岩、泥质白云岩为主，仅含少量薄层粉砂岩，烃源岩厚度占地层 的95%以上[21]。
原油地球化学性质研究结果表明(表 3)， 从柳沟庄油田到石油沟油田，原油中的烷烃平均含量有增加的趋势，芳烃平均含量和非烃与沥青质平均含量则有降低的趋势。原油组分的变化在很大程度上反映了成藏期或成藏后原油组分的物理和化学分异，随着运移距离的增加，极性小的烷烃相对含量增加，极性大、分子量大的芳烃和非烃与沥青质的相对含量降低。因此，原油组分变化反映运移方向是由西向东，即从柳沟庄油 田到石油沟油\mbox{田[22]。
因此，青西油田柳沟庄地区作为主要生油凹陷，为致密油藏的形成提供了充足的油气来源。
3.2 沉积相带与油藏分布有利的沉积相带有利于油气大面积富集成藏，因此，寻找储层发育的有利沉积相带是致密油“甜点区”预测的关键。青西凹陷下白垩统主要发育3种类型沉积体系{\cndash}扇三角洲、湖泊和湖底扇[5]。
扇三角洲沉积的特点是垂直盆地边缘向深水沉积区推进，赤金堡组、下沟组、中沟组均有扇三角洲发育。扇三角洲平原、前缘亚相发育紫红色中-厚层状含砾泥岩和砂砾质泥岩为主；前扇三角洲亚相沉积厚度较大的暗色泥岩，富含有机质，可作为优质烃源岩兼区域性盖层，尤其是赤金堡组上段和下沟组上段泥岩，烃源岩条件较好，与河口坝和分流河道砂储集体形成较好的生、储、盖配置关系[5]。
湖泊沉积体系主要发育于区内中沟组、下沟组中，通常划分为滨湖、浅湖和深湖-半深湖3个亚相。研究区以深湖-半深湖亚相为主，岩性以暗色泥岩和以“白烟型”喷流岩为特点的白云质泥岩、泥质白云岩为主[23-24]。 湖泊沉积主要为研究区致密油藏的形成提供烃源岩和盖层。
湖底扇沉积常呈巨大的透镜状夹于暗色泥岩中，是由于浊流携带大量碎屑物在深湖区快速堆积形成。下沟组和中沟组下段发育有湖底扇沉积，发育半深湖灰黑色泥页岩为主。发育于内扇主水道、中扇分支水道的有利储集砂体，与半深湖相灰黑色泥页岩组成较好的生储盖配置条件，具备良好的致密油成藏条件。
4 结论(1) 青西油田下白垩统发育下沟组和赤金堡组藻纹层泥质白云岩和白云质泥岩，这套暗色泥岩在断陷内广泛分布，厚度大、有机质丰度较高、干酪根类型较好，具有较强的生烃能力。
(2) 下沟组泥云岩(包括泥晶白云岩、含泥泥晶白云岩、泥质泥晶白云岩、白云质泥岩等)是致密油主要储集岩，整体物性较差，属于低孔低渗致密储层。储集空间既有原生孔、次生孔，还存在大量构造裂缝、构造-溶蚀缝及微裂缝。在构造作用下形成的构造裂缝与构造溶蚀缝是青西油田下白垩统的主要储集空间，裂缝的发育程度控制着油藏的渗流能力和单井产能。
(3) 研究区下沟组致密油发育多套盖层，包括下白垩统下沟组及中沟组泥岩、古近系泥岩和膏盐岩等。生储盖组合主要包括自生自储型和下生上储型两类。
(4) 烃源岩和沉积相带是下沟组致密油成藏的主控因素。致密油大都未经历长距离运移，烃源岩的分布直接控制致密油藏的分布范围。研究区下白垩统发育扇三角洲、湖泊和湖底扇沉积体系，发育良好的生、储、盖配置条件，具备良好的致密油成藏条件。
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