2015, Vol. 30
2. 成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室, 成都 610059
2. State Key Laboratory of Oil/Gas Reservoir Geology and Exploitation, Chengdu 610059, China
0 引 言
羌塘盆地位于青藏高原中北部，东经85°~95°，北纬32°~35°之间，南北宽300 km，东西长近640 km，面积约18.5万km2，是我国第二大海相沉积盆地.该盆地位于特提斯构造域的东段，与西段的波斯湾等油气富集区具有类似的沉积构造演化特征和石油地质条件(Wang et al., 1997；王成善等，2001；王剑等，2004).盆地被夹持于可可西里—金沙江缝合带与班公湖—怒江缝合带之间，可进一步划分为3个构造单元，即北羌塘坳陷、中央隆起带和南羌塘坳陷.其中，南羌塘坳陷区侏罗系地层是盆地内发育最全、分布最广泛的沉积层系，被认为是青藏高原油气资源潜力最大和最有希望取得勘探突破的盆地之一(林金辉等，2001；付修根等，2010)，区内已发现大规模的侏罗系布曲组白云岩古油藏带，它们的发现证实了该区具有良好的油气勘探前景(王成善等，2004；张小青等，2005；陈文彬等，2008).
羌塘盆地的油气调查工作，从20世纪九十年代开始，由中石油青藏石油勘探项目经理部组织了石油地质路线调查和区域石油地质填图，在2000年以后，大庆油田、中国地质调查局成都矿产资源研究所和青海油田等研究单位在盆地内相继开展了钻井勘探工作，开始对南羌塘盆地地下石油地质进行深部勘探.这些都为羌塘盆地的油气勘探工作积累了大量宝贵资料，为研究羌塘盆地含油气特征创造了条件.随着南羌塘盆地油气勘探的深入，对该盆地进行油气潜力评价时，非地震物探方法具有不可或缺的作用(杨宝俊等，2003；夏国治等，2004；胡平等，2012)，特别是对于盆地覆盖较严重地区，其方法显得尤为重要(钟清等，2013)，而对盆地地质体的岩石物性参数充分的认识和了解是开展非地震物探油气勘探的重要前提.
然而目前有关盆地主要沉积地层的物性参数指标的测试与研究相对缺乏.井下和地下物探资料的解释，主要参照地层电性、磁性、密度、声波等物性参数，尽管前人在羌塘盆地曾开展过航磁测量(江民忠和王怀武，2001)、地震(卢占武等，2006；邹长桥等，2012)和重磁电(王喜臣等，2008；熊盛青等，2013)等工作，对盆地内岩石圈结构特征的研究取得了重要研究成果(魏文博等，2006；卢占武等，2009；刘国成等，2014).但迄今为止在南羌塘盆地对侏罗系各地层岩石物性测试数据从未进行过系统测试与分析，这将导致地下物性资料的多解性，影响了前期资料的处理和解说，不能满足油气基础地质调查中物探工作的物性资料需求.
本文以羌塘盆地双湖地区广泛分布的侏罗系地层为基础，以野外采集到的地表物性标本测试结果为依据，系统测试和分析了地表岩石物性参数和储层物性参数的特征，研究了侏罗系各地层岩石物性特征变化规律，建立了研究区内主要地层—物性柱状图，以期为羌塘盆地下一步油气勘探工作的方法选择和非地震物探资料处理与解释提供依据.
1 研究区概况
研究区位于羌塘地块上的南羌塘凹陷内，在地层分区上隶属于羌塘地层区之南羌塘地层分区(图 1)，以发育未经变质的中、新生代地层为特征，尤以侏罗系广泛分布为典型.
区内侏罗系地层具有东西向展布、南北向分带的特征，岩石地层单元由老到新依次可划分为下侏罗统曲色组(J1q)、中侏罗统色哇组(J2s)、莎巧木组(J2s)、布曲组(J2b)、夏里组(J2x)和上侏罗统索瓦组(J3s).中下侏罗统曲色组、色哇组和莎巧木组主要分布于盆地南部广泛区域，而中上侏罗统地层布曲组、夏里组和索瓦组则基本发育于靠近中央隆起带的盆地北部区域.
 | 图 1 研究区位置图 Fig. 1 Location of the study area |
其中，下侏罗统曲色组发育一套泥灰岩、钙质页岩和粉砂岩； 中侏罗统色哇组主要为一套泥岩、页岩夹粉砂岩和泥质粉砂岩；中侏罗统莎巧木组以泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩为主，夹泥质粉砂岩、细砂岩；中侏罗统布曲组岩性主要为含生物碎屑灰岩、泥晶灰岩、微晶灰岩、白云岩、鲕粒灰岩、核形石灰岩组合； 中侏罗统夏里组是一套泥砂岩为主，夹介壳灰岩、鲕粒灰岩；上侏罗统索瓦组为一套含生物碎屑鲕粒灰岩夹泥晶灰岩.
2 样品采集与测试
在此次物性样品野外采集工作中首先依据地质图将采样点布设在侏罗系地层出露较好的地方，针对这一区域的地层展布特征，曲色组、色哇组与莎巧木组物性样品采集地区设于研究区北部甘贝夏玛地层剖面，而布曲组、夏里组和索瓦组物性样品采集地区设于研究区南部甘董布拉剖面(图 2).用GPS 测定采点的经纬度坐标，并记录标本的岩石名称、地层或岩体单元归属等信息.
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图 2 研究区侏罗系分布及剖面位置分布图 (注：据西藏1/ 25万《昂达尔错幅》区域地质图修改) Fig. 2 Distribution of main Jurassic strata and measured sections in the study area |
野外样品采集尽量选择地表新鲜样品，样品按5~10 m的间隔系统采集，共采得230块样品.测试过程中，样品统一加工成长方体标本(10 cm×5 cm×5 cm)，测试分析项目主要包括各类岩石的自然伽马能谱、电阻率、时间域激发极化率、磁化率等.自然伽马能谱参数由上海申核电子仪器有限公司生产的FD-3022型微机四道γ能谱仪完成，磁化率参数由中国国土资源航空物探遥感中心研制的型号为ZH-1型磁化率仪完成，电阻率、激发极化参数由重庆奔腾数控技术研究所生产的数字直流激电接收机和岩样测试信号源测岩石(型号分别为WDJS-2和WDYX-1)完成.所有样品的处理及测试均由四川省核工业地质调查院完成.
3 岩石物性特征
任何地球物理的观测方法都是基于岩石或地层之间的物性差异(赵百民等，2009).岩石物性不仅是连接地质现象和地球物理场之间的桥梁和纽带(杨辟元，1994；祝靓谊，2003)，也是地球物理方法的基础(宋海斌等，2001)；同时，岩石物性差异也是地球物理方法反演地质现象的数据基础.所以岩石物性的研究是进行综合地质地球物理解释的基础和前提.图 3为研究区地表岩石样品物性测试结果，下面将分别介绍各类岩性的物性特点.
 | 图 3 研究区岩石物性分布图 Fig. 3 The Distribution of petrophysic in the study area |
研究区泥页岩主要分布于下侏罗统曲色组和中侏罗统色哇组，为一套浅海至半深海环境沉积的黑色岩系.该套黑色岩系一直受到油气调查与勘探的重视，为研究区石油评价中的有利目标层位(陈兰等，2003；卢占武等，2011；王丽波等，2012)，是该盆地内的重要烃源岩.因此，充分了解并研究双湖地区泥页岩物性参数特征、分布范围及变化规律，不仅是解释物探异常场必不可少的条件，也是对盆地内生烃凹陷分布范围调查中非地震勘探测量数据进行深入研究的基础.
根据地表岩石物性标本测试的结果发现(如图 3)，研究区泥页岩具有高放射性、磁化率及极化率与低电阻率的特征.其铀、钍、钾含量的变化范围分别为2.1~5.7 ppm、10.7~16.7 ppm和2%~2.4%，平均值分别为4.12 ppm、13.43 ppm和2.11%.泥页岩中铀、钍、钾的含量较其他岩性均为最高，这是由于泥页岩中含有较多的放射性粘土矿物如伊利石、高岭石等.并且磁性矿物的含量也在所有岩性中最多，造成其磁化率数值一般较高，多介于 12.60~357.48×10-5(SI)之间，平均值为208.49×10-5(SI).极化率仅低于砂岩，变化范围为0.66~2.72η，平均值为1.52η.而泥页岩的电阻率在所有岩性中最低，介于60.96~124.46 Ω · m之间，平均值为90.8 Ω · m.
3.2 砂 岩
砂岩为研究区重要的油气储集岩类之一，其主要发育于中侏罗统莎巧木组和夏里组，以陆棚相沉积长石石英砂岩和岩屑石英砂岩为主(如图 4).由长石和石英组成的骨架颗粒含量多占70%以上，其次为岩屑.石英以单晶为主，少量多晶，含量一般为30％～60％；长石有钾长石、微斜长石、条文长石、斜长石，含量为10％～20%.岩屑成分较复杂，三大岩类岩屑都可以见到，含量一般为20％～40％.碎屑磨圆中等，分选性多为中等—较好.颗粒间大量为线接触，其次为点接触和凹凸式接触.填隙物包括杂基和胶结物.杂基主要为泥质、铁泥质，含量一般为1%～8％.胶结物成分较多，有方解石、白云石、铁方解石、铁白云石、菱铁矿、硅质、黄铁矿等，胶结类型主要为孔隙式和压嵌式.
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图 4 羌塘盆地砂岩显微照片 (a)岩屑石英砂岩，2×10(+)；(b)长石石英砂岩，2×10(+). Fig. 4 The micrograph of the s and stone in Qiangtang basin |
分析地表岩石物性特征可知，研究区砂岩极化率呈高值，其变化范围为0.85~3.54 η，平均值为1.95 η，而电阻率较低，介于102.1~795.9 Ω · m之间，平均值为303.7 Ω · m.这主要是由于砂岩由较大的颗粒构成，并且可能含有一定的金属矿物，且孔隙度较大，含水性较好.
砂岩中铀、钍、钾含量和磁化率仅低于泥岩而高于其他岩类，其铀、钍、钾含量的变化范围分别为2.4~5.2 ppm、10.5~15.8 ppm和1.4%~1.8%，平均值分别为3.9 ppm、12.97 ppm和1.6%；磁化率变化范围介于5.40~245.36×10-5(SI)之间，平均值为137.43×10-5(SI).
3.3 泥灰岩
研究区泥灰岩主要分布于下侏罗统曲色组，呈灰黑色、薄-中层状，单层厚度一般在5~20 cm，陆源泥质含量在25％～50％之间，纹层结构发育，纹层宽度5 mm~10 mm，产菊石类、介壳类生物化石.
通过对地表岩石物性标本测试的结果可知(如图 3)，泥灰岩中铀、钍、钾含量的变化范围分别为3.1~5.2 ppm、9.4~16 ppm和1.3%~1.7%，平均值分别为3.63 ppm、12.76 ppm和1.48%.极化率变化范围在0.69~1.87之间，平均值为1.32 η.电阻率值介于380.45~820.7 Ω · m之间，平均值为653.1 Ω · m.泥灰岩磁化率数值一般较低，变化于0~176.54×10-5(SI)之间，其平均值为95.68×10-5(SI).
3.4 灰 岩
灰岩主要发育于中侏罗统布曲组和上侏罗统索瓦组，是研究区出露范围最广的岩性，也是该区最发育的碳酸盐岩储层岩石类型.灰岩类型主要为颗粒灰岩、晶粒灰岩和白云岩化灰岩(如图 5).颗粒灰岩中填隙物可为泥晶基质或亮晶胶结物，颗粒类型有生物碎屑、藻砂屑、藻团块和核形石等.晶粒灰岩以泥晶灰岩较主，其次为粗晶灰岩、中晶灰岩及细晶灰岩.由地表岩石物性特征可知(如图 3)，研究区内灰岩电阻率最高，电阻率值变化范围介于410.27~1020.8 Ω · m之间，平均值为797.9 Ω · m，这可能是由于灰岩中金属含量较低，颗粒极细而呈致密构造，且孔隙度小，含水性较差，因而具有较高的电阻率.而自然伽马能谱值、磁化率及极化率较低：灰岩中铀、钍、钾含量的变化范围分别为1.8~3.6 ppm、9~13.1 ppm和0.6%~1.3%，平均值分别为2.42ppm、11.02 ppm和0.83%.极化率变化范围介于0.6~2.49 η之间，平均值为1.31η；磁化率变化范围分布于0~156.50×10-5(SI)之间，平均值为56.03×10-5(SI).
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图 5 羌塘盆地灰岩显微照片 (a)泥晶灰岩，2×10(+)； (b)生物碎屑泥晶灰岩，4×10(+)； (c)藻砂屑微晶灰岩，4×10(+)； (d)白云岩化细晶灰岩，4×10(+). Fig. 5 The micrograph of the limestone in Qiangtang basin |
白云岩仅在中侏罗统布曲组中发育，且有油浸显示，是盆地内目前寻找优质储层的主要勘探目标(陈文彬等，2006；伊海生等，2014).研究区中隆鄂尼、格鲁关那和扎仁等地区已发现了大量的白云岩古油藏，这是羌塘盆地油气勘探的一大突破，显示了该区良好的油气勘探前景.根据野外露头观察及显微镜下薄片鉴定结果，白云岩主要岩石类型为中—粗晶白云岩.这类白云岩的典型特征是晶粒较粗大，地表风化后常常呈砂糖状，俗称砂糖状白云岩.晶粒状白云石镜下多为半自形—自形，晶体表面灰泥较多，常见雾心亮边结构，局部可见具有波状消光的鞍状白云石.白云岩储集空间主要包括孔隙和裂缝两大类.按成因机理，孔隙可分为晶间孔、晶间溶孔和溶蚀孔洞，裂缝可分为构造裂缝、压溶缝和溶蚀缝(如图 6).
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图 6 羌塘盆地白云岩的典型组构及孔隙类型 (a)布曲组细晶白云岩中的晶间孔，2×10(-)； (b)布曲组中晶白云岩中的晶间溶孔，2×10(-)； (c)布曲组白云岩溶蚀孔洞，10×2(-)； (d)布曲组白云岩裂缝，10×10(-). Fig. 6 Typical fabrics and porosity of the dolomite in Qiangtang basin |
分析地表白云岩物性特征发现(如图 3)，白云岩的物性特征与灰岩相似，具有高电阻率和低自然伽马能谱值、 磁化率及极化率的特征：电阻率值低于灰岩和泥灰岩，介于190.9~641.5 Ω · m之间，平均值为424.6 Ω · m；铀、钍、钾含量略高于灰岩，变化范围分别为2.1~3.5 ppm、8.5~14.7 ppm和0.7%~1.2%，平均值分别为2.63 ppm、11.52 ppm和0.84%；白云岩的极化率与磁化率数值在所有岩性中最低，其变化范围为0.38~1.31 η和0~148.80×10-5(SI)，平均值分别为0.82 η和52.16×10-5(SI).
4 地层物性参数特征
羌塘盆地双湖地区地表侏罗系见有巨厚的含油层，是羌塘盆地最有可能取得油气突破的地区之一.参考我国西北地区油气勘探历史，地表及浅埋深的油层很可能是地下油层的自然延伸或者是受构造活动抬升至近地表所致.但由于受到多期次构造运动的作用，盆地内地层的分布、构造和岩性均十分复杂，给地球物理勘探和开发带来了不少难点(滕吉文等，2009).如何找出最有利的生储盖相带，以便更快地实现油气勘探的突破，提高勘探效益，长期以来一直是制约南羌塘盆地石油勘探工作的瓶颈(张春贺等，2011)，也是现今亟需解决的问题之一.
石油勘探的历史和经验证明，地层特征的研究是油气评价工作的重要基础.它即关系到有利含油气盆地的选择、有利勘探目的层和有利区带的确定，也直接关系到构造带划分和构造圈闭的落实.通过此次对羌塘盆地双湖地区岩石物性标本数据的研究结果，对研究区侏罗系各地层岩石物性进行了较全面的整理与总结，结合前人资料及本次工作结果获得了侏罗系岩石物性参数(表 1、表 2)，并根据其统计结果建立了南羌塘侏罗系主要地层的物性综合柱状图(如图 7)，由此可进一步讨论该区地层物性规律和变化.
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表 1 研究区侏罗系物性参数统计表 Table 1 The statistic of the petrophysical parameters of Jurassic strata of the study area |
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表 2 研究区侏罗系地层物性界面分析 Table 2 The analyzation of petrophysical interface of main Jurassic strata in the study area |
 | 图 7 研究区侏罗系地层物性综合柱状图 Fig. 7 Compositive petrophysical histograms of main Jurassic strata in the study area |
由研究区地层岩石物性特征发现，该区存在3个密度界面(表 2)：第一密度界面位于中侏罗统夏里组与布曲组之间；第二界面位于中侏罗统莎巧木组与色哇组之间；第三界面位于中侏罗统色哇组与下侏罗统曲色组之间.值得注意的是，本区上侏罗统索瓦组密度与中侏罗统夏里组地层相近，因此在对其进行地质解释时，要结合其它物性参数的特征加以区分.
研究区中侏罗统布曲组与上侏罗统索瓦组磁性体主要由灰岩和白云岩组成，沉积地层一般呈弱磁或无磁性.而下侏罗统曲色组、中侏罗统色哇组、莎巧木组和夏里组磁性体主要由泥岩和砂岩岩组成，地层磁性较高.其中，电阻率总体表现出“下低、上高”，而极化率和自然伽马能谱数值总体呈现“下高、上低”的特征，即：下侏罗统曲色组、中侏罗统色哇组与莎巧木组地层呈低阻、高极化率和高自然伽马能谱的特征，而中侏罗统布曲组、夏里组和上侏罗统索瓦组地层呈中—高阻、低极化率和低自然伽马能谱的特征.其中，中侏罗统曲色组电阻率值只有n×101 Ω · m，可构成本区明显的低阻电性标志层.
研究区气候、水文和地质条件非常复杂，交通运输条件较差，施工条件难，并且地表勘探面积较大、褶皱剧烈、断裂类型多、断裂系统复杂.因此，取得油气勘探成效必须要有明确的勘探思路、科学的勘探程序和适应该区的非震地球物理勘探方法技术.南羌塘盆地侏罗纪沉积时期主要为浅海—陆棚沉积体系，沉积物以碳酸盐岩与碎屑岩相混积为特征，总体古地理背景是南深北浅，颗粒粒度也是北粗南细，大致以毕洛错—色哇—兹格塘错—安多一线为界，其南侧主要为盆地的中心沉积区，沉积一套灰黑色泥页岩、泥灰岩深水沉积，为盆地的重要烃源岩地层；其北侧区域则为浅水台地沉积，主要沉积陆棚—滨岸相砂泥岩、浅海碳酸盐岩，发育多套含油白云岩油藏区块(图 2).因此，对于盆地范围内南部的烃源岩地层及北部油藏带的识别是物性勘探的一项重要工作.从地层岩石物性特征上看，下侏罗统曲色组与中侏罗统色哇组相对于侏罗系其他地层具有典型的低电阻率、低密度的特征，且大地电磁具有对低阻体纵向分辨能力强、探测精度较高的特点(袁永真等，2012)，所以利用大地电磁测深和重力测量勘探研究页岩层的分布，进而研究烃源岩层系的分布范围，具有良好的物性前提条件.而研究区北部古油藏带的岩性独特，以含油白云岩为主要特征.白云岩具有低自然伽马能谱值、低极化率、低磁化率和高电阻率的特征，综合应用放射性勘探和重、磁异常方法(王喜臣等，2008)，可以对油藏带的空间分布形态进行最大程度地细致刻画，这可能成为下一步油气勘探取得突破的重要手段. 5 结 论
通过对羌塘盆地双湖地区侏罗系岩石物性样品测试，获得了各类岩石在自然伽马能谱、极化率、电阻率和磁化率的参数及变化规律，分析了研究区的有利储层类型和分布层位，并整理总结了研究区侏罗系主要地层岩石物性参数特征，得出以下认识：
(1)不同岩石物性参数的变化规律存在明显差异，碎屑岩具有高放射性、磁化率及极化率与低电阻率的特征，而碳酸岩具有高电阻率和低放射性、磁化率及极化率的特征.其中，自然伽马能谱值和磁化率在泥页岩中最高，其铀、钍、钾含量的变化范围分别为2.1~5.7 ppm、10.7~16.7 ppm和2%~2.4%，平均值分别为4.12 ppm、13.43 ppm和2.11%；磁化率数值多介于 12.60~357.48×10-5(SI)之间，平均值为208.49×10-5(SI).极化率在砂岩中最高，其变化范围为0.85~3.54 η，平均值为1.95 η.而灰岩电阻率最高，电阻率值变化范围介于410.27~1020.8 Ω · m之间，平均值为797.9 Ω · m.
(2)研究区侏罗纪地层存在3个密度界面，电阻率总体表现出“下低、上高”，而极化率和自然伽马能谱数值总体呈现“下高、上低”的特征，其中，中侏罗统曲色组电阻率值只有n×101 Ω · m，可构成本区明显的低阻电性标志层.从地层磁性方面来看，中侏罗统布曲组与上侏罗统索瓦组地层一般呈弱磁或无磁性，而下侏罗统曲色组、中侏罗统色哇组、莎巧木组和夏里组地层磁性较高.
(3)研究区作为重要烃源层的下侏罗统曲色组与中侏罗统色哇组呈低阻、低密度的特征，具备开展大地电磁测深和重力测量勘探的物性前提条件.而作为盆地内油气勘探主要目的层的中侏罗统布曲组呈低放射性、低极化率、低磁化率和高电阻率的特征，具备开展重、磁异常和放射性勘探的物性条件.
致 谢 感谢贵刊编辑部和审稿专家对文章进行审阅并提出宝贵意见．| [1] | Chen L, Yi H S, Hu R Z. 2003. The discovery of Jurassic coccolithophore in Qiangtang area of northern Tibetan plateau and its significance[J]. Earth Science Frontiers (in Chinese), 10(4): 613-618. |
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