受独特的构造条件、古气候条件、湖水含盐度以及丰富陆源供给等因素的综合影响, 英西地区古近系下干柴沟组上段发育一套复杂的陆相湖盆混积岩。对区内多口取心井的系统取样全岩X衍射分析发现, 英西E_2-3xg²岩石矿物组分复杂, 以碳酸盐矿物为主, 同时包含大量的陆源碎屑(粉— 细砂级的石英、长石)、黏土及各类蒸发盐矿物(石膏CaSO₄· 2H₂O、钙芒硝Na₂SO₄· CaSO₄、石盐NaCl等), 具典型的混合沉积特征(Mount, 1984)(图3, 图4)。采用前人总结的混积岩三端元分类方案(杨朝青和沙庆安, 1990; 张雄华, 2000)进行投点发现, 英西E_2-3xg²湖相混积岩主要分布于⑥陆源碎屑质— 碳酸盐混积岩和⑦含陆源碎屑— 碳酸盐混积岩区(图3), 整体表现为多矿物成分的混积型碳酸盐岩特征。

图3

Fig.3

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	图3 柴达木盆地英西地区E2-3xg2岩石矿物组分三角图(据张雄华, 2000, 有修改) ①— 黏土岩或泥岩; ②— 混积岩质黏土岩或泥岩; ③— 砂岩; ④— 含碳酸盐— 陆源碎屑混积岩; ⑤— 碳酸盐质— 陆源碎屑混积岩; ⑥— 陆源碎屑质— 碳酸盐混积岩; ⑦— 含陆源碎屑— 碳酸盐混积岩; ⑧— 碳酸盐岩Fig.3 Triangular plot of mineralogical composition of the E2-3xg2 of Yingxi area in Qaidam Basin (modified from Zhang, 2000)

图4

Fig.4

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	图4 柴达木盆地英西地区E2-3xg2岩石结构产状与X衍射矿物组分特征 a— 含膏团灰云岩, 狮41-2井, 4143.35 m; b— 层状盐岩, 狮37井, 2702.25 m; c— 灰云质粉砂岩, 狮40井, 3151.95 m; d— 岩溶角砾岩, 狮43井, 3913.10 m; e— 块状灰云岩, 狮41-6-1井, 3864.85 m; f— 薄层状灰云岩, 狮41-6-1井, 3866.40 mFig.4 Rock texture and mineral component determined based on its X-ray diffraction pattern in the E2-3xg2 of Yingxi area in Qaidam Basin

从湖平面升降变化的沉积旋回特征来看, 研究区大量的岩心、薄片及测井特征分析均表明, 英西E_2-3xg²虽然整体表现为逐渐咸化的湖退沉积过程, 但其内部仍存在多期次级的高频湖平面变化旋回, 并在垂向上频繁叠置(图5), 反映了古气候与古沉积环境的周期性交替变化。同时, 这种频繁的湖平面升降旋回也使得英西E_2-3xg²的岩石沉积记录在结构产状及矿物组分上呈现出周期性的频繁更迭特征(图4, 图5)。

图5

Fig.5

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	图5 柴达木盆地英西地区狮41-6-1井取心段岩性、测井、物性与湖平面升降旋回划分综合柱状图Fig.5 Synthesis stratigraphic section showing lithology, well logging, physical property and lake-level fluctuation cycles division of cored interval of Well Shi 41-6-1 of Yingxi area in Qaidam Basin

受频繁的古气候带波动及其导致的周期性湖平面升降变化影响, 研究区发育的半深湖— 浅湖、蒸发坪、砂质浅滩、盐湖等往往在纵向上表现为旋回性的叠置发育规律, 构成多种完整或不完整的沉积旋回, 整体以向上变浅序列为特征(图6)。

图6

Fig.6

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	图6 柴达木盆地英西地区E2-3xg2典型井湖平面升降沉积序列Fig.6 Typical sedimentary sequence related to lake-level fluctuations of the E2-3xg2 of Yingxi area in Qaidam Basin

其中, 旋回底部发育短暂湖侵沉积, 对应古气候频繁交替变化的相对润湿期, 周缘三角洲沉积体系带来大量的陆源物质与淡水补给, 不断向湖盆输入, 因而该阶段水体盐度相对较低, 沉积物中陆源碎屑与泥质含量较高, 以半深湖— 浅湖背景下的块状粉砂质灰云岩或灰云质粉砂岩为主, 沉积速率较快; 至最大湖平面附近时, 则以薄层状粉砂质灰云岩为主(图4-f), 由毫米级的泥质粉砂岩层与厘米级的灰云岩层频繁韵律互层所致, 反映了该时期相对稳定且低能的沉积环境; 伴随古气候周期性的由润湿向干旱期转变, 湖盆逐渐进入缓慢的湖退沉积期。湖退早— 中期, 随着蒸发作用不断增强, 水体盐度逐渐升高, 陆源输入量减少, 碳酸盐矿物含量逐渐升高, 沉积速率减缓, 以浅湖背景下的厚层— 块状灰云岩为主(图4-e)。同时该时期强蒸发作用形成的大量高盐度卤水也会不断下渗, 对早期灰岩沉积物进行交代, 促使准同生白云石化作用的发生, 致使白云石含量也具有逐渐升高的趋势; 随着湖平面持续下降, 至湖退晚期, 此时水体盐度达到单个湖平面升降旋回内的最大值, 矿物沉淀序列由碳酸盐向硫酸盐和氯化物转变, 因而形成大量石膏、钙芒硝、石盐等蒸发盐矿物, 构成蒸发坪或盐湖沉积, 以发育斑块状的膏质团块(图4-a, 6-a)或层状盐岩(图4-b, 6-b)为特征。另外, 在靠近阿尔金物源区的研究区东北部地区亦可见少量砂质浅滩沉积发育于变浅旋回顶部(图4-c, 6-c)。

在上述几种湖平面升降沉积旋回中, 块状灰云质粉砂岩— 薄层状灰云岩— 块状灰云岩— 含膏团灰云岩是研究区最为典型的相序组合类型, 分布广泛, 发育规模大, 局部可见旋回顶部的蒸发坪或砂质浅滩沉积受到准同生期短暂暴露溶蚀而形成的角砾化结构(图4-d, 6-d)。整体看来, 英西地区E_2-3xg²湖平面频繁升降变化的沉积响应特征明显, 主要体现为伴随单个湖平面升降旋回往往经历了Ⅰ 淡水— 微咸湖碎屑沉积— Ⅱ 微咸— 咸水湖碳酸盐岩和少量硫酸盐沉积— Ⅲ 盐湖蒸发盐沉积(大量硫酸盐和氯化物)的演化过程(图6-e), 相应的岩石产状及矿物组分也呈现旋回性的变化特征。

已有的研究和勘探实践表明, 英西地区E_2-3xg²为一套典型的源储共生的孔隙— 裂缝型油气藏, 具有良好的普遍含油性(付锁堂等, 2013; 刘占国等, 2017)。而对储集层而言, 以往的研究往往仅关注于较单一的白云石晶间微孔或构造裂缝(陈登钱等, 2015; 吴丽荣等, 2015; 袁剑英等, 2015), 忽视了与局部溶蚀作用相关的孔— 缝体系。同时, 越来越多的钻井取心资料也逐渐证实了该类储集层的存在, 并与广泛发育的白云石晶间微孔及构造裂缝构成复合储集空间, 可能是英西地区E_2-3xg²高效储集层形成的重要基础。根据区内各种储集岩类及其储集空间的配置关系, 同时考虑其成因机理, 将英西地区E_2-3xg²储集层划分为原生基质白云石微孔型储集层、溶扩基质微孔型储集层及膏质灰云岩溶孔型储集层3类。

4.1.1 原生基质白云石微孔型储集层

原生基质白云岩微孔型储集层在研究区受到广泛关注, 以不规则锯齿状的泥微晶白云石晶间微孔为典型特征, 孔径极小, 一般只有几十到几百纳米, 普通显微镜下难以识别, 仅在扫描电镜下可见(图7-a, 7-b, 7-c)。针对该类孔隙空间的成因机理已有大量研究, 普遍认为其主要是在准同生白云石化过程中晶格内部离子交换造成体积变化而形成的收缩晶间孔(袁剑英等, 2016; 黄成刚等, 2017a)。该类储集层在研究区广泛分布, 发育规模巨大, 在湖平面升降旋回的各个阶段及各岩类中均有发育, 但主要集中于湖退早期微咸— 咸水湖环境下的碳酸盐矿物沉淀及准同生白云石化作用阶段。

图7

Fig.7

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图7 柴达木盆地英西地区E2-3xg2储集层微观特征 a— 原生基质白云石微孔型储集层, 白云石晶间微孔, 狮41-6-1井, 3865.80 m, 左单偏光, 右扫描电镜; b— 原生基质白云石微孔型储集层, 纳米级的白云石晶间微孔大量发育, 狮3-1井, 4365.55 m, 扫描电镜; c— 原生基质白云石微孔型储集层, 白云石晶间微孔大量发育, 狮3-1井, 4365.55 m, 扫描电镜; d— 溶扩基质微孔型储集层, 微米级的溶扩微孔大量发育, 狮40井, 3145.51 m, 铸体薄片, 单偏光; e— 溶扩基质微孔型储集层, 蓝色铸体呈弥散状分布, 隐约可见, 狮49-1井, 3780.90 m, 铸体薄片, 单偏光; f— 溶扩基质微孔型储集层, 溶扩微孔大量发育, 狮41-6-1井, 3866.58 m, 铸体薄片, 单偏光; g— 膏质灰云岩溶孔型储集层, 溶孔发育, 石膏半充填, 狮43井, 3913.05 m, 铸体薄片, 单偏光; h— 膏质灰云岩溶孔型储集层, 石盐及石膏晶体溶蚀形成的溶模孔, 狮3-1井, 2416.90 m, 铸体薄片, 单偏光; i— 膏质灰云岩溶孔型储集层, 毫米级的溶蚀孔发育, 狮38井, 3145.36 m, 铸体薄片, 单偏光Fig.7 Microscopic features of the E2-3xg2 reservoirs of Yingxi area in Qaidam Basin

4.1.2 溶扩基质微孔型储集层

与原生基质白云石微孔型储集层相比, 溶扩基质微孔型储集层的储渗性能与孔隙空间均得到显著的改善, 主要表现为普通显微镜下可见大量密集分布的溶扩微孔, 其主要是由原生基质白云石晶间微孔或早期疏散沉积物间的微小孔隙经早期短暂而微弱的淡水溶蚀扩大而成。蓝色铸体呈弥散状分布特征(图7-d, 7-e, 7-f)。该类储集层在研究区发育规模一般, 岩性以块状灰云岩为主, 多分布于湖退中晚期及变浅旋回的中上部。

4.1.3 膏质灰云岩溶孔型储集层

受湖平面的频繁波动变化的影响, 处于沉积微地貌高地的蒸发坪或砂质浅滩往往容易发生短暂暴露或进入大气淡水成岩环境而受到早期淡水溶蚀改造, 并最终形成该类膏质灰云岩溶孔型储集层, 岩性包括含膏团灰云岩、灰云质粉砂岩及少量岩溶角砾岩。显微镜下观察发现, 其储集空间类型较为丰富, 包括早期石膏或石盐晶体被选择性溶蚀形成的溶模孔、陆源碎屑颗粒间的粒间溶孔及部分充填残余的角砾间孔隙等(图7-g, 7-h, 7-i), 整体储渗性能最优。该类储集层在研究区发育规模较小, 频率较低, 非均质性较强, 主要分布于湖退晚期— 暴露溶蚀期形成的溶蚀界面之下一定距离内, 位于变浅旋回的顶部。

除了上述各类型孔隙外, 裂缝也是英西地区E_2-3xg²一种重要的油气储集空间及运移通道。其主要受构造断裂带以及岩石脆性强度控制, 即相同构造应力条件下白云石含量高的层段裂缝发育密度也相对较大。

4.2.1 湖平面变化与储集空间纵向演化关系

对研究区多口取心井的单个向上变浅旋回的储集体类型及物性特征的对比发现, 各储集层类型及其储集层物性的纵向分布与湖平面升降旋回具有良好的匹配耦合关系, 即在单个湖平面升降旋回内, 自下而上往往构成原生基质白云石微孔型储集层— 溶扩基质微孔型储集层— 膏质灰云岩溶孔型储集层的纵向组合关系, 分别对应于湖平面升降旋回的短暂湖侵期、湖退早— 中期和湖退晚期— 暴露溶蚀期, 其相应的孔隙空间也由中下部的纳米级晶间微孔逐渐向中上部的微米级溶扩微孔和毫米级溶蚀孔洞转变, 储集层物性也随之具有变好的趋势。整体看来, 研究区广泛发育的半深湖— 浅湖— 蒸发坪(图6-a, 6-d, 6-e)、半深湖— 浅湖— 砂质浅滩(图6-c)沉积旋回组合, 多具有明显的储集层类型及物性分布的纵向非均质性, 表现为优质储集层主要集中于旋回中上部发育且具有储集层物性向上变好的特征。

4.2.2 湖平面变化与物性分异关系

选取狮41-6-1井、狮43井、狮38井、狮37井、狮41-2井、狮49-1井共6口取心井, 对其湖平面升降旋回各个阶段的不同储集岩类的储渗性能及其发育厚度占比进行统计(图8), 结果显示: 储集层物性以含膏团灰云岩和岩溶角砾岩最优, 平均孔隙度分别为4.7%和6.1%, 对应于湖退晚期— 暴露溶蚀期, 但发育频率较低, 储集层累计厚度40.1 m, 统计占比为15%; 厚层块状灰云岩和粉砂质灰云岩储渗性能稍次于前者, 平均孔隙度分别为4.0%和4.1%, 对应于湖退早— 中期, 但发育频率最高, 规模和累计厚度较大, 达144.5 m, 统计占比54%, 整体储集性能优异; 而与短暂湖侵期相对应的薄层状粉砂质灰云岩平均孔隙度最低, 约3.4%, 储集层累计厚度83.0 m, 统计占比31%, 整体储集性能相对较差。

图8

Fig.8

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	图8 柴达木盆地英西地区E2-3xg2不同储集岩类物性特征与发育规模占比 a— 各储集岩类平均孔隙度分布直方图; b— 湖平面升降不同阶段对应的储集层发育占比Fig.8 Physical properties and proportion of different type reservoirs of the E2-3xg2 of Yingxi area in Qaidam Basin

受频繁的干湿气候更替及周期性集中降雨的影响, 在短期湖侵时期, 周缘三角洲及河流带来大量的淡水补给及陆源物质, 因而该阶段湖水相对淡化, 盐度降低, 陆源物质输入增多, 混积程度增加, 大量陆源碎屑和黏土矿物随河流淡水注入湖盆, 且分选磨圆极差, 碎屑颗粒间多被泥质杂基充填。此阶段岩性以薄层状粉砂质灰云岩或泥质灰云岩为主, 碳酸盐矿物含量较低, 陆源碎屑与黏土含量较高, 整体孔渗性能较差, 相对不利于储集层发育(图9-a)。

图9

Fig.9

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	图9 柴达木盆地英西地区E2-3xg2湖平面升降不同阶段储集层成因与演化模式 a— 短暂湖侵期; b— 湖退早— 中期; c— 湖退晚期(暴露溶蚀期)Fig.9 Reservoir genesis and evolution model in different stages of lake-level fluctuation of the E2-3xg2 of Yingxi area in Qaidam Basin

伴随着古气候逐渐变得干冷, 蒸发作用不断增强, 湖盆水体开始退却并逐渐咸化, 盐度升高, 此时陆源物质输入也逐渐减少, 混积程度降低。同时, 在强蒸发作用下, 水体中大量富Mg²⁺高盐度卤水得以形成并不断下渗对早期灰岩沉积物进行交代, 促使准同生期蒸发浓缩白云石化作用的发生, 也使得与减体积白云石化作用相关的晶间微孔大量形成(陈登钱等, 2015; 袁剑英等, 2016; 黄成刚等, 2017a)(图9-b)。另一方面, 由于白云岩相较于灰岩和泥岩层具有明显更高的抗压强度和脆性(Schmoker and Halley, 1982), 随着白云石含量的逐渐增大, 其岩石物理性质也发生明显变化, 在后期强烈的构造作用下, 该白云石含量高层段也展现出更强烈的脆性, 易于产生和保存更多的断裂裂缝, 成为了油气储集和运移的有效通道(Hugman and Friedman, 1979)。整体看来, 此阶段以原生基质白云石微孔型储集层大量发育为特征, 岩性主要为厚层块状灰云岩, 白云石含量较高, 陆源碎屑与黏土含量偏低。该类基质白云岩微孔型储集层虽然孔径较小, 物性中等, 但具规模性的发育特征, 且横向连续性较好。同时在研究区源储一体的成藏条件下最终表现出良好的普遍含油性, 并具有良好的裂缝疏导体系, 是英西地区E_2-3xg²致密油持续中— 低稳产的最主要贡献者。

伴随着湖水逐渐蒸发, 湖平面持续下降, 水体盐度进一步升高, 矿物沉淀序列由碳酸盐向硫酸盐和氯化物转变, 发育大量的含膏团灰云岩, 蒸发盐矿物含量较高。同时, 在单旋回湖盆演化的末期, 干湿气候的更迭变化和集中性降雨, 也为局部暴露的地貌高地发生快速而短期的淡水溶蚀提供了条件。在此背景下, 处于沉积期古地貌高部位的蒸发坪或砂质浅滩沉积体极易发生暴露而进入淡水成岩环境。一方面, 淡水透镜体内发育以铸模孔及角砾间充填残余孔洞为主的溶孔型储集层, 虽然大部分均被渗流物质和石膏胶结物充填, 但也存在部分未充填孔隙而具有优异的储集性能(图9-c)。另一方面, 准同生期短暂而微弱的大气淡水改造也会对先期的基质白云石晶间微孔进行溶蚀扩大, 具有明显的优化改善作用, 形成相应的溶扩基质微孔型储集层。整体看来, 该阶段所发育的两类储集层孔隙结构较好, 以微米— 毫米级的溶扩微孔和充填残余溶孔为主, 储渗性能优越, 但发育频率和规模较小, 仅分布于部分变浅旋回的中上部, 横向连续性和可对比性较差, 非均质性较强, 可能是英西地区E_2-3xg²获得局部高产的重要原因。