【类型】期刊

【作者】郭泽清，孙平，徐子远，张林，张绍胜，田继先（中国石油勘探开发研究院；中国石油勘探开发研究院廊坊分院；中国石油青海油田公司勘探开发研究院）

【作者单位】中国石油勘探开发研究院；中国石油勘探开发研究院廊坊分院；中国石油青海油田公司勘探开发研究院

【刊名】石油学报

【关键词】 三湖地区；第四系；早成岩；岩性气藏；主控因素

【资助项】国家科技重大专项　　（2008ZX05007）

【ISSN号】0253-2697

【页码】P985-990

【年份】2019

【期号】第6期

【期刊卷】1;|6;|7;|8;|4;|5;|2

【摘要】柴达木盆地三湖地区第四系是在第三纪末期新构造运动作用下,盆地沉积中心由西向东整体迁移的产物,在第四系中发现了世界上最大的生物气田(背斜气田)。近年来,在三湖地区第四系发现了岩性气藏,现已发现的岩性气(层)藏可分为砂岩上倾尖灭型、砂岩透镜体型和物性侧向变化型3种类型。该地区岩性气藏平面上分布受控于流体运移方向和构造背景,纵向上分布受控于砂体类型和埋藏深度,最终能否成藏受控于天然气聚散的动态平衡。

【全文】 文献传递

柴达木盆地三湖地区第四系岩性气藏形成的主控因素

郭泽清1，2 孙 平2 徐子远3 张 林2 张绍胜2 田继先2

（1.中国石油勘探开发研究院 北京 100083； 2.中国石油勘探开发研究院廊坊分院 河北廊坊 065007；3.中国石油青海油田公司勘探开发研究院 甘肃敦煌 736200）

摘要：柴达木盆地三湖地区第四系是在第三纪末期新构造运动作用下，盆地沉积中心由西向东整体迁移的产物，在第四系中发现了世界上最大的生物气田（背斜气田）。近年来，在三湖地区第四系发现了岩性气藏，现已发现的岩性气（层）藏可分为砂岩上倾尖灭型、砂岩透镜体型和物性侧向变化型3种类型。该地区岩性气藏平面上分布受控于流体运移方向和构造背景，纵向上分布受控于砂体类型和埋藏深度，最终能否成藏受控于天然气聚散的动态平衡。

关键词：三湖地区；第四系；早成岩；岩性气藏；主控因素

2007年在台南气田和涩北一号之间的台东鼻隆钻探了台南9井，于1 814.3～1 827.0 m井段试气获得工业气流，通过地层精细对比及区域地质认识，认为台南9井产气层段为发育于构造背景上的岩性气藏，从而拉开了三湖地区第四系岩性气藏勘探的序幕。2008年在台东鼻隆钻探的台南10井和涩34井也获得了工业气流。从而证实了三湖地区第四系存在岩性气藏，打破了第四系气藏严格受控于构造圈闭的传统认识，为在三湖地区开展岩性气藏勘探提供了依据。

岩性油气藏普遍存在于成岩作用较强的地层中［1-8］，但是在处于早期成岩阶段（未成岩）的地层中发现岩性气藏未见报道。从理论上说，三湖地区中央凹陷带和凹中隆起区存在第四系岩性气藏是完全可能的，问题的关键在于早成岩地层中如何识别和发现岩性气藏，关于该区岩性气藏的识别技术已有详细论述［9］。目前发现的岩性气藏主要集中在台东地区，预测地质储量约300×108m3，而整个北斜坡岩性气藏预测地质储量超过1 000×108m3，具有较大的勘探潜力。根据现已发现的岩性气（层）藏，将其分类，并探讨岩性气藏发育的主控因素，无疑将会对下一步继续寻找岩性气藏提供理论依据。

1 地质背景

柴达木盆地三湖地区西起船形丘构造，东至南、北霍布逊湖，北到南陵丘，南邻昆仑山，面积约3× 104km2，因其境内分布着东西台吉乃尔湖、涩聂湖和达布逊湖3个大型盐湖而得名（图1）。柴达木盆地更新统—全新统是在上新世末期新构造运动作用下，沉积中心由西向东整体迁移的产物。第四纪更新世湖泊沉积速率达到空前，最大沉积厚度超过2 800 m，发育

了一套稳定的、连续沉积的湖相沉积。以台南—涩北为例，更新统中—下部从上至下识别出k0—k13共14层岩电标志层［10］，由于时代新、成岩作用弱，本区第四系尚处于早期成岩压实阶段。

2 岩性气藏类型

岩性气藏是指储集层因岩性或物性横向变化而形成圈闭的天然气聚集。从现已发现的岩性气藏来看，都与构造相伴而生，或者发育在鼻隆上，或者发育在背斜构造的围斜部位，总之需要一定的斜坡背景。因此，从严格意义上来讲，这些气藏应该属于构造—岩性复合气藏，在这里为了论述方便，仍称之为岩性气藏。具体来讲，三湖地区的岩性气藏分为3种类型：①砂岩上倾尖灭型岩性气（层）藏［图2（a）］，该类型圈闭是由于砂岩储集层横向岩性变化沿上倾方向尖灭而形成的；②砂岩透镜体型岩性气（层）藏［图2（b）台南10井气层］，该类型圈闭是由于砂岩储集层两端渗透性消失于泥岩中所形成的；③物性侧向变化型岩性气藏［图2（b）台南9井气层］，该类型圈闭是由于砂岩储集层沿上倾方向物性变差而形成的，主要是由于泥质含量增大导致渗透率降低而形成的侧向物性封堵。

3 成藏主控因素

对于三湖地区构造型气藏的主控因素，前人研究成果颇丰［11-16］。但是对于该区岩性气藏的主控因素尚未探讨。岩性气藏与构造气藏在成藏控制因素上一方面具有共同点：充足的气源、适时的圈闭准备、良好的储盖组合和良好的后期保存条件等；另一方面，三湖地区岩性气藏的成藏控制因素还具有独特性。

3.1 流体运移控区带

在岩性圈闭成藏过程中，从成藏期开始一直处于低势区或者高势区边缘的相对低势区的岩性圈闭才能成藏［17］。三湖地区地下水主要由昆仑山的冰雪融水补给，地层水盐度由南向北增高，生物菌的活动性相应减弱。三湖地区的中部深坳陷区有利于生气，形成生物气并溶于水中。淡水、高压地层水携带生物气向北斜坡上倾方向运移，由于压力减少、矿化度增高，天然气在地层水中溶解度降低，天然气析出。北斜坡原地生成的和早期溶解在水中的生物气在高矿化度下析出以游离气相态进行垂向运聚［18］（图3）。北斜坡矿化度高，泥岩封盖性（突破压力）提高，能有效封盖成藏。

三湖坳陷第四系沉积处于压实和欠压实状态，属于典型的压实流盆地。在压实流盆地中，水动力主要来自盆地内沉积物的压实排水，形成“离心流”式水动力场。正是在这种流体势场的作用下，油气从生油中心向其四周呈“离心”式运移［19-20］。不考虑由南向北水动力条件，在压实流作用和现今构造背景控制条件下，通过盆地模拟软件计算了生物气流体势（气势）以及气体流量。结果表明生物气流线呈“离心”式的放射形分布，而且南北斜坡流量分配不均衡，北斜坡流量超过总流量的70%。也就是说即使在这种“离心流”式水动力场作用下，三湖地区大部分气体流量都集中到了北斜坡（图4）。如果考虑由南向北的地下水循环系统，那么水动力场就会向北斜坡偏移，气体流量将会超过在“离心流”式水动力场作用下的流量，北斜坡生物气流量将远远大于总流量的70%。因此，生物气流量分配的不均衡性导致了处于低势区的三湖地区北斜坡不仅是构造气藏发育的有利区带，同时也是岩性气藏发育的有利区带。在勘探实践中发现的所有构造气藏和岩性气藏都位于北斜坡就证明了这一点。

3.2 构造背景控圈闭

单从圈闭角度讲，构造气藏形成必需依赖闭合的圈闭，而岩性气藏形成不需要构造圈闭闭合，在单斜或者鼻隆的构造背景上也能形成。从勘探现状来看，现已发现的岩性气藏全部位于北斜坡，而且岩性气藏都并不是孤立存在的，都与构造相伴而生。例如，台南9井、台南10井、涩33井和涩34井位于台东鼻隆的高点，台中2井和涩35井位于背斜的外围斜坡之上。主要原因在于北斜坡构造圈闭发育，南斜坡地形比较平缓，构造不太发育，缺乏岩性圈闭发育的构造背景。

这里所讲的“构造背景控圈闭”具有两方面含义：一方面，无论是鼻隆还是斜坡，都是沉积时期长期发育的同沉积构造，水体深度变化相对较快，导致相变也快，从而容易形成孤立的砂体或者砂体横向尖灭，容易形成岩性圈闭（图5）；另一方面，在同沉积构造背景上，岩性圈闭相对位于高部位，长期处于油气运移指向的低势区，容易成藏，成为有效的圈闭。

3.3 沉积环境控砂体

邹才能等指出砂体分布控制因素可以分为盆外和盆内［21］：盆外主要受古气候、古物源、构造运动等控制；而盆内主要受控于斜坡、断裂和水深3个重要因素。斜坡陡缓控制砂体规模大小，断裂方向控制砂体走向，水体深度控制砂体类型。因此，在盆外因素相同的情况下，处在同一构造背景下的沉积砂体类型主要受控于古水深。

最新沉积相研究结果表明，以电性标志层k9为界，界面上、下水深发生了明显的变化。k13—k9沉积时期，第四纪湖盆处于发育的初始阶段，水体较浅、受季节性冰川融水影响较大，水退、水进变化频繁，滨浅湖大面积发育，三角洲前缘可直达湖盆深处；k9—k3为湖盆发育的主要阶段，水体较深，深湖—半深湖沉积出现在凹陷中心，源岩普遍发育，三大气田含气层段主要集中于此；k3—k0为湖盆发育的消亡阶段，湖盆逐渐萎缩，沉积一套以盐岩为主的区域盖层。

在第四纪，三湖地区北斜坡整体上处于滨浅湖环境，远离物源区，缺少河流、三角洲等形成的砂体，以滨浅湖滩坝砂体为主。从砂层对比结果来看，标志层k9以上单砂体厚度大、分布面积广，全区可以连续追踪对比，尖灭现象少见；砂体类型以滩砂为主，单砂体最大厚度超过10 m，自然伽马曲线形态为齿化钟形，表现为正旋回［图6（a）］。而k9以下的单砂体厚度小、横向变化快，尖灭现象频繁。砂体类型以坝砂为主，自然伽马曲线形态多为指形［图6（b）］。

现已发现的岩性气层全部位于标准层k9以下，而且气层平均厚度为2.0 m，最大厚度3.7 m，最小厚度1.5 m（表1）。超过4 m的中厚层中尚未发现岩性气层。原因是超过4 m的厚层滩砂，砂体连片呈席状大面积分布，难以形成岩性圈闭，在有背斜圈闭的条件下形成构造气藏；而厚度小于4 m的坝砂，呈带状分布而不连续，与泥岩成薄互层，容易形成岩性气藏。说明储层厚度也是一个影响因素，因为储层厚度越大，要求的成藏条件越苛刻，即使出现尖灭也难以成藏。相反，薄砂层更容易在横向上发生岩性或物性的变化。因此储层厚度越薄越容易成藏，这一点与构造气藏储气层有明显的差别。

3.4 埋藏深度控物性

三湖地区第四系地层处于早成岩阶段，储层结构疏松、原生孔隙发育。无论是砂岩还是泥质粉砂岩，都具有25%～41%的孔隙度。压实作用导致孔隙水排出，孔隙度减少，岩石体密度增加。但是，不同岩性压实特征不尽相同。研究表明，压实早期对泥岩的影响较对砂岩显著，0～2 000 m深度范围内，泥岩的孔隙度随深度的变化速率相对较大，而砂岩的变化速率相对较小，在相同深度范围内，泥质岩物性变化的速率比砂质岩性大（图7）。当深度超过900 m，由于地层水的大量排出，泥岩塑性消失，已相当致密且明显成层；粉砂岩已趋于点接触，但是胶结物较少，仍较疏松。泥质岩压实程度超过砂质岩，表现在砂岩孔隙度大于泥岩，两者排替压力差也逐渐增大，从而导致泥岩层易形成侧向封堵，有利于岩性气藏形成。因此，深度越大，压实程度越大，不同岩性之间的物性差别就越大。也就是储层达到一定深度，才能达到成藏的临界条件。所以，岩性气藏一般位于一定的层位和深度以下。

台吉乃尔构造位于凹陷边缘，构造抬升遭受剥蚀，因此台中2井的岩性气层现今埋藏深度小于900 m，此外，其他气层都处于1 200 m以下（表1）。表明成岩作用是影响岩性成藏的一个因素，而埋藏深度又是该区成岩作用的主要因素。

3.5 动态平衡控气藏

生物气在整个生化产甲烷过程中，通过聚集、突破、散失与再聚集的动态平衡而成藏。其实，油气聚散的动态平衡存在于任何一个油气藏中，所不同的是强弱程度。由于三湖地区弱成岩的地质背景，导致天然气更容易散失，如果没有快速地、持续不断地补充，就难以成藏。

三湖地区岩性气藏具有“持续生气，晚期成藏”的特点。持续生气表现在：一方面地层沉积后，只要环境适宜于产甲烷菌生存，产甲烷活动便开始，单一气源岩从埋藏的浅部至深部，本身具有连续生成生物气的能力，在时间上具有连续性；另一方面，与常规热成因气以某一套源岩为主不同，三湖地区从浅至深发育多套源岩，在空间上构成连续性。该区岩性气藏位于k9—k13层中，其埋深大多在1 200 m以下（个别在900 m以上）。如果按900 m以下才能形成岩性气藏，那么根据该区平均沉积速率1 700 m／（2.80～0.73）Ma，则沉积900 m地层需1.10 Ma，如果以k9层埋藏900 m来算，则其成藏期为1.25 Ma，即2.35 Ma减去1.10 Ma，此期约相当于k1距今时间，也就是说k1层沉积后，岩性气藏才开始形成，所以具有晚期成藏的特点。在此之前，岩性圈闭尚未形成（储层未达到临界物性条件），动态平衡难以维持，无法形成岩性气藏。

在钻井剖面中，存在众多未形成气藏的岩性圈闭，虽然都具备了生、储、盖、圈、运、保等基本成藏要素，但聚集—散失的动态平衡最终决定了其难以成藏。

4 结 论

（1）现已发现的岩性气（层）藏分为砂岩上倾尖灭型、砂岩透镜体型和物性侧向变化型3种类型。

（2）岩性气藏平面上分布受控于流体运移方向和构造背景，纵向上分布受控于砂体类型和埋藏深度，最终能否成藏受控于天然气聚—散的动态平衡。

（3）根据成藏控制因素，北斜坡的鼻隆和背斜外围是岩性气藏有利的勘探目标，k9标志层以下的薄层尖灭砂体或者透镜状砂体是关注的重点。

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Controlling factors of Q uaternary lithologic gas reservoirs in the Sanhu area，Q aidam Basin

GUO Zeqing1，2 SUN Ping2 XU Ziyuan3 ZHANG Lin2 ZHANG Shaosheng2 TIAN Jixian2
（1．PettoChina Reseatch Institute of Pettoleum Explotation&Development，Beijing 100083，China；2．Langfang Btanch，PettoChina Reseatch Institute of Pettoleum Explotation&Development，Langfang 065007，China；3．Reseatch Institute of Explotation&Development，PettoChina Qinghai Oilfield Company，Dunhuang 736200，China）

Abstract：The Quaternary in the Sanhu area of Qaidam Basin，a product of the basin depositional center shifting from west to east under neotectonic movements at the end of Tertiary，has trapped the largest worldwide biologic gas accumulation（an anticline gasfield）．In recent years，3 types of lithologic gas reservoirs，including the updip pinch-out sand，lens sand and sand with lateral change in physical properties，have been identified．It has been found that in the study area the orientation of fluid migration and the tectonic background controlled the lateral distribution of lithologic gas reservoirs while the vertical distribution of these reservoirs was dominated by sand types and burial depths，but it was the dynamic equilibrium between the accumulation and dispersion of natural gases that substantially controlled the final formation of these reservoirs．This study is of theoretical significance in further exploration of lithologic gas reservoirs．

Key words：Sanhu area；Quaternary；early diagenesis；lithologic gas reservoir；controlling factor

中图分类号：TE112.322

文献标识码：A

（收稿日期：2011-04-20 改回日期2011-07-24 责任编辑 熊 英）

文章编号：0253-2697（2011）06-0985-06

基金项目：国家科技重大专项（2008ZX05007）资助。

第一作者：及通讯作者：郭泽清，男，1976年3月生，2004年获中国石油大学（华东）硕士学位，现为中国石油勘探开发研究院在读博士研究生，主要从事天然气地质研究。E-mail：gzq1463＠sina．com